第4章 单元过关检测(三)原子结构（课件PPT）-【学霸笔记·同步精讲】2025-2026学年高中物理选择性必修第三册（鲁科版）

该高中物理单元复习课件系统梳理了原子结构与能级跃迁核心知识，涵盖α粒子散射实验、氢原子能级模型、巴尔末系光谱等内容，通过实验现象分析、能级公式推导、光谱计算等逻辑链，构建“实验基础-理论模型-应用计算”的知识网络。 其亮点在于采用“基础辨析-情境应用-综合计算”分层设计，如通过α粒子散射实验题培养科学论证能力，结合“梦天号”冷原子钟情境题强化模型建构思维，助力学生深化物理观念，教师可通过多样化题型精准把握学情，提升复习效率。

单元过关检测(三) 1 √ 一、单项选择题(本题共9小题，每小题4分，共36分。在每小题给出的四个选项中，只有一个选项符合题目要求) 1．α粒子散射实验被评为世界十大经典物理实验之一，此实验开创了原子结构研究的先河，为建立现代原子核理论打下了基础，关于α粒子散射实验，下列说法正确的是(　　) A．汤姆孙根据α粒子散射实验，提出了原子核的核式结构 B．该实验需要在真空环境下才能完成 C．该实验表明α粒子大角度偏转可能是与电子直接碰撞造成的 D．在其他条件相同情况下，只改变金箔的厚度，对实验结果没有影响 4 5 6 7 8 1 9 10 12 11 2 3 15 14 13 单元过关检测 16 17 解析：卢瑟福根据α粒子散射实验，提出了原子核的核式结构，故A错误； α粒子轰击金箔的实验需要在真空条件下完成，避免α粒子和空气中的原子碰撞影响实验结果，故B正确； α粒子发生大角度偏转是与原子核之间的距离较近，同种电荷之间体现库仑力，相互排斥，故C错误； 在相同的条件下，改变金箔的厚度对实验结果有影响，故D错误。 4 5 6 7 8 1 9 10 12 11 2 3 15 14 13 单元过关检测 16 17 √ 2．α粒子散射可以用来估算核半径。对于一般的原子核，实验确定的核半径的数量级为10－15 m，而整个原子半径的数量级是10－10 m，两者相差十万倍之多。可见原子内部是十分“空旷”的。如果把原子放大为直径是100 m的球，原子核的大小相当于下列哪个物体(　　) A．一粒小米　　　　 　 B．一粒葡萄 C．一个乒乓球 D．一个篮球 4 5 6 7 8 9 10 12 11 2 3 1 15 14 13 单元过关检测 16 17 4 5 6 7 8 9 10 12 11 2 3 1 15 14 13 单元过关检测 16 17 √ 3．原子由一个能量态变为另一个能量态的过程称为跃迁。原子的跃迁伴随着能量的变化。一个氢原子从n＝2能级跃迁到n＝5能级的过程中，下列说法正确的是(　　) A.该氢原子吸收光子，能量增加，电子的动能减少，电势能增加 B．该氢原子吸收光子，能量减少，电子的动能减少，电势能减少 C．该氢原子放出光子，能量增加，电子的动能增加，电势能增加 D．该氢原子放出光子，能量减少，电子的动能增加，电势能减少 解析：一个氢原子从n＝2能级跃迁到n＝5能级，该氢原子吸收光子，能量增加，轨道半径变大，库仑力做负功，电势能增加，动能减小。 4 5 6 7 8 9 10 12 11 2 3 1 15 14 13 单元过关检测 16 17 √ 4.“梦天号”实验舱携带世界首套可相互对比的冷原子钟组发射升空，对提升我国导航定位、深空探测等技术具有重要意义。如图所示的是某原子钟工作的四能级体系，原子吸收频率为ν0的光子，从基态Ⅰ跃迁至激发态能级Ⅱ，然后自发辐射出频率为ν1的光子，跃迁到原子钟的上能级2，并在一定条件下可跃迁到原子钟的下能级1，实现受激辐射，发出频率为ν2的钟激光，最后辐射出频率为ν3的光子回到基态。以下关系式正确的是(　　)  A．ν2＝ν1＋ν3 B．ν0＝ν1＋ν2＋ν3 C．ν1＋ν2>ν0－ν3 D．