高考物理近代物理知识点之原子结构分类汇编含答案解析

高考物理近代物理知识点之原子结构分类汇编含答案解析
一、选择题
1．氢原子从能量为m E 的较高激发态跃迁到能量为n E 的较低激发态，设真空中的光速为c ，则氢原子 A ．吸收光子的波长为()
m n c E E h - B ．辐射光子的波长为
()
m n c E E h
- C ．吸收光子的波长为n
m ch
E E -
D ．辐射光子的波长为
n
m ch
E E -
2．氢原子能级图的一部分如图所示，A 、B 、C 分别表示原子在三种跃迁过程中辐射出 的光子．其中E A 表示原子从n=3能级向n=2能级跃迁的能量，E B 表示原子从n=2能级向 n=1能级跃迁的能量，E C 表示原子从n=3能级向n=1能级跃迁的能量，则下述关系中正确的是
A ．E A < E
B < E
C B ．E A < E C < E B C ．E C < E B < E A
D ．
E B <E A < E C
3．不断发现和认识新现象，进而理解事物的本性，这是一切科学发展的必由之路。

下列说法正确的是
A ．放射性元素衰变的快慢是由原子所处的化学状态和外部条件决定的
B ．原子核越大，它的比结合能越大
C ．电子的发现使人们认识到原子不是组成物质的最小微粒，原子本身也具有结构
D ．如果大量氢原子处在n =3的能级，会辐射出6种不同频率的光 4．氢原子部分能级的示意图如图所示，不同金属的逸出功如下表所示：
铯
钙
镁
铍
钛
金
逸出功W/eV
1.9
2.7
3.7
3.9
4.1
4.8
大量处于n=4能级的氢原子向低能级跃迁时辐射的所有光子中，能够使金属铯发生光电效应的光子有几种
A．2
B．3
C．4
D．5
5．图甲所示为氢原子能级图，大量处于n=4激发态的氢原子向低能级跃迁时能辐射出多种不同频率的光，其中用从n=4能级向n=2能级跃迁时辐射的光照射图乙所示光电管的阴极K时，电路中有光电流产生，则
A．改用从n=4能级向n=1能级跃迁时辐射的光，一定能使阴极K发生光电效应
B．改用从n=3能级向n=1能级跃迁时辐射的光，不能使阴极K发生光电效应
C．改用从n=4能级向n=1能级跃迁时辐射的光照射，逸出光电子的最大初动能不变D．入射光的强度增大，逸出光电子的最大初动能也增大
6．如图是原子物理史上几个著名的实验，关于这些实验，下列说法正确的是:
A．卢瑟福α粒子散射实验否定了原子结构的枣糕模型，提出原子的核式结构模型B．放射线在磁场中偏转，中间没有偏转的为γ射线，电离能力最强
C．电压相同时，光照越强，光电流越大，说明遏止电压和光的强度有关
D．铀235只要俘获中子就能进行链式反应
n=的激发态的氢原子，能够自发跃迁7．如图所示为氢原子的能级图，一群处于量子数4
到较低的能量状态，并向外辐射光子．已知可见光的光子的能量范围为1.64~3.19 eV，锌
板的逸出功为3.34 eV ，则向外辐射的多种频率的光子中
A ．最多有4种频率的光子
B ．最多有3种频率的可见光
C ．能使锌板发生光电效应的最多有4种频率的光子
D ．能使锌板发射出来的光电子，其初动能的最大值为9.41 eV 8．下列说法正确的是
A ．比结合能越小的原子核，核子结合得越牢固，原子核越稳定
B ．根据玻尔理论可知，氢原子核外电子跃迁过程中电子的电势能与动能之和不变
