2025年高三物理原子物理期末試卷2025年高三物理原子物理期末試卷

姓名：______班級(jí)：______學(xué)號(hào)：______得分：______

（考試時(shí)間：90分鐘，滿分：100分）

1.選擇題（每題2分，共10分，每題只有一個(gè)正確選項(xiàng)）

1.1氫原子從n=4能級(jí)躍遷到n=2能級(jí)時(shí)，輻射的光子能量是多少？

1.2α粒子散射實(shí)驗(yàn)中，粒子穿過金箔時(shí)發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)的原因是？

1.3下面哪個(gè)現(xiàn)象證明了光的波粒二象性？

1.4根據(jù)玻爾理論，氫原子核外電子從n=3能級(jí)躍遷到n=1能級(jí)時(shí)，速度如何變化？

1.5天然放射現(xiàn)象中，下列哪種射線電離能力最強(qiáng)？

2.填空題（每空2分，共20分）

2.1氫原子基態(tài)能級(jí)為-13.6eV，n=2能級(jí)的能量為______eV。

2.2盧瑟福通過α粒子散射實(shí)驗(yàn)提出了______。

2.3光子的能量公式為______，其中h為普朗克常數(shù)。

2.4原子核的半衰期是指______。

2.5β衰變過程中，原子核的質(zhì)量數(shù)______，電荷數(shù)______。

3.計(jì)算題（每題10分，共30分）

3.1氫原子從n=4能級(jí)躍遷到n=2能級(jí)，求輻射光子的頻率和波長(zhǎng)。

3.2已知α粒子質(zhì)量為6.64×10^-27kg，電荷量為2e，以速度v=1.0×10^7m/s垂直射入厚度為0.1μm的金箔，求發(fā)生散射角θ=90°的概率。

3.3一個(gè)放射性同位素的半衰期為5年，初始質(zhì)量為10g，求10年后剩余的質(zhì)量。

4.實(shí)驗(yàn)題（10分）

4.1在α粒子散射實(shí)驗(yàn)中，如何驗(yàn)證原子核的存在？簡(jiǎn)述實(shí)驗(yàn)步驟和現(xiàn)象。

5.簡(jiǎn)答題（每題5分，共15分）

5.1解釋玻爾理論的局限性。

5.2為什么放射性元素不能用來(lái)測(cè)量地質(zhì)年代？

5.3簡(jiǎn)述量子力學(xué)對(duì)原子結(jié)構(gòu)的貢獻(xiàn)。

6.論述題（10分）

6.1比較經(jīng)典物理學(xué)和量子力學(xué)的區(qū)別，并舉例說明。

7.綜合應(yīng)用題（15分）

7.1一個(gè)氫原子從n=5能級(jí)躍遷到n=1能級(jí)，求輻射的光子能量和動(dòng)量。已知普朗克常數(shù)為6.63×10^-34J·s，光速為3.0×10^8m/s。

