2017-2021年（5年）北京高考物理真题分类汇编：原子物理与核物理.docx

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1、北京高考物理真题分类汇编之原子物理与核物理一选择题（共6小题）1（2021北京）北京高能光源是我国首个第四代同步辐射光源，计划于2025年建成。同步辐射光具有光谱范围宽（从远红外到X光波段，波长范围约为105m1011m，对应能量范围约为101eV105eV）、光源亮度高、偏振性好等诸多特点，在基础科学研究、应用科学和工艺学等领域已得到广泛应用。速度接近光速的电子在磁场中偏转时，会沿圆弧轨道切线发出电磁辐射，这个现象最初是在同步加速器上观察到的，称为“同步辐射”。以接近光速运动的单个电子能量约为109eV，回旋一圈辐射的总能量约为104eV。下列说法正确的是（）A同步辐射的机理与氢原子发光的机

2、理一样B用同步辐射光照射氢原子，不能使氢原子电离C蛋白质分子的线度约为108m，不能用同步辐射光得到其衍射图样D尽管向外辐射能量，但电子回旋一圈后能量不会明显减小2（2020北京）氢原子能级示意如图。现有大量氢原子处于n3能级上，下列说法正确的是（）A这些原子跃迁过程中最多可辐射出2种频率的光子B从n3能级跃迁到n1能级比跃迁到n2能级辐射的光子频率低C从n3能级跃迁到n4能级需吸收0.66eV的能量Dn3能级的氢原子电离至少需要吸收13.6eV的能量3（2021北京）硼（B）中子俘获治疗是目前最先进的癌症治疗手段之一。治疗时先给病人注射一种含硼的药物，随后用中子照射，硼俘获中子后，产生高杀伤

3、力的粒子和锂（Li）离子。这个核反应的方程是（）AB+nLi+HeBB+HeN+nCN+HeO+HDN+nC+H4（2019北京）光电管是一种利用光照射产生电流的装置，当入射光照在管中金属板上时，可能形成光电流。表中给出了6次实验的结果。 组次入射光子的能量/eV相对光强光电流大小/mA逸出光电子的最大动能/eV第一组1234.04.04.0弱中强2943600.90.90.9第二组4566.06.06.0弱中强2740552.92.92.9由表中数据得出的论断中不正确的是（）A两组实验采用了不同频率的入射光B两组实验所用的金属板材质不同C若入射光子的能量为5.0eV，逸出光电子的最大动能为1

4、.9eVD若入射光子的能量为5.0eV，相对光强越强，光电流越大5（2018北京）在核反应方程He+NO+X中，X表示的是（）A质子B中子C电子D粒子6（2017北京）2017年年初，我国研制的“大连光源”极紫外自由电子激光装置，发出了波长在100nm（1nm109m）附近连续可调的世界上首个最强的极紫外激光脉冲，大连光源因其光子的能量大、密度高，可在能源利用、光刻技术、雾霾治理等领域的研究中发挥重要作用。一个处于极紫外波段的光子所具有的能量可以电离一个分子，但又不会把分子打碎。据此判断，能够电离一个分子的能量约为（取普朗克常量h6.61034Js，真空光速c3108m/s）（）A1021JB

5、1018JC1015JD1012J二计算题（共1小题）7（2017北京）在磁感应强度为B的匀强磁场中，一个静止的放射性原子核发生了一次衰变。放射出的粒子（）在与磁场垂直的平面内做圆周运动，其轨道半径为R以m、q分别表示粒子的质量和电荷量。（1）放射性原子核用表示，新核的元素符号用Y表示，写出该衰变的核反应方程。（2）粒子的圆周运动可以等效成一个环形电流，求圆周运动的周期和环形电流大小。（3）设该衰变过程释放的核能都转化为粒子和新核的动能，新核的质量为M，求衰变过程的质量亏损m。2017-2021年北京高考物理真题分类汇编之原子物理与核物理参考答案与试题解析一选择题（共6小题）1（2021北京）

6、北京高能光源是我国首个第四代同步辐射光源，计划于2025年建成。同步辐射光具有光谱范围宽（从远红外到X光波段，波长范围约为105m1011m，对应能量范围约为101eV105eV）、光源亮度高、偏振性好等诸多特点，在基础科学研究、应用科学和工艺学等领域已得到广泛应用。速度接近光速的电子在磁场中偏转时，会沿圆弧轨道切线发出电磁辐射，这个现象最初是在同步加速器上观察到的，称为“同步辐射”。以接近光速运动的单个电子能量约为109eV，回旋一圈辐射的总能量约为104eV。下列说法正确的是（）A同步辐射的机理与氢原子发光的机理一样B用同步辐射光照射氢原子，不能使氢原子电离C蛋白质分子的线度约为108m，

