原子结构（解析版）-2025年高考物理二轮复习

专题23原子结构

考点愿型归纳

一、电子的发现与测定................................2

二、a粒子散射实验及其解释..........................3

三、光谱分析.........................................7

四、氢原子光谱.......................................8

五、波尔原子理论及其局限性.........................13

1

专题一电子的发现与测定

1.（2024・四川成都•二模）下列说法正确的是（）

A.美国科学家富兰克林发现自然界中存在两种电荷，他把一种命名为正电荷，另一种

命名为负电荷

B.在对自由落体运动的研究中，伽利略猜想运动速度与下落时间成正比，并直接用实

验进行了验证

C.英国物理学家卡文迪许用油滴实验比较准确地测定出了电子的电荷量

D."探究加速度与力和质量的关系”的实验用到了等效替代法

【答案】A

【详解】A.美国科学家富兰克林发现自然界中存在两种电荷，他把一种命名为正电荷，另

一种命名为负电荷，A正确；

B.在对自由落体运动的研究中，伽利略猜想运动速度与下落时间成正比，并未直接用实验

进行了验证，而是在斜面实验的基础上的合理推理，B错误；

C.美国物理学家密里根用油滴实验比较准确地测定了电子的电荷量，C错误；

D."探究加速度与力和质量的关系”的实验用到了控制变量法，D错误；

故选Ao

2.（2024•浙江杭州•二模）下列说法正确的是（）

A.悬浮在液体中的颗粒越大，其布朗运动越明显

B.可以从单一热库吸收热量，使其完全变成功

C.随着温度升高，黑体辐射的短波辐射强度增加，长波辐射强度减小

D.汤姆孙根据阴极射线在电磁场中的偏转情况断定其为带负电的粒子流

【答案】BD

【详解】A.液体中的悬浮颗粒越大，在某一瞬间撞击它的液体分子数越多，布朗运动越不

明显，故A错误；

B.根据热力学第二定律可知，物体不可以从单一热库吸收热量，使之完全变成功，而不产

生其他影响。所以可以从单一热库吸收热量，使其完全变成功，但会产生其他影响，故B

正确；

C.随着温度升高，黑体辐射的长波和短波辐射强度都增加，故C错误；

D.汤姆孙根据阴极射线在电磁场中的偏转情况断定其为带负电的粒子流，故D正确。

2

故选BDo

3.（22-23高三上•江西南昌•二模）下列描述符合物理学史实的是（)

A.贝可勒尔首先发现了X射线

B.波尔理论成功的解释了所有的原子光谱问题

C.普朗克首先把能量子引入了物理学，正确破除了“能量连续变化”的传统观念

D.英国物理学家汤姆孙发现电子并测定了电子电荷量

【答案】C

【详解】A.伦琴发现X射线，A错误；

B.波尔理论成功的解释了氢原子光谱问题，B错误；

C.普朗克首先把能量子引入了物理学，正确破除了“能量连续变化”的传统观念，C正确。

D.电子电荷量由密立根测定，D错误；

故选C。

专题二a粒子散射实验及其解释

4.（2021•浙江•高考真题）下列说法正确的是（）

A.光的波动性是光子之间相互作用的结果

B.玻尔第一次将“量子”入原子领域，提出了定态和跃迁的概念

C.光电效应揭示了光的粒子性，证明了光子除了能量之外还具有动量

D.a射线经过置于空气中带正电验电器金属小球的上方，验电器金属箔的张角会变大

【答案】B

【详解】A.在光的双缝干涉实验中，减小光的强度，让光子通过双缝后，光子只能一个接

一个地到达光屏，经过足够长时间，仍然发现相同的干涉条纹。这表明光的波动性不是由光

子之间的相互作用引起的，故A错误；

B.玻尔第一次将量子观念引入原子领域，提出了定态和跃迁的概念，故B正确；

C.光电效应揭示了光的粒子性，但是不能证明光子除了能量之外还具有动量，选项C错误;

