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2019-2020年高中物理 第16、17章 動(dòng)量守恒定律 波粒二象性綜合能力測試題 新人教版選修3-5 一、選擇題(共10小題，每小題4分，共40分，在每小題給出的四個(gè)選項(xiàng)中，第1～6小題只有一個(gè)選項(xiàng)符合題目要求，第7～10小題有多個(gè)選項(xiàng)符合題目要求，全部選對(duì)的得4分，選不全的得2分，有選錯(cuò)或不答的得0分) 1．跳遠(yuǎn)時(shí)，跳在沙坑里比跳在水泥地上安全(如圖)，這是由于(　　) A．人跳在沙坑的動(dòng)量比跳在水泥地上小 B．人跳在沙坑的動(dòng)量變化比跳在水泥地上小 C．人跳在沙坑受到的沖量比跳在水泥地上小 D．人跳在沙坑受到的沖力比跳在水泥地上小 答案：D 解析：人跳遠(yuǎn)從一定高度落下，落地前的速度一定，則初動(dòng)量相同；落地后靜止，末動(dòng)量一定，所以人下落過程的動(dòng)量變化量Δp一定，因落在沙坑上作用的時(shí)間長，落在水泥地上作用時(shí)間短，根據(jù)動(dòng)量定理Ft＝Δp，t長F小，故D對(duì)。 2.我國女子短道速滑隊(duì)在今年世錦賽上實(shí)現(xiàn)女子3000m接力三連冠。觀察發(fā)現(xiàn)，“接棒”的運(yùn)動(dòng)員甲提前站在“交棒”的運(yùn)動(dòng)員乙前面，并且開始向前滑行，待乙追上甲時(shí)，乙猛推甲一把，使甲獲得更大的速度向前沖出，在乙推甲的過程中，忽略運(yùn)動(dòng)員與冰面間在水平方向上的相互作用，則(　　) A．甲對(duì)乙的沖量一定等于乙對(duì)甲的沖量 B．甲、乙的動(dòng)量變化一定大小相等方向相反 C．甲的動(dòng)能增加量一定等于乙的動(dòng)能減少量 D．甲對(duì)乙做多少負(fù)功，乙對(duì)甲就一定做多少正功 答案：B 解析：相互作用過程中的相互作用力大小相等，方向相反，作用時(shí)間相同，因此甲對(duì)乙的沖量與乙對(duì)甲的沖量大小相等、方向相反，由動(dòng)量定理可知，甲、乙動(dòng)量變化大小相等，方向相反，A錯(cuò)，B對(duì)；雖然相互作用力大小相等，方向相反，甲、乙在相互作用過程中的位移不同，乙對(duì)甲做的正功，與甲對(duì)乙做的負(fù)功多少不同，由動(dòng)能定理知，甲的動(dòng)能增加量，不等于乙動(dòng)能的減少量，故C、D錯(cuò)誤。 3.如圖所示，質(zhì)量為m的人立于平板車上，人與車的總質(zhì)量為M，人與車以速度v1在光滑水平面上向東運(yùn)動(dòng)。當(dāng)此人相對(duì)于車以速度v2豎直跳起時(shí)，車的速度變?yōu)?　　) A.　向東　　　 B．　向東 C.　向東 D．v1　向東 答案：D 解析：人和車這個(gè)系統(tǒng)，在水平方向上合外力等于零，系統(tǒng)在水平方向上動(dòng)量守恒。設(shè)車的速度v1的方向?yàn)檎较?，選地面為參考系。初態(tài)車和人的總動(dòng)量為Mv1，末態(tài)車的動(dòng)量為(M－m)v1′(因?yàn)槿嗽谒椒较蛏蠜]有受到?jīng)_量，其水平動(dòng)量保持不變)。人在水平方向上對(duì)地的動(dòng)量仍為mv1， 則有Mv1＝(M－m)v1′＋mv1 (M－m)v1＝(M－m)v1′ 所以v1′＝v1，正確答案應(yīng)為D。 4．如圖所示，使用強(qiáng)度相同的連續(xù)光譜中的由紅到紫等色光按順序照射光電管陰極，電流表G有示數(shù)，且均達(dá)到最大值，在螺線管外懸套一金屬線圈，線圈中能產(chǎn)生感應(yīng)電流的是(　　) A．紫光照射時(shí) B．紅光照射時(shí) C．改變照射光顏色的過程中 D．