2026年河南省北师大版高中物理选修3-3第5章原子物理习题集

2026年河南省北师大版高中物理选修3-3第5章原子物理习题集一、单项选择题（总共10题，每题2分，共20分）1.在α粒子散射实验中，卢瑟福通过实验数据分析得出原子核的哪些性质？A.原子核带正电且体积非常小B.原子核带负电且体积较大C.原子核不带电且体积中等D.原子核带正电且体积中等解析：α粒子散射实验中，绝大多数α粒子直线穿过金箔，少数发生较大角度偏转，极少数被反弹。这一现象说明原子大部分是空旷的，带正电的部分体积非常小但集中了原子几乎所有的质量。因此正确答案是A。选项B错误，原子核带正电；选项C错误，原子核体积非常小；选项D错误，原子核体积小。2.根据玻尔理论，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？已知：h=6.626×10^-34J•s，c=3×10^8m/s，1eV=1.602×10^-19J，氢原子能级公式E_n=-13.6/n^2eV。A.2.55eVB.10.2eVC.12.8eVD.15.8eV解析：根据玻尔理论，能级差ΔE=E_4-E_2=-13.6/(4^2)-(-13.6/(2^2))=2.55eV。光子能量E=hν=hc/λ，因此辐射光子能量为2.55eV。选项B为n=3→n=2跃迁的能量，选项C为n=4→n=1跃迁的能量，选项D为n=5→n=2跃迁的能量。3.在核反应方程中，_92^238U→_90^234Th+X，X是什么粒子？A.α粒子（_2^4He）B.β粒子（_(-1)^0e）C.γ射线D.中子（_0^1n）解析：根据质量数守恒和电荷数守恒，X粒子的质量数为4，电荷数为2，为α粒子。选项B电荷数为-1，选项C无质量数，选项D质量数为1，电荷数为0。4.某放射性元素的半衰期为5年，经过15年后，该元素剩余质量占原质量的多少？A.12.5%B.25%C.50%D.75%解析：半衰期定义为一半原子核发生衰变所需时间，经过15年（3个半衰期），剩余质量为m_0(1/2)^3=12.5%m_0。选项B为1个半衰期，选项C为2个半衰期，选项D为4个半衰期。5.汤姆孙的葡萄干布丁模型描述了原子的哪些特征？A.原子核带正电，电子均匀分布B.原子核带负电，电子均匀分布C.原子核不带电，电子随机分布D.原子核带正电，电子集中在原子核表面解析：汤姆孙模型将原子比作带正电的布丁，电子像葡萄干一样嵌在其中，因此电子均匀分布。选项A正确，选项B错误（原子核带正电），选项C错误（原子核带正电），选项D错误（电子分布均匀）。6.在卢瑟福散射实验中，α粒子穿过金箔时发生大角度偏转的原因是什么？A.原子核带正电B.原子核带负电C.原子核体积小D.原子核质量大解析：大角度偏转是因为α粒子靠近带正电的原子核时受到库仑斥力作用，只有少数α粒子靠近原子核才会发生偏转。选项A正确，选项B错误（原子核带正电），选项C正确但不是直接原因，选项D正确但不是唯一原因。7.氢原子光谱中，巴尔末系对应哪些跃迁？A.n→n+1B.n→n-1C.n→2D.n→3解析：巴尔末系指氢原子电子从较高能级跃迁到n=2能级时辐射的光谱，因此对应n→2跃迁。选项A为连续谱，选项B为反冲跃迁，选项D为帕邢系（n→3）。8.根据质能方程E=mc^2，质量亏损Δm转化为能量的效率取决于什么？A.反应类型B.物体速度C.温度D.原子种类解析：质能方程表明质量亏损转化为能量的效率与光速c的平方成正比，与反应类型无关。选项A正确，选项B错误（速度影响相对论效应），选项C错误（温度影响热运动），选项D错误（效率与种类无关）。9.在核反应堆中，中子减速剂的作用是什么？A.增加中子能量B.减少中子能量C.增加中子数量D.减少中子数量解析：中子减速剂通过弹性碰撞使快中子减速为热中子，提高裂变概率。选项B正确，选项A错误（减速），选项C错误（不直接增加数量），选项D错误（不减少数量）。10.某放射性同位素的衰变常数为λ，其半衰期T_1/2是多少？A.λB.λ/2C.ln2/λD.2λ解析：半衰期T_1/2=ln2/λ，与衰变常数λ成反比。选项C正确，选项A错误（λ是衰变率），选项B错误（λ/2无物理意义），选项D错误（2λ无意义）。