2026年浙江省人教版高中物理必修四第9章原子结构习题

2026年浙江省人教版高中物理必修四第9章原子结构习题一、单项选择题（本大题共10小题，每小题2分，共20分）1.在学习原子结构理论时，汤姆孙提出的“葡萄干布丁模型”认为原子中的正电荷均匀分布，负电荷（电子）随机嵌入其中。以下哪个实验现象最有力地推翻了该模型？（）A.α粒子散射实验中，绝大多数α粒子穿过金箔，少数发生较大角度偏转B.汤姆孙通过阴极射线管实验测定了电子的比荷C.卢瑟福通过α粒子轰击氮核实验发现了质子D.玻尔模型成功解释了氢原子光谱的不连续性解析：汤姆孙的“葡萄干布丁模型”假设正电荷均匀分布，α粒子散射实验中，若正电荷均匀分布，α粒子应发生小角度偏转或无偏转。实验结果显示少数α粒子发生大角度偏转，说明原子中存在高度集中的正电荷，即原子核，从而推翻了该模型。选项A正确，B是汤姆孙的实验，C是卢瑟福的发现，D是玻尔模型的贡献。2.根据玻尔原子模型，氢原子中电子从n=4能级跃迁到n=2能级时，辐射的光子能量与从n=3能级跃迁到n=2能级时辐射的光子能量相比？（）A.前者辐射的光子能量更大B.后者辐射的光子能量更大C.两者辐射的光子能量相等D.无法确定解析：根据玻尔能级公式ΔE=Eₙ-Eₘ=13.6eV×(1/nₘ²-1/nₙ²)，n=4跃迁到n=2的能量差为13.6eV×(1/4-1/16)=2.55eV，n=3跃迁到n=2的能量差为13.6eV×(1/9-1/4)=1.89eV。前者能量差更大，故A正确。3.在描述原子核的放射性衰变过程中，以下哪个说法是正确的？（）A.α衰变过程中，原子核的质量数减少4，质子数减少2B.β⁻衰变过程中，原子核的质量数不变，质子数增加1C.γ衰变过程中，原子核的质子数和中子数均发生改变D.放射性元素的半衰期与外界温度无关解析：α衰变时，原子核释放一个氦核（2He₄），质量数减少4，质子数减少2，A正确。β⁻衰变时，一个中子转变为质子并释放电子，质子数增加1，质量数不变，B正确。γ衰变是高能光子释放，不改变质子数和中子数，C错误。半衰期由原子核内部性质决定，与温度无关，D正确。根据题意选择最符合的选项，此处选A。4.某原子核的衰变过程如下：X→Y→Z。若X经过一次α衰变变为Y，再经过一次β⁻衰变变为Z，则Z的质子数与X的质子数相比？（）A.增加1B.减少3C.减少1D.不变解析：α衰变使质子数减少2，质量数减少4；β⁻衰变使质子数增加1，质量数不变。因此，Y的质子数比X少2，Z的质子数比Y多1，即比X少1，C正确。5.根据量子力学的观点，原子中的电子云分布表示的是？（）A.电子一定位于某个确定轨道上B.电子在某个区域出现的概率密度C.电子的动量始终为零D.原子核的正电荷均匀分布解析：量子力学认为电子没有固定轨道，而是以概率云形式分布，概率密度表示电子在某个位置出现的可能性，B正确。6.氢原子从n=5能级跃迁到n=1能级时，辐射的光子波长与从n=4能级跃迁到n=1能级时辐射的光子波长相比？（）A.前者波长更短B.后者波长更短C.两者波长相等D.无法比较解析：根据玻尔公式λ=hc/ΔE，能级差越大，辐射光子能量越高，波长越短。n=5到n=1的能级差大于n=4到n=1的能级差，故前者波长更短，A正确。7.在卢瑟福α粒子散射实验中，若金箔厚度增加一倍，则观察到的散射α粒子数量会发生什么变化？（）A.增加一倍B.减少一半C.基本不变D.无法确定解析：散射α粒子数量与金箔厚度成正比，厚度增加一倍，散射粒子数增加一倍，A正确。8.根据玻尔模型，氢原子中电子从n=3能级跃迁到n=2能级时，原子能量变化为？（）A.吸收能量B.放出能量C.能量不变D.无法确定解析：电子从高能级跃迁到低能级时，能量以光子形式释放，B正确。9.在核反应方程中，质量数守恒和电荷数守恒分别指的是？（）A.反应前后质量数和质子数均守恒B.反应前后中子数和电子数均守恒C.反应前后质量数和电荷数均守恒D.反应前后质量数和质子数仅部分守恒解析：核反应方程遵循质量数守恒（反应前后质量数之和相等）和电荷数守恒（反应前后质子数之和相等），C正确。10.某放射性元素经过两个半衰期后，剩余的原子核数量占原始数量的比例是？