2026年北师大版高中物理选修第十四册第1章原子物理测试卷及答案

2026年北师大版高中物理选修第十四册第1章原子物理测试卷及答案第1页共1页2026年北师大版高中物理选修第十四册第1章原子物理测试卷及答案一、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.汤姆孙通过α粒子散射实验发现了原子核，该实验的主要现象是A.大多数α粒子穿过金箔B.少数α粒子发生大角度偏转C.所有α粒子都被金箔反射回来D.α粒子在金箔中发生了电离参考答案：B2.按照玻尔模型，氢原子中电子从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能级时辐射出的光子能量B.小于从n=3能级跃迁到n=2能级时辐射出的光子能量C.等于从n=3能级跃迁到n=2能级时辐射出的光子能量D.无法确定参考答案：A3.在卢瑟福散射实验中，α粒子穿过金箔后，有些粒子发生了大角度偏转，这一现象说明A.原子中存在一个很小但质量很大的核B.原子中电子分布均匀C.原子中大部分空间是空的D.原子核带正电参考答案：A4.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，原子将A.吸收光子B.辐射光子C.不发生能量变化D.发生电离参考答案：B5.一个氢原子从n=4能级跃迁到n=2能级时辐射出的光子能量为E，当它从n=5能级跃迁到n=2能级时辐射出的光子能量为E'，则A.E=E'B.EE'C.EE'D.无法确定参考答案：C6.在卢瑟福散射实验中，α粒子散射的角度主要取决于A.α粒子的速度B.金箔的厚度C.α粒子与原子核的距离D.原子核的带电量参考答案：C7.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，原子将A.吸收光子B.辐射光子C.不发生能量变化D.发生电离参考答案：B8.一个氢原子从n=4能级跃迁到n=2能级时辐射出的光子能量为E，当它从n=5能级跃迁到n=2能级时辐射出的光子能量为E'，则A.E=E'B.EE'C.EE'D.无法确定参考答案：C9.在卢瑟福散射实验中，α粒子散射的角度主要取决于A.α粒子的速度B.金箔的厚度C.α粒子与原子核的距离D.原子核的带电量参考答案：C10.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，原子将A.吸收光子B.辐射光子C.不发生能量变化D.发生电离参考答案：B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.汤姆孙通过______实验发现了电子。参考答案：α粒子散射2.按照玻尔模型，氢原子中电子从n=3能级跃迁到n=2能级时，辐射出的光子能量为______。参考答案：E=hc(1/2²-1/3²)3.在卢瑟福散射实验中，α粒子穿过金箔后，有些粒子发生了大角度偏转，这一现象说明了______。参考答案：原子核的存在4.原子核的半径量级约为______。参考答案：10⁻¹⁵米5.一个氢原子从n=4能级跃迁到n=2能级时辐射出的光子能量为______。参考答案：E=hc(1/2²-1/4²)6.在卢瑟福散射实验中，α粒子散射的角度主要取决于______。参考答案：α粒子与原子核的距离7.汤姆孙提出的原子模型被称为______。参考答案：葡萄干布丁模型8.玻尔理论成功解释了氢原子光谱，其核心假设之一是电子只能在______轨道上运动。参考答案：定态9.原子核的放射性衰变过程中，α衰变会使原子序数减少______。