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阶段滚动检测卷(八)　热学　原子物理
(时间:75分钟　分值:100分)
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·黑龙江哈尔滨模拟)2023年8月25日,“中国环流三号”托卡马克装置首次实现100万安培等离子体电流下的高约束模式运行,是我国核能开发进程中的重要里程碑。该模式下的核反应方程之一为HeHHe+X,反应中释放出γ光子,下列说法正确的是(　　)
A.该核反应属于裂变反应
B.该核反应方程中的X为中子
C.He的比结合能大于H的比结合能
D.γ光子的静止质量为0,所以它的动量也为0
2.(2025·安徽马鞍山模拟)如图所示,两根粗细相同、两端开口的直玻璃管A和B,竖直插入同一水银槽中,各用一段水银柱封闭着一定质量同温度的空气,空气柱长度H1>H2,水银柱长度h1>h2,今使封闭气柱降低相同的温度(大气压保持不变),则两管中气柱上方水银柱的移动情况是(　　)
A.A管向上移动,B管向下移动
B.A管向下移动,B管向上移动
C.均向下移动,A管移动较多
D.均向上移动,A管移动较多
3.(2025·重庆模拟)“自热火锅”加热时既不用火也不插电,利用加热层中的发热包遇水反应释放热量为其中的食物加热,其结构可简化如图所示。加热过程中(　　)
A.能闻到米饭的香味是因为气体分子的布朗运动
B.若不慎堵住透气孔,则食材层内气体压强增大
C.食材层内所有气体分子的速率均增大
D.食材层内气体分子热运动的平均动能保持不变
4.原子处于磁场中,某些能级会发生劈裂,某种原子能级劈裂前后的部分能级图如图所示,相应能级跃迁放出的光子分别设为①②③④。若用①照射某金属表面时能发生光电效应,且逸出光电子的最大初动能为Ek,则(　　)
A.①和③的能量相等
B.②的频率大于④的频率
C.用②照射该金属一定能发生光电效应
D.用④照射该金属逸出光电子的最大初动能小于Ek
5.(2025·浙江杭州模拟)用如图所示装置研究光电效应现象。某单色光照射光电管阴极K,能发生光电效应。闭合S,在A和K间加反向电压,调节滑动变阻器的滑片逐渐增大电压,直至电流计中电流恰好为零,此电压表示数U称为反向遏止电压。根据U可计算光电子的最大初动能Ekm。分别用频率为ν1和ν2的单色光照射阴极,测得的反向遏止电压分别为U1和U2设电子质量为m,电荷量为e,则下列关系式中不正确的是(　　)
A.频率为ν1的光照射时,光电子的最大初速度是
B.阴极K金属的逸出功W=hν1-eU1
C.阴极K金属的极限波长小于
D.普朗克常数h=
6.如图是氢原子的能级,一群处于基态的氢原子吸收某频率光子能量后跃迁到了n=4能级,很快这些氢原子开始向下跃迁,放出不同频率的光,这些光照射在逸出功为3.34 eV的锌板上,已知可见光的光子能量范围为1.62 eV到3.11 eV,下列说法正确的是(　　)
A.吸收的光子能量可能大于12.75 eV
B.跃迁时,最多能发出6种不同频率的可见光
C.存在可以使锌板发生光电效应的可见光
D.锌板表面逸出光电子的最大初动能为9.41 eV
7.(2025·安徽马鞍山开学考)如图所示,一定质量的理想气体,从状态a分别经历a→b和a→c→b两个变化过程,其中a→b为双曲线,状态b、c的体积相同,则(　　)
A.状态a的内能大于状态b
B.状态c的温度低于状态b
C.a→b过程中气体对外界做功比a→c→b过程做功少
D.c→b过程中气体吸收热量
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,全部选对得6分,选对但不全的得3分,有选错的得0分。
8.如图所示为某一定质量的理想气体循环过程的p-V图像。B→C为等压过程,D→A为等容过程,A→B和C→D为等温过程。关于该循环过程中,下列说法正确的是(　　)
A.A状态气体的温度高于C状态
B.C→D过程气体向外界放出热量
C.整个循环过程中,B状态单位时间内碰撞单位面积器壁的分子数最多
D.从A状态开始,经过一个顺时针循环再回到A状态,气体要从外界吸收热量
9.如图所示,圆柱形光滑汽缸顶部开一小孔,用活塞封闭一定质量的理想气体,活塞用细线悬挂在天花板上。开始时活塞与汽缸顶部接触,气体的温度为2T0。现让气体的温度缓慢降低,当活塞与汽缸顶部的距离为汽缸高度的四分之一时,气体的温度为T0。已知汽缸的质量为M、横截面积为S,外界大气压强为p0,重力加速度为g。下列说法正确的是(　　)
