2026年浙江省人教版高中物理选修3-4第9章原子物理习题

2026年浙江省人教版高中物理选修3-4第9章原子物理习题一、单项选择题（本大题共10小题，每小题2分，共20分）1.在α粒子散射实验中，实验现象表明原子的绝大部分质量和全部正电荷集中在一个极小的区域，这个区域被称为（）A.原子核B.电子云C.原子轨道D.原子核外电子层解析：α粒子散射实验中，绝大多数α粒子几乎不发生偏转，少数发生较大角度偏转，极少数发生大角度偏转，说明原子中存在一个体积很小但质量和正电荷都集中的区域，即原子核。电子云和原子轨道是描述电子运动状态的模型，原子核外电子层是电子分布的分层结构，均不符合实验现象的描述。故选A。2.氢原子的能级公式为E_n=-13.6/(n^2)eV，其中n为正整数。当氢原子从n=4能级跃迁到n=2能级时，辐射的光子能量为（）A.10.2eVB.12.8eVC.15.8eVD.20.0eV解析：能级跃迁时辐射的光子能量等于两个能级的能级差，即ΔE=E_4-E_2=[-13.6/(4^2)]-[-13.6/(2^2)]=-13.6/16+13.6/4=10.2eV。故选A。3.根据玻尔理论，氢原子中电子从n=3能级跃迁到n=2能级时，其轨道半径变化情况是（）A.变大B.变小C.不变D.无法确定解析：根据玻尔理论，电子轨道半径r_n∝n^2，从n=3跃迁到n=2时，轨道半径将减小为原来的(2/3)^2=4/9。故选B。4.放射性元素衰变过程中，半衰期是指（）A.放射性元素的质量减少一半所需的时间B.放射性元素的原子数减少一半所需的时间C.放射性元素的原子核全部衰变所需的时间D.放射性元素的衰变速度达到最大值所需的时间解析：半衰期是放射性元素原子核数量减少到原来一半所需的时间，是统计规律，与元素的质量、衰变速度无关。故选B。5.在核反应方程²³⁸U→²³⁴Th+X中，X表示的粒子是（）A.α粒子（⁴He）B.β粒子（⁰e⁻）C.γ射线D.中子（¹n）解析：根据质量数守恒和电荷数守恒，X的质量数为4，电荷数为2，为α粒子。故选A。6.核反应方程¹H+¹H→²H+X释放的能量主要来源于（）A.质量亏损B.电荷守恒C.能量守恒D.动量守恒解析：核反应中释放的能量源于质量亏损，根据爱因斯坦质能方程E=mc^2，微小的质量亏损转化为巨大的能量。故选A。7.天然放射现象中，α衰变和β衰变的主要区别在于（）A.衰变后的元素原子序数变化B.衰变释放的能量大小C.衰变过程中质量数的变化D.衰变产生的粒子种类解析：α衰变使原子序数减少2，质量数减少4；β衰变使原子序数增加1，质量数不变。故选A。8.汤姆孙的“葡萄干布丁模型”认为原子结构是（）A.原子核周围均匀分布的电子B.原子核集中所有正电荷，电子随机分布C.原子核和电子分层分布D.原子核外存在电子云解析：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，认为正电荷均匀分布。故选A。9.在卢瑟福α粒子散射实验中，发现少数α粒子发生大角度偏转的原因是（）A.原子中存在电子云B.原子中存在原子核C.原子核带负电D.原子核体积很小解析：大角度偏转说明α粒子与一个体积很小但质量和正电荷都集中的区域发生碰撞，即原子核。故选B。10.根据玻尔理论，氢原子中电子从n=1能级跃迁到n=3能级时，需要吸收的能量为（）A.1.51eVB.3.4eVC.12.1eVD.13.6eV解析：吸收的能量为ΔE=E_3-E_1=[-13.6/(3^2)]-[-13.6/(1^2)]=-13.6/9+13.6=12.1eV。故选C。二、填空题（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，辐射的光子波长为______m（普朗克常数h=6.63×10⁻³⁴J•s，光速c=3×10⁸m/s）。解析：光子能量E=hc/λ，ΔE=10.2eV=10.2×1.6×10⁻¹⁹J，λ=hc/ΔE=(6.63×10⁻³⁴×3×10⁸)/(10.2×1.6×10⁻¹⁹)≈1.22×10⁻⁷m。2.放射性元素镭-226的半衰期为1600年，经过______年后，其质量将剩下原来的1/16。解析：每经过一个半衰期，质量减半，1/16是经过4个半衰期，即4×1600=6400年。3.核反应方程¹²C+¹⁴N→¹⁵O+X中，X表示的粒子是______。解析：根据质量数守恒（12+14=15+1）和电荷数守恒（6+7=8+1），X为中子（¹n）。4.玻尔理论中，电子在n=2轨道上运动的速度是n=1轨道上运动速度的______倍。解析：电子速度v∝1/n，v_2/v_1=n_1/n_2=1/2。5.α粒子散射实验中，发生大角度偏转的粒子数量约为______%。解析：实验发现只有约1/8000的α粒子发生大角度偏转。6.β衰变过程中，原子核的质子数增加1，中子数______。解析：β衰变是中子转化为质子，中子数减少1。7.汤姆孙模型将原子比作______，电子像______。解析：带正电的布丁，葡萄干。8.氢原子能级跃迁时，从n=3跃迁到n=1辐射的光子能量比从n=2跃迁到n=1的光子能量______。解析：能级差越大，光子能量越高，E_3-1>E_2-1。9.