各種色光均可以產(chǎn)生感應(yīng)電流 答案：C 解析：只有線路中產(chǎn)生變化的電流時(shí)，才能在金屬線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電流，所以C能產(chǎn)生感應(yīng)電流。 5.(河北邢臺(tái)一中xx～xx學(xué)年高二下學(xué)期檢測)如圖所示的光電管研究光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)中，用某種頻率的單色光a照射光電管陰極K，電流計(jì)G的指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)．而用另一頻率的單色光b照射光電管陰極K時(shí)，電流計(jì)G的指針不發(fā)生偏轉(zhuǎn)，那么(　　) A．a(chǎn)光的頻率一定小于b光的頻率 B．增加b光的強(qiáng)度可能使電流計(jì)G的指針發(fā)生偏轉(zhuǎn) C．用a光照射光電管陰極K時(shí)通過電流計(jì)G的電流是由d到c D．只增加a光的強(qiáng)度可使通過電流計(jì)G的電流增大 答案：D 解析：用某種頻率的單色光a照射光電管陰極K，電流計(jì)G的指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)，知a光頻率大于金屬的極限頻率，用另一頻率的單色光b照射光電管陰極K時(shí)，電流計(jì)G的指針不發(fā)生偏轉(zhuǎn)，知b光的頻率小于金屬的極限頻率，所以a光的頻率一定大于b光的頻率，故A錯(cuò)誤。增加b光的強(qiáng)度，仍然不能發(fā)生光電效應(yīng)，電流計(jì)指針不偏轉(zhuǎn)，故B錯(cuò)誤。電流的方向與負(fù)電荷定向移動(dòng)的方向相反，用a光照射光電管陰極K時(shí)通過電流計(jì)G的電流是由c到d，故C錯(cuò)誤。增加a光的強(qiáng)度，則單位時(shí)間內(nèi)發(fā)出的光電子數(shù)目增多，通過電流計(jì)的電流增大，故D正確。 6.如圖所示，一個(gè)質(zhì)量為m1＝50kg的人抓在一只大氣球下方，氣球下面有一根長繩。氣球和長繩的總質(zhì)量為m2＝20kg，長繩的下端剛好和水平面接觸。當(dāng)靜止時(shí)人離地面的高度為h＝5m。如果這個(gè)人開始沿繩向下滑，當(dāng)他滑到繩下端時(shí)，他離地面高度是(可以把人看作質(zhì)點(diǎn))(　　) A．5m B．3.6m C．2.6m D．8m 答案：B 解析：當(dāng)人滑到繩下端時(shí)，如圖所示，由動(dòng)量守恒，得m1＝m2，且h1＋h2＝h。解得h1＝1.4m；所以他離地高度H＝h－h(huán)1＝3.6m，故選項(xiàng)B正確。 7．一束復(fù)色光從玻璃界面MN射向空氣時(shí)分成a，b，c三束，如圖所示，三束光相比較可以判定(　　) A．在玻璃中c光束的速度最大 B．在玻璃中a光束的速度最大 C．b光束的光子能量最大 D．若b光束照射光電管恰能發(fā)生光電效應(yīng)，那么c光束照射光電管時(shí)也一定能發(fā)生光電效應(yīng) 答案：BD 解析：從玻璃射入空氣的光線，偏折大的頻率高，故c光束的頻率高，a光束的頻率低，同時(shí)，頻率高的光線在玻璃中的速度小，頻率低的光線在玻璃中的速度大；光子的能量又取決于其頻率，頻率高的能量大。 8．現(xiàn)代物理學(xué)認(rèn)為，光和實(shí)物粒子都具有波粒二象性。下列事實(shí)中突出體現(xiàn)波動(dòng)性的是(　　) A．一定頻率的光照射到鋅板上，光的強(qiáng)度越大，單位時(shí)間內(nèi)鋅板上發(fā)射的光電子就越多 B．肥皂液是無色的，吹出的肥皂泡卻是彩色的 C．