粤教版高中物理选择性必修第三册模块综合检测含答案（教师用）

模块综合检测
(本试卷满分：100分)
一、单项选择题(本题共7小题，每小题4分，共28分。在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的)
1．关于原子结构和微观粒子的波粒二象性，下列说法正确的是(　　)
A．卢瑟福的核式结构模型解释了原子光谱的分立特征
B．玻尔的原子理论完全揭示了微观粒子运动的规律
C．光电效应揭示了光的粒子性
D．电子束穿过铝箔后的衍射图样揭示了电子的粒子性
解析：选C　玻尔的量子化模型很好地解释了原子光谱的分立特征，A错误；玻尔的原子理论成功的解释了氢原子的分立光谱，但不足之处是还保留了经典理论中的一些观点，如电子轨道的概念，还不能完全揭示微观粒子的运动规律，B错误；光电效应揭示了光的粒子性，C正确；电子束穿过铝箔后的衍射图样，证实了电子的波动性，D错误。
2．下列说法中错误的是(　　)
A．雾霾在大气中的漂移是布朗运动
B．制作晶体管、集成电路只能用单晶体
C．电场可改变液晶的光学性质
D．地球大气中氢含量少，是由于外层气体中氢分子平均速率大，更易从地球逃逸
解析：选A　雾霾在大气中的漂移是气体的流动造成的，故A错误；制作晶体管、集成电路只能用单晶体，因为单晶体具有各向异性，故B正确；液晶具有液体的流动性，又对光显示各向异性，电场可改变液晶的光学性质，故C正确；在动能一定的情况下，质量越小，速率越大；地球大气中氢含量少，是由于外层气体中氢分子平均速率大，更容易大于地球的第一宇宙速度，更易从地球逃逸，故D正确。
3．(2024·湖南高考)量子技术是当前物理学应用研究的热点，下列关于量子论的说法正确的是(　　)
A．普朗克认为黑体辐射的能量是连续的
B．光电效应实验中，红光照射可以让电子从某金属表面逸出，若改用紫光照射也可以让电子从该金属表面逸出
C．康普顿研究石墨对X射线散射时，发现散射后仅有波长小于原波长的射线成分
D．德布罗意认为质子具有波动性，而电子不具有波动性
解析：选B　普朗克认为黑体辐射的能量是一份一份的，是量子化的，故A错误；产生光电效应的条件是光的频率大于金属的极限频率，紫光的频率大于红光，若红光能使金属发生光电效应，可知紫光也能使该金属发生光电效应，故B正确；石墨对X射线的散射过程遵循动量守恒定律，光子和电子碰撞后，电子获得一定的动量，光子动量变小，根据λ＝可知散射后的波长变长，故C错误；德布罗意认为物质都具有波动性，包括质子和电子，故D错误。
4．液体表面张力产生的原因是(　　)
A．在液体的表面层，分子间距过大，分子之间斥力消失，只有引力
B．由于气体分子对表面层液体分子的吸引
C．在液体的表面层里，由于分子间距比液体内部分子间距大，分子间引力占优势
D．由于受到指向液体内部的吸引力的作用
解析：选C　在液体的表面层，分子间距比液体内部分子间距大，分子间的引力大于斥力，对外表现为引力，A错误，C正确；气体分子对表面层液体分子的吸引力非常小，可以忽略，B错误；表面张力与液面相切，D错误。
5.如图所示，导热良好的圆筒形气缸竖直放置在水平地面上，用活塞将一定质量的理想气体封闭在气缸内，活塞上堆放着铁砂，系统处于静止状态。现缓慢取走铁砂，忽略活塞与气缸之间的摩擦，外界环境温度不变，则在此过程中缸内气体(　　)
A．对外做功，其内能减少
B．温度不变，与外界无热量交换
C．单个分子碰撞缸壁时的平均作用力减小
D．单位时间内对活塞的碰撞次数减少