C ．原子核发生一次β衰变，原子核内的一个质子转变为一个中子
D ．处于激发态的原子核辐射出γ射线时，原子核的核子数不会发生变化 9．下列说法正确的是（ ）
A ．汤姆孙通过α粒子散射实验，提出了原子具有核式结构
B ．一群处于n =4能级上的氢原子向低能级跃迁时最多产生4种谱线
C ．结合能越大，原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定
D ．在核反应中，质量数和电荷数都守恒 10．下列说法正确的是：（ ）
A ．汤姆孙通过研究阴极射线发现了电子，从而建立了核式结构模型
B ．贝克勒尔通过对天然放射现象的硏究，发现了原子中存在原子核
C ．原子核由质子和中子组成，稳定的原子核内，中子数一定小于质子数
D ．大量处于基态的氢原子在单色光的照射下，发出多种频率的光子，其中必有一种与入射光频率相同
11．关于近代物理学，下列说法正确的是( )
A ．查德威克发现质子的核反应方程为414171
2781He N O H +→+
B ．由爱因斯坦光电效应方程可知，光电子的最大初动能与入射光的频率成正比
C ．氢原子的电子由外层轨道跃迁到内层轨道时，要放出光子，氢原子的能量减小， 电子的动能减小
D ．光电效应和康普顿效应深入揭示了光的粒子性，前者表明光子具有能量，后者表明光子既具有能量，也具有动量
12．下列四个实验中，能说明光具有粒子性的是（ ）
A ．
B ．
C ．
D ．
13．下列说法正确的是( )
A ．α粒子散射实验的结果证明原子核是由质子和中子组成的
B ．比结合能越大，原子核中的核子结合得越牢固，原子核越稳定
C ．核力是短程力，其表现一定为吸引力
D ．质子、中子、α粒子的质量分别为1m 、2m 、3m ，由2个质子和2个中子结合成一个
α粒子，释放的能量是()2123m m m c +-
14．如图所示为氢原子能级图以及从n =3、4、5、6能级跃迁到2n =能级时辐射的四条谱线，下列叙述正确的是（ ）
A ．四条谱线中αH 对应的光子能量最大
B ．四条谱线中αH 对应的光的频率最大
C ．用能量为12.75eV 的光子照射基态的氢原子，氢原子有可能跃迁到n =3的激发态上
D ．大量处于n =3能级的氢原子向低能级跃迁时，最多产生3种频率不同的光子 15．一个氢原子从2n =能级跃迁到4n =能级，该氢原子（ ） A ．吸收光子，能量减少 B ．吸收光子，能量增加 C ．放出光子，能量增加
D ．放出光子，能量减少
16．α粒子散射实验中，不考虑电子和α粒子的碰撞影响，是因为
A ．α粒子与电子根本无相互作用
B ．α粒子受电子作用的合力为零，是因为电子是均匀分布的
C ．α粒子和电子碰撞损失能量极少，可忽略不计
D ．电子很小，α粒子碰撞不到电子
17．下列四幅图涉及到不同的物理知识，其中说法正确的是（ ）
A ．图甲：普朗克通过研究黑体辐射提出能量子的概念，成功解释了光电效应
B ．图乙：玻尔理论指出氢原子能级是分立的，所以原子发射光子的频率是不连续的
C ．图丙：卢瑟福通过分析α粒子散射实验结果，发现了质子和中子
D ．图丁：根据电子束通过铝箔后的衍射图样，可以说明电子具有粒子性 18．下列说法正确的是
A ．2341
1120H+H He+n →是α衰变
B ．α粒子散射实验中，极少数α粒子发生了较大偏转是卢瑟福猜想原子核式结构模型的主要依据
