专辑12 原子物理-2021年高考5月北京市二模物理试题分项汇编（解析版）

1 2021 年高考 5 月北京市二模物理试题分项汇编 专题 12 原子物理 1、（2021·北京市朝阳区高三下学期 5 月二模反馈）氦原子核由两个质子与两个中子组成，这两个质子之 间存在着万有引力、库仑力和核力，则 3 种力从大到小的排列顺序是( ) A. 核力、万有引力、库仑力 B. 万有引力、库仑力、核力 C. 库仑力、核力、万有引力 D. 核力、库仑力、万有引力 【答案】D 【解析】 核力是强相互作用力，氦原子核内的 2 个质子是靠核力结合在一起的．可见核力远大于库仑力；微观粒子 的质量非常小，万有引力小于库仑力．故 D 选项正确． 2、（2021·北京市海淀区高三下学期 5 月二模）氢原子的能级图如图 7 甲所示，一群处于第 4 能级的氢原 子，向低能级跃迁过程中能发出 6 种不同频率的光，其中只有频率为νa、νb 两种光可让图 7 乙所示的光电 管阴极 K 发生光电效应。分别用频率为νa、νb 的两个光源照射光电管阴极 K，测得电流随电压变化的图像如 图 7 丙所示。下列说法中正确的是 图 7 甲 乙 丙 Uc1 Uc2 O U A．处于第 4 能级的氢原子可以吸收一个能量为 0.75eV 的光子并电离 B．图 7 丙中的图线 a 所表示的光是氢原子由第 4 能级向基态跃迁发出的 2 C．图 7 丙中的图线 b 所表示的光的光子能量为 12.75 eV D．用图 7 丙中的图线 a 所表示的光照射阴极 K 时，光电子的最大初动能比用图线 b 所表示的光照射 时更大 【答案】C 【解析】由于 n=4 能级的能量是-0.85eV，所以处于第 4 能级的氢原子吸收一个能量为 0.85eV 的光子才 能电离，选项 A 错误； 这两种光是 6 种频率不同光中能量较大的两种，则由甲可知，应该分别是由 n=4 和 n=3 向 n=1 能级跃 迁而形成的，再由丙图可知，a 光的遏止电压较小，说明 a 光对应的能量较小，即它的频率较小，所以它是 由第 3 能级向基态跃迁发出的，选项 B 错误； 则 b 光 指 的 就 是 n=4 向 基 态 跃 迁 发 出 的 光 ， 由 甲 可 知 其 光 子 的 能 量 为 △ E=E4-E1=-0.85eV-(-13.6eV)=12.75eV，选项 C 正确； 由于 a 光的遏止电压小，故它对应的光的初动能小，选项 D 错误。 3、（2021·北京市海淀区高三下学期 5 月二模）下列说法中正确的是 A．太阳辐射的能量主要来自太阳内部的核聚变反应 B．天然放射现象的发现，揭示了原子核是由质子和中子组成的 C．放射性元素的半衰期随温度的升高而变短 D．氢原子核外电子从半径较小的轨道跃迁到半径较大的轨道时，原子总能量减少 【答案】A 【解析】太阳辐射的能量主要来自太阳内部的核聚变反应，选项 A 正确；天然放射现象的发现，揭示 了原子核是可以再分的，原子核由质子和中子组成是由卢瑟福通过实验提出的，选项 B 错误；放射性元素 的半衰期非常稳定，它不随温度的升高而变短，选项 C 错误；氢原子核外电子从半径较小的轨道跃迁到半 径较大的轨道时，原子总能量增加，选项 D 错误。 4、（2021·北京市西城区高三下学期 5 月二模）以下核反应方程中属于衰变的是 3 A． 24 24 0 11 12 1Na Mg e  B． 235 140 94 92 54 38 1 1 0 0U+ Xe Sr +2n n  C． 2 3 4 1 1 2 1 0H + H He + n D． 14 4 17 7 2 8 1 1N + He O + H 【答案】A 【解析】 24 24 0 11 12 1Na Mg e  是β衰变，选项 A 正确； 235 140 94 92 54 38 1 1 0 0U+ Xe Sr +2n n  是原子核的裂变， 选项 B 错误； 2 3 4 1 1 2 1 0H + H He + n 是氢核的聚变，选项 C 错误； 14 4 17 7 2 8 1 1N + He O + H 是人工转变，也是 卢瑟福发现质子的方程，选项 D 错误。 5、（2021·北京市朝阳区高三下学期 5 月二模）将中子、质子紧紧束缚在核内，形成稳定原子核的力是 A．万有引力 B．库仑力 C．核力 D．分子力 【答案】C 【解析】将中子、质子紧紧束缚在核内，形成稳定原子核的力是核力，选项 C 正确。 6、（2021·北京市东城区高三下学期 5 月二模）如图所示为α粒子散射实验的示意图：放射源发出α射线打 到金箔上，带有荧光屏的放大镜转到不同位置进行观察，图中①②③为其中的三个位置，下列对实验结果 的叙述或依据实验结果做出的推理正确的是 A．