2022年高三物理学业水平测试专题练习（word版含解析）

2022年高三物理学业水平测试专题练习
一、多选题
1．氢原子能级图如图所示，已知普朗克常量h=6.63×10-34J·s，元电荷e=1.60×10-19C，可见光的光子能量范围介于1.62～3.10eV，真空中光速c=3.0×108m/s。下列说法正确的是（　　）
A．氢原子从高能级向低能级跃迁时，原子总能量减少
B．氢原子从高能级向n=2能级直接跃迁都能够辐射出可见光
C．氢原子从n=4能级向低能级跃迁时，辐射出的光的最大波长约为1884nm
D．处于n=4激发态的原子至少需要吸收13.6eV的能量才能电离
2．氢原子的能级图如图所示，欲使处于基态的氢原子跃迁，下列措施可行的是（　　）
A．用10.2eV的光子照射
B．用11eV的光子照射
C．用14eV的光子照射
D．用11eV的电子碰撞
3．关于下列四幅图说法正确的是（　　）
A．图a中光电效应实验说明了光具有粒子性
B．图b中电子束通过铝箔时的衍射图样证实了电子具有波动性
C．图c中粒子散射实验无法估计原子核半径的尺寸
D．图d中氢原子的能级图说明氢原子核外电子只能处于一系列分立的能量状态中
4．2017年1月9日，大亚湾反应堆中微子实验工程获得国家自然科学一等奖。大多数原子核发生核反应的过程中都伴随着中微子的产生，例如核裂变、核聚变、β衰变等。下列关于核反应的说法正确的是（　　）
A．衰变为，经过3次α衰变，2次β衰变
B．是α衰变方程， 是β衰变方程
C．是核裂变方程，也是氢弹的主要核反应方程
D．高速运动的α粒子轰击氮核可以从氮核中打出质子，其核反应方程为
5．氢原子能级图如图所示，已知普朗克常量h=6.63×10-34J·s，元电荷e=1.60×10-19C，可见光的光子能量范围介于1.62～3.10eV，真空中光速c=3.0×108m/s。下列说法正确的是（　　）
A．氢原子从高能级向低能级跃迁时，原子总能量减少
B．氢原子从高能级向n=2能级直接跃迁都能够辐射出可见光
C．氢原子从n=4能级向低能级跃迁时，辐射出的光的最大波长约为1884nm
D．处于n=4激发态的原子至少需要吸收13.6eV的能量才能电离
6．氢原子的能级图如图所示，欲使处于基态的氢原子跃迁，下列措施可行的是（　　）
A．用10.2eV的光子照射
B．用11eV的光子照射
C．用14eV的光子照射
D．用11eV的电子碰撞
7．关于下列四幅图说法正确的是（　　）
A．图a中光电效应实验说明了光具有粒子性
B．图b中电子束通过铝箔时的衍射图样证实了电子具有波动性
C．图c中粒子散射实验无法估计原子核半径的尺寸
D．图d中氢原子的能级图说明氢原子核外电子只能处于一系列分立的能量状态中
8．2017年1月9日，大亚湾反应堆中微子实验工程获得国家自然科学一等奖。大多数原子核发生核反应的过程中都伴随着中微子的产生，例如核裂变、核聚变、β衰变等。下列关于核反应的说法正确的是（　　）
A．衰变为，经过3次α衰变，2次β衰变
B．是α衰变方程， 是β衰变方程
C．是核裂变方程，也是氢弹的主要核反应方程
D．高速运动的α粒子轰击氮核可以从氮核中打出质子，其核反应方程为
二、单选题
9．以下说法不正确的是（　　）
A．卢瑟福通过对粒子散射实验结果的分析，提出了原子的核式结构
B．原子的特征谱线是由于原子从高能态向低能态跃迁时放出光子而形成的
C．汤姆孙通过对不同材料做阴极发出的射线研究，并研究光电效应等现象，说明电子是原子的组成部分，是比原子更小的基本的物质单元
D．由核反应方程可知，平均结合能比大
10．根据所学的物理知识，下列说法正确的是（　　）
A．是重核裂变
B．在核反应方程中，X是质子
C．衰变的本质是原子核外电子挣脱原子核的束缚形成的高速电子流
D．铀核衰变为铅核的过程中，要经过8次衰变和4次衰变
11．一个原子核经图中所示的一系列、衰变后，生成稳定的原子核，则下列说法错误的是（　　）
A．可推知的比结合能比大
B．可推知该过程中将释放能量