C ．核反应方程：9412
426Be+He C+x →中的x 为质子
D ．氡的半衰期为3.8天，若有4个氡原子核，经过3.8天后就一定只剩下2个氡原子核 19．使某种金属X 发生光电效应所需的光子最小的能量为2.60eV .已知一群氢原子处于量子数n =3的激发态，其能级如图所示.这些氢原子能够自发地跃迁到较低的能量状态，并向外辐射多种频率的光.那么，若用这些氢原子辐射的光照射这种金属X ，能够使这种金属X 发生光电效应的不同频率的光有（ ）
A ．一种
B ．两种
C ．三种
D ．四种
20．氦氖激光器能产生三种波长的激光，其中两种波长分别为λ1=0.632 8 μm ，λ2=3.39 μm ．已知波长为λ1的激光是氖原子在能级间隔为ΔE 1=1.96 eV 的两个能级之间跃迁产生的．用ΔE 2表示产生波长为λ2的激光所对应的跃迁的能级间隔，则ΔE 2的近似值为 A ．10.50 eV
B ．0.98 eV
C ．0.53 eV
D ．0.37 eV
21．下列论述中不正确的是（ ）
A ．天然放射性现象表明了原子核内部是有复杂的结构的
B ．α粒子散射实验的结果表明了原子核内部是有复杂的结构的
C ．汤姆生发现电子表明原子内部是有复杂的结构的
D ．α粒子散射实验是原子核式结构模型的实验基础
22．氦原子被电离一个核外电子，形成类氢结构的氦离子．已知基态的氦离子能量为E 1=-54.4eV ，氦离子能级的示意图如图所示，在具有下列能量的光子中，不能被基态氦离子吸
收而发生跃迁的是（ ）
A ．40.8eV
B ．54.4eV
C ．51.0eV
D ．43.2eV
23．图甲所示为氢原子的能级，图乙为氢原子的光谱．已知谱线a 是氢原子从n =4的能级跃迁到n =2能级时的辐射光，则谱线b 可能是氢原子（ ）时的辐射光
A ．从5n =的能级跃迁到3n =的能级
B ．从4n =的能级跃迁到3n =的能级
C ．从5n =的能级跃迁到2n =的能级
D ．从3n =的能级跃迁到2n =的能级
24．下列关于物理学史与物理学研究方法的叙述中正确的是（ ）
A ．密立根测定了静电力常量
B ．奧斯特首先发现了电磁感应现象
C ．库仑最早用扭秤实验测量出电子电荷量的精确值
D ．法拉第最早提出了“电场”的概念
25．我国科学家潘建伟院士预言十年左右量子通信将“飞”入千家万户．在通往量子论的道路上，一大批物理学家做出了卓越的贡献，下列有关说法正确的是 A ．爱因斯坦提出光子说，并成功地解释了光电效应现象
B ．德布罗意第一次将量子观念引入原子领域，提出了定态和跃迁的概念
C ．玻尔在1900年把能量子引入物理学，破除了“能量连续变化”的传统观念
D ．普朗克把光的波粒二象性推广到实物粒子，预言实物粒子也具有波动性
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一、选择题 1．D
【解析】 【详解】
由玻尔理论的跃迁假设知，氢原子由较高的能级向较低的能级跃迁时辐射光子，由
m n hv E E =-可得：
m n
E E v h
-=
又由c
v
λ=
得辐射光子的波长为： m n
ch
E E λ=
-
A ．与分析不符，故A 错误；
B ．与分析不符，故B 错误；
C ．与分析不符，故C 错误；
D ．与分析相符，故D 正确； 故选D 。