ν2<ν1＋ν3 4 5 6 7 8 9 10 12 11 2 3 1 15 14 13 单元过关检测 16 17 解析：原子吸收频率为ν0的光子，从基态Ⅰ跃迁至激发态能级Ⅱ，则有hν0＝EΙΙ－EΙ，在自发辐射出频率为ν1的光子，跃迁到原子钟的上能级2过程有hν1＝EΙΙ－E2，跃迁到原子钟的下能级1过程有hν2＝E2－E1，辐射出频率为ν3的光子回到基态过程有hν3＝E1－EΙ，解得ν0＝ν1＋ν2＋ν3。 4 5 6 7 8 9 10 12 11 2 3 1 15 14 13 单元过关检测 16 17 √ 4 5 6 7 8 9 10 12 11 2 3 1 15 13 14 单元过关检测 16 17 4 5 6 7 8 9 10 12 11 2 3 1 15 13 14 单元过关检测 16 17 √ 4 5 6 7 8 9 10 12 11 2 3 1 15 13 14 单元过关检测 16 17 4 5 6 7 8 9 10 12 11 2 3 1 15 13 14 单元过关检测 16 17 √ 4 5 6 7 8 9 10 12 11 2 3 1 15 13 14 单元过关检测 16 17 解析：基态氢原子具有的能量E1＝－13.6 eV，若基态氢原子电离，则需要吸收的光子能量E≥13.6 eV，由题图可知紫外线波段中明显存在光子能量E≥13.6 eV的光子，这些光子可以使基态氢原子电离，故A错误； 氢原子跃迁时可能会辐射可见光波段的光子，故B正确； 金属钨的逸出功为4.54 eV，由题图可知，红外线的光子能量小于4.54 eV，故不能让金属钨产生光电效应，故C错误； 4 5 6 7 8 9 10 12 11 2 3 1 15 13 14 单元过关检测 16 17 8.如图为氢原子的能级示意图。氢原子从高能级直接向n＝2的能级跃迁所产生的光谱，被称为巴尔末系。已知可见光的光子能量范围为1.62 eV～3.11 eV。根据玻尔理论，下列说法正确的是(　　)   A．巴尔末系的所有谱线中没有可见光 B．巴尔末系中光子的能量可能为3 eV C．用13 eV能量的光照射处于基态的氢原子,氢原子可以跃迁到n＝2激发态 D．大量处于n＝4能级的氢原子向低能级跃迁时会辐射出2种属于巴尔末系的光 √ 4 5 6 7 8 9 10 12 11 2 3 1 15 13 14 单元过关检测 16 17 解析：巴尔末系为n＝3，4，5，6直接跃迁到n＝2时辐射出的光线，则有ΔE1＝E3－E2＝1.89 eV，ΔE2＝E4－E2＝2.55 eV，ΔE3＝E5－E2＝2.86 eV，ΔE4＝E6－E2＝3.02 eV，可知，巴尔末系的所有谱线中有可见光，光子的能量不可能为3 eV，故A、B错误； 根据跃迁假设可知，从基态跃迁到第二激发态需要的能量E＝E2－E1＝－3.4 eV－(－13.6 eV)＝10.2 eV，故C错误； 根据题意可知，大量处于n＝4能级的氢原子向低能级跃迁时会辐射出2种属于巴尔末系的光，一种是从n＝4直接跃迁到n＝2辐射的，另一种是从n＝3跃迁到n＝2辐射的，故D正确。 4 5 6 7 8 9 10 12 11 2 3 1 15 13 14 单元过关检测 16 17 √ 4 5 6 7 8 9 10 12 11 2 3 1 15 13 14 单元过关检测 16 17 解析：n取3、4、5、6为可见光区的四条谱线，可知给氢原子提供的能量最小值使氢原子能够跃迁至n＝3能级，则最少应给氢原子提供的能量为－1.51 eV－(－13.60 eV)＝12.09 eV。 4 5 6 7 8 9 10 12 11 2 3 1 15 13 14 单元过关检测 16 17 √ 二、多项选择题(本题共4小题，每小题4分，共16分。在每小题给出的四个选项中，有多个选项符合题目要求，全选对的得4分，选对但不全的得2分，有选错或不答的得0分) 10．