第十四章 专题2　原子结构 专项练习 -2027届高考物理一轮专题复习

**基本信息** 聚焦原子结构核心实验与理论，通过基础巩固到高考过关的层级设计，强化物质观念与科学推理的应用。 **专项设计** |模块|题量/典例|题型特征|知识逻辑| |----|-----------|----------|----------| |原子核式结构实验分析|2题（α粒子散射实验偏转分析）|实验现象解释题|从α粒子散射实验现象推导原子核式结构特点，构建原子模型认知| |氢原子能级跃迁应用|6题（跃迁光谱/光电效应判断）|能级规律应用题|基于玻尔理论，通过能级差分析光子能量、光谱线及光电效应，形成能量观念|

课时2　原子结构 课时作业 A级·基础巩固练 命题视角1　阴极射线与α粒子相关实验分析,掌握原子核式结构特点 1.在α粒子散射实验中,有少数α粒子发生了大角度的偏转,其原因是(　　) A.原子中存在带负电的电子 B.正电荷在原子内是均匀分布的 C.原子只能处在一系列不连续的能量状态中 D.占原子质量绝大部分的带正电的物质集中在很小的空间范围 解析:D　带负电的电子质量很小,不是影响α粒子发生大角度偏转的原由,故A错误;原子中的原子核很小,核外很“空旷”, 原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核,这才是影响α粒子发生大角度偏转的根本原因,故B错误,D正确;少数α粒子发生大角度的偏转与原子处在一系列不连续的能量状态中没有关系,故C错误。 2.1909年卢瑟福指导他的学生做了著名的α粒子散射实验。α粒子轰击金箔的轨迹如图所示。下列说法不正确的是(　　) A.少数α粒子穿过金箔后发生较大角度的偏转是由于其与电子发生了碰撞 B.绝大多数α粒子沿直线穿过,偏转角很小,说明原子内部大部分是中空的 C.极少数α粒子被弹回,说明原子中心是一个体积小、带正电且占有原子几乎全部质量的核 D.α粒子散射实验中,当α粒子最接近原子核时,电势能最大 解析:A　少数α粒子穿过金箔后发生较大角度的偏转是由于α粒子受到金箔原子核的斥力作用较大,而非与电子发生了碰撞,A错误,符合题意;绝大多数α粒子沿直线穿过,偏转角很小,说明原子内部大部分是中空的,B正确,不符合题意;极少数α粒子被弹回,说明原子中心是一个体积小、带正电且占有原子几乎全部质量的核,C正确,不符合题意;α粒子散射实验中,当α粒子接近原子核时,受到静电斥力作用,则静电力对α粒子做负功,电势能增大,因此当α粒子最接近原子核时,电势能最大,D正确,不符合题意。 命题视角2　了解氢原子光谱与玻尔理论,掌握氢原子能量与能级跃迁 3.大量处于n=4激发态的氢原子,当它们自发地跃迁到较低能级时,下列说法正确的是(　　) A.氢原子跃迁时可以发出连续光谱 B.由n=4能级跃迁到n=3能级时发出光子的波长最长 C.这些氢原子跃迁时最多可产生3种不同频率的光子 D.核外电子轨道半径减小,动能增加,电势能减小,总能量不变 解析:B　氢原子跃迁时发出特定频率的光子,形成线状光谱,而非连续光谱,故A错误;由n=4跃迁到n=3时能级差最小,光子能量最小,根据ε=hν=h,可知波长最长,故B正确;大量处于n=4的氢原子跃迁时,根据=6可知最多可产生6种不同频率的光子,故C错误;跃迁到低能级时,轨道半径减小,动能增大,电势能减小,但总能量减少(能级降低),故D错误。 4.大连相干光源是我国第一台高增益自由电子激光用户装置,其激光辐射所应用的玻尔原子理论很好地解释了氢原子的光谱特征。氢原子的能级示意图如图所示,已知金属钾的逸出功为2.25 eV,当大量处于n=3能级的氢原子向低能级跃迁时,辐射的光能使金属钾发生光电效应的有(　　) A.4种 B.3种 C.2种 D.1种 解析:C　大量处于n=3能级的氢原子向低能级跃迁时,能够辐射出不同频率的光的种类为=3种,辐射出光子的能量分别为ΔE1=E3-E1=-1.51 eV-(-13.6 eV)=12.09 eV,ΔE2=E3-E2= -1.51 eV-(-3.4 eV)=1.89 eV,ΔE3=E2-E1=-3.4 eV-(-13.6 eV)=10.2 eV,其中ΔE1>2.25 eV, ΔE2<2.25 eV,ΔE3>2.25 eV,所以辐射的光能使金属钾发生光电效应的有2种。 5.(2025·强基联盟联考)氢原子能级图如图所示,下列说法正确的是(　　) A.