2026年山东省人教版高一物理第9章原子物理练习题

2026年山东省人教版高一物理第9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=2E'C.E'=2ED.E=3E'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=-13.6/16eV，n=2能级能量为E_2=-13.6/4eV，跃迁能量E=(E_2-E_4)/e=10.2/16eV。同理，n=6能级能量为E_6=-13.6/36eV，n=3能级能量为E_3=-13.6/9eV，跃迁能量E'=(E_3-E_6)/e=10.2/9eV。计算得E/E'=16/9≈1.78，最接近选项C。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.原子核带正电且体积很小B.原子核带负电且体积较大C.原子中存在带负电的电子云D.原子核带正电且体积较大解析：卢瑟福实验中，绝大多数α粒子直线穿过金箔，少数发生偏转，极少数大角度偏转，说明原子中绝大部分空间是空的，带正电的物质集中在体积很小的原子核中。α粒子带正电，大角度偏转表明原子核也带正电且体积极小，选项A正确。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4，电荷数减少2B.质量数减少8，电荷数增加2C.质量数增加4，电荷数减少4D.质量数减少4，电荷数增加4解析：α衰变质量数减4，电荷数减2；β衰变质量数不变，电荷数加1。两次α衰变后质量数减8，电荷数减4；两次β衰变后电荷数加2。综合变化为质量数减8，电荷数减2，选项A正确。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=2λ'C.λ'=2λD.λ'=λ/2解析：根据E=hc/λ，能级差ΔE与波长成反比。n=4→2能级能级差ΔE_4→2=13.6(1/4-1/16)=30.8eV；n=3→1能级能级差ΔE_3→1=13.6(1/1-1/9)=12.1eV。ΔE_4→2/ΔE_3→1=30.8/12.1≈2.56，λ_4→2/λ_3→1≈0.39，最接近λ'=2λ，选项C正确。5.关于原子核的稳定性，下列说法正确的是（）A.质量数中等的原子核比轻原子核更稳定B.质量数越大的原子核越容易发生α衰变C.所有重原子核都会自发发生衰变D.β衰变是原子核内部中子转化为质子并释放电子的过程解析：实验表明，质量数在56附近的原子核最稳定，A正确；α衰变主要发生在质量数大于200的原子核，B错误；放射性衰变具有统计性，不是所有重核都衰变，C错误；β衰变中子转化质子释放电子和反中微子，D错误。6.某原子核的半衰期为T，经过2T时间后，该原子核的剩余质量为（）A.原始质量的1/2B.原始质量的1/4C.原始质量的3/4D.无法确定解析：半衰期定义为一半原子核发生衰变所需时间，经历2T即经过两个半衰期，剩余原子核为原始的(1/2)^2=1/4，剩余质量也为原始质量的1/4，选项B正确。7.氢原子从n=3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=4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=2ν'C.ν'=2νD.ν'=ν/2解析：能级差ΔE与频率成正比。n=3→2能级能级差ΔE_3→2=13.6(1/4-1/9)=10.2eV；n=4→3能级能级差ΔE_4→3=13.6(1/9-1/16)=1.89eV。ΔE_3→2/ΔE_4→3≈5.4，ν_3→2/ν_4→3≈5.4，最接近ν'=2ν，选项C正确。8.关于原子核的结合能，下列说法正确的是（）A.原子核的结合能越大，原子核越稳定B.轻原子核的结合能比重原子核的结合能大C.重原子核的比结合能比轻原子核的比结合能小D.α衰变过程中释放的能量等于α粒子的动能解析：结合能越大原子核越稳定，A正确；轻核（如氢）比结合能小，重核（如铀）比结合能大，B错误；重核比结合能比轻核小，C正确；α衰变释放能量等于衰变前后质量差对应的能量，D错误。9.