模块综合测评（含解析）高中物理人教版（2019）选择性必修 第三册

模块综合测评
一、选择题(本题共12小题，共40分。在每小题给出的四个选项中，第1～8题只有一项符合题目要求，每小题3分；第9～12题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)
1．关于液体和固体的一些现象，下列说法正确的是(　　)
A．图甲中水黾停在水面上是因为浮力作用
B．图乙中石英晶体像玻璃一样，没有固定的熔点
C．图丙中水银在玻璃上形成“圆珠状”的液滴，说明水银不浸润玻璃
D．图丁中组成晶体的微粒对称排列，形成很规则的几何空间点阵，因此表现为各向同性
2．中国实验快堆是第四代核能系统的优选堆型，采用钚做燃料，在堆心燃料钚的外围再生区里放置不易发生裂变的铀，钚239裂变释放出的快中子被再生区内的铀238吸收，转变为铀239，铀239极不稳定，经过衰变，进一步转变为易裂变的钚239，从而实现核燃料的“增殖”。下列说法正确的是(　　)
A．铀239转变为钚239，需要经过1次α衰变
B．钚239发生裂变过程中，亏损的质量转化为核能释放出去
C．铀239发生衰变的实质是高速氦核流从原子核中飞出
D．钚裂变生成两个中等质量的核，钚核的比结合能小于生成的两个核的比结合能
3．火星大部分地区表面温度的昼夜差超过100 ℃，一般化学电池无法工作，因此火星探测器的工作电源是放射性同位素电池，即核电池。核电池将同位素在衰变过程中不断放出的能量转变为电能，核电池已成功用作航天器的电源。据此猜测航天器的核电池有可能采用的核反应方程是(　　)
H＋He＋
U＋Ba＋＋n
U＋
Al＋P＋
4．如图所示为一定质量的氧气分子在0 ℃和100 ℃两种不同情况下的速率分布图像。下列说法正确的是(　　)
A．图中曲线反映了任意速率区间的氧气分子数
B．曲线Ⅱ对应的每个分子的速率大于曲线Ⅰ对应的每个分子的速率
C．两种温度下，氧气分子的速率都呈“中间多，两头少”的分布
D．曲线Ⅰ对应氧气的温度为100 ℃
5．如图所示为氢原子的能级图，E1、E2、E3、E4分别为1、2、3、4能级上的能量，一个氢原子处于n＝3的激发态。已知真空中的光速为c，普朗克常量为h，下列说法正确的是(　　)
A．氢原子向低能级跃迁时可发出3种频率的光
B．氢原子向低能级跃迁时发出光的最大波长为
C．氢原子吸收能量为E4－E3的光子可跃迁到n＝4能级
D．氢原子被能量为E3的电子碰撞可发生电离
6．桶装纯净水压水装置原理如图乙所示。柱形水桶直径为24 cm，高为35 cm，柱形气囊直径为6 cm，高为8 cm，水桶颈部的长度为10 cm。当人用力向下压气囊时，气囊中的空气被压入桶内，桶内气体的压强增大，水通过出水管流出。已知水桶所在处大气压强相当于10 m高的水柱产生的压强，当桶内的水还剩5 cm高时，桶内气体的压强等于大气压强，忽略水桶颈部的体积。至少需要把气囊完全压下几次，才能有水从出水管流出(不考虑温度的变化)(　　)
A．2次 　 B．3次
C．4次 　 D．5次
7．一定质量的理想气体从状态a开始，经a→b、b→c、c→a三个过程后回到初始状态a，其T-V图像如图所示。已知a(V0，2T0)、b(3V0，T0)、c(3V0，2T0)，下列说法正确的是(　　)
A．气体在a→b过程中压强增大
B．气体在b→c过程中从外界吸收的热量等于增加的内能
C．在c→a过程中外界对气体做的功大于气体向外界放出的热量
D．气体在a→b过程中内能的减少量大于在b→c过程中内能的增加量
