期末学业水平检测（同步练习）-【学而思·PPT课件分层练习】2025-2026学年高二物理选择性必修第三册（教科版）

期末学业水平检测 一、单项选择题(本题共7小题,每小题4分,共28分。每小题只有一个选项符合题目要求) 1.2025年4月21日,全球能源互联网发展合作组织与国家气候中心联合发布《2025年全球新能源发电年景预测报告》。能源问题是当今世界最为重要的问题之一,热力学的研究对能源利用率的提高起到了关键作用,为热机的设计与制造提供了足够的理论支持。关于热机和热力学定律,以下表述正确的是(　　) A.第二类永动机并没有违背能量守恒定律,故热机的效率可能达到100% B.因为能量是守恒的,随着科技的发展,能量可以循环利用,从而可以解决能源危机问题 C.一切自发过程总是沿着分子热运动的无序性增大的方向进行 D.热力学第二定律可表述为“不可能使热量由低温物体传递到高温物体” 2.关于下列四幅图中所涉及物理知识的论述中,正确的是(　　) 甲 乙 丙 丁 A.甲图中,由两分子间作用力随距离变化的关系图线可知,当两个相邻的分子间距离为r0时,它们间相互作用的引力和斥力均为零 B.乙图中,由一定质量的氧气分子分别在不同温度下速率分布情况,可知温度T1<T2 C.丙图中,在固体薄片上涂上石蜡,用烧热的针接触其上一点,从石蜡熔化情况可判定固体薄片必为非晶体 D.丁图中,液体表面层分子间的相互作用表现为斥力,正是因为斥力才使得水黾可以停在水面上 3.关于下列四幅图的说法正确的是(　　) 原子中的电子绕原子核高速运转　　光电效应实验 电子束通过铝箔时的衍射图样　　　　　α粒子散射实验 A.玻尔的原子结构理论认为,电子绕核运行的轨道半径是任意的 B.光电效应产生的条件为光强大于临界值 C.电子束通过铝箔时的衍射图样证实了运动电子具有波动性 D.发现少数α粒子发生了较大偏转,说明金原子质量大而且很坚硬 4.某次铀核裂变反应方程为UnBaKr+n。反应产生的中子可能击中其他铀原子核从而引发链式反应,用mU、mBa、mKr分别表示U、BaKr核的质量,mn表示中子的质量,c为真空中的光速,下列说法正确的是(　　) A.链式反应能否发生跟铀原料的体积无关 B.裂变产物Ba的比结合能大于U的比结合能 C.该核反应过程中质量有所增加 D.该核反应中放出的核能为(mU-mBa-mKr-3mn)c2 5.某班级用于消毒的喷壶示意图如图所示。闭合阀门K,向下压压杆A,可向瓶内储气室充气,多次充气后按下按柄B打开阀门K,消毒液会自动经导管从喷嘴处喷出。储气室内气体可视为理想气体,充气和喷液过程中温度均保持不变,则下列说法正确的是(　　) A.充气过程中储气室内气体分子数增多且分子运动剧烈程度增加 B.喷液过程中,储气室内气体对外界做功并吸收热量 C.充气过程中,储气室内气体内能不变 D.喷液过程中,储气室内气体分子对器壁单位面积的平均作用力增大 6.如图所示,一定质量的理想气体,由状态a经过a→b过程到达状态b或a→c过程到达状态c。设气体在状态b和状态c的温度分别为Tb和Tc,在a→b和a→c过程中吸收的热量分别为Qab和Qac,则下列说法正确的是(　　) A.Tb>Tc,Qab>Qac　　　　　B.Tb>Tc,Qab<Qac C.Tb=Tc,Qab>Qac　　　　　D.Tb=Tc,Qab<Qac 7.以下说法中正确的是(　　) 　　　　 　　　　 A.甲图是α粒子散射实验示意图,当探测器在a、b、c、d中的d位置时接收到的α粒子数量最多 B.乙图是氢原子的能级示意图,氢原子从n=2能级跃迁到n=4能级时放出了一定能量的光子 C.丙图是光电效应实验示意图,无光照射时验电器指针不张开,当有紫外线照射锌板时,验电器的指针张开一定角度,此时验电器的金属杆带正电荷 D.爱因斯坦在研究黑体辐射的基础上,提出了量子理论,丁图是描绘两种温度下黑体辐射强度与波长的关系图 二、多项选择题(本题共3小题,每小题6分,共18分。