人教版高中物理选择性必修第三册模块综合测评含答案

模块综合测评

(时间:75分钟　满分:100分)

一、单项选择题(本题共7小题,每小题4分,共28分。每小题只有一个选项符合题目要求)

1.在人类对微观世界进行探索的过程中,科学实验起到了非常重要的作用,下列说法符合历史事实的是(　　)

A.德布罗意大胆地把光的波粒二象性推广到了实物粒子,提出实物粒子也具有波动性的假设

B.贝克勒尔通过对天然放射性现象的研究,发现了原子中存在原子核

C.卢瑟福通过α粒子散射实验,证实了在原子核内存在质子

D.汤姆孙通过阴极射线在电场和磁场中的偏转实验,发现了阴极射线就是高速氦核流

2.(2022山东青岛一模)下列关于热学的一些说法正确的是(　　)

A.茶叶蛋变色是布朗运动产生的结果

B.第二类永动机违反了热力学第一定律

C.温度是分子平均动能的标志,两个动能不同的分子相比,动能大的温度高

D.一定质量理想气体对外做100 J的功,同时从外界吸收70 J的热量,则它的内能减小30 J

3.(2022山东泰安基础教育教学研究室高三期末)“氚电池”利用氚核β衰变产生的能量工作,可以给心脏起搏器供电。已知氚核的半衰期为12.5年,下列说法正确的是(　　)

A.氚核衰变放出的β射线是电子流,来源于核内中子衰变为质子放出的电子

B.氚核衰变放出的β射线是电子流,来源于核外内层电子

C.2个氚核经过12.5年后,衰变一个,还剩一个氚核

D.20克氚核经过12.5年后,衰变后剩余物的质量变为10 g

4.下列说法正确的是(　　)

A.核反应过程中原子核的质量和质量数均减少

B.原子核比结合能越大,核子的平均质量越小,原子核越稳定

C.核电站利用的原理是热核反应

D.核裂变反应中,反应物的结合能之和大于生成物的结合能之和

5.(2022山西晋中二模)钾的逸出功是2.25 eV。如图所示为氢原子的能级示意图,则下列对氢原子在能级跃迁过程中的特征认识,正确的是(　　)

A.一个处于n=4能级的氢原子向基态跃迁时,能放出6种不同频率的光

B.用能量为10.5 eV的光子轰击氢原子,可使处于基态的氢原子跃迁到激发态

C.用能量为12.09 eV的电子轰击氢原子,一定可使处于基态的氢原子跃迁到激发态

D.一群处于n=3能级的氢原子向基态跃迁时,发出的光照射钾板,钾板表面所发出的光电子的最大初动能为9.84 eV

6.(2022山东聊城二模)如图所示,一定质量的理想气体从状态A依次经过状态B、C、D后再回到状态A。其中AB和CD为等温过程,BC为等压过程,DA为等容过程,则在该循环过程中,下列说法正确的是(　　)

A.AB过程中,气体吸收热量

B.BC过程中,气体分子的平均动能不变

C.CD过程中,单位时间内碰撞单位面积器壁的分子数减少

D.若气体在BC过程中内能变化量的数值为2 kJ,与外界交换的热量为7 kJ,则在此过程中外界对气体做的功为5 kJ

7.(2022四川绵阳三模)某同学在研究甲、乙两金属的光电效应现象时,发现两金属逸出光电子的最大初动能Ek与入射光频率ν的关系分别如图中的①②所示,图中虚线与两条实线平行。下列说法正确的是(　　)

A.甲金属的截止频率大于乙金属的截止频率

B.甲金属的逸出功大于乙金属的逸出功

C.用频率为ν2的光照射甲金属不能产生光电效应

D.用频率为ν2的光照射乙金属不能产生光电效应

二、多项选择题(本题共3小题,每小题6分,共18分。全部选对得6分,选对但不全的得3分,有选错的得0分)

8.下列关于热现象的说法正确的是(　　)