核反应方程²³⁹Pu→²³⁵U+X中，X表示的粒子是______。解析：根据质量数守恒（239=235+4）和电荷数守恒（94=92+2），X为α粒子（⁴He）。10.天然放射现象中，γ射线的穿透能力最强，其本质是______。解析：高能光子（电磁波）。三、判断题（本大题共10小题，每小题2分，共20分）1.氢原子从n=3能级跃迁到n=2能级时，原子能量增加。（×）解析：能级跃迁到更低能级时，原子能量减少，释放光子。2.半衰期是放射性元素原子核全部衰变的特性。（×）解析：半衰期是统计规律，不可能全部衰变。3.α粒子散射实验中，所有α粒子都发生大角度偏转。（×）解析：绝大多数α粒子不偏转，少数发生偏转。4.β衰变过程中，原子核的质量数不变。（√）解析：中子转化为质子，质量数不变。5.汤姆孙模型能解释α粒子散射实验现象。（×）解析：汤姆孙模型无法解释大角度偏转。6.氢原子能级跃迁时，吸收光子的能量等于两个能级的能级差。（√）解析：根据玻尔理论，ΔE=hf。7.核反应方程必须满足质量数守恒和电荷数守恒。（√）解析：这是核反应的基本定律。8.γ射线是原子核从激发态跃迁到基态时释放的光子。（√）解析：γ射线是高能电磁波。9.放射性元素衰变速度与温度有关。（×）解析：半衰期与温度无关，是统计规律。10.卢瑟福的原子核式结构模型是基于α粒子散射实验提出的。（√）解析：卢瑟福通过实验发现原子核的存在。四、简答题（本大题共8小题，每小题2分，共16分）1.简述玻尔理论的主要内容。答：玻尔理论的主要内容包括：（1）电子在原子核周围做分立的圆周运动，不辐射能量；（2）只有当电子跃迁时才辐射或吸收光子，光子能量为ΔE=hf；（3）电子轨道半径r_n∝n^2，能级E_n∝-1/n^2。2.解释什么是半衰期。答：半衰期是指放射性元素原子核数量减少到原来一半所需的时间，是统计规律，与温度、压强等外界条件无关。3.比较α衰变和β衰变的主要区别。答：α衰变使原子序数减少2，质量数减少4，释放α粒子；β衰变使原子序数增加1，质量数不变，释放β粒子（电子）。4.简述汤姆孙的“葡萄干布丁模型”。答：汤姆孙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，正电荷均匀分布。5.解释卢瑟福α粒子散射实验的主要现象和结论。答：实验现象：绝大多数α粒子不偏转，少数发生小角度偏转，极少数发生大角度偏转。结论：原子中存在一个体积很小但质量和正电荷都集中的区域——原子核。6.为什么氢原子光谱是线状谱？答：氢原子能级是分立的，电子只能在特定能级间跃迁，跃迁时辐射或吸收特定频率的光子，形成线状谱。7.核反应方程¹H+¹H→²H+X中，X是什么粒子？答：根据质量数守恒（1+1=2+0）和电荷数守恒（1+1=1+0），X为中子（¹n）。8.解释放射性同位素在医学上的应用。答：放射性同位素可用于治疗癌症（如碘-131治疗甲状腺癌）、诊断疾病（如核医学成像）、研究生物过程等。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=4能级跃迁到n=2能级，再跃迁到n=1能级，分别辐射两种不同频率的光子，求两种光子的波长之比。解：（1）n=4→2时，ΔE_1=E_4-E_2=-13.6/(4^2)+13.6/(2^2)=2.55eV；（2）n=2→1时，ΔE_2=E_2-E_1=-13.6/(2^2)+13.6/(1^2)=10.2eV；波长之比λ_1/λ_2=ΔE_2/ΔE_1=10.2/2.55≈4。2.镭-226的半衰期为1600年，现有100克镭-226，经过8000年后剩余多少克？解：经过8000年，即经过5个半衰期，剩余质量m=m_0(1/2)^5=100×(1/2)^5=3.125克。3.核反应方程²³⁸U→²³⁴Th+X中，X是什么粒子？验证质量数和电荷数守恒。解：X为α粒子（⁴He），质量数：238=234+4，电荷数：92=90+2，守恒成立。4.氢原子从n=3能级跃迁到n=1能级时辐射的光子能量是多少？解：ΔE=E_1-E_3=-13.6/(1^2)+13.6/(3^2)=12.1eV。5.α粒子散射实验中，α粒子的动能是5MeV，如果α粒子与原子核距离最近为5×10⁻¹⁴m，求原子核的库仑力。解：库仑力F=k(q_αq_θ)/r^2=(9×10^9×(2e)(92e))/(5×10⁻¹⁴)^2≈1.32×10²⁰N。6.β衰变过程中，原子核的中子数减少1，质子数增加1，这一过程是否改变原子核的质量数？解：不改变，因为中子转化为质子，质量数（质子数+中子数）不变。7.汤姆孙模型能解释哪些实验现象？不能解释哪些？答：能解释：原子是电中性的，电子均匀分布。不能解释：α粒子散射实验中少数粒子大角度偏转。8.根据玻尔理论，计算氢原子中电子在n=2轨道上的速度。解：电子速度v∝1/n，v_2=v_1/2，v_1=e^2/(4πε₀h)≈2.2×10^6m/s，v_2≈1.1×10^6m/s。【标准答案及解析】一、单项选择题1.A2.A3.B4.B5.A6.A7.A8.A9.B10.C解析：同前。二、填空题1.1.22×10⁻⁷12.640013.中子14.1/415.1/80002.减少117.