---

1.1C1.2A1.3D1.4B1.5A

2.1-3.4-0.852.2原子核式結(jié)構(gòu)2.3E=hν2.4放射性原子核數(shù)量減半所需的時(shí)間2.5不變?cè)黾?/p>

3.1解：輻射光子能量E=hf=hν，頻率ν=c/λ，

E?-E?=13.6-0.85=12.75eV，

λ=c/ν=c/(E/h)=2.96×10?m。

3.2解：散射概率P=(1+cosθ)/4≈0.25。

3.3解：剩余質(zhì)量m=m?(1/2)^(t/T)=10×(1/2)^(2)=2.5g。

4.1解：實(shí)驗(yàn)步驟：

(1)用α粒子轟擊金箔，觀察散射角度；

(2)絕大多數(shù)粒子直線穿過，少數(shù)偏轉(zhuǎn)，極少數(shù)大角度偏轉(zhuǎn)；

現(xiàn)象：少數(shù)α粒子偏轉(zhuǎn)角度大于90°，說明原子核體積很小但質(zhì)量集中。

5.1解：玻爾理論無(wú)法解釋多電子原子光譜，未考慮量子力學(xué)的概率性。

5.2解：放射性元素半衰期長(zhǎng)，適合測(cè)量地質(zhì)年代，但無(wú)法區(qū)分不同地質(zhì)層。

5.3解：量子力學(xué)引入波函數(shù)描述電子概率分布，解釋了原子能級(jí)。

6.1解：經(jīng)典物理學(xué)認(rèn)為物理量連續(xù)，量子力學(xué)離散；

例子：經(jīng)典認(rèn)為光連續(xù)，量子認(rèn)為光子顆粒。

7.1解：光子能量E=12.75eV=2.04×10?1?J，動(dòng)量p=E/c=6.8×10?2?kg·m/s。

8.判斷題（每題2分，共10分，正確的打√，錯(cuò)誤的打×）

8.1氫原子的能級(jí)是連續(xù)的。

8.2β衰變是原子核內(nèi)中子轉(zhuǎn)化為質(zhì)子并釋放電子的過程。

8.3α粒子散射實(shí)驗(yàn)證實(shí)了原子核的存在。

8.4光子的能量與其頻率成正比。

8.5放射性元素的半衰期會(huì)受到溫度影響。

9.選擇題（每題3分，共15分，每題只有一個(gè)正確選項(xiàng)）

9.1氫原子從n=3能級(jí)躍遷到n=2能級(jí)時(shí)，輻射的光子屬于哪種光譜？

9.2下面哪種現(xiàn)象最能說明原子核具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)？

9.3根據(jù)玻爾理論，原子核外電子的軌道是？

9.4放射性元素衰變時(shí)，原子核的質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)如何變化？

9.5下列哪種射線的穿透能力最強(qiáng)？

10.填空題（每空2分，共20分）

10.1普朗克常數(shù)h的數(shù)值為______J·s。

10.2盧瑟福原子模型中，原子核所帶電荷為______。

10.3原子核的質(zhì)子數(shù)決定了原子的______。

10.4β衰變過程中，原子核的質(zhì)量數(shù)幾乎______。

10.5光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)證明了______的存在。

11.計(jì)算題（每題12分，共24分）

11.1一個(gè)氫原子的電子從n=5能級(jí)躍遷到n=2能級(jí)，求輻射光子的波長(zhǎng)和動(dòng)量。已知光速為3.0×10?m/s，普朗克常數(shù)為6.63×10?3?J·s。

11.2一個(gè)放射性同位素的半衰期為3年，現(xiàn)有100g該同位素，求經(jīng)過9年后剩余的質(zhì)量。

12.實(shí)驗(yàn)題（12分）

12.1設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證康普頓效應(yīng)，簡(jiǎn)述實(shí)驗(yàn)步驟和預(yù)期現(xiàn)象。

13.簡(jiǎn)答題（每題6分，共18分）

13.1解釋為什么原子光譜是線狀譜。

13.2為什么說原子核的放射性是不可控的？

13.3簡(jiǎn)述量子力學(xué)對(duì)波粒二象性的解釋。

14.論述題（12分）

14.1比較玻爾理論和量子力學(xué)的區(qū)別，并說明量子力學(xué)如何修正玻爾理論。

15.綜合應(yīng)用題（15分）

15.1一個(gè)氫原子的電子從n=4能級(jí)躍遷到n=1能級(jí)，求輻射光子的能量和動(dòng)量。已知普朗克常數(shù)為6.63×10?3?J·s，光速為3.0×10?m/s。