2．A
解析：A 【解析】 【分析】 【详解】
从n=3能级向n=1能级跃迁的能量为E C =13.61-1.51eV=12.1eV ，从n=2能级向n=1能级跃迁的能量E B =13.61-3.40eV=10.21eV ，从n=3能级向n=2能级跃迁的能量E A =3.40-1.51eV=1.89eV ．所以E A ＜E B ＜E C ．故A 正确，BCD 错误．故选A ．
3．C
解析：C 【解析】 【详解】
A ．原子核的半衰期与所处的化学状态和外部条件无关，由内部自身因素决定，故A 错误；
B ．原子核的结合能等于使其完全分解成自由核子所需的最小能量，则原子核越大，它的结合能越高，但比结合能不一定越大，故B 错误；
C ．电子的发现使人们认识到原子不是组成物质的最小微粒，原子还能再分，故C 正确；
D ．大量氢原子处在n =3的能级，会辐射出
233C =
即3种频率的光，故D 错误。

故选C 。

4．C
【解析】 【详解】
氢原子由量子数n =4的能级跃迁低能级时辐射光子的能量有6种；其中： E 4-E 1=-0.8+13.6eV=12.8eV ；E 4-E 2=-0.8+3.40eV=2.6eV ；E 4-E 3=-0.85+1.51eV=0.66eV ；E 3-E 2=-1.51+3.40eV=1.89eV ；E 3-E 1=-1.51+13.6eV=12.09eV ；E 2-E 1=-3.40+13.6eV=10.2eV ；金属铯的逸出功为1.9eV ，则能够使金属铯发生光电效应的光子有4种，故选C.
5．A
解析：A 【解析】
在跃迁的过程中释放或吸收的光子能量等于两能级间的能级差，
420.85eV ( 3.40) 2.55eV=h E ν∆=---=，此种光的频率大于金属的极限频率，故发生了
光电效应.A 、41410.85eV (13.6)12.75eV>E E ∆=---=∆,同样光的频率大于金属的极限频率，故一定发生了光电效应，则A 正确.B 、
31411.51eV (13.6)12.09eV>E E ∆=---=∆，也能让金属发生光电效应，则B 错误；C 、
由光电效应方程0km E h W ν=-，入射光的频率变大，飞出的光电子的最大初动能也变大，故C 错误；D 、由0km E h W ν=-知光电子的最大初动能由入射光的频率和金属的逸出功决定，而与入射光的光强无关，则D 错误；故选A.
【点睛】波尔的能级跃迁和光电效应规律的结合；掌握跃迁公式m n E E E ∆=-，光的频率
E h ν=，光电效应方程0km E h W ν=-. 6．A
解析：A 【解析】 【分析】 【详解】
A ．卢瑟福α粒子散射实验否定了原子结构的枣糕模型，提出原子的核式结构模型，故A 正确；
B ．放射线在磁场中偏转，中间没有偏转的为γ射线，贯穿能力最强，故B 错误；
C ．由图可以知道,光照越强,光电流越大,但遏止电压是一样,说明遏止电压与光的强度无关,故C 错误;
D ．链式反应需要达到临界体积才可以，故D 错误； 故选A ．
7．D
解析：D 【解析】
根据24C =6，得处于n=4的激发态一共可能产生6条光谱线，故AB 错误；因锌板的逸出功为3.34eV ，而一群处于量子数n=4的激发态氢原子，向基态跃迁过程中，产生的光子能量
分别是12.75 eV，12.09eV，10.2eV，2.55eV，1.89eV，0.66eV，依据光电效应产生条件：入射光的能量大于或等于锌板的逸出功，能使锌板发生光电效应的最多有3种频率的光子，故C错误；依据光电效应方程：E km=hγ-W，使锌板发射出来的光电子，其最大初动能的最大值为E km=12.75-3.34=9.41 eV，故D正确；故选D．
点睛：此题考查数学组合公式，掌握能级的跃迁，激发态不稳定，会向基态发生跃迁，理解光电效应的条件与其方程的内容．
8．D
解析：D
【解析】
【详解】
A．比结合能越大的原子核，核子结合得越牢固，原子核越稳定，A错误；
B．根据玻尔理论可知，氢原子核外电子跃迁过程，氢原子要辐射(或吸收)光子，电子的总能量变化，B错误；
C．原子核β衰变所放出的电子为原子核内一个中子转化为一个质子和一个电子而来的，C 错误；
D．处于激发态的原子核放出γ射线时，只是能量减小，核子数并没有发生变化，D正确。

故选D。

9．D
解析：D
【解析】
【分析】
【详解】
A．卢瑟福通过α粒子散射实验，提出了原子具有核式结构，故A错误；
B．一群处于n=4能级上的氢原子向低能级跃迁时最多产生2
46
C=种谱线，故B错误；C．比结合能越大，原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定，故C错误；
D．在核反应中，质量数和电荷数都守恒，故D正确。

故选D。

10．D
解析：D
【解析】
【详解】
A、汤姆孙通过研究阴极射线发现了电子，卢瑟福建立了核式结构模型，故选项A错误；
B、贝克勒尔通过对天然放射性现象的研究，证明原子核有复杂结构，粒子散射实验说明原子中存在原子核，故选项B错误；
C、原子核由质子和中子构成，但原子核内质子数与中子数不一定相等，中子数不一定小于质子数，故选项C错误；
D、氢原子处于基态，被一束单色光照射，先吸收能量，向高能级跃迁，然后又从高能级向低能级跃迁，放出能量，发出多种频率的光子，其中从激发态跃迁到基态发出的光子的频率与入射光频率相同，故选项D正确。

