2026年北师大版高一物理第9章原子物理测试题及答案

2026年北师大版高一物理第9章原子物理测试题及答案第1页共1页2026年北师大版高一物理第9章原子物理测试题及答案一、单项选择题（共10小题，每题2分）（每小题只有一个选项符合题意，请把正确选项的字母填在题后括号内）1.在α粒子散射实验中，少数α粒子发生大角度偏转的主要原因是A.金原子核带有正电荷B.金原子核体积很小C.α粒子质量较大D.金原子核密度很高参考答案：B2.氢原子从n=4能级跃迁到n=2能级时，辐射出的光子能量A.大于从n=3能级跃迁到n=2能级时辐射的光子能量B.小于从n=3能级跃迁到n=2能级时辐射的光子能量C.等于从n=3能级跃迁到n=2能级时辐射的光子能量D.无法确定参考答案：A3.核反应方程²³⁸U→²³⁴Th+X中，X代表A.α粒子B.β粒子C.中子D.质子参考答案：B4.放射性同位素可用于治疗癌症，其原理是利用A.放射性元素衰变时释放的α粒子B.放射性元素衰变时释放的β粒子C.放射性元素衰变时释放的γ射线D.放射性元素衰变时释放的质子参考答案：C5.核电站利用核裂变反应发电，其核心设备是A.核反应堆B.冷却塔C.发电机D.变压器参考答案：A6.某放射性元素经过2个半衰期后，剩余的放射性元素质量占原来A.1/4B.1/2C.3/4D.1/8参考答案：B7.在核反应堆中，控制棒的作用是A.吸收中子，控制反应速度B.产生中子，加速反应速度C.导出热量，提高反应效率D.保护核燃料，防止泄漏参考答案：A8.氢原子中，电子绕核运动的轨道半径是量子化的，根据玻尔理论，当电子从较高能级n跃迁到较低能级n-1时，会A.吸收光子，能量增加B.辐射光子，能量减少C.不吸收也不辐射光子，能量不变D.发射电子，能量减少参考答案：B9.α粒子散射实验中，观察到的现象是绝大多数α粒子穿过金箔，而少数α粒子发生大角度偏转，这一现象说明A.原子核带有正电荷B.原子核体积很小C.原子核密度很高D.原子核内部结构复杂参考答案：B10.根据核反应方程²³⁵U→²³⁰Th+X，可以确定粒子X是A.α粒子B.β粒子C.中子D.质子参考答案：A二、填空题（共10小题，每题2分）（请把正确答案直接填写在题中横线上，填写不完整的不得分）1.氢原子从n=4能级跃迁到n=2能级时，辐射的光子能量为______eV。参考答案：0.852.α粒子散射实验中，少数α粒子发生大角度偏转的主要原因是______。参考答案：原子核体积很小但质量很大3.核反应方程²³⁸U→²³⁴Th+X中，X代表______。参考答案：⁴He4.在核反应堆中，控制棒的作用是______。参考答案：吸收中子，控制反应速度5.放射性同位素可用于治疗癌症，其原理是利用______。参考答案：放射线的穿透能力杀死癌细胞6.解释什么是原子核的半衰期：______。参考答案：半衰期是指放射性元素有半数原子发生衰变所需的时间7.比较康普顿效应和光电效应在解释光与物质相互作用时的不同点：康普顿效应______，光电效应______。参考答案：康普顿效应中光子与电子发生碰撞，光子损失能量并改变方向；光电效应中光子被电子吸收，电子克服逸出功逸出8.说明激光与普通光源在发光机制上的主要区别：激光______，普通光源______。参考答案：激光是原子受激辐射产生的相干光，具有方向性好、单色性好、亮度高等特点；普通光源是自发辐射产生的非相干光，具有方向性差、光谱宽、亮度低9.简述质能方程E=mc²的物理意义：该方程表明______。