1、 第 1页（共 18页） 全 国卷物理 3-5真题 参考答案与试题解析 一选择题（共 5小题） 1（ 2015黑龙江模拟）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（ ） 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 a 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 【分析】 本题是物理学史问题，根据密立根、贝克勒
2、尔、居里夫妇、卢瑟福、汤姆孙等人对物理学发展的贡献进行解答 【解答】 解： A、密立根通过油滴实验测得了基本电荷的数值 e1.610 19C，故 A正确； B、贝克勒尔通过对天然放射性现象的研究，证明原子核有复杂结构， 粒子散射实验说明原子中存在原子核，故 B错误； 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，故 C 正确； D、卢瑟福通过 粒子散射实验，证实了原子是由原子核和核外电子组成的，而不能说明原子核内存在质子，故 D 错误； 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，并测出该粒子的比荷，故 E 正确 故选： ACE
3、 【点评】 解决本题的关键是掌握原子物理学史，记牢著名科学家的物理学成就 2（ 2014海南）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 【分析】 同一束光的光子能量相同，不同的金属，逸出功不同，根据光电效应方程 Ekm=hv W0 判断光电子最大初动能的大小 【解答】 解：同一束光照射不同的金属，一定相同的是入射光的光子能量，不同的金属，逸出功不同，根据光电效应方程 Ekm=hv W0 知，最大初动能不同，则遏止电压不同；同一束光照射，光中的光子数目相
4、等，所以饱和光电流是相同的 故选： ACD 【点评】 解决本题的关键知道不同的金属逸出功不同，以及掌握光电效应方程 Ekm=hv W0 3（ 2014山东模拟）关于原子核的结合能，下列说法正确的是（ ） 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 第 2页（共 18页） 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（ Cs）的结合能小于铅原子核（ Pb）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 【分析】 比结合能：原子核结合能对其中所有核子的平均值，亦即若把原子核
5、全部拆成自由核子，平均对每个核子所要添加的能量用于表示原子核结合松紧程度 结合能：两个或几个自由状态的粒子结合在一起时释放的能量自由原子结合为分子时放出的能量叫做化学结合能，分散的核子组成原子核时放出的能量叫做原子核结合能 【解答】 解： 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， A 正确； B、一重原子核衰变成 粒子和另一原子核，要释放能量，衰变产物的结合能之和一定大于原来重核的结合能，故 B正确； C、铯原子核与原子核都是中等质量的原子核，铯原子核（ Cs）的比结合能比铅原子核（ Pb）的比结合能略大，而铅原子核中的核子数比铯原子核的核子数多一半，所以铯原子 核（ Cs
6、）的结合能一定小于铅原子核（ Pb）的结合能，故 C 正确； D、比结合能越大，原子核越稳定， D 错误； E、自由核子组成原子核时，其质量亏损所对应的能量等于该原子核的结合能， E 错误； 故选： ABC 【点评】 本题考查了结合能和比结合能的区别，注意两个概念的联系和应用 4（ 2013海南）原子核 Th 具有天然放射性，它经过若干次 衰变和 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（ ） A Pb B Pb C Po D Ra E Ra 【分析】 经过 衰变后，电荷数少 2，质量数少 4，经过 衰变后，质量数不变，电荷数多1 【解答】 解： A、
7、Pb 与原子核 Th 相比，质量数少 28，知经历了 7 次 衰变，电荷数少 8，知经历了 6 次 衰变故 A正确 B、因为 衰变质量数不变，质量数变化由 衰变产生，则质量数从 232 不可能变为 203故B错误 C、 Po 与原子核 Th 相比，质量数少 16知经历了 4 次 衰变，电荷数少 6，知经历了 2 次 衰变故 C 正确 第 3页（共 18页） D、 Ra 与原子核 Th 相比，质量数少 8，知经历了 2 次 衰变，电荷数少 2，知经历了 2 次 衰变故 D 正确 E、 Ra 与原子核 Th 相比，质量数少 6，不是 4 的倍数故 E 错误 故选 ACD 【点评】 解决本题的关键知
