天津市四合庄中学2020届高三上学期第一次月考物理试题

天津市四合庄中学2020届高三上学期第一次月考物理试卷

一、单选题

1.如图是氢原子的能级图，对于一群处于n=4的氢原子，下列说法中正确的是（　　）

A. 这群氢原子能够吸收任意能量的光子后向更高能级跃迁

B. 这群氢原子能够发出4种不同频率的光

C. 从n=4能级跃迁到n=3能级发出的光的波长最长

D. 如果发出的光子中有两种能使某金属产生光电效应，其中一种一定是由n=3能级跃迁到 n=2能级发出的

【答案】C

【解析】

【详解】A、氢原子发生跃迁，吸收的能量必须等于两能级的能级差，故A错误；

B、根据，可知，这群氢原子能够发出6种不同频率的光子，故B错误；

C、从n=4跃迁到n=3，辐射的光子频率最小，波长最长，故C正确；

D、如果发出的光子有两种能使某金属产生光电效应，知两种光子为能量最大的两种，分别为由n=4跃迁到n=1，和n=3跃迁到n=1能级发出的，故D错误．

2.氢原子的核外电子从距核较近的轨道跃迁到距核较远的轨道的过程中(    )

A. 原子要吸收光子,电子的动能增大,原子的电势能增大

B. 原子要放出光子,电子的动能减小,原子的电势能减小

C. 原子要吸收光子,电子的动能增大,原子的电势能减小

D. 原子要吸收光子,电子的动能减小,原子的电势能增大

【答案】D

【解析】

【详解】从距核较近的轨道跃迁到距核较远的轨道过程中，原子要吸收光子，能级增大，总能量增大，

根据知，电子的动能减小，则电势能增大．

A. 原子要吸收光子，电子的动能增大，原子的电势能增大，与结论不相符，选项A错误；

B. 原子要放出光子，电子的动能减小，原子的电势能减小，与结论不相符，选项B错误；

C. 原子要吸收光子，电子的动能增大，原子的电势能减小，与结论不相符，选项C错误；

D. 原子要吸收光子，电子的动能减小，原子的电势能增大，与结论相符，选项D正确．

3.图为氢原子能级图．现有一群处于n=4激发态的氢原子，用这些氢原子辐射出的光照射逸出功为2.13eV的某金属，已知电子的电荷量为1.6×10-19C，则(　　)

A. 这些氢原子能辐射出三种不同频率的光子

B. 这些氢原子辐射出光子后，电子的总能量保持不变

C. 这些氢原子辐射出的所有光都能使该金属发生光电效应

D. 该金属逸出的所有光电子中，初动能的最大值为1.7×10-18J

【答案】D

【解析】

【详解】A．根据知，这些氢原子可能辐射出6种不同频率的光子，故A错误；

B．这些氢原子辐射出光子后，电子的动能增大，电势能减小，总能量会减小，故B错误；

C．氢原子由跃迁到产生的光的能量：

，

所以不能使逸出功为2.13eV的金属能发生光电效应，故C错误；

D．氢原子由向能级跃迁时辐射的光子能量最大，频率最大，最大能量为

，

根据光电效应方程可知，入射光的能量越高，则电子的动能越大，初动能的最大值为：

故D正确．

4.根据如图所给图片及课本中有关历史事实，结合有关物理知识，判断下列说法正确的是（   ）

A. 图1是发生光电效应现象的示意图，发生光电效应现象的条件是入射光的波长不小于金属的“极限波长”

B. 图2是链式反应的示意图，发生链式反应的条件之一是裂变物质的体积大于等于临界体积

C. 图3是氢原子能级图，一个处于n=4能级的氢原子，跃迁可以产生6种光子

D. 图4是氡的衰变规律示意图，氡的半衰期是3.8天，若有16个氡原子核，经过7.6天后一定只剩下4个氡原子核

【答案】B

【解析】

【详解】A、发生光电效应现象的条件是入射光的波长不大于金属的“极限波长”，不小于金属的极限频率，选项A错误；B、发生链式反应的条件之一是裂变物质的体积大于等于临界体积，选项B正确；

C、处于n=4能级的氢原子向较低能级跃迁，最终跃迁到基态，跃迁情况可能是：4→1，释放1种频率的光子；4→3→1，4→2→1，释放2种频率的光子．4→3→2→1，释放3种频率的光子．最多产生3种频率的光子，选项C错误；

D、半衰期是大量原子衰变的统计规律，对少数原子不适应，选项D错误．

5.贝克勒尔在120年前首先发现了天然放射现象，如今原子核的放射性在众多领域中有着广泛应用．下列属于放射性衰变的是

A.

