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專題十六原子物理與原子核物理 高考物理 北京市專用 1 2016北京理綜 13 6分 0 93 處于n 3能級的大量氫原子 向低能級躍遷時 輻射光的頻率有 A 1種B 2種C 3種D 4種 考點一原子物理自主命題 北京卷題組 五年高考 答案C處于能級為n的大量氫原子向低能級躍遷能輻射光的種類為 所以處于n 3能級的大量氫原子向低能級躍遷 輻射光的頻率有 3種 故C項正確 考查點能級躍遷 方法歸納利用能級圖 結合排列組合的知識 把氫原子從高能級向低能級躍遷釋放光子種類的規(guī)律總結明白 并不斷強化 2 2012北京理綜 13 6分 一個氫原子從n 3能級躍遷到n 2能級 該氫原子 A 放出光子 能量增加B 放出光子 能量減少C 吸收光子 能量增加D 吸收光子 能量減少 答案B根據(jù)玻爾原子理論知 氫原子從高能級n 3向低能級n 2躍遷時 將以光子形式放出能量 放出光子后原子能量減少 故B選項正確 3 2007北京理綜 14 6分 下列說法正確的是 A 太陽輻射的能量主要來自太陽內部的核裂變反應B 湯姆孫發(fā)現(xiàn)電子 表明原子具有核式結構C 一束光照射到某種金屬上不能發(fā)生光電效應 是因為該束光的波長太短D 按照玻爾理論 氫原子核外電子從半徑較小的軌道躍遷到半徑較大的軌道時 電子的動能減小 原子總能量增加 教師專用題組 答案D太陽輻射的能量主要來自太陽內部的熱核反應 核聚變反應 所以選項A錯誤 湯姆孫發(fā)現(xiàn)電子 說明帶負電的電子是原子的一部分 因此原子是可分的 并且應該有一定的結構 又因為電子帶負電 而原子呈電中性 所以原子中一定還有帶正電的部分 在此后 由盧瑟福通過 粒子散射實驗 根據(jù)極少數(shù) 粒子幾乎被反向彈回 而推斷出原子的核式結構 因此選項B錯誤 光照射到金屬表面上時能否發(fā)生光電效應 取決于入射光的能量 E h 光的頻率越高 波長越短 其能量越大 越可能在金屬表面發(fā)生光電效應 因此 一束光照射到某金屬上不能發(fā)生光電效應 是由于這束光的能量較小 即頻率較小 波長較長 所以選項C錯誤 氫原子的核外電子在從離核較近的軌道躍遷到離核較遠的軌道過程中 需要吸收一定的能量 所以核外電子離核越遠 原子的總能量越大 設電子的質量為m 電荷量為e 其與原子核之間的距離為r時 電子繞核運動的速度大小為v 則根據(jù)庫侖定律和牛頓第二定律有 所以電子的動能Ek 即軌道半徑越大 動能越小 故選項D正確 1 2018北京理綜 13 6分 在核反應方程HeNO X中 X表示的是 A 質子B 中子C 電子D 粒子 考點二原子核物理A組自主命題 北京卷題組 答案A本題考查核反應方程 由核反應中質量數(shù)和電荷數(shù)均守恒 可判斷X為質子H 故選項A正確 2 2015北京理綜 14 6分 0 89 下列核反應方程中 屬于 衰變的是 ANHeOHBUThHeCHHHenDThPae 答案BA項屬于原子核的人工轉變 B項屬于 衰變 C項屬于聚變反應 D項屬于 衰變 考查點核反應方程 思路點撥 衰變是放出 粒子的過程 3 2015北京理綜 17 6分 0 45 實驗觀察到 靜止在勻強磁場中A點的原子核發(fā)生 衰變 衰變產生的新核與電子恰在紙面內做勻速圓周運動 運動方向和軌跡示意如圖 則 A 軌跡1是電子的 磁場方向垂直紙面向外B 軌跡2是電子的 磁場方向垂直紙面向外C 軌跡1是新核的 磁場方向垂直紙面向里D 軌跡2是新核的 磁場方向垂直紙面向里 答案D由靜止的原子核發(fā)生 衰變后產生的新核和電子做勻速圓周運動的方向相反及原子核衰變前后動量守恒得meve m核v核 0 粒子在磁場中做勻速圓周運動的半徑r 因為qer核 故軌跡1是電子的 軌跡2是新核的 根據(jù)左手定則可判定磁場方向垂直紙面向里 故D項正確 考查點衰變 動量守恒 勻速圓周運動 思路點撥衰變過程動量守恒 衰變后的粒子在勻強磁場中做勻速圓周運動的向心力由洛倫茲力提供 4 2014北京理綜 14 6分 0 97 質子 中子和氘核的質量分別為m1 m2和m3 當一個質子和一個中子結合成氘核時 釋放的能量是 c表示真空中的光速 A m1 m2 m3 cB m1 m2 m3 cC m1 m2 m3 c2D m1 m2 m3 c2 答案C此核反應方程為HnH 根據(jù)愛因斯坦質能方程得 E m c2 m1 m2 m3 c2 C正確 考查點質能方程 思路點撥質量虧損是反應物的總質量減去生成物的總質量 5 2011北京理綜 13 6分 表示放射性元素碘131I 衰變的方程是 AISbHeBIXeeCIInDITeH 答案B 衰變的實質是放射出電子e 