2020年教科版高中物理选修3-5模块综合试卷（二）含答案

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1、模块综合试卷模块综合试卷(二二) (时间：90 分钟 满分：100 分) 一、选择题(本题共 12 小题，每小题 4 分，共计 48 分.18 题为单项选择题，912 题为多 项选择题) 1.光电效应实验中，下列表述正确的是( ) A.光照时间越长，光电流越大 B.入射光足够强就可以有光电流 C.遏止电压与入射光的频率无关 D.入射光频率大于截止频率时才能产生光电子 答案 D 解析 由爱因斯坦光电效应方程知，只有当入射光频率大于截止频率时才能产生光电子，光 电流几乎是瞬时产生的，其大小与光强有关，与光照时间长短无关；易知 eU01 2mv 2h W(其中 U0为遏止电压，1 2mv 2为光电子

2、的最大初动能，W 为逸出功， 为入射光的频率).由以 上分析知，A、B、C 错误，D 正确. 2.如图 1 所示，我国自主研发制造的热核聚变核心部件在国际上率先通过权威机构认证，这 是我国对国际热核聚变项目做出的重大贡献.下列核反应方程中属于聚变反应的是( ) 图 1 A.21H31H42He10n B.14 7N 4 2He 17 8O 1 1H C.42He27 13Al 30 15P 1 0n D.235 92U 1 0n 144 56Ba 89 36Kr3 1 0n 答案 A 解析 2 1H 3 1H 4 2He 1 0n 是一个氘核与一个氚核结合成一个氦核，同时放出一个中子，属于 聚

3、变反应，故 A 正确； 14 7N 4 2He 17 8O 1 1H 是卢瑟福发现质子的核反应方程，属于原子核的 人工转变，故B 错误； 4 2He 27 13Al 30 15P 1 0n 属于原子核的人工转变，故C 错误； 235 92U 1 0n 144 56Ba 89 36Kr3 1 0n 是一种典型的铀核裂变，属于裂变反应，故 D 错误. 3.(2018 湖北部分重点中学期初)下列说法正确的是( ) A.只要照射到金属表面上的光足够强，金属就一定会发出光电子 B.42He14 7N 16 8O 1 1H 是卢瑟福发现质子的核反应方程 C.放射性物质的半衰期不会随温度的升高而缩短 D.一

4、个处于量子数 n4 能级的氢原子，最多可辐射出 6 种不同频率的光子 答案 C 4.(2018 北京卷)在核反应方程42He14 7N 17 8OX 中，X 表示的是( ) A.质子 B.中子 C.电子 D. 粒子 答案 A 解析 根据质量数和电荷数守恒知，X 的质量数 m414171，电荷数 A2781， 故 X 表示的是质子，选项 A 正确，选项 B、C、D 错误. 5.关于图 2 中四幅图的有关说法中正确的是( ) 图 2 A.图甲中的 粒子散射实验说明了原子核是由质子与中子组成 B.图乙中若改用绿光照射，验电器金属箔片一定不会张开 C.图丙一群氢原子处于 n4 的激发态，最多能辐射 6

5、 种不同频率的光子 D.图丁原子核 C、B 结合成 A 时会有质量亏损，要释放能量 答案 C 解析 粒子散射实验说明了原子具有核式结构， 故 A 项错误.紫外线照射金属板时能产生光 电效应，换用绿光照射金属板，若绿光的频率大于或等于金属板的截止频率，也可以产生光 电效应，验电器金属箔片可能会张开，故 B 项错误.一群氢原子处于 n4 的激发态，最多能 辐射 C246 种不同频率的光子，故 C 项正确.原子核 C、B 结合成 A 时，核子平均质量增大， 质量增大，要吸收能量，故 D 项错误. 6.(2019 会宁二中月考)小球质量为2m， 在光滑的水平面上以速度v沿水平方向撞击竖直墙壁， 以 0

