模块综合检测（含解析）高中物理鲁科版（2019）选择性必修第三册

模块综合检测
(本试卷满分：100分)
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．下列说法中错误的是(　　)
A．能的转化和守恒定律只适用于物体内能的变化
B．只要有能的转化和转移，就一定遵从能量守恒定律
C．能的转化和守恒定律是人们认识自然和利用自然的有力武器
D．任何一种形式的能在转化为其他形式的能的过程中，消耗多少某种形式的能量，就能得到多少其他形式的能量，而能的总量保持不变
2．已知钍234的半衰期是24天。1 g钍234经过48天后，剩余钍234的质量为(　　)
A．0 g B．0.25 g
C．0.5 g D．0.75 g
3．如图为两分子靠近过程中的示意图，r0为分子间平衡距离，下列关于分子力和分子势能的说法正确的是(　　)
A．分子间距离大于r0时，分子间表现为斥力
B．分子从无限远靠近到距离r0处的过程中分子势能变大
C．分子势能在r0处最小
D．分子间距离在小于r0且减小时，分子势能在减小
4．如图所示，放电管两端加上高压，管内的稀薄气体会发光，从其中的氢气放电管观察氢原子的光谱，发现它只有一些分立的不连续的亮线，下列说法正确的是(　　)
A．亮线分立是因为氢原子有时发光，有时不发光
B．有几条谱线，就对应着氢原子有几个能级
C．核式结构决定了氢原子有这种分立的光谱
D．光谱不连续对应着氢原子辐射光子能量的不连续
5．如图所示，一定质量的理想气体从状态A变化到状态B，该过程中气体内能增加了120 J，已知状态A气体的温度为150 ℃。下列说法正确的是(　　)
A．气体在状态B时的温度为300 ℃
B．气体在此过程中吸收了200 J的热量
C．状态B气体中每个分子动能与状态A相比较或多或少都有所增大
D．状态B时气体单位时间内对容器壁单位面积上碰撞的分子数为状态A时的一半
6．我国首辆火星车“祝融号”采用放射性材料PuO2作为发电能源。PuO2中的元素Pu具有放射性，会发生α衰变，已知Pu的质量为m1，新核X的质量为m2，氦核的质量为m3，下列说法中正确的是(　　)
A．Pu衰变的核反应方程为Pu―→X＋He
B．放出的核能为(m1－m2)c2
C．放出的α射线可以穿透钢板
D.Pu的平均结合能小于新核的平均结合能
7.如图所示，一竖直放置的U型玻璃管，各段粗细均匀，上端均开口。内部左右两侧有水银，水银柱竖直高度均为10 cm，底部水平管内封闭一段4 cm长的气柱，气柱紧贴左侧竖直管。已知管导热良好，周围环境温度不变，大气压强为76 cmHg。现在右侧管中再缓慢加入10 cm长的水银柱，稳定后，下列判断正确的是(　　)
A．两侧水银面最上端仍然齐平
B．气柱的压强为86 cmHg，且长度变小
C．两侧水银面最上端高度差为4 cm
D．左侧再加入3 cm长的水银柱，则气柱将到达左侧竖直管最低端
8．如图所示，图甲为氢原子的能级图，大量处于n＝4激发态的氢原子跃迁时，发出频率不同的大量光子，其中频率最高的光子照射到图乙电路中光电管阴极K上时，电路中电流随电压变化的图像如图丙所示。下列说法正确的是(　　)
A．光电子的最大初动能为12.75 eV
B．光电管阴极K金属材料的逸出功为7 eV
C．这些氢原子跃迁时共发出6种频率的光
D．若调节滑动变阻器滑片能使光电流为零，则可判断图乙中电源右侧为正极
二、多项选择题(本题共4小题，每小题4分，共16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)
9．下列说法正确的是(　　)
A．温度相同的氢气和氧气(均视为理想气体)，氧气分子的平均动能较大
B．天然石英表现为各向异性，是由于该物质的微粒在空间的排列不规则
C．若已知固体的摩尔质量、密度、阿伏伽德罗常数，可计算出单个固体分子的体积
D．夏日的清晨，荷叶上滚动的小露珠呈现为近似的球体，这是表面张力和不浸润现象共同作用的结果
10．下列说法正确的是(　　)
A．热量能自发地从低温物体传到高温物体
B．液体的表面张力方向总是跟液面相切
C．在不同的惯性参考系中，物理规律的形式是不同的