在位置②接收到的α粒子最多 B．在位置①接收到α粒子说明正电荷不可能均匀分布在原子内 C．位置②接收到的α粒子一定比位置①接收到的α粒子所受金原子核斥力的冲量更大 D．若正电荷均匀分布在原子内，则①②③三个位置接收到α粒子的比例应相差不多 【答案】B 【解析】由于原子中大部分是空的，故大部分α粒子会沿直线通过，所以在位置③接收到的α粒子最多， 选项 A 错误；在位置①接收到α粒子，说明α粒子发生了大角度偏折，可以推出正电荷不可能均匀分布在原 4 子内，选项 B 正确； 由图看出，位置②接收到的α粒子偏折程度没有位置①的大，所以α粒子所受金原子核斥力的冲量在位 置①更大些，选项 C 错误； 若正电荷均匀分布在原子内，则①②位置几乎接收不到α粒子，③位置接收得最多，选项 D 错误。 7、（2021·北京市东城区高三下学期 5 月二模）氢原子的能级图如图所示。如果大量氢原子处于 n=4 能级的 激发态，下列说法正确的是 A．这群氢原子最多可能辐射 3 种不同频率的光子 B．从 n =4 能级跃迁到 n =1 能级的氢原子所辐射光子的波长最长 C．n=2 能级的氢原子若吸收能量为 1.89eV 的光子，可以跃迁到 n =3 能级 D．n=4 能级的氢原子至少需吸收 13.6eV 能量的光子才能电离 【答案】C 【解析】根据 2 4 C=6，故 n=4 能级的激发态向代能级跃迁时最多可能辐射 6 种不同频率的光子，选项 A 错误；从 n =4 能级跃迁到 n =1 能级的氢原子所辐射光子的能量最大，因为此进的能级差最大，根据 E=hν， 所以频率最大，再根据 c=νλ可知，波长最小，选项 B 错误； 因为△E=E3-E2=-1.51eV-(-3.4eV)=1.89eV，故 n=2 能级的氢原子若吸收能量为 1.89eV 的光子，可以跃迁 到 n =3 能级，选项 C 正确；n=4 能级的氢原子至少需吸收 0.85eV 能量的光子就能电离，选项 D 错误。 8、（2021·北京市房山区高三下学期 5 月二模）氢原子的能级图如图 1 所示。现有大量氢原子处于 n=3 能 级上，下述说法中正确的是 5 1 2 5 4 3 n ∞ -13.6 -3.4 -0.54 -0.85 -1.51 E/eV 0 图 1 A．这些原子跃迁过程中最多可辐射出 6 种频率的光子 B．从 n=3 能级跃迁到 n=4 能级需吸收 0.66eV 的能量 C．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 D．处于 n=3 能级的氢原子电离至少需要吸收 13.6eV 的能量 【答案】B 【解析】大量氢原子处于 n=3 能级上，向低能级跃迁时最多可以辐射 3 种频率的光子，选项 A 错误； 从 n=3 能级跃迁到 n=4 能级需吸收△E=E4-E3=-0.85eV-(-1.51eV)=0.66eV 的能量，选项 B 正确； 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，因为 n=3 到 n=1 的能级差较大，选 项 C 错误；处于 n=3 能级的氢原子电离至少需要吸收 1.51eV 的能量，选项 D 错误。 9、（2021·北京市顺义区高三下学期 5 月二模）2020 年 12 月 17 日凌晨 1 时 59 分，嫦娥五号返回舱携带月 壤样品成功着陆，标志着我国首次地外天体采样返回任务圆满完成。月球土壤里大量存在着一种叫做“氦 3” （ 3 2 He ）的化学元素，是核反应的重要原料之一、科学家初步估计月球上至少有 100 万吨“氦 3”，如果相 关技术研发成功，将可为地球带来取之不尽的能源。关于“氦 3”与氘核的核反应方程为 3 2 4 1 2 1 2 1He H He H   ， 下列说法正确的是（ ） A. 该核反应生成物的质量大于反应物的质量 B. 该核反应出现质量亏损，吸收能量 C. 该核反应为核聚变反应，放出能量 D. 该核反应为核裂变反应，吸收能量 【答案】C 6 【解析】 AB．该核反应有大量的能量放出，根据爱因斯坦质能方程，可知有质量亏损，生成物的质量小于参加反应 物质的质量，故 AB 错误； CD．核聚变是质量数较小的核聚变生成质量数较大的核，该核反应是核聚变反应，放出能量，故 C 正确， D 错误。 故选 C。 