（讲练测）高考物理一轮复习 第13章 选修3-5单元综合测试（含解析）-人教版高三选修3-5物理试题

第13章选修3-5【满分：110分时间：90分钟】一、选择题（本大题共12小题，每小题5分，共60分。选对一个给3分，选对两个给4分，选对3个给5分。每选错一个扣3分，最低得分为0分）1．2009年诺贝尔物理学奖得主威拉德·博伊尔和乔治·史密斯主要成就是发明了电荷耦合器件（CCD）图像传感器。他们的发明利用了爱因斯坦的光电效应原理。如图所示电路可研究光电效应规律。图中标有A和K的为光电管，其中A为阴极，K为阳极。理想电流计可检测通过光电管的电流，理想电压表用来指示光电管两端的电压。现接通电源，用光子能量为10．5eV的光照射阴极A，电流计中有示数，若将滑动变阻器的滑片P缓慢向右滑动，电流计的读数逐渐减小，当滑至某一位置时电流计的读数恰好为零，读出此时电压表的示数为6．0V；现保持滑片P位置不变，以下判断正确的是___________。A．光电管阴极A射出的光电子是具有瞬时性的B．光电管阴极材料的逸出功为4．5eVC．若增大入射光的强度，电流计的读数不为零D．若用光子能量为12eV的光照射阴极A，光电子的最大初动能一定变大E．若用光子能量为9．5eV的光照射阴极A，同时把滑片P向左移动少许，电流计的读数一定不为零【答案】ABD【解析】

【名师点睛】爱因斯坦光电效应方程：（1）光子说：空间传播的光的能量是不连续的，是一份一份的，每一份叫做一个光子．光子的能量为ε＝hν，其中h是普朗克常量，其值为6．63×10－34J·s．（2）光电效应方程：Ek＝hν－W0其中hν为入射光的能量，Ek为光电子的最大初动能，W0是金属的逸出功．2．下列说法正确的是___________。A、卢瑟福和他的助手做粒子轰击金箔实验，证明了原子核是由质子和中子组成的B、波尔原子理论第一次将量子观念引人原子领域，提出了定态和跃迁的概念，成功地解释了氢原子光谱的实验规律C、在、、这三种射线中，射线的穿透能力最强，射线的电离能力最强D、在原子核中，比结合能越大表示原子核中的核子结合得越牢固E、光电效应实验中，遏止电压与入射光的频率有关【答案】BDE【名师点睛】卢瑟福和他的助手做粒子轰击金箔实验，说明占原子质量绝大部分的带正电的那部分物质集中在很小的空间范围内，提出了原子的核式结构模型．波尔原子理论第一次将量子观念引入原子领域，提出了定态和跃迁的概念，成功地解释了氢原子光谱的实验规律．γ射线的穿透能力最强，射线的电离能力最强．比结合能越大的原子核，核子结合得越牢固．光电效应实验中，遏止电压与入射光的频率有关。3．下列说法中正确的是___________。A、光电效应现象说明光具有粒子性B、普朗克在研究黑体辐射问题时提出了能量子假说C、波尔建立了量子理论，成功解释了各种原子发光现象D、运动的宏观物体也具有波动性，其速度越大物质波的波长越大E、衰变所释放的电子是原子核内的中子转变为质子时所产生的【答案】ABE【解析】光的干涉和衍射现象说明光具有波动性，光电效应现象、康普顿效应说明光具有粒子性，A正确；普朗克在研究黑体辐射问题的过程中提出了能量子假说，B正确；玻尔建立了光量子理论，成功解释了氢原子发光现象，对与其他分子无法解释，故C错误；据德布罗意的理论，运动的宏观物体也具有波动性，其速度越大物质波的波长越短．故D错误；β衰变所释放的电子是原子核内的中子转变为质子时所产生的，故E正确；【名师点睛】光电效应现象说明光具有粒子性，普拉克在研究黑体辐射问题时提出了能量子假说；普拉克在研究黑体辐射问题时提出了能量子假说，建立了量子论；玻尔成功解释了各种原子发光现象；根据德布罗意的理论，运动的宏观物体也具有波动性，其速度越大物质波的波长越短．知识点多，难度小，关键多看书．4．下列说法中，正确的是___________。A、普朗克为了解释黑体辐射规律提出了电磁辐射的能量是量子化的B、汤姆逊在α粒子散射实验基础上提出了原子核式结构模型C、爱因斯坦在对光电效应的研究中提出了光子说D、查德威克发现了天然放射现象E、波尔第一次将量子观念引入原子领域，成功地解释了氢原子光谱的实验规律【答案】ACE【名师点睛】平时学习应该注意积累对物理学史的了解，知道前辈科学家们为探索物理规律而付出的艰辛努力，对于物理学上重大发现、发明、著名理论要加强记忆，这也是考试内容之一5．