参考答案：210.根据卢瑟福散射实验，可以估算出原子核的半径，其估算值约为______。参考答案：10⁻¹⁵米三、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.汤姆孙的α粒子散射实验首次揭示了原子核的存在。参考答案：×2.根据玻尔理论，电子绕核运动的轨道半径是量子化的。参考答案：√3.原子核发生β衰变时，原子序数会增加1。参考答案：√4.氢原子从n=3能级跃迁到n=2能级时，辐射出的光子能量小于从n=4能级跃迁到n=2能级时辐射出的光子能量。参考答案：√5.放射性元素的半衰期会受到温度变化的影响。参考答案：×6.卢瑟福散射实验的成功解释了原子核的带电性质。参考答案：√7.原子核的半径量级约为10^-15米。参考答案：√8.汤姆孙提出的原子模型被称为“葡萄干布丁模型”。参考答案：√9.玻尔理论成功解释了氢原子光谱，其核心假设之一是电子只能在特定轨道上运动。参考答案：√10.原子核的放射性衰变过程中，α衰变会使原子序数减少2。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.简述玻尔原子模型的主要假设。参考答案：①电子绕核做圆周运动；②轨道半径量子化；③能量量子化；④跃迁时辐射或吸收光子能量为hv。2.说明卢瑟福散射实验的主要装置和结论。参考答案：①装置：α粒子源、金箔、荧光屏；②结论：少数α粒子大角度偏转，多数直线穿过，少数被反射，说明原子核体积很小且带正电。3.比较α粒子散射实验和β粒子衰变实验在揭示原子结构方面的不同贡献。参考答案：①α衰变：原子核放出一个α粒子（氦核），原子序数减2，质量数减4，揭示原子核有复杂结构；②β衰变：中子变质子+电子+反中微子，原子序数增1，质量数不变，揭示原子核内部粒子转化。4.解释原子核的半衰期概念及其影响因素。参考答案：①半衰期：放射性元素衰变至原有质量一半所需时间；②影响因素：仅与元素种类有关，与温度、压强等外部条件无关。5.某放射性元素衰变过程中，测得半衰期为T年。若初始时刻该元素的质量为M，求经过t年后的剩余质量。参考答案：m(t)=M(1/2)^t/T6.列举三种常见的放射性衰变类型，并简述其特点。参考答案：①α衰变：放出氦核，原子序数减2；②β衰变：放出电子，原子序数增1；③γ衰变：放出发射光子，原子序数不变。7.说明原子核的质能方程E=mc²的意义。参考答案：①揭示质量与能量等价关系；②原子核结合能释放是质量亏损体现；③用于解释核反应能量变化。8.比较氢原子在n=1、n=2、n=3能级之间的跃迁所辐射出的光子能量大小。参考答案：E₁E₂E₃，因为E=hv，v与能级差ΔE成正比，n=3→2跃迁能级差最大。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α粒子轰击氮核的实验，首次发现了质子。实验中，α粒子（氦核）以速度v₀垂直射向静止的氮核（质量为14倍质子质量），碰撞后生成一个质子和一个新核。已知质子质量为m_p，新核质量为m_N（m_N=14m_p），求碰撞后质子的速度大小v_p。设碰撞为弹性正碰。参考答案：v_p=(m_N/m_p+1)v₀/(m_p+m_N)^0.52.根据玻尔理论，氢原子从n=4能级跃迁到n=2能级时，辐射出的光子能量被某滤光片吸收。该滤光片只能透过波长λ=486.1nm的光。求氢原子在n=4能级时的能量E₄。普朗克常量h=6.626×10⁻³⁴J•s，光速c=3.00×10⁸m/s。参考答案：E₄=2.55eV3.一个原子核发生α衰变后，其质量数减少了4，原子序数减少了2。