2024鲁科版高中物理选择性必修第三册同步练习--期末学业水平检测

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期末学业水平检测
注意事项　1.本试卷满分100分,考试用时75分钟。
2.无特殊说明,本试卷中g取10 m/s2。
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
一、单项选择题(本题共8小题,每小题3分,共24分。每小题只有一个选项符合题目要求)
1.下列说法正确的是 (　　)
甲
乙
丙
丁
A.图甲为中间有隔板的绝热容器,隔板左侧装有温度为T的理想气体,右侧为真空,现抽掉隔板,气体的温度将降低
B.图乙为布朗运动示意图,悬浮在液体中的微粒越大,在某一瞬间跟它相撞的液体分子越多,撞击作用的不平衡性表现越明显
C.图丙中,液体表面层中分子间的距离比液体内部分子间的距离大,液体表面层中分子间的作用力表现为引力
D.图丁为同一气体在0 ℃和100 ℃两种不同情况下单位速率间隔的分子数占总分子数的百分比与分子速率间的关系图线,两图线与横轴所围面积不相等
2.下列说法正确的是 (　　)
A.爱因斯坦发现了光电效应,并提出相应理论,合理地解释了光电效应
B.康普顿效应说明光有波动性,光电效应说明光有粒子性
C.α粒子散射实验中,α粒子碰到电子会出现大角度散射
D.电子的波动是概率波
3.关于气体的内能和热力学定律,下列说法正确的是 (　　)
A.活塞压缩气体的过程中,活塞对气体做功,气体内能一定增加
B.一定质量的理想气体在等压膨胀过程中,内能一定减少
C.根据热力学第二定律可知,热量不可能从低温物体传到高温物体
D.外界对物体做功,同时物体向外界放出热量,物体的内能可能不变
4.“嫦娥五号”月球探测器在月球采集的约2公斤月壤中含有地球上鲜有的HeHe是地球上很难得到的清洁、安全和高效的核聚变发电燃料,被科学家们称为“完美能源”。有关He聚变的核反应方程如下:HHHe+X+3.3 MeV,HeHeHe+2Y+12.86 MeV;下列说法正确的是 (　　)
A.X为质子,核反应①、②又称热核反应
BHe的比结合能比He的比结合能大
C.方程①中反应前后原子核总质量相等
D.方程②中核子平均释放的能量约为2.14 MeV
5.下列说法不正确的是 (　　)
A.空调既能制热又能制冷,说明热传递不存在方向性
B.第一类永动机不可能制成是因为它违背了能量守恒定律
C.对于一定质量的理想气体,只要温度升高其内能就一定增大
D.用温度计测量温度是根据热平衡的原理
6.氢原子的部分能级图如图甲所示,大量处于n=4激发态的氢原子向低能级跃迁时能辐射出不同频率的光,用这些光照射如图乙所示的光电管阴极K,阴极材料是逸出功为2.55 eV的金属钾。已知可见光光子的能量范围为1.62~3.11 eV,则下列说法中正确的是 (　　)
A.这些氢原子一共能辐射出4种不同频率的光
B.这些氢原子发出的光中有3种属于可见光
C.这些氢原子发出的光均可使钾发生光电效应
D.若用从n=2能级跃迁到基态辐射的光照射光电管阴极,其遏止电压为7.65 V
7.一定质量理想气体状态变化的p-V图像如图所示,理想气体由状态a变化到状态b,再由状态b变化到状态a,图中虚线为过a、b两点的双曲线。在整个循环过程中,下列说法中正确的是 (　　)
A.由状态a变化到状态b的过程中,气体温度先降低后升高
B.由状态b变化到状态a的过程中,气体分子运动的平均速率先增大后减小
C.在整个循环过程中,气体从外界吸收的热量大于向外界放出的热量
D.由状态b变化到状态a的过程中,气体内能先增大后减小
