高考物理近代物理知识点之原子结构难题汇编及答案解析(4)

高考物理近代物理知识点之原子结构难题汇编及答案解析(4)
一、选择题
1．可见光光子的能量在1. 61～3.10 eV范围内。

若氢原子从高能级跃迁到量子数为n的低能级的谱线中有可见光，根据氢原子能级图可判断n为( )
A．1 B．2 C．3 D．4
2．如图所示是卢瑟福的α粒子散射实验装置,在一个小铅盒里放有少量的放射性元素钋,它发出的α粒子从铅盒的小孔射出,形成很细的一束射线,射到金箔上,最后打在荧光屏上产生闪烁的光点。

下列说法正确的是（）
A．该实验是卢瑟福建立原子核式结构模型的重要依据
B．该实验证实了汤姆孙原子模型的正确性
C．α粒子与原子中的电子碰撞会发生大角度偏转
D．绝大多数的α粒子发生大角度偏转
3．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
4．氢原子光谱在可见光区域内有四条谱线，都是氢原子中电子从量子数n>2的能级跃迁到n=2的能级发出的光，它们在真空中的波长由长到短，可以判定
A．对应的前后能级之差最小
B．同一介质对的折射率最大
C ．同一介质中的传播速度最大
D ．用照射某一金属能发生光电效应，则也一定能
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．下列说法符合物理学事实的是（ ）
A ．伽利略最早证明了行星公转的轨道是椭圆
B ．牛顿将物体间复杂多样的相互作用抽象为“力”
C ．法拉第在实验中将导线南北放置发现了电流的磁效应
D ．汤姆孙通过α粒子散射实验，提出了原子具有核式结构
7．如图所示为氢原子的能级示意图，假设氢原子从n 能级向较低的各能级跃迁的概率均为11
n -。

则对300个处于4n =能级的氢原子，下列说法正确的是（ ）
A ．向低能级跃迁时，向外辐射的光子的能量可以是任意值
B ．向低能级跃迁时，向外辐射的光子能量的最大值为12.75eV
C ．辐射的光子总数为500个
D ．吸收大于1eV 的光子时不能电离
8．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12n 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 ．114E B ．134E C ．178E D ．1116
E
9．关于阴极射线的本质，下列说法正确的是（）
A．阴极射线本质是氢原子B．阴极射线本质是电磁波
C．阴极射线本质是电子D．阴极射线本质是X射线
10．人们发现，不同的原子核，其核子的平均质量（原子核的质量除以核子数）与原子序数有如图所示的关系．下列关于原子结构和核反应的说法正确的是( )
A．由图可知，原子核D和E聚变成原子核F时会有质量亏损，要吸收能量
B．由图可知，原子核A裂变成原子核B和C时会有质量亏损，要放出核能
C．已知原子核A裂变成原子核B和C时放出的γ射线能使某金属板逸出光电子，若增加γ射线强度，则逸出光电子的最大初动能增大
D．卢瑟福提出的原子核式结构模型，可以解释原子的稳定性和原子光谱的分立特征11．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
12．下列四个实验中，能说明光具有粒子性的是（）
A．B．
C．D．
13．根据近代物理知识，你认为下列说法中正确的是（）
A．在原子核中，比结合能越大表示原子核中的核子结合的越牢固
B．已知氢原子从基态跃迁到某一激发态需要吸收的能量为12.09eV，则动能等于
12.09eV的另一个氢原子与这个氢原子发生正碰，可以使这个原来静止并处于基态的氢原子跃迁到该激发态
C．相同频率的光照射不同金属，则从金属表面逸出的光电子的最大初动能越大，这种金属的逸出功越大
D．铀核23892(U)衰变为铅核20682(Pb)的过程中，中子数减少21个
14．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
15．图示是氢原子的能级图，大量处于n=5的能级的氢原子，在向低能级跃迁的过程中，下列说法正确的是
A．辐射的光子频率最多有5种
B．辐射的光子频率最多有8种
C．可能辐射能量为2.86eV的光子
D．可能辐射能量为11eV的光子
16．子与氢原子核（质子）构成的原子称为氢原子（hydrogen muon atom），它在原子核的物理研究中有很重要作用，如图氢原子的能级示意图。