关于近代物理学的结论中，下列说法正确的是___________。A、结合能越小表示原子核中的核子结合的越牢固B、β衰变所释放的电子是原子核内的中子转化成质子和电子所产生的C、一个氘核（）与一个氚核（）聚变生成一个氦核（）的同时，放出一个中子D、按照玻尔理论，氢原子核外电子从半径较小的轨道跃迁到半径较大的轨道时，电子的动能减小，原子总能量也减小E、质子、中子、α粒子的质量分别是，质子和中子结合成一个α粒子，释放的能量是【答案】BCE【解析】比结合能越大表示原子核中的核子结合的越牢固，A错误；β衰变中产生的β射线是原子核内部的中子转化为质子同时释放出的电子，B正确；据核反应方程的两边质量数和电荷数相等的原则可知，一个氘核（H）与一个氚核（H）聚变生成一个氦核（He）的同时，放出一个中子，选项C正确；按照玻尔理论，氢原子核外电子从半径较小的轨道跃迁到半径较大的轨道时，电子的动能减小，原子总能量增大，选项D错误；根据爱因斯坦质能方程，质子、中子、粒子的质量分别是m1、m2、m3，两个质子和两个中子结合成一个粒子，释放的能量是（2m1+2m2-m3）c2，选项E正确。【名师点睛】比结合能越大的原子核核子结合越牢固，β衰变所释放的电子来自原子核，根据电荷数守恒、质量数守恒得出释放的粒子，根据爱因斯坦质能方程求出释放的核能，难度不大，关键要熟悉教材，牢记这些基本规律6．关于原子核的结合能，下列说法正确的是___________。A．核子结合成原子核时核力做正功，将放出能量，这部分能量等于原子核的结合能B．原子核的结合能等于使其分解为核子所需的最小能量C．一重原子核衰变成α粒子和另一原子核，衰变产物的结合能之和一定大于原来重核的结合能D．结合能是由于核子结合成原子核而具有的能量E．核子结合成原子核时，其质量亏损所对应的能量大于该原子核的结合能【答案】ABC【名师点睛】本题考查了结合能和比结合能的区别，比结合能：原子核结合能对其中所有核子的平均值，亦即若把原子核全部拆成自由核子，平均对每个核子所要添加的能量．用于表示原子核结合松紧程度．结合能：两个或几个自由状态的粒子结合在一起时释放的能量．自由原子结合为分子时放出的能量叫做化学结合能，分散的核子组成原子核时放出的能量叫做原子核结合能．注意两个概念的联系和应用，同时掌握质量亏损与质能方程。7．以下有关近代物理内容的若干叙述，正确的是___________。A．紫外线照射到金属锌板表面时能够发生光电效应，则当增大紫外线的照射强度时，从锌板表面逸出的光电子的最大初动能也随之增大B．太阳辐射的能量主要来自太阳内部的核聚变反应C．有10个放射性元素的原子核，当有5个原子核发生衰变所需的时间就是该放射性元素的半衰期D．氢原子由较高能级跃迁到较低能级时，要释放一定频率的光子，同时氢原子的电势能减小，电子的动能增大E．质子和中子结合成新原子核一定有质量亏损，释放出能量【答案】BDE【解析】A、根据光电效应方程知，光电子的最大初动能，与入射光的频率有关，与光的强度无关．故A错误．B、太阳辐射的能量主要来自太阳内的聚变反应．故B正确．C、半衰期具有统计意义，对大量的原子核适用．故C错误．D、氢原子由较高能级跃迁到较低能级时，要释放一定频率的光子，原子能量减小，根据知，电子的动能增大，则氢原子的电势能减小．故D正确．E、质子和中子结合成新原子核一定有质量亏损，释放出能量．故E正确．故选BDE．【名师点睛】本题考查了光电效应方程、轻核聚变、半衰期、能级的跃迁等基础知识点，难度不大，关键要熟悉教材，牢记这些基础知识点．8．下列说法正确的是