若该原子核的初始质量数为M，原子序数为Z，求衰变后新核的质量数M'和原子序数Z'。参考答案：M'=M-4,Z'=Z-24.某放射性同位素的半衰期为5天。现有一该同位素的质量为80g，经过15天后，该同位素剩余的质量是多少克？参考答案：16g5.卢瑟福通过α粒子散射实验，提出了原子核式结构模型。实验中，α粒子以速度v₀射向金箔，大部分α粒子直线穿过，少数发生大角度偏转，甚至有少数被反弹回来。解释为什么大部分α粒子直线穿过，而少数发生大角度偏转或反弹。参考答案：大部分α粒子穿过是因为原子大部分是空隙，α粒子与电子碰撞动能损失很小；少数发生大角度偏转是因为α粒子与原子核发生库仑力相互作用，由于原子核电荷量大、体积小，α粒子靠近时库仑力作用显著，导致偏转；少数反弹回来是因为α粒子与原子核发生弹性正碰，由于原子核质量远大于α粒子，α粒子被弹回。6.汤姆孙通过α粒子散射实验，发现了电子，并提出了“葡萄干布丁模型”。该模型认为原子是一个均匀分布正电荷的球体，电子像葡萄干一样嵌在其中。简述汤姆孙原子模型的局限性。参考答案：汤姆孙原子模型的局限性在于：①无法解释α粒子散射实验现象；②无法解释原子光谱的离散性；③无法解释原子稳定性；④将电子视为点电荷，忽略了电子的运动状态和自旋。7.氢原子从n=3能级跃迁到n=1能级时，辐射出的光子能量被某金属板吸收，能发生光电效应。已知该金属的逸出功为W₀，求氢原子在n=3能级时的能量E₃。普朗克常量h=6.626×10⁻³⁴J•s，光速c=3.00×10⁸m/s。参考答案：E₃=12.09eV8.根据玻尔理论，氢原子中电子在不同能级上的动能和势能存在特定关系。当电子从n=5能级跃迁到n=2能级时，辐射出的光子能量被某吸收光谱线吸收。求氢原子在n=5能级上的电子动能E₅k。玻尔半径a₀=5.29×10⁻¹⁰m，电子电荷量e=1.602×10⁻¹⁹C，电子质量m_e=9.109×10⁻³¹kg，真空介电常量ε₀=8.854×10⁻¹²F/m。参考答案：E₅k=0.85eV标准答案与解析一、单项选择题1.参考答案：B解析：本题考查卢瑟福散射实验现象。汤姆孙的α粒子散射实验发现，绝大多数α粒子穿过金箔时几乎不发生偏转，少数α粒子发生了较大角度的偏转，极少数α粒子发生了大角度偏转甚至被反射回来。这一现象说明原子中存在一个很小但质量很大的核，故B正确，A、C、D错误。2.参考答案：A解析：本题考查氢原子能级跃迁。根据玻尔理论，氢原子中电子从n=4能级跃迁到n=2能级时辐射出的光子能量为E=hν₁=h(c/λ₁)，从n=3能级跃迁到n=2能级时辐射出的光子能量为E'=hν₂=h(c/λ₂)。由于n=4能级比n=3能级离n=2能级更远，所以辐射出的光子能量E大于E'，故A正确，B、C、D错误。3.参考答案：A解析：本题考查卢瑟福散射实验现象。卢瑟福散射实验发现，绝大多数α粒子穿过金箔时几乎不发生偏转，少数α粒子发生了较大角度的偏转，极少数α粒子发生了大角度偏转甚至被反射回来。这一现象说明原子中存在一个很小但质量很大的核，故A正确，B、C、D错误。4.参考答案：B解析：本题考查氢原子能级跃迁。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，原子能量降低，将辐射光子，故B正确，A、C、D错误。5.参考答案：C解析：本题考查氢原子能级跃迁。根据玻尔理论，氢原子中电子从n=4能级跃迁到n=2能级时辐射出的光子能量为E=hν₁=h(c/λ₁)，从n=5能级跃迁到n=2能级时辐射出的光子能量为E'=hν₂=h(c/λ₂)。由于n=5能级比n=4能级离n=2能级更远，所以辐射出的光子能量E'大于E，故C正确，A、B、D错误。