2025-2026年福建高三物理选修3-5第一章原子物理测试卷

2025-2026年福建高三物理选修3-5第一章原子物理测试卷一、单项选择题（本大题共10小题，每小题2分，共20分）1.氢原子从n=4能级跃迁到n=2能级时，辐射出的光子能量为E。若氢原子从n=6能级跃迁到n=3能级时辐射出的光子能量为E'，则E与E'的关系为（）A.E>E'B.E<E'C.E=E'D.无法确定解析：根据氢原子能级公式E_n=-13.6/(n^2)eV，n=4时E_4=-13.6/(4^2)=-0.85eV，n=2时E_2=-13.6/(2^2)=-3.4eV，跃迁能量ΔE_4→2=3.4-0.85=2.55eV；n=6时E_6=-13.6/(6^2)=-0.38eV，n=3时E_3=-13.6/(3^2)=-1.51eV，跃迁能量ΔE_6→3=1.51-0.38=1.13eV。由题意E=2.55eV，E'=1.13eV，故E>E'。2.α粒子散射实验中，发现少数α粒子发生大角度偏转，这一现象说明（）A.原子核带正电B.原子大部分空间是空旷的C.原子核体积很小D.电子带负电解析：卢瑟福α粒子散射实验中，绝大多数α粒子直线穿过金箔，少数发生偏转，极少数发生大角度偏转。大角度偏转说明原子中存在一个体积很小但质量很大的带正电核心（原子核），绝大多数空间是空旷的。正确选项为C。3.汤姆孙发现电子的实验装置如图所示，当A、B两极间加上电压时，阴极C发出的射线在电场中偏转，说明（）A.射线是带正电的B.射线是带负电的C.射线是中性的D.射线是光子流解析：汤姆孙阴极射线实验中，射线在电场中向正极偏转，说明射线带负电。正确选项为B。4.氢原子光谱中，巴尔末系是电子从n≥3能级跃迁到n=2能级时辐射的光子组成的，若某条谱线波长为656.3nm，则跃迁的初态能级n值为（）A.3B.4C.5D.6解析：巴尔末系公式1/λ=R_H(1/2^2-1/n^2)，R_H=1.097×10^7m^-1，代入λ=656.3nm=6.563×10^-7m，解得1/6.563×10^-7=1.097×10^7(1/4-1/n^2)，n=3。5.根据玻尔理论，氢原子中电子从n=5能级跃迁到n=2能级时，辐射光子的频率ν与电子在n=2能级时的动能K的关系为（）A.ν=KB.ν=2KC.ν=K/2D.ν=4K解析：辐射光子频率ν=hΔE/h=ΔE/h，n=2时电子动能K=-13.6/(2^2)+13.6=3.4eV，n=5时动能K=-13.6/(5^2)+13.6=2.56eV，ΔE=3.4-2.56=0.84eV，ν=0.84eV/h。而n=2时总能量E_2=-3.4eV，动能K=3.4eV，故ν=K。6.在卢瑟福散射实验中，若入射α粒子流强度不变，散射角度θ=30°的α粒子数占总数的10%，则θ=60°的α粒子数占总数的（）A.5%B.2.5%C.1%D.0.25%解析：根据卢瑟福散射公式dN/dΩ=(N₀Z²e⁴)/(4πε₀²p²sin⁴(θ/2))，θ增大时dN/dΩ指数减小，θ=60°时sin(30°)=1/2，θ=60°时sin(30°)=1/2，θ=60°的α粒子数占比为(1/2)⁴=1/16，即1%。7.汤姆孙的“葡萄干布丁模型”认为原子是一个带正电的球体，电子像葡萄干一样嵌在其中，该模型能解释（）A.α粒子散射实验B.氢原子光谱C.阴极射线D.金属的导电性解析：汤姆孙模型能解释金属的导电性（电子在正电球中移动），但不能解释α粒子散射实验。正确选项为D。8.氢原子从n=4能级跃迁到n=2能级辐射光子，再从n=2能级跃迁到n=1能级辐射光子，两次跃迁产生的光子频率ν₁和ν₂的关系为（）A.ν₁>ν₂B.ν₁<ν₂C.ν₁=ν₂D.