專題23原子結構

考點愿型歸納

一、電子的發現與測定................................2

二、a粒子散射實驗及其解釋..........................3

三、光譜分析.........................................7

四、氫原子光譜.......................................8

五、波爾原子理論及其局限性.........................13

1

專題一電子的發現與測定

1.（2024?四川成都?二模）下列說法正確的是（）

A.美國科學家富蘭克林發現自然界中存在兩種電荷，他把一種命名為正電荷，另一種

命名為負電荷

B.在對自由落體運動的研究中，伽利略猜想運動速度與下落時間成正比，并直接用實

驗進行了驗證

C.英國物理學家卡文迪許用油滴實驗比較準確地測定出了電子的電荷量

D."探究加速度與力和質量的關系”的實驗用到了等效替代法

【答案】A

【詳解】A.美國科學家富蘭克林發現自然界中存在兩種電荷，他把一種命名為正電荷，另

一種命名為負電荷，A正確；

B.在對自由落體運動的研究中，伽利略猜想運動速度與下落時間成正比，并未直接用實驗

進行了驗證，而是在斜面實驗的基礎上的合理推理，B錯誤；

C.美國物理學家密里根用油滴實驗比較準確地測定了電子的電荷量，C錯誤；

D."探究加速度與力和質量的關系”的實驗用到了控制變量法，D錯誤；

故選Ao

2.（2024?浙江杭州?二模）下列說法正確的是（）

A.懸浮在液體中的顆粒越大，其布朗運動越明顯

B.可以從單一熱庫吸收熱量，使其完全變成功

C.隨著溫度升高，黑體輻射的短波輻射強度增加，長波輻射強度減小

D.湯姆孫根據陰極射線在電磁場中的偏轉情況斷定其為帶負電的粒子流

【答案】BD

【詳解】A.液體中的懸浮顆粒越大，在某一瞬間撞擊它的液體分子數越多，布朗運動越不

明顯，故A錯誤；

B.根據熱力學第二定律可知，物體不可以從單一熱庫吸收熱量，使之完全變成功，而不產

生其他影響。所以可以從單一熱庫吸收熱量，使其完全變成功，但會產生其他影響，故B

正確；

C.隨著溫度升高，黑體輻射的長波和短波輻射強度都增加，故C錯誤；

D.湯姆孫根據陰極射線在電磁場中的偏轉情況斷定其為帶負電的粒子流，故D正確。

2

故選BDo

3.（22-23高三上?江西南昌?二模）下列描述符合物理學史實的是（)

A.貝可勒爾首先發現了X射線

B.波爾理論成功的解釋了所有的原子光譜問題

C.普朗克首先把能量子引入了物理學，正確破除了“能量連續變化”的傳統觀念

D.英國物理學家湯姆孫發現電子并測定了電子電荷量

【答案】C

【詳解】A.倫琴發現X射線，A錯誤；

B.波爾理論成功的解釋了氫原子光譜問題，B錯誤；

C.普朗克首先把能量子引入了物理學，正確破除了“能量連續變化”的傳統觀念，C正確。

D.電子電荷量由密立根測定，D錯誤；

故選C。

專題二a粒子散射實驗及其解釋

4.（2021?浙江?高考真題）下列說法正確的是（）

A.光的波動性是光子之間相互作用的結果

B.玻爾第一次將“量子”入原子領域，提出了定態和躍遷的概念

C.光電效應揭示了光的粒子性，證明了光子除了能量之外還具有動量

D.a射線經過置于空氣中帶正電驗電器金屬小球的上方，驗電器金屬箔的張角會變大

【答案】B

【詳解】A.在光的雙縫干涉實驗中，減小光的強度，讓光子通過雙縫后，光子只能一個接

一個地到達光屏，經過足夠長時間，仍然發現相同的干涉條紋。這表明光的波動性不是由光

子之間的相互作用引起的，故A錯誤；

B.玻爾第一次將量子觀念引入原子領域，提出了定態和躍遷的概念，故B正確；

C.光電效應揭示了光的粒子性，但是不能證明光子除了能量之外還具有動量，選項C錯誤;

