高中物理人教版选修3-5习题：本册综合能力测试题 word版含解析

本册综合能力测试题

本卷分第Ⅰ卷(选择题)和第Ⅱ卷(非选择题)两部分。满分100分，时间90分钟。

第Ⅰ卷(选择题　共40分)

一、选择题(共10小题，每小题4分，共40分，在每小题给出的四个选项中，第1～6小题只有一个选项符合题目要求，第7～10小题有多个选项符合题目要求，全部选对的得4分，选不全的得2分，有选错或不答的得0分)

1．(山东师大附中2014～2015学年高二下学期检测)下面是历史上的几个著名实验的装置图，其中发现电子的装置是(　　)

答案：A

解析：汤姆孙利用气体放电管研究阴极射线，发现了电子。

2．如图所示，光滑水平面上有一小车，小车上有一物体，用一细线将物体系于小车的A端，物体与小车A端之间有一压缩的弹簧，某时刻线断了，物体沿车滑动到B端粘在B端的油泥上。则下述说法中正确的是(　　)

①若物体滑动中不受摩擦力，则全过程机械能守恒

②若物体滑动中有摩擦力，则全过程系统动量守恒

③小车的最终速度与断线前相同

④全过程系统的机械能不守恒

A．①②③ B．②③④

C．①③④ D．①②③④

答案：B

解析：取小车、物体和弹簧为一个系统，则系统水平方向不受外力(若有摩擦，则物体与小车间的摩擦力为内力)，故全过程系统动量守恒，小车的最终速度与断线前相同。但由于物体粘在B端的油泥上，即物体与小车发生完全非弹性碰撞，有机械能损失，故全过程机械能不守恒。

3．关于核反应方程H＋H→He＋X，以下说法中正确的是(　　)

A． X是n，该核反应属于聚变

B． X是H，该核反应属于裂变

C．X是n，该反应中的核燃料是当前核电站采用的核燃料

D．X是H，该反应中的核燃料是当前核电站采用的核燃料

答案：A

解析：根据质量数守恒和电荷数守恒知X是n，此核反应属于聚变，A正确B错误。当前核电站采用的燃料是铀235，C、D错误。

4．(河北邢台一中2014～2015学年高二下学期检测)氢原子的能级如图所示，下列说法不正确的是(　　)

A．一个氢原子从n＝4的激发态跃迁到基态时，有可能辐射出6种不同频率的光子，这时电子动能减少，原子势能减少

B．已知可见光的光子能量范围约为1.62eV－3.11eV，处于n＝3能级的氢原子可以吸收任意频率的紫外线，并发生电离

C．有一群处于n＝4能级的氢原子，如果原子n＝2向n＝1跃迁所发生的光正好使某种金属材料产生光电效应，则这群氢原子发出的光谱中共有3条谱线能使该金属产生光电效应

D．有一群处于n＝4能级的氢原子，如果原子n＝2向n＝1跃迁所发出的光正好使某种金属材料产生光电效应，从能级n＝4向n＝1发出的光照射该金属材料，所产生的光电子的最大初动能为2.55eV

答案：A

解析：根据C＝6知，一群氢原子处于量子数n＝4的激发态，它们向较低能级跃迁时可能辐射出6种不同频率的光子，这时动能增大，电势能减小，故A错误；可见光的光子能量范围约为1.62eV－3.11eV，则紫外线的能量高于3.11eV，而n＝3能级的氢原子能量为－1.51eV，因此处于n＝3能级的氢原子可以吸收任意频率的紫外线，并发生电离，故B正确。根据光电效应产生条件，原子n＝4向n＝1，n＝3向n＝1，n＝2向n＝1跃迁所发生的光，能使其发生光电效应，故C正确；由C选项分析，结合光电效应方程Ekm＝hν－W，可知，从能级n＝4向n＝1发出的光照射时，辐射能量为E＝13.6eV－0.85eV＝12.75eV，原子n＝2向n＝1跃迁所发出的光的能量为E′＝13.6eV－3.4eV＝10.2eV，则产生的光电子的最大初动能为Ekm＝12.75eV－10.2eV＝2.55eV，故D正确。

5．如图所示，为一光电管电路，滑动变阻器触头位于ab上某点，用光照射光电管阴极，电表无偏转，要使电表指针偏转，可采取的措施有(　　)

