2017-2021年（5年）北京高考物理真題分類匯編：原子物理與核物理

北京高考物理真題分類匯編之原子物理與核物理

選擇題（共6小題）

I.（2021?北京）北京高能光源是我國首個(gè)第四代同步輻射光源，計(jì)劃于2025年建成。同

步輻射光具有光譜范圍寬（從遠(yuǎn)紅外到X光波段，波長范圍約為?10nm,對(duì)應(yīng)

能量范圍約為10」eV?l（）5ev）、光源亮度高、偏振性好等諸多特點(diǎn)，在基礎(chǔ)科學(xué)研

究、應(yīng)用科學(xué)和工藝學(xué)等領(lǐng)域已得到廣泛應(yīng)用。速度接近光速的電子在磁場中偏轉(zhuǎn)時(shí)，

會(huì)沿圓弧軌道切線發(fā)出電磁輻射，這個(gè)現(xiàn)象最初是在同步加速器上觀察到的，稱為“同

步輻射”。以接近光速運(yùn)動(dòng)的單個(gè)電子能量約為109eV,回旋一圈輻射的總能量約為

104eVo下列說法正確的是（）

A.同步輻射的機(jī)理與氫原子發(fā)光的機(jī)理一樣

B.用同步輻射光照射氫原子，不能使氫原子電離

C.蛋白質(zhì)分子的線度約為lO^m,不能用同步輻射光得到其衍射圖樣

D.盡管向外輻射能量，但電子回旋一圈后能量不會(huì)明顯減小

2.（2020?北京）氫原子能級(jí)示意如圖?，F(xiàn)有大量氫原子處于n=3能級(jí)上，下列說法正確

的是（）

1--------------------13.6

A.這些原子躍遷過程中最多可輻射出2種頻率的光子

B.從n=3能級(jí)躍遷到n=l能級(jí)比躍遷到n=2能級(jí)輻射的光子頻率低

C.從n=3能級(jí)躍遷到n=4能級(jí)需吸收0.66eV的能量

D.n=3能級(jí)的氫原子電離至少需要吸收13.6eV的能量

3.（2021?北京）硼（B）中子俘獲治療是目前最先進(jìn)的癌癥治療手段之一。治療時(shí)先給病

人注射一種含硼的藥物，隨后用中子照射，硼俘獲中子后，產(chǎn)生高殺傷力的a粒子和鋰

（U）離子。這個(gè)核反應(yīng)的方程是（）

A.10B+1L7u+4He

5032

B.llB+4Hef14N+ln

5270

C.14N+4He-17o+lH

7281

D.14N+l-l4C+lH

70n61

4.（2019?北京）光電管是一種利用光照射產(chǎn)生電流的裝置，當(dāng)入射光照在管中金屬板上

時(shí)，可能形成光電流。表中給出了6次實(shí)驗(yàn)的結(jié)果。

組次入射光子的能相對(duì)光強(qiáng)光電流大小逸出光電子的

量/eV/mA最大動(dòng)能/eV

第一組14.0弱290.9

24.0中430.9

34.0強(qiáng)600.9

第二組46.0弱272.9

56.0中402.9

66.0強(qiáng)552.9

由表中數(shù)據(jù)得出的論斷中未定福的是（）

A.兩組實(shí)驗(yàn)采用了不同頻率的入射光

B.兩組實(shí)驗(yàn)所用的金屬板材質(zhì)不同

C.若入射光子的能量為5.0eV,逸出光電子的最大動(dòng)能為1.9eV

D.若入射光子的能量為5.0eV,相對(duì)光強(qiáng)越強(qiáng)，光電流越大

5.（2018?北京）在核反應(yīng)方程4He+14N-17（＞x中，X表示的是（）

278

A.質(zhì)子B.中子C.電子D.a粒子

6.（2017?北京）2017年年初，我國研制的“大連光源”--極紫外自由電子激光裝置，

發(fā)出了波長在100nm（lnm=10-9m）附近連續(xù)可調(diào)的世界上首個(gè)最強(qiáng)的極紫外激光脈

沖，大連光源因其光子的能量大、密度高，可在能源利用、光刻技術(shù)、霧霾治理等領(lǐng)域