解析：选D　缓慢取走铁砂的过程中，因为活塞对封闭气体的压力减小，所以活塞会缓慢上升，是气体膨胀的过程，缸内气体对外做功，但是气缸导热良好，所以缸内气体温度保持不变，则内能不变，故A错误；根据热力学第一定律ΔU＝W＋Q，因为气体膨胀对外做功，所以W<0，气缸导热良好，缸内气体温度保持不变，即ΔU＝0，所以ΔQ>0，即气体要从外界吸收热量，故B错误；由上面的分析可知，缸内气体温度不变，即气体分子的平均动能不变，所以单个分子与缸壁碰撞时的平均作用力不变，故C错误；根据理想气体状态方程＝C可知，T不变，V增大，则p减小。所以缸内气体压强减小，分子的平均动能不变，因为缸内气体体积V增大，所以分子数密度减小，则在单位时间内气体对活塞的碰撞次数要减少，故D正确。
6．在如图所示的光电效应现象中，光电管阴极K的极限频率为ν0，现用频率为ν(ν>ν0)的光照射在阴极上，若在A、K之间加一数值为U的反向电压时，光电流恰好为零，则下列判断错误的是(　　)
A．阴极材料的逸出功等于hν0
B．有光电子逸出，且光电子的最大初动能可表示为eU
C．有光电子逸出，且光电子的最大初动能可表示为hν－hν0
D．无光电子逸出，因为光电流为零
解析：选D　阴极材料的逸出功W0＝hν0，选项A正确；由于入射光的频率ν>ν0，则能发生光电效应，有光电子逸出，选项D错误；但是A、K间加的是反向电压，电子飞出后要做减速运动，当速度最大的光电子减速到A端速度为零时，光电流恰好为零，由动能定理得：－eU＝0－Ekm，则Ekm＝eU，选项B正确；由爱因斯坦光电效应方程：Ekm＝hν－W0，可得Ekm＝hν－hν0，选项C正确。
7.原子处于磁场中，某些能级会发生劈裂。某种原子能级劈裂前后的部分能级图如图所示，相应能级跃迁放出的光子分别设为①②③④。若用①照射某金属表面时能发生光电效应，且逸出光电子的最大初动能为Ek，则 ( )
?A.①和③的能量相等
?B.②的频率大于④的频率
?C.用②照射该金属一定能发生光电效应
?D.用④照射该金属逸出光电子的最大初动能小于Ek
解析:选A 由题图可知，①和③对应的跃迁能级差相同，可知①和③的能量相等，A?正确；因为②对应的能级差小于④对应的能级差，可知②的能量小于④的能量，根据E=hν可知，②的频率小于④的频率，B错误；因为②对应的能级差小于①对应的能级差，可知②的能量小于①的能量，②的频率小于①的频率，则用②照射该金属不一定能发生光电效应， C错误；因为④对应的能级差大于①对应的能级差，可知④的能量大于①的能量，即④的频率大于①的频率，因用①照射某金属表面时逸出光电子的最大初动能为Ek，根据Ek=hν-W逸出功,则用④照射该金属逸出光电子的最大初动能大于Ek， D错误。
二、多项选择题(本题共3小题，每小题6分，共18分。在每小题给出的四个选项中，有多项符合题目要求。全部选对的得4分，选对但不全的得2分，有选错的得0分)
8.如图，一封闭着理想气体的绝热气缸置于水平地面上，用轻弹簧连接的两绝热活塞将气缸分为f、g、h三部分，活塞与气缸壁间没有摩擦。初始时弹簧处于原长，三部分中气体的温度、体积、压强均相等。现通过电阻丝对f中的气体缓慢加热，停止加热并达到稳定后 ( )
?A.h中的气体内能增加
?B.f与g中的气体温度相等
?C.f与h中的气体温度相等
?D.f与h中的气体压强相等
