模块综合测评
1.B [解析] 普朗克为了解释黑体辐射现象,第一次提出了能量量子化理论,A错误;爱因斯坦通过光电效应现象,提出了光子说,B正确;贝可勒尔通过对天然放射性的研究,发现原子核有复杂的结构,但没有发现质子和中子,C错误;德布罗意大胆提出假设,认为实物粒子也具有波动性,D错误.
2.A [解析] AB过程为等温过程,内能不变,体积增大,气体对外做功,故气体从外界吸热,气体从外界吸热并全部用来对外做功,故A正确;BC过程为绝热过程,故气体既不吸热也不放热,但气体的体积增大,故气体对外做功,则内能减小,故B错误;CD过程为等温变化,内能不变,体积减小,外界对气体做功,故气体向外界放热,故C错误;DA过程为绝热过程,故气体既不吸热也不放热,但气体的体积减小,故外界对气体做功,内能增大,则温度升高,故气体分子的平均动能增大,故D错误.
3.B [解析] 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-mY,释放的核能为E=(mPu-mX-mY)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.
4.C [解析] 瓶内气体做等温变化,内能不变,故A错误;瓶内气体体积减小,则外界对气体做功,根据热力学第一定律ΔU=Q+W,可知瓶内气体向外界放热,故B错误; 对瓶内气体,根据玻意耳定律有p0·2V=pV,解得,p=2p0,故C正确;对气球中的气体,初始的压强和体积为p0、V;充气后气球中气体的压强和体积为2p0、2V,则气球中原来气体与充入气球中气体的质量比为==,故D错误.
5.BC [解析] 图甲为气体速率分布随温度变化图像,由图像知T16.BD [解析] 因为A→B为等温过程,温度不变,则内能不变,ΔU=0,压强变大,体积变小,故外界对气体做功W>0,根据热力学第一定律ΔU=W+Q得Q<0,气体放出热量,故A错误;B→C为等压过程,体积增大,由理想气体状态方程=C,可知,气体温度升高,故气体分子的平均动能增大,故B正确;C→D为等温过程,因为温度不变,故气体分子的平均动能不变,压强变小、体积变大,说明分子数密度减少,所以单位时间内碰撞单位面积器壁的分子数减少,故C错误;气体经过B→C→D→A→B循环,内能不变,W<0,根据热力学第一定律ΔU=W+Q,可得Q>0,气体从外界吸收热量,故D正确.
7.AB [解析] 从n=3能级跃迁到n=2能级时,释放能量,氢原子的能量减少,电子的势能减少,动能增加,故A正确;由跃迁假设,可得h=E3-E2,h=E3-E1,h=E2-E1,解得λc=,故B正确;电子碰撞处于基态的氢原子时,电子会将一部分能量转移给氢原子,如果这部分能量正好等于两能级之间的能量差,则氢原子可以发生跃迁,11 eV大于基态氧原子跃迁需要的最小能量,故C错误;一群处于n=3能级的氢原子发生能级跃迁时,可以辐射出三种光子,其能量分别为ΔE1=E3-E2=1.89 eV,ΔE2=E3-E1=12.09 eV,ΔE3=E2-E1=10.2 eV,根据光电效应方程可知,当入射光的光子能量大于金属钠的逸出功,才可以发生光电效应.所以这三种光子中只有两种可以让金属钠发生光电效应,故D错误.
8.BD [解析] 遏止电压产生的电场对光电子起阻碍作用,则电源右端为正极,故A错误;根据图像可知,铷的极限频率νc=5.15×1014 Hz,根据hνc=W,得该金属的逸出功大小W=3.41×10-19 J,根据光电效应方程Ekm=hν-W,当入射光的频率为ν=7.00×1014 Hz时,则产生的光电子的最大初动能为Ekm≈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向右滑动的过程中,电压增大,光电流增大,当电流达到饱和电流时,不再增大,即电流表示数的变化可能是先增大,后不变,故D正确.
9.11 460 β 8∶7
[解析] 根据图像可知,碳14剩余四分之一的时间约11 460年,即该古木的年代距今约11 460年;根据质量数守恒和电荷数守恒,衰变方程为C→N+e,发生的是β衰变;碳14中子数为14-6=8,氮14中子数为14-7=7,碳14和氮14中含有的中子个数之比为8∶7.
10.n 18.9
[解析] 根据质量数和电荷数守恒可知,该核反应方程为H+H→He+n,该反应释放能量为ΔE=(2.013 6+3.018 0-4.002 6-1.008 7)×931.5 MeV≈18.9 MeV.
