高考物理二轮复习专项训练模型83 原子核式结构和能级模型（解析版）

模型83原子核式结构和能级模型1.（2023学业水平等级考试上海卷）关于α粒子散射实验，下列说法正确的是A.实验必须在真空中进行B.荧光屏的作用是为了阻挡α粒子C.实验用显微镜必须正对放射源D.证明了原子核内有质子存在【参考答案】A【名师解析】由于α粒子具有很强的电离作用，所以α粒子散射实验装置必须在真空中进行，否则α粒子会电离空气，影响实验结果，A正确；α粒子打在荧光屏上产生荧光，所以荧光屏的作用是为了便于观察，B错误；为了观察射向不同方向的α粒子数目，显微镜要更换不同位置观察，C错误；卢瑟福利用α粒子散射实验，证明了原子的有核模型，不能证明核内有质子存在，D错误。2.（2023高考山东高中学业水平等级考试）“梦天号”实验舱携带世界首套可相互比对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。如图所示为某原子钟工作的四能级体系，原子吸收频率为ν0的光子从基态能级I跃迁至激发态能级Ⅱ，然后自发辐射出频率为ν1的光子，跃迁到钟跃迁的上能级2，并在一定条件下可跃迁到钟跃迁的下能级1，实现受激辐射，发出钟激光，最后辐射出频率为ν3的光子回到基态。该原子钟产生的钟激光的频率ν2为（）A.SKIPIF1<0 B.SKIPIF1<0 C.SKIPIF1<0 D.SKIPIF1<0【参考答案】D【名师解析】原子吸收频率为ν0的光子从基态能级I跃迁至激发态能级Ⅱ时有SKIPIF1<0且从激发态能级Ⅱ向下跃迁到基态I的过程有SKIPIF1<0联立解得ν2=ν0-ν1-ν3，D正确。3.（2023高考选择性考试辽宁卷）原子处于磁场中，某些能级会发生劈裂。某种原子能级劈裂前后的部分能级图如图所示，相应能级跃迁放出的光子分别设为①②③④。若用①照射某金属表面时能发生光电效应，且逸出光电子的最大初动能为Ek，则（）A.①和③的能量相等B.②的频率大于④的频率C.用②照射该金属一定能发生光电效应D.用④照射该金属逸出光电子的最大初动能小于Ek【参考答案】A【名师解析】由图可知①和③对应的跃迁能级差相同，可知①和③的能量相等，选项A正确；因②对应的能级差小于④对应的能级差，可知②的能量小于④的能量，根据SKIPIF1<0可知②的频率小于④的频率，选项B错误；因②对应的能级差小于①对应的能级差，可知②的能量小于①，②的频率小于①，则若用①照射某金属表面时能发生光电效应，用②照射该金属不一定能发生光电效应，选项C错误；因④对应的能级差大于①对应的能级差，可知④的能量大于①，即④的频率大于①，因用①照射某金属表面时能逸出光电子的最大初动能为Ek，根据SKIPIF1<0则用④照射该金属逸出光电子的最大初动能大于Ek，选项D错误。4.（2023高考湖北卷）2022年10月，我国自主研发的“夸父一号”太阳探测卫星成功发射。该卫星搭载的莱曼阿尔法太阳望远镜可用于探测波长为121.6nm的氢原子谱线（对应的光子能量为10.2eV）。根据如图所示的氢原子能级图，可知此谱线来源于太阳中氢原子（）A.SKIPIF1<0和SKIPIF1<0能级之间的跃迁 B.SKIPIF1<0和SKIPIF1<0能级之间的跃迁C.SKIPIF1<0和SKIPIF1<0能级之间的跃迁 D.SKIPIF1<0和SKIPIF1<0能级之间的跃迁【参考答案】A【名师解析】由图中可知n=2和n=1能级差之间的能量差值为SKIPIF1<0与探测器探测到的谱线能量相等，故可知此谱线来源于太阳中氢原子n=2和n=1能级之间的跃迁。