解析:选AD 当电阻丝对f中的气体缓慢加热时，f中的气体内能增大，温度升高，根据理想气体状态方程可知f中的气体压强增大，会缓慢推动左边活塞，则弹簧被压缩，与此同时弹簧对右边活塞有弹力作用，缓慢向右推动右边活塞，故活塞对h中的气体做正功，因为是绝热过程，由热力学第一定律可知，h中的气体内能增加，A正确；未加热前，三部分中气体的温度、体积、压强均相等，当系统稳定时，活塞受力平衡，可知弹簧处于压缩状态，对左边活塞分析pfS=F弹+pgS，则pf>pg，分别对f、g内的气体分析，根据理想气体状态方程有＝，＝，由题意可知，因弹簧被压缩，则Vf>Vg，联立可得Tf>Tg，B错误；在达到稳定过程中，h中的气体体积变小，压强变大，f中的气体体积变大，由于稳定时弹簧保持平衡状态，故稳定时f、h中的气体压强相等，根据理想气体状态方程对h中的气体分析可知＝，联立可得Tf>Th，C错误，D正确。
9．核电池是通过半导体换能器，将放射性同位素衰变过程中释放出的能量转变为电能。某种核电池使用放射性同位素Pu，静止的Pu衰变为铀核Pu和α粒子，并放出频率为ν的γ光子，已知Pu、U和α粒子的质量分别为mPu、mU、mα。下列说法正确的是(　　)
A.Pu的衰变方程为Pu―→U ＋He＋γ
B．此核反应过程中质量亏损为Δm＝mPu－mU－mα
C．释放出的γ光子的能量为(mPu－mU－mα)c2
D．反应后U和α粒子结合能之和比Pu的结合能大
解析：选ABD　根据质量数守恒与电荷数守恒可知，Pu的衰变方程为 Pu→U＋He＋γ，故A正确；此核反应过程中的质量亏损等于反应前后质量之差，为Δm＝mPu－mU－mα，故B正确；释放的γ光子的能量为hν，核反应的过程中释放的能量为E＝(mPu－mU－mα)c2，由于核反应的过程中释放的核能转化为新核与α粒子的动能以及光子的能量，所以γ光子的能量小于(mPu－mU－mα)c2，故C错误；Pu衰变成U和α粒子后，释放核能，将原子核分解为单个的核子需要的能量更大，原子变得更稳定，所以反应后U和α粒子结合能之和比Pu的结合能大，故D正确。
10．1905年，爱因斯坦把普朗克的量子化概念进一步推广，成功地解释了光电效应现象，提出了光子说。在给出的与光电效应有关的四个图像中，下列说法正确的是(　　)
A．图甲中，当紫外线照射锌板时，发现验电器指针发生了偏转，说明锌板带正电，验电器带负电
B．图乙中，从光电流与电压的关系图像中可以看出，电压相同时，光照越强，光电流越大，说明遏止电压和光的强度有关
C．图丙中，若电子电荷量用e表示，ν1、ν2、U1已知，由Uc-ν图像可求得普朗克常量的表达式为h＝
D．图丁中，由光电子最大初动能Ek与入射光频率ν的关系图像可知，该金属的逸出功为E或hν0
解析：选CD　题图甲中，当紫外线照射锌板时，发现验电器指针发生了偏转，说明验电器带电，发生光电效应后锌板失去电子带正电，所以验电器也带正电，A错误；题图乙中，从光电流与电压的关系图像中可以看出，电压相同时，光照越强，光电流越大，说明光电流与光的强度有关，不能说明遏止电压和光的强度有关，B错误；题图丙中，根据Ek＝hν－W0＝eUc，解得Uc＝－，图线的斜率k＝＝，则h＝，C正确；题图4中，根据光电效应方程Ek＝hν－W0知，当ν＝0时，Ek＝－W0，由图像知纵轴截距为－E，所以W0＝E，即该金属的逸出功为E，图线与ν轴交点的横坐标是ν0，该金属的逸出功为hν0，D正确。
三、非选择题(共5小题，共54分)
11．(7分)用油膜法估测油酸分子大小的实验步骤如下：
①向体积为V1的纯油酸中加入酒精，直到油酸酒精溶液总量为V2；
②用注射器吸取上述溶液，一滴一滴地滴入小量筒，当滴入n滴时体积为V0；
