高中同步测试卷·人教物理选修3－5：高中同步测试卷（十二） word版含解析

高中同步测试卷(十二)

期末测试卷

(时间：90分钟，满分：100分)

一、选择题(本题共10小题，每小题5分，共50分.在每小题给出的四个选项中，至少有一个选项正确.全部选对的得5分，选对但不全的得3分，有错选或不答的得0分.)

1.小车上装有一桶水，静止在光滑水平地面上，如图所示，桶的前、后、底及侧面各装有一个阀门，分别为S1、S2、S3、S4(图中未画出)，要使小车向前运动，可采用的方法是(　　)

A.打开阀门S1

B.打开阀门S2

C.打开阀门S3

D.打开阀门S4

2.物理学重视逻辑，崇尚理性，其理论总是建立在对事实观察的基础上.下列说法正确的是(　　)

A.天然放射现象说明原子核内部是有结构的

B.电子的发现使人们认识到原子具有核式结构

C.α粒子散射实验的重要发现是电荷是量子化的

D.密立根油滴实验表明核外电子的轨道是不连续的

3.下列四幅图涉及不同的物理知识，其中说法不正确的是(　　)

A.图甲：普朗克通过研究黑体辐射提出能量子的概念，成为量子力学的奠基人之一

B.图乙：玻尔理论指出氢原子能级是分立的，所以原子发射光子的频率也是不连续的

C.图丙：卢瑟福通过分析α粒子散射实验结果，发现了质子和中子

D.图丁：根据电子束通过铝箔后的衍射图样，可以说明电子具有波动性

4.下列说法正确的是(　　)

A.相同频率的光照射到不同的金属上，逸出功越大，出射的光电子最大初动能越小

B.钍核Th衰变成镤核Pa，放出一个中子，并伴随着放出γ光子

C.根据玻尔理论，氢原子辐射出一个光子后能量减小，核外电子运动的加速度减小

D.比结合能越小表示原子核中的核子结合得越牢靠，原子核越稳定

5.下列应用中把放射性同位素作为示踪原子的是(　　)

A.利用含有放射性碘131的油，检测地下输油管的漏油情况

B.把含有放射性元素的肥料施给农作物，利用探测器的测量，找出合理的施肥规律

C.利用射线探伤法检查金属中的砂眼和裂纹

D.给怀疑患有甲状腺疾病的病人注射碘131，诊断甲状腺的器质性和功能性疾病

6.红宝石激光器的工作物质红宝石是含有铬离子的三氧化二铝晶体，利用其中的铬离子产生激光.铬离子的能级图如图所示，E1是基态，E2是亚稳态，E3是激发态，若以脉冲氙灯发出的波长为λ1的绿光照射晶体，处于基态的铬离子受到激发而跃迁到E3，然后自发地跃迁到E2，释放波长为λ2的光子，处于亚稳态E2的离子跃迁到基态时辐射出的光就是激光，这种激光的波长为(　　)

A.  B.

C.  D.

7.已知金属钙的逸出功为2.7 eV，氢原子的能级图如图所示，一群氢原子处于量子数n＝4能级状态，则(　　)

A.氢原子可能辐射6种频率的光子

B.氢原子可能辐射5种频率的光子

C.有3种频率的辐射光子能使钙发生光电效应

D.有4种频率的辐射光子能使钙发生光电效应

8.如图所示，一沙袋用轻细绳悬于O点，开始时沙袋处于静止，此后用弹丸以水平速度击中沙袋后均未穿出.第一个弹丸的速度为v1，打入沙袋后二者共同摆动的最大摆角为30°.当其第一次返回图示位置时，第二个弹丸以水平速度v2又击中沙袋，使沙袋向右摆动且最大摆角仍为30°.若弹丸质量是沙袋质量的，则以下结论中正确的是(　　)

A.v1＝v2  B.v1∶v2＝41∶42

C.v1∶v2＝42∶41  D.v1∶v2＝41∶83

9.钚的一种同位素Pu衰变时释放巨大能量，其衰变方程为Pu→U＋He＋γ，则(　　)

A.核燃料总是利用比结合能小的核

B.核反应中γ的能量就是Pu的结合能

C.U核比Pu核更稳定，说明U的结合能大

D.由于衰变时释放巨大能量，所以Pu比U的比结合能小

10.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，只是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，下列论断中正确的是(　　)

A.Bi的原子核比Np的原子核少28个中子

B.Bi的原子核比Np的原子核少18个中子

C.衰变过程中共发生了7次α衰变和4次β衰变

D.衰变过程中共发生了4次α衰变和7次β衰变

二、非选择题(本题共6小题，共50分.解答时应写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤，只写出最后答案的不能得分，有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位.)

11.(4分)如图所示，用导线将验电器与洁净锌板连接，触摸锌板使验电器指示归零.用紫外线照射锌板，验电器指针发生明显偏转，接着用毛皮摩擦过的橡胶棒接触锌板，发现验电器指针张角减小，此现象说明锌板带　　　　(填“正”或“负”)电；若改用红外线重复上述实验，结果发现验电器指针根本不会发生偏转，说明金属锌的极限频率　　　　(填“大于”或“小于”)红外线的频率.

