高考物理近代物理知识点之原子结构难题汇编附答案(3)

高考物理近代物理知识点之原子结构难题汇编附答案(3)
一、选择题
1．许多情况下光是由原子内部电子的运动产生的，因此光谱研究是探索原子结构的一条重要途径．利用氢气放电管可以获得氢原子光谱，根据玻尔理论可以很好地解释氢原子光谱的产生机理．已知氢原子的基态能量为E 1，激发态能量为1
2
n E E n =
，其中n = 2，3，4…．1885年，巴尔末对当时已知的在可见光区的四条谱线做了分析，发现这些谱线的波长能够用一个公式表示，这个公式写做
221
1
12
R n λ⎛⎫=- ⎪⎝⎭，n = 3，4，5，…．式中R 叫做里德伯常量，这个公式称为巴尔末公式．用h 表示普朗克常量，c 表示真空中的光速，则里德伯常量R 可以表示为（ ） A ．1
2E hc
-
B ．
1
2E hc
C ．1
E hc
-
D ．
1
E hc
2．一个氢原子从n =3能级跃迁到n =2能级，该氢原子（ ） A ．放出光子，能量增加 B ．放出光子，能量减少 C ．吸收光子，能量增加 D ．吸收光子，能量减少
3．光电效应实验的装置如图所示，用A 、B 两种不同频率的单色光分别照射锌板，A 光能使验电器的指针发生偏转，B 光则不能使验电器的指针发生偏转，下列说法正确的是
A ．照射光A 光的频率小于照射光
B 光的频率 B ．增大照射光A 的强度，验电器指针张角将变小
C ．使验电器指针发生偏转的是正电荷
D ．若A 光是氢原子从n =5能级向n =1能级跃迁时产生的，则B 光可能是氢原子从n =6能级向n =1能级跃迁时产生的
4．如图所示为氢原子的能级结构示意图，一群氢原子处于n =3的激发态，在向较低能级跃迁的过程中向外辐射出光子，用这些光子照射逸出功为2.49 eV 的金属钠．下列说法正确的是（ )
A ．这群氢原子能辐射出三种不同频率的光，其中从n =3能级跃迁到n =2能级所发出的光波长最短
B ．这群氢原子在辐射光子的过程中电子绕核运动的动能减小，电势能增大
C ．能发生光电效应的光有三种
D ．金属钠表面所发出的光电子的最大初动能是9.60 eV 5．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
6．若用｜E 1｜表示氢原子处于基态时能量的绝对值，处于第n 能级的能量为1
2
n E E n =，则在下列各能量值中，可能是氢原子从激发态向基态跃迁时辐射出来的能量的是（ ）
A ．
114
E B ．
134
E C ．
178
E D ．
11
16
E 7．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
8．在卢瑟福的α粒子散射实验中，有少数的α粒子发生了大角度的偏转，其原因是( ) A ．原子中有带负电的电子，电子会对α粒子有引力的作用． B ．正电荷在原子中是均匀分布的．
C ．原子的正电荷和绝大部分的质量都集中在一个很小的核上．
D ．原子是不可再分的．
9．下列叙述中不正确的是（ ）
A ．光的粒子性被光电效应和康普顿效应所证实
B ．玻尔建立了量子理论，成功解释了所有原子发光现象
C ．在光的干涉现象中，干涉亮条纹部分是光子到达几率大的地方
D ．宏观物体的物质波波长非常小，不易观察到它的波动性
10．氢原子发光时，能级间存在不同的跃迁方式，图中 ① ② ③ 三种跃迁方式对应的光谱线分别为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ ，下列 A 、B 、C 、D 光谱图中，与上述三种跃迁方式对应的光谱图应当是下图中的（图中下方的数值和短线是波长的标尺）
A ．
B ．
C ．
D ．
11．下列说法正确的是( ) A ．β衰变现象说明原子核外存在电子
B ．只有入射光的波长大于金属的极限波长，光电效应才能产生
C ．氢原子从基态向较高能量态跃迁时，电子的动能减小
D ．α粒子散射实验表明核外电子轨道是量子化的 12．下列四个实验中，能说明光具有粒子性的是（ ）
A ．
B ．
C ．
D ．
13．下列叙述中符合物理学史的有（ ） A ．汤姆孙通过研究阴极射线实验，发现了电子
B ．卢瑟福通过对α粒子散射实验现象的分析，证实了原子核是可以再分的
C ．法国物理学家库仑测出元电荷e 的电荷量
D ．玻尔提出的原子模型，彻底否定了卢瑟福的原子核式结构模型 14．下列说法正确的是（ ）
A ．康普顿在研究X 射线散射时，发现散射光线的波长发生了变化，为波动说提供了依据
B ．汤姆孙发现了电子，并测出了电子的荷质比，从而揭示了原子核具有复杂结构
C ．查德威克发现了中子，揭开了原子核组成的神秘面纱，开创了人类认识原子核的新纪元
D ．伽利略发现了单摆具有等时性，并提出了单摆的周期性公式2g
L T =
15．如图所示是玻尔理论中氢原子的能级图,现让一束单色光照射一群处于基态的氢原子,受激发的氢原子能自发地辐射出三种不同频率的光,则照射氢原子的单色光的光子能量为( )
A ．13.6eV
B ．12.09eV
C ．10.2eV
D ．3.4eV
16．关于近代物理，下列说法错误．．
的是 （ ） A ．轻核聚变反应方程234
112H H He X +→+中，X 表示电子
B ．α粒子散射实验现象揭示了原子的核式结构
C ．分别用红光和紫光照射金属钾表面均有光电子逸出，紫光照射时，逸出的光电子的最大初动能较大