A正确。最新模拟题1.（2024江西红色十校9月联考）氢原子的能级图如图所示，用动能均为12.3eV的电子束射向一群处于基态的氢原子，氢原子被电子碰撞后激发跃迁到较高能级，处于高能级的氢原子向低能级跃迁时辐射出几种不同频率的光，其中只有两种频率的光能使某金属发生光电效应，一种光恰好能使该金属发生光电效应，则另一种光使该金属发生光电效应时的光电子最大初动能为（）A.0.66eV B.1.89eV C.2.55eV D.2.86eV【参考答案】B【名师解析】只有两种频率的光能使某金属发生光电效应，光子的能量为SKIPIF1<0SKIPIF1<0一种光恰好能使该金属发生光电效应，有SKIPIF1<0另一种光使该金属发生光电效应时的光电子最大初动能为SKIPIF1<0，B正确。2.（2024湖北重点高中10月联考）物理学发展史上很多科学家作出了不可磨灭的贡献。下列有关说法正确的是（）A.光电效应与康普顿效应不能证明光具有粒子性B.为了解释黑体辐射实验规律，普朗克最先提出能量子概念C.完成α粒子散射实验后，卢瑟福提出了原子的能级结构D.太阳光谱是吸收光谱，是因为太阳内部发出白光时缺少某些频率的光子【参考答案】B【名师解析】光电效应和康普顿效应均证明光具有粒子性，A错误；普朗克为了解释黑体辐射规律，提出了电磁辐射的能量是量子化的。B正确；完成α粒子散射实验后，卢瑟福提出了原子的核式结构，C错误；太阳光谱是吸收光谱，是因为太阳发出的光穿过温度比太阳本身低得多的太阳大气层。而在这大气层里存在着从太阳里蒸发出来的许多元素的气体。太阳光穿过他们的时候，跟这些元素的特征谱线相同的光都被这些气体吸收掉了，D错误。3．(2024江苏盐城期初摸底质检)氢原子在可见光区的4条特征谱线是玻尔理论的实验基础。如图所示，这4条特征谱线（记作Hα、Hβ、Hγ和Hδ）分别对应着氢原子从n=3、4、5、6能级向n=2能级的跃迁，下面4幅光谱图中，合理的是（选项图中长度标尺的刻度均匀分布，刻度值从左至右增大）（）A． B．C． D．【参考答案】．A【名师解析】光谱图中谱线位置表示相应光子的波长。氢原子从n=3、4、5、6能级分别向n=2能级跃迁时，发射的光子能量增大，所以光子频率增大，光子波长减小，在标尺上Hα、Hβ、Hγ和Hδ谱线应从右向左排列。由于氢原子从n=3、4、5、6能级分别向n=2能级跃迁释放光子能量的差值越来越小，所以，从右向左4条谱线排列越来越紧密，故A正确。4.（2023年7月河南洛阳创新发展联盟期末）下列四幅图涉及不同的物理知识，下列相关说法正确的是A.图甲：卢瑟福通过分析α粒子散射实验结果，发现了质子B.图乙：3为α射线，它的电离能力很强，可用于消除静电C.图丙：处于基态的氢原子可吸收能量为11.2eV的光子发生跃迁D.图丁：汤姆孙通过电子的发现，揭示了原子还可以再分【参考答案】.D【名师解析】卢瑟福通过分析α粒子散射实验中α粒子大角度偏转现象，提出了原子的核式结构，选项A错误；根据左手定则可知，1射线带正电，即1射线是α射线，它的电离能力很强，可用于消除静电，选项B错误；若处于基态的氢原子吸收了能量为11.2eV的光子，根据玻尔理论，跃迁后的能级的能量E=-13.6eV+11.2eV=-2.4eV,对比题图中氢原子的能级图，不存在该能级，选项C错误；汤姆孙通过分析阴极射线管中的射线，发现该射线带负电，从而发现了电子，电子的发现，揭示了原子还可以再分，选项D正确。