11.220 放热 放热
[解析] 从状态A到状态B的过程中,气体对外做功W=pΔV=80 J,气体吸收了300 J的热量,根据热力学第一定律可知UB-UA=Q-W=220 J,气体内能增加220 J.理想气体从状态B变化到状态C,做等容变化由=,得TB>TC,B到C过程中气体放热.理想气体从状态C变化到状态A,因pV相等,则气体做等温变化,内能不变,体积减小,外界对气体做正功,由热力学第一定律可知气体放热.
12.(1)8.0×1 (2)1.0×10-11 (3)1.3×10-9 (4)BD
[解析] (1)每个小方格的面积为S1=1×10-4 m2,超过半格的按一格计算,小于半格的舍去,由题图可估算油酸薄膜的面积约为S=80S1=80×10-4 m2=8.0×10-3 m2.
(2)一滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积V=××10-6 m3=1.0×10-11 m3.
(3)把油酸分子看成球形,且不考虑分子间的空隙,则油酸分子的直径约为d== m≈1.3×10-9 m.
(4)为能形成单分子油膜,油酸浓度应适当小一些;绘制轮廓图应在油酸扩散并待其形状稳定后进行,B、D正确,A、C错误.
13. (1)不需要 (2)C (3)V+V0 D
[解析] (1)实验前不需要对传感器进行调零,因为传感器不调零,p-图线仍然是一条直线.
(2)根据表格,压强和体积的乘积保持不变,第7次的压强p7为p7= kPa=150.15 kPa,与C选项最为接近,故选C.
(3)若考虑到连接注射器与传感器的软管内气体体积V0不可忽略,则封闭气体的真实体积为V+V0;设被封闭气体的初状态体积为V初+V0,末状态的体积为V+V0,压强为p,根据玻意耳定律得p0(V初+V0)=p(V+V0),解得p=p0,当V趋向于零时,p=p0,D正确,A、B、C错误.
14.(1) (2)W-ρSBhgL2
[解析] (1)初始时,活塞A静止,封闭气体的压强为
p1=p0
最终封闭气体的压强大小为
p2=p0+ρgh
活塞缓慢移动过程中,气体温度保持不变,由玻意耳定律可知
p1L1×SA=p2L2SB
解得L2=
(2)由于活塞缓慢移动过程中,气体温度保持不变,所以气体的内能不变,液柱重力势能增大
Ep=mgh=ρSBhgL2
则整个过程中气体对外放热
Q=W-Ep=W-ρSBhgL2
15.(1)5.6×104 Pa (2)3.0×104 Pa
[解析] (1)航天服内气体初态时,有V1=2 L,p1=1.0×105 Pa,T1=(273+27)K=300 K
末态时,有V2=4 L,T2=(273-9)K=264 K
根据理想气体状态方程可得=
解得p2=4.4×104 Pa
所以Δp=p1-p2=5.6×104 Pa
(2)气体缓慢放出的过程中气体的温度不变,设需要放出的气体体积为ΔV,根据波意耳定律可得p2V2=p3(V3+ΔV)
其中V3=2.2 L
航天服放出的气体与原来气体的质量比==62.5%
联立解得p3=3.0×104 Pa
16.(1)500 K(或227 ℃) (2)1.4×105 Pa (3)200 J
[解析] (1)由题意可知,在活塞移动到气缸口的过程中,气体发生的是等压变化.设活塞的横截面积为S,活塞未移动时封闭气体的温度为T1,活塞恰好移动到气缸口时,封闭气体的温度为T2,则由盖—吕萨克定律可知=
又T1=(273+27)K=300 K
h1=30 cm
h2=50 cm
解得T2=500 K
即227℃
(2)因为227 ℃<427 ℃,所以气体接着发生等容变化.设当气体温度达到427 ℃时,封闭气体的压强为p,由查理定律可得=
又T=(273+427)K=700 K
代入数据可得p=1.4×105 Pa
(3)由题意可知,气体膨胀过程中活塞移动的距离
Δx=0.5 m-0.3 m=0.2 m
故大气压力对封闭气体所做的功为W=-p0SΔx
代入数据解得W=-100 J
由热力学第一定律ΔU=W+Q
得Q=ΔU-W=100 J-(-100 J)=200 J
即封闭气体共吸收的热量为200 J模块综合测评
一、单项选择题
1.[2024·泉州期末] 在物理学的发展过程中,许多物理学家的科学发现推动了人类历史的进步.下列表述符合物理学史实的是( )
A.汤姆孙为了解释黑体辐射现象,第一次提出了能量量子化理论