由核反應過程中的質量數(shù)和電荷數(shù)守恒可知B正確 6 2017北京理綜 23 18分 在磁感應強度為B的勻強磁場中 一個靜止的放射性原子核發(fā)生了一次 衰變 放射出的 粒子He 在與磁場垂直的平面內做圓周運動 其軌道半徑為R 以m q分別表示 粒子的質量和電荷量 1 放射性原子核用X表示 新核的元素符號用Y表示 寫出該 衰變的核反應方程 2 粒子的圓周運動可以等效成一個環(huán)形電流 求圓周運動的周期和環(huán)形電流大小 3 設該衰變過程釋放的核能都轉化為 粒子和新核的動能 新核的質量為M 求衰變過程的質量虧損 m 解析本題考查了原子核的衰變 動量和能量守恒 帶電粒子在勻強磁場中的運動 質能方程等多個考點 是一道綜合題 難度中等 1XYHe 2 設 粒子的速度大小為v 由qvB m T 得 粒子在磁場中運動周期T 環(huán)形電流大小I 3 由qvB m 得v 設衰變后新核Y的速度大小為v 系統(tǒng)動量守恒Mv mv 0v 由 mc2 Mv 2 mv2得 m 答案見解析 說明 若利用M m解答 亦可 方法技巧衰變中的動量和能量守恒在 衰變過程中 靜止的原子核放射 粒子 新核與 粒子的總動量保持不變 為零 而衰變釋放的能量與質量虧損之間必然遵循質能方程 E mc2 7 2018課標 14 6分 1934年 約里奧 居里夫婦用 粒子轟擊鋁核Al 產生了第一個人工放射性核素X Al n X X的原子序數(shù)和質量數(shù)分別為 A 15和28B 15和30C 16和30D 17和31 答案B本題考查核反應方程 在核反應過程中 質量數(shù)和電荷數(shù)分別守恒 則X的原子序數(shù)為2 13 15 X的質量數(shù)為4 27 1 30 選項B正確 規(guī)律總結核反應方程的特點核反應過程中 質量數(shù)和電荷數(shù)分別守恒 B組統(tǒng)一命題 課標卷題組 8 2017課標 17 6分 大科學工程 人造太陽 主要是將氘核聚變反應釋放的能量用來發(fā)電 氘核聚變反應方程是 H n 已知H的質量為2 0136uHe的質量為3 0150un的質量為1 0087u 1u 931MeV c2 氘核聚變反應中釋放的核能約為 A 3 7MeVB 3 3MeVC 2 7MeVD 0 93MeV 答案B本題考查核能的計算 聚變反應中的質量虧損為 m 2 2 0136 3 0150 1 0087 u 0 0035u 則釋放的核能為 E mc2 0 0035 931MeV 3 3MeV B正確 方法技巧由質量虧損計算核能由 m計算核反應過程中釋放的核能時 若 m以u為單位 可由1u 931MeV c2 得到釋放的以MeV為單位的核能 若 m以kg為單位 則由質能方程 E mc2獲得以J為單位的釋放的核能 9 2017課標 15 6分 一靜止的鈾核放出一個 粒子衰變成釷核 衰變方程為UThHe 下列說法正確的是 A 衰變后釷核的動能等于 粒子的動能B 衰變后釷核的動量大小等于 粒子的動量大小C 鈾核的半衰期等于其放出一個 粒子所經歷的時間D 衰變后 粒子與釷核的質量之和等于衰變前鈾核的質量 答案B本題考查天然放射現(xiàn)象 半衰期 核反應中的動量守恒 質量虧損 考查學生的理解能力 靜止的原子核在衰變前后動量守恒 由動量守恒定律得0 m1v1 m2v2 可知m1v1 m2v2 故衰變后釷核的動量大小等于 粒子的動量大小 選項B正確 動能Ek 由于釷核的質量 m1 大于 粒子的質量 m2 故動能不等 選項A錯誤 鈾核的半衰期是指大量的鈾核半數(shù)發(fā)生衰變所用的時間 而不是放出一個 粒子所經歷的時間 選項C錯誤 原子核衰變前后質量數(shù)守恒 衰變時放出核能 質量虧損 選項D錯誤 解題關鍵原子核衰變前后動量守恒 質量數(shù)和電荷數(shù)守恒 動能和動量與質量的關系 半衰期的定義及其含義 10 2016課標 35 1 5分 一靜止的鋁原子核Al俘獲一速度為1 0 107m s的質子p后 變?yōu)樘幱诩ぐl(fā)態(tài)的硅原子核Si 下列說法正確的是 A 核反應方程為pAlSi B 核反應過程中系統(tǒng)動量守恒C 核反應過程中系統(tǒng)能量不守恒D 核反應前后核子數(shù)相等 所以生成物的質量等于反應物的質量之和E 硅原子核速度的數(shù)量級為105m s 方向與質子初速度的方向一致 解析質子p即H 核反應方程為pAlSi A項正確 核反應過程遵循動量守恒定律 B項正確 核反應過程中系統(tǒng)能量守恒 C項錯誤 在核反應中質量數(shù)守恒 但會發(fā)生質量虧損 所以D項錯誤 設質子的質量為m 則Si 的質量為28m 由動量守恒定律有mv0 