2025-2026年陕西省北师大版高三物理上册第5章原子物理练习题

2025-2026年陕西省北师大版高三物理上册第5章原子物理练习题一、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。由于ΔE_4→2>ΔE_6→3，故E>E'。2.在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.电子具有波动性解析：卢瑟福α粒子散射实验中，少数α粒子大角度偏转表明原子中存在一个体积很小但集中几乎全部质量和正电荷的核心——原子核，而原子大部分空间是空旷的。正确选项为B、C，但题目要求单选，故选择最能体现实验核心发现的C选项。3.某原子核经过两次α衰变和两次β衰变后，变成另一种新原子核，则新原子核与原原子核相比（）A.质量数减少4B.质子数减少4C.中子数减少4D.质子数增加2解析：α衰变使质量数减少4，质子数减少2；β衰变使质量数不变，质子数增加1。经两次α衰变和两次β衰变后，质量数减少8，质子数减少4+2×(-1)=2，中子数减少6，质子数增加2。正确选项为D。4.氢原子的能级如图所示，当氢原子从n=4能级跃迁到n=2能级时，辐射出的光子波长λ与从n=3能级跃迁到n=1能级时辐射出的光子波长λ'的关系为（）A.λ>λ'B.λ<λ'C.λ=λ'D.无法确定解析：根据公式λ=c/ν，能量与波长成反比。n=4→2的跃迁能量ΔE_4→2=2.55eV，n=3→1的跃迁能量ΔE_3→1=12.09eV，ΔE_3→1>ΔE_4→2，故λ<λ'。5.关于原子核的结合能，下列说法正确的是（）①重原子核的比结合能比轻原子核小②将两个轻核聚变成一个重核会释放能量③原子核的半径与质量数成正比④放射性元素的半衰期与温度有关A.①②B.②③C.①③D.②④解析：比结合能曲线显示重核比结合能比轻核小，①正确；轻核聚变质量亏损释放能量，②正确；原子核半径r≈r_0A^(1/3)，③正确；半衰期与温度无关，④错误。正确选项为C。6.某放射性元素衰变时，其半衰期为T。若初始时刻该元素的质量为m_0，经过2.5T时间后，剩余的元素质量为（）A.m_0/2B.m_0/4C.m_0/8D.m_0/16解析：经过一个半衰期剩余m_0/2，经过两个半衰期剩余(m_0/2)/2=m_0/4，经过2.5T即1.25个半衰期，剩余m_0(1/2)^(1.25)=m_0/(2√2)≈0.35m_0，最接近B选项。7.在卢瑟福的原子核式结构模型中，下列说法正确的是（）①电子绕核做匀速圆周运动②原子核带正电③原子光谱是连续谱④原子能级是分立的A.①②B.②④C.①③D.③④解析：模型中电子做加速运动产生辐射，①错误；原子核带正电，②正确；原子光谱是线状谱，③错误；能级分立导致光谱分立，④正确。正确选项为B。8.某原子核的衰变过程如下：X→Y→Z。若X衰变为Y时释放出β粒子，Y衰变为Z时释放出α粒子，则（）A.Z的质子数比X少2B.Z的中子数比X少4C.X的原子序数比Y大1D.Y的质量数比X大4解析：β衰变质子数+1，α衰变质子数-2、质量数-4。Z的质子数比X少1，A错误；Z的中子数比X少(质量数-质子数)变化=-4，B正确；X的原子序数比Y大1，C正确；Y的质量数比X少4，D错误。正确选项为B。9.氢原子从n=5能级跃迁到n=2能级时，辐射出的光子频率为ν。若氢原子从n=6能级跃迁到n=3能级时辐射出的光子频率为ν'，则ν与ν'的关系为（）A.ν>ν'B.ν<ν'C.ν=ν'D.无法确定解析：能级差ΔE_5→2=10.2eV，ΔE_6→3=1.89eV，ΔE_5→2>ΔE_6→3，根据E=hν，ν>ν'。10.在核反应方程中，下列说法正确的是（）①质量数守恒但电荷数不守恒②质量数守恒且电荷数守恒③质量数不守恒但电荷数守恒④质量数不守恒且电荷数不守恒A.①B.②C.③D.④解析：核反应方程中质量数和电荷数均守恒，②正确。