2025-2026年高二物理押题卷第八章原子物理

2025-2026年高二物理押题卷第八章原子物理一、单选题（总共10题，每题2分，共20分）1.在α粒子散射实验中，卢瑟福通过实验现象提出了原子的核式结构模型。以下哪个实验现象最能支持该模型？A.α粒子在穿过金箔时有大部分直线穿过，小部分发生偏转B.α粒子在穿过金箔时有少数发生大角度偏转甚至反射C.α粒子在穿过金箔时全部发生微弱偏转D.α粒子在穿过金箔时被金原子均匀散射【参考答案：B】【解析】卢瑟福的α粒子散射实验发现，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。这一现象表明原子内部存在一个体积很小但质量和电荷高度集中的原子核，只有靠近原子核的α粒子才会受到强烈库仑力而发生大角度偏转。选项A描述的是直线穿过现象，无法体现核式结构；选项C的“全部微弱偏转”与实验事实不符；选项D的“均匀散射”与实验结果矛盾。因此正确答案为B。2.氢原子从n=4能级跃迁到n=2能级时，辐射出的光子能量与从n=3能级跃迁到n=2能级时辐射出的光子能量相比，下列说法正确的是？A.前者辐射的光子能量更大，频率更高B.前者辐射的光子能量更小，频率更低C.两者辐射的光子能量相等D.前者辐射的光子能量更小，但频率更高【参考答案：A】【解析】根据氢原子能级公式E_n=-13.6/(n^2)eV，n=4能级能量为E_4=-13.6/16=-0.85eV，n=2能级能量为E_2=-13.6/4=-3.4eV，因此n=4→2跃迁辐射光子能量ΔE_1=E_2-E_4=-3.4-(-0.85)=2.55eV。同理n=3→2跃迁辐射光子能量ΔE_2=-3.4-(-1.51)=1.89eV。根据E=hν，光子能量与频率成正比，因此ΔE_1>ΔE_2对应频率更高。选项B、C、D均与计算结果矛盾。3.在核反应方程²³⁸U→²³⁴Th+X中，X代表什么粒子？A.α粒子（⁴He）B.β粒子（电子）C.γ射线D.中子（n）【参考答案：A】【解析】根据核反应质量数守恒和电荷数守恒：质量数：238=234+X的质量数，解得X质量数为4；电荷数：92=90+X的电荷数，解得X电荷数为2。符合该特征的是α粒子⁴He。β衰变时质量数不变，电荷数增加1；γ射线是高能光子，无质量无电荷；中子质量数为1，电荷数为0。因此正确答案为A。4.某放射性元素半衰期为5年，若初始有80克该元素，经过15年后剩余多少克？A.20克B.40克C.60克D.10克【参考答案：B】【解析】半衰期是指放射性元素原子核数量减半所需时间。经过15年（3个半衰期），剩余质量m=m₀(1/2)^n=80×(1/2)^3=10克。但题目问的是剩余质量，需重新审题。实际计算应为80×(1/2)^3=10克，但选项无10克，可能题目有误。根据标准计算，正确答案应为10克，但需与出题老师确认。5.汤姆孙的枣糕模型认为原子是一个均匀分布正电荷的球体，其中嵌有负电子。以下哪个实验现象最能否定该模型？A.α粒子散射实验B.光电效应实验C.氢原子光谱实验D.β衰变实验【参考答案：A】【解析】汤姆孙模型无法解释α粒子的大角度散射现象。若原子电荷均匀分布，α粒子只会受到微弱偏转；而卢瑟福实验发现少数α粒子发生大角度偏转，表明原子内部存在一个体积很小但电荷集中的原子核，直接否定了汤姆孙的均匀分布模型。光电效应和β衰变主要涉及核外电子行为，与原子核结构无关；氢原子光谱揭示了能级结构，间接支持了量子理论，但未直接否定汤姆孙模型。6.在氢原子中，电子从n=5能级跃迁到n=2能级时，跃迁辐射的光子属于哪个光谱区域？A.紫外线B.可见光C.红外线D.X射线【参考答案：B】【解析】根据氢原子光谱公式，n=5→2跃迁对应巴耳末系，辐射光子波长λ=364.6(2^2)/(5^2-2^2)=434nm，属于可见光中的蓝紫色区域。选项A的紫外线波长小于400nm，选项C的红外线波长大于700nm，选项D的X射线波长更短，均不符合。7.下列哪个物理量在β衰变过程中守恒？A.电荷数B.质量数C.动量D.能量【参考答案：B】【解析】β衰变时原子核质量数不变，但电荷数增加1，同时释放电子和反电子中微子。动量守恒但方向不同，能量也因中微子携带部分能量而不再守恒。因此只有质量数守恒。8.某原子核的衰变方程为²²₆Ra→²²₂Rn+X，X是什么粒子？A.α粒子（⁴He）B.β粒子（电子）C.α粒子或β粒子D.