D ．基态的一个氢原子吸收一个光子跃迁到n = 3激发态后，可能发射2种频率的光子 17．如图所示为α粒子散射实验装置，α粒子打到荧光屏上都会引起闪烁，若将带有荧光屏的显微镜分别放在图 中A 、B 、C 、D 四处位置．则这四处位置在相等时间内统计的闪烁次数可能符合事实的是( )
A ．1 305、25、7、1
B ．202、405、625、825
C ．1 202、1 010、723、203
D ．1 202、1 305、723、203
18．汞原子的能级图如图所示．现让一束单色光照射到大量处于基态的汞原子上，汞原子只发出三种不同频率的单色光．那么，关于入射光的能量，下列说法正确的是( )
A ．可能大于或等于7.7 eV
B ．可能大于或等于8.8 eV
C ．一定等于7.7 eV
D ．包含2.8 eV 、4.9 eV 、7.7 eV 三种
19．氢原子的能级如图所示，下列说法不正确的是：( )
A．一个氢原子从n=4的激发态跃迁到基态时，有可能辐射出6种不同频率的光子，这时电子动能减少，原子势能减少
B．已知可见光的光子能量范围约为 1.62 eV—3.11 ev，处于n=3能级的氢原子可以吸收任意频率的紫外线，并发出电离
C．有一群处于n=4能级的氢原子．如果原子n=2向n=1跃迁所发生的光正好使某种金属材料产生光电效应，则这群氢原子发出的光谱中共有3条谱线能使该金属产生光电效应D．有一群处于n=4能级的氢原子．如果原子n=2向n=1跃迁所发出的光正好使某种金属材料产生光电效应，从能级n=4向n=1发出的光照射该金属材料，所产生的光电子的最大初动能为 2.55eV
20．关于原子结构的认识历程，下列说法正确的有
A．汤姆孙发现电子后猜想出原子内的正电荷集中在很小的核内
B．α粒子散射实验中少数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．卢瑟福的原子核式结构模型能够很好的解释光谱的分立特征和原子的稳定性
D．玻尔原子理论无法解释较复杂原子的光谱现象，说明玻尔提出的原子定态概念是错误的
21．氢原子能级如图所示，则下列说法正确的是
A．氢原子能级越高原子的能量越大，电子绕核运动的轨道半径越大，动能也越大
B．用动能为12.3eV的电子射向一群处于基态的氢原子，原子有可能跃迁到n=2的能级C．用光子能量为12.3eV的光照射一群处于基态的氢原子，氢原子有可能跃迁到n=2的能级
D．用光子能量为1.75eV的可见光照射大量处于n=3能级的氢原子时，氢原子不能发生电离
22．氢原子的核外电子从距核较近的轨道跃迁到距核较远的轨道的过程中( )
A．原子要吸收光子,电子的动能增大,原子的电势能增大
B．原子要放出光子,电子的动能减小,原子的电势能减小
C．原子要吸收光子,电子的动能增大,原子的电势能减小
D．原子要吸收光子,电子的动能减小,原子的电势能增大
23．如图所示为氢原子的能级示意图，一群氢原子处于n=3的激发态，在向较低能级跃迁的过程中向外发出光子，用这些光照射逸出功为2．29eV 的金属钠，下列说法中正确的是（ ）
A ．这群氢原子只能发出三种频率不同的光，其中从n=3 跃迁到n=2所发出的光波长最短
B ．金属钠表面所发出的光电子的初动能最大值为9．80eV
C ．金属钠表面所发出的光电子的初动能最大值为11．31eV
D ．这群氢原子只能发出两种频率不同的光，其中从n=3跃迁到n=1所发出的光频率最高 24．卢瑟福提出了原子的核式结构模型，这一模型建立的基础是 A ．α粒子的散射实验 B ．对阴极射线的研究 C ．天然放射性现象的发现 D ．质子的发现
25．一群氢原子中的电子从较高能级自发地跃迁到较低能级的过程中
A ．原子要吸收一系列频率的光子
B ．原子要吸收某一种频率的光子
C ．原子要发出一系列频率的光子
D ．原子要发出某一种频率的光子
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一、选择题 1．C 解析：C 【解析】 【分析】 【详解】
若n ＞m ，由n→m 跃迁，释放光子，则112
2 E E hv n m -＝，因为v ＝ c λ
，则E 1(2211
n m -)＝h c λ，由h c
λ
=hcR （22
1
1
2n -
），得-E 1=hcR ，解得里德伯常量R=−1E hc
．故选C ． 【点睛】
解决本题的关键知道辐射或吸收的光子能量等于两能级间的能级差，知道光子频率与波长的关系，并能灵活运用．
2．B
解析：B 【解析】 【分析】
本题考查氢原子的能级公式和跃迁，根据从高能级向低能级跃迁，释放光子，能量减少，从低能级向高能级跃迁，吸收光子，能量增加分析解答． 【详解】
一个氢原子从3n =能级跃迁到2n =能级，即从高能级向低能级跃迁，释放光子，能量减少，故选项B 正确．
3．C
解析：C 【解析】 【详解】
A ．因为A 光能使验电器的指针发生偏转，即能发生光电效应，而
B 光则不能使验电器的指针发生偏转，不能发生光电效应，可知A 光频率大于B 光，选项A 错误；
B ．增大照射光A 的强度，则逸出光电子数量增多，则锌板带电量增加，则验电器指针张角将变大，选项B 错误；
C ．因为电子从锌板中射出，可知锌板带正电，使验电器指针发生偏转的是正电荷，选项C 正确；
D ．因为A 光频率较大，则由氢原子发生跃迁时能级差比B 光大，选项D 错误； 故选C 。