5.（2023年7月河南洛阳创新发展联盟期末）巴耳末系是指大量氢原子由高能级向n=2能级跃迁时发出的光谱线。现有大量处于n=5能级的氢原子向低能级跃迁时，发出的光中巴耳末系的谱线数与全部的谱线数之比为A.415B.310【参考答案】B【名师解析】大量处于n=5能级的氢原子向低能级跃迁时辐射出的全部谱线数为C52=10种,属于巴耳末系的有n=5→n=2、n=4→n=2和n=3→n=2,则巴耳末系的谱线数与全部的谱线数之比为6.（2023年7月河南洛阳创新发展联盟期末）氢原子的能级图如图所示，当大量处于n=4的激发态的氢原子向低能级跃迁过程中，可能产生几种不同频率的光，用这些不同频率的光照射逸出功为3.2eV的金属钙，下列说法正确的是A.有三种频率的光能使金属钙发生光电效应B.有四种频率的光能使金属钙发生光电效应C.从金属钙表面逸出的光电子的最大初动能为9.55eVD.从金属钙表面逸出的光电子的最大初动能为12.75eV【参考答案】AC【名师解析】大量处于n=4的激发态的氢原子向低能级跃迁过程中，只有从n=4跃迁到n=1，从n=3跃迁到n=1，从n=2跃迁到n=1辐射的光子能量大于逸出功，可知能使金属钙发生光电效应的光只有三种，选项A正确、B错误。从n=4跃迁到n=1辐射的光子能量最大，其光子能量hv=-0.85eV+13.6eV=12.75eV,根据光电效应方程知,光电子的最大初动能Eₖₘ=ℎν−W₀=9.55eV,选项C正确、D错误。7.（2023山东泰安高二期末）有关下列四幅图涉及的物理知识，以下说法正确的是（）A.图甲：阴极射线管的K极发射的射线是电磁波B.图乙：研究黑体辐射发现随着温度的升高，辐射强度的极大值向波长较长的方向移动C.图丙：处于n=3能级1个氢原子自发跃迁，能辐射出3种频率的光D.图丁：康普顿效应说明光子具有粒子性，光子不但具有能量，还有动量【参考答案】D【名师解析】图甲：阴极射线管的K极发射的射线是阴极射线，阴极射线本质上是高速电子流，A错误；由图乙可知，研究黑体辐射发现随着温度的升高，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动，B错误；图丙：处于n=3能级的1个氢原子自发跃迁，能辐射出N=（n−1）=3−1=2即2种频率的光，C错误；图丁：光子与静止电子产生弹性斜碰撞，光子把部分能量转移给了电子，同时光子还使电子获得一定的动量，因此康普顿效应说明光子具有粒子性，光子不但具有能量，还有动量，D正确。。8.（2023山东泰安高二期末）如图所示为氢原子的发射光谱和氢原子能级图Hα、Hβ、Hγ、Hδ，是其中的四条光谱线及其波长，分别对应能级图中从量子数为n=3、4、5，6的能级向量子数为n=2的能级跃迁时发出的光谱线。已知可见光波长在400nm~700nm之间，下列说法正确的是（）A.