2025年高三物理原子物理期末试卷

2025年高三物理原子物理期末试卷2025年高三物理原子物理期末试卷

姓名：______班级：______学号：______得分：______

（考试时间：90分钟，满分：100分）

1.选择题（每题2分，共10分，每题只有一个正确选项）

1.1氢原子从n=4能级跃迁到n=2能级时，辐射的光子能量是多少？

1.2α粒子散射实验中，粒子穿过金箔时发生大角度偏转的原因是？

1.3下面哪个现象证明了光的波粒二象性？

1.4根据玻尔理论，氢原子核外电子从n=3能级跃迁到n=1能级时，速度如何变化？

1.5天然放射现象中，下列哪种射线电离能力最强？

2.填空题（每空2分，共20分）

2.1氢原子基态能级为-13.6eV，n=2能级的能量为______eV。

2.2卢瑟福通过α粒子散射实验提出了______。

2.3光子的能量公式为______，其中h为普朗克常数。

2.4原子核的半衰期是指______。

2.5β衰变过程中，原子核的质量数______，电荷数______。

3.计算题（每题10分，共30分）

3.1氢原子从n=4能级跃迁到n=2能级，求辐射光子的频率和波长。

3.2已知α粒子质量为6.64×10^-27kg，电荷量为2e，以速度v=1.0×10^7m/s垂直射入厚度为0.1μm的金箔，求发生散射角θ=90°的概率。

3.3一个放射性同位素的半衰期为5年，初始质量为10g，求10年后剩余的质量。

4.实验题（10分）

4.1在α粒子散射实验中，如何验证原子核的存在？简述实验步骤和现象。

5.简答题（每题5分，共15分）

5.1解释玻尔理论的局限性。

5.2为什么放射性元素不能用来测量地质年代？

5.3简述量子力学对原子结构的贡献。

6.论述题（10分）

6.1比较经典物理学和量子力学的区别，并举例说明。

7.综合应用题（15分）

7.1一个氢原子从n=5能级跃迁到n=1能级，求辐射的光子能量和动量。已知普朗克常数为6.63×10^-34J·s，光速为3.0×10^8m/s。

---

1.1C1.2A1.3D1.4B1.5A

2.1-3.4-0.852.2原子核式结构2.3E=hν2.4放射性原子核数量减半所需的时间2.5不变增加

3.1解：辐射光子能量E=hf=hν，频率ν=c/λ，

E₁-E₂=13.6-0.85=12.75eV，

λ=c/ν=c/(E/h)=2.96×10⁷m。

3.2解：散射概率P=(1+cosθ)/4≈0.25。

3.3解：剩余质量m=m₀(1/2)^(t/T)=10×(1/2)^(2)=2.5g。

4.1解：实验步骤：

(1)用α粒子轰击金箔，观察散射角度；

(2)绝大多数粒子直线穿过，少数偏转，极少数大角度偏转；

现象：少数α粒子偏转角度大于90°，说明原子核体积很小但质量集中。

5.1解：玻尔理论无法解释多电子原子光谱，未考虑量子力学的概率性。

5.2解：放射性元素半衰期长，适合测量地质年代，但无法区分不同地质层。

5.3解：量子力学引入波函数描述电子概率分布，解释了原子能级。

6.1解：经典物理学认为物理量连续，量子力学离散；

例子：经典认为光连续，量子认为光子颗粒。

7.1解：光子能量E=12.75eV=2.04×10⁻¹⁹J，动量p=E/c=6.8×10⁻²⁷kg·m/s。

8.判断题（每题2分，共10分，正确的打√，错误的打×）

8.1氢原子的能级是连续的。

8.2β衰变是原子核内中子转化为质子并释放电子的过程。

8.3α粒子散射实验证实了原子核的存在。

8.4光子的能量与其频率成正比。

8.5放射性元素的半衰期会受到温度影响。

9.选择题（每题3分，共15分，每题只有一个正确选项）

9.1氢原子从n=3能级跃迁到n=2能级时，辐射的光子属于哪种光谱？

9.2下面哪种现象最能说明原子核具有复杂结构？

9.3根据玻尔理论，原子核外电子的轨道是？

9.4放射性元素衰变时，原子核的质子数和中子数如何变化？

9.5下列哪种射线的穿透能力最强？

10.填空题（每空2分，共20分）

10.1普朗克常数h的数值为______J·s。

10.2卢瑟福原子模型中，原子核所带电荷为______。

10.3原子核的质子数决定了原子的______。

10.4β衰变过程中，原子核的质量数几乎______。

10.5光电效应实验证明了______的存在。

11.计算题（每题12分，共24分）

11.1一个氢原子的电子从n=5能级跃迁到n=2能级，求辐射光子的波长和动量。已知光速为3.0×10⁸m/s，普朗克常数为6.63×10⁻³⁴J·s。

11.2一个放射性同位素的半衰期为3年，现有100g该同位素，求经过9年后剩余的质量。

12.实验题（12分）

12.1设计一个实验验证康普顿效应，简述实验步骤和预期现象。

13.简答题（每题6分，共18分）

13.1解释为什么原子光谱是线状谱。

13.2为什么说原子核的放射性是不可控的？

13.3简述量子力学对波粒二象性的解释。

14.论述题（12分）