D.a射线经过置于空气中带正电验电器金属小球的上方时，会使金属球附近的空气电离，

金属球吸引负离子而使验电器金属箔的张角会变小，选项D错误。

故选B。

5.（2025・广西・二模）卢瑟福a粒子散射实验的装置示意图如图所示，荧光屏和显微镜一起

3

分别放在图中/、8、C、。四个位置观察，下列说法正确的是（）

A.只有在A位置才能观察到屏上的闪光

B.卢瑟福a粒子散射实验证明了原子是一个球体，正电荷弥漫性地均匀分布在整个球体

内

C.升高放射源的温度，会使放射源的半衰期变短

D.若放射源中的铀元素的衰变方程是：声Uf：Th+；He,则Z=90

【答案】D

【详解】A.在/、B、C、。四个位置都能观察到屏上的闪光，故A错误;

B.卢瑟福a粒子散射实验证明了原子具有核式结构，故B错误；

C.改变环境的温度，不能改变放射源的半衰期，故C错误；

D.根据衰变前后电荷数守恒，可知

Z=92-2=90

故D正确。

故选D。

6.（2023•黑龙江哈尔滨•二模）在a粒子散射实验中，下列图景正确的是（）

【答案】B

【详解】AB.当夕粒子进入原子区域后,离带正电的原子核远的受到的库仑斥力小，运动

4

方向改变小。只有极少数粒子在穿过时距离正电体很近，受到很强的库仑斥力，发生大角

度散射，故A错误，B正确；

CD.由库仑定律和原子核式结构模型可知，电子的质量只有。粒子的蓝，它对a粒子速

度的大小和方向的影响的影响，完全可以忽略，。粒子偏转主要是带正电的原子核造成的，

故CD错误；

故选Bo

7.（2024・浙江・二模）如图所示，甲图为a粒子散射实验装置图；乙图是氢原子的光谱线图;