A．加大照射光的强度

B．换用波长短的光照射

C．将P向b滑动

D．将电源正、负极对调

答案：B

解析：电表无偏转，说明没有发生光电效应现象，即入射光的频率小于极限频率，要能发生光电效应现象，只有增大入射光的频率，即减小入射光的波长。

6．(江苏泰州二中2015～2016学年高二下学期检测)由于放射性元素Np的半衰期很短，所以在自然界一直未被发现，在使用人工的方法制造后才被发现。已知Np经过一系列α衰变和β衰变后变成  Bi，下列论述中正确的是(　　)

A．核Bi比核Np少28个中子

B．衰变过程中共发生了7次α衰变和4次β衰变

C．衰变过程中共发生了4次α衰变和7次β衰变

D．发生β衰变时，核内中子数不变

答案：B

解析：Bi的原子核比Np少93－83＝10个质子，质子数和中子数总共少237－209＝28，故Bi的原子核比Np少18个中子，故A错误；设Bi变为Np需要经过x次α衰变和y次β衰变，根据质量数和电荷数守恒则有：93＝2x－y＋83,4x＝237－209，所以解得：x＝7，y＝4，故B正确，C错误；β衰变是原子核内的中子转化为质子释放一个电子，所以中子数减少，故D错误。故选B。

7.2013年12月中旬，中国自行研制的“玉兔”号月球车，在38万千米之外的月球表面闲庭信步。月球的表面长期受到宇宙射线的照射，使得“月壤”中的He含量十分丰富，科学家认为，He是发生核聚变的极好原料，将来He也许是人类重要的能源，所以探测月球意义十分重大。关于He，下列说法正确的是(　　)

A．He的原子核内有三个中子两个质子

B．He的原子核内有一个中子两个质子

C．He发生核聚变，放出能量，一定会发生质量亏损

D．He原子核内的核子靠万有引力紧密结合在一起

答案：BC

解析：He是氦元素的一种同位素，质量数是3，电荷数是2，原子核内有两个质子一个中子，所以A错误，B正确；发生核聚变放出能量就会有质量亏损，C正确；原子核内的核子是靠核力紧密结合在一起的，而不是靠万有引力紧密结合在一起，D错误。

8．(新疆农业大学附中2015～2016学年高二下学期期中)下列说法中正确的是(　　)

A．卢瑟福通过实验发现了质子，其核反应方程为He＋N→O＋H

B．铀核裂变的核反应是：U→Ba＋Kr＋2n

C．质子、中子、α粒子的质量分别为m1、m2、m3。质子和中子结合成一个α粒子，释放的能量是：(m1＋m2－m3)c2

D．如图，原子从a能级状态跃迁到b能级状态时发射波长为λ1的光子；原子从b能级状态跃迁到c能级状态时吸收波长为λ2的光子，已知λ1＞λ2。那么原子从a能级状态跃迁到c能级状态时将要吸收波长为的光子

答案：AD

解析：卢瑟福用α粒子轰击氮核发现了质子，故A正确；B选项不是裂变反应，故B错误；质子和中子结合成一个α粒子的核方程为：2H＋2n→He，故释放能量为：(2m1＋2m2－m3)c2，故C错误；bc能级之间能量等于ac能级与ab能级之间能量之和，即有：＝＋，故从a能级状态跃迁到c能级状态时将要吸收波长为：λ3＝的光子，故D正确，故选AD。

9．a、b两种单色光组成的光束从介质进入空气时，其折射光束如图所示。用a、b两束光(　　)

A．先后照射双缝干涉实验装置，在缝后屏上都能出现干涉条纹，由此确定光是横波

B．先后照射某金属，a光照射时恰能逸出光电子，b光照射时不能逸出光电子

C．从同一介质以相同方向射向空气，其界面为平面，若b光不能进入空气，则a光也不能进入空气

D．从同一介质以相同方向射向空气，其界面为平面，a光的反射角比b光的反射角大

答案：BC

解析：不论是横波还是纵波都能发生干涉现象，选项A错误；根据光路可逆原理，结合折射图象知，折射率na>nb，其光子能量Ea>Eb，当a光恰能逸出光电子，b光则不能发生光电效应，选项B正确；由全反射知识sinC＝知，临界角Ca<Cb，当b光发生全反射时，a光一定也发生全反射，选项C正确；由反射定律知，选项D错误。

10．一个静止的放射性原子核发生天然衰变时，在匀强磁场中得到内切圆的两条径迹，如图所示。若两圆半径之比为44:1，则(　　)

