模块综合试卷（含解析）-2024春高中物理选择性必修3（人教版）

模块综合试卷
(满分：100分)
一、单项选择题：共11题，每题4分，共44分。每题只有一个选项最符合题意。
1．(2022·南通市高二期末)下列关于近代物理学研究的说法，正确的是(　　)
A．普朗克为解释黑体辐射的规律，提出了能量子假说
B．汤姆孙研究阴极射线，发现了电子并精确测定了电子的电荷量
C．密立根通过α粒子散射实验提出了原子核式结构模型
D．玛丽·居里最早发现铀和含铀的矿物能够发出看不见的射线
2．(2022·苏州市高二期中)下列四幅图的有关说法中，不正确的是(　　)
　
　
A．图甲中取无穷远处分子势能为零，则分子间距离为r0时，分子势能也为0
B．图乙中估测油酸分子直径d时，可把油酸分子简化为球形处理
C．图丙中食盐晶体中的钠、氯离子按一定规律分布，具有空间上的周期性
D．图丁中猛推活塞，密闭的气体温度升高，压强变大，气体对外界做负功
3．(2022·苏州市高二期中)在东京奥运会跳水女子10 m台决赛中，14岁的全红婵以总分466.2拿到金牌，并打破了世界纪录。下列说法不正确的是(　　)
A．运动员入水过程中，在水中产生的气泡内的气体压强大于大气压
B．运动员入水激起的水花中，很多呈现球形，这是水的表面张力的作用结果
C．运动员入水后，身体周围会出现一些小气泡，这些小气泡在做无规则的布朗运动
D．运动员出水后泳衣上的水很快滑落，这是因为制造泳衣的材料对水不浸润
4．(2022·南通市高二期末)人们常用空调调节室内空气的温度，下列说法正确的是(　　)
A．空调风速越大，室内空气的分子平均动能也越大
B．空调过滤器能够吸附肉眼看不见的PM2.5颗粒，此颗粒的运动是分子热运动
C．空调既能制热又能制冷，说明热传递不存在方向性
D．空调制热使得室内温度上升，则速度小的空气分子比例减小
5．(2023·南京市第一中学高二期中)“嫦娥五号”中有一块“核电池”，在月夜期间提供电能的同时还能提供一定能量用于舱内温度控制。“核电池”利用了Pu的衰变，衰变方程为
Pu→X＋Y，下列说法正确的是(　　)
A.X比Pu的中子数少4个
B.Pu在月球上和在地球上半衰期相同
C．一个Pu核衰变为X释放的核能为(mPu－mX)c2
D.Pu发生的是α衰变，α射线具有极强的穿透能力，可用于金属探伤
6．(2023·南京航空航天大学苏州附属中学高二期中)某气体在T1、T2两种不同温度下的分子速率分布图像如图甲所示，纵坐标f(v)表示各速率区间的分子数占总分子数的百分比，横坐标v表示分子的速率；而黑体辐射的实验规律如图乙所示，图乙中画出了T3、T4两种不同温度下黑体辐射的强度与波长的关系。下列说法正确的是(　　)
A．图甲中T1>T2，图乙中T3＞T4
B．图乙中温度升高，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动
C．图甲中温度升高，所有分子的速率都增大
D．图乙中黑体辐射电磁波的情况不仅与温度有关，还与材料的种类及表面状况有关
7．(2022·苏州市高二期中)蛟龙号深潜器在执行某次实验任务时，外部携带一装有氧气的汽缸，汽缸导热良好，活塞与缸壁间无摩擦且与海水相通。已知海水温度随深度增加而降低，则深潜器下潜过程中，下列说法正确的是(　　)
A．每个氧气分子的动能均减小
B．氧气放出的热量等于其内能的减少量
C．氧气分子单位时间撞击缸壁单位面积的次数增加
D．氧气分子每次对缸壁的平均撞击力增大
8.(2023·南京市高二期中)如图所示的p－V图像中A→B→C→A表示一定质量的理想气体的状态变化过程，1 atm＝1.01×105 Pa，则以下说法正确的是(　　)
A．气体在A、B两状态时的温度相等，由状态A到状态B的过程中，气体温度保持不变
B．由状态A到状态B的过程中，气体从外界吸收的热量大于气体对外界所做的功