丙图是“互感式”钳式电流表；丁图是电子束穿过铝箔后的衍射图样。关于各图的下列说法正

确的是（）

甲乙

丙丁

A.甲图中荧光屏在相同时间内接收到的a粒子数，处在①位置时比在②位置时少

B.乙图中的〃“谱线是氢原子核外电子从第三轨道跃迁到第一轨道时发光而产生的

C.丙图中的“互感式”钳式电流表不能用来测量恒定电流的大小

D.丁图中的实验现象能说明电子具有波动性

【答案】ACD

【详解】A.图甲是a粒子散射实验示意图，由1粒子散射实验现象知，当显微镜在②位置

时荧光屏上接收到的a粒子数最多，故A正确；

B.〃尸谱线是氢原子核外电子从第四轨道跃迁到第二轨道时发光而产生的，故B错误；

C.“互感式”钳式电流表是利用电磁感应原理，需要磁通量发生变化，即电流发生变化，故

不能用来测量恒定电流的大小，故C正确；

5

D.图丁是电子束穿过铝箔后的衍射图样，该实验现象说明实物粒子也具有波动性，故D正

确；

故选ACDo

8.（2023•河北沧州・二模）1909年，物理学家卢瑟福和他的学生用a粒子轰击金箱，研究a

粒子被散射的情况，实验用高速的。射线轰击厚度为微米的金箔，发现绝大多数的a粒子都

照直穿过薄金箔，偏转很小，但有少数1粒子发生角度较大的偏转，大约有―的C粒子

oOOO

偏转角大于90。，甚至观察到偏转角接近180。，其散射情景如图所示。关于。粒子散射实验,

下列说法正确的是（）

A.实验的目的是想证明原子具有核式结构模型

B.实验中二粒子穿过金原子核发生偏转的原因是受到电子对它的库仑力作用

C.极少数a粒子发生大角度偏转，是原子内部两侧的正电荷对a粒子的斥力不相等造

成的

D.由实验数据可以估算出金原子核的直径数量级

【答案】D

【详解】A.实验的目的是想验证汤姆生的“枣糕”模型，但是成了否定它的证据，并提出原

子核式结构模型，故A错误；

B.实验中a粒子穿过金原子核发生偏转的原因是受到原子核（带正电）对它的库仑力作用，

离原子核越近，受到的库仑斥力越大，故B错误；

C.极少数a粒子发生大角度偏转现象，主要是由于a粒子和原子核发生碰撞的结果，是因

为金原子核很小且质量和电荷量远大于a粒子的质量和电荷量，a粒子接近原子核的机会很

小，故C错误；

D.根据a粒子散射实验可以估算金原子核的直径数量级，故D正确。

故选D。

6

专题三光谱分析

9.（2024・湖南益阳•二模）关于近代物理相关知识的描述，下列说法正确的是（）

A.绝对黑体不能反射电磁波，也不能辐射电磁波

B.电子从外层轨道跃迁到内层轨道时，动能增大，原子能量也增大

C.在光电效应现象中，电子吸收光子的能量需要时间，所以用光照射金属板后，需等

待一段时间才有光电流

D.原子都有自己的特征谱线，我们可以利用它来鉴别物质的组成成分

【答案】D

【详解】A.绝对黑体不能反射电磁波，但能辐射电磁波，故A错误；

B.电子从外层轨道跃迁到内层轨道时，电子动能增大，电势能减小，由于对外辐射能量，

所以原子能量减小，故B错误；

C.在光电效应现象中，电子吸收光子的能量可以认为不需要时间，所以用光照射金属板后,

只要入射光频率大于截止频率，则马上有光电流产生，故C错误；

D.原子都有自己的特征谱线，我们可以利用它来鉴别物质的组成成分，故D正确。

故选D。

10.（2024・辽宁•二模）食盐被灼烧时会发出黄光，主要是由食盐蒸气中钠原子的能级跃迁

造成的。在钠原子光谱的四个线系中，只有主线系的下级是基态，在光谱学中，称主线系的

第一组线（双线）为共振线，钠原子的共振线是有名的黄双线（波长分别为589.0nm和

589.6nm）o已知普朗克常量〃=6.63乂1（）3%.元电荷e=1.6x10一气，光速c=SxlO'm/s,

下列说法正确的是（）

A.玻尔理论能解释钠原子的光谱现象

B.钠原子处于高能级是因为从火中吸收了能量

C.黄双线均能使逸出功为2.25eV的金属发生光电效应

D.太阳光谱中有黄光，说明太阳中有钠元素

【答案】B

【详解】A.玻尔理论成功解释了氢原子光谱的实验规律，但无法解释复杂原子的光谱现象,

故A错误；

B.食盐被灼烧时，钠原子吸收能量达到高能级，之后向低能级跃迁时放出光子，故B正确;

C.根据E=可知黄双线的光子能量均约为

A

7

6.63x1,34x3x1。：kV

589x10-9x1.6x10-9

根据发生光电效应的条件可知，均不能使逸出功为2.25eV的金属发生光电效应，故C错误;

D.太阳光谱中有黄光，并不能说明太阳中有钠元素，有钠的特征光谱才能说明太阳中有钠

元素，故D错误。

故选B。

专题四氢原子光谱

11.(2024•浙江•高考真题)氢原子光谱按频率展开的谱线如图所示，此四条谱线满足巴耳

末公式片3、4、5、6用4和〃1光进行如下实验研究，贝U()

A.照射同一单缝衍射装置，4光的中央明条纹宽度宽

B.以相同的入射角斜射入同一平行玻璃砖，光的侧移量小

C.以相同功率发射的细光束，真空中单位长度上〃,光的平均光子数多

D.相同光强的光分别照射同一光电效应装置，”,光的饱和光电流小

【答案】C

【详解】A.根据巴耳末公式可知，女，光的波长较长。波长越长，越容易发生明显的衍射

现象，故照射同一单缝衍射装置，女丫光的中央明条纹宽度宽，故A错误;