③先往边长为30～40 cm的浅盘里倒入2 cm深的水；
④用注射器往水面上滴上一滴上述溶液，等油酸薄膜形状稳定后，将事先准备好的玻璃板放在浅盘上，并在玻璃板上描出油酸薄膜的形状；
⑤将画有油酸薄膜轮廓形状的玻璃板，放在画有许多边长为a的小正方形的坐标纸上；
⑥计算出轮廓范围内正方形的总数为N，其中不足半个格的两个格算一格，多于半个格的算一格。
上述实验步骤中有遗漏和错误，遗漏的步骤：___________________________；
错误的步骤：________________________________________________________________
__________________(指明步骤，并改正)，油酸分子直径的表达式：d＝______________。
解析：实验中为了使油膜不分裂成几块，需要在水面上均匀撒上痱子粉；由于本实验只是一种估算，在数油膜所覆盖的坐标格数时，大于半格算一格，小于半格舍去；油酸溶液在水面上充分扩散后形成一层单分子油膜，油膜厚度可看成分子直径，由题意可知，油酸溶液的浓度为，
一滴油酸溶液的体积为；
一滴油酸溶液中含有纯油酸体积为；
而一滴油酸溶液形成的油膜面积为Na2，
所以油膜的厚度，即分子直径d＝。
答案：③，将痱子粉均匀撒在水面上　⑥，应该是不足半格的舍去，多于半格的算一格　
12．(9分)“用DIS研究在温度不变时，一定质量气体压强与体积关系”的实验装置如图所示。保持温度不变，封闭气体的压强p用压强传感器测量，体积V由注射器刻度读出。某次实验中，数据表格内第2～8次压强没有记录，但其他操作规范。
次数 1 2 3 4 5 6 7 8 9
压强p/kPa 100.1 p7 179.9
体积V/cm3 18 17 16 15 14 13 12 11 10
(1)根据表格中第1次和第9次数据，推测出第7次的压强p7，其最接近的值是________。
A．128.5 kPa　　　　　　　　　 B．138.4 kPa
C．149.9 kPa D．163.7 kPa
(2)若考虑到连接注射器与传感器的软管内气体体积ΔV不可忽略，则封闭气体的真实体积为________。下列p -图像最接近理论的是________。
解析：(1)根据玻意耳定律，一定质量气体，压强与体积成反比，第1次和第9次数据，它们的压强与体积乘积，也正好近似相等，因此第7次的压强
p7＝ kPa≈150 kPa
故C正确，A、B、D错误。
(2)在软管内气体体积ΔV不可忽略时，被封闭气体的初状态的体积为V0＋ΔV，压强为p0，末状态的体积为V＋ΔV，压强为p，由等温变化有
p0(V0＋ΔV)＝p(V＋ΔV)
解得p＝p0
当式中的V趋向于零时，有
p＝p0
即该双曲线的渐近线方程是
p＝p0
故D正确，A、B、C错误。
答案：(1)C　(2)V0＋ΔV　D
13.(11分)氢原子的能级图如图所示，一群氢原子受激发后处于n＝3能级。当它们向基态跃迁时，辐射的光照射光电管阴极K，电子在极短时间内吸收光子形成光电效应。实验测得其遏止电压为10.92 V。求：
(1)氢原子从n＝3能级向基态跃迁，辐射光子的能量；
(2)逸出光电子的最大初动能Ek初；
(3)逸出功。
解析：(1)氢原子从n＝3能级向基态跃迁，辐射光子的能量为hν＝E3－E1＝(－1.51＋13.6)eV＝12.09 eV。
(2)逸出光电子的最大初动能为
Ek初＝eUc＝10.92 eV。
(3)根据光电效应方程得