B.爱因斯坦为了解释光电效应的规律,提出了光子说
C.贝可勒尔通过对天然放射性的研究,发现原子核是由质子和中子组成的
D.玻尔大胆提出假设,认为实物粒子也具有波动性
2.著名的“卡诺循环”是由卡诺于1824年提出的,它可用于分析热机的工作过程.如图所示,一定质量的理想气体经过“卡诺循环”,从状态A经过程AB、BC、CD、DA后又回到状态A,其中,过程AB和CD为等温过程,过程BC和DA为绝热过程,下列说法正确的是( )
A.AB过程中,气体从外界吸热并全部用来对外做功
B.BC过程中,因气体既不吸热也不放热,故气体的内能不变
C.CD过程中,因外界对气体做功,故气体的内能增大
D.DA过程中,气体分子的平均动能减小
3.[2024·南平期末] “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(c为真空中的光速)
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
4.[2024·漳州期末] 如图所示是一种演示气体定律的仪器——哈勃瓶,它是一个底部开有圆孔,瓶颈很短的平底大烧瓶,在瓶内塞有一气球,气球的吹气口反扣在瓶口上,瓶底的圆孔上配有一个橡皮塞.在一次实验中,瓶内由气球和橡皮塞封闭一定质量的气体,开始时气球自然松弛,气球内气体与外界连通,气体体积为V,瓶内气体体积为2V.用打气筒出气口紧密贴合气球吹气口并向气球内缓慢打入气体,直至气球体积增大到2V,容器和气球导热良好,外界温度不变,气球壁厚度不计、重力不计,大气压强为p0,在此过程中 ( )
A.瓶内气体内能减小
B.瓶内气体吸热
C.瓶内气体压强由p0变为2p0
D.气球中充入的气体质量等于开始时气球中气体质量
二、多项选择题
5.[2024·福州期末] 下面四幅图对应的说法中正确的有 ( )
A.图甲为气体速率分布随温度变化图像,由图像知T1>T2,但T2对应的分子平均速率比T1对应的分子平均速率要小
B.图乙为布朗运动示意图,悬浮在液体中的微粒越小,在某一瞬间跟它相撞的液体分子越少,撞击作用力的不平衡性就越明显
C.图丙为分子间作用力随分子间距的变化规律,分子间距从C到A的过程中分子引力和分子斥力均减小,但分子势能一直增大
D.图丁为锋利的玻璃管断口在烧熔后变钝,原因是玻璃原来是晶体,加热后变成非晶体
6.[2024·漳州期中] 如图,一定质量的理想气体从状态A依次经过状态B、C和D后再回到状态A,其中A→B和C→D为等温过程,B→C为等压过程,D→A为等容过程,则在该循环过程中,下列说法正确的是 ( )
A.A→B过程中,气体吸收热量
B.B→C过程中,气体分子的平均动能增大
C.C→D过程中,单位时间内碰撞单位面积器壁的分子数增多
D.气体经过B→C→D→A→B循环过程,气体从外界吸收热量
7.[2024·厦门期末] 如图所示,氢原子在不同能级间发生a、b、c三种跃迁时,释放光子的波长分别是λa、λb、λc,则下列说法正确的是( )
A.从n=3能级跃迁到n=2能级时,电子的势能减少,氢原子的能量减少
B.从n=2能级跃迁到n=1能级时,释放光子的波长可表示为λc=
C.用11 eV的电子碰撞处于基态的氢原子时,氢原子一定不会发生跃迁
D.一群处于n=3能级的氢原子发生能级跃迁时,可辐射出3种能使逸出功为2.49 eV的金属钠发生光电效应的光子
8.[2024·安徽合肥期末] 用金属铷为阴极的光电管,观测光电效应现象,实验装置示意图如图甲所示,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5.15×1014 Hz.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1.2×10-19 J
C.减小照射光的强度,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,电流表的示数可能先增大,后不变
三、填空题
9.[2024·福州三中月考] 碳14(14C)是由宇宙射线撞击所产生的具有放射性的粒子,可衰变为氮14(N).其各个半衰期所剩原子比例如图所示,某古木样品中碳14的比例正好是现代植物所制样品的四分之一.则该古木的年代距今约 年;碳14发生的是 衰变;碳14和氮14中含有的中子个数之比为 .