8、道 衰变、 衰变实质，抓住电荷数守恒、质量数守恒分析 5（ 2012海南）（模块 3 5）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 （ ） 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 【分析】 根据光电效应方程 Ekm=hv W0 进行分析 【解答】 解： A、光电子的最大初动能与入射光的强度无关故 A正确 B、根据光电效应方程 Ekm=hv W0= ，对于同
9、种金属，逸出功相同，知最大初动能与入射光的波长不成正比故 B错误 C、最大初动能与照射光的时间无关故 C 错误 D、根据光电效应方程 Ekm=hv W0 知，同种金属，逸出功相等，则最大初动能与入射光的频率成线性关系故 D 正确 E、对于不同的金属，逸出功不同，若照射光的频率不变，根据光电效应方程 Ekm=hv W0知， Ek 与金属的逸出功成线性关系故 E 正确 故选 ADE 【点评】 解决本题的关键掌握光电效应方程 Ekm=hv W0，知道最大初动能与入射光的强度和照射时间无关 二填空题（共 6小题） 6（ 2016广东模拟）在某次光电效应实验中，得到的遏止电压 Ue 与入射光的频率 v
10、的关系如图所示，若该直线的斜率和截距分别为 k 和 b，电子电荷量的绝对值为 e，则普朗克常量可表示为 ek ，所用材料的逸出功表示为 eb 【分析】 由爱因斯坦光电效应方程 EK=h W 去分析图象中所包含的对解题有用的物理信息，图象与纵轴 和横轴交点分别表示普朗克常量和金属的极限频率 【解答】 解：根据爱因斯坦光电效应方程 EK=h W，任何一种金属的逸出功 W 一定，说明 EK 随频率 f 的变化而变化，且是线性关系（与 y=ax+b 类似），直线的斜率等于普朗克恒量，由于： EK=eUe 所以： eUe=h W， 由图可得 Ue=k+（ b） 第 4页（共 18页） 其中 b 表示直线
11、在 y 轴上的截距， 整理得： h=ek； EK=hf W， EK=0 时有 h0 W=0，所以逸出功 W= eb 故答案为： ek， eb 【点评】 本题考查了爱因斯坦光电效应方程 EK=h W，注意将有关的物理知识 和数学的图线联系起来，培养用数学知识解决物理物体 7（ 2015海南）氢原子基态的能量为 E1= 13.6eV大量氢原子处于某一激发态由这些氢原子可能发出的所有光子中，频率最大的光子能量为 0.96E1，频率最小的光子的能量为 0.31 eV（保留 2 位有效数字），这些光子可具有 10 种不同的频率 【分析】 能级间跃迁辐射的光子能量等于两能级间的能级差，根据能级差的大小求出
12、辐射的最小和最大光子能量，从而判断哪个能级间跃迁辐射的光子频率最大，波长最短 【解答】 解：氢原子基态的能量为 E1= 13.6eV大量氢原子处于某一激发态 由这些氢原子可能发出的所有光子中，频率最大的光子能量为 0.96E1，即跃迁到最高能级能量 E=0.04E1= 0.544eV，即处在 n=5 能级； 频率最小的光子的能量为 E= 0.544eV（ 0.85eV） =0.31eV， 根据 =10，所以这些光子可具有 10 种不同的频率 故答案为： 0.31； 10 【点评】 解决本题的关键知道能级间跃迁满足的规律，能级差越大，辐射的光子能量越大，光子频率越大，波长越小 8（ 2015济南
13、二模）一质子束入射到能止靶核 AI 上，产生如下核反应： P+ AIX+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 14 ，中子数为 13 【分析】 根据电荷数守恒、质量数守恒，得出新核的质子数和中子数 【解答】 解：质子的电荷数为 1，质量数为 1，中子的电荷数为 0，质量数为 1根据电荷数守恒、质量数守恒， X 的质子数为 1+13 0=14，质量数为 1+27 1=27因为质量数等于质子数和中子数之和，则新核的中子数为 27 14=13 故答案为： 14 13 【点评】 解决本题的关键知道在核反应方程 中电荷数守恒、质量数守恒，以及
14、知道常见粒子的电荷数和质量数 9（ 2014吉安二模） 选修 3 5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： H+ H He+x，式中 x 是某种粒子已知： H H、 He 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 中子 ，该反应释放出的能量为 17.6 MeV（结果保留 3 位有效数字） 【分析】 由核电荷数与质量数守恒可以判断出 x 粒子是哪种粒子； 先求出质量亏损，然后由质能方程可以求出释放的能量 【解答】 解：由核电荷数守恒
