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

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第135 c节 选修模块3—5（下）
1. 2012年理综新课标卷
35.[物理—选修3-5]
（1）（6分）氘核和氚核可发生热核聚变而释放巨大的能量，该反应方程为：，式中x是某种粒子。已知：、、和粒子x的质量分别为2.0141u、3.0161u、4.0026u和1.0087u；1u=931.5MeV/c2，c是真空中的光速。由上述反应方程和数据可知，粒子x是__________，该反应释放出的能量为_________ MeV（结果保留3位有效数字）
答案：（或中子）， 17.6
解析：由质量守恒,电荷数守恒得, 粒子x为中子, 根据质量数和电荷数守恒有x的电荷数为0，质量数为（2+3-4）=1，可知x为中子。由爱因斯坦质能方程得:
（2）（9分）如图，小球a、b用等长细线悬挂于同一固定点O。让球a静止下垂，将球b向右拉起，使细线水平。从静止释放球b，两球碰后粘在一起向左摆动，此后细线与竖直方向之间的最大偏角为60°。忽略空气阻力，求
（i）两球a、b的质量之比；
（ii）两球在碰撞过程中损失的机械能与球b在碰前的最大动能之比。
[答案] ,
解析: （i）(1)设b球的质量为m,a球的质量为M,则对b球研究,由动能定理得:
,
a、b碰撞由动量守恒定律得:
a、b整体向左运动,由动能定理得:
联立解得: ,
（ii）(2) a、b碰撞过程中机械能的损失为:
2.2012年理综山东卷
38．（8分）【物理—物理3-5】
（1）氢原子第n能级的能量为，其中E1为基态能量。当氢原子由第4能级跃迁到第2能级时，发出光子的频率为v1；若氢原子由第2能级跃迁到基态，发出光子的频率为v2，则 。
答：1/4
解析：根据跃迁公式，可得：，
, 所以 。
（2）光滑水平轨道上有三个木块A、B、C，质量分别为mA=3m、mB= mC=m，开始时B、C均静止，A以初速度v0向右运动，A与B相撞后分开，B又与C发生碰撞并粘在一起，此后A与B间的距离保持不变。求B与C碰撞前B的速度大小。
解析：设AB碰撞后，A的速度为，B与C碰撞前B的速度为，B与V碰撞后粘在一起的速度为，由动量守恒定律得
对A、B木块： mAv0= mA vA + mB vB ①
对B、C木块： mBvB=( mB + mC)v ②
由A与B间的距离保持不变可知 vA=v ③
联立①②③式，代入数据得 ④
3.2012年物理江苏卷
12C. [选修3-5] (12分)
(1)如图所示是某原子的能级图,a、b、c 为原子跃迁所发出的三种波长的光. 在下列该原子光谱的各选项中,谱线从左向右的波长依次增大,则正确的是_________
(2)一个中子与某原子核发生核反应，生成一个氘核，其核反应方程式为_________________. 该反应放出的能量为Q，则氘核的比结合能为_____________________
(3)A、B两种光子的能量之比为2∶1，它们都能使某种金属发生光电效应，且所产生的光电子最大初动能分别为EA、EB. 求A、B两种光子的动量之比和该金属的逸出功.
【答案】（1）C （2）； （3）2∶1　 EA－2EB
【解析】（1）根据，能量和频率依次增大的顺序是：b、c、a，所以波长依次增大的是a、c、b。
（2）核反应过程遵循质量数、电荷数守恒，因此；比结合能即平均每个核子释放的能量，两个核子结合放出Q的能量，比结合能为.
（3）2∶1　EA －2EB光子能量，动量，且，得，则：2:1
A照射时，光电子的最大初动能EA=εA -W0 .同理EB=εB -W0.