D.a射線經過置于空氣中帶正電驗電器金屬小球的上方時，會使金屬球附近的空氣電離，

金屬球吸引負離子而使驗電器金屬箔的張角會變小，選項D錯誤。

故選B。

5.（2025?廣西?二模）盧瑟福a粒子散射實驗的裝置示意圖如圖所示，熒光屏和顯微鏡一起

3

分別放在圖中/、8、C、。四個位置觀察，下列說法正確的是（）

A.只有在A位置才能觀察到屏上的閃光

B.盧瑟福a粒子散射實驗證明了原子是一個球體，正電荷彌漫性地均勻分布在整個球體

內

C.升高放射源的溫度，會使放射源的半衰期變短

D.若放射源中的鈾元素的衰變方程是：聲Uf：Th+；He,則Z=90

【答案】D

【詳解】A.在/、B、C、。四個位置都能觀察到屏上的閃光，故A錯誤;

B.盧瑟福a粒子散射實驗證明了原子具有核式結構，故B錯誤；

C.改變環境的溫度，不能改變放射源的半衰期，故C錯誤；

D.根據衰變前后電荷數守恒，可知

Z=92-2=90

故D正確。

故選D。

6.（2023?黑龍江哈爾濱?二模）在a粒子散射實驗中，下列圖景正確的是（）

【答案】B

【詳解】AB.當夕粒子進入原子區域后,離帶正電的原子核遠的受到的庫侖斥力小，運動

4

方向改變小。只有極少數粒子在穿過時距離正電體很近，受到很強的庫侖斥力，發生大角

度散射，故A錯誤，B正確；

CD.由庫侖定律和原子核式結構模型可知，電子的質量只有。粒子的藍，它對a粒子速

度的大小和方向的影響的影響，完全可以忽略，。粒子偏轉主要是帶正電的原子核造成的，

故CD錯誤；

故選Bo

7.（2024?浙江?二模）如圖所示，甲圖為a粒子散射實驗裝置圖；乙圖是氫原子的光譜線圖;