6、.8v 的速度反弹回来，球与墙的撞击时间为 t，则在撞击过程中，球对墙的平均作用力的 大小是( ) A.2mv 5t B.18mv 5t C.8mv 2 5t D.18mg 2 5t 答案 B 解析 以初速度方向为正，墙对球的平均作用力为 F ，根据动量定理得： F t0.8v2m 2mv，解得 F 18mv 5t ，结合牛顿第三定律知选项 B 正确，A、C、D 错误. 7.(2019 北大附中高二月考)如图 3 所示，光滑圆形管道固定在竖直面内，直径略小于管道内 径、可视为质点的小球 A、B 的质量分别为 mA、mB，A 球从管道最高处由静止开始沿管道下 滑，与静止于管道最低处的 B 球相碰

7、(A 球速度反向)，碰后 A、B 球均能刚好到达与管道圆心 O 等高处，则 A、B 小球的质量比值为( ) 图 3 A. 21 B. 21 C.1 D. 2 答案 B 解析 由 mgR1 2mv 2可得两球碰后的速度大小 v 2gR， 设碰撞前 A 球下滑到最低点的速度 大小为 v0，由机械能守恒定律得 mAg 2R1 2mAv0 2，碰撞过程中动量守恒，可得 mAv0mBv mAv，联立以上三式可解得mA mB 21，B 正确. 8.(2018 福州市质检)氢原子的部分能级图如图 4 所示，已知可见光光子的能量在 1.613.10 eV 范围内，则下列说法正确的是( ) 图 4 A.氢原子能

8、量状态由 n2 能级跃迁到 n1 能级，放出的光子为可见光 B.大量氢原子处于 n4 能级时，向低能级跃迁最多能发出 10 种不同频率的光子 C.处于基态的氢原子电离需要释放 13.6 eV 能量 D.氢原子处于 n2 能级时，可吸收 2.86 eV 能量的光子跃迁到高能级 答案 D 解析 由 n2 能级跃迁到 n1 能级放出的光子能量为 E3.4 eV(13.6 eV)10.2 eV， 不在可见光的能量范围内，故放出的光子不是可见光，故 A 错误；大量处于 n4 能级的激 发态氢原子向低能级跃迁时，最多能发出 C246 种不同频率的光子，故 B 错误；处于基态的 氢原子电离需要吸收 13.6

9、 eV 的能量， 故 C 错误； 氢原子处于 n2 能级时吸收能量为 2.86 eV 的光子，能量变为0.54 eV，将跃迁到 n5 能级，故 D 正确. 9.(2018 复旦附中高二期中)如图 5 所示，质量相等的两个滑块位于光滑水平桌面上.其中弹簧 两端分别与静止的滑块 N 和挡板 P 相连接，弹簧与挡板的质量均不计，滑块 M 以初速度 v0 向右运动， 它与挡板P碰撞后开始压缩弹簧， 最后滑块N以速度v0向右运动.在此过程中( ) 图 5 A.M 的速度等于 0 时，弹簧的弹性势能最大 B.M 与 N 具有相同的速度时，两滑块动能之和最小 C.M 的速度为v0 2 时，弹簧的长度最长 D

10、.M 的速度为v0 2 时，弹簧的长度最短 答案 BD 解析 M、N 两滑块与弹簧、挡板组成的系统在整个过程中动量守恒，当 M 与 N 具有相同的 速度时，弹簧弹性势能最大，系统动能损失最大，两滑块动能之和最小，A 错误，B 正确； M 的速度为v0 2 时，弹簧的压缩量最大，弹簧的长度最短，C 错误，D 正确. 10.(2018 辽南协作校一模)在图 6 甲所示的装置中，K 为一金属板，A 为金属电极，都密封在 真空玻璃管中，B 为由石英片封盖的窗口，单色光可通过石英片照射到金属板 K 上，E 为输 出电压可调的直流电源，其负极与电极 A 相连，是电流表，实验发现，当用某种频率的单 色光照射

11、到 K 时，K 会发出电子(光电效应)，这时，即使 A、K 之间的电压等于零，回路中 也有电流.当 A 的电势低于 K 时，而且当 A 比 K 的电势低到某一值 U0时，电流消失，U0称 为遏止电压，当改变照射光的频率 后，遏止电压 U0也将随之改变，其关系如图乙所示，如 果某次实验我们测出了画出这条图线所需的一系列数据，又知道电子的电荷量，则( ) 图 6 A.可求得该金属的截止频率 B.可求得电子的质量 C.可求得普朗克常量 D.可求得该金属的逸出功 答案 ACD 解析 根据光电效应方程得：1 2mv 2hW，又1 2mv 2eU 0，联立两式得 U0h e W0 e .根据题 图乙中图线