的研究中發(fā)揮重要作用。一個(gè)處于極紫外波段的光子所具有的能量可以電離一個(gè)分子，

但又不會(huì)把分子打碎。據(jù)此判斷，能夠電離一個(gè)分子的能量約為（取普朗克常量h=6.6

X10-34J*s,真空光速c=3Xl（）8m/s）（）

A.10-2lJB.10l8JC.1015JD.1012J

二.計(jì)算題（共1小題）

7.（2017?北京）在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中，一個(gè)靜止的放射性原子核發(fā)生了一次a

衰變。放射出的a粒子（4Re）在與磁場垂直的平面內(nèi)做圓周運(yùn)動(dòng)，其軌道半徑為

R.以m、q分別表示a粒子的質(zhì)量和電荷量。

（1）放射性原子核用卷X表示，新核的元素符號(hào)用丫表示，寫出該a衰變的核反應(yīng)方

程。

（2）a粒子的圓周運(yùn)動(dòng)可以等效成一個(gè)環(huán)形電流，求圓周運(yùn)動(dòng)的周期和環(huán)形電流大小。

（3）設(shè)該衰變過程釋放的核能都轉(zhuǎn)化為a粒子和新核的動(dòng)能，新核的質(zhì)量為M,求衰

變過程的質(zhì)量虧損△m。

2017-2021年北京高考物理真題分類匯編之原子物理與核物理

參考答案與試題解析

一.選擇題（共6小題）

1.（2021?北京）北京高能光源是我國首個(gè)第四代同步輻射光源，計(jì)劃于2025年建成。同

步輻射光具有光譜范圍寬（從遠(yuǎn)紅外到X光波段，波長范圍約為107m?i07m,對(duì)應(yīng)

能量范圍約為101eV~l（）5eV）、光源亮度高、偏振性好等諸多特點(diǎn)，在基礎(chǔ)科學(xué)研

究、應(yīng)用科學(xué)和工藝學(xué)等領(lǐng)域已得到廣泛應(yīng)用。速度接近光速的電子在磁場中偏轉(zhuǎn)時(shí)，

會(huì)沿圓弧軌道切線發(fā)出電磁輻射，這個(gè)現(xiàn)象最初是在同步加速器上觀察到的，稱為“同

步輻射”。以接近光速運(yùn)動(dòng)的單個(gè)電子能量約為109eV,回旋一圈輻射的總能量約為

104eVo下列說法正確的是（）

A.同步輻射的機(jī)理與氫原子發(fā)光的機(jī)理一樣

B.用同步輻射光照射氫原子，不能使氫原子電離

C.蛋白質(zhì)分子的線度約為不能用同步輻射光得到其衍射圖樣

D.盡管向外輻射能量，但電子回旋一圈后能量不會(huì)明顯減小

【考點(diǎn)】氫原子的能級(jí)公式和躍遷.

【專題】定量思想；推理法；原子的能級(jí)結(jié)構(gòu)專題；分析綜合能力.

【分析】根據(jù)題中敘述分析“同步輻射”的原理，再結(jié)合能級(jí)躍遷分析A選項(xiàng)；

使基態(tài)的氫原子電離需要的能量是13.6eV,由此分析B選項(xiàng)；

比較光的波長與蛋白質(zhì)分子的線度分析C選項(xiàng)；

回旋一圈輻射的總能量約為lO4eV,占單個(gè)電子能量的十萬分之一，由此分析D選項(xiàng)。

【解答】解：A、速度接近光速的電子在磁場中偏轉(zhuǎn)時(shí)，會(huì)沿圓弧軌道切線發(fā)出電磁輻

射，這是“同步輻射”。處于激發(fā)態(tài)的原子是不穩(wěn)定的，會(huì)自發(fā)地向能量較低的能級(jí)躍

遷，放出光子，這是原子發(fā)光的機(jī)理，二者發(fā)光的機(jī)理不同，故A錯(cuò)誤；

B、使基態(tài)的氫原子電離需要的能量是I3.6eV,單個(gè)電子回旋一圈輻射的總能量約為

104eV>13.6eV,所以用同步輻射光照射氫原子，能使氫原子電離，故B錯(cuò)誤：

C、同步輻射光具有光譜范圍寬（從遠(yuǎn)紅外到X光波段，波長范圍約為lO^m?