丙圖是“互感式”鉗式電流表；丁圖是電子束穿過鋁箔后的衍射圖樣。關于各圖的下列說法正

確的是（）

甲乙

丙丁

A.甲圖中熒光屏在相同時間內接收到的a粒子數，處在①位置時比在②位置時少

B.乙圖中的〃“譜線是氫原子核外電子從第三軌道躍遷到第一軌道時發光而產生的

C.丙圖中的“互感式”鉗式電流表不能用來測量恒定電流的大小

D.丁圖中的實驗現象能說明電子具有波動性

【答案】ACD

【詳解】A.圖甲是a粒子散射實驗示意圖，由1粒子散射實驗現象知，當顯微鏡在②位置

時熒光屏上接收到的a粒子數最多，故A正確；

B.〃尸譜線是氫原子核外電子從第四軌道躍遷到第二軌道時發光而產生的，故B錯誤；

C.“互感式”鉗式電流表是利用電磁感應原理，需要磁通量發生變化，即電流發生變化，故

不能用來測量恒定電流的大小，故C正確；

5

D.圖丁是電子束穿過鋁箔后的衍射圖樣，該實驗現象說明實物粒子也具有波動性，故D正

確；

故選ACDo

8.（2023?河北滄州?二模）1909年，物理學家盧瑟福和他的學生用a粒子轟擊金箱，研究a

粒子被散射的情況，實驗用高速的。射線轟擊厚度為微米的金箔，發現絕大多數的a粒子都

照直穿過薄金箔，偏轉很小，但有少數1粒子發生角度較大的偏轉，大約有―的C粒子

oOOO

偏轉角大于90。，甚至觀察到偏轉角接近180。，其散射情景如圖所示。關于。粒子散射實驗,

下列說法正確的是（）

A.實驗的目的是想證明原子具有核式結構模型

B.實驗中二粒子穿過金原子核發生偏轉的原因是受到電子對它的庫侖力作用

C.極少數a粒子發生大角度偏轉，是原子內部兩側的正電荷對a粒子的斥力不相等造

成的

D.由實驗數據可以估算出金原子核的直徑數量級

【答案】D

【詳解】A.實驗的目的是想驗證湯姆生的“棗糕”模型，但是成了否定它的證據，并提出原

子核式結構模型，故A錯誤；

B.實驗中a粒子穿過金原子核發生偏轉的原因是受到原子核（帶正電）對它的庫侖力作用，

離原子核越近，受到的庫侖斥力越大，故B錯誤；

C.極少數a粒子發生大角度偏轉現象，主要是由于a粒子和原子核發生碰撞的結果，是因

為金原子核很小且質量和電荷量遠大于a粒子的質量和電荷量，a粒子接近原子核的機會很

小，故C錯誤；

D.根據a粒子散射實驗可以估算金原子核的直徑數量級，故D正確。

故選D。

6

專題三光譜分析

9.（2024?湖南益陽?二模）關于近代物理相關知識的描述，下列說法正確的是（）

A.絕對黑體不能反射電磁波，也不能輻射電磁波

B.電子從外層軌道躍遷到內層軌道時，動能增大，原子能量也增大

C.在光電效應現象中，電子吸收光子的能量需要時間，所以用光照射金屬板后，需等

待一段時間才有光電流

D.原子都有自己的特征譜線，我們可以利用它來鑒別物質的組成成分

【答案】D

【詳解】A.絕對黑體不能反射電磁波，但能輻射電磁波，故A錯誤；

B.電子從外層軌道躍遷到內層軌道時，電子動能增大，電勢能減小，由于對外輻射能量，

所以原子能量減小，故B錯誤；

C.在光電效應現象中，電子吸收光子的能量可以認為不需要時間，所以用光照射金屬板后,

只要入射光頻率大于截止頻率，則馬上有光電流產生，故C錯誤；

D.原子都有自己的特征譜線，我們可以利用它來鑒別物質的組成成分，故D正確。

故選D。

10.（2024?遼寧?二模）食鹽被灼燒時會發出黃光，主要是由食鹽蒸氣中鈉原子的能級躍遷

造成的。在鈉原子光譜的四個線系中，只有主線系的下級是基態，在光譜學中，稱主線系的

第一組線（雙線）為共振線，鈉原子的共振線是有名的黃雙線（波長分別為589.0nm和

589.6nm）o已知普朗克常量〃=6.63乂1（）3%.元電荷e=1.6x10一氣，光速c=SxlO'm/s,

下列說法正確的是（）

A.玻爾理論能解釋鈉原子的光譜現象

B.鈉原子處于高能級是因為從火中吸收了能量

C.黃雙線均能使逸出功為2.25eV的金屬發生光電效應

D.太陽光譜中有黃光，說明太陽中有鈉元素

【答案】B

【詳解】A.玻爾理論成功解釋了氫原子光譜的實驗規律，但無法解釋復雜原子的光譜現象,

故A錯誤；

B.食鹽被灼燒時，鈉原子吸收能量達到高能級，之后向低能級躍遷時放出光子，故B正確;

C.根據E=可知黃雙線的光子能量均約為

A

7

6.63x1,34x3x1。：kV

589x10-9x1.6x10-9

根據發生光電效應的條件可知，均不能使逸出功為2.25eV的金屬發生光電效應，故C錯誤;

D.太陽光譜中有黃光，并不能說明太陽中有鈉元素，有鈉的特征光譜才能說明太陽中有鈉

元素，故D錯誤。

故選B。

專題四氫原子光譜

11.(2024?浙江?高考真題)氫原子光譜按頻率展開的譜線如圖所示，此四條譜線滿足巴耳

末公式片3、4、5、6用4和〃1光進行如下實驗研究，貝U()

A.照射同一單縫衍射裝置，4光的中央明條紋寬度寬

B.以相同的入射角斜射入同一平行玻璃磚，光的側移量小

C.以相同功率發射的細光束，真空中單位長度上〃,光的平均光子數多

D.相同光強的光分別照射同一光電效應裝置，”,光的飽和光電流小

【答案】C

【詳解】A.根據巴耳末公式可知，女，光的波長較長。波長越長，越容易發生明顯的衍射

現象，故照射同一單縫衍射裝置，女丫光的中央明條紋寬度寬，故A錯誤;

