物理二轮复习专项训练：近代物理专题 原子结构问题

2026届高三物理二轮复习专项训练：近代物理专题原子结构问题一、单选题1．一个氢原子从较高能级跃迁到较低能级，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2．氢原子能级示意图如图所示，能量在之间的光子为可见光。要使处于基态的氢原子被激发后，能辐射出可见光光子，最少应给氢原子提供的能量为（）A．1.89eV B．10.20eV C．12.09eV D．12.75eV3．下列四幅图涉及不同的物理知识，如图所示，其中说法正确的是（）

A．图甲，卢瑟福通过分析α粒子散射实验结果，否定了汤姆孙原子枣糕式模型B．图乙，用中子轰击铀核使其发生聚变，链式反应会释放出巨大的核能C．图丙，一个氢原子处于第三能级，最多可以辐射出三种频率的光子D．图丁，汤姆孙通过电子的发现揭示了原子核内还有复杂结构4．氢原子的能级图如图甲所示，一群处于第4能级的氢原子，向低能级跃迁过程中能发出几种不同频率的光，其中只有频率为ν1、ν2两种光可让图乙所示的光电管阴极K发生光电效应。现分别用频率为ν1或ν2的三个光源a、b、c分别照射该光电管阴极K，测得电流随电压变化的图像如图丙所示。下列说法中正确的是（）A．处于第4能级的氢原子向下跃迁时最多发出4种不同频率的光子B．图线c对应的光是氢原子由第3能级向第1能级跃迁发出的C．图线a对应的光子频率大于图线b对应的光子频率D．用图线b对应的光照射光电管时，光电流会随着正向电压的增大而不断增大5．1906年，赖曼发现了氢原子的赖曼系谱线，其波长满足公式：为里德堡常量。氢原子从和的激发态跃迁到基态时，辐射光子的能量之比为（）A． B． C． D．6．下列说法中正确的是（）A．汤姆孙的α粒子散射实验揭示了原子具有核式结构B．光电效应和康普顿效应揭示了光的粒子性C．γ射线是原子内层电子跃迁时发射的波长很短的电磁波D．在光电效应实验中，如果使入射光的频率减小（仍大于截止频率）而保持入射光的强度不变，则饱和电流将减小7．2023年正月十三至正月二十二，已有上千年历史的涿州市元宵灯会上以三国文化为主题的各类霓虹灯悉数登场，多姿多彩的霓虹灯使人们在红红火火的元宵花灯节上感受着浓浓的新春气息。霓虹灯发光原理是不同气体原子从高能级向低能级跃迁时发出能量各异的光子而呈现五颜六色，如图所示为氢原子能级图，氢原子处于能级上，已知可见光的光子能量范围为1.62~3.11eV，则下列说法正确的是（）A．一个处于能级的氢原子向低能级跃迁时，最多产生10种谱线B．氢原子从能级向能级跃迁过程中发出的光为可见光C．氢原子从能级向能级跃迁过程中发出光不能使逸出功为2.29eV的金属钠发生光电效应D．氢原子从能级向能级跃迁过程中发出光的波长最长8．氢原子的能级图如图所示，用动能均为12.3eV的电子束射向一群处于基态的氢原子，氢原子被电子碰撞后激发跃迁到较高能级，处于高能级的氢原子向低能级跃迁时辐射出几种不同频率的光，其中只有两种频率的光能使某金属发生光电效应，一种光恰好能使该金属发生光电效应，则另一种光使该金属发生光电效应时的光电子最大初动能为（