12.(8分)如图是用来验证动量守恒的实验装置，弹性球1用细线悬挂于O点，O点下方桌子的边沿有一竖直立柱.实验时，调节悬点，使弹性球1静止时恰与立柱上的球2接触且两球等高.将球1拉到A点，并使之静止，同时把球2放在立柱上.释放球1，当它摆到悬点正下方时与球2发生对心碰撞.碰后球1向左最远可摆到B点，球2落到水平地面上的C点.测出有关数据即可验证1、2两球碰撞时动量守恒.现已测出A点离水平桌面的高度为a，B点离水平桌面的高度为b，C点与桌子边沿间的水平距离为c.此外，

(1)还需要测量的量是　　　　　、　　　　　　和　　　　　Ｗ.

(2)根据测量的数据，该实验中动量守恒的表达式为　　　　Ｗ.(忽略小球的大小)

13.(8分)一速度为v的高速α粒子(He)与同方向运动的氖核(Ne)发生弹性正碰，碰后α粒子恰好静止.求碰撞前后氖核的速度(不计相对论修正).

14.(10分)已知氢原子基态的电子轨道半径为r1＝0.528×10－10 m，量子数为n的能级值为En＝ eV.

(1)求电子在基态轨道上运动的动能；

(2)有一群氢原子处于量子数n＝3的激发态，画一张能级图，在图上用箭头标明这些氢原子能发出哪几种光谱线； 

(3)计算这几种光谱线中波长最短的波长.

(静电力常量k＝9×109 N·m2/C2，电子电荷量e＝1.6×10－19 C，普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s，真空中光速c＝3.00×108 m/s)

15.(10分)天文学家测得银河系中氦的含量约为25%，有关研究表明，宇宙中氦生成的途径有两条：一是在宇宙诞生后3分钟左右生成的；二是在宇宙演化到恒星诞生后，由恒星内部的氢核聚变反应生成的.

(1)氦核聚变反应可简化为4个氢核(H)聚变成氦核(He)，同时放出2个正电子(e)和2个中微子(νe)，请写出该氢核聚变反应的方程，并计算一次反应释放的能量；

(2)研究表明，银河系的年龄约为t＝3.8×1017 s，每秒钟银河系产生的能量约为1×1037 J(即P＝1×1037 J/s).现假定该能量全部来自上述氢核聚变反应，试估算银河系中氦的含量；(最后结果保留一位有效数字)

(3)根据你的估算结果，对银河系中氦的主要生成途径作出判断.

(可能用到的数据：银河系质量约为M＝3×1041 kg，原子质量单位1 u＝1.66×10－27 kg，1 u相当于1.5×10－10 J的能量，电子质量me＝0.000 5 u，氦核质量mα＝4.002 6 u，氢核质量mp＝1.007 8 u，中微子νe质量为零)

16.(10分)如图所示，光滑水平地面上停放着甲、乙两辆相同的平板车，一根轻绳跨过乙车的定滑轮(不计定滑轮的质量和摩擦)，绳的一端与甲车相连，另一端被甲车上的人拉在手中，已知每辆车和人的质量均为30 kg，两车间的距离足够远，现在人用力拉绳，两车开始相向运动，人与甲车保持相对静止，当乙车的速度为0.5 m/s时，停止拉绳，求：

(1)人在拉绳过程中做了多少功？

(2)若人停止拉绳后，为避免两车相撞，人至少以多大水平速度从甲车跳到乙车才能使两车不发生碰撞？

参考答案与解析

1．[导学号13050177]　【解析】选B.根据水和车组成的系统动量守恒，原来系统动量为0，由0＝m水v水＋m车v车知，车的运动方向与水的运动方向相反，故水应向后喷出．

2．[导学号13050178]　【解析】选A.选项A：天然放射现象说明原子核内部是有结构的，人们认识原子核的复杂结构是从天然放射现象开始的，选项A正确．选项B：电子的发现说明了原子是可以分割的，是由更小的微粒组成的，选项B错误．选项C：由α粒子散射实验建立了原子的核式结构模型，选项C错误．选项D：密立根油滴实验说明物质所带电荷量是量子化的，选项D错误．

3．[导学号13050179]　【解析】选C.图甲为黑体辐射的实验规律，为了解释这一实验规律，普朗克提出能量子概念，选项A正确；图乙为氢原子的能级图，氢原子处于不同能级间跃迁时辐射或吸收一定频率的光子，选项B正确；图丙是α粒子散射实验结果，证明了原子的核式结构，选项C不正确；图丁是电子束通过铝箔后的衍射图样，说明了电子的波动性，选项D正确．

4．[导学号13050180]　【解析】选A.钍核衰变的核反应方程为2Th→2Pa＋1e，选项B错误；氢原子辐射出一个光子后能量减小，核外电子轨道半径减小，由a＝，核外电子运动的加速度增大，选项C错误；比结合能越大，原子核越稳定，选项D错误．

