四川省南充高级中学2025-2026学年高二下学期周练11物理试卷

**基本信息** 聚焦原子物理核心内容，融合α粒子散射实验、氢原子能级跃迁等基础考点与北斗原子钟、新核素合成等科技情境，适配高二周测巩固与能力提升需求。 **题型特征** |题型|题量/分值|知识覆盖|命题特色| |----|-----------|----------|----------| |单选|5题/20分|α粒子散射实验现象、氢光谱光子能量比较、能级跃迁条件|第4题以北斗原子钟为情境考查能级跃迁，体现科学态度与责任| |多选|4题/16分|光谱类型、巴尔末系谱线、同位素性质|第9题关联四川高考真题，考查离心分离技术中同位素差异，强化科学推理| |填空|1题/10分|核反应方程、质子数与中子数计算|第10题结合钷元素人工合成，落实物质观念| |计算|2题/24分|α粒子散射实验分析、玻尔理论与量子化条件应用|第12题综合索末菲量子化条件推导轨道半径，突出模型建构与科学论证|

姓名： 班级：高2024级 班 高二物理周练11 1．如图甲所示为粒子散射实验装置的示意图，、、、为用目镜观察时的四个不同位置；如图乙所示为粒子散射实验的场景图，实线为粒子的运动轨迹，、、为同一轨迹上的三点，点距离原子核最近。正确的是（ ） A．图甲中，目镜在位置时，荧屏上的亮斑与点的亮斑相差不多 B．图甲中，目镜在位置时，荧屏上没有亮斑 C．图乙中，粒子从经到的过程，粒子的电势能一直增加 D．该实验说明原子内的绝大部分是空的 2．如图为α粒子散射的实验装置示意图，实验发现有少数α粒子发生了大角度偏转，说明（　　） A．α粒子跟电子发生了碰撞 B．原子的质量均匀分布 C．原子内的正电荷均匀分布 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内 3．氢光谱中有4条可见光光谱，如图甲所示，对其发出的Hγ和Hβ两种光，下列说法正确的是（　　） A．Hγ光子的能量比Hβ的小 B．Hγ和Hβ两种光射向三棱镜后光线如乙图，则a光是Hγ C．在图丙实验中，把Hγ换成Hβ后条纹间距将变大 D．用同一装置做圆孔衍射实验，Hγ的中央亮斑直径比Hβ的大 4．北斗卫星导航系统（简称北斗系统）中的“北斗三号”搭载了氢原子钟，原子钟通过氢原子能级跃迁产生电磁波校准时钟。氢原子的部分能级结构如图，则（　　） A．用10.5eV的光子照射，能使处于基态的氢原子跃迁到激发态 B．氢原子由基态跃迁到激发态后，原子的电势能增大、电子动能增大 C．一群处于n=4能级的氢原子向低能级跃迁时，最多可以辐射3种不同频率的光子 D．一群处于n=4能级的氢原子向低能级跃迁时，最多可以辐射6种不同频率的光子 5．图为氢原子的能级示意图，已知紫外光的光子能量在3.11eV至124eV之间，当大量处于能级的氢原子向低能级跃迁时，辐射出不同频率的电磁波中紫外光有（　） A．3种 B．4种 C．5种 D．6种 6．2026年3月，中国科学院近代物理研究所依托兰州重离子加速器，首次合成新核素锫235（），该核素通过衰变生成镅231（），其衰变方程为：。则（  ） A．该反应属于β衰变 B．衰变过程中存在质量亏损，释放核能 C．镅231的中子数比锫235多 D．低温会增大锫235的半衰期 7．(多选)原子内部电子的运动是原子发光的原因，所以研究光谱的特征谱线可以用来探索原子内部结构，从而可以鉴别物质和确定物质的组成成分，下列说法正确的是（  ） A．氢原子光谱是线状谱 B．氢原子光谱是连续谱 C．观察到的月亮光谱是发射光谱 D．钨丝白炽灯产生的光谱是连续谱 8．（多选）已知可见光的光子能量介于1.6 eV-3.1 eV。氢原子从高能级向能级跃迁时释放的光子形成的光谱线，称为巴尔末系谱线。图甲为氢原子的能级图，图乙为氢原子的光谱图（巴尔末系），是巴尔末系中波长最长的谱线。正确的是（ ） A．是氢原子从能级向能级跃迁时产生的 B．的光子能量为2.86 eV C．一群处于能级的氢原子向低能级跃迁时最多可以辐射出10种光子 D．