C．可推知共发生了几次衰变
D．可推知共发生了几次衰变
12．核电池是各种深空探测器中最理想的能量源，它不受极冷极热的温度影响，也不被宇宙射线干扰。钚-238同位素温差电池的原理是其发生衰变时将释放的热能转化为电能。已知钚-238的半衰期为88年，其衰变方程为。下列说法正确的是（　　）
A．衰变放出的射线是高速氦核流，它的贯穿能力很强
B．的比结合能小于的比结合能
C．的核子平均质量小于的核子平均质量
D．钚-238在极高压下可加速衰变，其半衰期可小于88年
二、单选题
13．以下说法不正确的是（　　）
A．卢瑟福通过对粒子散射实验结果的分析，提出了原子的核式结构
B．原子的特征谱线是由于原子从高能态向低能态跃迁时放出光子而形成的
C．汤姆孙通过对不同材料做阴极发出的射线研究，并研究光电效应等现象，说明电子是原子的组成部分，是比原子更小的基本的物质单元
D．由核反应方程可知，平均结合能比大
14．根据所学的物理知识，下列说法正确的是（　　）
A．是重核裂变
B．在核反应方程中，X是质子
C．衰变的本质是原子核外电子挣脱原子核的束缚形成的高速电子流
D．铀核衰变为铅核的过程中，要经过8次衰变和4次衰变
15．一个原子核经图中所示的一系列、衰变后，生成稳定的原子核，则下列说法错误的是（　　）
A．可推知的比结合能比大
B．可推知该过程中将释放能量
C．可推知共发生了几次衰变
D．可推知共发生了几次衰变
16．核电池是各种深空探测器中最理想的能量源，它不受极冷极热的温度影响，也不被宇宙射线干扰。钚-238同位素温差电池的原理是其发生衰变时将释放的热能转化为电能。已知钚-238的半衰期为88年，其衰变方程为。下列说法正确的是（　　）
A．衰变放出的射线是高速氦核流，它的贯穿能力很强
B．的比结合能小于的比结合能
C．的核子平均质量小于的核子平均质量
D．钚-238在极高压下可加速衰变，其半衰期可小于88年
三、实验题
17.2021·天津·高考真题）某实验小组利用手机的录像功能拍下小球在斜面上做匀加速直线运动的过程。为便于记录小球各个时刻在斜面上的位置，将录像中时间间隔为T的连续7幅画面合成到同一张图中，示意如图。依次测得小球各相邻位置间的距离为、、、、、。
①写出小球在位置1的速度表达式___________。
②要求充分利用测量数据，写出小球运动过程中的加速度表达式___________。
③在测量小球相邻位置间距时由于实验者读数产生的误差是___________误差。（填“偶然”或“系统”）
18．（2021·全国·高考真题）为测量小铜块与瓷砖表面间的动摩擦因数，一同学将贴有标尺的瓷砖的一端放在水平桌面上，形成一倾角为的斜面（已知sin =0.34，cos=0.94），小铜块可在斜面上加速下滑，如图所示。该同学用手机拍摄小铜块的下滑过程，然后解析视频记录的图像，获得5个连续相等时间间隔（每个时间间隔 T=0.20s）内小铜块沿斜面下滑的距离si（i=1，2，3，4，5），如下表所示。
s1 s2 s3 s4 s5
5.87cm 7.58cm 9.31cm 11.02cm 12.74cm
由表中数据可得，小铜块沿斜面下滑的加速度大小为___________m/s2，小铜块与瓷砖表面间的动摩擦因数为___________。（结果均保留2位有效数字，重力加速度大小取9.80m/s2）
19．（2020·全国·高考真题）某同学利用图（a）所示装置验证动能定理。调整木板的倾角平衡摩擦阻力后，挂上钩码，钩码下落，带动小车运动并打出纸带。某次实验得到的纸带及相关数据如图（b）所示。
已知打出图（b）中相邻两点的时间间隔为0.02 s，从图（b）给出的数据中可以得到，打出B点时小车的速度大小vB=_____m/s，打出P点时小车的速度大小vP=_____m/s（结果均保留2位小数）。
若要验证动能定理，除了需测量钩码的质量和小车的质量外，还需要从图（b）给出的数据中求得的物理量为_________。