6.参考答案：C解析：本题考查卢瑟福散射实验。卢瑟福散射实验中，α粒子散射的角度主要取决于α粒子与原子核的距离，距离越近，散射角度越大，故C正确，A、B、D错误。7.参考答案：B解析：本题考查氢原子能级跃迁。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，原子能量降低，将辐射光子，故B正确，A、C、D错误。8.参考答案：C解析：本题考查氢原子能级跃迁。根据玻尔理论，氢原子中电子从n=4能级跃迁到n=2能级时辐射出的光子能量为E=hν₁=h(c/λ₁)，从n=5能级跃迁到n=2能级时辐射出的光子能量为E'=hν₂=h(c/λ₂)。由于n=5能级比n=4能级离n=2能级更远，所以辐射出的光子能量E'大于E，故C正确，A、B、D错误。9.参考答案：C解析：本题考查卢瑟福散射实验。卢瑟福散射实验中，α粒子散射的角度主要取决于α粒子与原子核的距离，距离越近，散射角度越大，故C正确，A、B、D错误。10.参考答案：B解析：本题考查氢原子能级跃迁。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，原子能量降低，将辐射光子，故B正确，A、C、D错误。二、填空题1.参考答案：α粒子散射解析：本题考查〈汤姆孙的α粒子散射实验〉。汤姆孙通过α粒子散射实验发现了电子，该实验的主要现象是大多数α粒子穿过金箔，少数发生较大角度偏转，极少数甚至反弹回来，这一现象无法用经典原子模型解释，从而揭示了原子的内部结构。2.参考答案：E=hc(1/2²-1/3²)解析：本题考查〈玻尔能级跃迁与光子能量计算〉。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，辐射出的光子能量为E=hc(1/2²-1/3²)，其中h为普朗克常数，c为光速。3.参考答案：原子核的存在解析：本题考查〈卢瑟福散射实验现象与结论〉。在卢瑟福散射实验中，α粒子穿过金箔后，有些粒子发生了大角度偏转，这一现象说明了原子内部存在一个很小但质量很大的原子核，因为只有原子核才能对α粒子产生足够大的库仑力使其偏转。4.参考答案：10⁻¹⁵米解析：本题考查〈原子核半径量级〉。原子核的半径量级约为10⁻¹⁵米，这一数值可以通过卢瑟福散射实验估算出来。5.参考答案：E=hc(1/2²-1/4²)解析：本题考查〈玻尔能级跃迁与光子能量计算〉。一个氢原子从n=4能级跃迁到n=2能级时辐射出的光子能量为E=hc(1/2²-1/4²)，其中h为普朗克常数，c为光速。6.参考答案：α粒子与原子核的距离解析：本题考查〈卢瑟福散射实验影响因素〉。在卢瑟福散射实验中，α粒子散射的角度主要取决于α粒子与原子核的距离，距离越近，散射角度越大。7.参考答案：葡萄干布丁模型解析：本题考查〈汤姆孙的原子模型〉。汤姆孙提出的原子模型被称为葡萄干布丁模型，该模型认为原子是一个带正电的球体，其中嵌有带负电的电子，如同葡萄干嵌在布丁中。8.参考答案：定态解析：本题考查〈玻尔原子模型假设〉。玻尔理论成功解释了氢原子光谱，其核心假设之一是电子只能在定态轨道上运动，这些轨道对应着特定的能量值，电子在这些轨道上运动时不辐射能量。9.参考答案：2解析：本题考查〈α衰变对原子序数的影响〉。原子核的放射性衰变过程中，α衰变会使原子序数减少2，因为α粒子由2个质子和2个中子组成，衰变后原子核失去2个质子。10.参考答案：10⁻¹⁵米解析：本题考查〈原子核半径估算〉。根据卢瑟福散射实验，可以估算出原子核的半径，其估算值约为10⁻¹⁵米，这一数值与实验结果相符。三、判断题1.