原子从高能级向低能级跃迁时,释放的能量大于两者能级差 B.原子从不同高能级向同一低能级跃迁时发出的光属于同一谱线系 C.赖曼系是原子从较高能级向量子数为3的能级跃迁时发出的光谱线 D.若巴耳末系的光能使某金属发生光电效应,则帕邢系的光也一定能使该金属发生光电效应 解析:B　原子从高能级向低能级跃迁时,释放的能量等于两者能级差,故A错误;由题图可知,原子从不同高能级向同一低能级跃迁时发出的光属于同一谱线系,故B正确;赖曼系是原子从较高能级向量子数为1的能级跃迁时发出的光谱线,故C错误;结合玻尔理论可知,帕邢系的光子的能量值小于巴耳末系光子的能量值,所以若巴耳末系的某种光能使一金属发生光电效应,则帕邢系的光不一定能使该金属发生光电效应,故D错误。 6.我国太阳探测科学技术试验卫星“羲和号”在国际上首次成功实现空间太阳Hα波段光谱扫描成像。Hα和Hβ为氢原子由n=3或n=4能级向n=2能级跃迁产生的谱线(如图甲),图乙为氢原子的能级示意图,则(　　) A.Hα是由n=4能级向n=2能级跃迁产生的 B.用同一双缝干涉装置研究这两种光的干涉现象,Hβ的条纹间距大 C.Hα的光子动量大于Hβ的光子动量 D.Hβ对应的光子不能使氢原子从基态跃迁到激发态 解析:D　由题图可知,Hα的频率小,对应光子的能量小,是由n=3能级向n=2能级跃迁产生的,故A错误;Hα的频率小,波长大,双缝干涉条纹间距为Δx=λ,所以用同一双缝干涉装置研究这两种光的干涉现象,Hα的条纹间距大,故B错误;光子动量为p=,因Hα的波长大于Hβ的波长,故Hα的光子动量小于Hβ的光子动量,故C错误;氢原子从基态跃迁到激发态需要能量E= -3.4 eV-(-13.6) eV=10.2 eV,Hβ对应的光子能量Eβ=E4-E2=-0.85 eV-(-3.4) eV=2.55 eV< 10.2 eV,不能使氢原子从基态跃迁到激发态,故D正确。 B级·高考过关练 7.(2025·金丽衢二模)(多选)原子钟对提升导航定位、深空探测、电力系统授时等技术具有重要意义,某原子钟工作原子的四能级体系如图所示。首先,工作原子吸收波长为λ0的光子a,从基态能级Ⅰ跃迁至激发态能级Ⅱ。然后,工作原子自发辐射出波长为λ1的光子,跃迁到“钟跃迁”的上能级2,并在一定条件下跃迁到“钟跃迁”的下能级1,辐射出波长为λ2的光子,实现受激辐射,发出钟激光。最后,工作原子从下能级1回到基态,同时辐射出波长为λ3的光子。则(　　) A.某“振荡器”产生的电磁场能使工作原子从能级1跃迁到能级2,则“振荡器”的振荡频率为 B.该原子钟产生的钟激光的波长λ2=λ0-λ1-λ3 C.光子a的动量一定比钟激光的动量大 D.钟激光可以让某金属材料发生光电效应,光子a一定也可以 解析:ACD　当电磁场能使工作原子从能级1跃迁到能级2时,说明电磁场的波长等于λ2,由电磁波的波速公式c=λν可知“振荡器”的振荡频率为,故A正确;由能量守恒可以判断ε0=ε1+ε2+ε3,代入光子能量公式ε=hν和公式c=λν,可得=++,化简可得=--,故B错误;由光子动量公式p=、光子能量公式ε=hν和公式c=λν,可知p=,由题意可知ε0>ε2,所以p0>p2,故C正确;发生光电效应需要入射光频率大于截止频率,光子a的能量大于钟激光的能量,由光子能量公式ε=hν可知,光子a的频率大于钟激光的频率,所以当钟激光可以让某金属材料发生光电效应时,光子a一定也可以,故D正确。 8.(2025·嘉兴一模)如图甲所示,分别用a、b两种可见光照射光电管的K极,得到光电流与光电管两极之间的电压关系如图乙所示,图丙为氢原子的能级图。依据玻尔原子模型理论,若取无穷远处为零电势点,氢原子的电势能可表示为Ep=-k(k为静电力常量,e为元电荷,r为两电荷之间的距离),则(　　) A.滑动变阻器滑片向右移动时光电流不为零且保持不变 B.处于第2能级时,氢原子电子绕核运动的动能为6.8 eV C.当电压U的值介于Uc1和Uc2之间,此时只有a光照射时才发生光电效应 D.氢原子吸收能量,电子速率增大为绕核速率的倍时,可成为自由电子 解析:D　滑动变阻器滑片向右移动时,光电管反向电压增大,光电流不为零且减小,故A错误;根据库仑力提供向心力有=,则动能为Ek=mv2==-Ep,则处于第2能级时,有Ek+Ep=-3.4 eV,解得Ek=3.4 eV,故B错误;能否发生光电效应与遏止电压大小无关,则当电压U的值介于Uc1和Uc2之间,此时b光照射时一定能发生光电效应且会有光电流,而a光照射时无光电流产生,但是仍能发生光电效应,故C错误;根据库仑力提供向心力有=,解得v=,电离时电势能为0,根据能量守恒定律有mv′2-=0,解得v′==v,故D正确。 