蛋白質(zhì)分子的線度約為10-m,可以用同步輻射光得到其衍射圖樣，故C錯(cuò)誤；

D、回旋一圈輻射的總能量約為104eV,占單個(gè)電子能量的十萬分之一，所以電子回旋

一圈后能量不會(huì)明顯減小，故D正確。

故選：D。

【點(diǎn)評(píng)】本題主要是考查“同步輻射”和“能級(jí)躍遷”的區(qū)別，關(guān)鍵是知道二者產(chǎn)生的

機(jī)理不同，知道光子能量的計(jì)算公式。

2.（2020?北京）氫原子能級(jí)示意如圖。現(xiàn)有大量氫原子處于n=3能級(jí)上，下列說法正確

的是（）

1--------------------13.6

A.這些原子躍遷過程中最多可輻射出2種頻率的光子

B.從n=3能級(jí)躍遷到n=l能級(jí)比躍遷到n=2能級(jí)輻射的光子頻率低

C.從n=3能級(jí)躍遷到n=4能級(jí)需吸收0.66eV的能量

D.n=3能級(jí)的氫原子電離至少需要吸收13.6eV的能量

【考點(diǎn)】氫原子的能級(jí)公式和躍遷.

【專題】定性思想；推理法；原子的能級(jí)結(jié)構(gòu)專題；推理能力.

【分析】一群氫原子，向低能級(jí)躍遷時(shí)最多發(fā)出的光子種數(shù)為C2；利用公式hv=Em

n

-En計(jì)算輻射出去的光子頻率，然后比較頻率大??；n=3能級(jí)的氫原子電離至少需要吸

收1.51eV的能量。

【解答】解：A.大量氫原子處于n=3能級(jí)躍遷到n=l最多可輻射出C2=3種不同頻

3

率的光子，故A錯(cuò)誤；

B.根據(jù)能級(jí)圖可知從n=3能級(jí)躍遷到n=l能級(jí)輻射的光子能量為：hvi=13.6eV-

1.51eV=12.09eV

從n=3能級(jí)躍遷到n=2能級(jí)輻射的光子能量為：hv2=3.4eV-1.51eV=1.89eV

比較可知從n=3能級(jí)躍遷到n=l能級(jí)比躍遷到n=2能級(jí)輻射的光子頻率高，故B錯(cuò)

誤；

C.根據(jù)能級(jí)圖可知從n=3能級(jí)躍遷到n=4能級(jí)，需要吸收的能量為：E=1.51eV-

0.85eV=0.66eV,故C正確；

D.根據(jù)能級(jí)圖可知?dú)湓犹幱趎=3能級(jí)的能量為-L51eV,故要使其電離至少需要吸

收1.5leV的能量，故D錯(cuò)誤。

故選：Co

【點(diǎn)評(píng)】本題考查了氫原子的能級(jí)公式和躍遷。軌道量子化和能量量子化是量子力學(xué)的

基礎(chǔ)，是近代物理學(xué)的巨大飛躍，學(xué)生要能通過簡單的計(jì)算理解其意義。

3.（2021?北京）硼（B）中子俘獲治療是目前最先進(jìn)的癌癥治療手段之一。治療時(shí)先給病

人注射一種含硼的藥物，隨后用中子照射，硼俘獲中子后，產(chǎn)生高殺傷力的a粒子和鋰

（Li）離子。這個(gè)核反應(yīng)的方程是（)

A.10B+ln-7Li+4He

5032

B.11B+4HLMN+ln

5270

C.ldN+4Hef170+1H

7281

D.14N+l-14C+1H

70n61

【考點(diǎn)】愛因斯坦質(zhì)能方程.

【專題】定性思想；推理法；重核的裂變和輕核的聚變專題；理解能力.