四条光谱线中，Hα谱线对应的光子动量最大B.Hβ谱线对应的光，照射逸出功为2.65eV的金属，可使该金属发生光电效应C.Hγ谱线对应的光，照射逸出功为2.75eV的金属，可使该金属发生光电效应D.Hδ谱线对应的光是可见光中的红光【参考答案】C【名师解析】由光子的动量SKIPIF1<0，可知四条光谱线中，Hα谱线对应的波长SKIPIF1<0最大，则Hα谱线对应的光子动量最小，A错误；Hβ谱线对应的光子的能量为Eβ=E4−E2=−0.85eV−（−3.40eV）=2.55eV<2.65eV因此该光照射逸出功为2.65eV的金属，不可使该金属发生光电效应，B错误；Hγ谱线对应的光子的能量为Eγ=E5−E2=−0.54eV−（−3.40eV）=2.86eV>2.75eV因此Hγ谱线对应的光，照射逸出功为2.75eV的金属，可使该金属发生光电效应，C正确；由题图可知，Hδ谱线对应光的波长最小，因此Hδ谱线对应的光不可能是可见光中的红光，D错误。9...(2023北京海淀二模)氢原子在可见光区的4条特征谱线是玻尔理论的实验基础。如图所示，这4条特征谱线（记作Hα、Hβ、Hγ和Hδ）分别对应着氢原子从n=3、4、5、6能级向n=2能级的跃迁，下面4幅光谱图中，合理的是（选项图中长度标尺的刻度均匀分布，刻度值从左至右增大）（）A. B.C. D.【参考答案】A【名师解析】光谱图中谱线位置表示相应光子的波长。氢原子从n=3、4、5、6能级分别向n=2能级跃迁时，发射的光子能量增大，所以光子频率增大，光子波长减小，在标尺上Hα、Hβ、Hγ和Hδ谱线应从右向左排列。由于氢原子从n=3、4、5、6能级分别向n=2能级跃迁释放光子能量的差值越来越小，所以，从右向左4条谱线排列越来越紧密，故A正确。10.（2023重庆信息联考卷3）如图所示是激光产生的原理示意图，当外来光子的能量等于原子相应的能级差时，就会把原子从低能态激发到高能态，处在激发态的原子会自发跃迁到低能态，同时发出光辐射，1916年，爱因斯坦在研究光辐射与原子相互作用时发现，除了上述两种过程之外，还存在第三种过程——受激辐射跃迁，即在外来光子的作用下，处在高能态的原子向低能态跃迁，并同时辐射出能量相同的光子，发出的光就是激光。已知普朗克常量为h，光速为c，下列说法正确的是（）A.原子吸收外来光子，从低能态激发到高能态的过程叫自发辐射跃迁B.处于激发态的原子自发跃迁到低能态的过程叫受激吸收跃迁C.受激辐射跃迁与受激吸收跃迁的区别是，一个是吸收光子从高能态跃迁到低能态，一个是吸收光子从低能态跃迁到高能态D.若某束激光动量为p，则光子的能量为SKIPIF1<0【参考答案】C【名师解析】原子从高能级到低能级的过程叫做自发辐射跃迁，A错误；处于低能态的原子吸收光子跃迁到激发态的过程叫受激吸收跃迁，B错误；受激辐射跃迁指吸收光子从高能态跃迁到低能态；受激吸收跃迁指处于低能态的原子吸收光子跃迁到激发态，C正确；根据SKIPIF1<0，SKIPIF1<0得SKIPIF1<0，D错误。11.（2023河北师大附中质检）为了更形象地描述氢原子能级和氢原子轨道的关系，作出如图所示的能级轨道图，处于SKIPIF1<0能级的氢原子向SKIPIF1<0能级跃迁时辐射出可见光a，处于SKIPIF1<0能级的氢原子向SKIPIF1<0能级跃迁时辐射出可见光b，则以下说法正确的是（）A.a光波长比b光的波长短B.辐射出b光时，电子的动能和电势能都会变大C.