2011-2020年高考物理试卷分类汇编之115b.选修模块3-5（中）（含答案及解析）

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第135 b节 选修模块3—5（中）
1. 2014年理综新课标卷Ⅰ35．【物理——选修3-5】（15分）
（1）（6分）关于天然放射性，下列说法正确的是 ，（填写正确答案标号。选对1个得3分，选对2个得4分，选对3个得6分。每选错1个扣3分，最低得分为0分）
A．所有元素都可能发生衰变
B．放射性元素的半衰期与外界的温度无关
C．放射性元素与别的元素与别的元素形成化合物时仍具有放射性
D．α、β和γ三种射线中，γ射线的穿透能力最强
E．一个原子核在一次衰变中可同时放出α、β和γ三种射线
【答案】BCD
【解析】 本题考查了原子核的衰变．原子序数大于83的元素才可以发生衰变，原子序数小于83的元素有的可以发生衰变，有的不可以发生衰变，A错误；放射性元素的半衰期与元素所处的物理 、化学状态无关，B、C正确；三种射线、 β、穿透能力依次增强，D正确；原子核发生或β衰变时常常伴随着光子的产生，但同一原子核不会同时发生衰变和β衰变，E错误．
（2）（9分）如图，质量分别为、的两个小球A、B静止在地面上方，B球距地面的高度h=0.8m，A球在B球的正上方。 先将B球释放，经过一段时间后再将A球释放。 当A球下落t=0.3s时，刚好与B球在地面上方的P点处相碰，碰撞时间极短，碰后瞬间A球的速度恰为零。已知，重力加速度大小为，忽略空气阻力及碰撞中的动能损失。　
（i）B球第一次到达地面时的速度；
（ii）P点距离地面的高度。
【答案】v1＝4 m/s h′＝0.75 m
(2)【解析】(ⅰ)设B球第一次到达地面时的速度大小为vB，
由运动学公式有vB＝ ①
将h＝0.8 m代入上式，得v1＝4 m/s. ②
(ⅱ)设两球相碰前后，A球的速度大小分别为v1和v′1(v′1＝0)，B球的速度分别为v2和v′2，
由运动学规律可得v1＝gt ③
由于碰撞时间极短，重力的作用可以忽略，两球相碰前后的动量守恒，总动能保持不变，规定向下的方向为正，有
mAv1＋mBv2＝mBv′2 ④
mAv＋mBv＝mv′ ⑤
设B球与地面相碰后速度大小为v′B，由运动学及碰撞的规律可得v′B＝vB ⑥
设P点距地面的高度为h′，由运动学规律可得
h′＝－v,2g) ⑦
联立②③④⑤⑥⑦式，并代入已知条件可得h′＝0.75 m．⑧
2. 2014年理综新课标卷Ⅱ【选修3-5】（15分）
（1）在人类对微观世界进行探索的过程中，科学实验起到了非常重要的作用。下列说法符合历史事实的是 （填正确答案标号，选对1个给2分，选对2个得4分，选对3个得5分，每选错1个扣3分，最低得分0分）
A.密立根通过油滴实验测得了基本电荷的数值
B.贝克勒尔通过对天然放射性现象的研究，发现了原子中存在原子核
C.居里夫妇从沥青铀矿中分离出了钋（P0）和镭(Ra)两种新元素
D.卢瑟福通过а粒子散射实验，证实了在原子核内存在质子
E.汤姆孙通过阴极射线在电场和在磁场中的偏转实验，发现了阴极射线是由带负电的粒子组成，并测出了该粒子的比荷
【答案】ACE