无法确定解析：n=4→2的能级差ΔE₁=3.4-0.85=2.55eV，n=2→1的能级差ΔE₂=13.6-3.4=10.2eV，ν₁=hΔE₁/h，ν₂=hΔE₂/h，故ν₂>ν₁。9.根据玻尔理论，氢原子中电子从n=3能级跃迁到n=1能级时，辐射光子的动量p与电子在n=1能级时的动量p₁的关系为（）A.p=p₁B.p=2p₁C.p=3p₁D.p=9p₁解析：辐射光子动量p=h/λ，λ与能级差成反比。n=3→1的能级差ΔE=13.6-1.51=12.09eV，n=1时E₁=-13.6eV，辐射光子能量E'=12.09eV，λ'=hc/E'=hc/12.09，n=1时λ=hc/13.6，λ'/λ=13.6/12.09=1.12，p₁/p=(λ/λ')=0.89，p≈0.89p₁。10.在氢原子光谱中，莱曼系是电子从n≥2能级跃迁到n=1能级时辐射的光子组成的，若某条谱线波长为121.6nm，则跃迁的初态能级n值为（）A.2B.3C.4D.5解析：莱曼系公式1/λ=R_H(1/1^2-1/n^2)，R_H=1.097×10^7m^-1，代入λ=121.6nm=1.216×10^-7m，解得1/1.216×10^-7=1.097×10^7(1-1/n^2)，n=2。二、填空题（本大题共10小题，每小题2分，共20分）1.卢瑟福α粒子散射实验中，发现少数α粒子发生大角度偏转，这一现象说明原子的绝大部分质量和正电荷集中在一个很小的区域内，这个区域被称为__________。参考答案：原子核2.汤姆孙通过阴极射线实验发现了__________，并提出了原子的“葡萄干布丁模型”。参考答案：电子3.氢原子光谱中，巴尔末系是电子从n≥3能级跃迁到n=2能级时辐射的光子组成的，其中波长最长的谱线对应的跃迁是__________。参考答案：n=3→24.根据玻尔理论，氢原子中电子在n=3能级时的动能是电子在n=1能级时动能的__________倍。参考答案：1/45.α粒子散射实验中，α粒子与原子核的最小距离称为__________。参考答案：瞄准距离6.氢原子从n=4能级跃迁到n=2能级时辐射光子的能量为2.55eV，则从n=5能级跃迁到n=2能级时辐射光子的能量为__________eV。参考答案：4.097.汤姆孙的“葡萄干布丁模型”认为原子是一个带正电的球体，电子像葡萄干一样嵌在其中，该模型能解释金属的__________。参考答案：导电性8.氢原子光谱中，莱曼系是电子从n≥2能级跃迁到n=1能级时辐射的光子组成的，其中波长最短的谱线对应的跃迁是__________。参考答案：n→∞→19.根据玻尔理论，氢原子中电子从n=4能级跃迁到n=2能级时，辐射光子的频率ν与电子在n=2能级时的动能K的关系为ν=__________。参考答案：K10.在卢瑟福散射实验中，若入射α粒子流强度不变，散射角度θ=30°的α粒子数占总数的10%，则θ=60°的α粒子数占总数的__________。参考答案：1%三、判断题（本大题共10小题，每小题2分，共20分）1.氢原子光谱中，巴尔末系是电子从n≥3能级跃迁到n=2能级时辐射的光子组成的，其中波长最长的谱线对应的跃迁是n=3→2。参考答案：正确2.汤姆孙的“葡萄干布丁模型”认为原子是一个带正电的球体，电子像葡萄干一样嵌在其中，该模型能解释α粒子散射实验。参考答案：错误3.根据玻尔理论，氢原子中电子在n=3能级时的动能是电子在n=1能级时动能的9倍。参考答案：错误4.在卢瑟福散射实验中，α粒子与原子核的最小距离等于原子核的半径。参考答案：正确5.氢原子从n=4能级跃迁到n=2能级时辐射光子的能量为2.55eV，则从n=5能级跃迁到n=2能级时辐射光子的能量为4.09eV。参考答案：正确6.汤姆孙通过阴极射线实验发现了质子，并提出了原子的“葡萄干布丁模型”。参考答案：错误7.氢原子光谱中，莱曼系是电子从n≥2能级跃迁到n=1能级时辐射的光子组成的，其中波长最短的谱线对应的跃迁是n=2→1。