15、可知， x 粒子的核电荷数为： 1+1 2=0， 由质量数守恒可知， x 粒子的质量数为： 2+3 4=1，则 x 粒子是 或中子； 第 5页（共 18页） 核反应过程中释放的能量为 E= mc2=17.6MeV； 故答案为：中子； 17.6 【点评】 应用核电荷数与质量数守恒、质能方程是正确解题的关键 10（ 2015克拉玛依校级模拟）在光电效应实验中，某金属的截止频率相应的波长为 0，该金属的逸出功为 若用波长为 （ 0）的单色光做该 实验，则其遏止电压为 已知电子的电荷量、真空中的光速和普朗克常量分别为 e、 c 和 h 【分析】 逸出功 W0=hc，根据该公式求出金属逸出功的大小根据光
16、电效应方程，结合Ekm=eU 求出遏止电压的大小 【解答】 解：金属的逸出功 根据光电效应方程知： ，又 Ekm=eU，则遏止电压 U= 故答案为： ， 【点评】 解决本题的关键掌握光电效应方程，以及掌握最大初动能与遏止电压的关系 11（ 2008海南）某考古队发现一古生物骸骨考古专家根据骸骨中 的含量推断出了该生物死亡的年代已知此骸骨中 的含量为活着的生物体中 的 ， 的半衰期为 5730 年该生物死亡时距今约 11460 年 【分析】 此骸骨中 的含量为活着的生物体中 的 ，说明正好经过两个半衰期时间 【解答】 解：该核剩下 ，说明正好经过两个半衰期时间，故该生物死亡时距今约 25730年
17、 =11460 年 （ 11460 或 1.0104 1.2104 均可） 故答案为： 11460 【点评】 该题考查半衰期的相关计算，可以根据质量关系： 来计算该题中质量关系 ，故非常简单，可以列出公式，也可以不列出公式 三解答题（共 16小题） 第 6页（共 18页） 12 （ 2016枣庄校级模拟）如图，在足够长的光滑水平面上，物体 A、 B、 C 位于同一直线上， A点位于 B、 C 之间， A的质量为 m， B、 C 的质量都为 M，三者均处于静止状态，现使 A以某一速度向右运动，求 m 和 M 之间应满足什么条件，才能使 A只与 B、 C 各发生一次碰撞设物体间的碰撞都是弹性的 【
18、分析】 该题中 A与 C 的碰撞过程以及 A与 B的碰撞的过程都是弹性碰撞，将动量守恒定律与机械能守恒定律相结合即可正确解答 【解答】 解： A向右运动与 C 发生碰撞的过程中系统的动量守恒、机械能守恒，选取向右为正方向，设开始时 A的速度为 v0，第一次与 C 碰撞后 C 的速度为 vC1， A的速度为 vA1由动量守恒定律、机械能守恒定律得： mv0=mvA1+MvC1 联立 得： 可知，只有 m M 时， A才能被反向弹回，才可能与 B发生碰撞 A与 B碰撞后 B的速度为 vB1， A的速度为 vA2由动量守恒定律、机械能守恒定律，同理可得： = 根据题意要求 A只与 B、 C 各发生一
19、次碰撞，应有： vA2vC1 联立 得： m2+4mM M20 解得： ，（另一解： 舍去）所以 m 与 M 之间的关系应满足： 答： m 和 M 之间应满足 ，才能使 A只与 B、 C 各发生一次碰撞 【点评】 本题考查了水平方向的动量守恒定律问题，分析清楚物体运动过程、应用动量守恒定律、能量守恒定律即可正确解题 13（ 2015海南）运动的原子核 X 放出 粒子后变成静止的原子核 Y已知 X、 Y和 粒子的质量分别是 M、 m1 和 m2，真空中的光速为 c， 粒子的速度远小于光速求反应后与反应前的总动能之差以及 粒子的动能 【分析】 反应后与反应前的总动能之差等于产生的核能，根据爱因斯坦
20、质能方程求解 应用动量守恒和能量守恒定律，列式求解衰变后的各自动能 【解答】 解：由于反应后存在质量亏损，所以反应前后总动能之差等于质量亏损而释放的核能，则根据爱因斯坦质能方程得 Ek= =（ M m1 m2） c2； 反应过程中三个粒子组成的系统动量守恒，则有 Mvx=m2v ； 第 7页（共 18页） 联立解得 粒子的动能 = （ M m1 m2） c2； 答：反应后与反应前的总动能之差为（ M m1 m2） c2， 粒子的动能为 （ M m1 m2） c2 【点评】 本题考查了原子核的衰变，要掌握在核反应过程中，遵循两大守恒：动量守恒和能量守恒，并能灵活运用 14（ 2014 春 海伦市
21、校级期末）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 tB=3.500ms，碰撞前后打出的纸带如图（ b）所示
22、 若实验允许的相对误差绝对值（ | |100%）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 【分析】 根据图示纸带求出滑块的速度，然后求出碰撞前后的动量，根据题目要求判断动量是否守恒 【解答】 解：打点计时器的打点时间间隔 t= = =0.02s， 由图（ b）所示纸带可知，碰撞前 A的速度： vA= = =2m/s， 碰撞后 A的速度 vA= =0.97m/s， 碰撞后 B的速度： vB= = 2.86m/s， 碰撞前后系统总动量分别为： 第 8页（共 18页） p=m1vA=0.312=0.62kgm/s， p=m1vA+m2vB=0.310.97+0.1082.