A.当汽缸顶部与活塞分离时,气体的温度为T0
B.当汽缸顶部与活塞分离时,气体的温度为T0
C.开始时气体的压强为
D.开始时气体的压强为
10.静止在O点的C原子核发生衰变的同时,空间中加入如图所示的匀强电场。之后衰变产物A、B两粒子的运动轨迹OA、OB如图虚线所示,不计重力和两粒子间的相互作用,下列说法正确的是(　　)
A.A、B两粒子均带正电
BC原子核发生的是α衰变
C.A粒子为Be
D.衰变后瞬间A、B粒子速度比为5∶2
三、非选择题:本题共5小题,共54分。
11.(7分)使用如图甲装置做“探究气体压强与体积的关系”的实验,已知压力表通过细管与注射器内的空气柱相连,细管隐藏在柱塞内部未在图中标明。
(1)为了探究压强p与体积V的关系,在测得需要的实验数据后,为达到“探究”的实验目的,用图像法进行数据分析,从下列选项中选出需要的步骤并按顺序排列　　　　(4分)。
A.作p-V图像,根据画出的图线猜测p与V的关系
B.作p- 图像,根据画出的图线猜测p与V的关系
C.作p-V图像,对p与V关系的猜测进行检验
D.作p- 图像,对p与V关系的猜测进行检验
E.检验正确,得出p与V关系的结论
(2)第1小组为了探究一定质量的气体在不同温度时发生等温变化是否遵循相同的规律,进行了两次实验,得到的p-V图像如图乙所示。第2小组根据某次实验数据作出的V-图如图丙所示。下列说法正确的是　　　　(3分)。
A.实验前应将注射器里的空气完全排出
B.为了减少实验误差,可以在柱塞上涂上润滑油,以减少摩擦
C.由图乙可知,第1小组的两次实验气体温度大小关系为T1>T2
D.如图丙所示,若第2小组实验操作正确,则V0为联通空气柱与压力表细管的体积
12.(9分)某同学设计了一种测温装置,其结构如图甲所示,玻璃泡A内封有一定质量的气体,与A相连的细管B插在水银槽中,管内水银面的高度x即可反映泡内气体的温度,即环境温度,并可由B管上的刻度直接读出,设B管的体积与A泡的体积相比可略去不计。该同学在某大气压下提供不同的环境温度对B管进行温度刻度,测量获得的数据及B管上的温度刻度如下表所示:
环境温度t/℃ -27 0 27 54 81 100
汞柱高x/cm 25.8 20.4 15 9.6 4.2 0.4
温度刻度t/℃ -27 0 27 54 81 100
该同学将上表中环境温度t(℃)和汞柱高x(cm)的数据输入图形计算器,绘制出x-T图像,如图乙所示。
(1)根据图像提供的信息,水银柱高度x随环境热力学温度T变化的函数关系式为　　　　　　(4分)(x的单位为cm,T的单位为K)。
(2)根据图像和测温装置推断出实验时的大气压强值p0相当于　　　　(3分)cm水银柱产生的压强。
(3)由于大气压要随季节和天气的变化,所以用这种测温装置来测量温度不可避免地会产生误差,若有一次测量时大气压p0'比上述大气压p0低,那么此次测出的温度测量值与其实际的真实值相比是　　　　(2分)(选填“偏大”或“偏小”)。
13.(10分)如图所示,某实验小组将带刻度的导热容器放在水平地面上,用质量为m的活塞密封一部分气体,活塞能无摩擦滑动,这样就改装成一个“温度计”。当活塞静止在距容器底为h1时,气体的温度为T1。已知容器的横截面积为S,高度为3h1,重力加速度为g,大气压强恒为p0。求:
(1)(5分)该温度计能测量的最高温度Tm;
(2)(5分)当气体从外界吸收热量Q后,活塞由h1位置缓慢上升到容器最高点的过程中,气体内能的变化量ΔU。
14.(12分)真空压缩袋是抽走空气利用大气压压缩物体的一种袋子,主要用于装棉被、各种衣服等,具有防潮、防霉、防蛀、防异味的特点。某同学设计了一个活塞式抽气机,对容积为V0的容器进行抽气,如图所示,a、b为单向阀门,容器内的初始压强为大气压强p0,活塞式抽气机的容积为V0,活塞的横截面积为S,不计活塞的重力,抽气过程中气体温度不变。
(1)(6分)对于第一次抽气,活塞上提,求手对活塞的最大拉力;
(2)(6分)求抽气10次后,容器中剩余气体的压强为多少
15.(16分)“人造太阳”主要是将氘核聚变反应释放的能量用来发电。已知氘H)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,已知质量亏损为1 u时,释放的能量为931.5 MeV,除了计算质量亏损外,He核的质量可以认为是中子的3倍。