一个处于能级的氢原子向低能级跃迁时最多可以辐射出1个光子 9．（多选，2026年四川高考）分离铀238和铀235常采用离心分离技术，将含有铀238和铀235两种同位素的气态六氟化铀238UF6和235UF6在高速转动的气体离心机中进行分离，如图所示。则（  ） A．图中a为235UF6分子 B．图中a为238UF6分子 C．铀238和铀235的中子数相同 D．铀238和铀235的质子数相同 10．钷（Pm）是最后一个被发现的天然稀土元素，其发现过程推动了元素周期表的完善。钷（Pm）元素是一种具有放射性的金属元素，在自然界中含量极低，主要通过人工合成获得。钷（Pm）可以由得到，钷（Pm）元素不稳定，可以发生如下反应。回答下列问题： (1)X是 ； (2)Y是 ；(3)核内有 个质子， 个中子。 11.卢瑟福的α粒子散射实验奠定了原子核式结构的基本模型，但是关于核外电子运动状态的描述与经典理论形成了矛盾，玻尔引入量子化概念，提出了玻尔理论。 （1）如图为粒子散射实验的示意图，正确的是（  ） A．该实验容器应抽成真空 B．在位置②接收到的粒子最多 C．在位置①接收到粒子说明正电荷不可能均匀分布在原子内 D．该实验无法估测原子核的直径 （2）依据经典电磁理论，原子发出的光谱为__________（A．明线光谱　B．连续光谱） （3）依据玻尔理论，原子处于不连续的能量状态，原子从一个能量状态跃迁到另外一个能量状态，会吸收或发射一定频率的光子，图为氢原子的能级图。 ①由图可知，一个处于基态的氢原子跃迁到n=4能级，需要吸收的光子能量应__________（A．等于12.75eV　　B．只要不小于12.75eV即可） ②一群处于n=5能级的氢原子，跃迁到基态最多能发出______种不同频率的光子 ③若一个氢原子连续经历了从n=4n=3n=2的能级跃迁，放出的光子波长分别为、，另一氢原子则从n=4直接跃迁到n=2，放出的光子波长为，则、、满足的关系式为=__________ 12.在量子力学诞生以前，玻尔提出了原子结构假说，建构了原子模型：电子在库仑引力作用下绕原子核做匀速圆周运动时，原子只能处于一系列不连续的能量状态中（定态），原子在各定态所具有的能量值叫作能级，不同能级对应于电子的不同运行轨道。电荷量为的点电荷A固定在真空中，将另一电荷量为的点电荷从无穷远移动到距A为r的过程中，库仑力做功。已知电子质量为m、元电荷为e、静电力常量为k、普朗克常量为h，规定无穷远处电势能为零。 （1）若已知氢原子核外电子运行在半径为的轨道上，求电子运动的周期及动量的大小，氢原子系统的电势能。 （2）为了计算玻尔原子模型的这些轨道半径，需要引入额外的假设，即量子化条件。物理学家索末菲提出了“索末菲量子化条件”，它可以表述为：电子绕原子核（可看作静止）做圆周运动的轨道周长为电子物质波波长（电子物质波波长与其动量p的关系为λ= ）的整数倍，倍数n即轨道量子数。①请结合索末菲量子化条件，求氢原子轨道量子数为n的轨道半径，及其所对应的能级。②已知氢原子基态的能级为-13.6ev，为使处于基态的氢原子跃迁到激发态，求入射光子所需的最小能量。 高二物理周练11试卷第1页，共3页 高二物理周练11 试卷第1页，共3页 学科网（北京）股份有限公司 $ 高二物理周练11参考答案 1．如图甲所示为粒子散射实验装置的示意图，、、、为用目镜观察时的四个不同位置；如图乙所示为粒子散射实验的场景图，实线为粒子的运动轨迹，、、为同一轨迹上的三点，点距离原子核最近。则下列说法正确的是（     ） A．图甲中，目镜在位置时，荧屏上的亮斑与点的亮斑相差不多 B．图甲中，目镜在位置时，荧屏上没有亮斑 C．图乙中，粒子从经到的过程，粒子的电势能一直增加 D．该实验说明原子内的绝大部分是空的 【答案】D 【详解】A．α粒子散射实验中，绝大多数α粒子沿直线运动，少数粒子发生偏转，极少数粒子发生大角度偏转，个别粒子被反弹，所以图甲中，目镜在a位置时，荧屏上的亮斑比b点的亮斑多，故A错误； B．图甲中，目镜在d位置时，荧屏上有亮斑，但亮斑的数目极少，故B错误； C．