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=3能级跃迁到n=2能级时辐射出的光子波长为656.3nm，则该跃迁的能量差为_______eV。（h=6.63×10^-34J•s，c=3.00×10^8m/s）参考答案：1.89eV解析：ΔE=hν=h(c/λ)=6.63×10^-34×3.00×10^8/(656.3×10^-9)=3.68×10^-19J=2.32×10^-6eV≈1.89eV（保留两位有效数字）。2.在α粒子散射实验中，发现少数α粒子发生大角度偏转，这一现象说明原子中存在_______，其体积很小但集中了原子几乎所有的_______和_______。参考答案：原子核；质量；正电荷解析：卢瑟福实验表明原子核的存在及其特性。3.某放射性元素衰变时，半衰期为5天。若初始时刻该元素的质量为100g，经过15天后，剩余的元素质量为_______g。参考答案：25g解析：经过3个半衰期，剩余m_0(1/2)^3=100×(1/8)=25g。4.氢原子的能级公式为E_n=-13.6/(n^2)eV，则n=4能级的能量为_______eV。参考答案：-0.85eV解析：E_4=-13.6/(4^2)=-0.85eV。5.在核反应方程中，_______守恒，_______守恒。参考答案：质量数；电荷数解析：核反应的基本守恒定律。6.某原子核经过两次α衰变和一次β衰变后，变成另一种新原子核，则新原子核的质子数比原原子核_______，中子数_______。参考答案：减少3；减少3解析：α衰变质子数减2，β衰变质子数加1，净减1；α衰变中子数减2，β衰变中子数不变，净减2。7.氢原子从n=5能级跃迁到n=2能级时辐射出的光子频率为ν，若氢原子从n=6能级跃迁到n=3能级时辐射出的光子频率为ν'，则ν与ν'的关系为_______。参考答案：ν>ν'解析：能级差ΔE_5→2>ΔE_6→3，根据E=hν，ν>ν'。8.在卢瑟福的原子核式结构模型中，电子绕核做_______运动，原子光谱是_______谱。参考答案：加速；线状解析：电子做加速运动产生辐射，能级分立导致光谱分立。9.某放射性元素衰变时，半衰期为T。若初始时刻该元素的质量为m_0，经过3T时间后，剩余的元素质量为_______m_0。参考答案：m_0/8解析：经过3个半衰期，剩余m_0(1/2)^3=m_0/8。10.在核反应方程中，_______=m_1c^2+m_2c^2，_______=m_1+m_2。参考答案：质量亏损；反应前质量解析：质能方程和核反应质量关系。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能级时辐射出的光子能量为1.89eV。（）参考答案：√解析：根据能级公式计算，ΔE_3→2=1.89eV。2.在α粒子散射实验中，所有α粒子都发生大角度偏转。（）参考答案：×解析：少数α粒子发生大角度偏转，多数直线穿过。3.原子核的半径与质量数成正比。（）参考答案：√解析：r≈r_0A^(1/3)，A为质量数。4.放射性元素的半衰期与温度有关。（）参考答案：×解析：半衰期由原子核性质决定，与温度无关。5.氢原子的能级是连续的。（）参考答案：×解析：能级是分立的。6.在核反应方程中，质量数守恒但电荷数不守恒。（）参考答案：×解析：质量数和电荷数均守恒。7.氢原子从n=4能级跃迁到n=2能级时辐射出的光子波长比从n=3能级跃迁到n=1能级时辐射出的光子波长长。（）参考答案：√解析：能级差ΔE_4→2<ΔE_3→1，根据λ=c/ν，λ>λ'。8.在卢瑟福的原子核式结构模型中，原子是稳定的。（）参考答案：×解析：电子做加速运动会辐射能量，原子不稳定。9.某原子核经过两次α衰变和两次β衰变后，质子数不变。（）参考答案：×解析：α衰变质子数减4，β衰变质子数加2，净减2。10.在核反应方程中，反应后的原子核质量一定小于反应前的原子核质量。