参考答案：错误8.根据玻尔理论，氢原子中电子从n=4能级跃迁到n=2能级时，辐射光子的频率ν与电子在n=2能级时的动能K的关系为ν=K。参考答案：正确9.在卢瑟福散射实验中，若入射α粒子流强度不变，散射角度θ=30°的α粒子数占总数的10%，则θ=60°的α粒子数占总数的1%。参考答案：正确10.氢原子从n=4能级跃迁到n=2能级时辐射光子的动量p与电子在n=2能级时的动量p₁的关系为p=p₁。参考答案：正确四、简答题（本大题共8小题，每小题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。参考答案：主要现象：绝大多数α粒子直线穿过金箔，少数发生小角度偏转，极少数发生大角度偏转甚至反射。结论：原子中存在一个体积很小但质量很大的带正电核心（原子核），原子大部分空间是空旷的。2.汤姆孙通过阴极射线实验发现了什么？参考答案：汤姆孙通过阴极射线实验发现了电子，并测定了电子的比荷（e/m）。3.氢原子光谱中有哪些系列？分别对应什么能级跃迁？参考答案：氢原子光谱有莱曼系（n≥2→1）、巴尔末系（n≥3→2）、帕邢系（n≥4→3）、布拉开系（n≥5→4）、普丰德系（n≥6→5），分别对应不同能级跃迁。4.根据玻尔理论，氢原子中电子在n=3能级时的动能是多少？参考答案：根据玻尔理论，电子在n能级的动能K_n=-13.6/(n^2)eV，n=3时K_3=-13.6/(3^2)=-1.51eV。5.在卢瑟福散射实验中，α粒子与原子核的最小距离等于什么？参考答案：α粒子与原子核的最小距离称为瞄准距离，等于α粒子在库仑力作用下做半径最小的圆周运动的半径。6.氢原子从n=4能级跃迁到n=2能级时辐射光子的能量是多少？参考答案：n=4→2的能级差ΔE=3.4-0.85=2.55eV。7.汤姆孙的“葡萄干布丁模型”有哪些局限性？参考答案：汤姆孙模型无法解释α粒子散射实验，因为正电荷分布均匀时α粒子不可能发生大角度偏转。8.根据玻尔理论，氢原子中电子从n=4能级跃迁到n=2能级时，辐射光子的频率ν与电子在n=2能级时的动能K的关系是什么？参考答案：根据玻尔理论，辐射光子频率ν=hΔE/h=ΔE/h，n=2时电子动能K=3.4eV，n=4→2的能级差ΔE=3.4-0.85=2.55eV，ν=2.55eV/h。而n=2时总能量E_2=-3.4eV，动能K=3.4eV，故ν=K。五、应用题（本大题共8小题，每小题4分，共24分）1.氢原子从n=5能级跃迁到n=2能级时辐射光子的能量为4.09eV，求从n=6能级跃迁到n=2能级时辐射光子的能量。参考答案：n=5→2的能级差ΔE_5→2=4.09eV，n=6→2的能级差ΔE_6→2=13.6/(2^2)-13.6/(6^2)=3.4-0.233=3.167eV。2.在卢瑟福散射实验中，α粒子与原子核的最小距离为5×10^-14m，求α粒子在该距离时的速度。参考答案：α粒子在最小距离时做半径为5×10^-14m的圆周运动，由库仑力提供向心力，k(e^2)/r^2=mv^2/r，v=√[k(e^2)/r]，k=9×10^9N•m^2/C^2，e=1.6×10^-19C，r=5×10^-14m，v=√[9×10^9×(1.6×10^-19)^2/(5×10^-14)]=7.2×10^6m/s。3.氢原子从n=4能级跃迁到n=2能级时辐射光子的波长为486.1nm，求从n=5能级跃迁到n=2能级时辐射光子的波长。参考答案：n=4→2的能级差ΔE=3.4-0.85=2.55eV，λ=hc/E=6.63×10^-34×3×10^8/(2.55×1.6×10^-19)=486.1nm；n=5→2的能级差ΔE=13.6/(2^2)-13.6/(5^2)=3.4-0.272=3.128eV，λ=hc/E=6.63×10^-34×3×10^8/(3.128×1.6×10^-19)=410.3nm。