___________。

A．将核子束缚在原子核内的核力，是不同于万有引力和电磁力的另一种相互作用力且每个核子只跟邻近的核子发生核力的作用，它具有饱和性。B．在核反应堆中利用慢化剂（如石墨、重水等）来减慢核反应的速度C．普朗克引入了能量子的概念，得出黑体辐射的强度按波长分布的公式，与实验符合得非常好，并由此开创了物理学的新纪元D．人工放射性同位素的半衰期比天然放射性物质长的多，放射性废料容易处理，因此凡是用到射线时，用的都是人工放射性同位素，而不用天然放射性物质E．比结合能小的原子核结合成比结合能大的原子核时一定放出核能【答案】ACE【名师点睛】本题考查选修3-5中的几个知识点，考得比较散，关键熟悉教材，多记忆，牢记这些知识点，即可轻松解决。9．关于光电效应,下列说法正确的是___________。A．某种频率的光照射金属发生光电效应,若增加入射光的强度,则单位时间内发射的光电子数增加B．光电子的能量只与入射光的频率有关，与入射光的强弱无关C．当入射光的频率低于截止频率时不发生光电效应D．一般需要用光照射金属几分钟到几十分钟才能产生光电效应E．入射光的频率不同,同一金属的逸出功也会不同【答案】ABC【解析】某种频率的光照射某金属能发生光电效应，若增加入射光的强度，就增加了单位时间内射到金属上的光子数，则单位时间内发射的光电子数将增加．故A正确．根据光电效应方程EKm=hγ-W0，得知光电子的最大初动能与与人射光的频率有关，随入射光频率的增大而增大，与入射光的强度无关，故B正确．

当入射光的频率低于截止频率时，光子的能量小，金属中的电子吸收了光子的能量后，不足以克服原子核的引力做功，所以不发生光电效应．故C正确．光电效应具有瞬时性，用光照射金属不超过10-9s就才能产生光电效应，故D错误．金属的逸出功由金属材料决定，与入射光无关，故E错误．故选ABC。【名师点睛】解决本题的关键熟练掌握光电效应的规律、产生的条件，知道光电效应方程EKm=hγ-W0等等．光电效应是考试的热点，要多做相关的练习，牢固掌握这部分知识。10．下列说法中正确的是_________。A．基态氢原子吸收一个光子跃迁到激发态后，在向低能级跃迁时放出光子的波长一定大于或等于入射光子的波长B．（钍）核衰变为（镤）核时，衰变前Th核质量等于衰变后Pa核与β粒子的总质量C．α粒子散射实验的结果证明原子核是由质子和中子组成的D．分别用紫色光和绿色光照射同一金属表面都能发生光电效应，则用紫色光照射时光电子的最大初动能较大E．比结合能越大，原子核越稳定【答案】ADE【名师点睛】选修的内容考查的知识点很广但不深，把课标上要求识记和理解的知识点记牢即可，应用也是最简单的应用．11．关于核反应方程（△E为释放出的核能，X为新生成粒子），已知的半衰期为T，则下列说法正确的是___________。A．原子序数大于或等于83的元素，都能自发地发出射线，原子序数小于83的元素则不能放出射线B．比少1个中子，X粒子是从原子核中射出的，此核反应为β衰变C．N0个经2T时间因发生上述核反应而放出的核能为（N0数值很大）D．的比结合能为E．该放射性元素（）与其它元素形成化合物的半衰期仍等于T【答案】BCE【解析】原子序数小于83的元素，有些元素的同位素也能放出射线，故A错误；由质量数和电荷数守恒知X的质量数是0，电荷数是-1，为电子，是原子核内的中子转化为质子而释放一个电子，故B正确；经2T时间还剩余四分之一没衰变，发生上述核反应而放出的核能为，故C正确；的比结合能是234个核子结合成Pa234时放出的能量，该能量不是它衰变时放出的能量△E，所以的比结合能不是，的比结合能也不是故．D错误；半衰期与原子核所处状态无关，故E正确；故选BCE【名师点睛】本题关键是掌握爱因斯坦质能方程△E=△mc2以及比结合能的计算公式，掌握衰变的实质和半衰期的特点；质量数较大的核都有放射性，β衰变是原子核内的中子转化为质子而释放一个电子，半衰期与原子核所处状态无关。12．下列说法正确的是___________。A、放射性元素的半衰期与原子所处的化学状态和外部条件无关B、结合能越大，原子中核子结合的越牢固，原子核越稳定C、β衰变所释放的电子是原子核内的中子转化成质子和电子时所产生的D、根据波尔理论，氢原子的核外电子由较高能级跃迁到较低能级时，要释放一定频率的光子，同时电子的动能减小，电势能增大E、各种气体原子的能级不同，跃迁时发射光子的能量（频率）不同，因此利用不同的气体可以制成五颜六色的霓虹灯【答案】ACE【名师点睛】放射性元素的半衰期是由核内自身的因素决定的，β射线为原子核内的中子转化为质子同时生成的电子，原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定二、实验题（本大题共2小题，第13题4分、14题6分；共10分）13．