（）参考答案：√解析：核反应存在质量亏损，释放能量。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：少数α粒子发生大角度偏转，多数直线穿过。结论：原子中存在一个体积很小但集中几乎全部质量和正电荷的核心——原子核，原子大部分空间是空旷的。2.解释氢原子能级跃迁时辐射或吸收光子的条件。参考答案：跃迁需满足ΔE=m_1-m_2，光子能量E=hν=ΔE。跃迁只能发生在不同能级之间，不能跃迁到任意能级。3.说明放射性元素半衰期的物理意义。参考答案：半衰期指放射性元素原子核数量减少一半所需的时间。它反映原子核的稳定性，由原子核性质决定，与外界条件无关。4.解释原子核结合能的概念及其意义。参考答案：原子核结合能指将原子核分解为单个核子所需的能量。结合能越大，原子核越稳定。比结合能曲线显示轻核和重核结合能较小，中等质量核最稳定。5.简述α粒子、β粒子、γ射线的本质及其特点。参考答案：α粒子：氦核，带正电，质量大，穿透力弱；β粒子：电子或正电子，质量小，穿透力中等；γ射线：高能光子，无电荷，穿透力最强。6.解释质能方程E=mc^2的物理意义。参考答案：方程表明质量与能量等价，质量可以转化为能量，能量可以转化为质量。c^2为转化系数，核反应中的质量亏损转化为能量释放。7.说明原子核的组成及其表示方法。参考答案：原子核由质子和中子组成，质子数决定元素种类，中子数可变。表示方法：左上角为质量数A，左下角为质子数Z，如₁²C。8.解释为什么原子光谱是线状谱而不是连续谱。参考答案：原子能级分立，电子跃迁只能在特定能级间进行，辐射或吸收的光子能量为E=hν=ΔE，形成线状谱。若能级连续，则光谱为连续谱。五、应用题（本大题共8小题，每小题4分，共24分）1.某氢原子从n=5能级跃迁到n=2能级，再跃迁到n=1能级。求辐射出的两个光子的能量差。参考答案：ΔE_5→2=10.2eV-0.85eV=9.35eV，ΔE_2→1=13.6eV-0.85eV=12.75eV，能量差=12.75-9.35=3.4eV。2.某放射性元素衰变时，半衰期为3年。若初始时刻该元素的质量为200g，经过9年后，剩余的元素质量为多少？参考答案：经过3个半衰期，剩余m_0(1/2)^3=200×(1/8)=25g。3.某原子核经过一次α衰变和一次β衰变后，变成新原子核。若新原子核的质子数为Z，质量数为A，求原原子核的质子数和质量数。参考答案：α衰变：质子数Z'→Z+2，质量数A'→A-4；β衰变：质子数Z+2→Z+3，质量数A-4不变。原原子核质子数Z-1，质量数A。4.氢原子从n=4能级跃迁到n=2能级时辐射出的光子波长为434.1nm。求该跃迁的能量差。参考答案：ΔE=hν=h(c/λ)=6.63×10^-34×3.00×10^8/(434.1×10^-9)=4.57×10^-19J=2.86eV。5.某放射性元素衰变时，半衰期为T。若初始时刻该元素的质量为m_0，经过2.5T时间后，剩余的元素质量为多少？参考答案：经过1.25个半衰期，剩余m_0(1/2)^(1.25)=m_0/(2√2)≈0.35m_0。6.某原子核经过两次α衰变和一次β衰变后，变成新原子核。若新原子核的质子数为Z，质量数为A，求原原子核的质子数和质量数。参考答案：α衰变：质子数Z'→Z+4，质量数A'→A-8；β衰变：质子数Z+4→Z+5，质量数A-8不变。原原子核质子数Z-5，质量数A+8。7.氢原子从n=3能级跃迁到n=1能级时辐射出的光子能量为12.09eV。求该跃迁的光子频率。参考答案：ν=E/h=12.09×1.60×10^-19/(6.63×10^-34)=2.92×10^15Hz。8.某放射性元素衰变时，半衰期为5天。若初始时刻该元素的质量为100g，经过10天后，剩余的元素质量为多少？参考答案：经过2个半衰期，剩余m_0(1/2)^2=100×(1/4)=25g。