(1)(3分)写出该核反应方程;
(2)(6分)该核反应释放的核能为多少(结果保留3位有效数字);
(3)(7分)若两个氘核以相同的动能Ek=0.35 MeV正碰而发生核聚变,同时释放出一对向相反方向运动的光子,每个光子的能量为0.5 MeV,求生成的He核的动能(结果保留2位有效数字)。
阶段滚动检测卷(八)　热学　原子物理
1.C　[该反应是核聚变反应并释放出大量的能量,由比结合能小的方向向比结合能大的方向进行,则He的比结合能大于H的比结合能,故A错误,C正确;由电荷数守恒和质量数守恒可知,该核反应方程中的X的电荷数为1,质量数为1,则X为质子,故B错误;由康普顿效应可知p=,γ光子的动量不为0,故D错误。]
2.C　[管内封闭气柱的压强恒等于外界大气压与水银柱因自身重力而产生的压强之和,因外界大气压不变,则管内气体做等压变化,并由此推知,封闭气柱下端的水银柱高度不变。根据盖-吕萨克定律可知=,整理可得ΔV=V,因A、B两管中的封闭气体初温相同,温度变化ΔT也相同,且ΔT<0,则有ΔV<0,即A、B两管中的封闭气体体积均减小,又因为H1>H2,初始时A管中气体体积较大,所以ΔVA>ΔVB,即A管中气体长度减少得多一些,故两管中气柱上方水银柱均向下移动,A管中水银柱移动较多,故C正确。]
3.B　[能闻到米饭的香味是因为气体分子的扩散运动,故A错误;若不慎堵住透气孔,体积不变,根据查理定律=C可知,温度升高,气体压强增大,故B正确;加热过程,温度升高,食材层内气体分子的平均速率增大,平均动能也增大,但不是所有分子速率均增大,故C、D错误。]
4.A　[由题图可知跃迁时放出的光子①和③均由同一高能级跃迁到同一低能级,又释放的能量等于两能级的能量差,所以①和③的能量相等,A正确;由题图可知②的能量比④的能量小,则由公式E=hν可知,②的频率小于④的频率,B错误;用①照射某金属表面时能发生光电效应现象,但由于②的能量小于①,所以用②照射该金属时不一定能发生光电效应,C错误;用①照射某金属时逸出光电子的最大初动能为Ek,由于④的能量大于①,则由Ek=hν-W0可知,用④照射该金属逸出光电子的最大初动能一定大于Ek,D错误。]
5.C　[光电子在电场中做减速运动,根据动能定理得-eU1=0-mvm12,解得光电子的最大初速度vm1=,故A正确;根据爱因斯坦光电效应方程得eU1=hν1-W,eU2=hν2-W,解得金属的逸出功W=hν1-eU1,联立得h=,故B、D正确;根据题意可知,用频率为ν1的单色光照射阴极,能发生光电效应,则极限频率小于ν1,则金属的极限波长大于,故C错误。]
6.D　[处于低能级的氢原子只能吸收能量值为对应两个能级能量差值的光子,从而跳跃到较高的能级。显然一群处于基态的氢原子吸收某频率光子能量后跃迁到了n=4 能级,吸收光子的最大能量值为ΔEmax=E4-E1=-0.85 eV-(-13.6)eV=12.75 eV,故A错误;由题意可知跃迁时,最多能发出=6种不同频率的光,但是只有4→2,3→2释放的光子为可见光,故B错误;可见光的光子能量范围为
1.62 eV 到3.11 eV ,均小于逸出功为3.34 eV 的锌板。根据发生光电效应的条件,可知不存在可以使锌板发生光电效应的可见光,故C错误;跃迁时,释放的光子中,4→1释放出光子的能量最大,为12.75 eV,根据爱因斯坦光电效应方程,可得用该光照射锌板时,锌板表面逸出光电子的最大初动能最大,为Ekm=12.75 eV-3.34 eV=9.41 eV,故D正确。]
7.C　[气体从a→b为双曲线,是等温变化,则状态a的内能等于状态b,故A错误;气体从c→b是等容变化,根据=C(常数)可知,气体的压强减小则温度降低,所以状态c的温度高于状态b,故B错误;根据W=pΔV,可知p-V 图像与坐标轴所围面积表示气体做功,因此由题图可知a→b过程中气体对外界做功比a→c→b过程做功少,故C正确;气体从c→b是等容变化,气体对外不做功,即W=0,并且由选项B知温度降低,内能减小,ΔU<0,由热力学第一定律有ΔU=Q+W,可得Q<0,即气体向外界放热,故D错误。]