卢瑟福的原子核式结构学说可以解决的问题是(　　) A．解释α粒子散射现象 B．用α粒子散射的实验数据估算原子核的大小 C．结合经典电磁理论，解释原子的稳定性 D．结合经典电磁理论，解释氢原子光谱 √ 4 5 6 7 8 9 10 12 11 2 3 1 15 13 14 单元过关检测 16 17 解析：原子核很小，绝大多数α粒子穿过金箔后几乎沿原方向前进，少数发生较大偏转，故A正确； 影响α粒子运动的主要是带正电的原子核，而绝大多数的α粒子穿过原子时离核较远，受到的库仑斥力很小，运动方向几乎没有改变，只有极少数α粒子可能与核十分接近，受到较大的库仑斥力，才会发生大角度的偏转，根据α粒子散射实验，可以估算出原子核的直径约为10－15 m，故B正确； 卢瑟福的模型在经典电磁理论下是不稳定的，电子绕核运转会辐射电磁波损失能量，故C错误； 经典电磁理论中能量是连续变化的，如此说来原子光谱就应该是连续谱，但是事实上原子光谱是线状谱，故D错误。 4 5 6 7 8 9 10 12 11 2 3 1 15 13 14 单元过关检测 16 17 11．已知类氢结构氦离子(He＋)的能级图如图所示，根据能级跃迁理论可知(　　) A．氦离子(He＋)处于n＝1能级时，能吸收40.8 eV的能量跃迁到n＝2能级 B．大量处在n＝3能级的氦离子(He＋)向低能级跃迁，只能发出2种不同频率的光子 C．氦离子(He＋)从n＝4能级跃迁到n＝3能级比 从n＝3能级跃迁到n＝2能级辐射出光子的波长长 D．氦离子(He＋)从n＝2能级跃迁到基态，释放的光子 比从n＝4能级跃迁到n＝2能级释放的光子的能量小 √ √ 4 5 6 7 8 9 10 12 11 2 3 1 15 13 14 单元过关检测 16 17 解析：吸收的光子能量等于两能级间的能量差，才能发生跃迁，从n＝1能级跃迁到n＝2能级吸收的光子能量为40.8 eV，故A正确； 大量处在n＝3能级的氦离子(He＋)向低能级跃迁，能发出3种不同频率的光子，故B错误； 由题图可知，n＝4能级和n＝3能级的能量差小于n＝3能级和n＝2能级的能量差，则从n＝4能级跃迁到n＝3能级释放的光子能量小于从n＝3能级跃迁到n＝2能级辐射的光子能量，所以从n＝4能级跃迁到n＝3能级比从n＝3能级跃迁到n＝2能级辐射出光子的频率低，波长长，故C正确； 从n＝2能级跃迁到基态释放的光子能量为－13.6 eV－(－54.4 eV)＝40.8 eV，从n＝4能级跃迁到n＝2能级释放的光子能量为－3.4 eV－(－13.6 eV)＝10.2 eV＜40.8 eV，故D错误。 4 5 6 7 8 9 10 12 11 2 3 1 15 13 14 单元过关检测 16 17 12.氢原子能级的示意图如图所示，大量氢原子从n＝4能级向n＝2能级跃迁时辐射出可见光a，从n＝3能级向n＝2能级跃迁时辐射出可见光b，则(　　) A．a光的光子能量大于b光的光子能量 B．氢原子从n＝4能级向n＝3能级跃迁时会辐射出紫外线 C．处于n＝4能级的电子的动能小于处于n＝2能级的动能 D．在真空中传播时，b光的波长较短 √ √ 4 5 6 7 8 9 10 12 11 2 3 1 15 13 14 单元过关检测 16 17 从n＝4能级向n＝3能级跃迁时辐射出的光子能量小于a光子的能量，因为紫外线的能量大于可见光，所以不可能为紫外线，故B错误； 4 5 6 7 8 9 10 12 11 2 3 1 15 13 14 单元过关检测 16 17 4 5 6 7 8 9 10 12 11 2 3 1 15 13 14 单元过关检测 16 17 13．用具有一定动能的电子轰击大量处于基态的氢原子，使这些氢原子被激发到量子数为n(n>2)的激发态，此时出现的氢光谱中有N条谱线，其中波长的最大值为λ。现逐渐提高入射电子的动能，当动能达到某一值时，氢光谱中谱线数增加到N′条，其中波长的最大值变为λ′。