28mv 得v m s 3 6 105m s 方向與質子的初速度方向相同 故E項正確 答案ABE 規(guī)律總結核反應過程遵守動量守恒定律 核反應中質量數(shù)守恒 電荷數(shù)守恒 但會發(fā)生質量虧損 評析本題考查核反應過程所遵循的規(guī)律及動量守恒定律 難度較易 11 2014課標 35 1 5分 0 336 在人類對微觀世界進行探索的過程中 科學實驗起到了非常重要的作用 下列說法符合歷史事實的是 A 密立根通過油滴實驗測出了基本電荷的數(shù)值B 貝克勒爾通過對天然放射現(xiàn)象的研究 發(fā)現(xiàn)了原子中存在原子核C 居里夫婦從瀝青鈾礦中分離出了的釙 Po 和鐳 Ra 兩種新元素D 盧瑟福通過 粒子散射實驗證實了在原子核內部存在質子E 湯姆遜通過陰極射線在電場和磁場中偏轉的實驗 發(fā)現(xiàn)了陰極射線是由帶負電的粒子組成的 并測出了該粒子的比荷 答案ACE 解析密立根通過油滴實驗測出了基本電荷的數(shù)值 選項A正確 原子中存在原子核是盧瑟福通過 粒子散射實驗發(fā)現(xiàn)的 選項B D錯誤 居里夫婦發(fā)現(xiàn)的釙和鐳是從瀝青鈾礦中分離出來的 選項C正確 湯姆遜通過陰極射線在電場和磁場中的偏轉 發(fā)現(xiàn)陰極射線是由帶負電的粒子組成的 并測出其比荷 選項E正確 解題指導 盧瑟福通過 粒子散射實驗發(fā)現(xiàn)原子中存在原子核 盧瑟福用 粒子轟擊氮原子核發(fā)現(xiàn)了質子He HO 評析學習近代物理學發(fā)展史對學生主動探索物理規(guī)律 學習物理知識有重要的啟發(fā)作用 不可忽視 12 2014課標 35 1 6分 0 537 關于天然放射性 下列說法正確的是 A 所有元素都可能發(fā)生衰變B 放射性元素的半衰期與外界的溫度無關C 放射性元素與別的元素形成化合物時仍具有放射性D 和 三種射線中 射線的穿透能力最強E 一個原子核在一次衰變中可同時放出 和 三種射線 答案BCD 解析原子序數(shù)大于或等于83的元素 都能發(fā)生衰變 而原子序數(shù)小于83的部分元素能發(fā)生衰變 故A錯 放射性元素的衰變是原子核內部結構的變化 與核外電子的得失及環(huán)境溫度無關 故B C項正確 在 三種射線中 為帶電粒子 穿透本領較弱 射線不帶電 具有較強的穿透本領 故D項正確 一個原子核不能同時發(fā)生 衰變和 衰變 故E項錯誤 規(guī)律總結 衰變XYHe 衰變XYe 射線 放射性原子核在發(fā)生 衰變 衰變時 蘊藏在核內的能量會釋放出來 使產生的新核處于高能級 這時它要向低能級躍遷 能量以 光子的形式輻射出來 即 射線 13 2010北京理綜 15 6分 太陽因核聚變釋放出巨大的能量 同時其質量不斷減少 太陽每秒鐘輻射出的能量約為4 1026J 根據(jù)愛因斯坦質能方程 太陽每秒鐘減少的質量最接近 A 1036kgB 1018kgC 1013kgD 109kg 答案D根據(jù)愛因斯坦質能方程 E mc2 得 m kg 109kg C組教師專用題組 14 2009北京理綜 14 6分 下列現(xiàn)象中 與原子核內部變化有關的是 A 粒子散射現(xiàn)象B 天然放射現(xiàn)象C 光電效應現(xiàn)象D 原子發(fā)光現(xiàn)象 答案B天然放射現(xiàn)象是放射性物質的原子核自發(fā)地放射出 和 射線的現(xiàn)象 必然會使原子核內部發(fā)生變化 故選B 15 2008北京理綜 14 6分 一個質子和一個中子聚變結合成一個氘核 同時輻射一個 光子 已知質子 中子 氘核的質量分別為m1 m2 m3 普朗克常量為h 真空中的光速為c 下列說法正確的是 A 核反應方程是HnH B 聚變反應中的質量虧損 m m1 m2 m3C 輻射出的 光子的能量E m3 m1 m2 cD 光子的波長 答案B此核反應的核反應方程為HnH A錯 由質能方程知 光子的能量為E m1 m2 m3 c2 C錯 由E h知波長 D錯 16 2006北京理綜 13 6分 目前核電站利用的核反應是 A 裂變 核燃料為鈾B 聚變 核燃料為鈾C 裂變 核燃料為氘D 聚變 核燃料為氘 答案A核裂變和核聚變過程都能釋放核能 但目前人類所掌握的技術水平只能對核裂變的速度進行控制 所以各國的核電站都是以軸為燃料的核裂變電站 1 2017北京豐臺一模 13 根據(jù)盧瑟福提出的原子核式結構模型解釋 粒子散射實驗 使極少數(shù) 粒子發(fā)生大角度偏轉的作用力是 A 原子核對 粒子的庫侖引力B 原子核對 粒子的庫侖斥力C 核外電子對 粒子的庫侖引力D 核外電子對 粒子的庫侖斥力 A組2016 2018年高考模擬 