C．由状态B到状态C的过程中，外界对气体做了202 J的功
D．由状态C到状态A的过程中，气体吸收的热量等于外界对气体做的功
9．用阴极材料为金属铷的光电管，观测光电效应现象，实验装置示意如图甲所示，实验中测得铷的遏止电压Uc与入射光频率ν之间的关系如图乙所示，图线与横轴交点的横坐标为5.15×1014Hz。已知普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s。则下列说法中正确的是(　　)
A．欲测遏止电压，应选择电源右端为负极
B．如果实验中入射光的频率ν＝7.00×1014 Hz，则产生的光电子的最大初动能约为Ek＝1.2×10－19 J
C．减少照射光的强度，产生的光电子的最大初动能减小
D．当电源左端为正极时，滑动变阻器的滑片向右滑动，电流表的示数先增大，后减小
10.处于基态的一群氢原子被一束单色光照射后，最多能发出6种频率的光，氢原子的能级图如图所示，如果用这束光照射某一逸出功为2.21 eV的金属，则从该金属中射出电子的最大初动能为(　　)
A．12.75 eV B．12.89 eV
C．10.54 eV D．10.2 eV
11．(2022·盐城市高二期中)用电脑软件模拟两个相同分子在仅受相互间分子力作用下的运动。将两个质量均为m的A、B分子从x轴上的－x0和x0处由静止释放，如图甲所示。其中B分子的速度v随位置x的变化关系如图乙所示。取无限远处势能为零，下列说法正确的是(　　)
A．A、B间距离为x1时分子力为零
B．A、B间距离为2(x1－x0)时分子力为零
C．刚释放时A、B系统的分子势能为mv22
D．A、B间分子势能最小值为mv22－mv12
二、非选择题：共5题，共56分。其中第13题～第16题解答时请写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤，只写出最后答案的不能得分；有数值计算时，答案中必须明确写出数值和单位。
12．(8分)(2022·南京市高二期末)在“用油膜法估测分子的大小”实验中：
(1)如图所示的四幅图反映了实验中的四个步骤，将它们根据教材内容按实验操作先后顺序排列应是________(用符号表示)；
(2)1 mL的油酸中加入酒精至10 mL得溶液a，再取1 mL溶液a并向其中加入酒精至500 mL得溶液b；用注射器吸取溶液b，一滴一滴地滴入小量筒中，当滴入100滴时，量得其体积为1 mL。则一滴油酸溶液中纯油酸的体积为________ mL(结果保留两位有效数字)；
(3)向水面滴入一滴溶液b，水面上散开的油膜面积约为68cm2，则油酸分子直径为______ m(结果保留两位有效数字)；
(4)在计算注射器滴出的每一滴油酸酒精溶液体积后，不小心拿错了一个针管更粗的注射器，把溶液滴在水面上，会导致测得的油酸分子直径________(填“偏大”“偏小”或“不变”)。
13.(8分)一定质量的理想气体从状态A经状态B变化到状态C。其V－T图像如图所示。
(1)若气体分子总数为N，求气体在状态B时分子间的平均距离d；
(2)若气体在状态A的压强为p，气体从状态A经状态B变化到状态C的过程中，内能的增加量为ΔU，求气体在该过程中吸收的热量Q。
14．(10分)(2023·苏州市高二期中)某科学家提出年轻热星体中核聚变的一种理论，其中的两个核反应方程为：
①H＋C→N
②H＋N→C＋X
(1)写出原子核X的元素符号、质量数和核电荷数；
(2)已知原子核H、C、N的质量分别为mH＝1.007 8 u，mC＝12.000 0 u，mN＝13.005 7 u。1 u相当于931 MeV。试求每发生一次上述聚变反应①所释放的核能；(结果保留三位有效数字)