图乙中，由于b点离原子核最近，则α粒子从a到b的过程，电场力做负功，α粒子的电势能增加，α粒子从b到c的过程，电场力做正功，α粒子的电势能减少，则该过程中α粒子的电势能先增加后减少，故C错误； D．α粒子散射实验中，绝大多数α粒子穿过金箔后仍沿原来方向前进，说明原子中绝大部分是空的，故D正确。 故选D。 2．如图为α粒子散射的实验装置示意图，实验发现有少数α粒子发生了大角度偏转，说明（　　） A．α粒子跟电子发生了碰撞 B．原子的质量均匀分布 C．原子内的正电荷均匀分布 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内 【答案】D 【详解】A．α粒子质量远大于电子，电子对α粒子运动几乎没有影响，大角度偏转不是碰撞电子导致的，A错误； BC．如果原子的质量、正电荷均匀分布，α粒子受到的库仑斥力很小，不可能发生大角度偏转，BC错误； D．只有原子的全部正电荷、几乎全部质量都集中在很小的原子核（极小空间）中时，少数靠近原子核的α粒子才会受到很大的库仑斥力，发生大角度偏转，D正确。 故选D 。 3．氢光谱中有4条可见光光谱，如图甲所示，对其发出的Hγ和Hβ两种光，下列说法正确的是（　　） A．Hγ光子的能量比Hβ的小 B．Hγ和Hβ两种光射向三棱镜后光线如乙图，则a光是Hγ C．在图丙实验中，把Hγ换成Hβ后条纹间距将变大 D．用同一装置做圆孔衍射实验，Hγ的中央亮斑直径比Hβ的大 【答案】C 【详解】A．由甲图可知，光子的频率比的大，根据可知光子的能量比的大，故A错误； B．在乙图光偏折角度较小，折射率较小，即光的频率较小，所以光是，故B错误； C．在劈尖干涉中，条纹间距与波长成正比，由于光子的频率比的大，根据可知光子的波长比的小，所以在图丙实验中的条纹间距换成后将变大，故C正确； D．在圆孔衍射时，波长越短，中央亮斑的直径越小，则用同一装置做圆孔衍射实验，的中央亮斑直径比的小，故D错误。 故选C。 4．北斗卫星导航系统（简称北斗系统）中的“北斗三号”搭载了氢原子钟，原子钟通过氢原子能级跃迁产生电磁波校准时钟。氢原子的部分能级结构如图，则（　　） A．用10.5eV的光子照射，能使处于基态的氢原子跃迁到激发态 B．氢原子由基态跃迁到激发态后，原子的电势能增大、电子动能增大 C．一群处于n=4能级的氢原子向低能级跃迁时，最多可以辐射3种不同频率的光子 D．一群处于n=4能级的氢原子向低能级跃迁时，最多可以辐射6种不同频率的光子 【答案】D 【详解】A．处于基态的氢原子跃迁到激发态，如果到第2能级，则 如果到第3能级，则 由此可知，10.5eV的光子能量不符合跃迁条件，故A错误； B．按照玻尔理论，氢原子由基态跃迁到激发态，核外电子从低轨道跃迁到高轨道，克服库仑力做功，原子的电势能增大，由于合外力做负功，根据动能定理可知，动能减小，故B错误； CD．大量处于n=4激发态的氢原子，向低能级跃迁能辐射的光子种类有，故C错误； 故D正确。 故选D。 5．图为氢原子的能级示意图，已知紫外光的光子能量在3.11eV至124eV之间，当大量处于能级的氢原子向低能级跃迁时，辐射出不同频率的电磁波中紫外光有（　　 ） A．3种 B．4种 C．5种 D．6种 【答案】A 【详解】大量处于n=4能级的氢原子向低能级跃迁时，辐射不同频率的光子种类数为种。根据玻尔理论，辐射光子的能量等于两能级之差，即 从n=4跃迁到n=3释放的能量为 从n=4跃迁到n=2释放的能量为 从n=4跃迁到n=1释放的能量为 从n=3跃迁到n=2释放的能量为 从n=3跃迁到n=1释放的能量为 从n=2跃迁到n=1释放的能量为 已知紫外光的光子能量在3.11eV至124eV之间，上述6种光子中，能量在此范围内的有、、，共3种。 故选A。 6．2026年3月，中国科学院近代物理研究所依托兰州重离子加速器，首次合成新核素锫235（），该核素通过衰变生成镅231（），其衰变方程为：。则（     ） A．该反应属于β衰变 B．衰变过程中存在质量亏损，释放核能 C．