2020屆高三物理練習(xí) 模塊綜合檢測（選修3-5） 新人教版

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1、模塊綜合檢測 (時間90分鐘，滿分100分) 1．(8分)(2020·山東高考)歷史上第一次利用加速器實現(xiàn)的核反應(yīng)，是用加速后動能為0.5 MeV的質(zhì)子11H轟擊靜止的ZAX，生成兩個動能均為8.9 MeV的24He.(1 MeV＝1.6×10 －13J) (1)上述核反應(yīng)方程為________． (2)質(zhì)量虧損為________kg. 解析：11H＋37X→24He＋24He或11H＋37Li→24He＋24He Δmc2＝E末－E初，所以Δm＝ ＝ kg＝3.1×10－29 kg 答案：(1)11H＋37X→24He＋24He或11H＋37Li→24He＋24

2、He (2)3.1×10－29 2．(6分)人眼對綠光最為敏感，正常人的眼睛接收到波長為530 nm的綠光時，只要每 秒有6個綠光的光子射入瞳孔，眼睛就能察覺．普朗克常量為6.63×10－34 J·s，光速 為3.0×108 m/s，則： (1)人眼能察覺到綠光時所接收到的最小功率是________． (2)用這種波長的綠色光照射下列五種材料，能產(chǎn)生光電效應(yīng)的材料有________種. 材料 銫 鈣 鎂 鈹 鈦 逸出功(×10－19 J) 3.0 4.3 5.9 6.2 6.6 解析：(1)每個綠光光子的能量E0＝hν＝h＝J≈3.8×10－19J

3、人眼最少需每秒射入6個綠光光子才能察覺，故P＝＝6×3.8×10－19 W≈2.3×10 －18 W (2)發(fā)生光電效應(yīng)的條件是光子的能量要大于金屬的逸出功，E0僅大于銫的逸出功，故 只有一種． 答案：(1)2.3×10－18 W　(2)1 3．(8分)質(zhì)量為M的小物塊A靜止在離地面高h的水平桌面的邊緣，質(zhì)量為m的小物 塊B沿桌面向A運動并以速度v0與之發(fā)生正碰(碰撞時間極短)．碰后A離開桌面， 其落地點離出發(fā)點的水平距離為L.碰后B反向運動．求B后退的距離．(已知B與桌 面間的動摩擦因數(shù)為μ，重力加速度為g) 解析：設(shè)t為A從離開桌面到落地經(jīng)歷的時間， v表示剛碰后A的速

4、度，有：h＝gt2 L＝vt 設(shè)V為剛碰后B的速度大小，由動量守恒定律有： mv0＝Mv－mV 設(shè)B后退的距離為x，由動能定理有： －μmgx＝0－mV2 由以上各式求得：x＝( －v0)2. 答案：( －v0)2 4．(8分)原來靜止的原子核abX，發(fā)生α衰變后放出一個動能為E0的α粒子，求： (1)生成的新核動能是多少？ (2)如果衰變釋放的能量全部轉(zhuǎn)化為α粒子及新核的動能，釋放的核能ΔE是多少？ (3)虧損的質(zhì)量Δm是多少？ 解析：(1)衰變方程為：abX―→24He＋a－2b－4Y 在衰變過程中動量守恒 mαvα＝mYvY 又因為Ek＝， 所以＝＝，EY

5、＝E0 (2)由能量守恒，釋放的核能 ΔE＝E0＋EY＝E0＋E0＝ (3)由質(zhì)能關(guān)系ΔE＝Δmc2，解得Δm＝. 答案：(1)E0　(2)E0　(3) 5．(8分)氫原子處于基態(tài)時，原子的能級為E1＝－13.6 eV，普朗克常量h＝6.63×10－34J·s， 當氫原子在n＝4的激發(fā)態(tài)時，問： (1)要使氫原子電離，入射光子的最小能量是多少？ (2)能放出的光子的最大能量是多少？ 解析：(1)由氫原子的能級公式得 E4＝E1＝－0.85 eV 故要使處在n＝4能級的氫原子電離，入射光子的最小能量為0.85 eV. (2)由hν＝Em－En可知 hν＝E4－E1＝12