8．光电倍增管是进一步提高光电管灵敏度的光电转换器件。管内除光电阴极和阳极外，两极间还放置多个瓦形倍增电极。使用时相邻两倍增电极间均加有电压，以此来加速电子。如图所示，光电阴极受光照后释放出光电子，在电场作用下射向第一个倍增电极，引起电子的发射，激发出更多的电子，然后在电场作用下飞向下一个倍增电极，又激发出更多的电子，如此电子数不断倍增，使得光电倍增管的灵敏度比普通光电管要高得多，可用来检测微弱光信号。下列说法错误的是(　　)
A．光电倍增管正常工作时，每个倍增电极上都发生了光电效应
B．光电倍增管中增值的能量来源于相邻两倍增电极间的加速电场
C．图中标号数字较大的倍增电极的电势要高于标号数字较小的电极的电势
D．适当增大倍增电极间的电压有利于探测更微弱的信号
9．利用“涡流效应”可实现冷热气体的分离。如图所示，一冷热气体分离装置由喷嘴、涡流室、环形管、分离挡板和冷热两端管等构成。高压氮气由喷嘴切向流入涡流室中，然后以螺旋方式在环形管中向右旋转前进，分子热运动速率较小的气体分子将聚集到环形管中心部位，而分子热运动速率较大的气体分子将聚集到环形管边缘部位。气流到达分离挡板处时，中心部位气流与分离挡板碰撞后反向，从A端流出，边缘部位气流从B端流出。下列说法正确的是(　　)
A．A端为冷端，B端为热端
B．A端流出的气体分子热运动平均速率一定小于B端流出的
C．A端流出的气体内能一定大于B端流出的
D．该装置气体进出的过程满足能量守恒定律，但违背了热力学第二定律
10．A、B汽缸的水平长度均为20 cm，截面积均为10 cm2，C是可在汽缸内无摩擦滑动的、体积不计的轻质活塞，D为阀门，整个装置均由导热材料制成且环境温度恒定，开始阀门关闭，A内有压强pA＝4.0×105 Pa的氮气，B内有压强pB＝2.0×105 Pa的氧气，阀门打开后，活塞C向右移动，最后达到平衡。不计两汽缸连接处的体积，下列说法正确的有(　　)
A．活塞C向右移动了10 cm
B．平衡后A汽缸内气体的压强为3.0×105 Pa
C．A汽缸内气体要对外做功，要从外界吸热
D．若B汽缸抽成真空，打开阀门D，A汽缸中气体要对外做功，要从外界吸热
11．“拔火罐”是我国传统医学的一种治疗手段。操作时医生用点燃的酒精棉球，加热一个小罐内空气，随后迅速把小罐倒扣在需要治疗的部位。冷却后小罐紧贴在皮肤上。假设加热后小罐内的空气温度为127 ℃，当时的室温为27 ℃，大气压为标准大气压，为1.01×105 Pa。小罐开口部位的直径为4 cm，已知T＝t＋273 K，不考虑因皮肤被吸入罐内导致空气体积变化的影响，则(　　)
A．加热后罐内气体质量是加热前的
B．加热后罐内气体质量是加热前的
C．加热后将小罐扣在皮肤上，当温度降至室温时，罐内气体压强变为原来的
D．加热后将小罐扣在皮肤上，当温度降至室温时，罐内气体对皮肤的压力约为94.2 N
12．如图所示，粗细均匀、导热良好的薄壁U形管左管开口，竖直放置，管中装有水银，左管内水银面比右管内水银面高Δh＝5 cm，左管内水银面到管口的距离h1＝30 cm，右管内封闭的空气柱长度h2＝22.5 cm。现用活塞把开口端封住，并缓慢推动活塞，使左、右管内水银面齐平。已知大气压强恒为p0＝75 cmHg，活塞可沿左管壁无摩擦地滑动，推动过程中气体温度始终不变，下列说法正确的是(　　)
A．左管内水银面向下移动的距离为5 cm
B．活塞向下移动的距离为7.5 cm
C．稳定后右管中气体的压强为90 cmHg
D．稳定后固定活塞，若环境温度缓慢降低，则左管内水银面逐渐高于右管内水银面
二、非选择题(本题共6小题，共60分)