B.Xy光的波长较长，根据

可知8丫光的频率较小，则*1光的折射率较小，在平行玻璃砖的偏折较小，X,光的侧移量

小，故B错误；

C.〃了光的频率较小，光的光子能量较小，以相同功率发射的细光束，光的光子数较

多，真空中单位长度上〃，光的平均光子数多，故C正确；

8

D.若&、〃7光均能发生光电效应，相同光强的光分别照射同一光电效应装置，*丫光的频

率较小，4光的光子能量较小，4光的光子数较多，则国光的饱和光电流大，&光的饱

和光电流小，故D错误。

故选C。

12.（2024・河北・二模）巴耳末系是氢原子从高能级向〃=2的能级跃迁时发出的光谱线，其

中从〃=3、〃=4、〃=5、〃=6的能级向〃=2的能级跃迁时共能发出4种频率的可见光，

大量处于"=m能级的氢原子向"=2的能级跃迁的过程中共产生了3种频率的可见光,则加

的大小为（）

A.3B.4C.5D.6

【答案】C

【详解】由题意可知，氢原子从〃=3、〃=4、〃=5的能级向〃=2的能级跃迁的过程中能

发出3种频率的可见光，故机=5。

故选C。

13.（2024・台湾•二模）下图为氢原子光谱谱线的波长相对位置示意图（波长绝对位置未依

实际刻度绘制）并以I、n、in表示来曼系、巴耳末系、帕申系中波长最长的三条光谱线，例

如来曼系标示I处为电子从能级〃=2跃迁至能级n=1所发射的谱线。下列何者为电子从能级

〃=5跃迁至能级〃=3所发射的谱线？（）

一紫外光_____可见光一红外光一一二波长（皿）

A.帕申系标示I处B.帕申系标示n处c.巴耳末系标示n处

D.巴耳末系标示ni处E.来曼系标示in处

【答案】B

【详解】从高能级向"=3能级跃迁产生的光谱线称为帕申系，根据£=加=后可知波长越

长频率越小，在帕申系中波长最长的三条光谱线中，其中的"=4跃迁到〃=3时产生的光谱

线，其能级差最小，频率最小，波长最长；从〃=6跃迁到”=3时产生的光谱线，其能级差

9

最大，频率最大，波长最短，所以能级〃=5跃迁至能级〃=3产生的谱线，其能级差居中,

频率居中，其波长也居中，所以从能级”=5跃迁至能级〃=3所发射的谱线为帕申系标示H

处。

故选B。

14.（2024・贵州黔南•二模）1885年，瑞士科学家巴尔末对当时已知的氢原子在可见光区的

4条谱线（记作Ha、H外耳和HQ作了分析，发现这些谱线的波长满足一个简单的公式,

称为巴尔末公式。这4条特征谱线是玻尔理论的实验基础。如图所示，这4条特征谱线分别

对应氢原子从〃=3、4、5、6能级向〃=2能级的跃迁，下面4幅光谱图中，合理的是（选项图中

标尺的刻度均匀分布，刻度尺从左至右增大）（)

£/eV

「-0.38

5--+-0.54

4--k-0.85

3-1.51

tt▼t

HHHH■3.40

a夕b

HHHH

夕a

A

x/nm

H一HHH

az

一

，

-r!一

--

B-H

一.

V

nm

HHHH

ab

C

V

nm

io

见Hz山Ha

［口二工

Illi

X/nm

【答案】D

【详解】光谱图中谱线位置表示相应光子的波长。氢原子从〃=3、4、5、6能级分别向片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H。、H，、

耳和H$谱线应从右向左排列。由于氢原子从片3、4、5、6能级分别向〃=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。

故选D。

15.(2024・河北•二模)氢原子的光谱如图甲所示，光谱显示氢原子只能发出一系列特定波

长的光，巴耳末对当时已知的氢原子在可见光区的四条谱线H。、H。、与、应分析发现，

它们的波长力满足公式上=心[(-!]("=3,4,5,…)，其中H“谱线的波长最长。图乙为玻尔

氢原子能级示意图的一部分，一群处于n=6能级的氢原子向低能级(«=2)跃迁时能放出Ha、

、七四条谱线。则下列说法正确的是()