A.布朗运动说明构成固体颗粒的分子在永不停息地做无规则运动

B.烧热的针尖接触涂有蜂蜡薄层的云母片背面,熔化的蜂蜡呈椭圆形,说明蜂蜡是晶体

C.在绕地球运行的“天和号”核心舱中漂浮的水滴几乎呈球形,这是水的表面张力的结果

D.在合适的条件下,某些晶体可以转变为非晶体,某些非晶体也可以转变为晶体

9.如图甲所示是氢原子光谱的两条谱线,图中给出了谱线对应的波长,图乙为氢原子的能级图,已知普朗克常量h=6.63×10-34 J·s,电子电荷量e=1.6×10-19 C,则(　　)

A.Hβ谱线对应光子的能量大于Hα谱线对应光子的能量

B.若两种谱线对应的光子都能使某种金属发生光电效应,则Hα谱线对应光子照射到该金属表面时,形成的光电流较小

C.Hα谱线对应光子的能量为1.89 eV

D.Hα谱线对应的光子是氢原子从n=4能级跃迁到n=3能级发出的

10.在匀强磁场中,一个原来静止的原子核,由于衰变放射出某种粒子,结果得到一张两个相切圆1和2的径迹照片(如图所示),已知两个相切圆半径分别为r1、r2,下列说法正确的是(　　)

A.原子核可能发生的是α衰变,也可能发生的是β衰变

B.径迹2可能是衰变后新核的径迹

C.若衰变方程是UThHe,则r1∶r2=1∶45

D.若是α衰变,则1和2的径迹均是顺时针方向

三、非选择题(本题共5小题,共54分)

11.(6分)在做用油膜法估测分子大小的实验时,油酸酒精溶液的浓度为每2 000 mL溶液中有纯油酸1 mL。用注射器测得1 mL上述溶液有200滴,把一滴该溶液滴入盛水的表面撒有爽身粉的浅盘里,待水面稳定后,测得油酸膜的近似轮廓如图所示,图中正方形小方格的边长为1 cm,则每一滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积是　　　　 mL,油酸膜的面积是　　　　 cm2。据上述数据,估测出油酸分子的直径是　　　　　　　 m。 

12.(6分)用如图甲所示的实验装置探究等温情况下一定质量气体压强与体积的关系。在注射器活塞上涂润滑油并插入针管,用细软管将针管小孔与压强传感器连接密封一定质量气体,移动活塞改变气体的体积和压强,气体体积由注射器刻度读取,气体压强由压强传感器读取。

(1)交流实验成果时某同学发现各小组所测的pV乘积并不相同,最主要的原因是　　　　　　　　　　。 

(2)某小组实验操作无误,但根据测得的数据作出V-图像不过坐标原点,如图乙所示,图中V0代表　　　　　　　　　　的体积。 

13.(12分)(2022江西吉安高二期末)可燃冰是天然气与水在高压低温条件下形成的类冰状结晶物质,因其外观像冰,遇火即燃,因此被称为可燃冰。已知1 m3可燃冰可释放标准状况下的天然气164 m3,标准状况下1 mol气体的体积为22.4 L,标准状况下天然气的密度为0.67 kg/m3。阿伏加德罗常数取NA=6.02×1023 mol-1。求:

(1)1 cm3可燃冰所含甲烷分子数;

(2)平均每个甲烷分子的质量。(结果均保留两位有效数字)

14.(14分)(2022山东菏泽高二期末)太阳中含有大量的氘核,因氘核不断发生核反应释放大量的核能,以光和热的形式向外辐射。若已知两个氘核H聚变产生一个中子n和一个氦核He。已知氘核质量为2.013 6 u,氦核质量为3.015 0 u,中子质量为1.008 7 u,1 u的质量相当于931.5 MeV的能量。

(1)写出核反应方程。

(2)求核反应中释放的核能。

(3)在两氘核以相等的动能0.35 MeV进行对心碰撞,并且核能全部转化为机械能的情况下,求反应中产生的中子和氦核的动能。

15.(16分)负压病房通过特殊的通风抽气设备,使病房内的气压低于病房外的气压,保证污染空气不向外扩散。若已知某间负压隔离病房的空间体积V=60 m3,启用前环境温度t1=-3 ℃,外界大气压强为p0=1.01×105 Pa,启用后,某时刻监测到负压病房的温度t2=27 ℃、负压为-15 Pa(指与外界大气压p0的差值)。