某原子核的衰变方程为X→Y+α，则X和Y的原子序数和质量数分别为（）A.Z和A，Z-2和A-4B.Z和A，Z+2和A-4C.Z-2和A-4，Z和AD.Z+2和A-4，Z-2和A解析：α衰变中原子核释放α粒子（氦核，电荷数2，质量数4），衰变方程为X→Y+α，则Y的原子序数为Z-2，质量数为A-4，X的原子序数为Z，质量数为A，选项A正确。10.氢原子的能级如图所示，当氢原子从n=5能级跃迁到n=1能级时，辐射出的光子能量为E。若氢原子从n=4能级跃迁到n=2能级时辐射出的光子能量为E'，则E与E'的关系为（）A.E=E'B.E=2E'C.E'=2ED.E=3E'解析：能级差ΔE与跃迁阶数平方差成正比。n=5→1能级ΔE_5→1=13.6(1-1/25)=13.6×24/25eV；n=4→2能级ΔE_4→2=13.6(1/4-1/16)=30.8eV。ΔE_5→1/ΔE_4→2≈0.88，E/E'≈0.88，最接近E'=2E，选项C正确。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，少数α粒子发生大角度偏转的原因是原子中存在一个体积很小但带正电的______。2.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，则从n=4能级跃迁到n=2能级时辐射出的光子波长为______nm。3.某原子核经过一次α衰变和两次β衰变后，变成另一种新原子核，则新原子核的质量数比原原子核减少______，电荷数增加______。4.氢原子的能级如图所示，当氢原子从n=6能级跃迁到n=3能级时，辐射出的光子能量为E。若氢原子从n=5能级跃迁到n=2能级时辐射出的光子能量为E'，则E与E'的关系为______。5.某放射性元素的半衰期为10天，经过30天后，该放射性元素剩余的质量为原始质量的______。6.α衰变过程中，原子核释放的能量等于______与衰变后原子核和α粒子动能之和的差值。7.氢原子的能级如图所示，当氢原子从n=7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______。8.某原子核的衰变方程为X→Y+β，则Y的原子序数和质量数分别为______和______。9.氢原子的能级如图所示，当氢原子从n=8能级跃迁到n=4能级时，辐射出的光子能量为E。若氢原子从n=5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______。10.关于原子核的稳定性，下列说法正确的是______（填正确选项前的字母）。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等于从n=4能级跃迁到n=3能级时辐射出的光子能量。2.α衰变过程中，原子核的质量数减少4，电荷数减少2。3.所有原子核都会自发发生衰变。4.氢原子的能级如图所示，当氢原子从n=5能级跃迁到n=1能级时，辐射出的光子波长最短。5.β衰变是原子核内部质子转化为中子并释放电子的过程。6.某放射性元素的半衰期为T，经过3T时间后，该放射性元素剩余的质量为原始质量的1/8。7.氢原子的能级如图所示，当氢原子从n=6能级跃迁到n=2能级时，辐射出的光子能量等于从n=4能级跃迁到n=2能级时辐射出的光子能量之和。8.α衰变主要发生在质量数小于200的原子核。9.氢原子的能级如图所示，当氢原子从n=7能级跃迁到n=2能级时，辐射出的光子频率高于从n=5能级跃迁到n=2能级时辐射出的光子频率。10.关于原子核的稳定性，下列说法正确的是：质量数中等的原子核比轻原子核更稳定。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及其意义。2.解释氢原子能级跃迁时辐射或吸收光子的原理。3.说明α衰变和β衰变对原子核质量数和电荷数的影响。4.为什么质量数中等的原子核比轻原子核和重原子核更稳定？5.解释半衰期的概念及其在放射性测量中的应用。6.说明原子核结合能的概念及其与原子核稳定性的关系。7.解释β衰变中电子的来源。8.为什么氢原子的能级跃迁辐射出的光子能量是量子化的？五、应用题（本大题共8小题，每小题4分，共24分）1.某原子核的衰变方程为X→Y+α，已知X的原子序数为82，质量数为210，求Y的原子序数和质量数。2.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为486.1nm，求从n=3能级跃迁到n=2能级时辐射出的光子波长。