参考答案：×解析：本题考查“卢瑟福散射实验”。汤姆孙的α粒子散射实验揭示了原子的核式结构模型，而卢瑟福的实验首次揭示了原子核的存在。汤姆孙的实验结果表明原子具有正电荷集中在中心的核式结构，但并未直接揭示原子核的存在。2.参考答案：√解析：本题考查“玻尔理论”。根据玻尔理论，电子绕核运动的轨道半径是量子化的，即电子只能在一些特定的轨道上运动，这些轨道的半径由量子数决定，不能连续变化。3.参考答案：√解析：本题考查“β衰变”。原子核发生β衰变时，一个中子转变为一个质子，同时释放出一个电子（β粒子）和一个反中微子，因此原子序数会增加1。4.参考答案：√解析：本题考查“氢原子能级跃迁”。根据玻尔理论，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E_32=E_3-E_2，从n=4能级跃迁到n=2能级时辐射出的光子能量为E_42=E_4-E_2。由于E_4E_3，因此E_42E_32。5.参考答案：×解析：本题考查“放射性元素的半衰期”。放射性元素的半衰期是一个统计规律，由原子核内部性质决定，与外界条件如温度无关。6.参考答案：√解析：本题考查“卢瑟福散射实验”。卢瑟福散射实验的成功解释了原子核的带电性质，实验结果表明原子的大部分质量和全部正电荷集中在原子核中。7.参考答案：√解析：本题考查“原子核的半径量级”。原子核的半径量级约为10^-15米，即飞米（femtometer）级别。8.参考答案：√解析：本题考查“汤姆孙原子模型”。汤姆孙提出的原子模型被称为“葡萄干布丁模型”，模型认为原子是一个带正电的球体，其中嵌有带负电的电子，如同葡萄干嵌在布丁中。9.参考答案：√解析：本题考查“玻尔理论”。玻尔理论成功解释了氢原子光谱，其核心假设之一是电子只能在特定轨道上运动，这些轨道的半径由量子数决定，电子在这些轨道上运动时不辐射能量。10.参考答案：√解析：本题考查“α衰变”。原子核发生α衰变时，释放出一个α粒子（即氦核，包含2个质子和2个中子），因此原子序数减少2。四、简答题1.参考答案：①电子绕核做圆周运动；②轨道半径量子化；③能量量子化；④跃迁时辐射或吸收光子能量为hv。解析：本题考查“玻尔原子模型”。玻尔模型假设电子在特定轨道上运动时不辐射能量，轨道半径与量子数n的平方成正比，原子能量也量子化，电子跃迁时吸收或辐射光子能量等于能级差hv。这些假设成功解释了氢原子光谱。2.参考答案：①装置：α粒子源、金箔、荧光屏；②结论：少数α粒子大角度偏转，多数直线穿过，少数被反射，说明原子核体积很小且带正电。解析：本题考查“卢瑟福散射实验”。实验通过观察α粒子轰击金箔后的散射角度分布，得出原子大部分空间是空的，存在一个很小但质量集中的带正电的原子核，为核式结构模型奠定基础。3.参考答案：①α衰变：原子核放出一个α粒子（氦核），原子序数减2，质量数减4，揭示原子核有复杂结构；②β衰变：中子变质子+电子+反中微子，原子序数增1，质量数不变，揭示原子核内部粒子转化。解析：本题考查“α粒子散射实验与β粒子衰变”。α衰变说明原子核可分，β衰变揭示质子中子转化，两者共同丰富了原子核结构的认识，但实验手段和研究对象不同。4.参考答案：①半衰期：放射性元素衰变至原有质量一半所需时间；②影响因素：仅与元素种类有关，与温度、压强等外部条件无关。解析：本题考查“原子核半衰期”。半衰期是统计规律体现，反映放射性元素衰变快慢，由原子核内部性质决定，不随环境变化。计算时用m(t)=m₀(1/2)^t/T。5.参考答案：m(t)=M(1/2)^t/T解析：本题考查“半衰期计算”。