【解析】密立根通过油滴实验测得了基本电荷的数值为1.6×10-19C，选项A正确；贝克勒尔通过对天然放射性现象的研究，发现了中子，选项B错；居里夫妇从沥青铀矿中分离出了钋（P0）和镭(Ra)两种新元素，选项C正确；卢瑟福通过а粒子散射实验，得出了原子的核式结构理论，选项D错误；汤姆孙通过阴极射线在电场和在磁场中的偏转实验，发现了阴极射线是由带负电的粒子组成，并测出了该粒子的比荷，选项E正确。
（2）利用图（a）所示的装置验证动量守恒定律。在图（a）中，气垫导轨上有A、B两个滑块，滑块A右侧带有一弹簧片，左侧与打点计时器（图中未画出）的纸带相连；滑块B左侧也带有一弹簧片，上面固定一遮光片，光电计时器（未完全画出）可以记录遮光片通过光电门的时间。 实验测得滑块A 质量m1=0.310kg，滑块B的质量m2=0.108kg，遮光片的宽度d=1.00cm；打点计时器所用的交流电的频率为f=50HZ。将光电门固定在滑块B的右侧，启动打点计时器，给滑块A一向右的初速度，使它与B相碰；碰后光电计时器显示的时间为，碰撞前后打出的纸带如图（b）所示。
若实验允许的相对误差绝对值最大为5℅，本实验是否在误差范围内验证了动量守恒定律？写出运算过程。
【解析】（2）按定义，物块运动的瞬时速度大小v为
①
式中△s为物块在很短时间△t内走过的路程。
设纸带上打出相邻两点的时间间隔为△tA，则
② △tA可视为很短。
设在A碰撞前后瞬时速度大小分别为，。将②式和图给实验数据代入①式得
=2.00m/s ③
=0.970m/s ④
设B在碰撞后的速度大小为v2，由①式有
代入题给实验数据得=2.86m/s
设两滑块在碰撞前后的动量分别为p和p'，则
p=m1v0
p' =m1v1+ m2v2
两滑块在碰撞前后总动量相对误差的绝对值为=100%
联立③④⑤⑥⑦⑧⑨式并代入有关数据，得=1.7%<5%
因此，本实验在允许的误差范围内验证了动量守恒定律。
3. 2014年物理江苏卷12C． [ 选修 3 -5 ] (12 分)
（1）已知钙和钾的截止频率分别为 7.73 ×1014Hz 和5 .44 ×1014Hz，在某种单色光的照射下两种金属均发生光电效应，比较它们表面逸出的具有最大初动能的光电子，钙逸出的光电子具有较大的　　　　 .
A．波长 B．频率 C．能量 D．动量
【答案】（1）A
【解析】根据光电效应方程；因为钙的截止频率较大，所以光电子的最大初动能较小，动量也较小，CD项错误；根据德布罗意波长可知从钙中逸出的光电子具有较大波长，A项错误；波长大的，频率小，B项错误。
（2） 氡 222 是一种天然放射性气体，被吸入后，会对人的呼吸系统造成辐射损伤. 它是世界卫生组织公布的主要环境致癌物质之一 . 其衰变方程是　　. 已知的半衰期约为 3 . 8 天，则约经过　　 天，16 g 的 衰变后还剩 1 g.
【答案】 （ ） 15.2
解析：根据核反应过程中电荷数守恒、质量数守恒可知生成物电荷数为2，质量数为4，即为粒子。设半衰期为τ，半衰期的定义：，而n为发生半衰期的次数，；代入数据可得t=15.2天
（3 ） 牛顿的《 自然哲学的数学原理》 中记载， A、 B 两个玻璃球相碰，碰撞后的分离速度和它们碰撞前的接近速度之比总是约为 15 ： 16 . 分离速度是指碰撞后 B 对 A 的速度，接近速度是指碰撞前 A 对 B 的速度. 若上述过程是质量为 2 m 的玻璃球 A 以速度 v0 碰撞质量为 m 的静止玻璃球 B，且为对心碰撞，求碰撞后 A、B 的速度大小.