質(zhì)量為10－3kg、速度為10－2m/s的小球，其德布羅意波長約為10－28m，不過我們能清晰地觀測到小球運(yùn)動(dòng)的軌跡 D．人們常利用熱中子研究晶體的結(jié)構(gòu)，因?yàn)闊嶂凶拥牡虏剂_意波長與晶體中原子間距大致相同 答案：BD 解析：光子照到鋅板上，發(fā)生光電效應(yīng)，說明光有粒子性，A不正確。白光在肥皂泡上發(fā)生薄膜干涉時(shí)，會(huì)出現(xiàn)彩色條紋，光的干涉現(xiàn)象說明了光有波動(dòng)性，B正確。由于實(shí)物的波長很小，波動(dòng)性不明顯，表現(xiàn)為粒子性，C不正確。用熱中子研究晶體結(jié)構(gòu)，其實(shí)是通過中子的衍射來“觀察”晶體，是利用中子的波動(dòng)性，D正確。故選BD。 9.(紹興一中xx～xx學(xué)年高二下學(xué)期期末)N為鎢板，M為金屬網(wǎng)，它們分別與電池的兩極相連，各電池的電動(dòng)勢和極性如圖所示，已知金屬鎢的逸出功為4.5eV?，F(xiàn)分別用不同能量的光子照射鎢板(各光子的能量已在圖上標(biāo)出)，那么如圖中，沒有光電子到達(dá)金屬網(wǎng)的是(　　) 答案：AC 解析：加反向電壓時(shí)，只要入射光電子的能量hν≥W0＋eU，即有光電子到達(dá)金屬網(wǎng)，將各數(shù)值代入上式可判D選項(xiàng)中光電子能到達(dá)金屬網(wǎng)；B選項(xiàng)加正向電壓，且入射光電子能量大于逸出功，所以有光電子到達(dá)金屬網(wǎng)。綜上所述，A、C選項(xiàng)符合題意。 10.(襄州一中、棗陽一中、宜城一中、曾都一中xx～xx學(xué)年高二下學(xué)期期中聯(lián)考)如圖所示，長木板A放在光滑的水平面上，質(zhì)量為m＝4kg的小物體B以水平速度v＝2m/s滑上原來靜止的長木板A的上表面，由于A、B間存在摩擦，之后A、B速度隨時(shí)間變化情況如圖乙所示，取g＝10m/s2，則下列說法正確的是(　　) A．木板A獲得的動(dòng)能為2J B．系統(tǒng)損失的機(jī)械能為2J C．木板A的最小長度為2m D．A、B間的動(dòng)摩擦因數(shù)為0.1 答案：AD 解析：由圖象可知，木板獲得的速度為v＝1m/s，A、B組成的系統(tǒng)動(dòng)量守恒，以B的初速度方向?yàn)檎较?，由?dòng)量守恒定律得：mv0＝(M＋m)v，解得：木板A的質(zhì)量M＝4kg，木板獲得的動(dòng)能為：Ek＝Mv2＝2J，故A正確；系統(tǒng)損失的機(jī)械能ΔE＝mv－mv2－Mv2，代入數(shù)據(jù)解得：ΔE＝4J，故B錯(cuò)誤；由圖得到：0～1s內(nèi)B的位移為xB＝(2＋1)1m＝1.5m，A的位移為xA＝11m＝0.5m，木板A的最小長度為L＝xB－xA＝1m，故C錯(cuò)誤；由圖象可知，B的加速度：a＝－1m/s2 ，負(fù)號(hào)表示加速度的方向，由牛頓第二定律得：μmBg＝mBa，代入解得μ＝0.1，故D正確。 第Ⅱ卷(非選擇題　共60分) 二、填空題(共3小題，共18分。把答案直接填在橫線上) 11．(5分)(撫州市四校xx～xx學(xué)年高二下學(xué)期期中聯(lián)考) 如圖所示，一靜電計(jì)與鋅板相連，在A處用一紫光燈照射鋅板，關(guān)燈后，指針保持一定偏角。 (1)現(xiàn)用一帶負(fù)電的金屬小球與鋅板接觸，則靜電計(jì)指針偏角將________。(填“增大”、“減小”或“不變”) (2)使靜電計(jì)指針回到零，再用相同強(qiáng)度的鈉燈發(fā)出的黃光照射鋅板，靜電計(jì)指針無偏轉(zhuǎn)，那么，若改用強(qiáng)度更大的紅外線照射鋅板，可觀察到靜電計(jì)指針________(填“有”或“無”)偏轉(zhuǎn)。 