13．(5分)“用油膜法估测分子的大小”的实验方法及步骤如下：
①向1 mL的油酸中加酒精，直至总量达到50 mL；
②用注射器吸取①中配制好的油酸酒精溶液，把它一滴一滴地滴入小量筒中，当滴入100滴时，测得其体积恰好是1 mL；
③先往浅盘里倒入2 cm深的水，然后将爽身粉均匀地撒在水面上；
④用注射器往水面上滴一滴油酸酒精溶液，待油酸薄膜形状稳定后，将事先准备好的玻璃板放在浅盘上，并在玻璃板上描下油酸膜的形状；
⑤将画有油酸膜轮廓的玻璃板放在坐标纸上，如图所示，小方格的边长为20 mm，数出轮廓范围内小方格的个数N。
根据以上信息，回答下列问题：
(1)1滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积为____________mL。
(2)油酸分子的直径是________m(结果保留两位有效数字)。
14．(9分)某实验小组用如图(a)所示实验装置来探究一定质量的气体发生等温变化遵循的规律。用活塞和注射器外筒封闭一定的气体，其压强可由左侧的压强传感器测得。
(1)关于该实验操作和实验数据处理，下列说法正确的有________。
A．活塞上应该涂油
B．空气柱体积变化应尽可能地快些
C．用手握注射器推拉活塞
D．作出p-的图像可以直观反映出p与V的关系
(2)该实验小组的两位同学实验时均操作无误，在同一坐标中选用相同的标度作出如图(b)中甲、乙图线，则由图像可知如果两位同学在气体温度相同条件下实验，则说明两次气体________不同，如果气体在________相同条件下实验，则两次温度不同。
(3)实验小组的同学在压缩气体时，把测得的p、V及其乘积pV列表，发现pV的值逐渐减小，则由列表中的p、V数据作出的p-图线应为图(c)中的_______(选填“①”或“②”)，造成图像不是直线的原因可能是_____________。
15．(8分)利用如图甲所示的实验装置观测光电效应，已知实验中测得某种金属的遏止电压Uc与入射光频率ν之间的关系如图乙所示，电子的电荷量为e＝1.6×10-19 C。
(1)求普朗克常量h和该金属的逸出功W0。
(2)若电流表的示数为10 μA，则每秒从阴极发出的光电子数的最小值为多少？
16．(10分)一定质量的理想气体经历了如图所示的状态变化，其中B―→ C为等温过程，气体在状态A时温度为TA＝1 200 K。
(1)求气体在状态C时的温度TC。
(2)已知从A到B的过程中，气体的内能减少了300 J，则从A到B气体吸收或放出的热量是多少？
17．(12分)2021年11月7日，王亚平身穿我国自主研发的舱外航天服“走出”太空舱，成为我国第一位在太空“漫步”的女性。舱外航天服是密封一定气体的装置，用来提供适合人体生存的气压。王亚平先在节点舱(航天员出舱前的气闸舱)穿上舱外航天服，航天服密封气体的体积约为V1＝2 L，压强p1＝1.0×105 Pa，温度t1＝27 ℃，她穿好航天服后，需要把节点舱的气压不断降低，以便打开舱门，T＝t＋273 K。
(1)若节点舱气压降低到能打开舱门时，密闭航天服内气体体积膨胀到V2＝2.5 L，温度变为t2＝－3 ℃，这时航天服内气体压强p2为多少？
(2)为便于舱外活动，当密闭航天服内气体温度变为t2＝－3 ℃时，航天员把航天服内的一部分气体缓慢放出，使气压降到p3＝4.0×104 Pa。假设释放气体过程中温度不变，航天服内气体体积变为V3＝3 L，那么航天服需要放出的气体与原来气体的质量比为多少？