12、的斜率 kh e可以求得普朗克常量； 当遏止电压等于零时， 光电子最大初动能为零， 此时入射光的频率等于金属的截止频率，即通过横轴截距可求出金属的截止频率；根据 W h0可以求出逸出功的大小；电子的质量无法求出，故 A、C、D 正确. 11.如图 7 所示，两个完全相同的小球 A、B 用等长的细线悬于 O 点，线长为 L，若将 A 由图 示位置静止释放，则 B 球被碰撞后第一次速度为零时距最低点的高度可能是( ) 图 7 A.L 2 B. L 4 C. L 8 D. L 10 答案 ABC 解析 A 从静止释放到最低点，由动能定理得 mg L 2 1 2mv 2，若 A、B 间发生弹性碰撞，则

13、碰 撞后 B 的速度大小为 v，其获得的动能为1 2mv 2，上升的最大高度和 A 释放点相同，即 h 1L 2； 若 A、 B 间发生完全非弹性碰撞， 设碰撞后速度为 v， 由动量守恒得： mv2mv， 解得 v v 2，B 由最低点到最高点由动能定理得： 1 2mv 2mgh 2，解得 h2L 8；若碰撞介于弹性碰撞 和完全非弹性碰撞之间，上升高度介于L 2和 L 8之间.故 B 上升的高度的取值范围是 L 8h L 2，故 A、B、C 正确. 12.(2018 哈尔滨六中模拟)图 8 甲为研究光电效应的电路图， 图乙为静止在匀强磁场中的某种 放射性元素的原子核A ZX 衰变后产生的新核

14、Y 和某种射线的径迹，下列说法正确的是( ) 图 8 A.利用能够产生光电效应的两种(或多种)频率已知的光进行图甲实验可测出普朗克常量 B.图甲电源的正负极对调，在光照不变的情况下，可研究得出光电流存在饱和值 C.图乙对应的衰变方程为A ZX 4 2He A4 Z2Y D.图乙对应的衰变方程为A ZX 0 1e A Z1Y 答案 ABD 解析 根据光电效应方程得1 2mv1 2h1WeU01，1 2mv2 2h2WeU02，联立两式解得 h eU02U01 21 ， 所以分别测出两次电流表读数为零时电压表的示数 U01和 U02即可测得普朗克 常量，选项 A 正确；题图甲电源的正负极对调，此时

15、光电管中所加电压为正向电压，在光照 不变的情况下，通过调节滑动变阻器可调节光电管两端的电压，可研究得出光电流存在饱和 值，选项 B 正确；由题图乙可知发生的是 衰变，故衰变方程为A ZX 0 1e A Z1Y，选项 C 错 误，D 正确. 二、实验题(本题共 1 小题，共计 8 分) 13.(8 分)碰撞一般分为弹性碰撞和非弹性碰撞，发生弹性碰弹时系统的动量守恒、机械能也 守恒，发生非弹性碰撞时，系统动量守恒，但机械能不再守恒.为了判断碰撞的种类，某兴趣 实验小组设计了如下实验. (1)按照如图 9 所示的实验装置图，安装实物图. 图 9 (2)用石蜡打磨轨道，使 ABC 段平整光滑，其中 A

16、B 段是曲面，BC 段是水平面，C 端固定一 重垂线. (3)O 是 C 的投影点，OCH，在轨道上固定一挡板 D，从贴紧挡板 D 处由静止释放质量为 m1的小球 1，小球 1 落在 M 点，用刻度尺测得 M 点与 O 点的距离为 2l. (4)在 C 的末端放置一个大小与小球 1 相同的小球 2，其质量为 m2.现仍从 D 处静止释放小球 1，小球 1 与小球 2 发生正碰，小球 2 落在 N 点，小球 1 落在 P 点，测得 OP 为 l，ON 为 3l. (5)根据实验步骤和上述实验数据，可以得出小球 1 与 2 的质量之比m1 m2_. (6)若两小球均看成质点，以两球为系统，碰前系统