11．D
解析：D 【解析】
A 项：414161
2781He N O H +→+是卢瑟福发现质子的核反应方程，故A 错误；
B 项：爱因斯坦光电效应方程0k E h W ν=-可知，光电子的最大初动能与入射光的频率为
一次函数关系，并不成正比，故B 错误；
C 项：电子由外层轨道跃迁到内层轨道时，放出光子，总能量减小，由22
2kQ v m r r
=可
知，半径越小，动能越大，故C 错误；
D 项：光电效应和康普顿效应都揭示了光的粒子性，前者表明光子具有能量，后者表明光子除了具有能量外，还具有动量，故D 正确．
12．C
解析：C 【解析】 【分析】 【详解】
A ．该实验是α粒子散射实验，该实验揭示了原子的核式结构模型，A 错误；
B ．该实验是双缝干涉实验，该实验揭示了光具有波动性，B 错误；
C ．该实验是光电效应现象的实验，该实验揭示了光具有粒子性，C 正确；
D ．该实验是放射性现象的实验，从而得出αβγ、、射线的性质，D 错误。

故选C 。

13．B
解析：B 【解析】 【详解】
A ．α粒子散射实验的结果使卢瑟福根据它提出了原子的核式结构模型，故A 错误；
B ．比结合能是衡量原子核结构是否牢固的指标，它越大原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定；故B 正确；
C ．核力是短程力，其作用的范围是1510m -，其表现既有吸引力也有排斥力，故C 错误；
D ．2个质子和2个中子结合成1个α粒子，根据质能方程知：
()2212322E mc m m m c ∆=∆=+-
故D 错误。

故选B 。

14．D
解析：D 【解析】 【分析】
【详解】
AB ．频率最大的光子对应的能量最大，即跃迁时能量差最大，故氢原子从n =6能级跃迁到n =2能级时辐射光子的频率最大，即δH 对应的光子能量和光的频率最大，故AB 错误； C ．氢原子的能级图得到，n =4的激发态与基态的能级差为
()410.85eV 13.6eV 12.75eV E E E ∆=-=---=
所以用能量为12.75eV 的光子照射基态的氢原子，氢原子能从基态跃迁到n =4的激发态上去，故C 错误；
D ．大量处于n =3能级的氢原子向低能级跃迁时，最多产生23C 3=种频率不同的光子，故
D 正确。

故选D 。

15．B
解析：B
【解析】
【分析】
【详解】
一个氢原子从2n =能级跃迁到4n =能级，即从低能级向高能级跃迁，需要吸收光子，能级的能量值为
12
n E E n = 又能级值为负值，所以，能级越高，能量值越大，即此时能量增加。

所以B 正确，ACD 错误。

故选B 。

16．C
解析：C
【解析】
【分析】
【详解】
α粒子与电子之间存在着相互作用力，这个作用力是库仑引力，但由于电子质量很小，只
有α粒子质量的
17300
，碰撞时对α粒子的运动影响极小，几乎不改变运动方向，就像一颗子弹撞上一颗尘埃一样，故C 正确，ABD 错误。

17．B
解析：B
【解析】
【详解】
A.普朗克通过研究黑体辐射提出能量子的概念，爱因斯坦成功的解释了光电效应现象，A 错误
B.波尔提出自己的原子模型，他指出氢原子能级是分立的，解释了原子发射光子的频率是
不连续的，B 正确
C.卢瑟福通过分析α粒子散射实验结果，提出了自己的原子核式结构模型，C 错误
D.衍射是波的典型特征，根据电子束通过铝箔后的衍射图样，说明电子具有波动性，D 错误
18．B
解析：B
【解析】
【详解】
A. 23411120H+H He+n →是聚变方程，A 错误。