【答案】
【解析】设A、B球碰后速度分别为v1和v1
由动量守恒定律 且由题意知
解得
4.2014年理综山东卷39.（12分）【物理－物理3－5】
（1）氢原子能级如图，当氢原子从跃迁到的能级时，辐射光的波长为656nm。以下判断正确的是________.（双选，填正确答案标号）
a、氢原子从跃迁到的能级时，辐射光的波长大于656nm
b、用波长为325nm的光照射，可使氢原子从跃迁到的能级
c、一群处于能级上的氢原子向低能级跃迁时最多产生3种谱线
d、用波长为633nm的光照射，不能使氢原子从跃迁到的能级
（2）如图，光滑水平直轨道上两滑块A、B用橡皮筋连接，A的质量为m。开始时橡皮筋松驰，B静止，给A向左的初速度v0。一段时间后，B与A同向运动发生碰撞并粘在一起。碰撞后的共同速度是碰撞前瞬间A的速度的两倍，也是碰撞前瞬间B的速度的一半。求：
（ⅰ）B的质量;
（ⅱ）碰撞过程中A、B系统机械能的损失。
【答案】（1）cd （2）m/2,
【解析】（2）（ⅰ）以初速度v0的方向为正方向，设B的质量为mB，A、B碰撞后的共同速度为v，由题意知：碰撞前瞬间A的速度为，碰撞前瞬间B的速度为2v，由动量守恒定律得
①
由①式得 ②
（ⅱ）从开始到碰后的全过程，由动量守恒定律得
③
设碰撞过程A、B系统机械能的损失为，则
④
联立②③④式得 ⑤
5. 2014年物理海南卷17．模块3-5试题（12分）
（1）（4分）在光电效应实验中，用同一种单色光，先后照射锌和银的表面，都能发生光电效应。对于这两个过程，下列四个物理过程中，一定不同的是
A．遏止电压
B．饱和光电流
C．光电子的最大初动能
D．逸出功
（2）（8分）一静止原子核发生α衰变，生成一α粒子及一新核，α粒子垂直进入磁感应强度大小为B的匀强磁场，其运动轨迹是半径为R的圆。已知α粒子的质量为m，电荷量为q；新核的质量为M；光在真空中的速度大小为c。求衰变前原子核的质量。
【答案】（1）ACD (4分。选对1个给2分，选对2个给3分，选对3个给4分:有选错的不给这4分） （2）
【解析】（2）设衰变产生的α粒子的速度大小为v，由洛伦兹力公式和牛顿第二定律得
设衰变后新核的速度大小为V，衰变前后动量守恒，有
设衰变前原子核质量为M0，衰变前后能量守恒，有
解得
6.2014年理综福建卷30．[物理-选修3-5]
（1）如图，放射性元素镭衰变过程中释放出α、β、γ三种射线，分别进入匀强电场和匀强磁场中，下列说法正确的是 。（填选项前的字母）
A．①表示射线, ③表示射线
B．②表示β射线，③表示射线
C．④表示射线，⑤表示射线
D．⑤表示β射线，⑥表示射线
答案：C
解析：由于不带电，在电场中不偏转，①不是射线，A错；β射线带负电，在电磁场中应该偏转，②和⑤不是β射线而是射线，BD错；射线带正电，它在电场中向负极板偏转，在磁场中的偏转情况由左手定则可知④表示射线，⑥表示β射线，选项C正确。
（2）一枚火箭搭载着卫星以速率v0进入太空预定位置，由控制系统使箭体与卫星分离。已知前部分的卫星质量为m1，后部分的箭体质量为m2，分离后箭体以速率v2沿火箭原方向飞行，若忽略空气阻力及分离前后系统质量的变化，则分离后卫星的速率v1为（ ）（填选项前的字母）
A． v0- v2 B． v0+ v2
C． D．
答案： D
解析：火箭和卫星组成的系统在分离时，水平方向的动量守恒，规定初速度方向为正方向，有：
解得
故选项D正确，A、B、C错误。
7.2013年新课标I卷
35. [物理—选修3-5] (15分)
(1)(6分)一质子束入射到能止靶核上，产生如下核反应:
P+→X+n
式中P代表质子，n代表中子，X代表核反应产生的新核.由反应式可知，新核X的质子数为 ，中子数为 。