4HY,

〃E/eV

8

6--0

5-------0.38

4——-0.54

3-------0.85

--1.51

23.40

-13.6

甲乙

A.谱线的光子能量为2.86eV

B.谱线Ha和Hp频率之比为63:85

C.谱线H,的光在水中的传播速度比谱线Hp的光在水中的传播速度小

D.若用谱线Ha的光照射某种金属能够发生光电效应，则其他三种谱线的光也一定能使

该金属发生光电效应物理

11

【答案】BCD

【详解】A.4、H，、斗、H”这四条谱线是氢原子分别从四个连续的高能级跃迁到〃=2

能级产生的，根据图甲可知，谱线HE的光子波长最短，根据

£=hv=h—

可知，谱线H$的光子能量最大，所以谱线Hs是氢原子从〃=6能级跃迁到〃=2能级发出的

光子，光子能量为

氏二纥-4=-0-38eV-(-3.40eV)=3.02eV

故A错误；

B.结合上述，同理可知，谱线H0的光子能量为

Ea=E3-E2=-1.51eV-(-3.40eV)=/zva

谱线Hp的光子能量为

与=&-&=-0.85eV-(-3.40eV)=

联立可得谱线Ha和此频率之比为

=纥:4=63:85

故B正确；

C.结合上述可知，谱线的光比谱线Hp的光的频率高，所以水对谱线的光折射率大,

根据

C

v=—

n

可知，谱线H,的光在水中传播速度比谱线Hp的光在水中传播速度小，故C正确；

D.根据图甲可知，谱线H.的光的波长最长，根据

£=〃£

A

可知，对应的光子能量最小，所以用谱线H。的光照射某种金属能够发生光电效应，则其他

三种谱线的光也一定能使该金属发生光电效应，故D正确。

故选BCDo

12

专题五波尔原子理论及其局限性

16.（2024•浙江•高考真题）玻尔氢原子电子轨道示意图如图所示，处于〃=3能级的原子向

低能级跃迁，会产生三种频率为匕I、匕2、吆的光，下标数字表示相应的能级。已知普朗

克常量为肌光速为C。正确的是（）

A.频率为臼的光，其动量为牛”

he

B.频率为臼和物的两种光分别射入同一光电效应装量，均产生光电子，其最大初动

能之差为加0

C.频率为臼和时的两种光分别射入双缝间距为力双缝到屏的距离为£的干涉装置,

产生的干涉条纹间距之差为;。

D.若原子〃=3跃迁至„=4能级，入射光的频率匕4＞与员

h

【答案】B

【详解】A.根据玻尔理论可知

牝

1=E3-EX

则频率为。的光其动量为

h_hv_E,-E

夕一:一iX一X

Zcc

选项A错误；

B.频率为，和乙的两种光分别射入同一光电效应装量，均产生光电子，其最大初动能分

别为

Ekml—hv3i—出功

13

%2=^V21-办出功

最大初动能之差为

AE如=AV31-AV21=/ZV32

选项B正确；

C.频率为％和火的两种光分别射入双缝间距为d,双缝到屏的距离为4的干涉装置，根

据条纹间距表达式

L.Lc

Ax—一A——

ddv

产生的干涉条纹间距之差为

人LcLcLc,11、Lc

/\s=--------------=—(-----------)w------

%八2idv31v21dv32

选项C错误;

D.若原子〃=3跃迁至n=4能级，则

E&-Ey=/zv34

可得入射光的频率

选项D错误；

故选Bo

17.（2023・河北・高考真题）2022年8月30日，国家航天局正式发布了“羲和号”太阳探测卫

星国际上首次在轨获取的太阳H.谱线精细结构。Ho是氢原子巴耳末系中波长最长的谱线，

其对应的能级跃迁过程为（）

n巴耳末系E/eV

B.从〃=5跃迁到〃=2

14

C.从〃=4跃迁至U"=2D.从〃=3跃迁至U〃=2

【答案】D

【详解】凡是氢原子巴耳末系中波长最长的谱线，根据

c

v=—

A

可知是氢原子巴耳末系中频率最小的谱线，根据氢原子的能级图，利用玻尔理论中的频

率条件

hv=En-E2

可见能级差越小，频率越低，波长越长。故对应的能级跃迁过程为从“=3跃迁到〃=2。

故选D。

18.（2023•山东・高考真题）“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％的光子从基态能级I跃迁至激发态能级n,然后自发辐射出频率为匕

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，最后辐射出频率为匕的光子回到基态。该原子钟产生的钟激光的频率娱

为（）

C.匕）一匕+匕D.v0-V]-v3

【答案】D

【详解】原子吸收频率为％的光子从基态能级I跃迁至激发态能级n时有

En-4=hv0

且从激发态能级n向下跃迁到基态i的过程有