8.CD　[依题意,C→D为等温过程,则TC=TD,D→A为等容过程,则=,又pD>pA,则TD>TA,可得TC>TA,即A状态气体的温度低于C状态,故A错误;由题图可知从C到D,理想气体体积增大,对外界做功,C→D为等温过程,内能不变,根据热力学第一定律ΔU=Q+W可知,C→D过程气体从外界吸收热量,故B错误;由题图可知,整个循环过程中,理想气体在B状态时,压强最大,体积最小,所以体积单位时间内碰撞单位面积器壁的分子数最多,故C正确;p-V图像中图线与横轴围成的面积代表功,可知整个过程气体对外界做功大于外界对气体做功,即W<0,又ΔU=0,根据ΔU=W+Q,可知Q>0,气体要从外界吸收热量,故D正确。]
9.AC　[当汽缸顶部与活塞分离到活塞与汽缸顶部的距离为汽缸高度的四分之一时,气体为等压降温过程,则有=,解得T1=T0,故A正确,B错误;气体从活塞与汽缸顶部接触到汽缸顶部与活塞分离,气体的体积不变,温度降低,压强减小,则=,对汽缸,有p2S+Mg=p0S,联立解得p1=,故C正确,D错误。]
10.ABC　[根据A、B两粒子的运动轨迹,可知其所受静电力均与电场方向相同,A、B两粒子均带正电C原子核发生的是α衰变,故A、B正确;该核反应方程为C→BeHe,衰变过程,由动量守恒有mAvA-mBvB=0,可知质量越大,速度越小,则Be的初速度小于He的初速度,粒子在磁场中做类平抛运动,则有x=vt,y=t2,解得y=,可知当两粒子竖直方向的位移相等时Be粒子的水平位移较小,A粒子为Be,故C正确;衰变过程,由动量守恒定律有mAvA-mBvB=0,可得衰变后瞬间A、B粒子速度比为vA∶vB=2∶5,故D错误。]
11.答案　(1)ADE　(2)CD
解析　(1)根据实验原理可作p-V图像,根据画出的图线猜测p与V的关系,再作p-图像,对p与V关系的猜测进行检验,检验正确,得出p与V关系的结论。故选ADE。
(2)实验是以注射器内的空气为研究对象,所以实验前注射器内的空气不能完全排出,故A错误;为了减少实验误差,可以在柱塞上涂上润滑油,以保证气密性良好,故B错误;根据理想气体状态方程pV=CT可知,离坐标原点越远的等温线温度越高,则有T1>T2,故C正确;设联通空气柱与压力表细管的体积为V',则有p(V+V')=C,整理可知V=C-V',根据图像可知V0为联通空气柱与压力表细管的体积,故D正确。
12.答案　(1)x=75-0.2T　(2)75　(3)偏大
解析　(1)由题图像看出汞柱高x随环境温度T变化函数的斜率为k=-=-0.2,所以关系式为x=75-0.2T。
(2)当T=0时,由x=75-0.2T可知,x=75 cm,大气压强值p0相当于75 cm水银柱产生的压强。
(3)大气压强p0'比上述大气压p0低,那么图像的斜率减小,测量的温度值偏大。
13.答案　(1)3T1　(2)Q-2(mg+p0S)h1
解析　(1)因为p不变,根据盖-吕萨克定律,有
=
解得Tm=3T1。
(2)对活塞,由平衡条件,有pS=mg+p0S
根据热力学第一定律ΔU=Q-pS·2h1
解得ΔU=Q-2(mg+p0S)h1。
14.答案　(1)p0S　(2)p0
解析　(1)对于第一次抽气,活塞上提,容器中气体均匀分散到抽气机和容器中,设气体压强降为p1,据玻意耳定律有
p0V0=p1,解得p1=p0
根据平衡条件得,手对活塞的最大拉力为
F1=(p0-p1)S=p0S。
(2)对于第二次抽气,活塞上提,容器中气体均匀分散到抽气机和容器中,设气体压强降为p2,据等温变化规律有p1V0=p2
解得p2=p0
依次类推,第10次抽气后容器中气体压强为
p10=p0=p0。
15.答案　(1HHHen　(2)3.26 MeV　(3)0.74 MeV
解析　(1)核反应满足质量数和电荷数守恒,该核反应的反应方程式为HHHen。
(2)该核反应的质量亏损
Δm=(2×2.013 6-1.008 7-3.015 0)u=0.003 5u
该核反应释放的核能ΔE=0.003 5×931.5 MeV≈3.26 MeV。
(3)两个氘核正碰而发生核聚变过程,满足动量守恒,设中子的质量为m,中子的速度大小为v1He核的质量为3mHe核的速度大小为v2,一个光子能量E0=0.5 MeV
由于碰撞前的总动量为零,则有mv1=3mv2
根据能量守恒定律可得
m+×3m=ΔE+2Ek-2E0=2.96 MeV
联立解得生成的He核的动能为
×3m=0.74 MeV。

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