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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10﹣5m~10﹣11m,对应能量范围约为10﹣1eV~105eV)、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10﹣8m,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n=3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n=3能级跃迁到n=1能级比跃迁到n=2能级辐射的光子频率低

C.从n=3能级跃迁到n=4能级需吸收0.66eV的能量

D.n=3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,产生高杀伤力的α粒子和锂(Li)离子。这个核反应的方程是()

A.B+n→Li+He

B.B+He→N+n

C.N+He→O+H

D.N+n→C+H

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。

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

1

2

3

4.0

4.0

4.0

29

43

60

0.9

0.9

0.9

第二组

4

5

6

6.0

6.0

6.0

27

40

55

2.9

2.9

2.9

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1.9eV

D.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+N→O+X中,X表示的是()

A.质子 B.中子 C.电子 D.α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(1nm=10﹣9m)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h=6.6×10﹣34J•s,真空光速c=3×108m/s)()

A.10﹣21J B.10﹣18J C.10﹣15J D.10﹣12J

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α衰变。放射出的α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α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α衰变的核反应方程。

(2)α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α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)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10﹣5m~10﹣11m,对应能量范围约为10﹣1eV~105eV)、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10﹣8m,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104eV>13.6eV,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10﹣5m~10﹣11m,蛋白质分子的线度约为10﹣8m,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)氢原子能级示意如图。现有大量氢原子处于n=3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n=3能级跃迁到n=1能级比跃迁到n=2能级辐射的光子频率低

C.从n=3能级跃迁到n=4能级需吸收0.66eV的能量

D.n=3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hν=Em﹣En计算辐射出去的光子频率,然后比较频率大小;n=3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n=3能级跃迁到n=1最多可辐射出C=3种不同频率的光子,故A错误;

B.根据能级图可知从n=3能级跃迁到n=1能级辐射的光子能量为:hv1=13.6eV﹣1.51eV=12.09eV

从n=3能级跃迁到n=2能级辐射的光子能量为:hv2=3.4eV﹣1.51eV=1.89eV

比较可知从n=3能级跃迁到n=1能级比跃迁到n=2能级辐射的光子频率高,故B错误;

C.根据能级图可知从n=3能级跃迁到n=4能级,需要吸收的能量为:E=1.51eV﹣0.85eV=0.66eV,故C正确;

D.根据能级图可知氢原子处于n=3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α粒子和锂(Li)离子。这个核反应的方程是()

A.B+n→Li+He

B.B+He→N+n

C.N+He→O+H

D.N+n→C+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α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α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:B+n→Li+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。

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

1

2

3

4.0

4.0

4.0

29

43

60

0.9

0.9

0.9

第二组

4

5

6

6.0

6.0

6.0

27

40

55

2.9

2.9

2.9

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1.9eV

D.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Ek=hv﹣W,可得第一组实验对应金属板的逸出功为W=4.0eV﹣0.9eV=3.1eV,第二实验对应金属板的逸出功为W'=6.0eV﹣2.9eV=3.1eV,有W=W',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Ek=hv﹣W,可得逸出光电子的最大动能为Ek=5.0eV﹣3.1eV=1.9eV,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+N→O+X中,X表示的是()

A.质子 B.中子 C.电子 D.α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+N→O+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(1nm=10﹣9m)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h=6.6×10﹣34J•s,真空光速c=3×108m/s)()

A.10﹣21J B.10﹣18J C.10﹣15J D.10﹣12J

【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E==J=1.98×10﹣18J,故B正确,A、C、D错误。

故选: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α衰变。放射出的α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α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α衰变的核反应方程。

(2)α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α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;定量思想;推理法;带电

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