4．D
解析：D 【解析】 【分析】 【详解】
这群氢原子能辐射出三种不同频率的光，其中从n=3能级跃迁到n=2能级的能级差最小，故所发出的光的频率最小，故波长最长，选项A 正确；这群氢原子在辐射光子的过程中，整个原子的能量减小，电子的轨道半径减小，电子绕核运动的动能变大，电势能减小，故选项B 错误；从n=3到低能态的跃迁中，能级差大于2.49eV 的跃迁有3→2和3→1的跃迁，故能发生光电效应的光有两种，选项C 错误；因为从3→1的跃迁辐射光子的能量最大，其值为12.09eV ，故金属钠表面所发出的光电子的最大初动能是12.09eV -2.49 eV =9.60eV ，选项D 正确；故选AD.
5．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246
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 。

6．B
解析：B 【解析】 【详解】
处于第二能级的能量
1
24
E E =-
则向基态跃迁时辐射的能量
134
E E ∆=
处于第三能级的能量
1
39
E E =-
则向基态跃迁时辐射的能量
189
E E ∆=
处于第4能级的能量为
1
416
E E =-
向基态跃迁时辐射的能量
11516
E E ∆=
则B 正确，ACD 错误； 故选B ． 【点睛】
解决本题的关键知道能级间跃迁辐射的光子能量等于两能级间的能级差，即
m n E E h ν-=．
7．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
2
kQ 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．
8．C
解析：C
【解析】
α粒子和电子之间有相互作用力，它们接近时就有库仑引力作用，但由于电子的质量只有α粒子质量的1/7300，粒子与电子碰撞就像一颗子弹与一个灰尘碰撞一样，α粒子质量大，其运动方向几乎不改变．α粒子散射实验中，有少数α粒子发生大角度偏转说明三点：一是原子内有一质量很大的粒子存在；二是这一粒子带有较大的正电荷；三是这一粒子的体积很小；综上所述，少数的α粒子发生了大角度的偏转的原因是原子的正电荷和绝大部分的质量都集中在一个很小的核上．故C正确，ABD错误．故选C．
点睛：本题考查的是α粒子散射实验．对这个实验要清楚两点：一是α粒子散射实验的实验现象；二是对实验现象的微观解释--原子的核式结构．
9．B
解析：B
【解析】
【分析】
【详解】
A．光电效应和康普顿效应说明光具有粒子性，故A正确；
B．玻尔的原子理论第一次将量子观念引入原子领域，成功地解释了氢原子光谱的分列特征，并没有成功解释了各种原子发光现象，故B错误；
C．根据波粒二象性可知，干涉条纹亮的地方就是光子到达概率大的地方，故C正确；
D．根据
h
p
λ=，可知宏观物体的物质波波长非常小，不易观察到它的波动性，故D正
确；
不正确的故选B。