18．(16分)扣在水平桌面上的热杯盖有时会发生被顶起的现象。如图所示，内部横截面积为S＝5 cm2的热杯盖扣在水平桌面上，开始时内部封闭气体的温度为t1＝27 ℃，压强为大气压强，且大气压强p0＝1×105 Pa。当封闭气体温度上升至t2＝33 ℃时，杯盖恰好被顶起，放出少量气体后又落回桌面，其内部气体压强立刻减为大气压强p0，剩余气体温度仍为33 ℃，再经过一段时间，剩余气体温度恢复到27 ℃，封闭气体可视为理想气体，T＝t＋273 K，取重力加速度g＝10 m/s2。求：
(1)热杯盖的质量；
(2)当温度恢复到t1＝27 ℃时，竖直向上提起杯盖所需的最小力。
模块综合测评
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
C D C C C B B A AB BC BC BC
1．C　[水黾停在水面上是因为水的表面张力作用，A错误；石英晶体有固定的熔点，B错误；水银在玻璃上形成“圆珠状”的液滴，说明水银不浸润玻璃，C正确；组成晶体的微粒对称排列，形成很规则的几何空间点阵，因此表现为各向异性，D错误。]
2．D　[根据质量数守恒与电荷数守恒有＋e，可知铀239转变为钚239需要经过2次β衰变，A错误；钚239发生裂变过程中，存在质量亏损，但是不能认为亏损的质量转化为核能释放出去，只能认为亏损的质量以能量的形式被辐射出去，B错误；β衰变本质是核内一个中子转变成一个质子与一个电子，电子从原子核内飞出，因此铀239发生衰变的实质是高速电子流从原子核中飞出，C错误；钚裂变生成两个中等质量的核，同时释放出能量，表明生成核比反应核更加稳定，原子核越稳定，比结合能越大，即钚核的比结合能小于生成的两个核的比结合能，D正确。]
3．C　[H＋He＋为核聚变，A错误；＋Ba＋＋n为核裂变，B错误；U＋为α衰变，C正确；＋P＋为原子核的人工转变，D错误。]
4．C　[由题图可知，曲线反映了任意速率区间的氧气分子数占总分子数的百分比，并不是反映了任意速率区间的氧气分子数，A错误；两种温度下，氧气分子的速率都呈“中间多，两头少”的分布，C正确；100 ℃氧气与0 ℃氧气相比，速率大的分子数占比多，故曲线Ⅱ对应氧气的温度为100 ℃，D错误；温度是分子热运动平均动能的标志，是大量分子运动的统计规律，对单个分子没有意义，温度越高，平均动能越大，故平均速率越大，但并不是每个分子运动速率都大，B错误。]
5．C　[一个处于n＝3能级的氢原子跃迁时发出的光最多有2种，A错误；根据c＝λν可知光的频率越小波长越大，而根据E＝hν可知放出的能量越小则频率越小，则有ΔEmin＝E3－E2＝hνmin＝h得λmax＝，B错误；氢原子若吸收光子进行跃迁，则所吸收光子的能量必须等于能级之间的差值，即若要跃迁到n＝4能级，所吸收的光子能量必须为ΔE′＝E4－E3，C正确；若要氢原子与实物粒子碰撞而发生电离，实物粒子所具有的能量必须大于等于氢原子所在能级能量的绝对值，则该电子的能量ε≥|E3|，D错误。]
6．B　[设至少需要把气囊完全压下n次，才能有水从出水管流出，设大气压强为p0，水桶内气体体积为V0，气囊体积为V1，根据玻意耳定律可得p0(V0＋nV1)＝p1V0，其中p0＝ρgh＝10 m·ρg，V0＝4 320π cm3，V1＝72π cm3，p1＝ρg(h＋0.4 m)＝10.4 m·ρg，联立解得n＝2.4，则至少需要把气囊完全压下3次，故选项B正确。]