解得W0=EA-2EB
4.2012年理综福建卷29. [物理-选修3-5]
（本题共有两小题，每小题6分，共12分。每小题只有一个选项符合题意）
（1）关于近代物理，下列说法正确的是________。（填选项前的字母）
A． 射线是高速运动的氦原子
B.核聚变反应方程表示质子
C.从金属表面逸出的光电子的最大初动能与照射光的频率成正比
D.玻尔将量子观念引入原子领域，其理论能够解释氢原子光谱的特征
（2）如图，质量为M的小船在静止水面上以速率v0 向右匀速行驶，一质量为m的救生员站在船尾，相对小船静止。若救生员以相对水面速率v水平向左跃入水中，则救生员跃出后小船的速率为______。（填选项前的字母）
【答案】 （1）D ; ( 2)A
【解析】 (1) 射线是高速运动的氦原子核，答案A错；是中子而不是质子；答案B错；从光电效应方程可知最大初动能和入射光的频率成一次函数关系而非正比函数关系所以C错；正确答案选D.
(2)由动量守恒可知，
解得小船的速度为，答案C正确。
5.2012年物理海南卷19．模块3-5试题（12分）
（1）（4分）产生光电效应时，关于逸出光电子的最大初动能Ek，下列说法正确的是
_________________(填入正确选项前的字母。选对1个给2分，选对2个给3分，选对3个给4分；每选错1个扣2分，最低得分为0分)。
A.对于同种金属，Ek与照射光的强度无关
B.对于同种金属，Ek与照射光的波长成正比
C.对于同种金属，Ek与照射光的时间成正比
D.对于同种金属，Ek与照射光的频率成线性关系
E.对于不同种金属，若照射光频率不变，Ek与金属的逸出功成线性关系
答： A D E
（2）（8分）一静止的核经衰变成为，释放出的总动能为4.27MeV。问此衰变后核的动能为多少MeV（保留1位有效数字）？
解：据题意知，此衰变的衰变方程为
根据动量守恒定律得 ①
式中，mα 和mTh分别为粒子和Th核的质量，vα 和vTh分别为粒子和Th核的速度的大小，由题设条件知
②
③
式中Ek=4.27MeV是粒子与Th核的总动能。
由①②③式得 ④
衰变后核的动能代入数据得⑤
6.2011年新课标版35．[物理—选修3-5] （15分）
⑴（6分）在光电效应试验中，某金属的截止频率相应的波长为λ0，该金属的逸出功为______。若用波长为λ（λ<λ0）的单色光做该实验，则其遏止电压为______。已知电子的电荷量、真空中的光速和布朗克常量分别为e、c和h。
（2）(9分)如图，ABC三个木块的质量均为m，置于光滑的水平面上，B、C之间有一轻质弹簧，弹簧的两端与木块接触而不固连，将弹簧压紧到不能再压缩时用细线把B和C紧连，使弹簧不能伸展，以至于B、C可视为一个整体。现A以初速v0沿B、C的连线方向朝B运动，与B相碰并粘合在一起，以后细线突然断开，弹簧伸展，从而使C与A，B分离，已知C离开弹簧后的速度恰为v0，求弹簧释放的势能。
答：（1）； （2）
解析：（1）由和得
由爱因斯坦质能方程和得
（2）设碰后A、B和C的共同速度的大小为v，由动量守恒得 ①
设C离开弹簧时，A、B的速度大小为v1，由动量守恒得 ②
设弹簧的弹性势能为Ep，从细线断开到C与弹簧分开的过程中机械能守恒，有 ③
由①②③式得弹簧所释放的势能为 ④
7.2011年理综福建卷29. [物理选修3-5]（本题共有两个小题，每小题6分，共12分。每小题只有一个选项符合题意）
⑴爱因斯坦提出了光量子概念并成功地解释光电效应的规律而获得1921年的诺贝尔物理学奖。某种金属逸出光电子的最大初动能Ekm与入射光频率ν的关系如图所示，其中ν0为极限频率。从图中可以确定的是______。（填选项前的字母）
A．逸出功与ν有关
B．Ekm与入射光强度成正比
C．ν<ν0时，会逸出光电子
D．图中直线的斜率与普朗克常量有关
⑵在光滑水平面上，一质量为m、速度大小为v的A球与质量为2m静止的B球碰撞后，A球的速度方向与碰撞前相反。则碰撞后B球的速度大小可能是__________。（题选项前的字母）
A．0.6v B．0.4 v C．0.3 v D． 0.2 v
答：（1）D（2）A
解析：（1）光电子的最大初动能与入射光频率的关系是Ekm = hv－W，结合图象易判断D正确。
（2）由碰撞中的动量守恒得mv = 2mvB－mvA，vA＞0，则vB＞0.5v，故小于0.5v的值不可能有，A正确。
8.2011年海南卷19．模块3-5试题（12分）
（1）（4分）2011年3月11日，日本发生九级大地震，造成福岛核电站的核泄漏事故。在泄露的污染物中含有131I和137Cs两种放射性核素，它们通过一系列衰变产生对人体有危害的辐射。在下列四个式子中，有两个能分别反映131I和137Cs衰变过程，它们分别是_______和__________（填入正确选项前的字母）。131I和137Cs原子核中的中子数分别是________和_______.
