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模塊綜合檢測 (時間：45分鐘　滿分：100分) 一、單項選擇題(本小題共8小題，每小題4分，共32分) 1．下列敘述中符合物理學(xué)史的有(　　) A．湯姆孫通過研究陰極射線實驗，發(fā)現(xiàn)了電子和質(zhì)子的存在 B．盧瑟福通過對α粒子散射實驗現(xiàn)象的分析，證實了原子是可以再分的 C．巴耳末根據(jù)氫原子光譜分析，總結(jié)出了氫原子光譜可見光區(qū)的波長公式 D．玻爾提出的原子模型，徹底否定了盧瑟福的原子核式結(jié)構(gòu)學(xué)說 解析：選C　湯姆孫通過研究陰極射線發(fā)現(xiàn)了電子，A錯；盧瑟福通過對α粒子散射實驗現(xiàn)象的分析，得出了原子的核式結(jié)構(gòu)模型，B錯；巴耳末根據(jù)氫原子光譜在可見光區(qū)的四條譜線得出巴耳末公式，C對；玻爾的原子模型是在核式結(jié)構(gòu)模型的基礎(chǔ)上提出的幾條假設(shè)，并沒有否定核式結(jié)構(gòu)學(xué)說，D錯。 2．正電子發(fā)射計算機斷層顯像(PET)的基本原理是將放射性同位素8O注入人體，參與人體的代謝過程8O在人體內(nèi)衰變放出正電子，與人體內(nèi)負(fù)電子相遇而湮滅轉(zhuǎn)化為一對光子，被探測器探測到，經(jīng)計算機處理后產(chǎn)生清晰的圖像，則根據(jù)PET原理判斷下列表述不正確的是(　　) A.8O在人體內(nèi)衰變方程是8O→7N＋　0＋1e B．正、負(fù)電子湮滅方程是e＋e→2γ C．在PET中8O主要用途是作為示蹤原子 D．在PET中8O主要用途是參與人體的新陳代謝 解析：選D　由質(zhì)量數(shù)、電荷數(shù)守恒及題意知A、B對，顯像的原理是采集γ光子，即注入人體內(nèi)的8O衰變放出正電子和人體內(nèi)的負(fù)電子湮滅轉(zhuǎn)化為γ光子，因此8O主要用途是作為示蹤原子，故C對，D錯。 3．盧瑟福用α粒子轟擊氮核發(fā)現(xiàn)質(zhì)子。發(fā)現(xiàn)質(zhì)子的核反應(yīng)為7N＋He→8O＋H。已知氮核質(zhì)量為mN＝14.007 53 u，氧核的質(zhì)量為mO＝17.004 54 u，氦核質(zhì)量mHe＝4.003 87 u，質(zhì)子(氫核)質(zhì)量為mp＝1.008 15 u，(u為質(zhì)量單位，已知1 u對應(yīng)的能量相當(dāng)于931.5 MeV)對于這一核反應(yīng)，下列說法正確的是(　　) A．放出能量0.001 29 MeV B．吸收能量0.001 29 MeV C．放出能量1.20 MeV D．吸收能量1.20 MeV 解析：選D　質(zhì)量虧損Δm＝mN＋mHe－mO－mp＝－0.001 29 u，由質(zhì)能方程得ΔE＝Δmc2＝－1.20 MeV，故這一核反應(yīng)是吸收能量的反應(yīng)，吸收的能量為1.20 MeV，D項正確。 4．下列關(guān)于放射性現(xiàn)象的說法中，正確的是(　　) A．原子核發(fā)生α衰變時，生成核與原來的原子核相比，中子數(shù)減少了4 B．原子核發(fā)生α衰變時，生成核與α粒子的總質(zhì)量等于原來的原子核的質(zhì)量 C．原子核發(fā)生β衰變時，生成核的質(zhì)量數(shù)比原來的原子核的質(zhì)量數(shù)多1 D．單質(zhì)的鈾238與化合物中的鈾238的半衰期是相同的 解析：選D　原子核發(fā)生α衰變時，生成的核與原來的原子核相比，中子數(shù)減少了2，A錯誤；因為出現(xiàn)質(zhì)量虧損，故生成的核與α粒子的總質(zhì)量小于原來的原子核的質(zhì)量，B錯誤；原子核發(fā)生β衰變時，生成核的質(zhì)量數(shù)與原來的原子核的質(zhì)量數(shù)相同，C錯誤；放射性元素的半衰期由原子核的內(nèi)部因素決定，跟元素的化學(xué)狀態(tài)無關(guān)，所以單質(zhì)的鈾238與化合物中的鈾238的半衰期是相同的，D正確。 