D．当波源与观察者相互接近时，观察者观测到波的频率大于波源振动的频率
11．有一种新型光电效应量子材料，其逸出功为W0。当紫外光照射该材料时，只产生动能和动量单一的相干光电子束。用该电子束照射间距为d的双缝，在与缝相距为L的观测屏上形成干涉条纹，测得条纹间距为Δx。已知电子质量为m，普朗克常量为h，光速为c，则(　　)
A．电子的动量pe＝
B．电子的动能Ek＝
C．光子的能量E＝W0＋
D．光子的动量p＝＋
12.某种理想气体内能公式可表示为E＝，其状态参量满足pV＝nRT，n表示物质的量，R为理想气体常数(R＝8.3 J·mol－1·K－1)，T为热力学温度。现有一绝热气缸，用一个横截面积S＝400 cm2、质量M＝15 kg的绝热活塞封闭物质的量n＝0.5 mol的该种理想气体，气缸底部有电阻丝可以对气体进行加热。现对电阻丝通电一段时间后断开电源，稳定后发现气缸内气体温度升高了ΔT＝50 K。已知外界大气压强为p0＝1×105 Pa，重力加速度g＝10 m/s2，不计活塞与气缸之间的摩擦。从对气体加热到活塞停止上升的整个过程中，关于缸内气体的判断正确的是(　　)
A．稳定后压强为103 750 Pa
B．活塞上升的高度为6 cm
C．对外界做功为202.5 J
D．吸收的热量为726.25 J
三、非选择题(本题共5小题，共60分)
13.(6分)油酸酒精溶液的浓度为每1 000 mL油酸酒精溶液中有油酸0.6 mL，现用滴管向量筒内滴加50滴上述溶液，量筒中的溶液体积增加了1 mL，若把一滴这样的油酸酒精溶液滴入足够大的盛水的浅盘中，由于酒精溶于水，油酸在水面展开，稳定后形成的油膜的形状如图所示。每一小方格的边长为25 mm。
(1)图中油酸膜的面积为________m2；每一滴油酸酒精溶液中含有纯油酸体积是________m3；根据上述数据，估测出油酸分子的直径是________m。(结果保留两位有效数字)
(2)某同学在实验过程中，在距水面约2 cm的位置将一滴油酸酒精溶液滴入水面形成油膜，实验时观察到，油膜的面积会先扩张后又收缩了一些，这是为什么呢？请写出你分析的原因：________________________。(写出一条即可)
14.(8分)用图甲所示装置探究气体等温变化的规律。
(1)关于该实验下列说法正确的有________。
A．该实验用控制变量法研究气体的变化规律
B．应快速推拉柱塞
C．为方便推拉柱塞，应用手握注射器再推拉柱塞
D．注射器旁的刻度尺只要刻度分布均匀即可，可以不标注单位
(2)测得多组空气柱的压强p和体积V的数据后，为直观反映压强与体积之间的关系，以p为纵坐标，以为横坐标在坐标系中描点作图。某同学所在的小组压缩气体时漏气，则用上述方法作出的图线应为图乙中的______(选填“①”或“②”)。
(3)为更准确地测出气体的压强，某同学用压强传感器和注射器相连，得到某次实验的p V图像如图丙所示，究其原因，是温度发生了怎样的变化_______。(填选项前字母)
A．一直下降　　　　　 B．先上升后下降
C．先下降后上升 D．一直上升
15．(14分)德布罗意认为：任何一个运动着的物体，都有一种波与它对应，波长是λ＝，式中p是运动着的物体的动量，h是普朗克常量。已知某种紫光的波长是440 nm，若将电子加速，使它的德布罗意波波长是这种紫光波长的10－4，求：
(1)电子的动量的大小；(结果保留两位有效数字)
(2)试推导加速电压跟德布罗意波波长的关系，并计算加速电压的大小。(电子质量m＝9.1×10－31 kg，电子电荷量e＝1.6×10－19 C，普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s，加速电压的计算结果保留一位有效数字)
　　　　　　　　　　　　　　　　
16．(16分)如图甲所示，竖直放置的气缸高H＝18 cm，距缸底h＝11 cm的光滑内壁上安装有小支架，质量m＝1 kg，横截面积S＝1×10－3 m2的活塞静置于支架上。缸内封闭了一定质量的理想气体，气体的温度t0＝27 ℃，压强等于大气压强p0＝1.0×105 Pa。活塞与内壁接触紧密。现对密闭气体缓慢加热，使气体温度最终升高至T＝450 K，此过程气体内能增加了13.6 J，热力学温度与摄氏温度之间的数量关系取T＝t＋273，重力加速度g取10 m/s2。