（4分）如图所示的装置研究光电效应现象，当用光子能量为5eV的光照射到光电管上时，测得电流计上的示数随电压变化的图象如图所示。则光电子的最大初动能为_______J，金属的逸出功为________J。【答案】3．2×10-19J；4．8×10-19J【名师点睛】解决本题的关键掌握光电效应的条件，以及光电效应方程EKm＝hν－W0．注意光的入射频率决定光电子最大初动能，而光的强度不影响光电子的最大初动能．14．（6分）“探究碰撞中的不变量”的实验中：（1）入射小球m1＝15g，原静止的被碰小球m2＝10g，由实验测得它们在碰撞前后的x－t图象如图，可知入射小球碰撞后的m1v′1是_____kg·m/s，入射小球碰撞前的m1v1是_____kg·m/s，被碰撞后的m2v′2是kg·m/s。由此得出结论。（2）实验装置如图所示，本实验中，实验必须要求的条件是A．斜槽轨道必须是光滑的B．斜槽轨道末端点的切线是水平的C．入射小球每次都从斜槽上的同一位置无初速释放D．入射球与被碰球满足ma>mb，ra＝rb（3）图中M、P、N分别为入射球与被碰球对应的落点的平均位置，则实验中要验证的关系是A．ma·ON＝ma·OP＋mb·OMB．ma·OP＝ma·ON＋mb·OMC．ma·OP＝ma·OM＋mb·OND．ma·OM＝ma·OP＋mb·ON【答案】（1）0．0075，0．015，0．0075,碰撞中mv的矢量和是守恒量（碰撞过程中动量守恒）（2）BCD（3）C（2）“验证动量守恒定律”的实验中，是通过平抛运动的基本规律求解碰撞前后的速度的，只要离开轨道后做平抛运动，对斜槽是否光滑没有要求，故A错误；要保证每次小球都做平抛运动，则轨道的末端必须水平，故B正确；要保证碰撞前的速度相同，所以入射球每次都要从同一高度由静止滚下，故C正确；为了保证小球碰撞为对心正碰，且碰后不反弹，要求ma＞mb，ra=rb，故D正确．（3）要验证动量守恒定律定律即：，小球做平抛运动，根据平抛运动规律可知根据两小球运动的时间相同，上式可转换为：，故需验证，因此ABD错误，C正确．．【名师点睛】本题是运用等效思维方法，平抛时间相等，用水平位移代替初速度，这样将不便验证的方程变成容易验证．（1）根据实验的原理，选择需要进行实验的器材；写出验证动量守恒定律的表达式，根据表达式中的物理量选择需要的测量工具；（2）为了保证碰撞前后使入射小球的速度方向不变，故必须使入射小球的质量大于被碰小球的质量．（3）小球1和小球2相撞后，小球2的速度增大，小球1的速度减小，都做平抛运动，由平抛运动规律不难判断出；（4）先根据平抛运动的特点判断碰撞前后两个小球的落地点，再求出碰撞前后两个小球的速度，根据动量的公式列出表达式，代入数据看碰撞前后的动量是否相等．三、计算题（本大题共4小题，第15、16题每题9分；第17、18题每题11分；共40分）15．（9分）太阳能量来源与太阳内部氢核的聚变，设每次聚变反应可以看做是4个氢核（）结合成1个氦核（），同时释放出正电子（）。已知氢核的质量为，氦核的质量为，正电子的质量为，真空中光速为。计算每次核反应中的质量亏损及氦核的比结合能。【答案】，【解析】由题意可知，质量亏损为：；由可知氦核的比结合能为：。【名师点睛】反应过程中的质量亏损等于反应前的质量与反应后的质量的差，再由质能方程求得结合能；比结合能是核反应的过程中每一个核子的平均结合能；质能方程是原子物理中的重点内容之一，该知识点中，关键的地方是要知道反应过程中的质量亏损等于反应前的质量与反应后的质量的差。16．（9分）如图所示，在光滑水平地面上有一质量的平板小车，小车的右端有一固定的竖直挡板，挡板上固定一轻质细弹簧，位于小车上A点处的质量为的木块（视为质点）与弹簧的左端相接触但不连接，此时弹簧与木块间无相互作用力。木块与A点左侧的车面之间有摩擦，与A点右侧的车面之间的摩擦可忽略不计，现小车与木块一起以的初速度向右运动，小车将与其右侧的竖直墙壁发生碰撞。已知碰撞时间极短，碰撞后小车以的速度水平向左运动，取。①求小车与竖直墙壁发生碰撞的过程中小车动量变化量的大小；②若弹簧始终处于弹性限度内，求小车碰撞后弹簧的最大弹性势能。【答案】①；②【名师点睛】本