）

A．0.66eV B．1.89eV C．2.55eV D．2.86eV二、多选题9．下列四幅图涉及到不同的物理知识，其中说法正确的是（）

A．卢瑟福通过分析甲图中的α粒子散射实验结果，提出了原子的核式结构模型B．乙图为布朗运动实验，图中显示的是花粉颗粒的运动轨迹C．丙图表示磁场对α、β和γ射线的作用情况，其中①是α射线，②是γ射线，③是β射线D．丁图表示的核反应属于重核裂变，是目前人工无法控制的核反应10．氢原子跃迁与巴耳末系的对比图像如图所示，已知光速为c，普朗克常量为h，下列说法正确的是（）A．巴耳末系就是氢原子从能级跃迁到基态时辐射出的光谱B．气体的发光原理是气体放电管中原子受到高速电子的撞击跃迁到激发态，再向低能级跃迁，放出光子C．氢原子从能级跃迁到能级时辐射出的光是可见光，但不属于巴耳末系D．若处于某个激发态的几个氢原子，只发出三种波长的光，当，则有11．大量氢原子处于的激发态，在向低能级跃迁时放出光子，用这些光子照射逸出功为2.29eV的金属钠。下列说法正确的是（）A．逸出光电子的最大初动能为10.80eVB．跃迁到放出的光子能量最大C．用0.85eV的光子照射，氢原子不能跃迁到激发态D．有2种频率的光子能使金属钠产生光电效应12．我国太阳探测科学技术试验卫星“羲和号”在国际上首次成功实现空间太阳波段光谱扫描成像。和分别为氢原子由和能级向能级跃迁产生的谱线（如图所示），则（）A．的频率比的大B．若照射某金属时发生光电效应，则照射该金属时一定发生光电效应C．分别用和照射同一个狭缝装置时，的衍射现象更明显D．分别用和照射同一个双缝干涉实验装置时，对应的相邻条纹间距更大13．氢原子的能级如图所示，已知大量处于基态的氢原子，当它们受到某种频率的光线照射后，可辐射出3种频率的可见光，可见光的光子能量范围约为，下列说法正确的是（）A．基态的氢原子受到此种频率的光照射后跃迁到能级B．处于能级的氢原子受到能量为1.52eV的光照射时将发生电离C．辐射出的光中，由能级跃迁到能级产生的光的波长最长D．用这些辐射出的光照射逸出功为2.29eV的金属钠，有4种频率的光能使金属钠逸出光电子三、解答题14．正、负电子以速率绕二者连线中点做匀速圆周运动，形成叫做电子偶素的新粒子。若玻尔理论可用于解释电子偶素的特征谱线，电子质量、速率、电子间距满足量子化的条件（为正整数，为普朗克常量）。已知电子电荷量为，静电常量为，正、负电子间的电势能。求：(1)请证明电子偶素量子化电子间距的表达式为；(2)电子偶素的能级为正、负电子的动能和势能之和，请写出其表达式（用表示）；(3)电子偶素由第一激发态跃迁到基态时，放出的光子的频率。15．在量子力学诞生以前，玻尔提出了原子结构假说，建构了原子模型：电子在库仑引力作用下绕原子核做匀速圆周运动时，原子只能处于一系列不连续的能量状态中（定态），原子在各定态所具有的能量值叫做能级，不同能级对应于电子的不同运行轨道。电荷量为+Q的点电荷A固定在真空中，将一电荷量为-q的点电荷从无穷远移动到距A为r的过程中，库仑力做功。已知电子质量为m、元电荷为e、静电力常量为k、普朗克常量为h，规定无穷远处电势能为零。(1)若已知电子运行在半径为r1的轨道上，请根据玻尔原子模型，求电子的动能Ek1及氢原子系统的能级E1。(2)为了计算玻尔原子模型的这些轨道半径，需要引入额外的假设，即量子化条件。物理学家索末菲提出了“索末菲量子化条件”，它可以表述为：电子绕原子核（可看作静止）做圆周运动的轨道周长为电子物质波波长（电子物质波波长λ与其动量p的关系为）的整数倍，倍数n即轨道量子数。①请结合索末菲量子化条件，求氢原子轨道量子数为n的轨道半径rn，及其所对应的能级En。②玻尔的原子模型除了可以解释氢原子的光谱，还可以解释核外只有一个电子的一价氦离子（He+）的光谱。已知氢原子基态的能级为-13.6eV，请计算为使处于基态的He+跃迁到激发态，入射光子所需的最小能量。《2026届高三物理二轮复习专项训练：近代物理专题原子结构问题》参考答案题号12345678910答案BCABBBBBACBD题号111213答案BCDCDBC1．B【详解】根据玻尔理论可知，从高能级向低能级跃迁，能量减小，则释放能量，向外辐射光子。故选B。2．C【详解】氢原子从第1能级跃迁最近的第2能级跃迁是，光子的能量为故高能级跃迁到第1能级放出的光子均为紫外线；而从高能级向第2能级跃迁时，放出的光子为可见光；从高能级向第3能级跃迁时，放出的光子为红外线。所以至少要让氢原子激发到第3能级，最少应给氢原子提供的能量为，选项C正确。3．A【详解】A．图甲，卢瑟福通过分析α粒子散射实验结果，得出原子的核式结构模型，否定了汤姆孙原子枣糕式模型，A正确；B．图乙，用中子轰击铀核使其发生裂变，裂变反应会释放出巨大的核能，B错误；C．图丙，一个氢原子处于第三能级，辐射出不同频率的光子最多为C错误；D．