下列各式中可能正确的是(　　) A．N′＝N＋n　　　 　 B．N′＝N＋n－1 C．λ′>λ D．λ′<λ √ √ 13 4 5 6 7 8 9 10 11 2 3 1 12 15 14 单元过关检测 16 17 13 4 5 6 7 8 9 10 11 2 3 1 12 15 14 单元过关检测 16 17 三、非选择题(本题共4小题，共48分) 14．(8分)已知电子质量为9.1×10－31 kg，电荷量为－1.6×10－19 C，静电力常量K＝9×109 N·m2/C2，当氢原子核外电子绕核旋转时的轨道半径为0.53×10－10 m时，求电子绕核运动的速度大小、频率、动能和等效的电流。 4 5 6 7 8 9 10 11 2 3 1 12 15 14 13 单元过关检测 16 17 4 5 6 7 8 9 10 11 2 3 1 12 15 14 13 单元过关检测 16 17 答案：2.19×106 m/s　6.58×1015 Hz　2.17×10－18 J　1.05×10－3 A 4 5 6 7 8 9 10 11 2 3 1 12 15 14 13 单元过关检测 16 17 4 5 6 7 8 9 10 11 2 3 1 12 15 13 14 单元过关检测 16 17 答案：1.3×1011 C/kg 4 5 6 7 8 9 10 11 2 3 1 12 15 13 14 单元过关检测 16 17 16．(14分)将氢原子电离，就是从外部给电子能量，使其从基态或激发态脱离原子核的束缚而成为自由电子。氢原子处于基态时，原子能量E1＝－13.6 eV。普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s，光速c＝3×108 m/s。 (1)若要使n＝2激发态的氢原子电离，则至少要用多大频率的电磁波照射该氢原子？(6分) 章末过关检测 4 5 6 7 8 9 10 11 2 3 1 12 13 14 15 16 17 答案：8.21×1014 Hz　 章末过关检测 4 5 6 7 8 9 10 11 2 3 1 12 13 14 15 16 17 (2)若用波长为200 nm的紫外线照射氢原子，则氢原子电离后电子的速度为多大？(电子电荷量e＝1.6×10－19 C，电子质量me＝0.91×10－30 kg)(8分) 章末过关检测 4 5 6 7 8 9 10 11 2 3 1 12 13 14 15 16 17 答案：9.95×105 m/s 章末过关检测 4 5 6 7 8 9 10 11 2 3 1 12 13 14 15 16 17 17．(16分)氢原子处于基态时，原子的能量E1＝－13.6 eV，当处于n＝3的激发态时，能量E3＝－1.51 eV，则：(普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s，光速c＝3×108 m/s，电子电荷量e＝1.6×10－19 C) (1)当氢原子从n＝3的激发态跃迁到n＝1的基态时，向外辐射的光子的波长是多少？(4分) 答案：1.03×10－7 m　 章末过关检测 4 5 6 7 8 9 10 11 2 3 1 12 13 14 15 16 17 (2)若要使处于基态的氢原子电离，至少要用多大频率的电磁波照射原子？(4分) 答案：3.28×1015 Hz 章末过关检测 4 5 6 7 8 9 10 11 2 3 1 12 13 14 15 16 17 (3)若有大量的氢原子处于n＝3的激发态，则在跃迁过程中最多能释放出几种频率的光子？其中波长最长是多少？(8分) 答案：3种　6.58×10－7 m 章末过关检测 4 5 6 7 8 9 10 11 2 3 1 12 13 14 15 16 17 $