B.

C.

D.

【答案】A

【解析】

【详解】A为β衰变方程，B为重核裂变，C轻核聚变，D原子核的人工转换，所以A正确．

6.下列对题中四幅图的分析，其中正确的是（    ）

A. 从图①可知，光电效应实验中b光的频率比a光的大

B. 从图②可知，能量为5eV的光子不能被处于第二能级的氢原子吸收

C. 从图③可知，随着放射性物质质量不断减少，其半衰期不断增大

D. 从图④可知，α粒子散射实验表明原子核由中子和质子组成

【答案】A

【解析】

【详解】A、根据爱因斯坦光电效应方程，，联立得．因为，故，A正确；

B、吸收光子能量发生跃迁，吸收的光子能量需等于两能级间的能级差，，所以能量为5eV的光子能被处于第二能级的氢原子吸收并发生电离，B错误；

C、半衰期与物质质量无关，C错误；

D、粒子散射实验表明了原子的核式结构，还不能证明出由质子和中子组成，D错误．

7.小物块以一定的初速度自光滑斜面的底端a点上滑，最远可达b点，e为ab的中点，如图所示，已知物体由a到b的总时间为，则它从a到e所用的时间为(    )

A.  B.

C.  D.

【答案】D

【解析】

试题分析：采用逆向思维，结合位移时间公式求出eb和ab时间之比，求出e到b的时间，从而得出a到e的时间．

采用逆向思维，根据，因为e为ab的中点，则，可知a到e的时间为，D正确．

8.物体自O点由静止开始做匀加速直线运动，A、B、C、D是轨迹上的四点，测得AB=2m，BC=3m，CD=4m且物体通过AB、BC、CD所用时间相等，则OA间的距离为(　　)

A. 1m B. 0.5m C. 9/8m D. 2m

【答案】C

【解析】

【详解】设物体通过AB、BC、CD所用时间分别为T，则B点的速度

根据得

则

则

A. 1m，与结论不相符，选项A错误；

B 0.5m，与结论不相符，选项B错误；

C. 9/8m，与结论相符，选项C正确；

D. 2m与结论不相符，选项D错误．

9.物体做匀加速直线运动，相继经过两段距离为16 m的路程，第一段用时4 s，第二段用时2 s，则物体的加速度是

A.  B.  C.  D.

【答案】B

【解析】

根据某段时间内的平均速度等于中间时刻的瞬时速度知，2s时的瞬时速度等于0-4s内的平均速度：，5s时的瞬时速度等于4-6s内的平均速度：，两个中间时刻的时间间隔为：△t=2+1s=3s，根据加速度定义可得：，故B正确，ACD错误．

10.一物体沿竖直方向运动，以竖直向上为正方向，其运动的图象如图所示下列说法正确的是

A. 时间内物体处于失重状态

B. 时间内物体机械能守恒

C. 时间内物体向下运动

D. 时间内物体机械能一直增大

【答案】D

【解析】

A、以竖直向上为正方向，在图象中，斜率代表加速度，可知时间内物体向上做加速运动，加速度的方向向上，处于超重状态故A错误；

B、由图可知，时间内物体向上做匀速直线运动，动能不变，重力势能增大，所以机械能增大故B错误；

C、由图可知，时间内物体向上做减速运动故C错误；

D、时间内物体向上做加速运动，动能增大，重力势能也增大；时间内物体向上做匀速直线运动，动能不变，重力势能增大，所以时间内物体机械能一直增大故D正确．

故选D

11.根据α粒子散射实验，卢瑟福提出了原子的核式结构模型，如图所示虚线表示原子核所形成的电场的等势线，实线表示一个α粒子的运动轨迹．在α粒子从a运动到b、再运动到c的过程中，下列说法中正确的是(    )