10．A
解析：A
【解析】
【分析】
【详解】
由波尔的氢原子光谱原理可知由第四能级向基态跃迁的释放的光子的能量最大，三到基态
的能量次之，二能级到基态的能量最小；由光子的能量公式
c
h h
εν
λ
==可知能量越大波
长越短，因此①②③的波长依次减少，Ａ符合题意
11．C
解析：C
【解析】
【分析】
【详解】
A．β衰变时β射线是从原子核内部发出来的，不是由原子核外的电子释放出来的，故A 错误；
B．只有入射光的频率大于该金属的极限频率时，即入射光的波长小于该金属的极限波长时，光电效应才能产生，故B错误；
C．氢原子从基态向较高能量态跃迁，电子与氢原子核的距离增大，匀速圆周运动的半径增大，线速度减小，动能减小，故C正确；
D．α粒子散射实验表明原子具有核式结构，故D错误。

故选C。

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；
、、射线的性质，D错误。

D．该实验是放射性现象的实验，从而得出αβγ
故选C。

13．A
解析：A
【解析】
【分析】
【详解】
A. 汤姆孙通过研究阴极射线实验，发现了电子，选项A正确；
B. 卢瑟福通过对α粒子散射实验现象的分析，得出了原子的核式结构理论，选项B错误；
C. 密立根测出元电荷e的电荷量，选项C错误；
D. 玻尔提出的原子模型，没有否定卢瑟福的原子核式结构模型，选项D错误。

故选A。

14．C
解析：C
【解析】
【分析】
【详解】
A ．康普顿在研究X 射线散射时，发现散射光线的波长发生了变化，为粒子说提供了依据，A 错误；
B ．汤姆孙发现了电子，并测出了电子的荷质比，从而揭示了原子具有复杂结构，B 错误；
C ．查德威克发现了中子，揭开了原子核组成的神秘面纱，开创了人类认识原子核的新纪元，C 正确；
D ．伽利略发现了单摆具有等时性，惠更斯提出了单摆的周期性公式，D 错误。

故选C 。

15．B
解析：B
【解析】
【分析】
【详解】
受激的氢原子能自发地发出3种不同频率的光，知跃迁到第3能级，则吸收的光子能量为△E =-1.51+13.6eV=12.09eV ．
故B 正确，ABC 错误．
故选B ．
16．A
解析：A
【解析】
轻核聚变反应方程234112H+H He+X →中，X 的质量数为2341m =+-=，电荷数
1120z =+-=，可知X 表示中子，A 错误；卢瑟福的α粒子散射实验揭示了原子具有核式结构，B 正确；分别用红光和紫光照射金属钾表面均有光电子逸出，由于紫色光的频率大，由：0km E h W γ=-可知，紫光照射时，逸出的光电子的最大初动能较大，C 正确；基态的一个氢原子吸收一个光子跃迁到n=3激发态后，当该原子向地能级跃迁时，可能的途径是：n=3→n=1→n=1，所以可能发射2种频率的光子，D 正确．
17．A
解析：A
【解析】
【分析】
【详解】
由于绝大多数粒子运动方向基本不变，所以A 位置闪烁此时最多，少数粒子发生了偏转，极少数发生了大角度偏转．符合该规律的数据只有A 选项，A 正确．
18．C
解析：C
【解析】
【分析】
电子由高能级向低能级跃迁时，可以跃迁到任何一个低能级，每一种跃迁都伴随着一种频率的光子，即释放一种单色光．
【详解】
只发出三种不同频率的单色光，说明单色光照射后的汞原子处于第三能级，汞原子吸收的光子能量为：31E 7.7eV E -=，C 正确；ABD 错误；
19．A
解析：A
【解析】
试题分析：一群氢原子从4n =的激发态跃迁到基态时，任意两个能级间跃迁一次，共能
辐射24
6C =种不同频率的光子．动能增加，原子势能减小，故A 错误；因为紫外线的光子能量大于3.11eV ，氢原子处于n=3能级吸收能量大于等于1.51eV ，即可发生电离，知最低处于n=3能级的氢原子可以吸收任意频率的紫外线，并发生电离，B 正确；一群处于n=4能级的氢原子向基态跃迁时，因为n=2向n=1跃迁所发生的光正好使某种金属材料产生光电效应，所以只有n=4跃迁到n=1，n=3跃迁到n=1，n=2跃迁到n=1的光子能够使金属发生光电效应，即3条，C 正确；逸出功等于 3.4013.610.2eV -+=，从而n=4跃迁到n=1辐射的光子能量最大，为0.8513.6eV 12.75eV -+=，根据光电效应方程知，光电子的最大初动能012.7510.2 2.55km E hv W eV eV =-=-=，D 正确。