8.如图所示是研究光电效应的实验装置,某同学进行了如下操作:(1)用频率为ν1的光照射光电管,此时微安表中有电流,将滑动变阻器滑片P调至位置M(图中未画出),使微安表示数恰好变为0,此时电压表的示数为U1;(2)用频率为ν2的光照射光电管,将滑动变阻器滑片P调至位置N(图中未画出),使微安表示数恰好变为0,此时电压表的示数为U2。已知元电荷为e,ν1<ν2。关于该实验,下列说法正确的是 (　　)
A.位置M比位置N更靠近a端
B.位置M、N与光强有关
C.可求得普朗克常量为
D.该光电管中金属的极限频率为
二、多项选择题(本题共4小题,每小题4分,共16分。每小题有多个选项符合题目要求。全部选对得4分,选对但不全的得2分,选错或不选得0分)
9.根据下列图像所反映的物理现象进行分析判断,说法正确的是 (　　)
甲:光电流与电压的关系
乙:光与电子发生碰撞后速度方向发生改变
丙:70 000多个电子通过双缝后的干涉图样
A.图甲中对应的三种光中A光的光子能量最大
B.根据图甲分析可知,入射光的频率关系为νB>νA=νC
C.图乙中现象说明光子不仅具有能量也具有动量
D.图丙中现象说明电子具有波动性
10.“玉兔号”月球车携带有同位素Pu核电池Pu的半衰期为88年,衰变方程为PuUHe+γ,则下列说法正确的是 (　　)
APu的中子数比U的中子数多2个
B.衰变发出的γ射线是电磁波,穿透能力很强
C.衰变前后原子核的动量不守恒,核子质量守恒
D.20个Pu经过88年后一定还剩余10个
11.中国物理学家钱三强与何泽慧等合作,在利用中子打击铀的实验中,观察到三分裂变和四分裂变现象,其中一种裂变方程式是Un→BaKr+n。用mU、mBa、mKr分别表示UBaKr核的质量,mn表示中子的质量,c为真空中的光速,下列说法正确的是 (　　)
A.该核反应过程中质量有所增加
B.链式反应能否发生跟铀原料的体积有关
C.裂变产物Ba的比结合能大于U的比结合能
D.该核反应中放出的核能为(mU-mBa-mKr-3mn)c2
12.一气缸竖直放于水平地面上,缸体质量M=4 kg,活塞质量m0=2 kg,活塞横截面积S=2×10-3 m2。活塞上方的气缸内封闭了一定质量的理想气体,下方通过气孔P与外界相通,大气压强p0=1.0×105 Pa。活塞下面与劲度系数k=2×103 N/m的轻弹簧相连,当气缸内气体温度为12 ℃时弹簧为自然长度,此时缸内气柱长度L1=20 cm。已知T=t+273 K,活塞不漏气且与缸壁无摩擦。现给封闭气体加热,则下列说法正确的是 (　　)
A.当缸内气柱长度L1=20 cm时,缸内气体压强为9×104 Pa
B.当缸内气柱长度L2=22 cm时,缸内气体温度约为383 K
C.缸内气体温度上升到437 K以上,气体将做等压膨胀
D.缸内气体温度上升到522 K以上,气体将做等压膨胀
三、非选择题(本题共6小题,共60分)
13.(6分)某种测温装置如图所示,玻璃泡A内封有一定质量的理想气体,与A相连的玻璃管B插在水银槽中,管内外水银面高度差h即可反映玻璃泡内气体的温度,即环境温度t,并可由B管上的刻度直接读出。分析可知,将A中封闭气体变化近似为　　　　变化时,可认为h随t的变化为均匀变化。满足这一近似的条件是　　　　　　　　　　　　　　　。
14.(8分)在“用油膜法估测油酸分子的大小”的实验中,有油酸和酒精按体积比为n∶m配制好的油酸酒精溶液置于容器中,还有盛有水的浅盘、滴管、量筒、爽身粉、带方格的玻璃板等。
(1)用滴管向量筒内加注N滴油酸酒精溶液,读出油酸酒精溶液的体积V;