7、不能用同步辐射光得到其衍射图样D尽管向外辐射能量，但电子回旋一圈后能量不会明显减小【考点】氢原子的能级公式和跃迁【专题】定量思想；推理法；原子的能级结构专题；分析综合能力【分析】根据题中叙述分析“同步辐射”的原理，再结合能级跃迁分析A选项；使基态的氢原子电离需要的能量是13.6eV，由此分析B选项；比较光的波长与蛋白质分子的线度分析C选项；回旋一圈辐射的总能量约为104eV，占单个电子能量的十万分之一，由此分析D选项。【解答】解：A、速度接近光速的电子在磁场中偏转时，会沿圆弧轨道切线发出电磁辐射，这是“同步辐射”。处于激发态的原子是不稳定的，会自发地向能量较低的能级跃迁，放出光子，这是原子发光

8、的机理，二者发光的机理不同，故A错误；B、使基态的氢原子电离需要的能量是13.6eV，单个电子回旋一圈辐射的总能量约为104eV13.6eV，所以用同步辐射光照射氢原子，能使氢原子电离，故B错误；C、同步辐射光具有光谱范围宽（从远红外到X光波段，波长范围约为105m1011m，蛋白质分子的线度约为108m，可以用同步辐射光得到其衍射图样，故C错误；D、回旋一圈辐射的总能量约为104eV，占单个电子能量的十万分之一，所以电子回旋一圈后能量不会明显减小，故D正确。故选：D。【点评】本题主要是考查“同步辐射”和“能级跃迁”的区别，关键是知道二者产生的机理不同，知道光子能量的计算公式。2（2020北京

9、）氢原子能级示意如图。现有大量氢原子处于n3能级上，下列说法正确的是（）A这些原子跃迁过程中最多可辐射出2种频率的光子B从n3能级跃迁到n1能级比跃迁到n2能级辐射的光子频率低C从n3能级跃迁到n4能级需吸收0.66eV的能量Dn3能级的氢原子电离至少需要吸收13.6eV的能量【考点】氢原子的能级公式和跃迁【专题】定性思想；推理法；原子的能级结构专题；推理能力【分析】一群氢原子，向低能级跃迁时最多发出的光子种数为C；利用公式hEmEn计算辐射出去的光子频率，然后比较频率大小；n3能级的氢原子电离至少需要吸收1.51eV的能量。【解答】解：A大量氢原子处于n3能级跃迁到n1最多可辐射出C3种不同

10、频率的光子，故A错误；B根据能级图可知从n3能级跃迁到n1能级辐射的光子能量为：hv113.6eV1.51eV12.09eV从n3能级跃迁到n2能级辐射的光子能量为：hv23.4eV1.51eV1.89eV比较可知从n3能级跃迁到n1能级比跃迁到n2能级辐射的光子频率高，故B错误；C根据能级图可知从n3能级跃迁到n4能级，需要吸收的能量为：E1.51eV0.85eV0.66eV，故C正确；D根据能级图可知氢原子处于n3能级的能量为1.51eV，故要使其电离至少需要吸收1.51eV的能量，故D错误。故选：C。【点评】本题考查了氢原子的能级公式和跃迁。轨道量子化和能量量子化是量子力学的基础，是近代

11、物理学的巨大飞跃，学生要能通过简单的计算理解其意义。3（2021北京）硼（B）中子俘获治疗是目前最先进的癌症治疗手段之一。治疗时先给病人注射一种含硼的药物，随后用中子照射，硼俘获中子后，产生高杀伤力的粒子和锂（Li）离子。这个核反应的方程是（）AB+nLi+HeBB+HeN+nCN+HeO+HDN+nC+H【考点】爱因斯坦质能方程【专题】定性思想；推理法；重核的裂变和轻核的聚变专题；理解能力【分析】硼俘获中子后，产生高杀伤力的粒子和锂（Li）离子，由此进行分析。【解答】解：根据题意可知，硼俘获中子后，产生高杀伤力的粒子和锂（Li）离子，核反应过程中满足质量数守恒和电荷数守恒，所以该核反应方程为

12、：B+nLi+He，故A正确、BCD错误。故选：A。【点评】本题主要是核反应方程的书写方法，关键是根据题意弄清楚核反应情况，根据质量数守恒、电荷数守恒分析。4（2019北京）光电管是一种利用光照射产生电流的装置，当入射光照在管中金属板上时，可能形成光电流。表中给出了6次实验的结果。 组次入射光子的能量/eV相对光强光电流大小/mA逸出光电子的最大动能/eV第一组1234.04.04.0弱中强2943600.90.90.9第二组4566.06.06.0弱中强2740552.92.92.9由表中数据得出的论断中不正确的是（）A两组实验采用了不同频率的入射光B两组实验所用的金属板材质不同C若入射光子

13、的能量为5.0eV，逸出光电子的最大动能为1.9eVD若入射光子的能量为5.0eV，相对光强越强，光电流越大【考点】光电效应【专题】信息给予题；学科综合题；定性思想；定量思想；推理法；方程法；光电效应专题；理解能力；推理能力【分析】根据光子能量的大小分析是否为同频率的光子；根据光电效应方程求出两组实验中金属板的逸出功，从而确定是否为同种金属；根据光电效应方程分析光电子的最大初动能；根据表格数据分析光电流的大小与光的强度的关系。【解答】解：A第一组实验时，光子能量为4.0eV，第二组实验时，光子能量为6.0eV，可知两组实验采用了不同频率的入射光，故A正确；B根据光电效应方程EkhvW，可得第一