答案：(1)減小　(2)無 解析：(1)鋅板在紫外線照射下，發(fā)生光電效應(yīng)現(xiàn)象，有光電子飛出，鋅板帶正電；將一帶負(fù)電的金屬球與鋅板接觸，將鋅板上的正電荷中和一部分，鋅板正電荷減少，則靜電計(jì)指針偏角將減小。 (2)要發(fā)生光電效應(yīng)現(xiàn)象，照射光的頻率必須大于被照射金屬的極限頻率，而與照射光的強(qiáng)度無關(guān)。用黃光照射，靜電計(jì)指針無偏轉(zhuǎn)，即不能發(fā)生光電效應(yīng)現(xiàn)象。當(dāng)改用強(qiáng)度更大的紅外線照射時(shí)，因?yàn)榧t外線的頻率比黃光低，所以用紅外線照射更不能發(fā)生光電效應(yīng)現(xiàn)象，靜電計(jì)指針無偏轉(zhuǎn)。 12．(6分)氣墊導(dǎo)軌工作時(shí)能夠通過噴出的氣體使滑塊懸浮從而基本消除掉摩擦力的影響，因此成為重要的實(shí)驗(yàn)器材，氣墊導(dǎo)軌和光電門、數(shù)字毫秒計(jì)配合使用能完成許多實(shí)驗(yàn)。 現(xiàn)提供以下實(shí)驗(yàn)器材：(名稱、圖象、編號(hào)如圖所示) 利用以上實(shí)驗(yàn)器材還可以完成“驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律”的實(shí)驗(yàn)。為完成此實(shí)驗(yàn)，某同學(xué)將實(shí)驗(yàn)原理設(shè)定為：m1v0＝(m1＋m2)v (1)針對(duì)此原理，我們應(yīng)選擇的器材編號(hào)為：________。 (2)在我們所選的器材中：________器材對(duì)應(yīng)原理中的m1(填寫器材編號(hào))。 答案：(1)ABC　(2)B 13．(7分)用如圖所示裝置來進(jìn)行探究碰撞的不變量的實(shí)驗(yàn)，質(zhì)量為mB的鋼球B放在小支柱N上，球心離地面高度為H；質(zhì)量為mA的鋼球A用細(xì)線拴好懸掛于O點(diǎn)，當(dāng)細(xì)線被拉直時(shí)O點(diǎn)到球心的距離為L，且細(xì)線與豎直線之間夾角為α。球A由靜止釋放，擺到最低點(diǎn)時(shí)恰與球B發(fā)生正碰，碰撞后，A球把輕質(zhì)指示針C推移到與豎直線夾角為β處，B球落到地面上，地面上鋪有一張覆蓋有復(fù)寫紙的白紙D，用來記錄球B的落點(diǎn)。保持α角度不變，多次重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)，在白紙上記錄到多個(gè)B球的落地點(diǎn)。 (1)圖中s應(yīng)是B球初始位置到________的水平距離。 (2)為了探究碰撞中的守恒量，應(yīng)測得________等物理量。 (3)用測得的物理量表示：mAvA＝____________；mAv′A＝________；mBv′B＝________。 答案：(1)B球落地點(diǎn)　(2)mA、mB、L、α、β、H、s (3)mA，mA，mBs 解析：本題需要求解出A、B碰撞前、后的速度。B碰撞前靜止，碰后做平拋運(yùn)動(dòng)，要求其平拋運(yùn)動(dòng)的初速度則需了解B碰后的水平位移，則s為B球的初始位置到落地點(diǎn)的水平距離，由平拋運(yùn)動(dòng)的知識(shí)可得B碰后的速 度為v′B＝＝。由機(jī)械能守恒定律可得A碰前的速度為vA＝，同理可得A碰后的速度為v′A＝。顯然需要測得的物理量有：mA、mB、L、α、β、H、s。 三、論述計(jì)算題(共4小題，共42分。解答應(yīng)寫出必要的文字說明、方程式和重要演算步驟，只寫出最后答案不能得分，有數(shù)值計(jì)算的題，答案中必須明確寫出數(shù)值和單位) 14．(9分)光子的動(dòng)量p與能量E的關(guān)系為p＝。靜止的原子核放出一個(gè)波長為λ的光子。