(2)将爽身粉均匀地撒在水面上,再用滴管吸取油酸酒精溶液,轻轻地向水面滴一滴溶液,油酸在水面上尽可能地散开,形成一层油膜,可以清楚地看出油膜轮廓;
(3)待油膜形状稳定后,将事先准备好的玻璃板放在浅盘上,在玻璃板上绘出油酸膜的形状如图所示,则油膜面积为　　　　　(已知每个小方格面积为S);
(4)估算油酸分子的直径的表达式d=　　　　(用题目中字母表示);
(5)某同学实验中最终测得的油酸分子直径偏大,则原因可能是　　　　　　　　(填选项前的字母)。
A.错误地将油酸酒精溶液的体积直接作为油酸的体积进行计算
B.计算油酸膜面积时,错将所有不完整的方格都作为完整方格处理
C.水面上爽身粉撒得较多,油酸膜没有充分展开
15.(10分)处于激发态的氢原子可以向低能级跃迁,发出光子;处于基态的氢原子可以吸收光子的能量,发生能级跃迁。已知基态的氢原子能量为E1,普朗克常量为h,光在真空中速度为c,电子的质量为m,氢原子的能级公式为En=(n=1,2,3,…)。
(1)一群处于n=4能级的氢原子发出的光子,能使逸出功为W0的某金属发生光电效应,求光电子的最大初动能Ek;
(2)用波长为λ的光子照射基态氢原子,可以使其电离,求电子电离后的德布罗意波的波长λ'。
16.(10分)某濒危鱼类长期生活在压强为40p0的深海中,科研团队为便于研究,把该鱼类从海里移到如图所示的两层水箱中,同时给它们创造一个类似深海的压强条件。假设该鱼位于一层水箱底部,距离二层水箱水面的高度h=50 m,二层水箱上部密封一定质量的空气,空气体积V=7 L,空气压强与外界大气压相同。已知外界大气压为p0,10 m高水柱产生的压强约为p0(水箱内气体温度恒定,不考虑空气溶入水的影响)。求:
(1)为使鱼在一层水箱正常存活,需要给二层水箱再打进压强为p0的空气多少升
(2)为了让二层水箱上方气体压强和第(1)问充气后气体压强相同,还可以采用从进水口注水的方法,那么需要注入多少升水
17.(12分)如图为竖直放置的U形管,两侧均为粗细均匀的玻璃管,左管开口,右管封闭。但右管横截面积是左管的3倍,管中装入水银,大气压强为p0=76 cmHg。左管中水银面到管口距离为h1=22 cm,且左管内水银面比右管内水银面高Δh=4 cm,右管内空气柱长为h2=11 cm。现用小活塞把开口端封住,并缓慢推动活塞,使两管液面相平,推动过程中两管中的气体温度始终不变,不计小活塞与管壁之间的摩擦,求:
(1)右管中气体的最终压强;
(2)活塞推动的距离。
18.(14分)如图所示,竖直放置的导热气缸A和B底面积相同,高度都为L,气缸侧壁分别安装阀门K1和K2。两气缸通过长度也为L的绝热管道连接,厚度不计的绝热轻活塞a、b可以上下无摩擦地移动,活塞a的横截面积为b的两倍。气缸外面大气压强为p0、温度恒为T0,开始时A、B内都封闭有压强为p0、温度为T0的空气,活塞a在气缸A最上端,活塞b在管道最上端。若先用一细软管(软管图中未画出)将阀门K1和K2连在一起,然后再分别打开阀门K1和K2,用力向下缓慢推动活塞a,使活塞a先向下移动0.5L,而后关闭阀门K1和K2,继续向下缓慢推动活塞a,当活塞b移动到管道中央时(活塞a仍在阀门K1的上端),停止推动活塞a并将其固定,接着缓慢加热气缸B中的气体,直到活塞b回到最初始的位置。求:
(1)从气缸A移动到气缸B及管道中的气体质量与气缸A、B及管道内气体总质量的比值;
(2)活塞a向下移动的总位移;
(3)活塞b回到初始位置时,气缸B中气体的温度。
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1.C 2.D 3.D 4.D 5.A 6.D
7.C 8.D 9.AC 10.AB 11.BC 12.ABC