考点：考查了原子跃迁
20．B
解析：B
【解析】
A 、汤姆孙发现电子后，猜想出原子内的正电荷均匀分布在原子内，提出了枣糕式原子模型，故A 错误；
B 、卢瑟福根据α粒子散射实验中少数α粒子发生了较大偏转，提出了原子核式结构模型．故B 正确；
C 、卢瑟福提出的原子核式结构模型，无法解释原子的稳定性和原子光谱的分立特征，故C 错误；
D 、玻尔原子理论无法解释较复杂原子的光谱现象，由于原子是稳定的，故玻尔提出的原子定态概念是正确的，故D 错误．
点睛：本题考查原子物理中常识性问题，要在了解人类发现原子结构历史进程的基础上进行记忆，不能混淆．
21．B
解析：B
【解析】
【详解】 根据玻尔理论，氢原子能级越高原子的能量越大，电子绕核运动的轨道半径越大，根据22
2e v k m r r
= 可知动能越小，选项A 错误；因12.3eV 大于n =1和n =2之间的能级差10.2eV ，则用动能为12.3eV 的电子射向一群处于基态的氢原子，原子有可能跃迁到n =2的能级，选项B 正确；因12.3eV 不等于n =1和n =2之间的能级差，则用光子能量为12.3eV
的光照射一群处于基态的氢原子，光子不能被氢原子吸收，则氢原子不能跃迁到n =2的能级，选项C 错误；用光子能量为1.75eV 的可见光照射大量处于n =3能级的氢原子时，氢原子能发生电离，选项D 错误.
22．D
解析：D
【解析】
【详解】
从距核较近的轨道跃迁到距核较远的轨道过程中，原子要吸收光子，能级增大，总能量增大， 根据22
2ke mv r r
=知，电子的动能减小，则电势能增大。

A. 原子要吸收光子，电子的动能增大，原子的电势能增大，与结论不相符，选项A 错误；
B. 原子要放出光子，电子的动能减小，原子的电势能减小，与结论不相符，选项B 错误；
C. 原子要吸收光子，电子的动能增大，原子的电势能减小，与结论不相符，选项C 错误；
D. 原子要吸收光子，电子的动能减小，原子的电势能增大，与结论相符，选项D 正确。

23．B
解析：B
【解析】
【分析】
【详解】
一群氢原子处于n=3的激发态，在向较低能级跃迁过程中， 跃迁过程31→，32→和21→三种方式，所以辐射出三种光子，光子能量等于能级差，能量分别为：
121010.2h E E eV W ν=-=>，23201.89h E E eV W ν=-=<，
331012.09h E E eV W ν=-=>，能够发生光电效应的只有2种，其中光子能量最大的是从
31→辐射的光子，此光子能量最大，频率最高，波长c v
λ=最短，从31→跃迁时辐射光子能量最大，发出光电子的最大初动能309.6km E h W eV ν=-=
综上所述，故应选B ．
24．A
解析：A
【解析】
卢瑟福提出原子的核式结构模型是根据a 粒子的散射实验提出来的，A 正确．
25．C
解析：C
【解析】
【分析】
【详解】
处于较高能级的电子可以向较低的能级跃迁，能量减小，原子要发出光子，由于放出光子
的能量满足
hγ=E m-E n
处于较高能级的电子可以向较低的激发态，激发态不稳定可能继续向较低能级跃迁，所以原子要发出一系列频率的光子，故ABD错误，C正确。