5．在科學(xué)技術(shù)研究中，關(guān)于原子定態(tài)、原子核變化的過程中，下列說法正確的是(　　) A．采用物理或化學(xué)方法可以有效地改變放射性元素的半衰期 B．由玻爾理論知道氫原子從激發(fā)態(tài)躍遷到基態(tài)時會放出光子 C．從高空對地面進行遙感攝影是利用紫外線良好的穿透能力 D．原子核所含核子單獨存在時的總質(zhì)量小于該原子核的質(zhì)量 解析：選B　半衰期是由原子核內(nèi)部的因素決定的，與放射性元素所處的物理、化學(xué)狀態(tài)無關(guān)，選項A錯誤；由玻爾理論知道氫原子從激發(fā)態(tài)躍遷到基態(tài)時會放出光子，選項B正確；從高空對地面進行遙感攝影是利用紅外線良好的穿透能力，選項C錯誤；因為核子結(jié)合成原子核時，核力做功，要放出結(jié)合能，根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程，核子結(jié)合成原子核后，核的質(zhì)量比核子結(jié)合前的質(zhì)量和小，原子核所含核子單獨存在時的總質(zhì)量大于該原子核的質(zhì)量，選項D錯誤。 6．在下列幾種現(xiàn)象中，所選系統(tǒng)動量守恒的有(　　) A．原來靜止在光滑水平面上的車，從水平方向跳上一個人，人車為一系統(tǒng) B．運動員將鉛球從肩窩開始加速推出，以運動員和鉛球為一系統(tǒng) C．從高空自由落下的重物落在靜止于地面上的車廂中，以重物和車廂為一系統(tǒng) D．光滑水平面上放一斜面，斜面也光滑，一個物體沿斜面滑下，以物體和斜面為一系統(tǒng) 解析：選A　A選項所述系統(tǒng)，在水平方向所受的合外力為零，故水平方向動量守恒；B選項敘述的系統(tǒng)，初動量為零，末動量不為零；C選項中，末動量為零而初動量不為零；D選項，在物體沿斜面下滑時，向下的動量增大。只有A對。 7．核磁共振成像(縮寫為MRI)是一種人體不接觸放射線，對人體無損害，可進行人體多部位檢查的醫(yī)療影像技術(shù)。基本原理是：外來電磁波滿足一定條件時，可使處于強磁場中的人體內(nèi)含量最多的氫原子吸收電磁波的能量，去掉外來電磁波后，吸收了能量的氫原子又把這部分能量以電磁波的形式釋放出來，形成核磁共振信號。由于人體內(nèi)各種組織所含氫原子數(shù)量不同，或同種組織正常與病變時所含氫原子數(shù)量不同，釋放的能量亦不同，將這種能量信號通過計算機轉(zhuǎn)換成圖像，就可以用來診斷疾病。關(guān)于人體內(nèi)氫原子吸收的電磁波能量，正確的是(　　) A．任何頻率的電磁波氫原子均可吸收 B．頻率足夠高的電磁波氫原子才吸收 C．能量大于13.6 eV的光子氫原子才能吸收 D．氫原子只能吸收某些頻率的電磁波 解析：選D　氫原子只吸收能量等于能級差的某些頻率的電磁波，D正確。 8.如圖所示，在光滑水平面上，有質(zhì)量分別為2m和m的A、B兩滑塊，它們中間夾著一根處于壓縮狀態(tài)的輕質(zhì)彈簧(彈簧與A、B不拴連)，由于被一根細(xì)繩(未畫出)拉著而處于靜止?fàn)顟B(tài)。當(dāng)剪斷細(xì)繩，在兩滑塊脫離彈簧之后，下述說法正確的是(　　) A．兩滑塊的動能之比EkA∶EkB＝1∶2 B．兩滑塊的動量大小之比pA∶pB＝2∶1 C．兩滑塊的速度大小之比vA∶vB＝2∶1 D．彈簧對兩滑塊做功之比WA∶WB＝1∶1 解析：選A　根據(jù)動量守恒定律知，兩滑塊脫離彈簧后動量大小相等，B項錯誤；mAvA＝mBvB，故vA∶vB＝mB∶mA＝1∶2，C項錯誤；由Ek＝得EkA∶EkB＝＝，A項正確；由W＝ΔEk知WA∶WB＝EkA∶EkB＝1∶2，D項錯誤。 二、多項選擇題(本題共4小題，每小題4分，共16分) 9．由于放射性元素93Np的半衰期很短，所以在自然界一直未被發(fā)現(xiàn)，只是在使用人工的方法制造后才被發(fā)現(xiàn)。已知93Np經(jīng)過一系列α衰變和β衰變后變成83Bi，下列論斷中正確的是(　　) A.83Bi的原子核比93Np的原子核少28個中子 B.83Bi的原子核比93Np的原子核少18個中子 C．