5．[导学号13050181]　【解析】选ABD.利用射线探伤法检查金属中的砂眼和裂纹是利用γ射线贯穿能力强的特点，因此C选项不属于示踪原子的应用，A、B、D都是作为示踪原子，故A、B、D正确．

6．[导学号13050182]　【解析】选A.由题意知

E3－E1＝h ①

E3－E2＝h ②

E2－E1＝h ③

由①②③式解得λ＝，故A项正确．

7．[导学号13050183]　【解析】选AC.从n＝4能级跃迁可能产生的光子为6种，A正确，B错误．若发生光电效应，则光子的能量需要大于2.7 eV，此时只有第4能级跃迁到第1能级、第3能级跃迁到第1能级、第2能级跃迁到第1能级产生的3种频率的光子满足条件，C正确、D错误．

8．[导学号13050184]　【解析】选D.根据摆动过程中机械能守恒和两次击中沙袋摆的角度相等可知，两次击中沙袋后整体的速度相同，设为v，用M表示沙袋的质量，m表示弹丸的质量，由动量守恒定律得：

第一次：mv1＝(M＋m)v，

第二次：mv2－(M＋m)v＝(M＋2m)v，

比较两式可以解得：v1∶v2＝41∶83.

9．[导学号13050185]　【解析】选AD.根据比结合能越大，原子核越稳定，则核燃料总是利用比结合能小的核，故A正确；核反应中γ的能量就是U的结合能，故B错误；U比Pu核更稳定，说明U的比结合能大，所以衰变时，会释放巨大能量，故C错误，D正确．

10．[导学号13050186]　【解析】选BC.Bi的中子数为209－83＝126，的中子数为237－93＝144，的原子核比Np的原子核少18个中子，A错，B对；衰变过程中共发生了α衰变的次数为＝7次，β衰变的次数为2×7－(93－83)＝4次，C对，D错．

11．[导学号13050187]　【解析】毛皮摩擦过的橡胶棒带负电荷，接触锌板后，验电器指针张角变小，说明锌板带正电；用红外线照射不发生光电效应现象，说明红外线的频率小于锌的极限频率．

【答案】正　大于

12．[导学号13050188]　(1)小球1的质量m1，小球2的质量m2，立柱高h和桌子高度H

(2)m1＝m1＋m2

13．[导学号13050189]　【解析】设碰撞前后氖核速度分别为v0、vNe，由动量守恒与机械能守恒定律得

mαv＋mNev0＝mNevNe

mαv2＋mNev＝mNev

且＝

解得v0＝v＝v

vNe＝v＝v.

【答案】见解析

14．[导学号13050190]　【解析】(1)核外电子绕核做匀速圆周运动，库仑力提供向心力，则

k＝，又知Ek＝mv2，

故电子在基态轨道的动能为：

Ek＝＝ J＝2.18×10－18 J＝13.6 eV.

(2)当n＝1时，能级值为

E1＝ eV＝－13.6 eV；

当n＝2时，能级值为

E2＝ eV＝－3.4 eV；

当n＝3时，能级值为

E3＝ eV＝－1.51 eV.

能发出的光谱线分别为3→2，2→1，3→1共3种，能级图如图所示．

(3)由n＝3能级向n＝1能级跃迁时发出的光子频率最大，波长最短．

hν＝E3－E1，又知ν＝，则有

λ＝

＝ m＝1.03×10－7 m.

【答案】(1)13.6 eV　(2)见解析　(3)1.03×10－7 m

15．[导学号13050191]　【解析】(1)4H→He＋2e＋2νe.

Δm＝4mp－mα－2me.

ΔE＝Δmc2＝4.14×10－12 J.

(2)m＝mα≈6.1×1039 kg，

氦的含量k＝＝≈2%.

(3)由估算结果可知，k≈2%远小于25%的实际值，所以银河系中的氦主要是宇宙诞生后3分钟左右生成的．

【答案】(1)4H→He＋2e＋2νe　4.14×10－12 J

(2)2%

(3)银河系中的氦主要是宇宙诞生后3分钟左右生成的

16．[导学号13050192]　【解析】(1)设甲、乙两车和人的质量分别为m甲、m乙和m人，停止拉绳时甲车的速度为v甲，乙车的速度为v乙，取甲车的运动方向为正方向，由动量守恒定律得

(m甲＋m人)v甲－m乙v乙＝0

解得v甲＝0.25 m/s

由功能关系可知，人拉绳过程中做的功等于系统动能的增加量．

W＝(m甲＋m人)v＋m乙v＝5.625 J.

(2)设人跳离甲车时人的速度为v人，取v人的方向为正方向，人离开甲车前后由动量守恒定律得

(m甲＋m人)v甲＝m甲v甲′＋m人v人

人跳到乙车时：m人v人－m乙v乙＝(m人＋m乙)v乙′

要使两车恰好不发生碰撞，需满足v甲′＝v乙′

解得v人＝0.5 m/s

即当人跳离甲车的水平速度至少为0.5 m/s时，两车才不会发生碰撞．

【答案】(1)5.625 J　(2)0.5 m/s