参考答案：质量和能量可以相互转化，且转化关系为E=mc²10.解释什么是核聚变，并简述其与核裂变的主要区别：核聚变______，核裂变______。参考答案：核聚变是轻核结合成较重核并释放能量的过程；核裂变是重核分裂成较轻核并释放能量的过程三、判断题（共10小题，每题2分）（正确的打“√”，错误的打“×”，把判断符号填在题后括号内）1.原子核的半衰期是指放射性元素的一半发生衰变所需的时间。参考答案：√2.α粒子、β粒子、γ射线都是原子核的组成部分。参考答案：×3.氢原子从n=3能级跃迁到n=2能级时，辐射的光子能量小于从n=4能级跃迁到n=2能级时辐射的光子能量。参考答案：√4.在α粒子散射实验中，绝大多数α粒子穿过金箔时几乎不发生偏转。参考答案：√5.激光与普通光源相比，具有相干性、方向性好、亮度高等特点。参考答案：√6.质能方程E=mc²表明质量和能量可以相互转化。参考答案：√7.核裂变是指重核分裂成两个或多个中等质量的核，同时释放出巨大的能量。参考答案：√8.核聚变是指轻核结合成较重的核，同时释放出巨大的能量。参考答案：√9.放射性同位素可以用于医疗诊断和治疗。参考答案：√10.原子核的质子数决定了该原子核的化学性质。参考答案：√四、简答题（共8小题，每题2分）（请分点作答，语言简明、要点齐全，写在对应题目下方的横线上）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：主要现象是绝大多数α粒子穿过金箔，少数发生大角度偏转，极少数被反弹回来。结论是原子具有核式结构，原子核体积很小但质量和正电荷集中。2.比较α粒子、β粒子、γ射线在电离能力和穿透能力方面的差异。参考答案：α粒子电离能力强但穿透能力弱，β粒子电离能力中等穿透能力较强，γ射线电离能力弱但穿透能力最强。3.解释原子核的半衰期概念，并说明其与放射性元素衰变快慢的关系。参考答案：原子核半衰期是指放射性元素的一半发生衰变所需的时间。半衰期越短，衰变越快；半衰期越长，衰变越慢。半衰期由原子核内部性质决定，与外界条件无关。4.简述玻尔原子模型的主要内容和局限性。参考答案：玻尔模型主要内容是电子在特定轨道上运动时不辐射能量，只有跃迁时才吸收或辐射光子。局限性是只能解释氢原子光谱，无法解释多电子原子光谱，且引入了量子化轨道的假设缺乏实验依据。5.比较核裂变和核聚变在反应过程、能量释放方式和应用领域的异同。参考答案：核裂变是重核分裂成两个或多个中等质量核，释放能量；核聚变是轻核结合成较重核，释放能量。核裂变应用广泛，核聚变是未来能源方向，但技术难度大。6.解释激光与普通光源在发光原理、光束特性等方面的区别。参考答案：激光是受激辐射产生的相干光，普通光源是自发辐射产生的非相干光。激光具有单色性好、方向性强、亮度高等特点。7.简述放射性同位素在医学、工业等领域的应用原理。参考答案：放射性同位素可释放射线用于成像诊断或治疗疾病，如碘-131治疗甲状腺疾病。也可用于工业探伤、食品保鲜等。8.比较原子结构模型从汤姆孙模型到玻尔模型的发展过程及其科学意义。参考答案：汤姆孙模型认为原子是均匀分布正电荷的球体，电子嵌在其中。玻尔模型引入量子化轨道，解释了氢原子光谱。发展过程揭示了原子内部结构从均匀分布到核式结构的转变。五、应用题（共8小题，每题3分）（请写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤，只写最后结果不得分）1.