A． B．
C． D．
（2）（8分）一质量为2m的物体P静止于光滑水平地面上，其截面如图所示。图中ab为粗糙的水平面，长度为L；bc为一光滑斜面，斜面和水平面通过与ab和bc均相切的长度可忽略的光滑圆弧连接。现有一质量为m的木块以大小为v0的水平初速度从a点向左运动，在斜面上上升的最大高度为h，返回后在到达a点前与物体P相对静止。重力加速度为g。求
（i）木块在ab段受到的摩擦力f；
（ii）木块最后距a点的距离s。
答：（1）B、C； 78；82； （2）
解析：（1）由质量数和核电荷数守恒可以得出正确选项 B C， 131I和137Cs原子核中的中子数分别78和82
（2）（i）设木块和物体P共同速度为v,两物体从开始到第一次到达共同速度过程由动量和能量守恒得： ①
②
由①②得： ③
（ii）木块返回与物体P第二次达到共同速度与第一次相同（动量守恒）全过程能量守恒得：
④
由②③④得：
9.2011年理综山东卷38．（8分）[物理—物理3-5]
⑴碘131核不稳定，会发生β衰变，其半衰变期为8天。
碘131核的衰变方程： ______________（衰变后的元素用X表示）。
经过________天有75%的碘131核发生了衰变。
⑵如图所示，甲、乙两船的总质量（包括船、人和货物）分别为10m、12m，两船沿同一直线同一方向运动，速度分别为2v0、v0。为避免两船相撞，乙船上的人将一质量为m的货物沿水平方向抛向甲船，甲船上的人将货物接住，求抛出货物的最小速度。（不计水的阻力）
答案：（1）①； ②16； （2）4v0
解析：①核衰变遵守电荷量和质量数守恒，所以
② 根据半衰期概念，得 解得t=16天。
（2）解析：设乙船上的人抛出货物的最小速度为vmin，抛出货物后的速度为v1，甲船上的人接到货物后速度为v2，由动量守恒定律得：
12m v0=11m v1 - mvmin ①
10m×2v0 - mvmin =11m v2 ②
为避免两船相撞应满足： v1= v2 ③
联立①②③式得：vmin= 4v0 ④
10.2011年物理江苏卷12.C．（选修模块3－5）（12分）
⑴下列描绘两种温度下黑体辐射强度与波长关系的图中，符合黑体辐射规律的是
答：A
【解析】黑体辐射规律：随着温度的升高，一方面，各种波长的辐射强度都有增加，另一方面，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动，A图正确。
⑵按照玻尔原子理论，氢原子中的电子离原子核越远，氢原子的能量__________（选填“越大”或“越小”）。已知氢原子的基态能量为E1（E1<0），电子质量为m，基态氢原子中的电子吸收一频率为ν的光子被电离后，电子速度大小为_______________（普朗克常量为h）。
答：越大；
【解析】根据及，越远，n越大，En越大（注意En为负值）。电子动能（注意E1为负值），可解得：。
⑶有些核反应过程是吸收能量的。例如在中，核反应吸收的能量，在该核反应方程中，X表示什么粒子？X粒子以动能Ek轰击静止的，若Ek=Q，则该核反应能否发生？请简要说明理由。
答： ；不能实现，因为不能同时满足能量守恒和动量守恒的要求。
【解析】根据核反应的质量数和电荷数守恒，可得：X粒子的质量数为4，电荷数为2，是.
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