基礎題組 三年模擬 答案B 粒子跟電子的碰撞過程動量守恒 因電子的質量遠小于 粒子的 所以 粒子的速度變化很小 故電子不可能使 粒子發(fā)生大角度偏轉 因為原子核帶正電而 粒子也帶正電 故它們間的作用力是庫侖斥力 考點一原子物理 2 2016北京東城零模 14 關于原子模型 下列說法錯誤的是 A 湯姆孫發(fā)現(xiàn)電子 表明原子具有核式結構B 盧瑟福完成的 粒子散射實驗 說明了原子的 棗糕 模型是不正確的C 按照玻爾理論 氫原子核外電子從高能級向低能級躍遷時 輻射出光子D 按照玻爾理論 氫原子核外電子從半徑較小的軌道躍遷到半徑較大的軌道時 電子的動能減小 原子總能量增加 答案A湯姆孫發(fā)現(xiàn)電子 表明原子是有結構的 原子是可再分的 故A不正確 盧瑟福完成的 粒子散射實驗 說明原子中有核結構存在 故說明 棗糕 模型是不正確的 B說法正確 氫原子核外電子從高能級向低能級躍遷時 輻射出光子 C說法正確 氫原子核外電子從半徑較小的軌道躍遷到半徑較大的軌道時 電場力做負功 電子動能減小 躍遷過程需要吸收光子 故總能量增加 D說法正確 3 2016北京西城二模 20 許多情況下光是由原子內部電子的運動產生的 因此光譜研究是探索原子結構的一條重要途徑 利用氫氣放電管可以獲得氫原子光譜 根據(jù)玻爾理論可以很好地解釋氫原子光譜的產生機理 已知氫原子的基態(tài)能量為E1 激發(fā)態(tài)能量為En 其中n 2 3 4 1885年 巴耳末對當時已知的在可見光區(qū)的四條譜線做了分析 發(fā)現(xiàn)這些譜線的波長能夠用一個公式表示 這個公式寫做 R n 3 4 5 式中R叫做里德伯常量 這個公式稱為巴耳末公式 用h表示普朗克常量 c表示真空中的光速 則里德伯常量R可以表示為 A B C D 答案C氫原子光譜由氫原子躍遷形成 由躍遷條件知h En Em n m 因為En c 所以 E1 n m 當m 2時 n 3 4 5 則R C項正確 A B D項錯誤 考查點光子說及玻爾假設 思路點撥由玻爾的能級躍遷理論h En Em n m h h得到h En Em 由于En 則由h 推出 當m 2時 得到R 4 2018北京豐臺一模 24 自然界真是奇妙 微觀世界的運動規(guī)律竟然與宏觀運動規(guī)律存在相似之處 1 在地心參考系中 星體離地心的距離r 時 星體的引力勢能為零 質量為m的人造衛(wèi)星以第二宇宙速度從地面發(fā)射 運動到離地心距離為r時 其運動速度為v G為引力常量 M為地球質量 它運動到離地心無窮遠處 相對于地球的運動速度為零 請推導此衛(wèi)星運動到離地心距離為r時的引力勢能表達式 2 根據(jù)玻爾的氫原子模型 電子的運動看做經典力學描述下的軌道運動 原子中的電子在庫侖引力作用下 繞原子核做圓周運動 已知電子質量為m 電荷量為e 靜電力常量為k 氫原子處于基態(tài) n 1 時電子的軌道半徑為r1 電勢能為Ep1 取無窮遠處電勢能為零 氫原子處于第n個能級的能量為基態(tài)能量的 n 1 2 3 求氫原子從基態(tài)躍遷到n 2的激發(fā)態(tài)時吸收的能量 一個處于基態(tài)且動能為Ek0的氫原子與另一個處于基態(tài)且靜止的氫原子進行對心碰撞 若要使其中一個氫原子從基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài) 則Ek0至少為多少 解析 1 衛(wèi)星在距地心r處的動能Ek mv2 衛(wèi)星從距地心r處運動到無窮遠的過程中 由機械能守恒定律得 Ek Ep 0 3分 得 Ep 3分 2 氫原子處于基態(tài)時 電子繞原子核做勻速圓周運動k m 2分 故處于基態(tài)的氫原子的電子的動能Ek1 m處于基態(tài)的氫原子的能量E1 Ek1 Ep1 2分 得 E1 2分 又因為E2 得 E E2 E1 2分 設氫原子質量為m 動能為Ek0的氫原子的初速度為v0 氫原子相互作用后速度分別為v1和v2 相互作用過程中機械能減小量為 E 答案見解析 由動量守恒定律得 m v0 m v1 m v2 1分 由能量守恒得 m m m E 2分 解得 v0v1 0若v1有實數(shù)解 須 4 0 1分 即Ek0 m 2 E 2分 即氫原子能從n 1的基態(tài)躍遷到n 2的激發(fā)態(tài) 需要吸收的能量為 所以要使其中一個氫原子從基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài) Ek0至少為 5 2018北京朝陽二模 14 關于 三種射線 下列說法正確的是 A 三種射線都帶電B 三種射線都是電磁波C 射線的電離能力最強D 