中子（n）【参考答案：A】【解析】质量数：226=222+X的质量数，解得X质量数为4；电荷数：88=86+X的电荷数，解得X电荷数为2。符合该特征的是α粒子⁴He。9.氢原子的能级公式为E_n=-13.6/(n^2)eV，当电子从n=3能级跃迁到n=1能级时，辐射光子的能量是多少？A.10.2eVB.12.1eVC.1.89eVD.15.8eV【参考答案：D】【解析】E_1=-13.6eV，E_3=-13.6/9=-1.51eV，ΔE=E_1-E_3=-13.6-(-1.51)=12.09eV。选项D最接近。10.在卢瑟福α粒子散射实验中，若入射α粒子能量增加，以下哪个现象会增强？A.大角度散射的α粒子数量B.直线穿过的α粒子数量C.α粒子与原子核的库仑力D.α粒子散射角度的统计规律性【参考答案：A】【解析】α粒子能量增加意味着其动能增大，根据库仑力公式F=k(q₁q₂/r²)，α粒子更易克服原子核斥力发生大角度偏转。因此大角度散射的α粒子数量会增强。二、填空题（总共10题，每题2分，共20分）1.汤姆孙通过______实验发现了电子，该实验证明了原子______。【参考答案：阴极射线；可被分割】【解析】汤姆孙的阴极射线实验发现射线由带负电的粒子组成，并测定了该粒子的比荷，首次证明原子可再分。2.氢原子从n=4能级跃迁到n=2能级时辐射光子，该光子属于______系列，其波长范围约为______。【参考答案：巴耳末；400-700nm】【解析】n=4→2跃迁属于巴耳末系，对应可见光区域。3.放射性元素衰变时，半衰期T与衰变常数λ的关系为______。【参考答案：T=ln2/λ】【解析】根据放射性衰变定律N(t)=N₀e^{-λt}，半衰期T满足N₀/2=N₀e^{-λT}，解得T=ln2/λ。4.在α粒子散射实验中，绝大多数α粒子几乎不发生偏转，原因是它们______。【参考答案：离原子核较远，受到的库仑力很小】【解析】原子核体积很小，大部分α粒子穿过原子内部空间，库仑力作用微弱。5.β衰变过程中，原子核的质量数______，电荷数______。【参考答案：不变；增加1】【解析】β衰变时中子转化为质子+电子+反中微子，质量数守恒，电荷数增加1。6.氢原子能级公式E_n=-13.6/(n^2)eV中，n=1对应的光子能量为______eV。【参考答案：13.6】【解析】基态能级E_1=-13.6eV，电离能即从n=1到n=∞的跃迁能量为13.6eV。7.核反应方程²³⁸U→²³⁴Th+X中，X的质量数为______，电荷数为______。【参考答案：4；2】【解析】根据质量数守恒和电荷数守恒，X为α粒子⁴He。8.汤姆孙的枣糕模型认为原子是一个______分布正电荷的球体，其中嵌有电子。【参考答案：均匀】【解析】汤姆孙模型假设正电荷均匀分布在整个原子体积内。9.氢原子光谱中，n→∞跃迁辐射的光子属于______区域，能量为______eV。【参考答案：X射线；13.6】【解析】电离能对应从n=1到n=∞的跃迁，能量为13.6eV，属于X射线区域。10.在核反应中，质量数守恒和电荷数守恒分别适用于______和______。【参考答案：核反应方程；核反应过程】【解析】这两个守恒定律是核反应方程书写的基础。三、判断题（总共10题，每题2分，共20分）1.α粒子散射实验中，少数α粒子发生大角度偏转是因为它们直接穿过原子核。【参考答案：×】【解析】大角度偏转是因为α粒子与原子核发生库仑相互作用，而非直接穿过。2.氢原子光谱是连续谱，反映了原子能级的不连续性。【参考答案：×】【解析】氢原子光谱是线状谱，而非连续谱，体现了能级跃迁的量子化特征。3.β衰变过程中释放的电子来自原子核内部的中子。【参考答案：√】【解析】中子衰变为质子+电子+反中微子，电子释放到原子核外。4.放射性元素的半衰期随温度升高而缩短。【参考答案：×】【解析】半衰期由原子核性质决定，与温度无关。5.汤姆孙的枣糕模型能解释α粒子散射实验现象。【参考答案：×】【解析】汤姆孙模型无法解释大角度散射，卢瑟福实验否定了该模型。6.氢原子从n=3能级跃迁到n=2能级时辐射光子，该光子能量小于从n=4能级跃迁到n=2能级时辐射的光子能量。【参考答案：√】【解析】能级差ΔE_3→2=1.89eV，ΔE_4→2=2.55eV，前者小于后者。7.核反应方程²³⁵U+(n,α)²³¹Th中，(n,α)表示中子轰击后释放α粒子。【参考答案：√】【解析】该方程表示中子轰击铀235后，铀核俘获中子并释放α粒子生成钍231。8.氢原子光谱中，巴耳末系对应n→2跃迁，勒曼系对应n→1跃迁。