学科网（北京）股份有限公司 $ 课时2　原子结构 课时作业 A级·基础巩固练 命题视角1　阴极射线与α粒子相关实验分析,掌握原子核式结构特点 1.在α粒子散射实验中,有少数α粒子发生了大角度的偏转,其原因是(　　) A.原子中存在带负电的电子 B.正电荷在原子内是均匀分布的 C.原子只能处在一系列不连续的能量状态中 D.占原子质量绝大部分的带正电的物质集中在很小的空间范围 2.1909年卢瑟福指导他的学生做了著名的α粒子散射实验。α粒子轰击金箔的轨迹如图所示。下列说法不正确的是(　　) A.少数α粒子穿过金箔后发生较大角度的偏转是由于其与电子发生了碰撞 B.绝大多数α粒子沿直线穿过,偏转角很小,说明原子内部大部分是中空的 C.极少数α粒子被弹回,说明原子中心是一个体积小、带正电且占有原子几乎全部质量的核 D.α粒子散射实验中,当α粒子最接近原子核时,电势能最大 命题视角2　了解氢原子光谱与玻尔理论,掌握氢原子能量与能级跃迁 3.大量处于n=4激发态的氢原子,当它们自发地跃迁到较低能级时,下列说法正确的是(　　) A.氢原子跃迁时可以发出连续光谱 B.由n=4能级跃迁到n=3能级时发出光子的波长最长 C.这些氢原子跃迁时最多可产生3种不同频率的光子 D.核外电子轨道半径减小,动能增加,电势能减小,总能量不变 4.大连相干光源是我国第一台高增益自由电子激光用户装置,其激光辐射所应用的玻尔原子理论很好地解释了氢原子的光谱特征。氢原子的能级示意图如图所示,已知金属钾的逸出功为2.25 eV,当大量处于n=3能级的氢原子向低能级跃迁时,辐射的光能使金属钾发生光电效应的有(　　) A.4种 B.3种 C.2种 D.1种 5.(2025·强基联盟联考)氢原子能级图如图所示,下列说法正确的是(　　) A.原子从高能级向低能级跃迁时,释放的能量大于两者能级差 B.原子从不同高能级向同一低能级跃迁时发出的光属于同一谱线系 C.赖曼系是原子从较高能级向量子数为3的能级跃迁时发出的光谱线 D.若巴耳末系的光能使某金属发生光电效应,则帕邢系的光也一定能使该金属发生光电效应 6.我国太阳探测科学技术试验卫星“羲和号”在国际上首次成功实现空间太阳Hα波段光谱扫描成像。Hα和Hβ为氢原子由n=3或n=4能级向n=2能级跃迁产生的谱线(如图甲),图乙为氢原子的能级示意图,则(　　) A.Hα是由n=4能级向n=2能级跃迁产生的 B.用同一双缝干涉装置研究这两种光的干涉现象,Hβ的条纹间距大 C.Hα的光子动量大于Hβ的光子动量 D.Hβ对应的光子不能使氢原子从基态跃迁到激发态 B级·高考过关练 7.(2025·金丽衢二模)(多选)原子钟对提升导航定位、深空探测、电力系统授时等技术具有重要意义,某原子钟工作原子的四能级体系如图所示。首先,工作原子吸收波长为λ0的光子a,从基态能级Ⅰ跃迁至激发态能级Ⅱ。然后,工作原子自发辐射出波长为λ1的光子,跃迁到“钟跃迁”的上能级2,并在一定条件下跃迁到“钟跃迁”的下能级1,辐射出波长为λ2的光子,实现受激辐射,发出钟激光。最后,工作原子从下能级1回到基态,同时辐射出波长为λ3的光子。则(　　) A.某“振荡器”产生的电磁场能使工作原子从能级1跃迁到能级2,则“振荡器”的振荡频率为 B.该原子钟产生的钟激光的波长λ2=λ0-λ1-λ3 C.光子a的动量一定比钟激光的动量大 D.钟激光可以让某金属材料发生光电效应,光子a一定也可以 8.(2025·嘉兴一模)如图甲所示,分别用a、b两种可见光照射光电管的K极,得到光电流与光电管两极之间的电压关系如图乙所示,图丙为氢原子的能级图。依据玻尔原子模型理论,若取无穷远处为零电势点,氢原子的电势能可表示为Ep=-k(k为静电力常量,e为元电荷,r为两电荷之间的距离),则(　　) A.滑动变阻器滑片向右移动时光电流不为零且保持不变 B.处于第2能级时,氢原子电子绕核运动的动能为6.8 eV C.当电压U的值介于Uc1和Uc2之间,此时只有a光照射时才发生光电效应 D.氢原子吸收能量,电子速率增大为绕核速率的倍时,可成为自由电子 学科网（北京）股份有限公司 $