某科研团队利用粒子加速器研究原子核结构，他们发现当入射粒子的动能增加时，能够发生核反应的原子核种类也随之增多。现有两种原子核A和B，原子核A的半径约为1.2×10⁻¹⁴m，原子核B的半径约为1.5×10⁻¹⁴m。若入射粒子的动能从1.0×10⁻¹²J增加到2.0×10⁻¹²J时，恰好能使原子核A发生核反应，求入射粒子的动能至少需要增加到多少才能使原子核B发生核反应？请说明理由。参考答案：1.6×10⁻¹²J2.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，会辐射出一种光子。已知这种光子的频率为6.1×10¹⁴Hz。请计算：(1)辐射光子的能量；(2)氢原子在n=4能级时的能量。请说明计算过程中用到的公式及其物理意义。参考答案：(1)3.3×10⁻¹⁹J(2)-2.6×10⁻¹⁸J3.在α粒子散射实验中，科学家们发现少数α粒子会发生大角度偏转。请解释这种现象产生的原因，并说明它对原子结构模型的建立有何重要意义。参考答案：卢瑟福α粒子散射实验中，少数α粒子发生大角度偏转的主要原因是原子核带有正电荷且体积很小。这一现象说明原子内部存在一个很小但密度极大的原子核，否定了汤姆孙的葡萄干布丁模型，为玻尔原子模型的建立提供了实验依据。4.某放射性同位素经过3个半衰期后，剩余的质量为原来的1/8。请计算该放射性同位素的半衰期是多少？若该同位素的质量为100g，求经过6个半衰期后剩余的质量是多少？参考答案：半衰期约为2年；剩余质量为12.5g5.激光与普通光源在发光机制上存在显著差异。请比较激光与普通光源在发光原理、光束特性等方面的主要区别，并说明激光在科技前沿与大国重器领域有哪些重要应用。参考答案：激光与普通光源在发光原理上存在显著差异：激光是原子受激辐射产生的相干光，普通光源是自发辐射产生的非相干光。激光光束具有方向性好、亮度高、相干性强等特点，而普通光源光束发散、亮度低、非相干。激光在科技前沿与大国重器领域有重要应用，如激光测距、激光雷达、激光切割、激光焊接、激光武器、激光通信等。6.玻尔原子模型认为电子在原子核周围做圆周运动，且只能占据特定的能量轨道。请解释玻尔原子模型的主要内容，并说明其局限性。参考答案：玻尔原子模型的主要内容包括：电子在原子核周围做圆周运动，且只能占据特定的能量轨道；能级跃迁时，电子会辐射或吸收光子，光子能量等于能级差；原子是稳定的，电子不辐射能量。其局限性在于只能解释氢原子光谱，无法解释多电子原子光谱，且未考虑相对论效应与量子力学的概率性。7.α粒子、β粒子、γ射线是三种常见的射线，它们在电离能力和穿透能力方面存在差异。请比较这三种射线在电离能力和穿透能力方面的差异，并说明它们在医学、工业等领域的应用原理。参考答案：α粒子电离能力强但穿透能力弱，β粒子电离能力中等但穿透能力强，γ射线电离能力最弱但穿透能力最强。α粒子在空气中只能前进几厘米，易被纸张阻挡；β粒子可穿透几毫米的铝箔；γ射线可穿透几厘米的铅板。它们在医学领域可用于治疗癌症（γ射线）；在工业领域可用于探伤（γ射线）、辐射育种（γ射线）等。8.比较原子结构模型从汤姆孙模型到玻尔模型的发展过程及其科学意义，并说明这一发展过程对人类认识物质世界有何重要启示。参考答案：原子结构模型从汤姆孙模型到玻尔模型的发展过程是：汤姆孙提出葡萄干布丁模型，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；卢瑟福通过α粒子散射实验发现原子核，提出了核式结构模型；玻尔在核式结构模型基础上，引入量子化概念，认为电子只能占据特定的能量轨道，并提出了能级跃迁理论。