A. 加速度先变小，后变大

B. 电场力先做负功，后做正功，总功等于零

C. 电势能先减小，后增大

D. 动能先增大，后减小

【答案】B

【解析】

【详解】A.根据点电荷周围电场可知，距离原子核近的地方电场强度大，故越靠近原子核加速度越大，因此α粒子加速度先增大后减小，故A错误；

BCD.α粒子受到斥力作用，根据电场力做功特点可知：从a运动到b过程中电场力做负功，电势能增加，动能减小，从b运动到c过程中，电场力做正功，电势能减小，动能增加，整个过程中由于a与c在同一等势线上，故电场力不做功，故CD错误，B正确．

12.用光子能量为E的光束照射容器中的氢气,氢原子吸收光子后，能发射频率为、、的三种光子，且，入射光束中光子的能量应是(　　)

A.  B.

C  D.

【答案】B

【解析】

【详解】处于激发态的氢原子并不稳定，能够自发向低能级跃迁并发射光子，其发射光子的种类有种；故

解得；

显然从直接跃迁到能级时辐射光子的能量等于入射光子的能量，故入射光子的能量

；

而先从跃迁到，再从跃迁到辐射的能量与从直接跃迁到能级时辐射光子的能量相同，故

．

A.，与结论不相符，选项A错误；

B. 与结论相符，选项B正确；

C. 与结论不相符，选项C错误；

D. 与结论不相符，选项D错误．

13.关于下列四幅图说法正确的是（     ）

A. 图①中的放射性同位素应选择衰变时放出α粒子的同位素

B. 图②中的镉棒的作用是使核反应中的快中子减速

C. 图③中的光子碰撞电子后，其波长将变大

D. 图④中的电子的动量越大，衍射现象越明显

【答案】C

【解析】

【详解】A、射线穿透力弱，一张薄纸就可挡住，射线穿透力较强，可穿过几mm厚铝板，射线穿透力最强，可穿过几cm铅板，所以图①中的放射性同位素应选择衰变时放出射线的同位素，故A错误．

B、镉棒不能释放中子，也不能使中子减速，对铀核裂变也没有阻碍作用，而是利用对中子吸收能力强的特点，控制中子数量的多少而控制核反应速度，故B错误．

C、光子碰撞电子后，根据能量守恒，电子获得了能量，则光子能量减少，光子能量为E=h，h是常量，所以光的频率变小，光速c不变，光子的波长＝，频率变小，则波长变长，故C正确．

D、根据德布罗意波的波长=知，电子的动量越大，其波长就越短，衍射现象就越不明显，故D错误．

故选C

14.如图所示，为研究发生光电效应时通过光电管上的电流随电压变化的电路，用频率为的单色光照射阴极K时，能发生光电效应，改变光电管两端的电压，测得遏止电压为Uc．若用上述单色光照射一群处于基态的氢原子，恰能使氢原于跃迁到n=4的激发态，已知电子的带电荷量为e，真空中的光速为c，普朗克常量为h，氢原子n级上的能量En与基态的能量E1满足：，下列说法正确的是

A. 阴极K的逸出功为eUc

B. 阴极K的极限频率为ν+

C. 氢原子处于n=4的激发态的能量为

D. 氢原子处于基态时的能量

【答案】D

【解析】

【详解】AB.由题知遏止电压为Uc，根据动能定理有：

，

得最大初动能为

，

根据爱因斯坦光电效应方程有：

，

解得阴极K的逸出功为

，

极限频率为

，

故AB错误；

CD.根据，可知的能量为

，

根据

，

联立解得：

，，

故C错误，D正确．

二、多选题

15.下列说法中正确的是(    )