（）A.1/4B.1/2C.3/4D.100%解析：一个半衰期后剩余1/2，两个半衰期后剩余(1/2)²=1/4，A正确。二、填空题（本大题共10小题，每小题2分，共20分）1.汤姆孙通过实验发现了______，并提出了原子结构的______模型。参考答案：电子；葡萄干布丁解析：汤姆孙通过阴极射线实验发现了电子，其原子模型假设正电荷均匀分布，电子嵌入其中，称为“葡萄干布丁模型”。2.玻尔原子模型中，电子只能在______上运动，且这些轨道上的电子______。参考答案：特定；不辐射能量解析：玻尔模型认为电子只能在特定半径的轨道上运动，且在这些轨道上运动时不辐射能量，只有在跃迁时才辐射或吸收能量。3.α衰变过程中，原子核释放一个______，导致质量数减少______，质子数减少______。参考答案：氦核（α粒子）；4；2解析：α衰变释放一个氦核（2He₄），质量数减少4，质子数减少2。4.β⁻衰变过程中，一个中子转变为______，同时释放一个______和一个______。参考答案：质子；电子；反中微子解析：β⁻衰变中，中子转变为质子，释放电子（β⁻）和反中微子。5.氢原子从n=3能级跃迁到n=2能级时，辐射的光子能量为______eV。参考答案：1.89解析：ΔE=13.6eV×(1/4-1/9)=1.89eV。6.根据量子力学，原子中电子云分布表示的是______。参考答案：电子在某个位置出现的概率密度解析：电子云分布描述电子在空间中出现的概率，而非固定轨道。7.放射性元素的半衰期是指______。参考答案：原子核数量减少为原来一半所需的时间解析：半衰期是放射性元素衰变特性的统计规律。8.卢瑟福α粒子散射实验中，绝大多数α粒子穿过金箔，说明原子中______。参考答案：绝大部分空间是空的解析：实验结果说明原子核体积很小，原子内部大部分是空旷空间。9.核反应方程中，质量数守恒和电荷数守恒分别指的是______和______。参考答案：反应前后质量数之和相等；反应前后质子数之和相等解析：核反应需满足质量数和电荷数守恒。10.某放射性元素经过三个半衰期后，剩余的原子核数量占原始数量的比例是______。参考答案：1/8解析：(1/2)³=1/8。三、判断题（本大题共10小题，每小题2分，共20分）1.汤姆孙的“葡萄干布丁模型”认为原子中的正电荷均匀分布，电子随机嵌入其中。（）参考答案：正确解析：汤姆孙模型假设正电荷均匀分布，电子嵌入其中，类似布丁中的葡萄干。2.玻尔模型成功解释了所有原子光谱，包括复杂原子。（）参考答案：错误解析：玻尔模型仅成功解释了氢原子光谱，对复杂原子不适用。3.α衰变过程中，原子核的质量数和质子数均减少4。（）参考答案：错误解析：α衰变质量数减少4，质子数减少2。4.β⁻衰变过程中，原子核释放一个质子和一个电子。（）参考答案：错误解析：β⁻衰变中释放一个电子和一个反中微子。5.氢原子中电子从n=4能级跃迁到n=2能级时，辐射的光子能量大于从n=3到n=2时辐射的光子能量。（）参考答案：正确解析：能级差越大，光子能量越高。6.量子力学认为电子在原子核周围固定轨道上运动。（）参考答案：错误解析：量子力学认为电子以概率云形式分布，没有固定轨道。7.放射性元素的半衰期与外界温度无关。（）参考答案：正确解析：半衰期由原子核内部性质决定，与温度无关。8.卢瑟福α粒子散射实验中，少数α粒子发生大角度偏转，说明原子中存在高度集中的正电荷。（）参考答案：正确解析：实验结果说明原子核体积很小但带正电，导致α粒子偏转。9.核反应方程中，质量数守恒和电荷数守恒是同时满足的。（）参考答案：正确解析：核反应必须同时满足质量数和电荷数守恒。10.某放射性元素经过一个半衰期后，剩余的原子核数量占原始数量的比例是100%。（）参考答案：错误解析：一个半衰期后剩余50%。四、简答题（本大题共8小题，每小题2分，共16分）1.简述汤姆孙“葡萄干布丁模型”的主要内容及其局限性。参考答案：汤姆孙模型假设原子中的正电荷均匀分布，电子随机嵌入其中，像布丁中的葡萄干。局限性：无法解释α粒子散射实验中少数α粒子发生大角度偏转的现象。2.玻尔原子模型的主要假设有哪些？参考答案：-电子只能在特定半径的轨道上运动，不辐射能量；-电子跃迁时辐射或吸收光子，光子能量为ΔE=hf；-轨道半径与能级平方成正比，rₙ∝n²。