已知普朗克常量為h, 光在真空中傳播的速度為c，求： (1)質(zhì)量為M的反沖核的速度為多少？ (2)反沖核運(yùn)動(dòng)時(shí)物質(zhì)波的波長是多少？ 答案：(1)　(2)λ 解析：(1)光子的動(dòng)量為p，由動(dòng)量守恒定律知反沖核的動(dòng)量大小也為p。 ∴p＝＝Mv ∴v＝ (2)反沖核的物質(zhì)波波長λ′＝＝λ。 15．(10分)如圖所示，甲、乙兩船的總質(zhì)量(包括船、人和貨物)分別為10m、12m，兩船沿同一直線同一方向運(yùn)動(dòng)，速度分別為2v0、v0。為避免兩船相撞，乙船上的人將一質(zhì)量為m的貨物沿水平方向拋向甲船，甲船上的人將貨物接住，求拋出貨物的最小速度。(不計(jì)水的阻力) 答案：4v0 解析：設(shè)乙船上人拋出貨物的最小速度大小為vmin，拋出貨物后船的速度為v1，甲船上的人接到貨物后船的速度為v2， 據(jù)動(dòng)量守恒定律得 12mv0＝11mv1－mvmin① 10m2v0－mvmin＝11mv2② 為避免兩船相撞應(yīng)滿足v1＝v2③ 聯(lián)立①②③式得vmin＝4v0 16．(11分)(河北邢臺(tái)一中xx～xx學(xué)年高二下學(xué)期檢測)如圖所示，陰極材料由鋁制成，已知鋁的逸出功為W0，現(xiàn)用波長為λ的光照射鋁的表面，使之產(chǎn)生光電效應(yīng)，已知電子的電量為e，普朗克常量為h，真空中光速為c。求： (1)光電子的最大初動(dòng)能； (2)電壓表示數(shù)至少為多大時(shí)電流表示數(shù)才為零； (3)若射出的具有最大初動(dòng)能的光電子與一靜止的電子發(fā)生正碰，則碰撞中兩電子電勢能增加的最大值是多少？ 答案：(1)h－W0　(2)－　(3)(－W0) 解析：(1)最大初動(dòng)能Ek＝h－W0 (2)電壓表示數(shù)至少為eUc＝Ek＝h－W0 解得：Uc＝－ (3)要使電勢能最大，即二者為完全非彈性碰撞，設(shè)碰前速度為v，碰后二者共速為v′，則： mv2＝h－W0① mv＋0＝2mv′② mv2＋0＝E電＋2mv′2③ 由①②③解得：E電＝(－W0) 17．(12分)(臨沂市部分重點(diǎn)中學(xué)xx～xx學(xué)年高二下學(xué)期聯(lián)考)如圖所示，水平地面上靜止放置一輛小車A，質(zhì)量mA＝4 kg，上表面光滑，小車與地面間的摩擦力極小，可以忽略不計(jì)?？梢暈橘|(zhì)點(diǎn)的物塊B置于A的最右端，B的質(zhì)量mB＝2 kg?，F(xiàn)對(duì)A施加一個(gè)水平向右的恒力F＝10 N，A運(yùn)動(dòng)一段時(shí)間后，小車左端固定的擋板與B發(fā)生碰撞，碰撞時(shí)間極短，碰后A、B粘合在一起，共同在F的作用下繼續(xù)運(yùn)動(dòng)，碰撞后經(jīng)時(shí)間t＝0.6 s，二者的速度達(dá)到vt＝2 m/s.求 (1)A開始運(yùn)動(dòng)時(shí)加速度a的大?。? (2)A、B碰撞后瞬間的共同速度v的大小； (3)A的上表面長度l。 答案：(1)2.5m/s2　(2)1m/s　(3)0.45m 解析：(1)以A為研究對(duì)象，由牛頓第二定律有 F＝mAa① 代入數(shù)據(jù)得 a＝2.5m/s2② (2)對(duì)A、B碰撞后共同運(yùn)動(dòng)t＝0.6s的過程，由動(dòng)量定理得 Ft＝(mA＋mB)vt－(mA＋mB)v③ 代入數(shù)據(jù)解得 v＝1m/s④ (3)設(shè)A、B發(fā)生碰撞前，A的速度為vA，對(duì)A、B發(fā)生碰撞的過程，由動(dòng)量守恒定律有 mAvA＝(mA＋mB)v⑤ A從開始運(yùn)動(dòng)到與B發(fā)生碰撞前，由動(dòng)能定理有 Fl＝mAv⑥ 由④⑤⑥式，代入數(shù)據(jù)解得 l＝0.45m