(1)在缓慢加热过程中，求活塞刚要离开小支架时的气体温度T1；
(2)在如图乙所示的p V图像上，画出整个过程中气缸内气体的状态变化；
(3)求整个过程气体吸收的热量Q。
17．(16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。
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1．选A　各种形式的能都可以相互转化，并不是只适用于物体内能的变化，且有能的转化和转移，就一定遵从能量守恒定律，A错误，符合题意，B、C、D正确，不符合题意。
2．选B　1 g钍234经过48天后，剩余钍234的质量m＝m0＝0.25 g，故选B。
3．选C　分子间距离大于r0时，分子间表现为引力，分子从无限远靠近到距离r0处的过程中，引力做正功，分子势能减小，则在r0处分子势能最小；继续减小分子间距离，分子间表现为斥力，分子力做负功，分子势能增大。
4．选D　亮线分立是因为氢原子由高能级向低能级跃迁时，辐射的光的频率是不连续的，A错误；谱线的条数并不是能级的个数，例如大量氢原子由n＝4能级向低能级跃迁时会产生6条谱线，B错误；核式结构并不决定氢原子有这种分立的光谱，玻尔理论指出电子由高能级向低能级跃迁时向外释放一定的能量，形成这种分立的光谱，C错误；光谱不连续对应着氢原子辐射光子能量的不连续，D正确。
5．选B　从状态A变化到状态B，该过程为等压变化，则＝，由题意知VA＝2.0×10－3 m3，VB＝4.0×10－3 m3，TA＝(273＋150) K＝423 K，可得TB＝2TA＝846 K＝573 ℃，故A错误；从状态A变化到状态B，气体膨胀，外界对气体做负功，则W＝－0.4×105××10－3 J＝－80 J，从状态A变化到状态B，该过程中气体内能增加了120 J，则ΔU＝120 J，由热力学第一定律ΔU＝W＋Q，解得Q＝200 J，即吸收200 J热量，故B正确；从状态A变化到状态B，气体温度升高，气体分子的平均动能增大，并不是每个气体分子的动能都增大，故C错误；从状态A变化到状态B，体积加倍，压强不变，温度升高，分子平均动能增大，则分子运动的激烈程度增大，分子对器壁的平均撞击力增大，根据压强的微观意义可知，单位时间内单位面积上碰撞器壁的气体分子数一定减少，不一定是一半，故D错误。
6．选D　Pu衰变的核反应方程为Pu―→X＋He，A错误；放出的核能为ΔE＝Δmc2＝(m1－m2－m3)c2，B错误；α射线穿透能力很弱，不能穿透钢板，C错误；由于Pu衰变可产生新核X，所以Pu的平均结合能小于新核的平均结合能，D正确。
7．选C　依题意可知，向右侧管中缓慢加入10 cm长的水银柱，稳定后，由于左侧管中水银柱长度不变，则封闭气体的压强不变，又温度不变，所以封闭气柱长度不变；若右侧管中水银刚好进入左侧管中，由于空气柱长度为4 cm，则可知此时，右侧管中水银柱高度为16 cm，则封闭气体压强为p＝(76＋16)cmHg＝92 cmHg>86 cmHg，显然，右侧管中有水银进入左侧管中，最终封闭气体压强为86 cmHg，所以右侧管中水银有3 cm进入左侧管中，此时左侧水银柱加空气柱总长度为h左＝(10＋4＋3)cm＝17 cm，右侧水银柱总长度为h右＝(20－4－3)cm＝13 cm，所以稳定后两侧水银面最上端高度差为Δh＝h左－h右＝4 cm，故A、B错误，C正确。若左侧再加入3 cm长的水银柱，稳定后，由于封闭气体温度不变，根据玻意耳定律有p1h1S＝p2h2S，解得h2＝＝ cm＝ cm<4 cm，气柱长度将变短，气柱不能到达左侧竖直管最低端，故D错误。
8．选C　大量处于n＝4激发态的氢原子跃迁时，发出的光子中，其中频率最高的光子对应的能量为E＝hν＝(－0.85 eV)－(－13.6 eV)＝12.75 eV，由爱因斯坦光电效应方程可得eUc＝mv＝hν－W0，由题图丙可知遏止电压为7 V，代入数据解得光电子的最大初动能为Ek＝eUc＝7 eV，阴极K金属材料的逸出功为W0＝5.75 eV，故A、B错误；这些氢原子跃迁时发出C＝6种频率的光，故C正确；若调节滑动变阻器滑片能使光电流为零，则电子受到的电场力应向左，场强应向右，则可判断题图乙中电源右侧为负极，故D错误。