3.α衰变和β⁻衰变对原子核的质量数和质子数有何影响？参考答案：-α衰变：质量数减少4，质子数减少2；-β⁻衰变：质量数不变，质子数增加1。4.量子力学中电子云分布的含义是什么？参考答案：电子云分布表示电子在某个位置出现的概率密度，概率密度越大，电子在该位置出现的可能性越高。5.放射性元素的半衰期有何特点？参考答案：-半衰期是统计规律，对大量原子适用；-半衰期由原子核内部性质决定，与外界条件无关；-经过一个半衰期，剩余原子核数量为原始数量的一半。6.卢瑟福α粒子散射实验的主要现象及其意义是什么？参考答案：-现象：绝大多数α粒子穿过金箔，少数发生小角度偏转，极少数发生大角度偏转；-意义：说明原子中存在高度集中的正电荷和极小体积的原子核。7.核反应方程中，质量数守恒和电荷数守恒的依据是什么？参考答案：-质量数守恒：根据核子数守恒定律，反应前后核子总数不变；-电荷数守恒：根据电荷守恒定律，反应前后质子数总和不变。8.氢原子光谱为何是不连续的？参考答案：氢原子中的电子只能在特定能级上运动，能级差是量子化的，因此电子跃迁时辐射的光子能量是量子化的，导致光谱不连续。五、应用题（本大题共8小题，每小题4分，共24分）1.某原子核经过一次α衰变和一次β⁻衰变后，变为另一种原子核。若原始原子核的质子数为Z，质量数为A，求最终原子核的质子数和质量数。参考答案：-α衰变：质子数减少2，质量数减少4；-β⁻衰变：质子数增加1，质量数不变；-最终质子数：Z-2+1=Z-1；-最终质量数：A-4。2.氢原子中电子从n=5能级跃迁到n=2能级时，辐射的光子波长为410.3nm。求该跃迁时光子能量。参考答案：-能量E=hc/λ=(6.63×10⁻³⁴J•s×3×10⁸m/s)/(410.3×10⁻⁹m)≈4.86×10⁻¹⁹J。3.某放射性元素经过两个半衰期后，剩余的原子核数量占原始数量的比例是多少？若原始数量为1000个，剩余多少个？参考答案：-比例：(1/2)²=1/4；-剩余数量：1000×1/4=250个。4.卢瑟福α粒子散射实验中，若α粒子动能Ek=5MeV，金原子核电荷数为79，求α粒子与金原子核的最小距离。参考答案：-最小距离r=(2Ze²/(4πε₀Ek))^(1/2)≈2.2×10⁻¹⁴m。5.氢原子中电子从n=3能级跃迁到n=1能级时，辐射的光子频率是多少？参考答案：-能量差ΔE=13.6eV×(1/1-1/9)=12.1eV；-频率ν=ΔE/h=(12.1×1.6×10⁻¹⁹J)/(6.63×10⁻³⁴J•s)≈2.92×10¹⁵Hz。6.某核反应方程为X→Y+α，若X的质子数为Z，质量数为A，求Y的质子数和质量数。参考答案：-α粒子质子数为2，质量数为4；-Y质子数：Z-2；-Y质量数：A-4。7.氢原子光谱中，n=4到n=1的跃迁辐射的光子能量是多少？参考答案：-能量ΔE=13.6eV×(1/1-1/16)=13.6eV×15/16=12.75eV。8.某放射性元素经过三个半衰期后，剩余的原子核数量占原始数量的比例是多少？若原始数量为2000个，剩余多少个？参考答案：-比例：(1/2)³=1/8；-剩余数量：2000×1/8=250个。【标准答案及解析】一、单项选择题1.A2.A3.A4.C5.B6.A7.A8.B9.C10.A二、填空题1.电子；葡萄干布丁2.特定；不辐射能量3.氦核（α粒子）；4；24.质子；电子；反中微子5.1.896.电子在某个位置出现的概率密度7.原子核数量减少为原来一半所需的时间8.绝大部分空间是空的9.反应前后质量数之和相等；反应前后质子数之和相等10.1/8三、判断题1.√2.×3.×4.×5.√6.×7.√8.√9.√10.×四、简答题1.汤姆孙模型假设正电荷均匀分布，电子嵌入其中，类似布丁中的葡萄干。局限性：无法解释α粒子散射实验中少数α粒子发生大角度偏转的现象，因为若正电荷均匀分布，α粒子应发生小角度偏转或无偏转。2.玻尔模型的主要假设：-电子只能在特定半径的轨道上运动，不辐射能量；-电子跃迁时辐射或吸收光子，光子能量为ΔE=hf；-轨道半径与能级平方成正比，rₙ∝n²。3.α衰变：质量数减少4，质子数减少2；β⁻衰变：质量数不变，质子数增加