二、填空题（总共10题，每题2分，共20分）1.卢瑟福通过α粒子散射实验发现了______，该实验推翻了汤姆孙的______模型。参考答案：原子核；葡萄干布丁解析：α粒子散射实验发现原子核，推翻汤姆孙模型。汤姆孙模型将原子比作带正电的布丁，电子像葡萄干一样嵌在其中。2.氢原子从n=3能级跃迁到n=1能级时，辐射光子的波长属于______系，能量为______eV。参考答案：莱曼；13.6解析：莱曼系对应n→1跃迁，能量ΔE=-13.6/(1^2)-(-13.6/(3^2))=13.6eV。3.核反应方程_92^238U→_90^234Th+X中，X粒子的质量数A=______，电荷数Z=______。参考答案：4；2解析：根据质量数守恒A=238-234=4，电荷数守恒Z=92-90=2，为α粒子。4.放射性元素镭的半衰期为1600年，经过6400年后，剩余质量占原质量的______%。参考答案：6.25解析：6400年等于4个半衰期，剩余(1/2)^4=6.25%。5.玻尔理论中，电子绕核运动的轨道半径r_n与量子数n的______次方成正比。参考答案：3解析：玻尔模型r_n=n^2•r_1，其中r_1为基态轨道半径。6.核反应堆中常用的中子吸收材料是______，其作用是______。参考答案：镉；吸收中子解析：镉对中子吸收能力强，用于控制反应速率。7.汤姆孙通过______实验发现了电子，该实验证明了______的存在。参考答案：阴极射线；原子可分解析：阴极射线实验发现电子，证明原子有内部结构。8.氢原子光谱中，帕邢系对应电子跃迁到______能级，其光谱在______区域。参考答案：n=3；红外解析：帕邢系n→3跃迁，红外区域波长较长。9.质能方程E=mc^2中，c是______，单位为______。参考答案：光速；m/s解析：光速c=3×10^8m/s，是质能转换的关键参数。10.放射性同位素钴-60用于医疗时，其衰变方式为______，半衰期为______年。参考答案：β衰变；5.27解析：钴-60通过β衰变变为镍-60，半衰期5.27年。三、判断题（总共10题，每题2分，共20分）1.α粒子散射实验中，绝大多数α粒子穿过金箔是因为原子内部大部分是空旷的。（正确）解析：原子体积大部分是空旷的，α粒子直线穿过，少数发生偏转。2.玻尔理论解释了氢原子光谱的离散性，但无法解释多电子原子光谱。（正确）解析：玻尔模型仅适用于氢原子，多电子原子需考虑电子间相互作用。3.核反应方程中，质量数守恒和电荷数守恒必须同时满足。（正确）解析：核反应必须遵守守恒定律，两者缺一不可。4.半衰期是放射性元素特有的物理量，与外界温度无关。（正确）解析：半衰期由原子核性质决定，与温度无关。5.汤姆孙的葡萄干布丁模型认为原子核带正电，电子均匀分布。（正确）解析：汤姆孙模型将正电均匀分布，电子嵌在其中。6.氢原子光谱中，巴尔末系对应可见光区域，帕邢系对应红外区域。（正确）解析：巴尔末系n→2跃迁在可见光，帕邢系n→3跃迁在红外。7.中子减速剂在核反应堆中用于增加中子数量。（错误）解析：减速剂用于将快中子减速为热中子，提高裂变概率。8.放射性同位素钴-60通过α衰变变为镍-60。（错误）解析：钴-60通过β衰变变为镍-60，质量数不变，电荷数增加1。9.质能方程E=mc^2表明质量可以完全转化为能量。（错误）解析：质能转换有损耗，实际效率远低于理论值。10.卢瑟福散射实验中，α粒子被反弹是因为原子核体积很小但质量很大。（正确）解析：α粒子靠近原子核时受库仑斥力作用，极少数被反弹。四、简答题（总共8题，每题2分，共16分）1.简述卢瑟福α粒子散射实验的主要现象和结论。答：主要现象：绝大多数α粒子直线穿过，少数偏转，极少数反弹。结论：原子核带正电，体积很小但集中了原子几乎全部质量。2.解释玻尔理论中量子化条件的物理意义。答：量子化条件指电子轨道半径和能量只能取特定值，不能连续变化，这是原子稳定性的原因。3.核反应方程_92^235U+_0^1n→_56^141Ba+X+3_0^1n中，X是什么粒子？答：X是_36^92Kr（氪核），根据质量数238+1=141+92+3×1，电荷数92+0=56+36。4.放射性元素衰变时，半衰期与衰变常数的关系是什么？