6、.75 eV 即處于n＝4的氫原子躍遷到n＝1時放出光子的能量最大為12.75 eV. 答案：(1)0.85 eV　(2)12.75 eV 6．(6分)利用光譜分析鑒別物質(zhì)的組成成分時，靈敏度是很高的． (1)如何進行操作？_____________________________________________________. (2)如圖1甲所示的a、b、c、d為四種元素的特征譜線，圖乙是某礦物的線狀譜，通 過光譜分析可以確定該礦物中缺少的元素為________． 圖1 A．a(chǎn)元素 　　　　　　　 B．b元素 C．c元素 D．d元素 解析：(1)光譜分

7、析中首先獲取樣本的線狀譜，然后利用各種原子的特征譜線加以對照， 從而確定組成成分． (2)由礦物的線狀譜與幾種元素的特征譜線進行對照，b元素的譜線在該線狀譜中不存 在，故B正確．與幾個元素的特征譜線不對應(yīng)的線說明該礦物中還有其他元素． 答案：(1)見解析　(2)B 7．(8分)用中子轟擊鋰核(36Li)發(fā)生核反應(yīng)，產(chǎn)生氚和α粒子并放出4.8 MeV的能量． (1)寫出核反應(yīng)方程式； (2)求上述反應(yīng)中的質(zhì)量虧損為多少(保留兩位有效數(shù)字)； (3)若中子與鋰核是以等大反向的動量相碰，則α粒子和氚的動能之比是多少？ 解析：(1)36Li＋01n―→13H＋24He＋4.8 MeV

8、 (2)Δm＝＝ kg ≈8.5×10－30 kg (3)設(shè)m1、m2、v1、v2分別為氦核、氚核的質(zhì)量和速度，由動量守恒定律得0＝m1v1 ＋m2v2 氦核、氚核的動能之比 Ek1∶Ek2＝∶＝m2∶m1＝3∶4. 答案：(1)見解析　(2)8.5×10－30 kg　(3)3∶4 8．(8分)如所示，質(zhì)量M＝4 kg的滑板B靜止放在光滑水平 面上，其右端固定一根輕質(zhì)彈簧，彈簧的自由端C到滑板左端 的距離L＝0.5 m，這段滑板與木塊A(可視為質(zhì)點)之間的動摩 圖2 擦因數(shù)μ＝0.2，而彈簧自由端C到彈簧固定端D所對應(yīng)的滑板上表面光滑．小木塊A 以速度v0

9、＝10 m/s由滑板B左端開始沿滑板B表面向右運動．已知木塊A的質(zhì)量m ＝1 kg，g取10 m/s2.求： (1)彈簧被壓縮到最短時木塊A的速度； (2)木塊A壓縮彈簧過程中彈簧的最大彈性勢能． 解析：(1)彈簧被壓縮到最短時，木塊A與滑板B具有相同的速度，設(shè)為v，從木塊A 開始沿滑板B表面向右運動至彈簧被壓縮到最短的過程中，A、B系統(tǒng)的動量守恒： mv0＝(M＋m)v 解得v＝v0. 代入數(shù)據(jù)得木塊A的速度v＝2 m/s. (2)木塊A壓縮彈簧過程中，彈簧被壓縮到最短時，彈簧的彈性勢能最大．由能量關(guān)系， 最大彈性勢能 Ep＝mv02－(m＋M)v2－μmgL 代入數(shù)

10、據(jù)得Ep＝39 J. 答案：(1)2 m/s　(2)39 J 9．(10分)(1)如圖3所示為氫原子的能級圖．用光子能量為13.06 eV的光照射一群處于 基態(tài)的氫原子，可能觀測到氫原子發(fā)射的不同波長的光有________種． 圖3 (2)質(zhì)量為M＝2 kg的小平 板車C靜止在光滑水平面上，車的一端靜止著質(zhì)量為mA＝2 kg的物體A(可視為質(zhì)點)， 如圖4所示，一顆質(zhì)量為mB＝20 g的子彈以600 m/s的水平速 度射穿A后，速度變?yōu)?00 m/s，最后物體A靜止在車上，求 平板車最后的速度是多大？ 解析：(1)由E＝En－E1可知En＝E＋E1＝13.06 eV－1

11、3.60 eV ＝－0.54 eV.吸收13.06 eV能量后氫原子處于量子數(shù)n＝5的激發(fā)態(tài)，由N＝＝ 10得知可產(chǎn)生10種不同波長的光． (2)子彈射穿A時，以子彈與A組成的系統(tǒng)為研究對象．由動量守恒定律得mBvB＝ mAvA′＋mBvB′ A在小車上相對滑動，設(shè)最后速度為v″. 以A與小車組成的系統(tǒng)為研究對象，由動量守恒定律得 mAvA′＝(mA＋M)v″ 可得v″＝2.5 m/s. 答案：(1)10　(2)2.5 m/s 10．(10分)現(xiàn)在世界上許多國家都在積極研究可控熱核反應(yīng)的理論和技術(shù)，以解決能源 危機問題．熱核反應(yīng)中所用的燃料——氘，在地球上儲量非常豐富，1