14、组实验对应金属板的逸出功为W4.0eV0.9eV3.1eV，第二实验对应金属板的逸出功为W6.0eV2.9eV3.1eV，有WW，则可知两组实验所用的金属板材质相同，故B错误；C若入射光子的能量为5.0eV，根据光电效应方程EkhvW，可得逸出光电子的最大动能为Ek5.0eV3.1eV1.9eV，故C正确；D由表格中的数据可知，在产生光电效应的前提下，对同种频率的入射光而言，入射光的强度越大，光电流越大，所以若入射光子的能量为5.0eV，相对光强越强，光电流越大，故D正确。本题选不正确的，故选：B。【点评】解决本题的关键掌握光电效应方程，知道同一种金属，逸出功相同，知道最大初动能与遏止电压的关

15、系，并能灵活运用，掌握光电流的大小与光的强度的大小关系。5（2018北京）在核反应方程He+NO+X中，X表示的是（）A质子B中子C电子D粒子【考点】原子核的人工转变【专题】定性思想；推理法；衰变和半衰期专题【分析】根据质量数和电荷数守恒求出x的电荷数和质量数，即可判断x是否表示电子、质子、还是中子。【解答】解：根据质量数和电荷数守恒，He+NO+X，X表示的是质子，故A正确，BCD错误。故选：A。【点评】本题比较简单，考查了核反应方程中的质量数和电荷数守恒的应用。6（2017北京）2017年年初，我国研制的“大连光源”极紫外自由电子激光装置，发出了波长在100nm（1nm109m）附近连续可

16、调的世界上首个最强的极紫外激光脉冲，大连光源因其光子的能量大、密度高，可在能源利用、光刻技术、雾霾治理等领域的研究中发挥重要作用。一个处于极紫外波段的光子所具有的能量可以电离一个分子，但又不会把分子打碎。据此判断，能够电离一个分子的能量约为（取普朗克常量h6.61034Js，真空光速c3108m/s）（）A1021JB1018JC1015JD1012J【考点】光的波粒二象性【专题】定量思想；推理法；光的波粒二象性和物质波专题【分析】根据光子波长，结合E求出光子具有的能量，确定能够电离一个分子能量的数量级。【解答】解：能够电离一个分子的能量为EJ1.981018J，故B正确，A、C、D错误。故选

17、：B。【点评】解决本题的关键知道光子能量与光子波长的关系，结合公式分析求解，基础题。二计算题（共1小题）7（2017北京）在磁感应强度为B的匀强磁场中，一个静止的放射性原子核发生了一次衰变。放射出的粒子（）在与磁场垂直的平面内做圆周运动，其轨道半径为R以m、q分别表示粒子的质量和电荷量。（1）放射性原子核用表示，新核的元素符号用Y表示，写出该衰变的核反应方程。（2）粒子的圆周运动可以等效成一个环形电流，求圆周运动的周期和环形电流大小。（3）设该衰变过程释放的核能都转化为粒子和新核的动能，新核的质量为M，求衰变过程的质量亏损m。【考点】带电粒子在匀强磁场中的运动【专题】计算题；学科综合题；定量思

18、想；推理法；带电粒子在磁场中的运动专题【分析】（1）由质量数守恒及电荷守恒写出核反应方程；（2）由粒子做圆周运动，洛伦兹力做向心力求得运动周期，进而根据一个周期通过的电量为粒子所带电荷量得到等效电流；（3）由（2）求得粒子的速度，再通过动量守恒求得新核的速度，进而求得两粒子的动能，即可得到衰变过程的核能，再由爱因斯坦质能方程即可求得质量亏损。【解答】解：（1）由质量数守恒及电荷守恒可得该衰变的核反应方程为+；（2）粒子做圆周运动，洛伦兹力做向心力，设圆周运动的速率为v，则有：，则圆周运动的周期；那么相当于环形电流在周期T内通过的电量为q，则等效环形电流大小；（3）因为衰变时间极短，且衰变时内力

19、远远大于外力，故认为在衰变过程中外力可忽略，则有动量守恒，设新核的速度为v，则有：mv+Mv0；由（2）可得：，所以，则衰变过程使两粒子获得动能；由于衰变过程，质量亏损产生的核能全部转化为粒子的动能，故衰变过程的质量亏损；答：（1）放射性原子核用表示，新核的元素符号用Y表示，则该衰变的核反应方程为+；（2）粒子的圆周运动可以等效成一个环形电流，则圆周运动的周期为，环形电流大小为；（3）设该衰变过程释放的核能都转化为粒子和新核的动能，新核的质量为M，则衰变过程的质量亏损m为损。【点评】带电粒子在磁场中的运动，一般由洛伦兹力做向心力，进而求得速度、半径、周期等问题，然后根据几何关系求得粒子运动轨迹，进而求解。第8页（共8页）学科网（北京）股份有限公司