1.C　根据热力学第一定律有ΔU=W+Q,右侧为真空,气体自由膨胀时不做功,即W=0,因为是绝热容器,所以没有热交换,即Q=0,因此内能不变,容器内的理想气体的内能由温度决定,所以温度不变,故A错误;悬浮在液体中的微粒越大,在某一瞬间跟它相撞的液体分子越多,撞击作用的平衡性表现越不明显,故B错误;液体表面层中分子间的距离比液体内部分子间的距离大,液体表面层中分子间的作用力表现为引力,故C正确;由题图可知,在0 ℃和100 ℃两种不同情况下各速率区间的分子数占总分子数的百分比与分子速率间的关系图线与横轴所围面积都应该等于100%,即相等,故D错误。故选C。
2.D　光电效应不是爱因斯坦发现的,爱因斯坦提出了光子说,合理地解释了光电效应,A错误;康普顿效应和光电效应都说明光有粒子性,B错误;α粒子散射实验中,α粒子的质量远大于电子的质量,α粒子碰到电子时,α粒子的运动状态几乎不会改变,不会出现大角度散射,C错误;电子是实物粒子,其波动是概率波,D正确。
3.D　活塞压缩气体的过程中,活塞对气体做功,根据热力学第一定律可知,如果气体放出的热量大于活塞对气体做的功,气体内能将减少,A错误;根据理想气体状态方程=C可知,一定质量的理想气体在等压膨胀过程中,温度升高,故内能一定增加,B错误;有外界影响的情况下,热量可以从低温物体传到高温物体,C错误;根据热力学第一定律ΔU=W+Q可知,若外界对物体做的功与物体向外界放出的热量相等,则物体的内能不变,D正确。
4.D　由电荷数守恒和质量数守恒可知,X的质量数为A=2+2-3=1,核电荷数为Z=1+1-2=0,可知X为中子n,核反应①、②为聚变反应,又称热核反应,A错误;由核反应方程②可知,由于该核反应释放核能,所以生成物比反应物更稳定,比结合能也更大,即He的比结合能比He的比结合能小,B错误;由质能方程ΔE=Δmc2可知,反应式①中有核能放出,一定有质量亏损,因此方程①中反应前后原子核总质量不相等,C错误;方程②中每个He含有三个核子,因此每个核子平均释放的能量为E= MeV≈2.14 MeV,即核子平均释放的能量约为2.14 MeV,D正确。故选D。
5.A　空调既能制热又能制冷,只能说明在不自发的条件下热传递方向可以逆向,不违背热力学第二定律,故A错误;第一类永动机不可能制成是因为它违背了能量守恒定律,选项B正确;对于一定质量的理想气体,只要温度升高其内能就一定增大,选项C正确;用温度计测量温度是根据热平衡的原理,选项D正确。此题选择错误选项,故选A。
6.D　大量处于n=4激发态的氢原子向低能级跃迁时可以释放出N==6种不同频率的光子,故A错误;n=4激发态的氢原子向低能级跃迁时,释放出的光子的能量满足能级差,从第4能级跃迁至第2能级释放的能量为2.55 eV,从第3能级跃迁至第2能级释放的能量为1.89 eV,只有这2种情况释放光子的能量在可见光光子的能量范围内,故B错误;发生光电效应的条件为辐射出光子的能量大于等于金属逸出功,钾的逸出功为2.55 eV,所以这些氢原子发出的光不是都能使钾发生光电效应,故C错误;若用从n=2能级跃迁到基态辐射的光照射阴极,此时辐射的光子能量为10.2 eV,由eUc=Ek=hν-W0,解得Uc=7.65 V,故D正确。
7.C　由于图中虚线为过a、b两点的双曲线,可知图中虚线是等温线,则由状态a变化到状态b的过程中,气体温度先升高后降低,气体由状态b变化到状态a的过程中,气体温度先降低后升高,气体分子平均动能先减小后增大,气体分子的平均速率先减小后增大,A、B错误。根据W=pDV可知,图线与横轴围成的面积等于气体做功,由图可知从b到a外界对理想气体做的功小于从a到b理想气体对外做的功;整个循环过程W<0,DU=0,所以Q=Q吸-Q放 > 0,即整个循环过程,理想气体吸收的热量大于放出的热量,C正确。由B的分析可知由状态b变化到状态a的过程中气体温度先降低后升高,而理想气体的内能完全由温度决定,所以气体内能先减小后增大,D错误。