这一发展过程对人类认识物质世界的重要启示是：原子并非不可分割，而是由更基本的粒子组成的，原子内部存在复杂的结构和规律，人类可以通过实验和理论不断深化对物质世界的认识。标准答案与解析一、单项选择题1.参考答案：B解析：本题考查α粒子散射实验现象及其解释。少数α粒子发生大角度偏转的主要原因是金原子核体积很小，绝大多数α粒子穿过金箔是因为原子内部大部分是空隙。α粒子带正电，当靠近带正电的金原子核时，会受到库仑斥力而发生偏转。选项A正确但不是主要原因，选项C和D描述正确但不是主要原因，选项B准确解释了少数α粒子大角度偏转的原因。2.参考答案：A解析：本题考查氢原子能级跃迁与光子能量关系。根据玻尔理论，氢原子从较高能级跃迁到较低能级时，辐射出的光子能量等于两能级之间的能级差。能级差越大，辐射的光子能量越高。n=4能级与n=2能级的能级差大于n=3能级与n=2能级的能级差，因此从n=4能级跃迁到n=2能级时辐射的光子能量大于从n=3能级跃迁到n=2能级时辐射的光子能量。选项A正确。3.参考答案：B解析：本题考查核反应方程中的质量数守恒和电荷数守恒。根据质量数守恒，²³⁸U的质量数为238，²³⁴Th的质量数为234，因此X的质量数为238-234=4。根据电荷数守恒，²³⁸U的电荷数为92，²³⁴Th的电荷数为90，因此X的电荷数为92-90=2。质量数为4、电荷数为2的粒子是β粒子。选项B正确。4.参考答案：C解析：本题考查放射性同位素在医疗中的应用原理。放射性同位素衰变时释放的γ射线具有很强的穿透能力，可以杀死癌细胞。因此，放射性同位素可用于治疗癌症的原理是利用放射性元素衰变时释放的γ射线。选项C正确。5.参考答案：A解析：本题考查核电站的核心设备。核电站利用核裂变反应发电，其核心设备是核反应堆，核反应堆是进行核裂变反应并控制反应速度的装置。选项A正确。6.参考答案：B解析：本题考查半衰期的概念。半衰期是指放射性元素的原子核数量减少到原来的一半所需要的时间。经过1个半衰期后，剩余的放射性元素质量占原来的1/2；经过2个半衰期后，剩余的放射性元素质量占原来的(1/2)×(1/2)=1/4。因此，经过2个半衰期后，剩余的放射性元素质量占原来的一半。选项B正确。7.参考答案：A解析：本题考查核反应堆中控制棒的作用。控制棒的主要作用是吸收中子，控制核反应的速度。通过调节控制棒插入反应堆的深度，可以控制中子的数量，从而控制核反应的速度。选项A正确。8.参考答案：B解析：本题考查氢原子能级跃迁与光子辐射关系。根据玻尔理论，当电子从较高能级n跃迁到较低能级n-1时，会辐射光子，能量减少。辐射的光子能量等于两能级之间的能级差。选项B正确。9.参考答案：B解析：本题考查α粒子散射实验现象及其解释。绝大多数α粒子穿过金箔，说明原子内部大部分是空隙；少数α粒子发生大角度偏转，说明原子核体积很小且带有正电荷。这一现象说明原子核体积很小。选项B正确。10.参考答案：A解析：本题考查核反应方程中的质量数守恒和电荷数守恒。根据质量数守恒，²³⁵U的质量数为238，²³⁰Th的质量数为230，因此X的质量数为238-230=8。根据电荷数守恒，²³⁵U的电荷数为92，²³⁰Th的电荷数为90，因此X的电荷数为92-90=2。质量数为8、电荷数为2的粒子是α粒子。选项A正确。二、填空题1.参考答案：0.85解析：本题考查氢原子能级跃迁。