A. 氢原子由较高能级跃迁到较低能级时，电子的动能增加，原子的电势能减少

B. 光波是概率波，光子在前进和传播过程中，其位置和动量能够同时确定

C. 在光的双缝干涉实验中，若仅将入射光由绿光改为红光，其他条件不变，则干涉条纹间距变宽

D. 发生光电效应时，光电子的最大初动能和入射光的频率成正比

【答案】AC

【解析】

【详解】A.氢原子由较高能级跃迁到较低能级时，电子的轨道半径减小，根据知，电子的动能增加，由于原子的能量减小，则原子的电势能减小，故A正确； 

B.光波概率波，光子在前进和传播过程中，其位置和动量具有不确定性，故B错误；

C.根据知，仅将入射光由绿光改为红光其他条件不变，则波长增大，干涉条纹的间距变宽，故C正确；

D.根据光电效应方程知，，可知光电子的最大初动能与入射光的频率成一次函数关系，不是正比关系，故D错误．

16.氢原子的能级如图所示，已知氢原子从第四能级跃迁到第二能级时辐射出的光子恰好可以使某光电管阴极发生光电效应，则下列几种光子中，可使该光电管阴极发生光电效应的是

A. 氢原子从第四能级跃迁到第三能级时辐射出的光子

B. 氢原子从第三能级跃迁到第一能级时辐射出的光子

C. 氢原子从第二能级跃迁到第一能级时辐射出的光子

D. 氢原子从第五能级跃迁到第三能级时辐射出的光子

【答案】BC

【解析】

【详解】AD.由氢原子的能级图可知，氢原子从第四能级跃迁到第三能级时辐射出的光子能量与氢原子从第五能级跃迁到第三能级时辐射出的光子能量均小于氢原子从第四能级跃迁到第二能级时辐射出的光子能量，所以不能发生光电效应，故AD错误；

BC.由氢原子的能级图可知，氢原子从第三能级跃迁到第一能级时辐射出的光子能量与氢原子从第二能级跃迁到第一能级时辐射出的光子的能量均大于氢原子从第四能级跃迁到第二能级时辐射出光子的能量，所以可以发生光电效应，故BC正确．

17.关于下列四幅图的说法不正确的是

A. 原子中的电子绕原子核高速运转时，运行轨道的半径是任意的

B. 光电效应实验说明了光具有波动性

C. 电子束通过铝箔时的衍射图样证实了电子具有波动性

D. 发现少数粒子发生了较大偏转，说明原子的正电荷和绝大部分质量集中在很小空间范围

【答案】AB

【解析】

【详解】A.由图和玻尔理论知道，电子的轨道不是任意的，电子有确定的轨道，故A错误，符合题意；

B.光电效应实验说明了光具有粒子性，故B错误，符合题意；

C.衍射是波的特有现象，电子束通过铝箔时的衍射图样证实了电子具有波动性，故C正确，不符合题意；

D.少数α粒子发生了较大偏转，说明原子的几乎全部质量和所有正电荷主要集中在很小的核上，否则不可能发生大角度偏转，故D正确，不符合题意．

18.如图是氢原子的能级示意图．当氢原子从n=4的能级跃迁到n=3的能级时，辐射出光子a；从n=4的能级跃迁到n=2的能级时，辐射出光子b．以下判断正确的是

A. 在真空中光子a的波长小于光子b的波长

B. 在同种介质中传播时，a光的速度较大

C. 从玻璃中射入空气发生全反射时，a光临界角较大

D. 用他们分别照射同种金属，若a光能发生光电效应，则b光也一定可以发生光电效应

【答案】BCD

【解析】

【详解】AC.氢原子从的能级跃迁到的能级的能级差小于从的能级跃迁到的能级时的能级差，根据知，光子a的能量小于光子b的能量，所以a光的频率小于b光的频率，所以b的频率大，波长小，a光的折射率较小，根据，则a光和b光由同一种介质玻璃射入空气中时a的临界角大于b，故A错误，C正确；

B.a光的频率小于b光的频率，频率大，折射率大，故b的折射率大于a的折射率，根据可知在同种介质中传播，a光的速度较大，故B正确；

D.用他们分别照射同种金属，若a光能发生光电效应，光子a的能量小于光子b的能量，则b光也一定可以发生光电效应，故D正确．

三、填空题

19.如图所示是研究物体做匀变速直线运动规律时得到的一条纸带（实验中打点计时器所接低压交流电源的频率为50Hz），从O点后开始每5个计时点取一个记数点，依照打点的先后顺序依次编号为0、1、2、3、4、5、6，测得S1=5.18cm，S2=4.40cm，S3=3.60cm，S4=2.78cm，S5=2.00cm，S6=1.20cm．（结果保留两位有效数字）