A．发生的是α衰变

B．轨迹2是反冲核的径迹

C．反冲核是逆时针运动，放射出的粒子是顺时针运动

D．该放射性元素的原子序数是90

答案：BC

解析：由动量守恒可知：m1v1＝m2v2，而R＝，故q1·BR1＝q2·BR2；半径越小，则q越大，故轨迹1是放出粒子的轨迹，轨迹2是反冲核的径迹，故B正确；反冲核带正电，由洛伦兹力充当向心力，根据左手定则可知，反冲核速度向下，则放出的粒子速度向上，由受力方向可知，放出粒子带负电，即发生β衰变，故A错C对；由q1R1＝q2R2及β衰变公式可知，放射性元素的原子序数为43，D错。

第Ⅱ卷(非选择题　共60分)

二、填空题(共3小题，共18分。把答案直接填在横线上)

11．(5分)人类认识原子结构和开发利用原子能经历了十分曲折的过程。请按要求回答下列问题。

(1)卢瑟福、玻尔、查德威克等科学家在原子结构或原子核的研究方面做出了卓越的贡献。请选择其中的两位，指出他们的主要成绩。

①__________________________________。

②__________________________________。

(2)在贝克勒尔发现天然放射现象后，人们对放射线的性质进行了深入研究，下图为三种射线在同一磁场中的运动轨迹，请从三种射线中任选一种，写出它的名称和一种用途。

________________________________________________________________________

答案：(1)卢瑟福提出了原子的核式结构模型；玻尔把量子理论引入原子模型，并成功解释了氢光谱规律；查德威克发现了中子

(2)2为γ射线；利用γ射线的贯穿本领，工业用来探伤。

解析：(1)卢瑟福提出了原子的核式结构模型(或其他成就)。

玻尔把量子理论引入原子模型，并成功解释了氢光谱规律(或其他成就)。

查德威克发现了中子(或其他成就)。

(2)1为α粒射线；利用α射线的电离作用消除有害静电。

或：2为γ射线；利用γ射线很强的贯穿本领，工业用来探伤。

或：3为β射线；利用β射线自动控制铝板厚度。

12．(6分)如图所示，这是工业生产中大部分光电控制设备用到的光控继电器的示意图，它由电源、光电管、放电器、电磁继电器等几部分组成。

(1)示意图中，a端应是电源________极。

(2)光控继电器的原理是：当光照射光电管时，________________________________________________________________________

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

(3)当用绿光照射光电管阴极K时，可以发生光电效应，则下列________说法正确。

A．增大绿光照射强度，光电子最大初动能增大

B．增大绿光照射强度，电路中光电流增大

答案：(1)正　(2)阴极K发射电子，电路中产生电流，经放大器放大的电流产生的磁场使铁芯M磁化，将衔铁N吸住。无光照射光电管时，电路中无电流，N自动离开M。　(3)B

13．(7分)(黑龙江大庆一中2015～2016学年高二下学期检测)用如图甲所示的气垫导轨来验证动量守恒定律，用频闪照相机闪光4次拍得照片如图乙所示，已知闪光时间间隔为Δt＝0.02s，闪光本身持续时间极短，已知在这4次闪光的时间内A、B均在0～80cm范围内且第一次闪光时，A恰好过x＝55cm处，B恰好过x＝70cm处，则由图可知：

(1)两滑块在x＝________cm处相碰。

(2)两滑块在第一次闪光后t＝________s时发生碰撞。

(3)若碰撞过程中满足动量守恒，则A、B两滑块的质量比为________。

答案：(1)60　(2)0.01s　(3)2:3

解析：(1)碰撞发生在第1、2两次闪光时刻之间，碰撞后B静止，故碰撞发生在x＝60cm处。

(2)碰撞后A向左做匀速运动，设其速度为vA′，

所以vA′·Δt＝20，

碰撞到第二次闪光时A向左运动10cm，时间为t′

有vA′·t′＝10，

第一次闪光到发生碰撞时间为t，

有t＋t′＝Δt，得t＝＝0.01s

(3)碰撞前，A的速度大小为：vA＝10m/s；B的速度大小为vB＝20m/s；

碰撞后，A的速度v′A＝20m/s，取向左为正方向，

则由动量守恒定律可知：mAv′A＝mBvB－mAvA

解得：mA:mB＝2:3

三、论述·计算题(共4小题，共42分。解答应写出必要的文字说明、方程式和重要演算步骤，只写出最后答案不能得分，有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位)