每小题有多个选项符合题目要求,全部选对的得6分,选对但不全的得3分,有选错的得0分) 8.下列说法中正确的是(　　) A.一个氢原子从n=4激发态跃迁到基态最多能发出3种不同频率的光子 B.用能量等于氘核结合能的光子照射静止氘核,不可能使氘核分解为一个质子和一个中子 CTh的半衰期是24天,48个Th核经过72天后一定剩下6个Th核 D.各种原子吸收光谱中的每一条暗线都跟这种原子的发射光谱中的一条亮线相对应 9.如图所示,粗细均匀、内壁光滑的细长直玻璃管一端开口,另一端连接球形玻璃容器,一段长为L=19 cm的水银柱将容器中的理想气体封闭。装置被固定,细长直玻璃管竖直开口向上,被封闭的理想气体的温度为T0=300 K,体积为V0。现缓慢向玻璃管中加入水银,水银柱长度变为原来的2倍(水银未进入球形容器),已知大气压强为p0=76 cmHg,重力加速度为g,下列说法正确的是　(　　) A.水银柱长度变为原来的2倍,理想气体的压强也变为原来的2倍 B.将封闭的理想气体的温度增加60 K,其体积才能保持不变 C.加入水银后,让容器竖直向下做匀加速直线运动(细长直玻璃管竖直开口向上),并保持气体的体积V0、温度T0不变,则气体的压强为114 cmHg D.加入水银后,让容器竖直向下做匀加速直线运动(细长直玻璃管竖直开口向上),并保持气体的体积V0、温度T0不变,则容器的加速度大小为 10.如图所示是氢原子光谱的两条谱线,图中给出了谱线对应的波长及氢原子的能级图,已知普朗克常量h=6.63×10-34 J·s,电子电荷量e=1.6×10-19 C,则(　　) A.Hα谱线对应光子的能量小于Hβ谱线对应光子的能量 B.若两种谱线对应的光子都能使某种金属发生光电效应,则Hα谱线对应光子照射到该金属表面时,形成的光电流较小 C.Hα谱线对应光子的能量为1.89 eV D.Hα谱线对应的光子是氢原子从n=4能级跃迁到n=3能级发出的 三、非选择题(本题共5小题,共54分) 11.(8分)为了让学生理解微观分子大小的测量方法及其在纳米技术中的应用,老师设计实验,让学生通过油膜法测量磷脂分子的直径(磷脂双分子层是构成生物膜的基本支架,磷脂分子具有亲水头部和疏水尾部,在水面上能形成单分子膜)。 实验器材有: 透明培养皿;微量移液管(最小精度为0.01 mL);磷脂乙醇溶液;痱子粉(或石膏粉,用于显示油膜边界);坐标纸(最小方格边长为1 mm) 实验步骤如下: (1)溶液配制:用微量移液管取0.100 mL纯磷脂,溶于99.9 mL无水乙醇,配制成稀释1 000倍的磷脂乙醇溶液(总体积为100 mL)。乙醇的作用是帮助磷脂在水面快速扩散,挥发后仅留磷脂分子。 (2)油膜制备:向培养皿中倒入蒸馏水,水面高度约2 mm,均匀撒上一层薄痱子粉(避免粉粒过厚导致油膜无法展开)。用微量移液管取15滴稀释后的磷脂乙醇溶液的体积为0.050 mL,滴在水面中央,等待乙醇完全挥发(约1分钟),形成稳定油膜。 (3)面积测量:将透明胶片置于培养皿上方,描绘油膜边界。将画有油膜轮廓的透明胶片放在坐标纸上,数出方格数目,对于不满一格的部分按大于半格计1格、小于半格不计原则统计,总格数N=800格,则油膜总面积是S=　　　m2。  (4)数据计算:每滴溶液中含磷脂的体积V=　　　cm3(结果保留2位有效数字),代入数据可得磷脂分子的直径d=　　　nm(1 nm=10-9 m,结果保留1位小数)。  (5)实际测量中,若油膜未完全展开(存在重叠区域),则计算出的分子直径会偏　　(填“大”或“小”)。  甲 12.(8分)如图甲为某校物理学习小组的同学“用DIS研究温度不变时一定质量的气体压强与体积关系”的实验装置。 (1)实验装置中与注射器直接相连的传感器叫作　　　　传感器;  (2)某次实验中,注射器的示数如图乙所示,可知注射器内封闭气体的体积为　　　　　　;  乙 (3)在某次实验中,该小组的同学分别在室内和室外(室内温度高于室外温度)进行了实验,则实验结果的p-V图线可能为　　　;(图中实线为在室内实验得到的p-V图线,虚线为在室外实验得到的p-V图线)  A　B　C　D (4)在某次实验中,小组的一位同学迅速地推动注射器的活塞,则较短的时间内注射器内封闭气体的内能将　　　　(填“不变”“变大”或“变小”)(注射器内气体可看作理想气体)。  13.(10分)如图甲为研究光电效应的电路图,用某光束进行实验时发现,当Uab大于12 V时电流表示数将保持不变,而当Uab= -12.5 V时,电流表示数恰好为零,已知电子电荷量为e =1.6×10-19 C,普朗克常量为h=6.63×10-34 J·s,真空中的光速c = 3.0×108 m/s,则: (1)阴极K处的金属表面逸出的光电子的最大初动能为多少电子伏? (2)若以上述最大初动能逸出的光电子轰击大量处于基态的氢原子,氢原子可以全部或部分地吸收光电子的能量,从而到达激发态,则这些处于激发态的氢原子最多可放出几种光子?这几种光子中最长波长为多少?(图乙为氢原子能级图,保留2位有效数字) 14.(12分)已知氘核的质量为2.013 6 u,中子的质量为1.008 7 uHe核的质量为3.015 0 u。两个速率相等的氘核对心碰撞聚变成He并放出一个中子,释放的核能也全部转化为机械能。(质量亏损为1 u时,释放的能量为931.5 MeV。除了计算质量亏损外He的质量可以认为是中子的3倍) (1)写出该核反应的方程式; (2)该核反应释放的核能是多少? (3)若测得反应后生成中子的动能是3.12 MeV,则反应前每个氘核的动能是多少兆电子伏? 15.(16分)如图所示,下端开口、上端封闭的汽缸固定在倾角为θ=30°的斜面上,汽缸长度足够长。两个横截面积均为50 cm2、质量均为5 kg的导热薄活塞封闭有A、B两部分理想气体,两个活塞之间连有劲度系数为250 N/m、原长为20 cm的轻弹簧。开始时,气体温度为27 ℃,A部分气柱的长度为6 cm,B部分气柱长度为10 cm。现启动内部加热装置(图中未画出),将气体缓慢加热到727 ℃。已知外界大气压强恒为p0=1×105 Pa,活塞与汽缸壁接触处光滑且密闭性良好,热力学温度与摄氏温度之间的关系为T=(t+273)K。求: (1)A部分气体初始状态的压强; (2)加热后A部分气柱的长度和该过程A气体所吸收的热量(已知初始时A气体的内能为900 J,且气体内能与温度成正比); (3)加热后B部分气柱的长度。 答案全解全析 1.C　第二类永动机并没有违背能量守恒定律,但根据热力学第二定律可知,热机的效率不可能达到100%,故A错误;虽然能量是守恒的,但由于使用后能量的品质降低,可利用的能源会越来越少,使能源危机仍然存在,我们在日常的生产生活中要养成节约能源的习惯,故B错误;由熵增原理可知,一切自发过程总是沿着分子热运动无序性增大的方向进行,故C正确;热力学第二定律可表述为“不可能使热量由低温物体传递到高温物体而不引起其他变化”,故D错误。故选C。 2.B　题图甲中,由两分子间作用力随距离变化的关系图线可知,当两个相邻的分子间距离为r0时,它们间相互作用的引力和斥力大小相等,合力为零,A错误;题图乙中,分子在T2温度下速率大的分子所占百分比较多,所以T2>T1,B正确;由题图丙可以看出某固体在导热性能上各向同性,可能是多晶体或者非晶体,C错误;题图丁中,水黾能在水面上不陷入水中,是液体表面张力的作用,D错误。 3.C　根据玻尔的原子结构理论可知,电子有确定的轨道,且轨道是量子化的,不是任意的,故A错误;光电效应产生的条件为入射光的频率大于等于极限频率,B错误;电子束通过铝箔时的衍射图样证实了电子具有波动性,C正确;α粒子散射实验发现少数α粒子发生了较大偏转,说明原子的绝大部分质量及全部电荷量集中在很小的空间范围,D错误。 