（1）物体的加速度大小a=     m/s2；

（2）打点计时器打记数点3时，物体的速度大小为v3=     m/s．

【答案】-0.80；0.32

【解析】

【详解】（1）从O点后开始每5个计时点取一个记数点，依据打点的先后顺序，依次编号0、1、2、3、4、5、6，，所以计数点间的时间间隔为T=0.1s，根据匀变速直线运动的推论公式△x=aT2可以求出加速度的大小，得：s4﹣s1=3a1T2，s5﹣s2=3a2T2，s6﹣s3=3a3T2，为了更加准确的求解加速度，我们对三个加速度取平均值，得： ，代入题目告诉的已知条件，即小车运动的加速度计算表达式为：；代入数据得：

（2）根据匀变速直线运动中时间中点的速度等于该过程中的平均速度，可以求出打纸带上3点时小车的瞬时速度大小，即为

20.某同学设计了一个用打点计时器探究碰撞过程中不变量的实验：在小车A的前端粘有橡皮泥，推动小车A使之做匀速直线运动，然后与原来静止在前方的小车B相碰并黏合成一体，继续做匀速直线运动，他设计的具体装置如图所示，在小车A后连着纸带，电磁打点计时器电源频率为50 Hz，长木板下垫着小木片用以平衡摩擦力．

(1)若已得到打点纸带如图所示，并测得各计数点间距离标在图上，A为运动起始的第一点，则应选________段来计算A的碰前速度，应选________段来计算A和B碰后的共同速度(填“AB”“BC”“CD”或“DE”)．

(2)已测得小车A的质量mA＝0.40 kg，小车B的质量mB＝0.20 kg，由以上测量结果可得，碰前：mAvA＋mBvB＝__________ kg·m/s；碰后：mAvA′＋mBvB′＝__________kg·m/s.

【答案】    (1). BC    (2). DE    (3). 0.420    (4). 0.417

【解析】

【详解】(1)[1].由于碰撞之后共同匀速运动的速度小于碰撞之前A独自运动的速度，故AC应在碰撞之前，DE应在碰撞之后．推动小车由静止开始运动，故小车有个加速过程，在碰撞前做匀速直线运动，即在相同的时间内通过的位移相同，故BC段为匀速运动的阶段，故选BC计算碰前的速度；
[2].碰撞过程是一个变速运动的过程，而A和B碰后的共同运动时做匀速直线运动，故在相同的时间内通过相同的位移，故应选DE段来计算碰后共同的速度．
(2)[3].碰前系统的动量即A的动量，则

[4].碰后的总动量

碰撞前后动量近似相等

四、计算题

21.原来静止的原子核，经过一次α衰变后生成新原子核Th，并放出一个动能为E0的α粒子，求：

(1)写出α衰变的反应方程式

(2)生成的新原子核Th的动能是多少？用E0来表示

(3)若α粒子与新原子核间相互作用不计，已知α粒子速度方向与磁场方向垂直，则二者在磁场中运动的周期Tα：TTh是多少？

【答案】（1）；（2）；（3）10:13

【解析】

【详解】(1)该衰变的反应方程式为：

；

(2)系统动量守恒，钍核和α粒子的动量大小相等，即

又由动量与动能的关系：

故二者的动能之比为：

联立解得钍核获得的动能：

 ；

(3)二者在磁场中，由洛伦兹力提供向心力，由周期公式

得： 

22.在某些恒星内部，3个α粒子可以结合成一个核，已知核的质量为m1=1.99302×10-26kg，α粒子的质量为m2=6.64672×10-27kg，真空中光速c=3×108m/s，求：

(1)写出这个核反应方程．

(2)这个核反应中释放的核能(保留一位有效数字)．试比较α粒子的比结合能与的比结合能哪个大？

【答案】（1）；（2）9×10-13J，α粒子的比结合能小

【解析】

【详解】(1)3个α粒子可以结合成一个核，这个核反应方程是

(2)由爱因斯坦质能方程有：

结合能与核子数的比值即为比结合能，因此可知，α粒子的比结合能小于的比结合能．