W0＝hν－Ek初＝(12.09－10.92)eV＝1.17 eV。
答案：(1)12.09 eV　(2)10.92 eV　(3)1.17 eV
14．(12分)如图所示，导热良好的固定直立圆筒内用面积S＝100 cm2、质量m＝1 kg的活塞封闭一定质量的理想气体，活塞能无摩擦滑动。圆筒与温度300 K的热源接触，平衡时圆筒内气体处于状态A，其体积VA＝600 cm3。缓慢推动活塞使气体达到状态B，此时体积VB＝500 cm3。固定活塞，升高热源温度，气体达到状态C，此时压强pC＝1.4×105Pa。已知从状态A到状态C，气体从外界吸收热量Q＝14 J；从状态B到状态C，气体内能增加ΔU＝25 J；大气压p0＝1.01×105Pa。
(1)气体从状态A 到状态 B，其分子平均动能________(选填“增大”“减小”或“不变”)，圆筒内壁单位面积受到的压力________(选填“增大”“减小”或“不变”)；
(2)求气体在状态C的温度TC；
(3)求气体从状态A到状态B过程中外界对系统做的功W。
解析：(1)圆筒导热良好，则缓慢推动活塞使气体从状态A到状态B，气体温度不变，则气体分子平均动能不变；气体体积减小，则压强变大，圆筒内壁单位面积受到的压力增大。
(2)状态A时的压强pA＝p0－＝1.0×105 Pa，温度TA＝300 K，体积VA＝600 cm3，状态C时的压强pC＝1.4×105 Pa，体积VC＝500 cm3，根据＝，解得TC＝350 K。
(3)从B到C气体进行等容变化，则WBC＝0，从B到C气体内能增加25 J可知，气体从外界吸热25 J，而气体从A到C，从外界吸热14 J，可知从A到B气体放热11 J，从A到B气体内能不变，根据热力学第一定律可知从A到B外界对气体做功W＝11 J。
答案：(1)不变　增大　(2)350 K　(3)11 J
15．(15分)目前地球上消耗的能量绝大部分来自太阳内部核聚变时释放的核能。
(1)如果将太阳聚变时的核反应简化为4个氢核(H)聚变生成1个氦核(He)和2个正电子。请你写出此核反应方程。
(2)目前太阳能已被广泛利用。如图所示的太阳能路灯的额定功率为P，光电池的光电转换效率为η。用P0表示太阳辐射的总功率，用r表示太阳与地球间的距离。太阳光传播到达地面的过程中大约有30%的能量损耗。某段时间内，电池板接收太阳垂直照射的等效面积为S。求这段时间内路灯正常工作时间t与日照时间t0之比。
(3)天文学家估测：太阳已有50亿年的历史了。有人认为：50亿年来，因释放核能而带来的太阳质量变化几乎可以忽略。请你通过计算说明这种观点的合理性。可能用到的数据：太阳的质量约为M0＝2×1030 kg；太阳辐射的总功率为P0＝4×1026 W；1年≈3×107秒。
解析：(1)根据质量数守恒和电荷数守恒，其核反应方程为：4H―→He＋2e。
(2)路灯正常工作t时间需要消耗的太阳能量为E＝，
距太阳中心为r的球面面积S0＝4πr2，
t0时间内照射到电池板上的太阳能量
E＝，
联立解得：＝。
(3)50亿年太阳辐射的总能量为
ΔE＝P0Δt，
根据质能方程ΔE＝Δmc2可知，50亿年太阳损失的总质量Δm＝，
损失的总质量和太阳质量之比
＝0.03%，
所以50亿年来，因释放核能而带来的太阳质量变化几乎可以忽略。
答案：(1)4H―→He＋2e　(2)　(3)见解析
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