(1)试估算启用后负压隔离病房内减少的气体质量与启用前房间内气体总质量的比值。

(2)判断在负压隔离病房启用过程中剩余气体是吸热还是放热,并简述原因。

模块综合测评

1.A　德布罗意大胆地把光的波粒二象性推广到了实物粒子,提出实物粒子也具有波动性的假设,选项A正确;贝克勒尔首先发现天然放射性现象,但没有发现原子中存在原子核,选项B错误;卢瑟福通过α粒子散射实验的研究提出了原子的核式结构理论,选项C错误;汤姆孙通过阴极射线在电场和在磁场中的偏转实验,发现了阴极射线就是高速电子流,选项D错误。

2.D　茶叶蛋变色是扩散现象的结果,A错误;第二类永动机违反了热力学第二定律,B错误;温度是分子平均动能的标志,是统计规律,适用于大量分子,对单个分子不成立,C错误;一定质量理想气体对外做100 J的功,同时从外界吸收70 J的热量,根据热力学第一定律可得ΔU=W+Q=-100 J+70 J=-30 J,可知气体的内能减小30 J,D正确。

3.A　氚核衰变放出的β射线是电子流,来源于核内中子衰变为质子放出的电子,A正确,B错误;半衰期是针对大量放射性元素的统计规律,不适用于个别原子核,C错误;经过一个半衰期,有半数氚核发生衰变转变为其他原子核,并不是总质量变为原来一半,D错误。

4.B　核裂变反应过程中要释放能量,根据爱因斯坦质能方程ΔE=Δmc2,可知质量是减少的,但反应前后质量数保持不变,故A错误;原子核比结合能越大,核子的平均质量越小,原子核越稳定,故B正确;核电的原理是重核裂变,故C错误;核裂变反应中,反应物的结合能之和小于生成物的结合能之和,故D错误。

5.D　一个处于n=4能级的氢原子向基态跃迁时,最多能放出3种不同频率的光,选项A错误;因10.5 eV不等于任何两个能级的能级差,则用能量为10.5 eV的光子轰击氢原子,不能使处于基态的氢原子跃迁到激发态,选项B错误;用能量为12.09 eV的电子轰击,氢原子吸收的能量等于基态与其他能级间的能级差,可能使处于基态的氢原子跃迁到激发态,但不是一定,故C错误;一群处于n=3能级的氢原子向基态跃迁时,其中从3→1跃迁时发出的光子的能量最大,最大值为12.09 eV,则发出的光照射钾板,钾板表面所发出的光电子的最大初动能为12.09 eV-2.25 eV=9.84 eV,选项D正确。

6.C　AB过程中,气体温度不变,内能不变,体积减小,外界对气体做功,则气体放出热量,选项A错误;BC过程中,压强不变,体积增大,则气体温度升高,气体分子的平均动能增加,选项B错误;CD过程中,气体温度不变,压强减小,体积变大,则单位时间内碰撞单位面积器壁的分子数减少,选项C正确;根据热力学第一定律,若在BC过程中气体内能增加,数值为2 kJ,气体体积变大,对外做功,则气体吸收热量,若吸收的热量为7 kJ,则在此过程中气体对外做的功为5 kJ,选项D错误。

7.D　根据Ek=hν-W0可知横轴截距表示最大初动能为零时的入射光频率,此时的频率等于金属的截止频率,由图可知乙金属的截止频率大,甲金属的逸出功小于乙金属的逸出功,故A、B错误;由A、B选项分析可知:用频率为ν2的光照射甲金属能产生光电效应,用频率为ν2的光照射乙金属不能产生光电效应,故D正确,C错误。

8.CD　布朗运动是周围液体或气体分子对布朗粒子的撞击不平衡性造成的,说明周围液体或气体分子在永不停息地做无规则运动,A选项错误;烧热的针尖接触涂有蜂蜡薄层的云母片背面,熔化的蜂蜡呈椭圆形,说明云母片导热各向异性,所以云母片是晶体,而非蜂蜡,B选项错误;核心舱中漂浮的水滴几乎呈球形,是水的表面张力的结果,C选项正确;晶体和非晶体可以相互转变,比如天然的水晶是晶体,而熔融后的玻璃是非晶体,D选项正确。