(2)(9分) 在粗糙的水平桌面上有两个静止的木块A和B，两者相距为d。现给A一初速度，使A与B发生弹性正碰，碰撞时间极短。当两木块都停止运动后，相距仍然为d。已知两木块与桌面之间的动摩擦因数均为μ， B的质量为A的2倍，重力加速度大小为g。求A的初速度的大小。
【答案】见解析
【解析】(1)发生核反应的方程
由质量数守恒和电荷数守恒得
1＋27＝ｂ＋1
1＋13＝ａ＋0
解得质子数a=14,质量数b=27,则中子数c=b-a=13
（2）设在发生碰撞前的瞬间，木块A的速度大小为v；在碰撞后的瞬间，A和B的速度分别为v1和v2.在碰撞过程中，由动量和能量守恒定律，得
（1）
（2）
式中，以碰撞前木块A的速度方向为正。由（1）（2）式得
　（3）
设碰撞后A和B运动的距离分别为d1和d2，由动能定理得
（4）
（5）
按题意有 （6）
设A的初速度为v0,由动能定理得
（7）
联立（2）—（7）式，得 （8）
8.2013年新课标II卷35．[物理—选修3-5](15分)
(1) (5分)关于原子核的结合能，下列说法正确的是　　　　　　　(填正确答案标号。选
对1个得2分，选对2个得4分，选对3个得5分；每选错1个扣3分，最低得分为0分)。
A．原子核的结合能等于使其完全分解成自由核子所需的最小能量
B．一重原子核衰变成粒子和另一原子核，衰变产物的结合能之和一定大于原来重核的结合能
C．铯原子核()的结合能小于铅原子核()的结合能
D．比结合能越大，原子核越不稳定
E．自由核子组成原子核时，其质量亏损所对应的能量大于该原子核的结合能
答案：ABC
解析：原子核的结合能等于核子结合成原子核所释放的能量，也等于将原子核分解成核子所需要的最小能量，A正确；重核的比结合能比中等核小，因此重核衰变时释放能量，衰变产物的结合能之和小球原来重核的结合能，B项正确；原子核的结合能是该原子核的比结合能与核子数的乘积，虽然銫原子核()的比结合能稍大于铅原子核()的比结合能，但銫原子核()的核子数比铅原子核()的核子数少得多，因此其结合能小，C项正确；比结合能越大，要将原子核分解成核子平均需要的能量越大，因此原子核越稳定，D错；自由核子组成原子核时，其质量亏损所对应的能最等于该原子核的结合能，E错。中等难度。
(2) (10分)如图，光滑水平直轨道上有三个质量均为m的物块A、B、C。B的左侧固定一轻弹簧（弹簧左侧的挡板质最不计)。设A以速度v0朝B运动，压缩弹簧；当A、B速度相等时，B与C恰好相碰并粘接在一起，然后继续运动。假设B和C碰撞过程时间极短。求从A开始压缩弹簧直至与弹簧分离的过程中，
(ⅰ)整个系统损失的机械能；
(ⅱ)弹簧被压缩到最短时的弹性势能。
解：(ⅰ)从A压缩弹簧到A与B具有相同速度时，对A、B与弹簧组成的系统，由动量守恒定律得 ①
此时B与C发生完全非弹性碰撞，设碰撞后的瞬时速度为，损失的机械能为。对B、C组成的系统，由动量守恒和能量守恒定律得 ②
③
联立①②③式得 ④
(ⅱ)由②式可知，A将继续压缩弹簧，直至A、B、C三者速度相同，设此速度为，此时弹簧被压缩至最短，其弹性势能为。由动量守恒和能量守恒定律得
⑤
⑥
联立④⑤⑥式得 ⑦
9.2013年江苏卷12.C. [选修3-5](12 分)
(1)如果一个电子的德布罗意波长和一个中子的相等,则它们的也相等.
(A)速度 (B)动能 (C)动量 (D)总能量
(2)根据玻尔原子结构理论,氦离子(He+ )的能级图如题12C-1 图所示. 电子处在n =3 轨道上比处在n =5 轨道上离氦核的距离(选填“近”或“远”). 当大量He+处在n =4 的激发态时,由于跃迁所发射的谱线有条.
(3)如题12C-2 图所示,进行太空行走的宇航员A和B的质量分别为80kg和100 kg,他们携手远离空间站,相对空间站的速度为0. 1 m/ s. A 将B向空间站方向轻推后,A 的速度变为0. 2 m/ s,求此时B 的速度大小和方向.