一个处于SKIPIF1<0能级的氢原子自发跃迁最多可释放3种频率的光D.a光照射逸出功为2.14eV的金属时，光电子的最大初动能为0.41eV【参考答案】ACD【名师解析】处于n=4能级的氢原子向n=2能级跃迁时辐射出可见光a，有SKIPIF1<0处于n=3能级的氢原子向n=2能级跃迁时辐射出可见光b，有SKIPIF1<0所以a光的频率将大于b光的频率，由于光的频率越大其波长越小，则a光的波长比b光的波长短，故A正确；辐射出b光时，电子的动能变大，电势能减小，总能量减小，故以B错误；一群处于n=4能级的氢原子自发跃迁可释放SKIPIF1<0种频率的光，一个处于n=4能级的氢原子自发跃迁最多可释放3种频率的光，故C正确；a光照射逸出功为2.14eV的金属时，根据光电效应方程有SKIPIF1<0联立解得SKIPIF1<0，故D正确。12.（2023辽宁省辽西联考）红外测温具有响应时间快、非接触、安全准确的优点，在新冠疫情防控中发挥了重要作用。红外测温仪捕捉被测物体电磁辐射中的红外线部分，将其转变成电信号。图甲为红外线光谱的三个区域，图乙为氢原子能级示意图，已知普朗克常量SKIPIF1<0，光在真空中的速度SKIPIF1<0，SKIPIF1<0，下列说法正确的是（）A.红外线光子能量的最大值约为SKIPIF1<0B.氢原子从SKIPIF1<0能级向SKIPIF1<0能级跃迁时释放出的光子能被红外测温仪捕捉C.大量氢原子从SKIPIF1<0能级向低能级跃迁时，红外测温仪可捕捉到2种频率的光子D.大量处于SKIPIF1<0激发态的氢原子吸收能量为SKIPIF1<0的光子后，辐射出的光子可能被红外测温仪捕捉【参考答案】AD【名师解析】．红外线最短波长和最长波长分别为SKIPIF1<0SKIPIF1<0根据光子能量SKIPIF1<0代入数据可得光子最大和最小能量分别为SKIPIF1<0，SKIPIF1<0，A正确；氢原子从SKIPIF1<0能级向SKIPIF1<0能级跃迁时释放出的光子能量SKIPIF1<0因此不会被红外测温仪捕捉到，B错误；大量氢原子从SKIPIF1<0能级向低能级跃迁时，放出的能量为SKIPIF1<0SKIPIF1<0由此可得，只有从SKIPIF1<0向SKIPIF1<0能级跃迁时放出的光子能量在红外区，因此红外测温仪可捕捉到1种频率的光子，C错误；大量处于SKIPIF1<0激发态的氢原子吸收能量为SKIPIF1<0的光子后跃迁到SKIPIF1<0的能级，再从该能级向回跃迁时，放出的能量有SKIPIF1<0SKIPIF1<0SKIPIF1<0由此可得辐射出的光子可能被红外测温仪捕捉，D正确。13.（2023湖南三湘创新发展联考）氢原子光谱除了巴耳末系外，还有赖曼系、帕邢系等，其中帕邢系的公式为SKIPIF1<0，SKIPIF1<0。电磁波谱如图所示，其中可见光的波长范围是400nm~760nm，帕邢系中，氢原子可以发出（）

A.可见光 B.红外线 C.紫外线 D.X射线【参考答案】B【名师解析】由题给公式可知，在帕邢系中，当n=4时，氢原子发出电磁波的波长最长，为SKIPIF1<0当n趋于无穷大时，氢原子发出电磁波的波长最短，为SKIPIF1<0根据电磁波谱可知选项中四种电磁波按波长由小到大排列为：X射线、紫外线、可见光、红外线，由于SKIPIF1<0略大于可见光的最大波长，所以帕邢系中，氢原子可以发出红外线，不可能发出可见光、紫外线和X射线。故选B。14.（2023江苏南京市中华中学一模）如图甲、乙、丙、丁涉及到不同的原子物理知识，其中说法错误的是（）A.图甲说明少量电子的运动表现为粒子性，大量电子的运动表现为波动性B.图乙的SKIPIF1<0粒子散射实验中，当显微镜放在D位置时，荧光屏上仍能观察到闪光C.图丙中若通过碰撞的方式将氢原子从基态激发到第二能级，入射粒子的动