图丁，汤姆孙通过电子的发现揭示了原子有一定结构，天然放射现象的发现揭示了原子核内还有复杂结构，D错误。故选A。4．B【详解】A．第4能级的氢原子，向低能级跃迁过程中，能发出即6种不同频率的光，故A错误；BC．由于只有频率为ν1、ν2两种光可让图乙所示的光电管阴极K发生光电效应，跃迁时发出的两种频率最高的光为4→1、3→1，由图乙可知，b光的遏止电压大，a和c光的遏止电压小，根据光电效应方程可知a对应的光子频率小于图线b对应的光子频率，故a、c是3→1跃迁发出的，b是4→1跃迁发出的，故C错误，B正确；D．用图线b对应的光照射光电管时，当光电流达到饱和电流后不再增大，故D错误。故选B。5．B【详解】氢原子从的激发态跃迁到基态时氢原子从的激发态跃迁到基态时又联立得，辐射光子的能量之比为故选B。6．B【详解】A．卢瑟福的粒子散射实验揭示了原子具有核式结构，A错误；B．光电效应和康普顿效应揭示了光的粒子性，B正确；C．射线是原子内层电子跃迁时发射的波长很短的电磁波，C错误；D．光强不变，频率减小，则光子数增多，单位时间内打出的光电子数目增多，饱和电流增大，D错误。故选B。7．B【详解】A．一个处于能级的氢原子向低能级跃迁时，最多产生的谱线为种，选项A错误；B．从能级跃迁到能级辐射出光子的能量为1.89eV，又可见光的光子能量范围为1.62~3.11eV，则该光属于可见光，选项B正确；C．氢原子从能级向能级跃迁过程中发出光子的能量为两能级的能量差，即12.09eV，大于金属钠逸出功2.29eV，所以能发生光电效应，选项C错误；D．氢原子从能级向能级跃迁过程中能级差最大，发出光的频率最大，波长最短，选项D错误。故选B。8．B【详解】只有两种频率的光能使某金属发生光电效应，光子的能量为一种光恰好能使该金属发生光电效应，有另一种光使该金属发生光电效应时的光电子最大初动能为故选B。9．AC【详解】A．卢瑟福通过分析粒子散射实验结果，提出了原子的核式结构模型，故A正确；B．布朗运动实验，图中显示的是花粉颗粒的不同时刻的位置，不是运动轨迹，故B错误；C．根据左手定则可得，丙图射线①是α射线，而图线③是β射线，γ射线不偏转，因此②是γ射线，故C正确；D．图丁表示的核反应属于重核裂变，是人工可以控制的核反应，故D错误。故选AC。10．BD【详解】AC．由图可知，巴耳末系就是氢原子从能级跃迁到能级时辐射出的光谱，故AC错误；B．通常情况下，原子处于基态，非常稳定，气体放电管中的原子受到高速运动的电子的撞击，有可能向上跃迁到激发态，处于激发态的原子是不稳定的，会自发地向能量较低的能级跃迁，放出光子，最终回到基态，故B正确；D．根据题意，由能级跃迁时，能级差与光子的能量关系有若处于某个激发态的几个氢原子，只发出三种波长的光，且则有，，可得解得故D正确。故选BD。11．BCD【详解】B．大量氢原子处于的激发态，在向低能级跃迁时能放出3种频率的光子，光子的能量分别为所以跃迁到放出的光子能量最大，B正确；A．逸出光电子的最大初动能为A错误；C．氢原子从跃迁到激发态时，入射光子的能量为用0.85eV的光子照射，氢原子不能从跃迁到激发态，C正确；D．大量氢原子处于的激发态，在向低能级跃迁时能放出3种频率的光子，光子的能量分别为能量为10.2eV和12.09eV的光子能使金属钠产生光电效应，D正确。故选BCD。12．CD【详解】A．和的能量分别是，根据可知，的频率小于的频率，故A错误；B．由上面的分析可知，的频率小于的频率，所以若照射某金属时发生光电效应，则照射该金属时不一定发生光电效应，故B错误；C．根据可知，的波长大于的波长，根据发生明显衍射的条件可知，分别用和照射同一个狭缝装置时，的衍射现象更明显，故C正确；D．因为的波长大于的波长，根据干涉条纹间距公式可知，分别用和照射同一个双缝干涉实验装置时，对应的相邻条纹间距更大，故D正确。故选CD。13．BC【详解】A．从跃迁到n=1的三种跃迁中只有一种是可见光，则基态的氢原子受到某种频率的光照射后不可能跃迁到能级，A错误；B．由氢原子的能级图可知，处于能级的氢原子受到能量为1.52eV的光照射时将发生电离，因为氢原子吸收的能量大于1.51eV，B正确；CD．由氢原子的能级图可知，从跃迁到n=1的跃迁中能辐射出3种频率的可见光，三种可见光的光子能量分别是在辐射出的3种频率的可见光中，由能级跃迁到能级产生光子的能量最小，由可知光的频率最小，由可知，光的波长最长；由光电效应方程可知，只有时，才会产生光电效应，可知用这些辐射出的光照射逸出功为2.29eV的金属钠，有2种频率的光能使金属钠逸出光电子，C正确，D错误。故选BC。14．(1)见解析(2)(3)【详解】（1）电子在间距为的轨道上运动时，库仑力提供向心力，则由题意可知解得，得证。（2）电子偶素中电子的总动能、势能分别为，，根据可得（3）电子偶素由第一激发