答案：(1)C (2)近 6 (3) vB=0.02m/s 离开空间站方向
解析：(1)根据可知动量相等，故A、B、D错，C对。
(2)量子数越大，轨道越远，电子处在n=3轨道上比处在n=5轨道上离氦核的距离要近 ；处在n=4的激发态时，由于跃迁所发射的谱线有条。
(3)根据动量守恒 解得vB=0.02m/s 离开空间站方向
10.2013年山东卷38、（8分）【物理——选修3－5】
（1）恒星向外辐射的能量来自于其内部发生的各种热核反应在，当温度达到108K时，可以发生“氦燃烧”。
①完成“氦燃烧”的核反应方程：。
②是一种不稳定的粒子，其半衰期为。一定质量的经后所剩占开始时的____________________。
答案：或α；或12.5%。
解析：半衰期计算公式:；m为剩余质量；m0为原有质量；t为衰变时间；τ为半衰期，。
11.2013年海南卷17．模块3-5试题（12分）
（1）（4分）原子核Th具有天然放射性，它经过若干次衰变和β衰变后会变成新的原子核。下列原子核中，有三种是Th衰变过程中可以产生的，它们是 （填正确答案标号。选对1个得2分，选对2个得3分.选对3个得4分;每选错I个扣2分，最低得分为0分）
A．Pb B．Pb C．Po D．Ra E．Ra
答：ACD
解析：发生衰变是放出，发生β衰变是放出电子，根据质量数和电荷数守恒有，每发生一次衰变质量数减少4，电荷数减少2，每发生一次β衰变质量数不变化，电荷数增加1，由质量数的变化可确定衰变的次数（必须是整数），进而可知β衰变的次数。逐一判断可知ACD符合要求。
（2）（8分）如图，光滑水平面上有三个物块A、B和C，它们具有相同的质量，且位于同一直线上。开始时，三个物块均静止，先让A以一定速度与B碰撞，碰后它们粘在一起，然后又一起与C碰撞并粘在一起，求前后两次碰撞中损失的动能之比。
答：3
解析：设三个物块A、B和C的质量均为m；A与B碰撞前A的速度为v，碰撞后的共同速度为v1；A、B与C碰撞后的共同速度为v2。由动量守恒定律得
①
②
设第一次碰撞中动能的损失为ΔE1，第二次碰撞中动能的损失为ΔE2，由能量守恒定律得
③
④
联立①②③④式，解得 ⑤
（2）如图所示，光滑水平轨道上放置长板A（上表面粗糙）和滑块C，滑块B置于A的左端。三者质量分别为mA=2kg、mB=1kg、mC=2kg。开始时C静止，A、B一起以v0=5m/s的速度匀速向右运动，A与C发生碰撞（时间极短）后C向右运动，经过一段时间，A、B再次达到共同速度一起向右运动，且恰好不再与C碰撞。求A与C发生碰撞后瞬间A的速度大小。
答案：2m/s
解析：因碰撞时间极短，A与C碰撞的过程动量守恒，设碰撞后瞬间A的速度为vA，C的速度为vc，以向右为正方向，由动量守恒定律得：mAv0=mAvA+mcvc…………①
A与B在摩擦力作用下达到共同速度，设共同速度为vAB，由动量守恒定律得：
mAvA+mBv0=(mA+mB)vAB……………………②
A与B达到共同速度后恰好不再与C碰撞，应满足vAB=vC…………③
联立①②③式，代入数据得： vA=2m/s …………………………④
12.2013年福建卷
30．[物理选修3-5]（本题共有两小题，每小题6分，共12分。每小题只有一个符合题意）
(1)在卢瑟福粒子散射实验中，金箔中的原子核可以看作静止不动，下列各图画出的是其中两个粒子经历金箔散射过程的径迹，其中正确的是____。（填选图下方的字母）
答： C
(2)将静置在地面上，质量为M（含燃料）的火箭模型点火升空，在极短时间内以相对地面的速度v0竖直向下喷出质量为m的炽热气体。忽略喷气过程重力和空气阻力的影响，则喷气结束时火箭模型获得的速度大小是 。（填选项前的字母）
A． B． C． D．
答： D
解析：由动量守恒定律得， 得
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