衰變過程中共發(fā)生了7次α衰變和4次β衰變 D．衰變過程中共發(fā)生了4次α衰變和7次β衰變 解析：選BC　83Bi的中子數(shù)為209－83＝126，93Np的中子數(shù)為237－93＝144，83Bi的原子核比93Np的原子核少18個中子，A錯，B對；衰變過程中共發(fā)生了α衰變的次數(shù)為＝7，β衰變的次數(shù)是27－(93－83)＝4，C對，D錯。 10．光電效應(yīng)實驗中，下列表述正確的是(　　) A．光照時間越長光電流越大 B．入射光足夠強就可以有光電流 C．遏止電壓與入射光的頻率有關(guān) D．入射光頻率大于極限頻率時才能產(chǎn)生光電子 解析：選CD　由愛因斯坦光電效應(yīng)方程知，只有當(dāng)入射光頻率大于極限頻率時才能產(chǎn)生光電子，光電流幾乎是瞬時產(chǎn)生的，其大小與光強有關(guān)，與光照時間長短無關(guān)，易知eUc＝Ek＝hν－W0(其中Uc為遏止電壓，Ek為光電子的最大初動能，W0為逸出功，ν為入射光的頻率)。由以上分析知，A、B錯誤，C、D正確。 11．下列說法正確的是(　　) A．β射線與γ射線一樣都是電磁波，但β射線的穿透本領(lǐng)遠比γ射線弱 B．玻爾將量子觀念引入原子領(lǐng)域，其理論能夠解釋氫原子光譜的特征 C．氫原子的核外電子由離原子核較遠的軌道躍遷到離核較近的軌道上時氫原子的能量減少 D．在原子核中，比結(jié)合能越小表示原子核中的核子結(jié)合得越牢固 解析：選BC　β射線不是電磁波，但β射線的穿透本領(lǐng)遠比γ射線弱，故A錯誤；玻爾原子理論第一次將量子觀念引入原子領(lǐng)域，提出了定態(tài)和躍遷的概念，成功解釋了氫原子光譜的實驗規(guī)律，故B正確；氫原子的核外電子由離原子核較遠的軌道躍遷到離核較近的軌道上時，軌道半徑減小，原子能量減少，故C正確；在原子核中，比結(jié)合能越大表示原子核中的核子結(jié)合得越牢固，故D錯誤。 12．某實驗室工作人員，用初速度為v0＝0.09c(c為真空中的光速)的α粒子，轟擊靜止在勻強磁場中的鈉原子核Na，產(chǎn)生了質(zhì)子。若某次碰撞可看做對心正碰，碰后新核的運動方向與α粒子的初速度方向相同，質(zhì)子的運動方向與新核運動方向相反，它們在垂直于磁場的平面內(nèi)分別做勻速圓周運動。通過分析軌跡半徑，可得出新核與質(zhì)子的速度大小之比為1∶10，已知質(zhì)子質(zhì)量為m。則(　　 ) A．該核反應(yīng)方程是He＋Na→Mg＋H B．該核反應(yīng)方程是He＋Na→Mg＋n C．質(zhì)子的速度約為0.225c D．質(zhì)子的速度為0.09c 解析：選AC　由質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒得：He＋Na→Mg＋H。又因α粒子、新核的質(zhì)量分別為4m、26m，設(shè)質(zhì)子的速率為v，因為α粒子與鈉原子核發(fā)生對心正碰，由動量守恒定律得：4mv0＝26m－mv，解得：v＝0.225c。A、C正確。 三、非選擇題(本題共4小題，共52分) 13．(10分)如圖所示的裝置中，質(zhì)量為mA的鋼球A用細(xì)線懸掛于O點，質(zhì)量為mB的鋼球B放在離地面高度為h的小支柱N上。O點到A球球心的距離為l。使懸線在A球釋放前伸直，且線與豎直方向的夾角為α，A球釋放后擺動到最低點時恰與B球相碰，碰撞后，A球把輕質(zhì)指示針OC推移到與豎直方向的夾角為β處，B球落到地面上，地面上鋪一張蓋有復(fù)寫紙的白紙D。保持α角度不變，多次重復(fù)上述實驗，白紙上記錄到多個B球的落點。 (1)圖中x應(yīng)是B球初始位置到________的水平距離。 (2)為了探究碰撞中的不變量，應(yīng)測得____________等物理量(用字母表示)。 (3)用測得的物理量表示：mAvA＝________；mAvA′＝________；mBvB′＝________。 解析：(1)小球A在碰撞前后擺動，滿足機械能守恒。小球B在碰撞后做平拋運動，則x應(yīng)為B球的平均落點到初始位置的水平距離。