23、860.61kgm/s， 绝对误差： | |100%=| |100%1.6% 5%， 由此可知，在误差范围内验证了动量守恒定律 答：在误差范围内验证了动量守恒定律，证明过程如上所述 【点评】 本题考查了验证动量守恒定律实验，由纸带求出滑块速度是正确解题的关键、应用动量计算公式即可正确解题 15（ 2014海南）一静止原子核发生 衰变，生成一 粒子 及一新核， 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 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 【分析】 根据带电粒子在匀强磁场中洛伦兹力提供向心力，求得 粒
24、子的速度，再结合动量守恒定律和质能方程即可求得衰变前原子核的质量 【解答】 解：设衰变产生的 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： 0=MV mv 设衰变前原子核质量为 M0，衰变前后能量守恒，有： 以上三式解得： 答：衰变前原子核的质量为 【点评】 该题将带电粒子在磁场中的圆周运动与动量守恒定律和质能方程结合在一起，要理清它们之间的关系，确定要使用的公式 16（ 2015湖南模拟）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（弹簧左侧的挡板质量不计）设 A以速度 v0 朝 B运动，
25、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 （ 1）整个系统损失的机械能； （ 2）弹簧被压缩到最短时的弹性势能 【分析】 （ 1） A、 B接触的过程中动量守恒，根据动量守恒定律求出当 AB 速度相同时的速度大小， B与 C 接触的瞬间， B、 C 组成的系统动量守恒，求出碰撞瞬间 BC 的速度，根据能量守恒求出整个系统损失的机械能 （ 2）当整个系统速度相同时，弹簧压缩到最短，根据动量守恒定律，求出三者共同的速度，A、 B、 C 损失的机械能一部分转化为 B、 C 碰撞产生的内能，
26、一部分转化为弹簧的弹性势能，根据能量守恒求出弹簧被压缩到最短时的弹性势能 第 9页（共 18页） 【解答】 解：（ 1）对 A、 B接触的过程中，由动量守恒定律得， mv0=2mv1，解得 B与 C 接触的瞬间， B、 C 组成的系统动量守恒，有： 解得 系统损失的机械能为 = （ 2）当 A、 B、 C 速度相同时，弹簧的弹性势能最大 根据动量守恒定律得， mv0=3mv 解得 v= 根据能量守恒定律得，弹簧的最大弹性势能 = 答：（ 1）整个系统损失的机械能为 （ 2）弹簧被压缩到最短时的弹性势能为 【点评】 本题综合考查了动量守恒定律和能量守恒定律，综合性较强，关键合理地选择研究的系统，
27、运用动量守恒进行求解 17（ 2014和平区三模）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 ， 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 【分析】 碰撞过程中 A、 B组成的系统动量守恒，结合动量守恒定律和动能定理，抓住停止时相距的距离，表示出出碰撞后的 A、 B的速度，结合能量守恒定律求解 【解答】 解：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
28、，由能量守恒定律和动量守恒定律得 mv2= mv12+ 2mv22， mv=mv1+2mv2，式中，以碰撞前木块 A的速度方向为正 联立解得： v1= v2 设碰撞后 A和 B运动的距离分别为 d1 和 d2， 由动能定理得 mgd1= mv12 （ 2m） gd2= 2mv22 第 10页（共 18页） 按题意有： d=d2+d1 设 A的初速度大小为 v0，由动能定理得 mgd= mv2 mv02 联立解得： 答： A的初速度的大小是 【点评】 本题综合考查了动量守恒定律、动能定理、能量守恒定律，综合性较强，对学生的能力要求较高，需加强这方面的训练 18（ 2013海南）如图，光滑水平面上
29、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 【分析】 碰撞过程遵守动量守恒定律，由动量守恒定律求出每次碰撞后共同体的速度，动能的损失为碰撞前的动能与碰撞后动能之差 【解答】 解：设每个物体的质量为 m， A的初速 度为 v0取向右方向为正方向 第一次碰撞过程中，系统的动量守恒，则有 mv0 2mv1=0，得 v1= ，动能的损失为 Ek1= = 第二次碰撞过程中，系统的动量守恒，则有 2mv1 3mv2=0，得 v2= ，动能的损失为 E
30、k2= = 故前后两次碰撞中损失的动能之比 Ek1： Ek2=3： 1 答：前后两次碰撞中损失的动能之比为 3： 1 【点评】 本题关键要掌握碰撞过程的基本规律：系统的动量守恒进行分析和计算 19（ 2012琼山区校级模拟） 选修 3 5 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 【分析】 （ 1） b 球下摆过程中，只有重力做功，由动能定理可以求出碰前 b 球的速度；碰撞过程中动量守恒，由动量守恒定律列方程，两球向左摆动过程中，机械能守恒，由机械能守恒定律或动能定理列方程，解方程组可以求出两球质量之比 （ 2）求出碰撞过程 中机械能的损失，求出碰前 b 求的动能，然后求出能量之比