根据半衰期定义，每过T年质量减半，t年经过n=round(t/T)个半衰期，剩余质量m(t)=M(1/2)^n，简化为指数形式。6.参考答案：①α衰变：放出氦核，原子序数减2；②β衰变：放出电子，原子序数增1；③γ衰变：放出发射光子，原子序数不变。解析：本题考查“放射性衰变类型”。α衰变使原子核变轻，β衰变改变质子数，γ衰变是能级跃迁释放能量，三种类型对应不同核反应和能量释放方式。7.参考答案：①揭示质量与能量等价关系；②原子核结合能释放是质量亏损体现；③用于解释核反应能量变化。解析：本题考查“质能方程E=mc²”。该方程表明质量可转化为能量，反之亦然，是狭义相对论核心，解释了核能释放原理，单位换算中1u≈931.5MeV/c²。8.参考答案：E₁E₂E₃，因为E=hv，v与能级差ΔE成正比，n=3→2跃迁能级差最大。解析：本题考查“氢原子能级跃迁”。根据玻尔理论，能级差ΔE=(13.6eV/n₁²)-(13.6eV/n₂²)，n值越大跃迁能级差越小，辐射光子频率v=hΔE，故n=3→2跃迁光子能量最大。五、应用题1.参考答案：v_p=(m_N/m_p+1)v₀/(m_p+m_N)^0.5解析：本题考查弹性正碰中动量守恒和动能守恒。设碰撞后新核速度为v_N，根据动量守恒：m_pv₀=m_pv_p+m_Nv_N。根据动能守恒：(1/2)m_pv₀²=(1/2)m_pv_p²+(1/2)m_Nv_N²。联立两式解得：v_p=(m_N/m_p+1)v₀/(m_p+m_N)^0.5。将m_N=14m_p代入，得v_p=3v₀/(15)^0.5=1.24v₀。2.参考答案：E₄=2.55eV解析：本题考查玻尔能级跃迁和光子能量计算。根据玻尔理论，氢原子能级E_n=-13.6/n²eV。E₄=-13.6/4²=-0.85eV，E₂=-13.6/2²=-3.4eV。辐射光子能量ΔE=E₄-E₂=2.55eV。光子能量E=hν=hc/λ。2.55eV=(6.626×10⁻³⁴J•s)×(3.00×10⁸m/s)/(486.1×10⁻⁹m)=4.09×10⁻¹⁹J=2.55eV。故E₄=2.55eV。3.参考答案：M'=M-4,Z'=Z-2解析：本题考查α衰变规律。α粒子由2个质子和2个中子组成，质量数为4，原子序数为2。α衰变时，原子核放出一个α粒子，质量数减少4，原子序数减少2。设衰变前原子核质量数为M，原子序数为Z，衰变后新核质量数为M'，原子序数为Z'。根据质量数守恒：M=M'+4。根据原子序数守恒：Z=Z'+2。解得：M'=M-4，Z'=Z-2。4.参考答案：16g解析：本题考查半衰期计算。半衰期T₁/₂表示放射性同位素数量减半所需时间。经过5天，剩余质量为80g×(1/2)^1=40g。经过10天，剩余质量为40g×(1/2)^1=20g。经过15天，剩余质量为20g×(1/2)^1=10g。故经过15天后，该同位素剩余的质量为10g。修正：应为经过15天后，该同位素剩余的质量为80g×(1/2)^3=16g。5.参考答案：大部分α粒子穿过是因为原子大部分是空隙，α粒子与电子碰撞动能损失很小；少数发生大角度偏转是因为α粒子与原子核发生库仑力相互作用，由于原子核电荷量大、体积小，α粒子靠近时库仑力作用显著，导致偏转；少数反弹回来是因为α粒子与原子核发生弹性正碰，由于原子核质量远大于α粒子，α粒子被弹回。解析：本题考查卢瑟福α粒子散射实验现象解释。实验现象分为三类：大部分α粒子直线穿过，说明原子大部分空间是空的；少数α粒子发生大角度偏转，说明原子中存在一个带正电的核，α粒子靠近时受到库仑力作用；极少数α粒子被反弹回来，说明原子核质量远大于α粒子，且体积很小。这些现象无法用汤姆孙的“葡萄干布丁模型”解释，