【参考答案：√】【解析】巴耳末系为n=3,4,...→2跃迁，勒曼系为n=2,3,...→1跃迁。9.β衰变过程中，原子核的质量数增加1。【参考答案：×】【解析】β衰变质量数不变，电荷数增加1。10.卢瑟福通过α粒子散射实验测定了电子的电量。【参考答案：×】【解析】测定电子电量的是密立根油滴实验，卢瑟福实验测定的是原子核。四、简答题（总共4题，每题4分，共16分）1.简述卢瑟福α粒子散射实验的主要现象及其对原子结构的启示。【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。启示：（1）原子内部存在一个体积很小但质量和电荷高度集中的原子核；（2）原子大部分空间是空的，电子在核外运动；（3）原子核半径约为10⁻¹⁵m。2.解释氢原子光谱的实验规律及其物理意义。【参考答案】实验规律：（1）氢原子光谱是线状谱，不连续；（2）不同系列对应不同跃迁（如巴耳末系为n→2，帕邢系为n→3等）；（3）波长满足里德堡公式λ=hm²/(n²-n₁²)。物理意义：（1）揭示了原子能级的不连续性；（2）为玻尔理论提供了实验基础；（3）反映了原子内部的量子化结构。3.比较α衰变和β衰变的主要区别。【参考答案】区别：（1）α衰变：释放α粒子（⁴He），质量数减少4，电荷数减少2；（2）β衰变：释放电子（β⁻）或正电子（β⁺），质量数不变，电荷数增加或减少1；（3）α衰变主要发生在重核，β衰变可发生在轻核或重核；（4）α衰变库仑力作用显著，β衰变涉及弱相互作用。4.简述半衰期的概念及其在放射性测量中的应用。【参考答案】概念：放射性元素原子核数量减半所需时间，由原子核性质决定。应用：（1）医学上用于放射性治疗和示踪；（2）地质学上用于测定岩石年龄（如碳-14测年）；（3）核物理学中用于研究核反应动力学；（4）根据衰变公式N(t)=N₀e^{-λt}计算剩余量。五、应用题（总共4题，每题6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，分别辐射出两种光子。求：（1）两种光子的波长各是多少？（2）若两种光子垂直入射到双缝干涉实验中，双缝间距d=0.1mm，屏到双缝距离L=1m，相邻亮纹间距Δx是多少？【参考答案】（1）n=5→2跃迁：ΔE₁=3.4-0.85=2.55eV，λ₁=hc/ΔE₁=6.63×10⁻³⁴×3×10⁸/(2.55×1.6×10⁻¹⁹)=4.34×10⁻⁷m=434nm；n=2→1跃迁：ΔE₂=13.6-3.4=10.2eV，λ₂=hc/ΔE₂=6.63×10⁻³⁴×3×10⁸/(10.2×1.6×10⁻¹⁹)=1.22×10⁻⁷m=122nm。（2）Δx=Lλ/d=1×1.22×10⁻⁷/(0.1×10⁻³)=1.22mm。2.一个放射性元素样品初始有6.4×10²²个原子核，半衰期T=5年。求：（1）经过10年后剩余多少原子核？（2）经过多少时间剩余原子核数量减少到初始的1/16？【参考答案】（1）N(t)=N₀(1/2)^(t/T)=6.4×10²²×(1/2)^(10/5)=6.4×10²²×(1/2)²=8×10²¹个。（2）N(t)/N₀=(1/2)^(t/T)，1/16=(1/2)⁴，解得t=4T=4×5=20年。3.在核反应方程²³⁸U→²³⁴Th+X中，X是什么粒子？若该反应释放能量Q=5.6MeV，求1kg铀-238完全衰变释放多少能量？【参考答案】（1）质量数：238=234+X的质量数，X质量数为4；电荷数：92=90+X的电荷数，X电荷数为2，故X为α粒子⁴He。（2）1个铀核衰变释放5.6MeV，1kg铀-238含3.7×10²⁴个铀核，总能量E=3.7×10²⁴×5.6×10⁶×1.6×10⁻¹⁹=5.3×¹⁰¹¹J。4.某原子核发生α衰变和β衰变，最终变成另一种原子核。若衰变过程释放总能量为4.8MeV，α衰变释放1.7MeV，求β衰变释放多少能量？【参考答案】总能量等于各阶段释放能量之和，即E_α+E_β=4.8MeV，E_α=1.7MeV，故E_β=4.8-1.7=3.1MeV。【标准答案及解析】一、单选题1.B2.A3.A4.B5.A6.B7.B8.A9.D10.A二、填空题1.阴极射线；可被分割2.巴耳末；400-700nm3.T=ln2/λ4.离原子核较远，受到的库仑力很小5.不变；增加16.13.67.4；28.均匀9.X射线；13.610.核反应方程；核反应过程三、判断题1