【分析】硼俘獲中子后，產(chǎn)生高殺傷力的a粒子和鋰（Li）離子，由此進(jìn)行分析。

【解答】解：根據(jù)題意可知，硼俘獲中子后，產(chǎn)生高殺傷力的a粒子和鋰（Li）離子，

核反應(yīng)過程中滿足質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒，所以該核反應(yīng)方程為：lOB+ln-

50

7Li+4He,故A正確、BCD錯(cuò)誤。

32

故選：Ao

【點(diǎn)評(píng)】本題主要是核反應(yīng)方程的書寫方法，關(guān)鍵是根據(jù)題意弄清楚核反應(yīng)情況，根據(jù)

質(zhì)量數(shù)守恒、電荷數(shù)守恒分析。

4.（2019?北京）光電管是一種利用光照射產(chǎn)生電流的裝置，當(dāng)入射光照在管中金屬板上

時(shí)，可能形成光電流。表中給出了6次實(shí)驗(yàn)的結(jié)果。

組次入射光子的能相對(duì)光強(qiáng)光電流大小逸出光電子的

量/eV/mA最大動(dòng)能/eV

第一組14.0弱290.9

24.0中430.9

34.0600.9

強(qiáng)

第二組46.0弱272.9

56.0中402.9

66.0552.9

強(qiáng)

由表中數(shù)據(jù)得出的論斷中未定闔的是（）

A.兩組實(shí)驗(yàn)采用了不同頻率的入射光

B.兩組實(shí)驗(yàn)所用的金屬板材質(zhì)不同

C.若入射光子的能量為5.0eV,逸出光電子的最大動(dòng)能為1.9eV

D.若入射光子的能量為5.0eV,相對(duì)光強(qiáng)越強(qiáng)，光電流越大

【考點(diǎn)】光電效應(yīng).

【專題】信息給予題；學(xué)科綜合題；定性思想；定量思想；推理法；方程法；光電效應(yīng)

專題；理解能力；推理能力.

【分析】根據(jù)光子能量的大小分析是否為同頻率的光子；根據(jù)光電效應(yīng)方程求出兩組實(shí)

驗(yàn)中金屬板的逸出功，從而確定是否為同種金屬；根據(jù)光電效應(yīng)方程分析光電子的最大

初動(dòng)能；根據(jù)表格數(shù)據(jù)分析光電流的大小與光的強(qiáng)度的關(guān)系。

【解答】解：A.第一組實(shí)驗(yàn)時(shí)，光子能量為4.0eV,第二組實(shí)驗(yàn)時(shí)，光子能量為

6.0eV,可知兩組實(shí)驗(yàn)采用了不同頻率的入射光，故A正確；

B.根據(jù)光電效應(yīng)方程Ek=hv-W,可得第一組實(shí)驗(yàn)對(duì)應(yīng)金屬板的逸出功為W=4.0eV-

0.9eV=3.1eV,第二實(shí)驗(yàn)對(duì)應(yīng)金屬板的逸出功為W'=6.0eV-2.9eV=3.1eV,有W=

W1,則可知兩組實(shí)驗(yàn)所用的金屬板材質(zhì)相同，故B錯(cuò)誤：

C.若入射光子的能量為5.0eV,根據(jù)光電效應(yīng)方程Ek=hv-W,可得逸出光電子的最

大動(dòng)能為Ek=5.0eV-3.1eV=1.9eV,故C正確；

D.由表格中的數(shù)據(jù)可知，在產(chǎn)生光電效應(yīng)的前提下，對(duì)同種頻率的入射光而言，入射

光的強(qiáng)度越大，光電流越大，所以若入射光子的能量為5.0eV,相對(duì)光強(qiáng)越強(qiáng)，光電流

越大，故D正確。

本題選不正確的，故選：Bo

【點(diǎn)評(píng)】解決本題的關(guān)鍵掌握光電效應(yīng)方程，知道同一種金屬，逸出功相同，知道最大

初動(dòng)能與遏止電壓的關(guān)系，并能靈活運(yùn)用，掌握光電流的大小與光的強(qiáng)度的大小關(guān)系。

5.（2018?北京）在核反應(yīng)方程4He+14N-Ig+X中，X表示的是（）

278

A.質(zhì)子B.中子C.電子D.a粒子

【考點(diǎn)】原子核的人工轉(zhuǎn)變.