(2)要得到碰撞前后的mv，要測量mA、mB、α、β、l、h、x等。(3)對A，由機械能守恒得 mAgl(1－cos α)＝mAv， 則mAvA＝mA。 碰后對A，有 mAgl(1－cos β)＝mAvA′2， 則mAvA′＝mA。 碰后B做平拋運動，有x＝vB′t， h＝gt2，所以mBvB′＝mBx 。 答案：(1)B球平均落點　(2)mA、mB、α、β、l、h、x (3)mA mA　mBx 14．(12分)處于n＝3能級的氫原子能夠自發(fā)地向低能級躍遷，則 (1)躍遷過程中電子動能和原子能量如何變化？ (2)可能輻射的光子波長是多少？(普朗克常量h＝6.6310－34 Js) 解析：(1)電子向低能級躍遷時，從外軌道進入內(nèi)軌道，半徑變小，由于＝，則Ek＝mv2＝，由此可知電子動能增大；在此過程中，原子向外輻射光子，因此原子能量減小。 (2)原子的可能躍遷方式及相應(yīng)波長： ①從n＝3到n＝2 E3＝－1.51 eV，E2＝－3.4 eV 由hν＝h＝Em－En得 λ1＝ ＝ m ≈6.5810－7 m ②從n＝3到n＝1 E1＝－13.6 eV 則λ2＝ ＝ m≈1.0310－7 m ③從n＝2到n＝1 則λ3＝ ＝ m ≈1.2210－7 m。 答案：(1)電子動能增大，原子能量減小 (2)6.5810－7 m　1.0310－7 m　1.2210－7 m 15．(15分)質(zhì)量為40 kg的女孩騎自行車帶質(zhì)量為30 kg 的男孩(如圖所示)，行駛速度為2.5 m/s。自行車行駛過程中，男孩要從車上下來。 (1)他知道如果直接跳下來，他可能會摔跤，為什么？ (2)男孩安全下車，計算男孩安全下車的瞬間，女孩和自行車的速度； (3)以自行車和兩個孩子為整體系統(tǒng)，計算男孩下車前后整個系統(tǒng)的動能的值。如有不同，請解釋。 解析：(1)如果直接跳下來，人具有和自行車相同的速度，腳著地后，腳的速度為零，由于慣性，上身繼續(xù)向前傾斜，因此他可能會摔跤。所以他下來時應(yīng)用力往前推自行車，這樣他下車時可能不摔跤。 (2)男孩下車前后，對整體由動量守恒定律有： (m1＋m2＋m3)v0＝(m1＋m2)v　(m1表示女孩質(zhì)量，m2表示自行車質(zhì)量，m3表示男孩質(zhì)量) 解得v＝4 m/s。 (3)男孩下車前系統(tǒng)的動能 Ek＝(m1＋m2＋m3)v＝ (40＋10＋30)(2.5)2 J＝250 J 男孩下車后系統(tǒng)的動能 Ek＝(m1＋m2)v2＝(40＋10)42 J＝400 J 男孩下車時用力向前推自行車，對系統(tǒng)做了正功，使系統(tǒng)的動能增加了150 J。 答案：(1)見解析　(2)4 m/s (3)250 J　400 J　男孩下車時用力向前推自行車，對系統(tǒng)做了正功，使系統(tǒng)的動能增加了150 J 16．(15分)如圖所示，有界的勻強磁場的磁感應(yīng)強度為B＝0.05 T，磁場方向垂直于紙面向里，MN是磁場的左邊界。在磁場中A處放一個放射源(未畫出)，內(nèi)裝88Ra，88Ra放出某種射線后衰變成86Rn。 (1)寫出上述衰變方程； (2)若A處距磁場邊界MN的距離OA＝1.0 m時，放在MN左側(cè)邊緣的粒子接收器(未畫出)收到垂直于邊界MN方向射出的質(zhì)量較小的粒子，此時接收器距過OA的直線1.0 m。若釋放的核能全部轉(zhuǎn)化為新核的動能，求一個靜止88Ra核衰變過程中釋放的核能有多少？(取1 u＝1.610－27 kg，e＝1.610－19 C，結(jié)果保留三位有效數(shù)字) 解析：(1)88Ra→86Rn＋He。 (2)衰變過程中釋放的He(即α粒子)在磁場中做勻速圓周運動，由題意知，半徑R＝1.0 m， 由2evB＝得 α粒子的速度v＝ 衰變過程中系統(tǒng)動量守恒， 86Rn、He質(zhì)量分別為222 u、4 u，則有 222 uv′＝4 uv 得86Rn的速度v′＝v， 釋放的核能E＝222 uv′2＋4 uv2 代入數(shù)據(jù)解得E＝2.0410－14 J。 答案：(1)88Ra→86Rn＋He (2)2.0410－14 J