假定光子能量为E的一束光照射容器中大量处于能级的氢原子，氢原子吸收光子后，发出频率为
....和的光，且依次增大，则E等于（）
A． B． C． D．
17．下列能揭示原子具有核式结构的实验是()
A．光电效应实验B．伦琴射线的发现
C．α粒子散射实验D．氢原子光谱的发现
18．下列说法中正确的是。

A．发现天然放射现象的意义在于使人类认识到原子具有复杂的结构
B．结合能越大的原子核，原子核中的核子结合得越牢固，原子核越稳定。

C．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和动能之和守恒
D．在光电效应实验中，用同种频率的光照射不同的金属表面，从金属表面逸出的光电子的最大初动能E k越大，则这种金属的逸出功W0越小
19．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
20．如图所示为氢原子的能级示意图，一群处于n =4能级的氢原子，在向较低能级跃迁的过程中能向外发出几种频率的光子，用这些光照射逸出功为2.49eV 的金属钠有几种能使其产生光电效应（ ）
A ．6、3
B ．6、4
C ．4、3
D ．4、4
21．已知金属钙的逸出功为2.7 eV ，氢原子的能级图如图所示，当大量氢原子从n=4的能级向低能级跃迁时，下列说法正确的是（ ）
A ．电子的动能减少，氢原子系统的总能量减少
B ．氢原子可能辐射4种频率的光子
C ．有3种频率的辐射光子能使钙发生光电效应
D ．从n=4到n=1发出的光的波长最长
22．原子从a 能级跃迁到b 能级时辐射波长为λ1的光子，原子从b 能级跃迁到c 能级时吸收波长为λ2的光子，已知λ1＞λ2．那么原子从a 能级状态跃迁到c 能级状态时将要( )
A ．辐射波长为1212
λλλλ-的光子 B ．辐射波长为λ1－λ2的光子
C ．吸收波长为λ1－λ2的光子
D ．吸收波长为1212
λλλλ-的光子 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． 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．氢原子发光时，能级间存在不同的跃迁方式，图中①②③三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．
【参考答案】***试卷处理标记，请不要删除
一、选择题
1．B
解析：B
【解析】根据能级图可有：当n=1时，E2-E1=10.20eV是最小的光子能量，大于3.10eV，所以n=1不可能；如果n=3时，E3=-1.51eV，则从n=∞到n=3的跃迁时发出的光子能量是最大，也小于1.61eV，所以，n=3也不可能，n=∞到n=4的跃迁时发出的光子能量为
0.85eV，不在可见光范围内；则剩下只有n=2才满足条件。

故选项ACD错误，B正确。

故选B。

2．A
解析：A
【解析】
【详解】
AD．α粒子散射实验的内容是：绝大多数α粒子几乎不发生偏转；少数α粒子发生了较大的角度偏转；极少数α粒子发生了大角度偏转（偏转角度超过90°，有的甚至几乎达到180°，被反弹回来），卢瑟福建立原子核式结构模型的重要依据，故A正确，D错误；B．α粒子散射实验，卢瑟福提出了原子核式结构模型的假设，从而否定了汤姆孙原子模型的正确性，故B错误。

C．发生α粒子偏转现象，主要是由于α粒子和原子核发生碰撞的结果，故C错误；
故选A.
3．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.
4．A
解析：A
【解析】试题分析：根据分析前后能级差的大小；根据折射率与频率的关系分析折射率的大小；根据判断传播速度的大小；根据发生光电效应现象的条件是入射
光的频率大于该光的极限频率判断是否会发生光电效应． 波长越大，频率越小，故的频率最小，根据可知对应的能量最小，根据可知
对应的前后能级之差最小，A 正确；的频率最小，同一介质对应的折射率最小，根据可知的传播速度最大，BC 错误；的波长小于的波长，故的频率大于的频率，若用照射某一金属能发生光电效应，则不一定能，D 错
误．
【点睛】光的波长越大，频率越小，同一介质对其的折射率越小，光子的能量越小． 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．B
解析：B
【解析】
【分析】
【详解】
A ．开普勒最早证明了行星公转轨道是椭圆，故A 错误；
B ．看必修1P68牛顿头像下面一段话，无论是亚里士多德那里还是伽利略和笛卡尔那里，都没有力的概念。