射線的穿透能力最強 考點二原子核物理 答案C 射線是高速氦核流 射線是高速電子流 射線是電磁波 射線帶正電 射線帶負電 射線不帶電 射線電離本領最強 射線穿透本領最強 因此C正確 解題關鍵熟知三種射線的構成及特點 6 2018北京門頭溝一模 13 下列核反應方程中 屬于聚變的是 ANHeOHBUThHeCHHHeDUnBaKr n 答案C聚變的特點是兩個輕核聚合成一個較大的核 選C 解題關鍵熟記各種核反應的特征 7 2018北京海淀一模 14 一個氘核與一個氚核結合成一個氦核同時放出中子 釋放17 6MeV的能量 已知氘核 氚核 氦核和中子的質量分別為m1 m2 m3和m4 下列說法正確的是 A 該核反應方程是HHHe nB 該核反應中的核燃料是當前核電站采用的核燃料C m1 m2 m3 m4D 該核反應可以在常溫下進行 答案C由質能方程可知 m1 m2 m3 m4 C正確 核反應中核子數(shù)不變 A錯誤 當前核電站采用的是重核裂變 B錯誤 該核反應要在超高溫下進行 D錯誤 解題關鍵熟練掌握核反應方程 8 2018北京房山一模 15 下列表述正確的是 A 粒子散射實驗結果說明原子內部正電荷是均勻分布的B 衰變說明原子的原子核外部存在自由電子C 玻爾認為 原子中電子軌道是量子化的 能量也是量子化的D 輕核聚變更為清潔 安全 目前大型核電站都是利用輕核的聚變發(fā)電的 答案C 粒子散射實驗結果說明正電荷集中于核內 衰變中放出的電子來源于原子核內部中子變化 目前大型核電站主要利用重核裂變發(fā)電 易錯警示 衰變中產生的電子是原子核內一個中子轉化為一個質子時生成的 其中電子發(fā)射出來形成 粒子 9 2017北京順義二模 14 用中子n 轟擊鋁27Al 產生鈉24Na 和X 則X是 A 電子B 質子C 正電子D 粒子 答案D根據(jù)核反應過程中電荷數(shù) 質量數(shù)守恒有 n NaHe X是 粒子 選D 10 2017北京昌平二模 18 圖為一放射源發(fā)出的 射線進入同一勻強磁場 磁場未畫出 中的徑跡 表中列出了三種射線的本質和特性 由此可知 A 磁場方向垂直紙面向里 a為 射線 b為 射線B 磁場方向垂直紙面向里 a為 射線 b為 射線C 磁場方向垂直紙面向外 a為 射線 b為 射線D 磁場方向垂直紙面向外 b為 射線 c為 射線 答案A帶電粒子垂直于磁場方向進入磁場 做勻速圓周運動 Bqv m R 1 圖中a的軌跡半徑大 a為 射線 b為 射線 c不偏轉 為 射線 由左手定則可知磁場方向垂直紙面向里 11 2016北京豐臺一模 14 一個氘核和一個氚核經過核反應后生成氦核和中子 同時放出一個 光子 已知氘核 氚核 中子 氦核的質量分別為m1 m2 m3 m4 普朗克常量為h 真空中的光速為c 下列說法正確的是 A 這個核反應是裂變反應B 這個反應的核反應方程是HHHe n C 輻射出的 光子的能量E m3 m4 m1 m2 c2D 輻射出的 光子在真空中的波長 答案D一個氘核和一個氚核經過核反應后生成一個氦核和一個中子 同時放出一個 光子 這是核聚變反應 所以A B選項錯誤 核反應的質量虧損 m m1 m2 m3 m4 輻射出的 光子的能量E m1 m2 m3 m4 c2 所以C選項錯誤 光子在真空中的頻率 波長 所以D選項正確 12 2016北京東城一模 15 下列表述正確的是 A HeNO X X表示HeBHHHen是重核裂變的核反應方程C 放射性元素的半衰期與原子所處的化學狀態(tài)無關D 衰變中放出的 射線是核外電子掙脫原子核的束縛而形成的 答案CHeNOH 故A錯誤HHHen是輕核聚變的核反應方程 故B錯誤 放射性元素的半衰期是其固有性質 與其所處的化學狀態(tài) 外部條件均無關 故C正確 射線是 衰變時原子核內發(fā)生變化產生的 與核外電子無關 故D錯誤 1 2017北京西城一模 14 下列核反應方程中 屬于核聚變的是 AHHHenBThPaeCUThHeDUnBaKr n B組2016 2018年高考模擬 綜合題組時間 50分鐘分值 90分 一 選擇題 每題6分 共54分 答案AB為 衰變 C為 衰變 D為核裂變 A正確 2 2017北京海淀一模 13 核反應方程Un Ba Kr n表示中子轟擊U原子核可能發(fā)生的一種核反應 該核反應釋放出的核能為 E 關于這個核反應 下列說法中正確的是 A 該反應屬于核聚變BBa中的X為146CBa中含有56個中子D 該反應的質量虧損為 答案D該反應屬于核裂變 A錯 由反應前后質量數(shù)守恒 可知X 144 則Ba中所含中子數(shù)為88個 B C錯 根據(jù) E mc2 可知 m D正確 3 2017北京海淀二模 15 下列說法中正確的是 A 