17、初动能 Ek0_，碰后系统末动能 Ek_(用题目中字母 H、m2、l 和重力加速度 g 表示)，则系统机械能_(填“守 恒”或“不守恒”)，可以得出两球的碰撞是_碰撞. 答案 (5)31(2 分) (6)3m2gl 2 H (2 分) 3m2gl2 H (2 分) 守恒(1 分) 弹性(1 分) 解析 (5)设球 1 运动到 C 端的速度为 v1，之后在空中做平抛运动.水平方向 2lv1t，竖直方 向 H1 2gt 2，由于球 1 两次均从同一高度自由下滑，到 C 端动能相同，速度均为 v 1，设球 1 与球 2 碰撞后速度分别为 v1和 v2，碰撞前后系统动量守恒，以向右为正方向，由动量守

18、恒定律得：m1v1m1v1m2v2，碰后两球均在空中做平抛运动，球 1 水平方向：lv1t， 球 2 水平方向：3lv2t， 解得m1 m231. (6)以两球为系统，碰前系统初动能 Ek01 2m1v1 23m2gl 2 H ，碰后系统末动能 Ek1 2m1v1 2 1 2m2v2 23m2gl 2 H ，则 Ek0Ek，碰撞过程系统机械能守恒，两球碰撞是弹性碰撞. 三、计算题(本题共 4 小题，共计 44 分) 14.(9 分)(2018 黄冈市高二期末)一个静止的母核发生 衰变，产生的 粒子和子核的动能之 和称为这个母核的 衰变能. (1)若在一次 衰变中静止的母核放出的 粒子动能为 E

19、，又知 粒子质量为 m，子核 Y 的质 量为 M，求母核的 衰变能. (2)若母核释放的核能全部转化为 粒子和子核的动能，试分别判断64 29Cu 和 212 84Po 能否发生 衰变？若能，求出其 衰变能(1 u 相当于 931.5 MeV 的能量，结果保留三位有效数字). 一些原子核的静止质量 原子核 原子质量(u) 4 2He 4.002 6 60 27Co 59.933 8 64 29Cu 63.929 8 208 82Pb 207.976 6 212 84Po 211.988 9 答案 见解析 解析 (1)在原子核衰变过程中，由动量守恒定律得 0mv1Mv2，(1 分) 又由动能表达

20、式：E1 2mv1 2，(1 分) 得子核的动能：EY1 2Mv2 2，(1 分) 联立可得母核的 衰变能为 EEEY 1m M E.(1 分) (2)若64 29Cu 发生 衰变，方程为 64 29Cu 60 27Co 4 2He 质量亏损 m63.929 8 u59.933 8 u4.002 6 u0.006 6 u， 质量增加， 故64 29Cu 不能发生 衰变.(1 分) 若212 84Po 发生 衰变，方程为 212 84Po 208 82Pb 4 2He 质量亏损 m211.988 9 u4.002 6 u207.976 6 u0.009 7 u， 故212 84Po 能发生 衰变

21、(2 分) 由质能方程 Emc2，得212 84Po 的 衰变能是 E0.009 7931.5 MeV9.04 MeV.(2 分) 15.(10 分)(2018 河南八校联考)如图 10 所示，质量为 M4 kg 的长木板 A 静止放在光滑水平 地面上，质量为 m14 kg 的小物块 B 位于木板 A 的左端，质量为 m24 kg 的物块 C 位于木 板 A 的右端，物块 B 与木板 A 间的动摩擦因数为 0.5，C 物块下表面光滑.某时刻，使物 块 B 以速度 v12 m/s 的速度从左到右运动，同时使物块 C 以速度 v22 m/s 从右向左运动， 已知当 A、B 速度相等时，B、C 发生

22、碰撞，碰后粘在一起运动，重力加速度 g 取 10 m/s2，B、 C 均看成质点，则： 图 10 (1)木板 A 的最大速度的大小； (2)A、B 间摩擦产生的热量. 答案 (1)1 m/s (2)7 J 解析 (1)B、C 碰撞前，A 做加速运动；B、C 碰撞后，A 做减速运动.故 A、B 速度相等时， A 的速度最大，对 A、B 系统，以向右为正方向，由动量守恒定律： m1v1(m1M)v(2 分) 解得 v1 m/s.(1 分) (2)以向右为正方向，B、C 碰撞过程动量守恒得： m1vm2v2(m1m2)v(1 分) 解得 v0.5 m/s(1 分) 碰撞过程中能量损失 E11 2m1