牛顿的高明之处在于他将物体间复杂多样的相互作用抽象为“力”，故B 正确；
C ．奥斯特在实验中将导线南北放置发现了电流的磁效应，故C 错误；
D ．卢瑟福通过α粒子散射实验，提出了原子具有核式结构，故D 错误。

故选B 。

7．B
解析：B
【解析】
【分析】
【详解】
A ．向低能级跃迁时，向外辐射的光子的能量一定等于两能级的能量差，A 错误；
B ．当氢原子由第四能级跃迁到第一能级时，向外辐射的光子能量最大，其值为12.75eV ，B 选项正确；
C ．这300个氢原子向低能级跃迁时，分别向第3、2、1能级跃迁100个，第3能级的100个氢原子分别向2、1能级跃迁50个，第2个能级的150个氢原子直接跃迁到第1能级，因此总共向外辐射550个光子，C 错误；
D ．只要吸收的光子具有的能量大于等于0.85eV 就能使氢原子电离，D 错误。

故选B 。

8．B
解析：B
【解析】
【详解】
处于第二能级的能量
124
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 139
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 1416
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-=．
9．C
解析：C
【解析】
阴极射线是由于电子动能变大，原子核束缚不住电子，电子逃逸出来，形成的粒子流．所以答案选C ．
思路分析：一般分为热阴极、场发射阴极，光发射阴极，二次发射阴极都不一样．粗糙地说，都是想办法让电子动能变大，原子核拉住电子的力变小，这样电子就飞出去了．热阴极的手段是加热，电子动能就大了；光发射阴极是用光子照射阴极表面（光电效应就是）；二次发射阴极是用别的阴极产生的电子轰击阴极，把电子“崩飞出来”；场发射阴极是利用外加电场把电子“拉”出来．
试题点评：考查了阴极射线的本质
10．B
解析：B
【解析】
【分析】
【详解】
A ．由图象可知，D 和E 核子的平均质量大于F 核子的平均质量，原子核D 和E 聚变成原子核F 时，核子总质量减小，存在质量亏损，根据爱因斯坦质能方程：
2E mc =
可知要释放出核能，故A 错误；
B ．由图象可知，A 的核子平均质量大于B 与
C 核子的平均质量，原子核A 裂变成原子核B 和C 时会有质量亏损，要放出核能，故B 正确；
C ．根据光电效应方程：
0k E h W ν=-
则知光电子的最大初动能是由入射光的频率决定的，与入射光的强度无关，增加γ射线强度，逸出的光电子的最大初动能不变，故C 错误；
D ．玻尔提出的原子模型，可以解释原子的稳定性和原子光谱的分立特征，故D 错误。

11．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 。

12．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．A
解析：A
【解析】
【分析】
【详解】
A ．在原子核中，比结合能越大，原子核中的核子结合的越牢固，故A 正确；
B ．已知氢原子从基态跃迁到某一激发态需要吸收的能量为12.09eV ，用动能等于12.09eV 的另一个氢原子与这个静止的氢原子发生正碰，只能有部分的能量被吸收，不能从基态跃迁到该激发态，故B 错误；
C ．根据km 0E h W ν=-知，频率相同，从金属表面逸出的光电子最大初动能越大，金属的逸出功越小，故C 错误；
D ．铀核23892(U)衰变为铅核20682(Pb)的过程中，质子数少10，质量数少32，则中子数少
22，故D 错误。

故选A 。

14．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 。

15．C
解析：C
【解析】
【详解】
AB．根据2
510
C=，所以辐射的光子频率最多有10种，故AB错误；
CD．辐射的能量一定等于两能级差，由图可知，从n=5跃迁到n=2过程中辐射的能量为2.86eV，故C正确，11eV的能量没有任何两个能级差，故D错误．
故选C。