7．B　[根据理想气体状态方程知＝，则pa＝6pb，故气体在a→b过程中压强减小，选项A错误；气体在b→c过程中体积不变，温度升高，则外界对气体不做功，W＝0，气体内能增加，ΔU>0，由热力学第一定律得ΔU＝W＋Q＝Q，则气体从外界吸收的热量等于增加的内能，选项B正确；气体在c→a过程中温度不变，体积减小，则气体内能不变，ΔU＝0，外界对气体做功，W>0，由热力学第一定律ΔU＝W＋Q可知W＝ΔU－Q＝－Q，则外界对气体做的功等于气体向外界放出的热量，选项C错误；一定质量的理想气体的内能只与温度有关，a→b和b→c过程温度变化量大小相等，所以内能变化量大小也相等，选项D错误。]
8．A　[光电倍增管正常工作时，倍增电极上能释放出更多电子，是被加速后的电子撞击后激发释放出的，并不是发生了光电效应，A错误；光电倍增管中增值的能量来源于相邻的两个倍增电极间的加速电场，B正确；在电场力的作用下，电子将向着电势高的位置运动，所以标号数字较大的倍增电极的电势要高于标号数字较小的电极的电势，C正确；适当增大倍增电极间的电压，被加速的电子获得的动能更大，更有利于下一个电极上电子的电离，所以有利于探测更微弱的信号，D正确。]
9．AB　[依题意，环形管中心部位为分子热运动速率较小的气体，与挡板碰撞后反弹，从A端流出，而边缘部位分子热运动速率较大的气体从B端流出，同种气体分子热运动速率较大，其对应的温度也就较高，所以A端为冷端，B端为热端，从A端流出的气体分子热运动平均速率小于从B端流出的，故A、B正确；A端流出的气体分子热运动速率较小，B端流出的气体分子热运动速率较大，则从A端流出的气体分子平均动能小于从B端流出的气体分子平均动能，内能的多少还与分子数有关，依题意，不能得出从A端流出的气体内能一定大于从B端流出的气体内能，故C错误；该装置将冷热不均的气体进行分离，喷嘴处流入的氮气是经过加压的，故是通过外界做功而实现的，并非自发进行的，没有违背热力学第二定律，故D错误。]
10．BC　[设阀门打开后，活塞C向右移动了x，设最后达到平衡时A、B内气体的压强均为p，A、B内气体初始体积均为V0，则对A、B内气体分别由玻意耳定律可得pAV0＝p(V0＋Sx)，pBV0＝p(V0－Sx)，解得x＝ cm≈6.7 cm，p＝3.0×105 Pa，A错误，B正确；因为整个装置均由导热材料制成且环境温度恒定，所以气体温度保持不变，即气体内能不变，ΔU＝0，又因为A内气体膨胀，对外做功，即W<0，所以由热力学第一定律ΔU＝W＋Q得Q＞0，即A内气体要从外界吸热，C正确；若B汽缸抽成真空，打开阀门D后，A汽缸中气体自由膨胀，对外不做功，又因为气体内能不变，所以A内气体既不从外界吸热也不向外界放热，D错误。]
11．BC　[加热前，p0＝1.01×105 Pa，T0＝(273＋27)K＝300 K，加热后，p1＝p0＝1.01×105 Pa，T1＝(273＋127)K＝400 K，由理想气体状态方程可得＝，解得V1＝V0，加热后罐内气体质量是加热前的，A错误，B正确；以火罐内气体为研究对象，初始时p1＝1.01×105 Pa，T1＝(273＋127)K＝400 K，当温度降至室温时，T2＝(273＋27)K＝300 K，由查理定律可得＝，则＝，当温度降至室温时，罐内气体压强变为原来的，C正确；加热后将小罐扣在皮肤上，当温度降至室温时，罐内气体压强p2＝，罐内气体对皮肤的压力F＝p2S≈95.2 N，D错误。]