9．选CD　温度是分子热运动平均动能的标志，温度相同的氢气和氧气(均视为理想气体)，平均动能相等，故A错误；天然石英表现为各向异性，是由于该物质的微粒在空间的排列规则，故B错误；已知固体的摩尔质量、密度，可求出摩尔体积，知道阿伏伽德罗常数，可计算出单个固体分子的体积，故C正确；荷叶上滚动的小露珠呈现为近似的球体，这是表面张力和不浸润现象共同作用的结果，故D正确。
10．选BD　根据热力学第二定律可知，热量不可能自发地从低温物体传到高温物体，故A错误；液体的表面张力方向总是跟液面相切，故B正确；由狭义相对论的两个基本假设可知，在不同的惯性参考系中，一切物理规律都是相同的，故C错误；根据多普勒效应可知，当波源与观察者相互接近时，观察者观测到波的频率大于波源振动的频率，故D正确。
11．选AD　根据干涉条纹间距公式Δx＝λ，可得λ＝，电子的动量pe＝＝，故A正确；根据动能和动量的关系Ek＝，结合A选项可得Ek＝，故B错误；光子的能量E＝W0＋Ek＝W0＋，故C错误；光子的动量p＝，光子的能量E＝，联立可得p＝，则光子的动量p＝＋，故D正确。
12．选AD　由平衡条件知pS＝p0S＋Mg，稳定后压强为p＝p0＋＝103 750 Pa，故A正确；气体做等压变化，有＝＝，又pV0＝nRT0，解得Δh＝，代入数据解得活塞上升的高度为Δh＝5 cm，故B错误；对外界做功为W＝pSΔh＝207.5 J，故C错误；由题意知气体增加的内能为ΔU＝＝518.75 J，根据热力学第一定律有ΔU＝－W＋Q，解得Q＝726.25 J，故气体吸收的热量为726.25 J，故D正确。
13．解析：(1)油膜的面积可从方格纸上得到，油膜所围成的方格中，面积超过一半按一格算，小于一半的舍去，题图中共有72个方格，故油膜面积为S＝72×25 mm×25 mm＝45 000 mm2＝4.5×10－2 m2；每一滴油酸酒精溶液中含有纯油酸体积是V＝×10－6× m3＝1.2×10－11m3；油酸分子的直径d＝＝m≈2.7×10－10 m。
(2)油膜收缩的主要原因：溶液中酒精挥发，使液面收缩。
答案：(1)4.5×10－2　1.2×10－11　2.7×10－10
(2)溶液中酒精挥发，使液面收缩
14．解析：(1)该实验是研究一定质量的气体在温度不变情况下，压强跟体积的关系，采用了控制变量法，A正确；快速推拉柱塞或用手握住注射器，会导致气体温度发生变化，不符合实验条件，B、C错误；实验只需要关注图像的斜率变化即可探究压强跟体积的关系，所以注射器旁的刻度尺只要刻度分布均匀即可，可以不标注单位，D正确。
(2)根据理想气体的状态方程可知，p 图像的斜率与气体质量成正比，所以漏气导致气体质量减小，即图像斜率减小，故选②。
(3)根据图像与等温线的关系，可知气体温度先升高再降低，故选B。
答案： (1)AD　(2)②　(3)B
15．解析：(1)电子的德布罗意波波长
λ＝440×10－4 nm＝4.4×10－11 m
根据λ＝，电子的动量为
p＝＝ kg·m/s≈1.5×10－23 kg·m/s。
(2)电子在电场中加速，有eU＝mv2
则U＝＝，代入数据解得U≈8×102 V。
答案：(1)1.5×10－23 kg·m/s
(2)U＝　8×102 V
16．解析：(1)当活塞刚要离开小支架时，对活塞受力分析，由平衡条件有p1S＝p0S＋mg，解得p1＝1.1×105 Pa
活塞离开支架前，气体做等容变化，
由查理定律有＝，解得T1＝330 K。
(2)活塞离开支架后，气体做等压变化，
由盖—吕萨克定律有＝，
解得V2＝1.5×10－4 m3
作p V图像如图。
(3)气体对外做功W＝p1SΔh＝p1ΔV＝4.4 J
由热力学第一定律有ΔU＝－W＋Q，解得Q＝18 J。
答案：(1)330 K　(2)见解析图　(3)18 J
17．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