天然放射現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn) 揭示了原子核是由質子和中子組成的B 氫原子的能級理論是玻爾在盧瑟福核式結構模型的基礎上提出來的C 湯姆孫通過對陰極射線的研究提出了原子核具有復雜的結構D 盧瑟福的 粒子散射實驗揭示了原子只能處于一系列不連續(xù)的能量狀態(tài)中 答案B天然放射現(xiàn)象揭示了原子核內部有復雜結構 A錯 湯姆孫通過對陰極射線的研究發(fā)現(xiàn)了電子 C錯 盧瑟福通過 粒子散射實驗提出了原子的核式結構模型 D錯 4 2017北京朝陽一模 13 開發(fā)更為安全 清潔的能源是人類不懈的追求 關于核反應HHHen 下列說法正確的是 A 該核反應屬于重核的裂變B 該核反應屬于輕核的聚變C 該核反應過程沒有質量虧損D 目前核電站利用的就是該核反應所釋放的能量 答案B該核反應屬于輕核的聚變 核反應過程中有質量虧損 核電站中的核反應屬于重核的裂變 5 2017北京海淀零模 15 下列說法中正確的是 A 放射性元素的半衰期隨溫度的升高而變短B 射線是原子被電離后核外電子形成的電子流C 同種元素的兩種同位素具有相同的核子數(shù)D 大量處于n 2能級的氫原子自發(fā)躍遷發(fā)光時只能發(fā)出一種頻率的光 答案D放射性元素的半衰期與溫度無關 A錯 射線是原子核內釋放出的電子流 B錯 同種元素的兩種同位素具有相同的質子數(shù) C錯 大量處于n 2能級的氫原子自發(fā)躍遷時只能到n 1能級 只能發(fā)出一種頻率的光 D對 考查點原子核相關知識 知識拓展衰變快慢由核內部自身因素決定 與原子所處化學狀態(tài)和外部條件無關 所以一種放射性元素 無論是單質 還是化合物 無論對它加壓 還是提升溫度 都不會改變它的半衰期 6 2016北京海淀一模 14 已知氦離子 He 的能級圖如圖所示 根據(jù)能級躍遷理論可知 A 氦離子 He 從n 4能級躍遷到n 3能級比從n 3能級躍遷到n 2能級輻射出光子的頻率低B 大量處在n 3能級的氦離子 He 向低能級躍遷 只能發(fā)出2種不同頻率的光子C 氦離子 He 處于n 1能級時 能吸收45eV的能量躍遷到n 2能級D 氦離子 He 從n 4能級躍遷到n 3能級 需要吸收能量 答案A氦離子由高能級向低能級躍遷 輻射光子的能量等于兩能級的能量差 對應光子頻率 滿足 h En Em n m A正確 大量處于n 3能級的氦離子向低能級躍遷 能發(fā)出3種不同頻率的光子 B錯誤 離子只能吸收能量等于能級差的光子才能躍遷到高能級 C錯誤 離子從高能級躍遷到低能級 以光子的形式輻射能量 D錯誤 7 2017北京朝陽二模 13 根據(jù)玻爾的原子模型 一個氫原子從n 3能級躍遷到n 1能級時 該氫原子 A 吸收光子 能量減小B 放出光子 能量減小C 放出光子 核外電子動能減小D 吸收光子 核外電子動能不變 答案B氫原子在量子數(shù)較大的能級上時 具有的能量也較大 故從n 3能級躍遷到n 1能級時 放出光子 能量減小 故B對而A D均錯誤 原子處于較低能級時 電子繞核運動的軌道也較低 由k m可知在低軌道上運動時電子的動能較大 故C錯誤 8 2017北京東城一模 20 宇宙線是來自宇宙空間的高能粒子流 由各種原子核以及非常少量的電子 光子和中微子等組成 它可能攜帶著宇宙起源 天體演化的信息 一直吸引著科學家的關注 宇宙線粒子的能量范圍非常大 有的可以高達5 1019eV 宇宙線逃逸出宇宙線源在星際空間中傳播時 會與磁場 星際介質等發(fā)生相互作用 導致一系列復雜的物理效應產生 利用空間探測器可以得到宇宙線在銀河系中傳播的一些數(shù)據(jù) 比如 鈹10鈹9比 其中鈹9是宇宙線中原有的鈹10在傳播過程中衰變產生的 據(jù)此材料 以下敘述正確的是 A 宇宙線粒子的能量可以高達8 1038JB 宇宙線中的電子不會受到星際磁場的影響C 根據(jù)可以得到宇宙線在銀河系中平均傳播時間的相關信息D 根據(jù)宇宙線到達探測器時的方向可以得到宇宙線源方位的相關信息 答案C由5 1019eV 5 1019 1 6 10 19J 8J知 A錯誤 宇宙線中的電子會與磁場 星際介質等發(fā)生相互作用 B錯誤 由于衰變的半衰期固定 故可以根據(jù)得到宇宙線在銀河系中平均傳播時間的相關信息 C正確 在運動中宇宙線會受到電 磁場力的作用而改變運動方向 故不能根據(jù)宇宙線到達探測器時的方向判斷宇宙線源方位的相關信息 D錯誤 考查點高能粒子的傳播 衰變 解題關鍵此題屬于信息題 解題關鍵是很好地讀取題干信息 弄清信息含義 在這個基礎上分析相關選項的正誤 如 鈹9是宇宙線中原有的鈹10在傳播過程中衰變產生的 這句話 就是告訴考生 