B. 卢瑟福提出的核式结构模型的依据就是α粒子散射实验的现象，B 正确。

C. 跟据质量数守恒电荷数守恒，可得x 为中子，C 错误。

D. 半衰期是对大量样本的统计规律，对4个不适用，D 错误。

19．B
解析：B
【解析】
【分析】
【详解】
氢原子处于量子数n ＝3的激发态时，它能够向外辐射三种频率的光，一是由n ＝3到n ＝2，光子的能量为
E 1=3.40eV －1.51eV=1.89eV
二是由n ＝3到n ＝1，光子的能量为
E 2=13.60eV －1.51eV=12.09eV
三是由n ＝2到n ＝1，光子的能量为
E 3=13.60eV －3.40eV=10.20eV
这三种光的能量能够大于2.60eV 的只有两种，故能够使这种金属X 发生光电效应的有几种不同频率的光有两种，故B 正确ACD 错误．
故选B 。

20．D
解析：D
【解析】
氦氖激光器能产生三种波长的激光，其中两种波长分别为λ1=0.632 8 μm ，λ2=3.39 μm ． 辐射光子的能量与能级差存在这样的关系△E=
hc λ，△E 1=1hc λ，△E 2=2hc λ，
联立两式得，△E 2=0.37eV ．
故D 正确，ABC 错误．故选D ． 21．B
解析：B
【解析】
【分析】
【详解】
A. 贝克勒尔发现天然放射性现象表明了原子核内部是有复杂的结构的，故A正确；
B. α粒子散射实验是原子核式结构模型的实验基础，没有揭示原子核内部的情况，故B错误；
C. 汤姆生通过阴极射线的研究发现了电子，表明原子内部是有复杂的结构的，故C正确；
D.α粒子散射实验是原子核式结构模型的实验基础，故D正确。

故选B。

22．D
解析：D
【解析】
【分析】
【详解】
A．根据量子理论可以知道，处于基态的离子在吸收光子能量时是成份吸收的，不能积累的．因此当其它能级和基态能量差和光子能量相等时，该光子才能被吸收．由能级示意图可知：第2能级和基态能级差为：
△E1=E2-E1=-13.6-（-54.4）=40.8eV
故A选项中光子能量能被吸收，故A错误；
B．当光子能量大于等于基态能量时，将被处于基态离子吸收并能使其电离，故选项B中的光子能量能被吸收，故B错误；
C．第4能级和基态能级差为：
△E2=E4-E1=-3.4-（-54.4）=51.0eV
故C选项中光子能量能被吸收，故C错误；
D．没有能级之间的能量差和D中光子能量相等，故D正确；
故选D．
23．C
解析：C
【解析】
【详解】
谱线a是氢原子从n=4的能级跃迁到n=2的能级时的辐射光，波长大于谱线b，所以a光的光子频率小于b光的光子频率。

所以b光的光子能量大于n=4和n=2间的能级差。

n=3跃迁到n=2，n=5跃迁到n=3的能级差小于n=4和n=2的能级差。

n=5和n=2间的能级差大于n=4和n=2间的能级差。

故A、B、D错误，C正确。

24．D
解析：D
【解析】
【分析】
【详解】
A．密立根由油滴实验测定力了元电荷e的数值，库仑提出了电荷守恒定律并测出了静电力
常量，故A错误；
B．奥斯特发现了电流的磁效应，法拉第首先发现了电磁感应现象，故B错误；
C．库仑通过扭秤实验总结出了真空中的两静止点电荷间相互作用的规律，密立根最早实验测量出电子电荷量的精确值，故C错误；
D．法拉第最早提出了“电场”的概念，故D正确；
故选D。

25．A
解析：A
【解析】
爱因斯坦提出光子说，并成功地解释了光电效应现象，选项A正确；玻尔第一次将量子观念引入原子领域，提出了定态和跃迁的概念，选项B错误；普朗克在1900年把能量子引入物理学，破除了“能量连续变化”的传统观念，故C错误；德布罗意把光的波粒二象性推广到实物粒子，预言实物粒子也具有波动性，选项D错误；故选A.。