23、v 21 2m2v2 21 2(m1m2)v 29 J，(1 分) 当 A、B、C 相对静止时有： m1v1m2v2(Mm1m2)v(1 分) 解得 v0，(1 分) A、B 间摩擦产生的热量 Q1 2m1v1 21 2m2v2 2E17 J.(2 分) 16.(11 分)如图 11 所示，水平光滑的地面上有 A、B、C 三个可视为质点的木块，质量分别为 1 kg、6 kg、6 kg.木块 A 的左侧有一半径 R0.1 m 的固定的竖直粗糙半圆弧轨道，一开始 B、 C 处于静止状态， B、 C 之间的弹簧处于原长.给木块A 一个水平向右的初速度， 大小为v18 m/s， 与木块 B 碰撞后，A

24、 被反弹，速度大小变为 v24 m/s.若 A 恰好能通过圆弧轨道的最高点， 重力加速度 g 取 10 m/s2，求： 图 11 (1)木块 A 克服圆弧轨道摩擦所做的功； (2)弹簧具有的最大弹性势能. 答案 (1)5.5 J (2)6 J 解析 (1)由木块 A 恰好能通过圆弧轨道最高点有 mAgmAv 2 A R (1 分) 解得 vA1 m/s(1 分) 木块 A 从最低点到最高点的过程，由动能定理得 mAg 2RWf1 2mAvA 21 2mAv2 2(2 分) 解得 Wf5.5 J(1 分) (2)以水平向右为速度的正方向，根据动量守恒定律得 mAv1mBvBmAv2(1 分) 解

25、得 vB2 m/s(1 分) 弹簧压缩至最短时，B、C 速度相同，此时弹簧弹性势能最大，根据动量守恒定律得 mBvB (mBmC)v(1 分) 解得 v1 m/s(1 分) 则弹簧具有的最大弹性势能为 Ep1 2mBvB 21 2(mBmC)v 26 J.(2 分) 17.(14 分)如图 12 所示，粗糙的水平面与一个竖直半圆形光滑轨道相切于 P 点，半圆轨道半 径 R0.5 m，水平面上有一个质量为 m0.1 kg 的小球 A 以初速度 v06.0 m/s 向右运动，另 一个质量为 M0.3 kg 的小球 B 以一定初速度从半圆轨道的最高点 Q 无碰撞地进入半圆轨道 并恰能沿半圆轨道运动，

26、小球 A 经时间 t1.0 s 与小球 B 在 P 点相碰，碰后瞬间成为一个整 体 C，设小球 A、B 及整体 C 均可以看做质点，已知小球 A 及整体 C 与水平面间的动摩擦因 数均为 0.3，g 取 10 m/s2，求： 图 12 (1)两小球碰前 A 的速度大小； (2)小球 B 运动到半圆轨道最低点 P 时，对半圆轨道的压力大小； (3)整体 C 在水平面上滑行的距离. 答案 见解析 解析 (1)以向右为正方向，碰前对小球 A 由动量定理有mgtmvAmv0(2 分) 代入数值解得碰前 A 的速度大小 vA3 m/s(1 分) (2)因小球 B 能从 Q 点无碰撞地进入半圆轨道并恰能沿

27、半圆轨道运动，所以在 Q 点有 Mg Mv 2 B0 R (1 分) 从 Q 点到 P 点由动能定理得 Mg 2R1 2MvB 21 2MvB0 2(2 分) 代入数值解得小球 B 运动到半圆轨道最低点 P 时的速度大小 vB5 m/s 由牛顿第二定律知 NMgMv 2 B R (1 分) 代入数值得 N18 N(1 分) 由牛顿第三定律得，小球B 运动到半圆轨道最低点P 时，对半圆轨道的压力大小为18 N.(1 分) (3)小球 A、B 碰撞时满足动量守恒，即有 MvBmvA(Mm)vC(1 分) 代入数值解得碰后瞬间整体 C 的速度大小 vC3 m/s(1 分) 由动能定理得(Mm)gs01 2(Mm)vC 2(2 分) 代入数值解得整体 C 在水平面上滑行的距离 s1.5 m.(1 分)