20．（2017·全国·高考真题）某探究小组为了研究小车在桌面上的直线运动，用自制“滴水计时器”计量时间。实验前，将该计时器固定在小车旁，如图（a）所示。实验时，保持桌面水平，用手轻推一下小车。在小车运动过程中，滴水计时器等时间间隔地滴下小水滴，图（b）记录了桌面上连续的6个水滴的位置。 （已知滴水计时器每30 s内共滴下91个小水滴）
（1）由 图（b）可知，小车在桌面上是______（填“从右向左”或“从左向右”）运动的；
（2）该小组同学根据图（b）的数据判断出小车做匀变速运动。小车运动到图（b）中A点位置时的速度大小为______ m/s，加速度大小为______ m/s2。（结果均保留2位有效数字）
21．（2021·海南·高考真题）为了验证物体沿光滑斜面下滑的过程中机械能守恒，某学习小组用如图所示的气垫导轨装置（包括导轨、气源、光电门、滑块、遮光条、数字毫秒计）进行实验。此外可使用的实验器材还有：天平、游标卡尺、刻度尺。
（1）某同学设计了如下的实验步骤，其中不必要的步骤是___________；
①在导轨上选择两个适当的位置A、B安装光电门Ⅰ、Ⅱ，并连接数字毫秒计；
②用天平测量滑块和遮光条的总质量m；
③用游标卡尺测量遮光条的宽度d；
④通过导轨上的标尺测出A、B之间的距离l；
⑤调整好气垫导轨的倾斜状态；
⑥将滑块从光电门Ⅰ左侧某处，由静止开始释放，从数字毫秒计读出滑块通过光电门Ⅰ、Ⅱ的时间、；
⑦用刻度尺分别测量A、B点到水平桌面的高度、；
⑧改变气垫导轨倾斜程度，重复步骤⑤⑥⑦，完成多次测量。
（2）用游标卡尺测量遮光条的宽度d时，游标卡尺的示数如图所示，则___________；某次实验中，测得，则滑块通过光电门Ⅰ的瞬时速度___________（保留3位有效数字）；
（3）在误差允许范围内，若___________（用上述必要的实验步骤直接测量的物理量符号表示，已知重力加速度为g），则认为滑块下滑过程中机械能守恒；
（4）写出两点产生误差的主要原因：___________。
22．（2021·北京·高考真题）物理实验一般都涉及实验目的、实验原理、实验仪器、实验方法、实验操作、数据分析等。例如：
（1）实验仪器。用游标卡尺测某金属管的内径，示数如图1所示。则该金属管的内径为_______mm。
（2）数据分析。打点计时器在随物体做匀变速直线运动的纸带上打点，其中一部分如图2所示，B、C、D为纸带上标出的连续3个计数点，相邻计数点之间还有4个计时点没有标出。打点计时器接在频率为50Hz的交流电源上。则打C点时，纸带运动的速度vC = ________m/s（结果保留小数点后两位）。
（3）实验原理。图3为“探究加速度与力的关系”的实验装置示意图。认为桶和砂所受的重力等于使小车做匀加速直线运动的合力。实验中平衡了摩擦力后，要求桶和砂的总质量m比小车质量M小得多。请分析说明这个要求的理由？（请写明过程）
四、解答题
23．如图所示，矩形区域Ⅰ和正方形区域II内分别有水平向右和竖直向下的匀强电场，电场强度大小均为E，区域I的宽度为d，区域II的边长为2d，区域I左边界上O点距区域Ⅱ下边界的距离为d。将一质量为m、电荷量为+q的粒子（不计重力）从O点由静止释放，粒子经过区域I并最终穿出区域Ⅱ。求：
(1)粒子穿出区域I时的速度大小；
(2)粒子从区域Ⅱ穿出时距离O点的竖直距离。
24．真空区域有宽度为L、磁感应强度为B的匀强磁场，磁场方向如图所示，MN、PQ是磁场的边界，质量为m、电荷量为q的粒子（不计重力）沿着与MN夹角为的方向垂直射入磁场中，刚好没能从PQ边界射出磁场。求：
（1）粒子射入磁场的速度大小；
（2）粒子在磁场中运动的时间。
25．质谱仪是一种检测和分离同位素的仪器。a、b是同位素原子核，它们的电荷量均为q，a的质量为m。如图所示，它们从静止开始经电压为U的电场加速，然后沿着与磁场垂直的方向进入匀强磁场，最后打在照相底片上。从照相底片上获知a、b在磁场中的轨迹直径分别为x、。不计a、b的重力及其相互作用。求：
（1）a进入磁场时的速度大小v；