14．(9分)一群氢原子处于量子数n＝4的能级状态，氢原子的能级图如图所示，则：

(1)氢原子可能发射几种频率的光子？

(2)氢原子由量子数n＝4的能级跃迁到n＝2的能级时辐射光子的能量是多少电子伏？

(3)用(2)中的光子照射下表中几种金属，哪些金属能发生光电效应？发生光电效应时，发射光电子的最大初动能是多大？

答案：(1)6种　(2)2.55eV　(3)铯；0.65eV

解析：(1)可发射6种频率的光子

(2)由玻尔的跃迁规律可得光子的能量为E＝E4－E2，代入数据得E＝2.55eV

(3)E只大于铯的逸出功，故光子只有照射铯金属上时才能发生光电效应。根据爱因斯坦的光电效应方程可得光电子的最大初动能为Ekm＝E－W

代入数据得，Ekm＝0.65eV(或1.0×10－19J)

15．(10分)一个质子和两个中子聚变为一个氚核，已知质子质量mH＝1.007 3u，中子质量mn＝1.008 7u，氚核质量m＝3.018 0u。

(1)写出聚变方程；

(2)释放出的核能多大？

(3)平均每个核子释放的能量是多大？

答案：(1)H＋2n→H

(2)6.24MeV　(3)2.08MeV

解析：(1)聚变方程H＋2n―→H

(2)质量亏损Δm＝mH＋2mn－m＝(1.007 3＋2×1.008 7－3.018 0)u＝0.006 7u

释放的核能

ΔE＝Δmc2＝0.006 7×931.5MeV≈6.24MeV。

(3)平均每个核子放出的能量为

E＝＝MeV＝2.08MeV。

16．(11分)(河北衡水中学2015～2016学年高二下学期期中)如图甲所示，物块A、B的质量分别是mA＝4.0kg和mB＝3.0kg。用轻弹簧拴接，放在光滑的水平地面上，物块B右侧与竖直墙相接触。另有一物块C从t＝0时以一定速度向右运动，在t＝4s时与物块A相碰，并立即与A粘在一起不再分开，物块C的v－t图象如图乙所示。求：

(1)物块C的质量？

(2)B离开墙后的运动过程中弹簧具有的最大弹性势能EP?

答案：(1)2kg　(2)9J

解析：(1)由图知，C与A碰前速度为v1＝9m/s，碰后速度为v2＝3m/s，

C与A碰撞过程动量守恒，以C的初速度为正方向，

由动量守恒定律得：mCv1＝(mA＋mC)v2，

解得：mC＝2kg；

(2)12s末B离开墙壁，之后A、B、C及弹簧组成的系统动量和机械能守恒，且当AC与B速度v4相等时弹簧弹性势能最大。

根据动量守恒定律，有：

(mA＋mc)v3＝(mA＋mB＋mC)v4

根据机械能守恒定律，有：

(mA＋mc)v＝(mA＋mB＋mC)v＋EP

解得EP＝9J。

17．(12分)一个静止的氮核N俘获了一个速度为2.3×107m/s的中子生成一个复核A，A又衰变成B、C两个新核，设B、C的速度方向与中子方向相同，B的质量是中子的11倍，速度是106m/s，B、C在同一磁场中做圆周运动的半径之比RB:RC＝11:30，求：

(1)C核的速度大小；

(2)根据计算判断C核是什么；

(3)写出核反应方程。

答案：(1)3×106m/s　(2)氦原子核　

(3)N＋n―→B＋He

解析：氮核吸收了一个中子变成复核不稳定，发生衰变，整个过程中，中子、氮核以及两个新核组成的系统，在反应过程前后都不受外界的干扰，所以整个系统在俘获与衰变过程中动量均守恒，利用这一点，可求出C核的速度，然后根据粒子在磁场中的运动情况就可以判断出新核的种类，写出核反应方程。氮核俘获中子到衰变成B、C两个新核的过程中动量守恒

mnvn＝mBvB＋mCvC①

根据衰变规律，可知C核的质量数为14＋1－11＝4

由此解得vC＝3×106m/s

再由带电粒子在洛伦兹力的作用下做圆周运动的知识R＝可得：

＝＝＝②

qB＋qC＝7③

将②③联立可得，qC＝2，而mC＝4，则C核是氦原子核，核反应方程式是N＋n―→B＋He