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8.1×8.2√8.3√8.4√8.5×

9.1B9.2A9.3C9.4D9.5A

10.16.63×10?3?10.2+Ze10.3元素種類10.4不變10.5光子

11.1解：輻射光子能量E=hf，波長(zhǎng)λ=c/ν=c/(E/h)，

E=13.6-0.54=13.06eV=2.07×10?1?J，

λ=1.48×10?m，動(dòng)量p=E/c=6.9×10?2?kg·m/s。

11.2解：剩余質(zhì)量m=m?(1/2)^(t/T)=100×(1/2)^(3)=12.5g。

12.1解：實(shí)驗(yàn)步驟：

(1)用單色X射線照射石墨，檢測(cè)散射光；

(2)測(cè)量不同散射角度的光波長(zhǎng)；

預(yù)期現(xiàn)象：散射光波長(zhǎng)大于入射光波長(zhǎng)，且波長(zhǎng)變化與角度相關(guān)。

13.1解：原子能級(jí)不連續(xù)，躍遷輻射特定頻率光子，形成線狀譜。

13.2解：放射性衰變由原子核內(nèi)部概率決定，無(wú)法人工控制。

13.3解：電子用波函數(shù)描述，概率云表示位置分布，解釋了波粒二象性。

14.1解：玻爾理論認(rèn)為軌道固定，量子力學(xué)用概率云描述；量子力學(xué)解釋了自旋等新現(xiàn)象。

15.1解：光子能量E=13.6-0.25=13.35eV=2.14×10?1?J，

動(dòng)量p=E/c=7.1×10?2?kg·m/s。

一、題型答案

1.選擇題

1.1C1.2A1.3D1.4B1.5A

9.1B9.2A9.3C9.4D9.5A

2.填空題

2.1-3.4-0.852.2原子核式結(jié)構(gòu)2.3E=hν2.4放射性原子核數(shù)量減半所需的時(shí)間2.5光子

10.16.63×10?3?10.2+Ze10.3元素種類10.4不變10.5光子

3.計(jì)算題

3.1E=12.75eV，λ=2.96×10?m

3.2P≈0.25

3.3m=2.5g

11.1λ=1.48×10?m，p=6.9×10?2?kg·m/s

11.2m=12.5g

4.實(shí)驗(yàn)題

4.1驗(yàn)證步驟：α粒子轟擊金箔，觀察散射角度?，F(xiàn)象：少數(shù)大角度偏轉(zhuǎn)，說明原子核存在。

12.1步驟：X射線照射石墨，檢測(cè)散射光?，F(xiàn)象：散射光波長(zhǎng)大于入射光，波長(zhǎng)變化與角度相關(guān)。

5.簡(jiǎn)答題

5.1玻爾理論認(rèn)為能級(jí)不連續(xù)，躍遷輻射特定頻率光子，形成線狀譜。

5.2放射性衰變由原子核內(nèi)部概率決定，無(wú)法人工控制。

5.3量子力學(xué)用波函數(shù)描述電子概率分布，解釋了波粒二象性。

13.1原子能級(jí)不連續(xù)，躍遷輻射特定頻率光子，形成線狀譜。

13.2放射性衰變由原子核內(nèi)部概率決定，無(wú)法人工控制。

13.3電子用波函數(shù)描述，概率云表示位置分布，解釋了波粒二象性。

6.論述題

6.1經(jīng)典物理學(xué)認(rèn)為物理量連續(xù)，量子力學(xué)離散。例子：光連續(xù)vs光子顆粒。

14.1玻爾理論認(rèn)為軌道固定，量子力學(xué)用概率云描述；量子力學(xué)解釋了自旋等新現(xiàn)象。

7.綜合應(yīng)用題

7.1E=2.14×10?1?J，p=7.1×10?2?kg·m/s

15.1E=13.35eV，p=7.1×10?2?kg·m/s

二、知識(shí)點(diǎn)分類和總結(jié)

1.原子結(jié)構(gòu)理論

-玻爾理論：能級(jí)不連續(xù)，躍遷輻射光子，公式E_n=-13.6/n2eV。

-盧瑟福散射實(shí)驗(yàn)：驗(yàn)證原子核式結(jié)構(gòu)，α粒子大角度偏轉(zhuǎn)。

-康普頓效應(yīng)：X射線與電子碰撞，波長(zhǎng)變化，證明光子動(dòng)量。

2.放射性現(xiàn)象

-放射性衰變：α衰變（質(zhì)量數(shù)減4，電荷數(shù)減2），β衰變（中子變質(zhì)子，釋放電子），γ衰變（高能光子）。

-半衰期：放射性原子核數(shù)量減半所需時(shí)間，公式m=m?(1/2)^(t/T)。

-放射性應(yīng)用：地質(zhì)年代測(cè)定，醫(yī)學(xué)治療，核能。

3.波粒二象性

-光子說：光能量E=hν，動(dòng)量p=E/c，解釋光電效應(yīng)。

-德布羅意波：電子等實(shí)物粒子具有波動(dòng)性，波長(zhǎng)λ=h/p。

-概率波：量子力學(xué)用波函數(shù)描述粒子位置，概率密度|ψ|2。

4.量子力學(xué)基礎(chǔ)

-薛定諤方程：描述波函數(shù)演化，定態(tài)方程Eψ=-?2/2m?2ψ+Vψ。

-量子數(shù)：主量子數(shù)n決定能級(jí)，角量子數(shù)l決定軌道形狀。

-量子隧穿：粒子穿透勢(shì)壘，經(jīng)典物理無(wú)法解釋。

三、各題型知識(shí)點(diǎn)詳解及示例

1.選擇題

-1.1氫原子能級(jí)公式E_n=-13.6/n2，n=4到n=2輻射0.85eV。

-9.1氫光譜分為可見光系（巴爾末系），n=3到n=2為Hα。

-9.2α粒子大角度偏轉(zhuǎn)說明原子核體積小，質(zhì)量集中。

2.填空題

-2.3光子能量與頻率成正比，E=hν。

-10.1普朗克常數(shù)h=6.63×10?3?J·s。

-10.4β衰變中子變質(zhì)子，質(zhì)量數(shù)不變。

3.計(jì)算題

-3.1光子能量E=hf=hν，波長(zhǎng)λ=c/ν=c/(E/h)。

-11.1德布羅意波λ=h/p=h/√(2meE)，結(jié)合能級(jí)差計(jì)算。

4.實(shí)驗(yàn)題

-4.1α粒子散射實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證盧瑟福原子模型，觀察散射分布。

-12.1康普頓效應(yīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證光子動(dòng)量