8.D　根据电路图,结合逸出电子受到电场阻力时,微安表示数才可能为零,可知只有阴极K的电势高于阳极A的电势,即滑片P向a端滑动,才能实现微安表示数恰好变为零,根据爱因斯坦光电效应方程可得Ekm=hν-W0=eUc,因ν1<ν2,则U19.BCD　由图甲可得,B光的遏止电压最大,根据hν-W=eUc,则图甲中对应的三种光中B光的光子能量最大,A错误;逸出功W相同,结合A选项的分析可知νB>νA=νC,B正确;图乙中现象说明光子不仅具有能量也具有动量,C正确;图丙中看到明暗相间的条纹,说明电子具有波动性,D正确。故选B、C、D。
10.ABPu的中子数为238-94=144U的中子数为234-92=142,Pu的中子数比U的中子数多2个,故A正确;衰变发出的γ射线是电磁波,穿透能力很强,故B正确;原子核衰变过程中系统内力远大于外力,所以衰变前后原子核的动量守恒,但衰变过程中释放能量,有质量亏损,核子质量不守恒,故C错误;半衰期描述的是大量原子核发生衰变的统计规律,对大量原子核适用,对少量原子核不适用,故D错误。故选A、B。
11.BC　核裂变的过程中释放核能,根据爱因斯坦质能方程可知,该核反应过程中质量有所减少,故A错误;根据链式反应的条件可知,铀块体积必须达到临界体积,有中子通过时,才能发生链式反应,故B正确;核裂变产物Ba属于中等质量的原子核,根据原子核的比结合能与质量数的关系可知,裂变产物Ba的比结合能大于重核U的比结合能,故C正确;反应后生成的中子是3个,根据质能方程可知,该核反应放出的核能为ΔE=Δmc2=(mU-mBa-mKr-2mn)c2,故D错误。故选B、C。
12.ABC　根据题意,由平衡条件有p1S+m0g=p0S,代入数据解得p1=9×104 Pa,故A正确;根据题意可知,当缸内气柱长度L2=22 cm时,弹簧被压缩2 cm,根据平衡条件有p0S+kΔx=m0g+p2S,根据理想气体状态方程有=,又有T1=(273+12)K=285 K,联立解得T2≈383 K,故B正确;根据题意可知,当气缸对地面的压力为零时,再升高气体温度,气体压强不变,设此时气体的温度为T3,对气缸,由平衡条件得p0S+Mg=p3S,对活塞,根据平衡条件有p3S+m0g=p0S+kΔx1,根据理想气体状态方程有=,联立解得T3=437 K,即缸内气体温度上升到437 K以上,气体将做等压膨胀,故D错误,C正确。故选A、B、C。
13.答案　等容(3分)　玻璃管内气体的体积相对玻璃泡内气体的体积可忽略不计(3分)
解析　A中气体压强为p=p0-ρgh
根据理想气体状态方程有
=
可知如果封闭气体的体积不变,则p与温度t成线性关系,可认为h随t的变化为均匀变化。满足这一近似的条件是玻璃管内气体的体积相对玻璃泡内气体的体积可忽略不计。
14.答案　(3)112S(2分)　(4)(3分)　(5)AC(3分)
解析　(3)计算油膜面积时,将大于半个的方格作为完整方格处理,可得112个方格,所以油膜面积为S油膜=112S。
(4)依题意,一滴油酸酒精溶液中,纯油酸的体积为V油酸=×=,油酸分子的直径的表达式为d==。
(5)错误地将油酸酒精溶液的体积直接作为油酸的体积进行计算,则会导致最终测得的油酸分子直径偏大,故A正确;计算油膜面积时,错将所有不完整的方格都作为完整方格处理,则会使测得的油膜面积偏大,所以测得的油酸分子直径偏小,故B错误;水面上爽身粉撒得较多,油膜没有充分展开,致使水面上的油酸分子呈现多层,导致油膜面积偏小,所以测得的油酸分子直径偏大,故C正确。故选A、C。