根据能级公式E_n=-13.6/n²eV，n=4时的能级E_4=-13.6/4²=-0.85eV，n=2时的能级E_2=-13.6/2²=-3.4eV。辐射光子能量ΔE=E_2-E_4=-3.4-(-0.85)=0.85eV。2.参考答案：原子核体积很小但质量很大解析：本题考查α粒子散射实验现象。少数α粒子发生大角度偏转是因为它们在接近原子核时受到强大的库仑斥力，而只有少数α粒子能接近原子核，原因是原子核体积很小但质量很大。3.参考答案：⁴He解析：本题考查核反应方程配平。根据质量数守恒，X的质量数为238-234=4；根据电荷数守恒，X的电荷数为92-90=2。质量数为4、电荷数为2的粒子是氦核，符号为⁴He。4.参考答案：吸收中子，控制反应速度解析：本题考查核反应堆原理。控制棒通过吸收中子来调节中子通量，从而控制链式反应的速度，确保反应堆安全稳定运行。5.参考答案：放射线的穿透能力杀死癌细胞解析：本题考查放射性同位素应用。放射性同位素释放的射线（如γ射线）具有很强的穿透能力，可以杀死癌细胞或抑制其生长。6.参考答案：半衰期是指放射性元素有半数原子发生衰变所需的时间解析：本题考查原子核半衰期定义。半衰期是放射性元素衰变特性的统计规律，指在一个半衰期内，该元素原子核总数减少一半。7.参考答案：康普顿效应中光子与电子发生碰撞，光子损失能量并改变方向；光电效应中光子被电子吸收，电子克服逸出功逸出解析：本题考查康普顿效应与光电效应区别。康普顿效应是光子与物质中自由电子或束缚较弱的电子碰撞，导致光子能量减少、波长变长，且散射光方向改变；光电效应是光子被物质中束缚电子吸收，如果光子能量足够大，电子会克服逸出功逸出成为光电子。8.参考答案：激光是原子受激辐射产生的相干光，具有方向性好、单色性好、亮度高等特点；普通光源是自发辐射产生的非相干光，具有方向性差、光谱宽、亮度低解析：本题考查激光与普通光源区别。激光是原子在外界激励下从高能级跃迁到低能级时，因受激辐射产生的光子与入射光子具有完全相同的频率、相位、方向和偏振方向，故为相干光；普通光源是原子自发辐射产生的光子，其频率、相位、方向和偏振方向都是随机分布的，故为非相干光。9.参考答案：质量和能量可以相互转化，且转化关系为E=mc²解析：本题考查质能方程物理意义。质能方程表明质量和能量是等价的，可以相互转化，转化系数为光速平方c²。该方程揭示了物质内部蕴藏的巨大能量。10.参考答案：核聚变是轻核结合成较重核并释放能量的过程；核裂变是重核分裂成较轻核并释放能量的过程解析：本题考查核聚变与核裂变区别。核聚变是两个或多个轻原子核（如氢核）在极高温度和压力下结合成一个较重的原子核（如氦核），同时释放出巨大能量；核裂变是一个重原子核（如铀核）在中子轰击下分裂成两个或多个较轻的原子核，同时释放出巨大能量。三、判断题1.参考答案：√解析：本题考查原子核的半衰期概念。半衰期是指放射性元素的一半发生衰变所需的时间，这是一个统计规律，适用于大量原子核。2.参考答案：×解析：本题考查α粒子、β粒子、γ射线的本质。α粒子是氦原子核，由2个质子和2个中子组成；β粒子是电子或正电子；γ射线是高能光子，不是原子核的组成部分。3.参考答案：√解析：本题考查氢原子的能级跃迁。根据玻尔理论，能级差越大，辐射的光子能量越高。n=3到n=2的能级差小于n=4到n=2的能级差，因此辐射的光子能量也小于后者。4.参考答案：√解析：本题考查α粒子散射实验。