12．BC　[开始时左管内水银面比右管内水银面高Δh＝5 cm，之后水银面齐平，则左管内水银面向下移动的距离为2.5 cm，A错误；设开始时右管中的气压为p2，则有p0＋ρgΔh＝p2，解得p2＝80 cmHg，对于右管，前后温度不变，发生等温变化，则有h2′＝h2－2.5 cm＝20 cm，p2h2S＝p2′h2′S，解得p2′＝90 cmHg，C正确；两管内水银面相平时，两管中气压也相同，有p1′＝p2′＝90 cmHg，对于左管，由等温变化可得p0h1S＝p1′h1′S，解得h1′＝25 cm，即左管气柱缩短为25 cm，又知水银面下降了2.5 cm，可知活塞向下移动的距离为x＝h1－h1′＋2.5 cm＝7.5 cm，B正确；由题可知，稳定后两管中气体压强相等，固定活塞，若水银面不动，则两边都做等容变化，由查理定律可得＝，若环境温度缓慢降低，则两管中气压减小量相等，所以两管中气压仍然相等，水银柱不动，D错误。]
13．解析：(1)1滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积为V＝× mL＝2×10-4 mL。
(2)按照超过半格算一格，不足半格舍去的原则可得油膜面积为S＝NS0＝117×4 cm2＝468 cm2
油酸分子的直径是d＝≈4.3×10-9 m。
答案：(1)2×10-4　(2)4.3×10-9
14．解析：(1)活塞上应该涂油，起到密封和润滑的作用，A正确；空气柱的体积变化不能太快，要缓慢推拉活塞，保证气体温度不变，B错误；用手握注射器推拉活塞，容易引起气体温度变化，C错误；p -图像是一条倾斜的直线，作出p -的图像可以直观反映出p与V的关系，D正确。
(2)根据pV＝nRT可知，如果温度相同，则说明两次气体质量不同，如果气体质量相同，则两次温度不同。
(3)压缩气体时，逐渐变大，pV的值逐渐减小，说明压强比正常值小，因此图线应为题图(c)中的②，原因可能是封闭气体漏气或气体温度降低。
答案：(1)AD　(2)质量　质量　(3)②　封闭气体漏气(或气体温度降低)
15．解析：(1)由爱因斯坦光电效应方程和动能定理得
eUc＝Ek＝hν－W0
可得Uc＝－
则题图乙的图线斜率为＝
则普朗克常量h＝
该金属的逸出功为W0＝hν1＝eU1。
(2)每秒发出的光电子的电荷量至少为
q＝It＝10×10-6×1 C＝10-5 C
则n＝＝6.25×1013个
即每秒至少发出6.25×1013个光电子。
答案：(1)　eU1　(2)6.25×1013个
16．解析：(1)根据理想气体状态方程有
＝
代入数据可得TC＝300 K。
(2)从A到B，外界对气体做功
W＝pΔV＝900 J
根据热力学第一定律ΔU＝W＋Q得
Q＝ΔU－W＝－1 200 J
即气体放出热量1 200 J。
答案：(1)300 K　(2)见解析
17．解析：(1)选航天服内密封气体为研究对象，则气体初状态温度T1＝t1＋273 K＝300 K，末状态温度T2＝t2＋273 K＝270 K
由理想气体状态方程有＝
可得p2＝7.2×104 Pa。
(2)设航天服需要放出的气体在压强为p3状态下的体积为ΔV，根据玻意耳定律有
p2V2＝p3(V3＋ΔV)
解得ΔV＝1.5 L
则放出的气体与原来气体的质量比为
＝＝1∶3。
答案：(1)7.2×104 Pa　(2)1∶3
18．解析：(1)温度从t1升到t2时热杯盖内封闭的气体发生等容变化，初状态：T1＝t1＋273 K＝300 K，p1＝p0＝1×105 Pa；末状态：T2＝t2＋273 K＝306 K，由受力平衡得p2＝p0＋
根据查理定律得＝
解得m＝0.1 kg。
(2)研究杯盖内剩余气体，初状态：T3＝t2＋273 K＝306 K，p3＝p0＝1×105 Pa；末状态：T4＝t1＋273 K＝300 K，由受力平衡得
p4＝p0－
根据查理定律得＝
解得Fmin＝ N。
答案：(1)0.1 kg　(2) N
1 / 1