4.B　链式反应能否发生跟铀原料是否达到临界体积有关,A错误;裂变产物Ba更稳定,其比结合能大于U的比结合能,B正确;该核反应过程中质量有亏损,放出能量,C错误;由质能方程知,该核反应中放出的核能为(mU-mBa-mKr-2mn)c2,D错误。 5.B　充气过程中储气室内气体分子数增多,但是充气过程中气体温度保持不变,则分子运动剧烈程度不变,故A错误;喷液过程中,储气室内气体对外界做功,W<0,喷液过程中温度保持不变,则气体的内能保持不变,ΔU=0,根据热力学第一定律ΔU=W+Q可知Q>0,则气体吸收热量,故B正确;充气过程中,储气室内气体温度不变,气体的总质量增大,分子数增多,故总能量增大,则内能增大,故C错误;喷液过程中,根据等温变化,可知气体的体积增大,压强减小,则储气室内气体分子对器壁单位面积的平均作用力减小,故D错误。 6.C　设气体在状态a时的温度为Ta,由题图可知Vc=Va=V0、Vb=2V0=2Va,从a到b是等压变化,有=,解得Tb=2Ta;从a到c是等容变化,有=,由于pc=2p0=2pa,解得Tc=2Ta,所以Tb=Tc,因为从a到c是等容变化过程,体积不变,气体不做功,故a→c过程增加的内能等于a→c过程吸收的热量;而a→b过程体积增大,气体对外做正功,由热力学第一定律可知a→b过程增加的内能小于a→b过程吸收的热量,Qac<Qab,C正确。 7.C　甲图中,当探测器在a、b、c、d中的d位置时接收到的α粒子数量最少,A错误;乙图中,氢原子从n=2能级跃迁到n=4能级时吸收了一定能量的光子,B错误;丙图中,紫外线照射锌板时,锌板因有电子逸出而带正电,验电器的指针张开一定角度,验电器的金属杆带正电荷,C正确;普朗克(不是爱因斯坦)在研究黑体辐射的基础上,提出了量子理论,D错误。故选C。 8.ABD　一个氢原子从n=4能级的激发态跃迁到基态最多能发出3种不同频率的光子,故A正确;用能量大于氘核结合能的光子照射静止氘核,才可能使氘核分解为一个质子和一个中子,因为分解后的质子和中子具有一定的动能,故B正确;半衰期是统计规律,不适用于少量原子核,故C错误;原子都是由原子核和核外电子组成的,但不同原子的原子结构不同,各种原子的原子光谱都有各自的特征谱线,原子吸收光谱中的每一条暗线都跟这种原子的发射光谱中的一条亮线相对应,故D正确。故选A、B、D。 9.BD　由题意可得p1=76 cmHg+19 cmHg=95 cmHg,p2=76 cmHg+2×19 cmHg=114 cmHg,则有=,A错误;由理想气体等容变化规律可得=,其中T0=300 K,可得ΔT=60 K,B正确;若让容器向下做匀加速直线运动,当气体的体积保持V0不变,温度也保持T0不变,则气体的压强为原始状态的压强p1=95 cmHg,C错误;设长度为2L的水银柱的质量为m,细玻璃管的横截面积为S,由牛顿第二定律可得p0S+mg-p1S=ma,设水银的密度为ρ,由p0S=ρSg×76 cm,结合m=ρS×2L=ρS×38 cm,p1=95 cmHg=p0,联立解得a=,D正确。 10.AC　Hα谱线的波长大于Hβ谱线的波长,故Hα谱线的频率较小,Hα谱线对应光子的能量小于Hβ谱线对应光子的能量,A正确;光强未知,无法确定光电流大小,B错误;Hα谱线对应光子的能量为E=h≈3.03×10-19 J≈1.89 eV,C正确;E4-E3=0.66 eV<1.89 eV,D错误。 11.答案　(3)8×10-4(2分)　(4)3.3×10-6(2分) 　4.1(2分) (5)大(2分) 解析　(3)已知坐标纸最小方格边长为1 mm,总格数N=800格,则S=N·S0=800×(1×10-3)2 m2=8×10-4 m2。 (4)15滴稀释后的磷脂乙醇溶液的体积为0.050 mL,而磷脂乙醇溶液稀释了1 000倍,所以每滴磷脂乙醇溶液中含磷脂的体积V=× mL≈3.3×10-6 mL=3.3×10-6 cm3;油膜可视为单分子膜,则d=≈4.1×10-9 m=4.1 nm。 (5)若油膜未完全展开(存在重叠区域),测量的油膜面积S偏小,V不变,由d=知计算出的分子直径d会偏大。 12.答案　(1)压强(2分)　(2)2.00 mL(2分)　(3)C(2分) (4)变大(2分) 解析　(1)实验装置中与注射器直接相连的传感器用于测量注射器内气体的压强,所以是压强传感器。 (2)注射器刻度的分度值为0.1 mL,所以此时注射器内封闭气体的体积为2.00 mL。 (3)当室内与室外的封闭气体体积相同时,由于室内的封闭气体温度较高,所以气体压强较大,由此可推知,室内气体的实验结果曲线应始终比室外气体的实验结果曲线高。故选C。 (4)在某次实验中,小组的一位同学迅速地推动注射器的活塞对气体做功,则较短的时间内,封闭气体还来不及与外界发生热交换,所以封闭气体的内能将变大。 13.答案　(1)12.5 eV　(2)3种　6.6×10-7 m 解析　(1)当Uab=-12.5 V时,电流表示数恰好为零,则有 eUab=0-Ek(2分) 可得阴极K处的金属表面逸出的光电子的最大初动能 Ek=12.5 eV。(2分) (2)根据题意可判断氢原子最多可跃迁至n=3能级,则最多可产生=3种光子。 (2分) 从n=3能级跃迁到n=2能级时放出的光子频率最小,波长最长(2分) E3-E2=,则有λmax== m≈6.6×10-7 m。(2分) 14.答案　(1)HHen　(2)3.26 MeV　(3)0.45 MeV 解析　(1)核反应方程为HHen。(2分) (2)核反应过程中的质量亏损为 Δm=2.013 6 u×2-3.015 0 u-1.008 7 u=0.003 5 u(2分) 则释放的核能为ΔE=Δmc2=0.003 5×931.5 MeV≈3.26 MeV。(2分) (3)设中子和He核的质量分别为m1、m2,速度分别为v1、v2,反应前每个氘核的动能为E0,反应后中子和He核的动能分别为E1、E2 根据动量守恒定律得m1v1-m2v2=0,所以==(1分) 由动能E=mv2得==×=(1分) 可得E2==×3.12 MeV=1.04 MeV(1分) 由能量守恒定律得E1+E2=2E0+ΔE(1分) 代入数据得E0=0.45 MeV。(2分) 15.答案　(1)9×104 Pa　(2)20 cm　2 163 J　(3)30 cm 解析　(1)将两活塞和弹簧看作整体,有pAS+2mg sin θ=p0S(1分) 解得pA=9×104 Pa。(1分) (2)加热后,对两活塞和弹簧整体有pA'S+2mg sin θ=p0S(1分) 则A部分气体做等压变化,由等压变化规律得=(1分) 又因为T1=(27+273)K=300 K,T2=(727+273)K=1 000 K(1分) 解得lA'=20 cm(1分) 初始时UA=900 J=cT1 加热后UA'=cT2=3 000 J(c为常数)(1分) 则有ΔU=UA'-UA=2 100 J(1分) A部分气体膨胀,外界对A部分气体做功为W=-pA·ΔlS=-63 J(1分) 由热力学第一定律可得ΔU=W+Q 联立解得Q=2 163 J。(1分) (3)初始时B部分气体长度为10 cm,则弹簧此时被压缩10 cm,对上方的导热活塞,有pAS+mg sin θ=kΔx+pBS(1分) 解得pB=9×104 Pa(1分) 加热后,B部分气体的长度即为弹簧现在长度,记为lB',对上方的导热活塞,有pA'S+mg sin θ+k(lB'-l0)=pB'S(1分) 又因为=(1分) 联立解得lB'=30 cm。(2分) 学科网（北京）股份有限公司 $