B.Xy光的波長較長，根據

可知8丫光的頻率較小，則*1光的折射率較小，在平行玻璃磚的偏折較小，X,光的側移量

小，故B錯誤；

C.〃了光的頻率較小，光的光子能量較小，以相同功率發射的細光束，光的光子數較

多，真空中單位長度上〃，光的平均光子數多，故C正確；

8

D.若&、〃7光均能發生光電效應，相同光強的光分別照射同一光電效應裝置，*丫光的頻

率較小，4光的光子能量較小，4光的光子數較多，則國光的飽和光電流大，&光的飽

和光電流小，故D錯誤。

故選C。

12.（2024?河北?二模）巴耳末系是氫原子從高能級向〃=2的能級躍遷時發出的光譜線，其

中從〃=3、〃=4、〃=5、〃=6的能級向〃=2的能級躍遷時共能發出4種頻率的可見光，

大量處于"=m能級的氫原子向"=2的能級躍遷的過程中共產生了3種頻率的可見光,則加

的大小為（）

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

【答案】C

【詳解】由題意可知，氫原子從〃=3、〃=4、〃=5的能級向〃=2的能級躍遷的過程中能

發出3種頻率的可見光，故機=5。

故選C。

13.（2024?臺灣?二模）下圖為氫原子光譜譜線的波長相對位置示意圖（波長絕對位置未依

實際刻度繪制）并以I、n、in表示來曼系、巴耳末系、帕申系中波長最長的三條光譜線，例

如來曼系標示I處為電子從能級〃=2躍遷至能級n=1所發射的譜線。下列何者為電子從能級

〃=5躍遷至能級〃=3所發射的譜線？（）

一紫外光_____可見光一紅外光一一二波長（皿）

A.帕申系標示I處B.帕申系標示n處c.巴耳末系標示n處

D.巴耳末系標示ni處E.來曼系標示in處

【答案】B

【詳解】從高能級向"=3能級躍遷產生的光譜線稱為帕申系，根據￡=加=后可知波長越

長頻率越小，在帕申系中波長最長的三條光譜線中，其中的"=4躍遷到〃=3時產生的光譜

線，其能級差最小，頻率最小，波長最長；從〃=6躍遷到”=3時產生的光譜線，其能級差

9

最大，頻率最大，波長最短，所以能級〃=5躍遷至能級〃=3產生的譜線，其能級差居中,

頻率居中，其波長也居中，所以從能級”=5躍遷至能級〃=3所發射的譜線為帕申系標示H

處。

故選B。

14.（2024?貴州黔南?二模）1885年，瑞士科學家巴爾末對當時已知的氫原子在可見光區的

4條譜線（記作Ha、H外耳和HQ作了分析，發現這些譜線的波長滿足一個簡單的公式,

稱為巴爾末公式。這4條特征譜線是玻爾理論的實驗基礎。如圖所示，這4條特征譜線分別

對應氫原子從〃=3、4、5、6能級向〃=2能級的躍遷，下面4幅光譜圖中，合理的是（選項圖中

標尺的刻度均勻分布，刻度尺從左至右增大）（)

￡/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

見Hz山Ha

［口二工

Illi

X/nm

【答案】D

【詳解】光譜圖中譜線位置表示相應光子的波長。氫原子從〃=3、4、5、6能級分別向片2

能級躍遷時，發射的光子能量增大，所以光子頻率增大，光子波長減小，在標尺上H。、H，、

耳和H$譜線應從右向左排列。由于氫原子從片3、4、5、6能級分別向〃=2能級躍遷釋放

光子能量的差值越來越小，所以，從右向左4條譜線排列越來越緊密。

故選D。

15.(2024?河北?二模)氫原子的光譜如圖甲所示，光譜顯示氫原子只能發出一系列特定波

長的光，巴耳末對當時已知的氫原子在可見光區的四條譜線H。、H。、與、應分析發現，

它們的波長力滿足公式上=心[(-!]("=3,4,5,…)，其中H“譜線的波長最長。圖乙為玻爾

氫原子能級示意圖的一部分，一群處于n=6能級的氫原子向低能級(?=2)躍遷時能放出Ha、

、七四條譜線。則下列說法正確的是()