10.[2024·厦门期末] 国家重大科技基础设施“中国散裂中子源”是研究中子特性、探测物质微观结构和运动的科研装置.应用该装置进行的某次核反应,其核反应方程式为H+H→He+ .已知H的质量为2.013 6 u,H的质量为3.018 0 u,He的质量为4.002 6 u,设空白线处的粒子为X,则X的质量为1.008 7 u,该反应释放能量为 MeV.(质量亏损1 u将释放能量约931.5 MeV,结果保留三位有效数字)
11.[2024·厦门一中月考] 如图所示,一定质量的理想气体从状态A经过等压变化到状态B,再经过等容变化到状态C,最终经过等温变化回到初始状态A.已知从状态A到状态B的过程中,气体吸收了300 J的热量,从A到B过程气体的内能变化UB-UA= J,B到C过程中气体 (选填“吸热”“放热”或“不吸热不放热”),C到A过程中气体 (选填“吸热”“放热”或“不吸热不放热”).
四、实验题
12.在“用油膜法估测油酸分子的大小”实验中,油酸酒精溶液的浓度为每1 000 mL油酸酒精溶液中有纯油酸0.5 mL,用滴管向量筒内滴50滴上述溶液,量筒中的溶液体积增加1 mL.若把一滴这样的溶液滴入盛有水的浅盘中,由于酒精溶于水,油酸在水面散开,稳定后形成单分子油膜的形状如图所示.(以下计算结果均保留2位有效数字)
(1)若每一小方格的边长为10 mm,则油酸薄膜的面积约为 m2;
(2)一滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积为 m3;
(3)根据上述数据,估算出油酸分子的直径约为 m;
(4)为了尽可能准确地估测出油酸分子的大小,下列措施可行的是 .
A.油酸浓度适当大一些
B.油酸浓度适当小一些
C.油酸扩散后立即绘出轮廓图
D.油酸扩散并待其形状稳定后再绘出轮廓图
13.[2024·泉州期末] 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.
(1)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.实验前 (选填“需要”或“不需要”)对传感器进行调零.
(2)某次实验中,数据表格内第2次~第8次压强没有点击记录,但其他操作规范.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 .(填选项前字母)
次数 1 2 3 4 5 6 7 8 9
压强p/kPa 100.1 p7 179.9
体积V/m3 18 17 16 15 14 13 12 11 10
A.128.5 kPa B.138.4 kPa
C.149.9 kPa D.163.7 kPa
(3)若考虑到连接注射器与传感器的软管内气体体积V0不可忽略,则封闭气体的真实体积为 .从理论上讲p-图像可能接近下列哪个图 .(填选项前字母)
A B C D
五、计算题
14.[2024·永安一中月考] 气压传动是工业中常见的传动方式.如图所示,面积为SA的活塞A静止,与气缸右端相距L1.用力缓慢右移活塞A,通过压缩气体顶起竖直放置的面积SB的活塞B和上方高h的液柱(液体密度为ρ),最终活塞A移到最右端.活塞缓慢移动过程中,气体温度保持不变.气体视为理想气体,大气压强为p0,忽略弯管中的气体体积,装置不漏气,不计摩擦和两活塞质量.
(1)求最终活塞B上升的高度L2;
(2)若整个过程活塞A对封闭气体做正功W,忽略气体质量,求整个过程中气体对外放热Q为多少.
15.[2024·上杭一中月考] “神舟十四号”航天员从“问天”实验舱气闸舱出舱时身着我国新一代舱外航天服.航天服内密封了一定质量的理想气体,体积约为2 L,压强为1.0×105 Pa,温度t1=27 ℃.
(1)打开舱门前,航天员需将航天服内气压降低,此时密闭气体温度变为-9 ℃,航天服内气体体积约为4 L,则航天员需将航天服内气压降低多少
(2)为便于舱外活动,航天员出舱前还需要把航天服内的一部分气体缓慢放出,使气压再降低.假设释放气体过程中温度保持为-9 ℃不变,体积变为2.2 L,已知航天服放出的气体占原来气体质量的62.5%,则航天服放出气体后气压降为多少
16.[2024·山东实验中学月考] 如图所示,水平地面上放置一个内壁光滑的绝热气缸,气缸开口朝上,缸内通过轻质活塞封闭一部分气体.初态时气体压强为一个大气压,温度为27 ℃,活塞到气缸底部距离为30 cm.现对缸内气体缓慢加热到427 ℃,缸内气体膨胀而使活塞缓慢上移,这一过程气体内能增加了100 J.已知气缸横截面积为50 cm2,总长为50 cm,大气压强为1.0×105 Pa.气缸上端开口小于活塞面积,不计活塞厚度,封闭气体可视为理想气体.求:
(1)活塞刚到气缸顶部时封闭气体的温度;
(2)末态时(427 ℃)缸内封闭气体的压强;
(3)封闭气体共吸收了多少热量.