(3)用上述辐射中产生的波长为λ＝4×10－7 m的单色光去照射逸出功为W＝3.0×10－19 J的金属材料铯时，通过计算判断能否以生光电效应？若能，试求出产生的光电子的最大初动能。(普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s，光在真空中的速度c＝3×108 m/s，结果保留三位有效数字)
15．(14分)(2022·南通市高二期中)自2020年1月1日起，我国出厂小汽车强制安装TPMS(胎压监测系统)。汽车的胎压常用巴(bar)作为单位，1巴(bar)＝1 atm＝1×105 Pa。某辆小汽车静止时，TPMS显示某一轮胎内的气体温度为－23 ℃，压强为2.5 bar，行驶过程中TPMS显示该轮胎内的气体温度为37 ℃，假定该轮胎的容积为30 L，且保持不变。阿伏加德罗常数为NA＝6.0×1023 mol－1，标准状态(1 atm，0 ℃)下1 mol任何气体的体积为22.4 L，T＝273＋t(K)。求：
(1)该轮胎内气体的分子数；(结果保留两位有效数字)
(2)若轮胎气压超过3 bar时，则TPMS报警，通过计算说明小汽车行驶过程中TPMS是否报警；
(3)若报警，为了消除警报，需要放出部分气体，则放出气体的质量与原轮胎内气体质量之比至少为多少；若不报警，则再充入气体的质量与原轮胎气体质量之比为多少时，TPMS就会报警。(忽略充气、放气过程中的气体温度的变化)
16.(16分)(2022·苏州市高二期中)如图所示，一直立汽缸由两个横截面积不同的长度足够长的圆筒连接而成，活塞A、B间封闭有一定质量的理想气体，A的上方和B的下方分别与大气相通。两活塞用长为L＝30 cm的不可伸长的质量可忽略不计的细线相连，可在缸内无摩擦地上下滑动。当缸内封闭气体的温度为T1＝450 K时，活塞A、B的平衡位置如图所示。已知活塞A、B的质量均为m＝1.0 kg，横截面积分别为SA＝40cm2、SB＝20cm2，大气压强为p0＝1.0×105 Pa，重力加速度为g＝10m/s2。
(1)活塞A、B在图示位置时，求缸内封闭气体的压强；
(2)现使缸内封闭气体温度缓慢降到180 K，求此时气体的体积和压强。
模块综合试卷
1．A　[普朗克为解释黑体辐射的规律，提出了能量子假说，故A正确；汤姆孙研究阴极射线，发现了电子，密立根精确测定了电子的电荷量，故B错误；卢瑟福通过α粒子散射实验提出了原子核式结构模型，故C错误；贝克勒尔最早发现铀和含铀的矿物能够发出看不见的射线，故D错误。]
2．A　[取无穷远处分子势能为零，设两分子从相距无穷远到靠近到分子间距离为r0过程中，分子力表现引力，引力做正功，分子势能减小，所以分子间距离为r0时，分子势能为负值，分子势能不为0，A错误；估测油酸分子直径d时，可把油酸分子简化为球形处理，B正确；食盐晶体中的钠、氯离子按一定规律分布，具有空间上的周期性，C正确；猛推活塞，密闭的气体温度升高，压强变大，气体体积减小，外界对气体做正功，气体对外界做负功，D正确。]
3．C　[运动员入水过程中，在水中产生的气泡内的气体压强应等于大气压和气泡所在处水所产生的压强，即大于大气压，A正确，不符合题意；运动员入水激起的水花中，很多呈现球形，这是水的表面张力的作用结果，B正确，不符合题意；运动员入水后，身体周围会有一些小气泡做无规则运动，这些小气泡的运动不是布朗运动，C错误，符合题意；运动员出水后泳衣上的水很快滑落，这是因为制造泳衣的材料对水不浸润，D正确，不符合题意。]
4．D　[室内空气的分子平均动能只与温度有关，与空调风速无关，故A错误；空调过滤器能够吸附PM2.5颗粒，PM2.5颗粒是肉眼看不见的固体小颗粒，不是分子热运动，故B错误；空调既能制热又能制冷，说明在不自发地条件下热传递方向可以逆向，不违背热力学第二定律，故C错误；空调制热使得室内温度上升，温度越高，分子的热运动越剧烈，速率小的空气分子比例减小，故D正确。]