绝大多数α粒子穿过金箔时几乎不发生偏转，这是因为原子核体积很小，大部分空间是空的。5.参考答案：√解析：本题考查激光与普通光源的区别。激光具有相干性、方向性好、亮度高等特点，这是普通光源所不具备的。6.参考答案：√解析：本题考查质能方程的物理意义。质能方程E=mc²表明质量和能量可以相互转化，这是爱因斯坦相对论的重要结论。7.参考答案：√解析：本题考查核裂变的定义。核裂变是指重核分裂成两个或多个中等质量的核，同时释放出巨大的能量，这是核电站发电的原理。8.参考答案：√解析：本题考查核聚变的定义。核聚变是指轻核结合成较重的核，同时释放出巨大的能量，这是太阳和其他恒星发光发热的原理。9.参考答案：√解析：本题考查放射性同位素的应用。放射性同位素可以用于医疗诊断和治疗，如放射性碘治疗甲状腺疾病。10.参考答案：√解析：本题考查原子核的质子数与化学性质的关系。原子核的质子数决定了该原子核的化学性质，即元素的种类。四、简答题1.参考答案：主要现象是绝大多数α粒子穿过金箔，少数发生大角度偏转，极少数被反弹回来。结论是原子具有核式结构，原子核体积很小但质量和正电荷集中。解析：本题考查卢瑟福α粒子散射实验。实验现象表明原子内部大部分是空旷的空间，少数α粒子靠近原子核时发生偏转，极少数发生大角度偏转或反弹，说明原子核体积很小但集中了原子几乎全部质量和正电荷。这是原子核式结构模型的实验基础。2.参考答案：α粒子电离能力强但穿透能力弱，β粒子电离能力中等穿透能力较强，γ射线电离能力弱但穿透能力最强。解析：本题考查三种射线的性质比较。α粒子是氦核，带正电荷多，电离能力强但质量大，易与物质相互作用，穿透能力弱。β粒子是电子，带负电荷，电离能力中等，质量小，穿透能力较强。γ射线是高能光子，不带电，电离能力最弱但能量高，穿透能力最强。3.参考答案：原子核半衰期是指放射性元素的一半发生衰变所需的时间。半衰期越短，衰变越快；半衰期越长，衰变越慢。半衰期由原子核内部性质决定，与外界条件无关。解析：本题考查半衰期概念。半衰期是放射性元素衰变的统计规律，表示大量原子核衰变的平均时间。半衰期是核内部性质决定的固有属性，不受温度、压力等外界条件影响。半衰期越短，表示放射性越强。4.参考答案：玻尔模型主要内容是电子在特定轨道上运动时不辐射能量，只有跃迁时才吸收或辐射光子。局限性是只能解释氢原子光谱，无法解释多电子原子光谱，且引入了量子化轨道的假设缺乏实验依据。解析：本题考查玻尔原子模型。玻尔模型通过引入量子化轨道和量子跃迁解释了氢原子光谱，成功解释了原子能量不连续性。但该模型是半经典半量子理论，无法解释多电子原子光谱，且量子化假设缺乏实验支持。5.参考答案：核裂变是重核分裂成两个或多个中等质量核，释放能量；核聚变是轻核结合成较重核，释放能量。核裂变应用广泛，核聚变是未来能源方向，但技术难度大。解析：本题考查核裂变与核聚变。核裂变通过重核分裂释放能量，如铀-235裂变。核聚变通过轻核结合释放能量，如氘氚聚变。核裂变技术成熟，用于核电站；核聚变是清洁能源，但技术难度大。6.参考答案：激光是受激辐射产生的相干光，普通光源是自发辐射产生的非相干光。激光具有单色性好、方向性强、亮度高等特点。解析：本题考查激光与普通光源的区别。激光通过受激辐射产生，光波相位相同，具有相干性。普通光源通过自发辐射产生，光波相位随机，是非相干光。激光在通信、医疗等领域应用广泛。7.参考答案：放射性同位素可释放射线用于成像诊断或治疗疾病，如碘-131治疗甲状腺疾病。也可用于工业探伤、食品保鲜等。解析：本题考查放射性同位素应用。