14.1比较玻尔理论和量子力学的区别，并说明量子力学如何修正玻尔理论。

15.综合应用题（15分）

15.1一个氢原子的电子从n=4能级跃迁到n=1能级，求辐射光子的能量和动量。已知普朗克常数为6.63×10⁻³⁴J·s，光速为3.0×10⁸m/s。

---

8.1×8.2√8.3√8.4√8.5×

9.1B9.2A9.3C9.4D9.5A

10.16.63×10⁻³⁴10.2+Ze10.3元素种类10.4不变10.5光子

11.1解：辐射光子能量E=hf，波长λ=c/ν=c/(E/h)，

E=13.6-0.54=13.06eV=2.07×10⁻¹⁹J，

λ=1.48×10⁷m，动量p=E/c=6.9×10⁻²⁷kg·m/s。

11.2解：剩余质量m=m₀(1/2)^(t/T)=100×(1/2)^(3)=12.5g。

12.1解：实验步骤：

(1)用单色X射线照射石墨，检测散射光；

(2)测量不同散射角度的光波长；

预期现象：散射光波长大于入射光波长，且波长变化与角度相关。

13.1解：原子能级不连续，跃迁辐射特定频率光子，形成线状谱。

13.2解：放射性衰变由原子核内部概率决定，无法人工控制。

13.3解：电子用波函数描述，概率云表示位置分布，解释了波粒二象性。

14.1解：玻尔理论认为轨道固定，量子力学用概率云描述；量子力学解释了自旋等新现象。

15.1解：光子能量E=13.6-0.25=13.35eV=2.14×10⁻¹⁹J，

动量p=E/c=7.1×10⁻²⁷kg·m/s。

一、题型答案

1.选择题

1.1C1.2A1.3D1.4B1.5A

9.1B9.2A9.3C9.4D9.5A

2.填空题

2.1-3.4-0.852.2原子核式结构2.3E=hν2.4放射性原子核数量减半所需的时间2.5光子

10.16.63×10⁻³⁴10.2+Ze10.3元素种类10.4不变10.5光子

3.计算题

3.1E=12.75eV，λ=2.96×10⁷m

3.2P≈0.25

3.3m=2.5g

11.1λ=1.48×10⁷m，p=6.9×10⁻²⁷kg·m/s

11.2m=12.5g

4.实验题

4.1验证步骤：α粒子轰击金箔，观察散射角度。现象：少数大角度偏转，说明原子核存在。

12.1步骤：X射线照射石墨，检测散射光。现象：散射光波长大于入射光，波长变化与角度相关。

5.简答题

5.1玻尔理论认为能级不连续，跃迁辐射特定频率光子，形成线状谱。

5.2放射性衰变由原子核内部概率决定，无法人工控制。

5.3量子力学用波函数描述电子概率分布，解释了波粒二象性。

13.1原子能级不连续，跃迁辐射特定频率光子，形成线状谱。

13.2放射性衰变由原子核内部概率决定，无法人工控制。

13.3电子用波函数描述，概率云表示位置分布，解释了波粒二象性。

6.论述题

6.1经典物理学认为物理量连续，量子力学离散。例子：光连续vs光子颗粒。

14.1玻尔理论认为轨道固定，量子力学用概率云描述；量子力学解释了自旋等新现象。

7.综合应用题

7.1E=2.14×10⁻¹⁹J，p=7.1×10⁻²⁷kg·m/s

15.1E=13.35eV，p=7.1×10⁻²⁷kg·m/s

二、知识点分类和总结

1.原子结构理论

-玻尔理论：能级不连续，跃迁辐射光子，公式E_n=-13.6/n²eV。

-卢瑟福散射实验：验证原子核式结构，α粒子大角度偏转。

-康普顿效应：X射线与电子碰撞，波长变化，证明光子动量。

2.放射性现象

-放射性衰变：α衰变（质量数减4，电荷数减2），β衰变（中子变质子，释放电子），γ衰变（高能光子）。

-半衰期：放射性原子核数量减半所需时间，公式m=m₀(1/2)^(t/T)。

-放射性应用：地质年代测定，医学治疗，核能。

3.波粒二象性

-光子说：光能量E=hν，动量p=E/c，解释光电效应。

-德布罗意波：电子等实物粒子具有波动性，波长λ=h/p。

-概率波：量子力学用波函数描述粒子位置，概率密度|ψ|²。

4.量子力学基础

-薛定谔方程：描述波函数演化，定态方程Eψ=-ħ²/2m∇²ψ+Vψ。

-量子数：主量子数n决定能级，角量子数l决定轨道形状。

-量子隧穿：粒子穿透势垒，经典物理无法解释。

三、各题型知识点详解及示例

1.选择题

-1.1氢原子能级公式E_n=-13.6/n²，n=4到n=2辐射0.85eV。

-9.1氢光谱分为可见光系（巴尔末系），n=3到n=2为Hα。

-9.2α粒子大角度偏转说明原子核体积小，质量集中。

2.填空题

-2.3光子能量与频率成正比，E=hν。

-10.1普朗克常数h=6.63×10⁻³⁴J·s。

-10.4β衰变中子变质子，质量数不变。

3.计算题

-3.1光子能量E=hf=hν，波长λ=c/ν=c/(E/h)。

-11.1德布罗意波λ=h/p=h/√(2meE)，结合能级差计算。

4.实验题

-4.1α粒子散射实验验证卢瑟福原子模型，观察散射分布。

-12.1康普顿效应实验验证光子动量