5．B　[根据质量数守恒与电荷数守恒可知238＝234＋n,94＝m＋2，解得m＝92，n＝4，Pu的衰变方程为Pu→U＋He，发生的是α衰变，X比Pu的中子数少2个，故A错误；半衰期与环境条件无关，不会受到阳光、温度、电磁场等环境因素的影响，所以Pu在月球上和在地球上半衰期相同，故B正确；此核反应过程中的质量亏损为Δm＝mPu－mX－mα，释放的核能为E＝(mPu－mX－mα)c2，故C错误；α射线的穿透能力较差，不能用于金属探伤，故D错误。]
6．B　[由题图甲可知，温度为T2的图线中速率大的分子占据的比例较大，说明其对应的平均分子动能较大，故T2对应的温度较高，所以T2＞T1，温度升高使得气体分子的平均速率增大，不一定所有分子的速率都增大；题图乙中，随着温度的升高，各种波长的辐射强度都有所增加，且辐射强度的极大值向波长较短的方向移动，T3＞T4，故B正确，A、C错误。题图乙中黑体辐射电磁波的情况只与温度有关，与材料的种类及表面状况无关，故D错误。]
7．C　[海水温度随深度增加而降低，汽缸导热良好，氧气分子平均动能降低，但不是每个氧气分子的动能均减小，故A错误；根据热力学第一定律ΔU＝W＋Q，氧气内能的减少量等于氧气放出的热量和外界对氧气做功之和，故B错误；根据液体压强公式p＝ρgh，可知随下潜深度增加，海水压强增大，由于活塞与缸壁间无摩擦且与海水相通，氧气压强增加，即氧气分子单位时间撞击缸壁单位面积的次数增加，故C正确；氧气分子平均动能降低，氧气分子每次对缸壁的平均撞击力减小，故D错误。]
8．C　[因为pAVA＝pBVB，所以气体在A、B两状态时的温度相等。由图像可知，由状态A到状态B的过程中，气体温度先升高后降低，A错误；因为气体在A、B两状态时的温度相等，所以内能不变，根据热力学第一定律，ΔU＝W＋Q，气体从外界吸收的热量等于气体对外界所做的功，B错误；由状态B到状态C的过程中，外界对气体做的功为W＝pΔV＝1.01×105×(3－1)×10－3 J＝202 J，C正确；由状态C到状态A的过程中，温度升高，气体内能增大，因为体积不变，所以气体吸收的热量等于气体内能的增加，外界对气体不做功，D错误。]
9．B　[题图甲所示的实验装置测量铷的遏止电压Uc与入射光频率ν，因此光电管左端应该是阴极，则电源右端为正极，故A错误；由题可知，铷的截止频率νc＝5.15×1014Hz，根据hν＝W0，则可求出该金属的逸出功大小W0＝3.41×10－19 J，根据爱因斯坦光电效应方程Ek＝hν－W0，当入射光的频率为ν＝7.00×1014Hz时，则最大初动能为Ek≈1.2×10－19 J，故B正确；光电子的最大初动能与入射光的频率和金属的逸出功有关，与入射光的强度无关，故C错误；当电源左端为正极时，将滑动变阻器的滑片从图示位置向右滑动的过程中，则电压增大，光电流增大，当电流达到饱和值，不再增大，即电流表读数的变化是先增大，后不变，故D错误。]
10．C　[由题意可知＝6，得n＝4，氢原子由4→1跃迁，释放的光子最大的能量为ΔE＝hν＝E4－E1＝－0.85 eV－(－13.6) eV＝12.75 eV
根据光电效应方程hν＝W0＋Ekm
最大初动能为Ekm＝10.54 eV，故选C。]
11．D　[由题图乙可知，B分子在x0～x1过程中做加速运动，说明开始时两分子间作用力为斥力，在x1处速度最大，加速度为0，即两分子间的作用力为0，根据运动的对称性可知，此时A、B分子间的距离为2x1，故A、B错误；由题图乙可知，两分子运动到无穷远处的速度为v2，在无穷远处的总动能为2×mv22＝mv22，由题意可知，无穷远处的分子势能为0，则能量守恒可知，刚释放时A、B系统的分子势能为mv22，故C错误；由能量守恒可知，当两分子速度最大即动能最大时，分子势能最小，则最小分子势能为Epmin＝mv22－2×mv12＝mv22－mv12，故D正确。]
12．(1)dacb(2分)　(2)2.0×10－6(2分)