這里發(fā)生了衰變 再結合衰變的半衰期知識判斷選項C的正誤 9 2018北京海淀二模 14 下列說法正確的是 A 愛因斯坦提出的光子假說 成功解釋了光電效應現(xiàn)象B 氫原子的電子由激發(fā)態(tài)向基態(tài)躍遷時 向外輻射光子 原子能量增加C 盧瑟福通過 粒子的散射實驗發(fā)現(xiàn)了質子并預言了中子的存在D 湯姆孫發(fā)現(xiàn)了電子并提出了原子核式結構模型 答案A愛因斯坦在普朗克量子論的基礎上提出了光子假說 認為光是由無數(shù)個光子組成的 當光照射到金屬表面時 光子與電子像實物粒子一樣相互作用 使電子獲得能量而逸出 成功地解釋了光電效應現(xiàn)象 故選項A正確 氫原子的電子由激發(fā)態(tài)向基態(tài)躍遷時 向外以光子的形式輻射能量 原子能量減少 故選項B錯誤 盧瑟福通過用 粒子轟擊氮核發(fā)現(xiàn)了質子并預言了中子的存在 故選項C錯誤 湯姆孫發(fā)現(xiàn)了電子并提出原子的棗糕式模型 故選項D錯誤 解題關鍵知道愛因斯坦的光子假說并理解光電效應的本質 熟知物理學史的相關內容是解本題的關鍵 10 16分 2018北京朝陽一模 24 在玻爾的原子結構理論中 氫原子由高能態(tài)向低能態(tài)躍遷時能發(fā)出一系列不同頻率的光 波長可以用巴耳末 里德伯公式 R來計算 式中 為波長 R為里德伯常量 n k分別表示氫原子躍遷前和躍遷后所處狀態(tài)的量子數(shù) 對于每一個k 有n k 1 k 2 k 3 其中 賴曼系譜線是電子由n 1的軌道躍遷到k 1的軌道時向外輻射光子形成的 巴耳末系譜線是電子由n 2的軌道躍遷到k 2的軌道時向外輻射光子形成的 1 如圖所示的裝置中 K為一金屬板 A為金屬電極 都密封在真空的玻璃管中 S為石英片封蓋的窗口 單色光可通過石英片射到金屬板K上 實驗中 當滑動變阻器的滑片位于最左端 用某種頻率的單色光照射K時 電流計G指針發(fā)生偏轉 向右滑動滑片 當A比K的電勢低到某一值Uc 二 非選擇題 共36分 遏止電壓 時 電流計G指針恰好指向零 現(xiàn)用氫原子發(fā)出的光照射某種金屬進行光電效應實驗 若用賴曼系中波長最長的光照射時 遏止電壓的大小為U1 若用巴耳末系中n 4的光照射金屬時 遏止電壓的大小為U2 金屬表面層內存在一種力 阻礙電子的逃逸 電子要從金屬中掙脫出來 必須克服這種阻礙做功 使電子脫離某種金屬所做功的最小值 叫做這種金屬的逸出功 已知電子電荷量的大小為e 真空中的光速為c 里德伯常量為R 試求 a 賴曼系中波長最長的光對應的頻率 1 b 普朗克常量h和該金屬的逸出功W0 2 光子除了有能量 還有動量 動量的表達式為p h為普朗克常量 a 請你推導光子動量的表達式p b 處于n 2激發(fā)態(tài)的某氫原子以速度v0運動 當它向k 1的基態(tài)躍遷時 沿與v0相反的方向輻射一個光子 輻射光子前后 可認為氫原子的質量為M不變 求輻射光子后氫原子的速度v 用h R M和v0表示 答案見解析 解析 1 a 在賴曼系中 氫原子由n 2躍遷到k 1時 對應光的波長最長 波長為 1 則有 R所以 1 所以 1 4分 b 在巴耳末系中 氫原子由n 4躍遷到k 2 對應光的波長為 2 頻率為 2 則有 R 2 設用波長為 1 2的光照射金屬產生光電效應時 光電子對應的最大初動能分別為Ekm1 Ekm2 根據(jù)光電效應方程有Ekm1 h 1 W0Ekm2 h 2 W0根據(jù)動能定理有 eU1 0 Ekm1 eU2 0 Ekm2聯(lián)立解得h W0 e U1 4U2 6分 2 a 根據(jù)質能方程有E mc2又因為E h p mc所以p 3分 b 光子的動量p 根據(jù)動量守恒定律有Mv0 Mv p解得v v0 3分 解題關鍵能根據(jù)巴耳末 里德伯公式推算出最長波長 進一步結合動能定理 動量定理和愛因斯坦光電效應方程分析問題 是解本題的關鍵 11 20分 2017北京海淀一模 24 1 科學家發(fā)現(xiàn) 除了類似太陽系的恒星 行星系統(tǒng) 還存在許多雙星系統(tǒng) 通過對它們的研究 使我們對宇宙有了較深刻的認識 雙星系統(tǒng)是由兩個星體構成的 其中每個星體的線度 直徑 都遠小于兩星體間的距離 一般雙星系統(tǒng)距離其他星體很遠 可以當做孤立系統(tǒng)處理 已知某雙星系統(tǒng)中每個星體的質量都是M0 兩者相距L 它們正圍繞兩者連線的中點做勻速圓周運動 引力常量為G 求 該雙星系統(tǒng)中星體的加速度大小a 該雙星系統(tǒng)的運動周期T 2 微觀世界與宏觀世界往往存在奇妙的相似性 對于氫原子模型 因為原子核的質量遠大于電子的質量 