10、（2021·北京市顺义区高三下学期 5 月二模）氢原子能级如图所示,大量处于 n＝4 能级的氢原子向低能 级跃迁时发出不同频率的光，其中 a 光是从 n＝3 能级向 n＝1 能级跃迁时发出的，b 光的频率大于 a 光的频 率，则 b 光可能是( ) A. 从 n＝4 能级向 n＝3 能级跃迁时发出的 B. 从 n＝4 能级向 n＝2 能级跃迁时发出的 C. 从 n＝4 能级向 n＝1 能级跃迁时发出的 D. 从 n＝3 能级向 n＝2 能级跃迁时发出的 【答案】C 【解析】 氢原子从高能级向低能级跃迁时辐射的光子能量等于能极差，a 光的能量等于 3 1ah E E   b 光的频率大于 a 光的频率，即 b 光的能量大于 3 1E E ，对照选项中的能极差，能够大于 3 1E E 只有选项 C 的 4 1E E 。 7 故选 C。 11、（2021·北京市首都师大附中高三下学期 4 月月考）如图所示为氢原子能级示意图的一部分，根据玻尔 理论，下列说法中正确的是（ ） A. 从 n=4 能级跃迁到 n=3 能级比从 n=3 能级跃迁到 n=2 能级辐射出电磁波的波长长 B. 处于 n=4 的定态时电子的轨道半径 r4 比处于 n=3 的定态时电子的轨道半径 r3 小 C. 从 n=4 能级跃迁到 n=3 能级，氢原子的能量减小，电子的动能减小 D. 从 n=3 能级跃迁到 n=2 能级时辐射的光子可以使逸出功为 2.5eV 的金属发生光电效应 【答案】A 【解析】 试题分析：能级间跃迁辐射或吸收光子的能量等于两能级间的能级差，能级差越大，辐射的光子频率越大， 则波长越小．根据库仑力提供向心力分析半径与电子的动能之间的关系． 由图可知，从 n=4 能级跃迁到 n=3 能级辐射出的光子能量 1 0.66E eV ，从 n=4 能级跃迁到 n=2 能级辐射 出光子能量 2 1.89E eV ，根据 E h 可知光子能量越小，光子频率小，光子的波长越大，其中 2 1.89 2.5E eV eV  ，所以从 n=3 能级跃迁到 n=2 能级时辐射的光子不能使得逸出功为 2.5eV 的金属发生 光电效应，A 正确 D 错误；根据玻尔理论，能级越高，半径越大，所以处于 n=4 的定态时电子的轨道半径 4r 比处于 n=3 的定态时电子的轨道半径 3r 大，B 错误；从 n=4 能级跃迁到 n=3 能级，氢原子向外发射电子， 能量减小，根据 2 2 2 ke mv r r  可知，电子越大的半径减小，则电子的动能增大，C 错误． 8 12、（2021·北京市首都师大附中高三下学期 4 月月考）以下事实可作为“原子核可再分”的依据是（ ） A. 天然放射现象 B. 粒子散射实验 C. 电子的发现 D. 氢原子发光 【答案】A 【解析】 A. 天然放射现象是原子发生衰变之后会放出三种射线，这说明原子核可再分．故 A 正确． B. 粒子散射实验说明了原子的核式结构模型．故 B 错误． C.电子位于原子核外的，不能说明原子核可再分．故 C 错误． D. 氢原子发光说明核外电子的跃迁，不能说明原子核可再分．故 D 错误． 13、（2021·北京市丰台区高三下学期 5 月二模）如图所示的α粒子散射实验中，少数α粒子发生大角度偏转 的原因是（ ） A. α粒子与原子中的电子发生碰撞 B. 正电荷在原子中均匀分布 C. 原子中带正电的部分和绝大部分质量集中在一个很小的核上 D. 原子只能处于一系列不连续的能量状态中 【答案】C 【解析】 A．α粒子与原子中的电子发生碰撞，不会发生大角度偏转，因为电子的质量电荷量太小，所以 A 错误； 9 BC．少数α粒子发生大角度偏转，大多数没有发生偏转说明了原子的内部是很空阔的，原子中带正电的部分 和绝大部分质量集中在一个很小的核上，所以 C 正确；B 错误； D．原子的光谱线现象说明了原子只能处于一系列不连续的能量状态中，在散射中体现不出来，所以 D 错 误； 故选 C。 14、（2021·北京市丰台区高三下学期 5 月二模）关于天然放射现象，下列说法正确的是（ ） A. 天然放射现象表明原子内部有一定结构 B. 升高温度可以改变原子核衰变的半衰期 C. β射线是原子核外的电子形成的电子流 D. 三种射线中γ射线的穿透能力最强，电离作用最小 【答案】D 【解析】 A．天然放射现象表明原子核内部有一定结构，故 A 错误； B．原子核衰变的半衰期由自身结构决定，与物理条件和化学状态无关，故升高温度可以不能改变原子核衰 变的半衰期，故 B 错误； C．发生一次β衰变，实际是原子核内的一个中子转化为一个质子和一个电子，这个电子被抛射出来，故 C 错误； D．三种射线中γ射线是不带电的光子，则穿透能力最强，电离作用最小，故 D 正确； 故选 D。