3.某放射性元素的半衰期为5天，现有100克该放射性元素，经过15天后剩余多少克？4.某原子核的衰变方程为X→Y+β，已知X的原子序数为74，质量数为188，求Y的原子序数和质量数。5.氢原子的能级如图所示，当氢原子从n=5能级跃迁到n=1能级时辐射出的光子能量为13.6eV，求从n=3能级跃迁到n=1能级时辐射出的光子能量。6.解释为什么α衰变主要发生在质量数大于200的原子核。7.某原子核经过一次α衰变和两次β衰变后，变成另一种新原子核，已知新原子核的原子序数为56，质量数为140，求原原子核的原子序数和质量数。8.氢原子的能级如图所示，当氢原子从n=6能级跃迁到n=2能级时辐射出的光子能量为10.2eV，求从n=4能级跃迁到n=2能级时辐射出的光子能量。【标准答案及解析】一、单项选择题1.C2.A3.B4.C5.A6.B7.C8.C9.A10.C解析：2.氢原子能级差ΔE与(n^2)成反比，n=4→2能级ΔE_4→2=13.6(1/4-1/16)=30.8eV，n=6→3能级ΔE_6→3=13.6(1/9-1/36)=10.2eV，ΔE_4→2/ΔE_6→3≈3，λ_4→2/λ_6→3≈1/3，最接近λ'=2λ。3.卢瑟福实验中，绝大多数α粒子直线穿过金箔，少数发生偏转，极少数大角度偏转，说明原子中绝大部分空间是空的，带正电的物质集中在体积很小的原子核中。α粒子带正电，大角度偏转表明原子核也带正电且体积极小。4.α衰变质量数减4，电荷数减2；β衰变质量数不变，电荷数加1。两次α衰变后质量数减8，电荷数减4；两次β衰变后电荷数加2。综合变化为质量数减8，电荷数减2。5.氢原子能级差ΔE与(n^2)成反比，n=4→2能级ΔE_4→2=13.6(1/4-1/16)=30.8eV，n=3→1能级ΔE_3→1=13.6(1/1-1/9)=12.1eV，ΔE_4→2/ΔE_3→1≈2.56，λ_4→2/λ_3→1≈0.39，最接近λ'=2λ。6.质量数在56附近的原子核最稳定，A正确；α衰变主要发生在质量数大于200的原子核，B错误；放射性衰变具有统计性，不是所有重核都衰变，C错误；β衰变中子转化质子释放电子和反中微子，D错误。7.半衰期定义为一半原子核发生衰变所需时间，经历2T即经过两个半衰期，剩余原子核为原始的(1/2)^2=1/4，剩余质量也为原始质量的1/4。8.氢原子能级差ΔE与(n^2)成反比，n=3→2能级ΔE_3→2=13.6(1/4-1/9)=10.2eV，n=4→3能级ΔE_4→3=13.6(1/9-1/16)=1.89eV，ΔE_3→2/ΔE_4→3≈5.4，ν_3→2/ν_4→3≈5.4，最接近ν'=2ν。9.结合能越大原子核越稳定，A正确；轻核（如氢）比结合能小，重核（如铀）比结合能大，B错误；重核比结合能比轻核小，C正确；α衰变释放能量等于衰变前后质量差对应的能量，D错误。10.α衰变中原子核释放α粒子（氦核，电荷数2，质量数4），衰变方程为X→Y+α，则Y的原子序数为Z-2，质量数为A-4，X的原子序数为Z，质量数为A。11.氢原子能级差ΔE与(n^2)成反比，n=5→1能级ΔE_5→1=13.6(1-1/25)=13.6×24/25eV，n=4→2能级ΔE_4→2=13.6(1/4-1/16)=30.8eV，ΔE_5→1/ΔE_4→2≈0.88，E/E'≈0.88，最接近E'=2E。二、填空题1.原子核2.434.13.4，24.E'=2E5.1/86.原子核静止质量7.ν'=2ν8.Z-1，A9.E'=2E10.A解析：11.卢瑟福实验中，少数α粒子发生大角度偏转，说明原子中存在一个体积很小但带正电的原子核。12.氢原子能级差ΔE与(n^2)成反比，n=3→2能级ΔE_3→2=13.6(1/4-1/9)=10.2eV，n=4→2能级ΔE_4→2=13.6(1/4-1/16)=30.8eV，ΔE_4→2/ΔE_3→2≈3，λ_4→2/λ_3→2≈1/3，λ_4→2=656.3/3=219.4nm，λ_3→2=656.3×3=1968.9nm，λ_4→2=434.1nm。13.α衰变质量数减4，电荷数减2；β衰变质量数不变，电荷数加1。一次α衰变后质量数减4，电荷数减2；两次β衰变后电荷数加2。综合变化为质量数减4，电荷数增加0。14.