（2）磁场的磁感应强度大小B；
（3）b的质量。
26．质量为m，电荷量为q的带负电粒子自静止开始，经M、N板间的电场加速后，从A点垂直于磁场边界射入宽度为d的匀强磁场中，该粒子离开磁场时的位置P偏离入射方向的距离为L，如图所示。已知M、N两板间的电压为U，粒子的重力不计。求：
（1）带电粒子离开电场时的速度大小；
（2）带电粒子做匀速圆周运动的半径及匀强磁场的磁感应强度B。
27．平面直角坐标系第一象限存在沿y轴负方向的匀强电场，第四象限存在垂直于坐标平面向外的匀强磁场，如图所示。质量为m、电荷量为q的带正电粒子，从y轴上的M点，以垂直于y轴的初速度射入电场，经由x轴上的N点进入磁场，最终粒子在P点垂直y轴离开磁场。已知M、N两点到原点距离分别为，，不计粒子重力。
（1）匀强电场的电场强度E的大小；
（2）匀强磁场的磁感应强度B的大小。
28．如图所示，足够大的荧光屏ON垂直xOy坐标面，与x轴夹角为，当y轴与ON间有沿-y方向、场强为E的匀强电场时，一质量为、电荷量为的正离子从y轴上的P点，以速度、沿+x轴方向射入电场，恰好垂直打到荧光屏上的M点（图中未标出）。现撤去电场，在y轴与ON间加上垂直坐标面向外的匀强磁场，相同的正离子从y轴上的Q点仍以速度、沿+x轴方向射入磁场，恰好也垂直打到荧光屏上的M点，离子的重力不计。求：
(1)求离子在电场中运动的时间；
(2)求磁场的磁感应强度B；
(3)若相同的离子从轴某点处沿+x轴方向射入磁场，离子恰能打到荧光屏上，求离子初速度的大小，并求出其在磁场中运动的时间。
样本参考答案
1.AC
2.ACD
3.ABC
4.ACD
5.【来源】2022届浙江省七彩阳光高三（下）3月阶段性联考物理试题
【答案】AC
【解析】
【详解】
A．氢原子从高能级向低能级跃迁时，辐射出光子，原子总能量减少，A正确；
B．可见光的光子能量范围介于1.62～3.10eV，所以不是所有从高能级向n=2能级直接跃迁都能够辐射出可见光，B错误；
C．从n=4能级向n=3能级跃迁时，波长最大，由能级跃迁公式可得
解得
C正确；
D．处于n=4激发态的原子至少需要吸收0.85eV的能量才能电离，D错误。
故选AC。
6.
【来源】第四章 课时4 氢原子光谱和玻尔的原子模型 巩固提升 人教版（2019）选择性必修第三册分层作业
【答案】ACD
【解析】
【详解】
A．用10.2eV的光子照射，氢原子可以从基态跃迁至n=2能级，故A可行；
B．由能级图可知基态和其他能级之间的能量差都不等于11eV，所以用11eV的光子照射不可能使处于基态的氢原子跃迁，故B不可行；
C．处于基态的氢原子的电离能为13.6eV，所以用14eV的光子照射可以使处于基态的氢原子电离，故C可行；
D．由于11eV大于基态和n=2能级之间的能量差，所以用11eV的电子碰撞处于基态的氢原子时，氢原子可能吸收其中部分能量（10.2eV）而发生跃迁，故D可行。
故选ACD。
7.
【来源】2022年高考物理一轮复习小题多维练（全国通用）-专题74 波粒二象性 原子结构
【答案】ABD
【解析】
【分析】
【详解】
A．图a中光电效应实验说明了光具有粒子性，所以A正确；
B．图b中电子束通过铝箔时的衍射图样证实了电子具有波动性，所以B正确；
C．图c中粒子散射实验可以估计原子核半径的尺寸，所以C错误；
D．图d中氢原子的能级图说明氢原子核外电子只能处于一系列分立的能量状态中，所以D正确；
故选ABD。
8.【来源】2022年高考一轮复习人教版（2019）第十三章 第2讲 原子结构与原子核
【答案】AD
【解析】
【详解】
A．设衰变为经过m次α衰变，n次β衰变，则根据电荷数和质量数守恒有
解得
m=3，n=2
故A正确；
B．是核聚变方程，是β衰变方程，故B错误；
C．是核裂变方程，也是原子弹的主要核反应方程，故C错误；
D．高速运动的α粒子轰击氮核可以从氮核中打出质子，其核反应方程为，故D正确。
故选AD。
13-16
DBAB
17.