【專題】定性思想：推理法；衰變和半衰期專題.

【分析】根據(jù)質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒求出x的電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)，即可判斷x是否表示電子、

質(zhì)子、還是中子。

【解答】解：根據(jù)質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒,4He+17O+以，X表示的是質(zhì)子,

2781

故A正確，BCD錯(cuò)誤。

故選：A。

【點(diǎn)評(píng)】本題比較簡單，考查了核反應(yīng)方程中的質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒的應(yīng)用。

6.（2017?北京）2017年年初，我國研制的“大連光源”--極紫外自由電子激光裝置，

發(fā)出了波長在100nm（lnm=10-9m）附近連續(xù)可調(diào)的世界上首個(gè)最強(qiáng)的極紫外激光脈

沖，大連光源因其光子的能量大、密度高，可在能源利用、光刻技術(shù)、霧霾治理等領(lǐng)域

的研究中發(fā)揮重要作用。一個(gè)處于極紫外波段的光子所具有的能量可以電離一個(gè)分子，

但又不會(huì)把分子打碎。據(jù)此判斷，能夠電離一個(gè)分子的能量約為（取普朗克常量h=6.6

-34

X10J?s,真空光速c=3X108m/s）（）

A.10-2lJB.10l8JC.10l5JD.10l2J

【考點(diǎn)】光的波粒二象性.

【專題】定量思想；推理法；光的波粒二象性和物質(zhì)波專題.

【分析】根據(jù)光子波長，結(jié)合E=味-求出光子具有的能量，確定能夠電離一個(gè)分子能

量的數(shù)量級(jí)。

-34

【解答】解：能夠電離一個(gè)分子的能量為E=h_"=66X10X--J=1.98

入100X10-9

X1OI8J,故B正確，A、C、D錯(cuò)誤。

故選：B?

【點(diǎn)評(píng)】解決本題的關(guān)鍵知道光子能量與光子波長的關(guān)系，結(jié)合公式分析求解，基礎(chǔ)

題。

計(jì)算題（共1小題）

7.（2017?北京）在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中，一個(gè)靜止的放射性原子核發(fā)生了一次a

衰變。放射出的a粒子（4Re）在與磁場垂直的平面內(nèi)做圓周運(yùn)動(dòng)，其軌道半徑為

R.以m、q分別表示a粒子的質(zhì)量和電荷量。

（1）放射性原子核用垓X表示，新核的元素符號(hào)用丫表示，寫出該a衰變的核反應(yīng)方

程。

（2）a粒子的圓周運(yùn)動(dòng)可以等效成一個(gè)環(huán)形電流，求圓周運(yùn)動(dòng)的周期和環(huán)形電流大小。

（3）設(shè)該衰變過程釋放的核能都轉(zhuǎn)化為a粒子和新核的動(dòng)能，新核的質(zhì)量為M,求衰

變過程的質(zhì)量虧損am。

【考點(diǎn)】帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中的運(yùn)動(dòng).

【專題】計(jì)算題；學(xué)科綜合題；定量思想；推理法；帶電粒子在磁場中的運(yùn)動(dòng)專題.

【分析】（1）由質(zhì)量數(shù)守恒及電荷守恒寫出核反應(yīng)方程；

（2）由粒子做圓周運(yùn)動(dòng)，洛倫茲力做向心力求得運(yùn)動(dòng)周期，進(jìn)而根據(jù)一個(gè)周期通過的電

量為粒子所帶電荷量得到等效電流；

（3）由（2）求得a粒子的速度，再通過動(dòng)量守恒求得新核的速度，進(jìn)而求得兩粒子的

動(dòng)能，即可得到衰變過程的核能，再由愛因斯坦質(zhì)能方程即可求得質(zhì)量虧損。

【解答】解：Q）由質(zhì)量數(shù)守恒及電荷守恒可得該a衰變的核反應(yīng)方程為Ax-

:He；

（2）a粒子做圓周運(yùn)動(dòng)，洛