放射性同位素释放的射线可用于医学成像（如CT）、肿瘤治疗（如放疗）。也可用于工业无损检测、食品辐照保鲜等。8.参考答案：汤姆孙模型认为原子是均匀分布正电荷的球体，电子嵌在其中。玻尔模型引入量子化轨道，解释了氢原子光谱。发展过程揭示了原子内部结构从均匀分布到核式结构的转变。解析：本题考查原子结构模型发展。汤姆孙模型是“葡萄干布丁模型”，认为原子是均匀带正电的球体，电子嵌在其中。玻尔模型引入量子化轨道，解释了氢原子光谱，提出原子核式结构，标志着原子物理学发展的重要阶段。五、应用题1.参考答案：1.6×10⁻¹²J解析：本题考查原子核的尺度与核反应条件。根据原子核半径公式R=r₀A^(1/3)，其中r₀≈1.2×10⁻¹⁵m，A为原子序数。设入射粒子动能为E₁时，刚好使原子核A发生核反应，则有E₁=K(A_A)。当动能增加到E₂时，刚好使原子核B发生核反应，则有E₂=K(A_B)。由于K与A^(4/3)成正比，所以(E₂/E₁)=(A_B^(4/3))/(A_A^(4/3))。代入数据得(E₂/E₁)=(1.5/1.2)^(4/3)，解得E₂≈1.6×10⁻¹²J。其中K为核反应所需的阈能，与原子核的核子数有关。该题融合了原子核的尺度公式与核反应条件，考查了学生运用比例关系进行推理的能力。2.参考答案：(1)3.3×10⁻¹⁹J(2)-2.6×10⁻¹⁸J解析：本题考查玻尔原子模型与光子能量计算。根据光子能量公式E=hν，其中h=6.63×10⁻³⁴J•s，ν=6.1×10¹⁴Hz，代入数据得E=4.0×10⁻¹⁹J。根据玻尔原子模型，能级能量E_n=-13.6/n²eV，其中n为能级。n=4时E_4=-13.6/16=-0.85eV=-1.4×10⁻¹⁹J；n=2时E_2=-13.6/4=-3.4eV=-5.5×10⁻¹⁹J。辐射光子能量为E_4-E_2=3.3×10⁻¹⁹J。该题融合了光子能量计算与能级跃迁，考查了学生运用公式进行计算的能力。3.参考答案：卢瑟福α粒子散射实验中，少数α粒子发生大角度偏转的主要原因是原子核带有正电荷且体积很小。这一现象说明原子内部存在一个很小但密度极大的原子核，否定了汤姆孙的葡萄干布丁模型，为玻尔原子模型的建立提供了实验依据。解析：本题考查α粒子散射实验的意义。α粒子散射实验中，绝大多数α粒子穿过金箔，说明原子大部分是空旷的；少数α粒子发生大角度偏转，说明原子内部存在一个很小但密度极大的带正电的原子核；极少数α粒子被反弹回来，说明原子核带正电且质量远大于α粒子。这一现象否定了汤姆孙的葡萄干布丁模型，为玻尔原子模型的建立提供了实验依据。4.参考答案：半衰期约为2年；剩余质量为12.5g解析：本题考查放射性同位素的半衰期与衰变规律。设半衰期为T，则经过3T后剩余质量为M₀(1/2)³=1/8M₀，解得T≈2年。经过6T后剩余质量为M₀(1/2)⁶=1/64M₀，代入M₀=100g得12.5g。该题融合了半衰期概念与指数衰变规律，考查了学生运用数学方法解决物理问题的能力。5.参考答案：激光与普通光源在发光原理上存在显著差异：激光是原子受激辐射产生的相干光，普通光源是自发辐射产生的非相干光。激光光束具有方向性好、亮度高、相干性强等特点，而普通光源光束发散、亮度低、非相干。激光在科技前沿与大国重器领域有重要应用，如激光测距、激光雷达、激光切割、激光焊接、激光武器、激光通信等。解析：本题考查激光与普通光源的区别及其应用。激光是原子受激辐射产生的相干光，普通光源是自发辐