9.AC　Hβ谱线的波长小于Hα谱线的波长,故Hβ谱线的频率较大,Hβ谱线对应光子的能量大于Hα谱线对应光子的能量,选项A正确;在光的频率一定时,光电流与光的强度有关,在光强一定时,光电流与光的频率无关,选项B错误;Hα谱线对应光子的能量为E=h=3.03×10-19 J=1.89 eV,选项C正确;E4-E3=0.66 eV,选项D错误。

10.CD　原子核衰变过程系统动量守恒,由动量守恒定律可知,衰变生成的两粒子动量方向相反,粒子速度方向相反,由左手定则知:若生成的两粒子电性相反则在磁场中的轨迹为内切圆,若电性相同则在磁场中的轨迹为外切圆,所以题图所示为电性相同的粒子,可能发生的是α衰变,不是β衰变,故A错误;核反应过程系统动量守恒,原子核原来静止,初动量为零,由动量守恒定律可知,原子核衰变后生成的两核动量p大小相等、方向相反,粒子在磁场中做匀速圆周运动,洛伦兹力提供向心力,由牛顿第二定律得qvB=m,解得r=,由于p、B都相同,则粒子电荷量q越大,其轨道半径r越小,由于新核的电荷量大于α粒子的电荷量,则新核的轨道半径小于α粒子的轨道半径,则半径为r1的圆为新核的运动轨迹,半径为r2的圆为α粒子的运动轨迹,若衰变方程是UThHe,则r1∶r2=2∶90=1∶45,故B错误,C正确;若是α衰变,生成的两粒子电性相同,由左手定则可知,两粒子都沿顺时针方向做圆周运动,故D正确。

11.答案 2.5×10-6　41　6.1×10-10

解析 1滴油酸酒精溶液中含纯油酸的体积V= mL=2.5×10-6 mL;由于每格边长为1 cm,则每一格就是1 cm2,估算油膜面积时,超过半格按一格计算,小于半格的舍去,估算出41格,则油酸薄膜面积为S=41 cm2,因此分子直径约为d= m=6.1×10-10 m。

12.答案 (1)密封的气体质量不同　(2)压强传感器与注射器之间气体

解析 (1)交流实验成果时,某同学发现各小组所测的pV乘积并不相同,是因为密封的气体质量不同。

(2)实验数据画出的V-图线应是过坐标原点的倾斜直线,在实际的实验过程中实验操作规范正确,根据实验数据画出如题图乙所示的V-图线不过坐标原点,该图线的方程为V=k·-V0,说明注射器中的气体的体积小于实际的封闭气体的体积,结合实验的器材可知,图中V0代表压强传感器与注射器之间气体的体积。

13.答案 (1)4.4×1027　(2)2.5×10-26 kg

解析 (1)1 m3可燃冰可释放164 m3的天然气,标准状况下1 mol气体的体积为2.24×10-2 m3,甲烷物质的量为

n= mol=7.3×103 mol

则1 m3可燃冰所含甲烷分子数为

N=nNA=7.3×103×6.02×1023=4.4×1027。

(2)平均每个甲烷分子的质量为

m0= kg=2.5×10-26 kg。

14.答案 (1HHen

(2)3.26 MeV

(3)En=2.97 MeV,EHe=0.99 MeV

解析 (1)核反应方程为HHen。

(2)核反应过程中质量减少了Δm=2×2.013 6 u-1.008 7 u-3.015 0 u=0.003 5 u

释放的核能为ΔE=0.003 5×931.5 MeV=3.26 MeV。

(3)设n和He的动量分别为p1和p2,根据动量守恒定律得p1+p2=0

可得p1和p2大小相等,方向相反。根据p=mv

E=mv2

联立得E=

又mHe=3mn

故有En=3EHe

由能量守恒定律得En+EHe=ΔE+2Ek

代入数据解得En=2.97 MeV,EHe=0.99 MeV。

15.答案 (1)　(2)吸热,原因见解析

解析 (1)根据题意有T1=270 K,T2=300 K,p2=1.01×105 Pa-15 Pa

设减少的气体体积为ΔV,以启用后负压病房内剩余的气体为研究对象,由理想气体状态方程得

解得ΔV=6 m3

则

(2)因为抽气过程中剩余的气体温度升高,故内能增加ΔU>0

而剩余气体的体积膨胀,对外做功W<0

由热力学第一定律得ΔU=W+Q

可知,Q>0,气体从外界吸收热量。