答：T_1/2=ln2/λ，衰变常数λ越大，半衰期越短。5.汤姆孙的葡萄干布丁模型有哪些局限性？答：无法解释α粒子散射实验，无法说明原子稳定性，被卢瑟福模型取代。6.氢原子光谱中，不同系列的跃迁有何区别？答：莱曼系n→1（紫外），巴尔末系n→2（可见），帕邢系n→3（红外），跃迁能级越高，波长越长。7.核反应堆中控制棒的作用是什么？答：控制棒通过吸收中子控制反应速率，调节反应堆功率。8.质能方程E=mc^2的物理意义是什么？答：质量与能量等价，可以相互转化，是核能利用的理论基础。五、应用题（总共8题，每题4分，共24分）1.某氢原子从n=4能级跃迁到n=2能级，再跃迁到n=1能级，分别辐射两种光子。（1）求两种光子的能量差；（2）若辐射光子频率为6.16×10^14Hz，求对应波长。解：（1）ΔE_1=E_4-E_2=-13.6/(4^2)-(-13.6/(2^2))=2.55eV，ΔE_2=E_2-E_1=-13.6/(2^2)-(-13.6/(1^2))=10.2eV，ΔE_2-ΔE_1=7.65eV。（2）E=hν，λ=c/ν=3×10^8/(6.16×10^14)=4.87×10^-7m=487nm（紫外）。2.镭-226的半衰期为1600年，现有10克镭-226，经过8000年后剩余多少克？解：8000年等于5个半衰期，剩余m=m_0(1/2)^5=10×(1/2)^5=0.3125g。3.某核反应方程为_92^238U→_90^234Th+X，若反应释放能量1.5×10^-10J，求质量亏损。解：ΔE=Δmc^2，Δm=ΔE/c^2=1.5×10^-10/(3×10^8)^2=1.67×10^-27kg。4.氢原子光谱中，巴尔末系第一条谱线（n=3→n=2）的波长为656.3nm，求对应光子能量。解：E=hν=hC/λ=6.626×10^-34×3×10^8/656.3×10^-9=3.03×10^-19J=1.89eV。5.核反应堆中，铀-235裂变产生3个中子，若初始铀-235为1kg，求最多能产生多少裂变次数？解：1kg铀-235含6.02×10^25个原子，每次裂变产生3个中子，最多裂变6.02×10^25/3=2.01×10^25次。6.汤姆孙通过阴极射线实验发现电子，实验装置包括哪些主要部分？答：主要部分：真空管、阴极、阳极、荧光屏。实验现象：阴极发射射线，在荧光屏上形成光斑，射线可偏转，说明带电。7.某放射性同位素衰变常数为0.693年^-1，求其半衰期。解：T_1/2=ln2/λ=0.693/0.693=1年。8.核反应堆中，中子吸收材料的作用是什么？举例说明。答：吸收中子控制反应速率，防止链式反应失控。例如镉棒，吸收中子后收缩，减少反应面积。【标准答案及解析】一、单项选择题1.A2.A3.A4.A5.A6.A7.C8.A9.B10.C二、填空题1.原子核；葡萄干布丁2.莱曼；13.63.4；24.6.255.36.镉；吸收中子7.阴极射线；原子可分8.3；红外9.光速；m/s10.β衰变；5.27三、判断题1.√2.√3.√4.√5.√6.√7.×8.×9.×10.√四、简答题1.答：绝大多数α粒子直线穿过，少数偏转，极少数反弹。说明原子内部大部分是空旷的，带正电的部分体积很小但集中了原子几乎全部质量。2.答：量子化条件指电子轨道半径和能量只能取特定值，不能连续变化。这是原子稳定性的原因，电子不会因辐射能量而螺旋式坠入原子核。3.答：X是_36^92Kr（氪核），根据质量数238+1=141+92+3×1，电荷数92+0=56+36。4.答：T_1/2=ln2/λ，衰变常数λ越大，半衰期越短。λ与原子核性质有关，与温度无关。5.答：汤姆孙模型无法解释α粒子散射实验中少数粒子大角度偏转，也无法说明原子稳定性，被卢瑟福模型取代。6.答：莱曼系n→1（紫外），巴尔末系n→2（可见），帕邢系n→3（红外），跃迁能级越高，波长越长。7.答：控制棒通过吸收中子控制反应速率，防止链式反应失控，调节反应堆功率。8.答：质量与能量等价，可以相互转化，是核能利用的理论基础。E=mc^2表明质量可以转化为巨大能量。五、应用题1.解：（1）ΔE_1=-13.6/(4^2)-(-13.6/(2^2))=2.55eV，ΔE_