【标准答案及解析】一、单项选择题1.A2.C3.D4.B5.C6.B7.B8.B9.A10.B解析：1.能级差ΔE_4→2>ΔE_6→3，E>E'；2.α粒子散射实验说明原子核体积小、集中质量和正电荷；3.α衰变质子数减4，β衰变质子数加1，净减3；4.能级差ΔE_4→2<ΔE_3→1，λ>λ'；5.比结合能曲线显示重核比结合能比轻核小；6.经过2.5T即1.25个半衰期，剩余m_0/(2√2)；7.卢瑟福模型中电子做加速运动，原子核带正电；8.α衰变质量数减4，β衰变质量数不变；9.能级差ΔE_4→2>ΔE_6→3，ν>ν'；10.核反应方程中质量数和电荷数均守恒。二、填空题1.1.89eV12.原子核；质量；正电荷13.2514.-0.8515.质量数；电荷数2.减少3；减少317.ν>ν'18.加速；线状19.m_0/820.质量亏损；反应前质量解析：11.ΔE=hν=h(c/λ)=6.63×10^-34×3.00×10^8/(656.3×10^-9)=3.68×10^-19J=2.32×10^-6eV≈1.89eV；12.卢瑟福实验结论；13.经过3个半衰期，剩余m_0/8；14.E_4=-13.6/(4^2)=-0.85eV；15.核反应基本守恒定律；16.α衰变质子数减4，β衰变质子数加1，净减3；中子数减4；17.能级差ΔE_5→2>ΔE_6→3，ν>ν'；18.电子做加速运动产生辐射，能级分立导致光谱分立；19.经过3个半衰期，剩余m_0/8；20.质能方程E=mc^2，核反应前质量守恒。三、判断题1.√22.×23.√24.×25.×26.×27.√28.×29.×30.√解析：21.ΔE_3→2=1.89eV；22.少数α粒子大角度偏转，多数直线穿过；23.r≈r_0A^(1/3)；24.半衰期由原子核性质决定；25.能级分立；26.质量数和电荷数均守恒；27.能级差ΔE_4→2<ΔE_3→1，λ>λ'；28.电子做加速运动会辐射能量；29.α衰变质子数减4，β衰变质子数加2，净减2；30.核反应存在质量亏损。四、简答题1.参考答案：主要现象：少数α粒子发生大角度偏转，多数直线穿过。结论：原子中存在一个体积很小但集中几乎全部质量和正电荷的核心——原子核，原子大部分空间是空旷的。解析：卢瑟福实验通过α粒子散射发现原子核的存在及其特性，实验装置包括放射源、金箔、荧光屏，通过统计散射角度α粒子数量得出结论。2.参考答案：跃迁需满足ΔE=m_1-m_2，光子能量E=hν=ΔE。跃迁只能发生在不同能级之间，不能跃迁到任意能级。解析：氢原子能级跃迁遵循量子化条件，电子只能跃迁到特定能级，辐射或吸收光子能量等于能级差。3.参考答案：半衰期指放射性元素原子核数量减少一半所需的时间。它反映原子核的稳定性，由原子核性质决定，与外界条件无关。解析：半衰期是统计规律，适用于大量原子核，与温度、压强等外界条件无关。4.参考答案：原子核结合能指将原子核分解为单个核子所需的能量。结合能越大，原子核越稳定。比结合能曲线显示轻核和重核结合能较小，中等质量核最稳定。解析：结合能由质能方程E=mc^2计算，比结合能反映原子核稳定性，中等质量核如铁最稳定。5.参考答案：α粒子：氦核，带正电，质量大，穿透力弱；β粒子：电子或正电子，质量小，穿透力中等；γ射线：高能光子，无电荷，穿透力最强。解析：三种射线本质不同，α粒子是氦核，β粒子是电子/正电子，γ射线是高能光子，具有不同性质。6.参考答案：方程表明质量与能量等价，质量可以转化为能量，能量可以转化为质量。c^2为转化系数，核反应中的质量亏损转化为能量释放。解析：质能方程是爱因斯坦相对论重要结论，核反应中质量亏损Δm转化为能量ΔE=Δmc^2。7.参考答案：原子核由质子和中子组成，质子数决定元素种类，中子数可变。表示方法：左上角为质量数A，左下角为质子数Z，如₁²C。解析：原子核组成及表示方法在核物理中基本概念，质子数决定元素，中子数可变形成同位素。8.参考答案：原子能级分立，电子跃迁