可以忽略原子核的運動 形成類似天文學中的恒星 行星系統(tǒng) 記為模型 另一種模型認為氫原子的核外電子并非繞核旋轉 而是類似天文學中的雙星系統(tǒng) 核外電子和原子核依靠庫侖力作用使它們同時繞彼此連線上某一點做勻速圓周運動 記為模型 已知核外電子的質量為m 氫原子核的質量為M 二者相距為r 靜電力常量為k 電子和氫原子核的電荷量大小均為e 模型 中系統(tǒng)的總動能分別用Ek Ek 表示 請推理分析 比較Ek Ek 的大小關系 模型 中核外電子做勻速圓周運動的周期分別用T T 表示 通常情況下氫原子的研究采用模型 的方案 請從周期的角度分析這樣簡化處理的合理性 答案 1 2 2 見解析 解析 1 根據(jù)萬有引力定律和牛頓第二定律有 M0a解得a 由牛頓第二定律 運動學公式可知 a 解得T 2 2 模型 中 設電子的速度為v 對于電子繞核的運動 根據(jù)庫侖定律和牛頓第二定律有 解得 Ek mv2 模型 中 設電子和原子核的速度分別為v1 v2 電子的運動半徑為r1 原子核的運動半徑為r2 根據(jù)庫侖定律和牛頓第二定律對電子有 解得Ek1 m r1 對原子核有 解得Ek2 M r2系統(tǒng)的總動能 Ek Ek1 Ek2 r1 r2 即在這兩種模型中 系統(tǒng)的總動能相等 模型 中 根據(jù)庫侖定律和牛頓第二定律有 mr 解得 模型 中 電子和原子核的周期相同 均為T 根據(jù)庫侖定律和牛頓第二定律對電子有 m r1 解得 r1 對原子核有 M r2 解得 r2 因r1 r2 r 將以上兩式代入 可解得 所以有 因為M m 可得T T 所以采用模型 更簡單方便 1 2018北京豐臺二模 20 發(fā)光二極管 也就是LED 是一種固態(tài)的半導體器件 它可以直接把電能轉化為光能 LED的核心是一個半導體晶片 半導體晶片由兩部分組成 一部分是P型半導體 空穴濃度高 另一部分是N型半導體 自由電子濃度高 這兩種半導體連接起來 它們之間就形成一個 P N結 當電流通過晶片時 電子就會被推向P區(qū) 在P區(qū)里電子跟空穴復合 以光子的形式發(fā)出能量 就發(fā)光了 不同的半導體材料中電子和空穴所處的能量狀態(tài)不同 電子和空穴復合時釋放出的能量也不同 下列說法正確的是 A 發(fā)光二極管的發(fā)光原理與普通白熾燈的發(fā)光原理相同B 發(fā)光二極管的發(fā)光原理與普通日光燈的發(fā)光原理相同C 電子和空穴復合時釋放出的光子能量越大 則發(fā)出光的波長越短D 紅光發(fā)光二極管發(fā)出紅光的頻率比藍光發(fā)光二極管發(fā)出藍光的頻率大 C組教師專用題組 答案C普通白熾燈是利用電流通過燈絲時 燈絲溫度很高而發(fā)光的 日光燈是利用燈管內惰性氣體被電離后形成導電電流 運動的氣體離子在與汞原子碰撞時 使汞原子躍遷到高能級 汞原子向低能級躍遷產生紫外線 和熒光物質撞擊產生白光 因此A B項錯誤 光子的能量E h h C項正確 紅光比藍光的波長長 頻率小 D項錯誤 解題關鍵通過閱讀提煉信息 可以知道LED的發(fā)光原理 進而與白熾燈 日光燈發(fā)光原理比較 發(fā)現(xiàn)它們的發(fā)光原理不同 光子的能量E h 紅光的波長大于藍光的波長 2 2015北京順義一模 13 根據(jù)玻爾理論 氫原子由基態(tài)向激發(fā)態(tài)躍遷時 A 輻射能量 能級升高B 輻射能量 能級降低C 吸收能量 能級升高D 吸收能量 能級降低 答案C氫原子從基態(tài)向激發(fā)態(tài)躍遷時 將吸收能量 能量增加 能級升高 故C正確 A B D錯誤 3 2017北京西城二模 13 關于 三種射線 下列說法正確的是 A 射線是帶負電的高速電子流B 射線是帶正電的高速粒子流C 射線是能量很高的電磁波D 三種射線都是高速運動的帶電粒子流 答案C 射線是帶正電的高速He核流 射線是帶負電的高速電子流 射線是高速光子流 是電磁波 4 2016北京海淀二模 14 對下列各原子核變化的方程 表述正確的是 A HHHen是核聚變反應BHHHen是 衰變CSeKr e是核裂變反應DUnXeSr n是 衰變 答案AB為聚變反應 C為 衰變 D為裂變反應 A為核聚變反應 A正確 B C D錯誤 5 2016北京海淀零模 14 下列說法中正確的是 A 盧瑟福在 粒子散射實驗的基礎上 提出了原子的核式結構模型B 射線 射線 射線都是高速運動的帶電粒子流C 目前核電站內釋放的核能來自于輕核的聚變D 放射性元素的半衰期會隨溫度的變化而改變 答案A 射線是光子流 故B項錯誤 目前核電站內釋放的核能來自于重核的裂變 故C項錯誤 放射性元素的半衰期跟溫度無關 故D項錯誤