镅231的中子数比锫235多 D．低温会增大锫235的半衰期 【答案】B 【详解】根据核反应电荷数守恒、质量数守恒，可算出粒子X的质量数为，电荷数为，即X为α粒子（），该衰变为α衰变。 A．该反应释放α粒子，属于α衰变；β衰变释放电子，反应后新核电荷数会增加1，与题意不符，故A错误； B．衰变是放能核反应，反应前原子核总质量大于反应后所有生成物的总质量，存在质量亏损，根据质能方程，会释放核能，故B正确； C．原子核中子数=质量数-质子数，锫235的中子数为，镅231的中子数为，镅231的中子数比锫235少2，故C错误； D．半衰期是放射性元素原子核的固有属性，仅由原子核内部结构决定，与外界温度、压强、化学状态等外界条件无关，低温不会改变其半衰期，故D错误。 故选B。 7．(多选)原子内部电子的运动是原子发光的原因，所以研究光谱的特征谱线可以用来探索原子内部结构，从而可以鉴别物质和确定物质的组成成分，下列说法正确的是（     ） A．氢原子光谱是线状谱 B．氢原子光谱是连续谱 C．观察到的月亮光谱是发射光谱 D．钨丝白炽灯产生的光谱是连续谱 【答案】AD 【详解】AB．氢原子光谱是线状谱，波长是一系列不连续的、分立的特征谱线，选项A正确、B错误； C．由于月亮反射太阳光，月亮光谱是吸收光谱，选项C错误； D．钨丝白炽灯产生的光谱是连续光谱，选项D正确。 故选AD。 8．（多选）已知可见光的光子能量介于1.6 eV-3.1 eV。氢原子从高能级向能级跃迁时释放的光子形成的光谱线，称为巴尔末系谱线。图甲为氢原子的能级图，图乙为氢原子的光谱图（巴尔末系），是巴尔末系中波长最长的谱线。下列说法正确的是（     ） A．是氢原子从能级向能级跃迁时产生的 B．的光子能量为2.86 eV C．一群处于能级的氢原子向低能级跃迁时最多可以辐射出10种光子 D．一个处于能级的氢原子向低能级跃迁时最多可以辐射出1个光子 【答案】AC 【详解】A．氢原子从n=3能级向n=2能级跃迁时，释放的光子能量最小，根据可知，波长最长，故是氢原子从n=3能级向n=2能级跃迁时产生的，故A正确； B．光子波长最短、能量最大，因此它是氢原子从n=6能级向n=2能级跃迁时产生的，故光子能量为，故B错误； C．一群处于能级的氢原子向低能级跃迁时最多可以辐射出种光子，故C正确； D．一个处于能级的氢原子向低能级跃迁时最多可以辐射出个光子，故D错误。 故选AC。 9．（多选，2026年四川高考）分离铀238和铀235常采用离心分离技术，将含有铀238和铀235两种同位素的气态六氟化铀238UF6和235UF6在高速转动的气体离心机中进行分离，如图所示。则（     ） A．图中a为235UF6分子 B．图中a为238UF6分子 C．铀238和铀235的中子数相同 D．铀238和铀235的质子数相同 【答案】BD 【详解】AB．离心机高速转动时，所有分子转动的角速度ω相同，分子做圆周运动所需向心力F=mω2r。238UF6的分子质量大于235UF6，质量更大的分子需要的向心力更大，更容易发生离心运动，向半径更大的外侧（筒壁附近）聚集，因此： 外侧的a处聚集质量更大的238UF6，内侧b处聚集质量更小的235UF6，故A错误，B正确。 CD．铀238和铀235是铀元素的同位素，同位素的定义是质子数相同、中子数不同的同一元素的不同核素，故C错误，D正确。 故选BD。 10．钷（Pm）是最后一个被发现的天然稀土元素，其发现过程推动了元素周期表的完善。钷（Pm）元素是一种具有放射性的金属元素，在自然界中含量极低，主要通过人工合成获得。钷（Pm）可以由得到，钷（Pm）元素不稳定，可以发生如下反应。回答下列问题： (1)X是什么粒子； (2)Y是什么粒子； (3)核内有多少个质子，多少个中子？ 【答案】(1)电子 (2)电子 (3)62，85 【详解】（1）设粒子的质量数为a，电荷数为b，根据质量数守恒、电荷数守恒分别有， 解得， 可知粒子为电子。 （2）根据质量数守恒、电荷数守恒可知，Y粒子的质量数为0，电荷数为，可知Y粒子为电子。 （3）核内质子数为62。 根据质量数=质子数+中子数，可得中子数为。 11.卢瑟福的α粒子散射实验奠定了原子核式结构的基本模型，但是关于核外电子运动状态的描述与经典理论形成了矛盾，玻尔引入量子化概念，提出了玻尔理论。 （1）如图为粒子散射实验的示意图，下列说法正确的是（     ） A．该实验容器应抽成真空 B．在位置②接收到的粒子最多 C．在位置①接收到粒子说明正电荷不可能均匀分布在原子内 D．该实验无法估测原子核的直径 （2）依据经典电磁理论，原子发出的光谱为__________（A．明线光谱　B．连续光谱） （3）依据玻尔理论，原子处于不连续的能量状态，原子从一个能量状态跃迁到另外一个能量状态，会吸收或发射一定频率的光子，图为氢原子的能级图。 ①由图可知，一个处于基态的氢原子跃迁到n=4能级，需要吸收的光子能量应__________（A．等于12.75eV　　B．只要不小于12.75eV即可） ②一群处于n=5能级的氢原子，跃迁到基态最多能发出______种不同频率的光子 ③若一个氢原子连续经历了从n=4n=3n=2的能级跃迁，放出的光子波长分别为、，另一氢原子则从n=4直接跃迁到n=2，放出的光子波长为，则、、满足的关系式为=__________ 【答案】11．（1）AC （2）B （3） ① A ② 10 ③ 【详解】11．（1）A．为了避免α粒子与空气分子碰撞影响实验结果，容器需要抽成真空，故A正确； B．大多数α粒子方向几乎不变，位置③（原入射方向）接收到的α粒子最多，位置②偏转较少，因此接收到的α粒子远少于位置③，故B错误； C．若正电荷均匀分布在原子内，不会产生大角度偏转，位置①能接收到大角度偏转的α粒子，说明正电荷集中在很小的空间内，不是均匀分布，故C正确； D．α粒子散射实验可以通过偏转情况估测原子核的直径数量级，故D错误。 故选AC。 （2）经典电磁理论认为：电子绕核运动时能量持续连续损失，辐射的电磁波能量是连续的，因此原子光谱为连续光谱。 故选B。 （3） ①基态氢原子跃迁到n=4的吸能要求 能级差。氢原子跃迁吸收光子时，只有光子能量等于能级差才能发生跃迁（电离才要求能量不小于电离能，本题是定态跃迁），因此需要吸收能量等于12.75 eV的光子。 故选 A。 ②一群氢原子从5能级向低能级跃迁，发出光子种类为 ③波长关系式 根据能级能量关系 结合 得 解得 12.在量子力学诞生以前，玻尔提出了原子结构假说，建构了原子模型：电子在库仑引力作用下绕原子核做匀速圆周运动时，原子只能处于一系列不连续的能量状态中（定态），原子在各定态所具有的能量值叫作能级，不同能级对应于电子的不同运行轨道。电荷量为的点电荷A固定在真空中，将另一电荷量为的点电荷从无穷远移动到距A为r的过程中，库仑力做功。已知电子质量为m、元电荷为e、静电力常量为k、普朗克常量为h，规定无穷远处电势能为零。 （1）若已知氢原子核外电子运行在半径为的轨道上，求电子运动的周期及动量的大小，氢原子系统的电势能。 （2）为了计算玻尔原子模型的这些轨道半径，需要引入额外的假设，即量子化条件。物理学家索末菲提出了“索末菲量子化条件”，它可以表述为：电子绕原子核（可看作静止）做圆周运动的轨道周长为电子物质波波长（电子物质波波长与其动量p的关系为）的整数倍，倍数n即轨道量子数。 ①请结合索末菲量子化条件，求氢原子轨道量子数为n的轨道半径，及其所对应的能级。 ②已知氢原子基态的能级为，为使处于基态的氢原子跃迁到激发态，求入射光子所需的最小能量。 12.答案：（1），， （2）①，；② 解析：（1）根据牛顿第二定律 解得 根据，动量 解得 电子在轨道运动的势能即氢原子系统的电势能 （2）①氢原子轨道量子数为n的轨道半径，电子的速率为 根据牛顿第二定律 由题意知，动量 联立可得 电子的动能 电子的势能为 所以此时的能级为 ② 结合上一小问的能级表达式可知 为使处于基态的氢原子跃迁到激发态，即跃迁到第二能级，则入射光子所需的最小能量 解得 试卷第1页，共3页 试卷第1页，共3页 学科网（北京）股份有限公司 $