16．A
解析：A
【解析】
【详解】
μ子吸收能量后从n=2能级跃迁到较高m能级，然后从m能级向较低能级跃迁，若从m能级向低能级跃迁时如果直接跃迁到基态n=1能级，则辐射的能量最大，否则跃迁到其它较低的激发态时μ子仍不稳定，将继续向基态和更低的激发态跃迁，即1、2、3…m任意两个轨道之间都可以产生一种频率的辐射光，故总共可以产生的辐射光子的种类为
，解得m=4，即μ子吸收能量后先从n=2能级跃迁到n=4能级，然后从n=4能级向低能级跃迁。

辐射光子的按能量从小到大的顺序排列为4能级到3能级，能级3到能级2，能级4到能级2，能级2到能级1，能级3到能级1，能级4到能级1．所以能量E与hν3相等。

故C正确。

故选C。

【点睛】
本题需要同学们理解μ子吸收能量后从较低能级跃迁到较高能级，而较高能级不稳定会自发的向较低能级跃迁，只有跃迁到基态后才能稳定，故辐射光子的种类为，这是高考的重点，我们一定要熟练掌握．
17．C
解析：C
【解析】
【分析】
【详解】
能揭示原子具有核式结构的实验是α粒子散射实验，故C正确，ABD错误。

18．D
解析：D
【解析】
【详解】
发现天然放射现象的意义在于使人类认识到原子核具有复杂的结构，选项A错误；比结合能越大的原子核，原子核中的核子结合得越牢固，原子核越稳定，选项B错误。

根据玻尔理论可知，氢原子核外电子跃迁过程，电子的总能量将减小（或增加）即电子的电势能和动能之和是不守恒的，这是因为氢原子要辐射（或吸收）光子，故C错误；据光电效应方程E Km=hγ-W可知，用同种频率的光照射不同的金属表面，从金属表面逸出的光电子的最
大初动能越大，则这种金属的逸出功越小，故D 正确；故选D.
19．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；
20．B
解析：B
【解析】
【分析】
【详解】
一群氢原子处于n =4的激发态，在向较低能级跃迁的过程中向外发出光子，可以释放24C =6种不同能量的光子，从n =4跃迁到n =1，辐射的光子能量为12.75eV ，从n =4跃迁到n =2，辐射的光子能量为2.55eV ，由n =4跃迁到n =3，辐射的光子能量为0.66eV ，从n =3跃迁到n =1，辐射的光子能量为12.09eV ，从n =3跃迁到n =2，辐射的光子能量为
1.89eV ，由n =2跃迁到n =1，辐射的光子能量为10.2eV ，可见有4种光子能量大于金属的逸出功，所以有4种频率的光能使金属钠发生光电效应，故B 正确，ACD 错误。

故选B 。

21．C
解析：C
【解析】
【详解】
A.氢原子从n =4的能级向低能级跃迁时，核外电子的半径减小，由22
2e v k m r r =可知，电子的动能变大，由于辐射光子，则氢原子系统的总能量减少，选项A 错误；
B. 氢原子可能辐射246C =种不同频率的光子，选项B 错误；
C. n =4跃迁到n =3辐射的光子能量为0.66eV ，n =3跃迁到n =2辐射的光子能量为1.89eV ，n =4跃迁到n =2辐射的光子能量为2.55eV ，均小于逸出功，不能发生光电效应，其余3种光子能量均大于2.7eV ，所以这群氢原子辐射的光中有3种频率的光子能使钙发生光电效应。

故C 正确；
D. 从n =4到n =1能级差最大，则发出的光的频率最大，波长最短，选项D 错误.
22．D
解析：D
【解析】
【分析】
【详解】
已知12λλ>，所以12νν<，知从a 能级状态跃迁到b 能级状态时发射光子的能量小于从b 能级状态跃迁到c 能级状态时吸收光子的能量，所以a 能级的能量小于c 能级的能量，有213h h h ννν-=，即213c
c c h h h λλλ-=，解得：12312
λλλλλ=-，所以子从a 能级状态跃迁到c 能级状态时将要吸收12312
λλλλλ=-的光子，故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．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
ενλ==可知能量越大波长越短，因此① ② ③的波长依次减少，Ａ符合题意。