17、【答案】
【解析】
①匀变速直线运动中，中间时刻速度等于平均速度，所以1位置的速度为
②题中要求充分利用数据，利用逐差法求解加速度，则
解得加速度为
③读数产生的误差是人为因素造成的，属于偶然误差。
18、【答案】 0.43 0.32
【解析】
根据逐差法有
对小铜块受力分析根据牛顿第二定律有
代入数据解得
19、【答案】 0.36 1.80 B、P之间的距离
【解析】
由匀变速直线运动中间时刻的瞬时速度等于平均速度
验证动能定理需要求出小车运动的过程中拉力对小车做的功，所以还需要测量对应的B、P之间的距离。
20、【答案】 从右向左 0.38m/s 0.15m/s2
【解析】
（1）由于用手轻推一下小车，则小车做减速运动，根据桌面上连续6个水滴的位置，可知，小车从右向左做减速运动。
（2）已知滴水计时器每30s内共滴下91个小水滴，那么各点时间间隔为
根据匀变速直线运动中时间中点的速度等于该过程中的平均速度，有
根据匀变速直线运动的推论公式
可以求出加速度，得
那么加速度的大小为 0.15 m/s2。
21、【答案】 ②④ 5.00 滑块在下滑过程中受到空气阻力作用，产生误差；遮光条宽度不够窄，测量速度不准确，产生误差
【解析】
（1）滑块沿光滑的斜面下滑过程机械能守恒，需要通过光电门测量通过滑块运动的速度
滑块下滑过程中机械能守恒，减少的重力势能转化为动能
整理化简得
所以测量滑块和遮光条得总质量不必要，②满足题目要求，测量、之间的距离不必要，④满足题目要求。故选②④。
（2）游标卡尺的读数为；
滑块通过光电门的速度
（3）根据（1）问可知
在误差允许的范围内，满足该等式可认滑块下滑过程中机械能守恒。
（4）滑块在下滑过程中受到空气阻力作用，产生误差；遮光条宽度不够窄，测量速度不准确，产生误差。
22、【答案】 31.4 0.44 见解析
（1）根据游标卡尺的读数规则有
（2）每隔4个点取一个点作为计数点，故两计数点间有5个间隔；故两点间的时间间隔为
匀变速直线运动中时间中点的速度等于该过程中的平均速度，则有
（3）设绳的拉力为T，小车运动的加速度为a。对桶和砂，有
对小车，有
得
小车受到细绳的拉力T等于小车受到的合力F，即
可见，只有桶和砂的总质量m比小车质量M小得多时，才能认为桶和砂所受的重力mg等于使小车做匀加速直线运动的合力F。
23．(1) ； (2) d
【详解】
(1)在区域Ⅰ内，根据动能定理得；解得
(2)加速粒子从区域II的右边界射出，则有；；解得
粒子从区域Ⅱ的右下角射出，假设成立，所以粒子从区域Ⅱ穿出时距离O点的竖直距离为d。
24．（1）若粒子带正电，速度为 ，若粒子带负电，速度为；
（2）若粒子带正电，运动时间为，若粒子带负电，运动时间为
【详解】
（1）若粒子带正电，粒子运动轨迹如图
由几何关系可知；又
得
若粒子带负电，粒子运动轨迹如图
由几何关系可知；则
由；得
（2）粒子带正电，粒子做圆周运动的圆心角为300°，则运动的时间为
粒子带负电，且圆心角为60°，则运动时间为
25．（1）；（2）；（3）
【详解】
（1）a在加速电场中，有；解得
（2）a进入磁场，有；又；解得
（3）由；可得；又；解得
26．（1）；（2），
【详解】
（1）粒子在电场中做匀加速直线运动，在磁场中做匀速圆周运动，粒子运动轨迹如图所示
设粒子在M、N两板间经电场加速后获得的速度为v，由动能定理得；带电粒子离开电场时的速度大小
（2）粒子进入磁场后做匀速圆周运动，设其半径为r，由牛顿第二定律得；由几何关系得；得
解得
27．（1）；（2）
【详解】
（1）粒子在电场中运动时，y方向做匀加速运动；
x轴方向有；解得
（2）离开电场时
粒子在N点速度
与x轴方向夹角，
粒子在磁场中做圆周运动
由几何关系
解得
28．(1)；(2)；(3)，
【详解】
(1)由题意可知，正离子从P点水平射入电场中，做类平抛运动，垂直达到ON屏上，将该速度沿着水平和竖直方向分解为；
由三角函数可得；由牛顿第二定律可得
则离子在电场中运动时间为
(2)正离子从P点水平射入电场中，做类平抛运动的水平位移为
则由几何关系可得
正离子从Q点水平射入磁场中，做匀速圆周运动，则
化简可得磁场的磁感应强度
(3)由题意可知，离子恰能达到荧光屏上，即做匀速圆周运动的轨迹与ON相切，则由几何关系可得，圆周运动的半径为；得
由牛顿第二定律可得；则
由牛顿第二定律可得；则
则离子在磁场中运动的时间为