12、 L海水中大約 有0.3 g氘，如果用來進行熱核反應(yīng)，放出的能量約與燃燒300 L汽油相當，若氘核 的質(zhì)量為m1，氦核的質(zhì)量為m2，光速為c，阿伏加德羅常數(shù)為NA，氘的摩爾質(zhì)量 為m0. (1)寫出兩個氘核聚變成一個氦核的核反應(yīng)方程． (2)質(zhì)量為M的氘參與上述聚變反應(yīng)可釋放出的能量為多少？ 解析：(1)核反應(yīng)方程為：12H＋12H―→24He (2)核反應(yīng)的質(zhì)量虧損為Δm＝2m1－m2 據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程可得放出的能量為 ΔE＝Δmc2＝(2m1－m2)c2 據(jù)題意得，質(zhì)量為M的氘中的氘核數(shù)為：n＝ 質(zhì)量為M的氘核參與聚變放出的能量為 E＝＝. 答案：(1)12H＋

13、12H―→24He (2) 11．(10分)氫原子的能級示意圖如圖5所示，現(xiàn)有每個電子 的動能都為Ee＝12.89 eV的電子束與處在基態(tài)的氫原子束 射入同一區(qū)域，使電子與氫原子發(fā)生迎頭正碰．已知碰撞 前一個電子與一個氫原子的總動量為零．碰撞后，氫原子 受激發(fā)而躍遷到n＝4的能級．求碰撞后1個電子與1個受 激氫原子的總動能．(已知電子的質(zhì)量me與氫原子的質(zhì)量 mH之比為1∶1840) 解析：以Ve和VH表示碰撞前電子的速率和氫原子的速率，根據(jù)題意有： meVe－mHVH＝0 ① 碰撞前，氫原子

14、與電子的總動能為： Ek＝mHVH2＋meVe2 ② 聯(lián)立①②兩式并代入數(shù)據(jù)解得： Ek≈12.90 eV 氫原子從基態(tài)躍遷到n＝4的能級所需能量由能級圖可得： ΔE＝－0.85 eV－(－13.6 eV)＝12.75 eV 碰撞后，受激氫原子與電子的總動能為： Ek′＝Ek－ΔE＝12.90 eV－12.75 eV＝0.15 eV. 答案：0.15 eV 12．(10分)(2020·海南高考)钚的放射性同位素 94239Pu靜止時衰變?yōu)殁櫤思ぐl(fā)態(tài) 92235U*

15、和α粒子，而鈾核激發(fā)態(tài) 92235U*立即衰變?yōu)殁櫤?92235 U，并放出能量為0.097 MeV的 γ光子．已知： 94239Pu、 92235U和α粒子的質(zhì)量分別為mPu＝239.0521 u、mU＝235.0439 u和mα＝4.0026 u，1 u＝931.5 MeV/c2. (1)寫出衰變方程； (2)已知衰變放出的光子的動量可忽略，求α粒子的動能． 解析：(1)衰變方程為 94239Pu→ 92235U*＋24He ① 92235U*→ 92235U＋γ

16、 ② 或合起來有 94239Pu→ 92235U＋24He＋γ ③ (2)上述衰變過程的質(zhì)量虧損為 Δm＝mPu－mU－mα ④ 放出的能量為ΔE＝c2·Δm ⑤ 這些能量是鈾核 92235U的動能EU、 α粒子的動能Eα和γ光子的能量Eγ之和 ΔE＝EU＋Eα＋E

17、γ ⑥ 由④⑤⑥式得 EU＋Eα＝(mPu－mU－mα)c2－Eγ ⑦ 設(shè)衰變后的鈾核和α粒子的速度分別為vU和vα，則由動量守恒有 mUvU＝mαvα ⑧ 又由動能的定義知 EU＝mUvU2，Eα＝mαvα2 ⑨ 由⑧⑨式得＝ ⑩ 由⑦⑩式得 Eα＝[(mPu－mU－mα)c2－Eγ] 代入題給數(shù)據(jù)得Eα＝5.034 MeV. 答案：見解析