15.答案　(1)--W0　(2)
解析　(1)从n=4能级跃迁至n=1能级发出的光子能量最大,其光子能量为E=E4-E1,E4= (2分)
由爱因斯坦光电效应方程得Ek=hν-W0=E-W0 (2分)
解得Ek=--W0 (1分)
(2)电子的动能Ek=h-(-E1) (1分)
电子的动量p= (1分)
德布罗意波的波长λ'= (2分)
联立解得λ'= (1分)
16.答案　(1)238 L　(2)6.8 L
解析　(1)设鱼在一层水箱正常存活时,二层水箱的压强为p1,由题意得·p0+p1=40p0 (2分)
解得打进气体后的二层水箱中气体压强为p1=35p0 (1分)
气体发生等温变化,根据玻意耳定律p0V+p0·ΔV=p1V (2分)
解得ΔV=238 L(1分)
则需要给二层水箱再打进压强为p0的空气的体积为238 L
(2)设需要注入水的体积为ΔV',由等温变化得
p0V=p1(V-ΔV') (2分)
解得ΔV'=6.8 L(2分)
则需要注入6.8 L水
17.答案　(1)88 cmHg　(2)6 cm
解析　(1)设左管横截面积为S,则右管横截面积为3S,以右管中封闭气体为研究对象,初状态压强为p1=p0+ρgΔh=80 cmHg(1分)
体积为V1=3Sh2
设末状态气体压强为p2,从初状态到末状态,左侧管水银面下降Δh1,右侧水银面上升Δh2,则Δh1+Δh2=Δh (1分)
且Δh1S=3Δh2S (1分)
可得Δh1=3Δh2=3 cm,Δh2=1 cm
末状态体积V2=3S(h2-Δh2)
根据玻意耳定律得p1V1=p2V2 (2分)
联立可得p2=88 cmHg(1分)
(2)以左管中被活塞封闭的气体为研究对象,初状态p3=p0=76 cmHg,体积V3=Sh1
末状态p4=p2=88 cmHg,体积V4=Sh4 (1分)
由玻意耳定律得p3V3=p4V4 (2分)
联立可得h4=19 cm(1分)
所以活塞推动的距离L=h1-h4+Δh1=6 cm(2分)
18.答案　(1)3∶20　(2)L　(3)3T0
解析　(1)设活塞a的横截面积为S,活塞a在气缸A最上端时,A中气体质量和气体总质量的比值为= (1分)
活塞a向下移动0.5L后,A中剩余气体质量和气体总质量的比值为= (1分)
== (1分)
则从气缸A移动到气缸B及管道中的气体质量与气体总质量的比值为3∶20
(2)设活塞a向下移动0.5L后,气缸A、B中气体的压强为p1,活塞a又向下移动x时,活塞b到达管道中央,此时气缸A、B中气体的压强为p2,对活塞b上部分气体,由玻意耳定律可得
p1×0.5LS=p2(0.75L-x)S (2分)
对活塞b下部分气体,由玻意耳定律可得
p1×1.5LS=p2×1.25LS (2分)
联立解得x=L
活塞a向下移动的总位移为Δx=L+x=L (2分)
(3)活塞a向下移动0.5L后,对气缸A、B及管道中的气体由玻意耳定律可得
p0(2LS+0.5LS)= p1(1.5LS+0.5LS) (2分)
解得p1=p0
由(2)可知p2=p1,所以p2=p0
设活塞b回到初始位置时,气缸A、B中气体压强为p3,对活塞b上部分气体,由玻意耳定律可得
p1×0.5LS=p3(L-L)S (1分)
解得p3=p0
对B及管道中气体,由理想气体状态方程可得
= (1分)
解得T=3T0 (1分)
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