(3)2.9×10－10(2分)　(4)偏小(2分)
解析　(1)“油膜法估测油酸分子的大小”实验步骤为：配制酒精油酸溶液(记下配制比例)→测定一滴酒精油酸溶液的体积→准备浅水盘→形成油膜→描绘油膜边缘→测量油膜面积→计算分子直径；因此操作先后顺序排列应是dacb；
(2)依题意，可得一滴油酸溶液中纯油酸的体积为
V0＝×× mL＝2.0×10－6 mL
(3)根据“单分子油膜法测分子直径”原理，可得油酸分子直径为d＝＝ cm
≈2.9×10－8 cm＝2.9×10－10 m
(4)在计算注射器滴出的每一滴油酸酒精溶液体积后，不小心拿错了一个针管更粗的注射器，把溶液滴在水面上，会导致测得的一滴油酸酒精溶液的实际体积变大，一滴油酸酒精溶液中纯油酸的实际体积变大，对应的油膜面积变大，但体积还是按原来细的计算，由d＝，可知会导致测得的油酸分子直径偏小。
13．(1)　(2)ΔU＋pV0
解析　(1)气体从状态A变化到状态B的过程，根据等压变化规律有＝(1分)
解得VB＝2V0(1分)
又VB＝d3N(1分)
解得d＝(1分)
(2)气体从状态A变化到状态B的过程中，气体对外界做功，W＝－p(VB－VA)＝－pV0(2分)
气体从状态B变化到状态C的过程中，气体对外界做功为0。根据热力学第一定律
ΔU＝W＋Q(1分)
解得气体在该过程中吸收的热量Q＝ΔU＋pV0。(1分)
14．见解析
解析　(1)根据核反应前后电荷数守恒可得出X元素的电荷数为2，根据核反应前后质量数守恒可得出X元素的质量数为4，则X为He原子核，He。(2分)
(2)由题知，质量亏损为Δm＝mH＋mC－mN＝0.002 1 u，ΔE＝Δm×931 MeV≈1.96 MeV(2分)
(3)根据波长和能量的关系有E＝h(1分)
解得E≈4.97×10－19 J(1分)
E>W，所以能发生光电效应。(1分)
最大初动能Ekmax＝hν－W＝h－W(2分)
解得Ekmax＝1.97×10－19 J。(1分)
15．(1)2.2×1024个　(2)报警，计算过程见解析　(3)
解析　(1)设轮胎内气体在标准状态的体积为V0，根据理想气体状态方程有＝(1分)
代入数据得到V0＝81.9 L(1分)
则轮胎内气体的分子数
N＝NA＝NA＝2.2×1024个(3分)
(2)汽车行驶过程中，轮胎内气体等容变化，根据查理定律有＝(1分)
代入数据得到p2＝3.1 bar>3.0 bar，所以报警。(3分)
(3)由(2)分析可知，行驶过程中报警，则需放气，设放出气体体积为ΔV，根据玻意耳定律由
p2V2＝p3(V2＋ΔV)(1分)
解得ΔV＝V2(1分)
则＝＝。(3分)
16．(1)1.1×105 Pa　(2)417cm3　9.5×104 Pa
解析　(1)活塞A、B在题图示位置时，设汽缸内气体的压强为p1，以活塞A、B整体为研究对象
p0SA＋p1SB＋2mg＝p0SB＋p1SA(2分)
解得p1＝p0＋＝1.1×105 Pa(2分)
(2)缓慢降温则活塞向下移动，此过程为等压过程，
故p1＝p2
设当A活塞刚接触汽缸时的温度为T2，体积
V1＝(SA＋SB)＝900 cm3(1分)
V2＝LSB＝600 cm3(1分)
温度为T1＝450 K
由盖－吕萨克定律有＝(1分)
解得T2＝300 K，(1分)
由于300 K>180 K
继续降温，体积不变，设汽缸内气体的压强为p3时细线弹力恰好为零，则
p0SB＝mg＋p3SB(1分)
解得p3＝p0－＝9.5×104 Pa(1分)
缸内压强变化但体积不变，为等容变化，则＝(1分)
解得T3＝＝259 K>180 K(1分)
继续降温，压强不变，体积减小，＝，(1分)
T4＝180 K，
V3＝V2＝LSB＝600 cm3(1分)
解得V4≈417 cm3，(1分)
此时压强为p4＝p3＝9.5×104 Pa。(1分)