4.汤姆孙通过阴极射线实验测定了电子的比荷（e/m），若电子在电场中偏转角度为θ，求电子的比荷。参考答案：电子在电场中偏转，由F=ma，F=qE，a=qE/m，θ=at^2/2，t=L/v_0，v_0为电子初速度，θ=(qEL)/(mv_0^2)，e/m=(θv_0^2)/(qE)。5.氢原子从n=6能级跃迁到n=3能级时辐射光子的能量为1.89eV，求从n=6能级跃迁到n=1能级时辐射光子的能量。参考答案：n=6→3的能级差ΔE=13.6/(3^2)-13.6/(6^2)=1.51-0.36=1.15eV，n=6→1的能级差ΔE=13.6-0.36=13.24eV。6.在卢瑟福散射实验中，α粒子与原子核的最小距离为5×10^-14m，求α粒子在该距离时的动能。参考答案：α粒子在最小距离时做半径为5×10^-14m的圆周运动，由库仑力提供向心力，k(e^2)/r^2=mv^2/r，v=√[k(e^2)/r]，Ek=1/2mv^2=k(e^2)/2r，Ek=9×10^9×(2×1.6×10^-19)^2/(2×5×10^-14)=9.216×10^-14J=5.72eV。7.氢原子从n=4能级跃迁到n=2能级时辐射光子的频率为6.16×10^14Hz，求从n=5能级跃迁到n=2能级时辐射光子的频率。参考答案：n=4→2的能级差ΔE=2.55eV，ν=ΔE/h=2.55×1.6×10^(-19)/(6.63×10^(-34))=6.16×10^14Hz；n=5→2的能级差ΔE=3.128eV，ν=ΔE/h=3.128×1.6×10^(-19)/(6.63×10^(-34))=7.56×10^14Hz。【标准答案及解析】一、单项选择题1.A2.C3.B4.B5.A6.C7.D8.B9.A10.D二、填空题1.原子核12.电子13.n=3→214.1/415.瞄准距离16.4.092.导电性18.n→∞→119.K20.1%三、判断题1.正确22.错误23.错误24.正确25.正确2.错误27.错误28.正确29.正确30.正确四、简答题1.主要现象：绝大多数α粒子直线穿过金箔，少数发生小角度偏转，极少数发生大角度偏转甚至反射。结论：原子中存在一个体积很小但质量很大的带正电核心（原子核），原子大部分空间是空旷的。2.汤姆孙通过阴极射线实验发现了电子，并测定了电子的比荷（e/m）。3.氢原子光谱有莱曼系（n≥2→1）、巴尔末系（n≥3→2）、帕邢系（n≥4→3）、布拉开系（n≥5→4）、普丰德系（n≥6→5），分别对应不同能级跃迁。4.根据玻尔理论，电子在n能级的动能K_n=-13.6/(n^2)eV，n=3时K_3=-13.6/(3^2)=-1.51eV。5.在卢瑟福散射实验中，α粒子与原子核的最小距离称为瞄准距离，等于α粒子在库仑力作用下做半径最小的圆周运动的半径。6.氢原子从n=4能级跃迁到n=2能级时辐射光子的能量为2.55eV。7.汤姆孙的“葡萄干布丁模型”无法解释α粒子散射实验，因为正电荷分布均匀时α粒子不可能发生大角度偏转。8.根据玻尔理论，辐射光子频率ν=hΔE/h=ΔE/h，n=2时电子动能K=3.4eV，n=4→2的能级差ΔE=3.4-0.85=2.55eV，ν=2.55eV/h。而n=2时总能量E_2=-3.4eV，动能K=3.4eV，故ν=K。五、应用题1.解：n=5→2的能级差ΔE_5→2=4.09eV，n=6→2的能级差ΔE_6→2=13.6/(2^2)-13.6/(6^2)=3.4-0.233=3.167eV。2.解：α粒子在最小距离时做半径为5×10^-14m的圆周运动，由库仑力提供向心力，k(e^2)/r^2=mv^2/r，v=√[k(e^2