氢原子能级差ΔE与(n^2)成反比，n=6→3能级ΔE_6→3=13.6(1/9-1/36)=10.2/9eV，n=5→2能级ΔE_5→2=13.6(1/4-1/25)=13.6×21/100eV，ΔE_6→3/ΔE_5→2≈0.67，E/E'≈0.67，最接近E'=2E。15.半衰期定义为一半原子核发生衰变所需时间，经过30天即经过3个半衰期，剩余原子核为原始的(1/2)^3=1/8，剩余质量为原始质量的1/8。16.α衰变释放能量等于衰变前后质量差对应的能量，即Δm_c^2，其中Δm为衰变前后质量差，c为光速。17.氢原子能级差ΔE与(n^2)成反比，n=7→2能级ΔE_7→2=13.6(1-1/49)=13.6×48/49eV，n=6→3能级ΔE_6→3=13.6(1/9-1/36)=10.2/9eV，ΔE_7→2/ΔE_6→3≈2.22，ν_7→2/ν_6→3≈2.22，最接近ν'=2ν。18.β衰变中子转化质子释放电子，衰变方程为X→Y+β，则Y的原子序数为Z+1，质量数为A，电子来自原子核内部中子转化质子过程中释放。19.氢原子能级差ΔE与(n^2)成反比，n=8→4能级ΔE_8→4=13.6(1/16-1/64)=13.6×48/64eV，n=5→3能级ΔE_5→3=13.6(1/9-1/25)=13.6×16/225eV，ΔE_8→4/ΔE_5→3≈4.5，E/E'≈4.5，最接近E'=2E。20.A三、判断题1.×2.√3.×4.√5.×6.√7.×8.×9.√10.√解析：11.氢原子能级差ΔE与(n^2)成反比，n=3→2能级ΔE_3→2=10.2eV，n=4→3能级ΔE_4→3=1.89eV，n=4→2能级ΔE_4→2=30.8eV，ΔE_3→2+ΔE_4→3≈12.1eV≠30.8eV。12.α衰变中原子核释放α粒子（氦核，电荷数2，质量数4），衰变方程为X→Y+α，则Y的原子序数为Z-2，质量数为A-4。13.放射性衰变具有统计性，不是所有原子核都会自发发生衰变，只有放射性原子核才会。14.氢原子能级跃迁辐射出的光子能量与能级差成正比，n=5→1能级ΔE_5→1最大，辐射光子能量最大，波长最短。15.β衰变是原子核内部中子转化为质子并释放电子和反中微子，电子来自原子核内部。16.半衰期定义为一半原子核发生衰变所需时间，经过3T即经过3个半衰期，剩余原子核为原始的(1/2)^3=1/8，剩余质量为原始质量的1/8。17.氢原子能级差ΔE与(n^2)成反比，n=6→2能级ΔE_6→2=13.6(1-1/36)=13.6×35/36eV，n=4→2能级ΔE_4→2=30.8eV，ΔE_6→2≈13.1eV≠30.8eV。18.α衰变主要发生在质量数大于200的原子核，因为质量数越大的原子核越容易损失α粒子。19.氢原子能级跃迁辐射出的光子频率与能级差成正比，n=7→2能级ΔE_7→2最大，辐射光子频率最高，高于n=5→2能级ΔE_5→2。20.质量数在56附近的原子核最稳定，因为比结合能最大，A正确。四、简答题1.卢瑟福α粒子散射实验的主要现象是：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。其意义是揭示了原子中绝大部分空间是空的，带正电的物质集中在体积很小的原子核中，提出了原子核式结构模型。2.氢原子能级跃迁时，电子在不同能级间跃迁，当电子从高能级跃迁到低能级时，会释放光子，光子能量等于能级差；当电子从低能级跃迁到高能级时，会吸收光子，光子能量等于能级差。这是量子化跃迁的体现。3.α衰变中，原子核释放α粒子（氦核，电荷数2，质量数4），衰变方程为X→Y+α，则Y的原子序数为Z-2，质量数为A-4。β衰变中，原子核内部中子转化为质子并释放电子和反中微子，衰变方程为X→Y+β，则Y的原子序数为Z+1，质量数为A。4.质量数在56附近的原子核比轻原子核和重原子核更稳定，因为比结合能最大。轻原子核结合能小，重原子核结合能虽然大，但比结合能小，容易发生裂变；中等质量数原子核结合能和比结合能都较大，最稳定。5.半衰期定义为一半原子核发生衰变所需时间，反映了放射性衰变的统计规律。在放射性测量中，通过半衰期可以预测放射性物质剩余量，用于地质年代测定、医疗诊断等领域。6.原子核结合能是使原子核中的核子结合在一起所需的能量，结合能越大原子核越稳定。比结合能是单位核子的结合能，比结合能越大原子核越稳定。7.β衰变中电子来自原子核内部中子转化为质子过程中释放，中子转化为质子时，质子留在原子核中，电子作为β粒子释放出来，同时释放反中微子。