4HY,

〃E/eV

8

6--0

5-------0.38

4——-0.54

3-------0.85

--1.51

23.40

-13.6

甲乙

A.譜線的光子能量為2.86eV

B.譜線Ha和Hp頻率之比為63:85

C.譜線H,的光在水中的傳播速度比譜線Hp的光在水中的傳播速度小

D.若用譜線Ha的光照射某種金屬能夠發生光電效應，則其他三種譜線的光也一定能使

該金屬發生光電效應物理

11

【答案】BCD

【詳解】A.4、H，、斗、H”這四條譜線是氫原子分別從四個連續的高能級躍遷到〃=2

能級產生的，根據圖甲可知，譜線HE的光子波長最短，根據

￡=hv=h—

可知，譜線H$的光子能量最大，所以譜線Hs是氫原子從〃=6能級躍遷到〃=2能級發出的

光子，光子能量為

氏二紇-4=-0-38eV-(-3.40eV)=3.02eV

故A錯誤；

B.結合上述，同理可知，譜線H0的光子能量為

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

譜線Hp的光子能量為

與=&-&=-0.85eV-(-3.40eV)=

聯立可得譜線Ha和此頻率之比為

=紇:4=63:85

故B正確；

C.結合上述可知，譜線的光比譜線Hp的光的頻率高，所以水對譜線的光折射率大,

根據

C

v=—

n

可知，譜線H,的光在水中傳播速度比譜線Hp的光在水中傳播速度小，故C正確；

D.根據圖甲可知，譜線H.的光的波長最長，根據

￡=〃￡

A

可知，對應的光子能量最小，所以用譜線H。的光照射某種金屬能夠發生光電效應，則其他

三種譜線的光也一定能使該金屬發生光電效應，故D正確。

故選BCDo

12

專題五波爾原子理論及其局限性

16.（2024?浙江?高考真題）玻爾氫原子電子軌道示意圖如圖所示，處于〃=3能級的原子向

低能級躍遷，會產生三種頻率為匕I、匕2、吆的光，下標數字表示相應的能級。已知普朗

克常量為肌光速為C。正確的是（）

A.頻率為臼的光，其動量為牛”

he

B.頻率為臼和物的兩種光分別射入同一光電效應裝量，均產生光電子，其最大初動

能之差為加0

C.頻率為臼和時的兩種光分別射入雙縫間距為力雙縫到屏的距離為￡的干涉裝置,

產生的干涉條紋間距之差為;。

D.若原子〃=3躍遷至?=4能級，入射光的頻率匕4＞與員

h

【答案】B

【詳解】A.根據玻爾理論可知

牝

1=E3-EX

則頻率為。的光其動量為

h_hv_E,-E

夕一:一iX一X

Zcc

選項A錯誤；

B.頻率為，和乙的兩種光分別射入同一光電效應裝量，均產生光電子，其最大初動能分

別為

Ekml—hv3i—出功

13

%2=^V21-辦出功

最大初動能之差為

AE如=AV31-AV21=/ZV32

選項B正確；

C.頻率為％和火的兩種光分別射入雙縫間距為d,雙縫到屏的距離為4的干涉裝置，根

據條紋間距表達式

L.Lc

Ax—一A——

ddv

產生的干涉條紋間距之差為

人LcLcLc,11、Lc

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

%八2idv31v21dv32

選項C錯誤;

D.若原子〃=3躍遷至n=4能級，則

E&-Ey=/zv34

可得入射光的頻率

選項D錯誤；

故選Bo

17.（2023?河北?高考真題）2022年8月30日，國家航天局正式發布了“羲和號”太陽探測衛

星國際上首次在軌獲取的太陽H.譜線精細結構。Ho是氫原子巴耳末系中波長最長的譜線，

其對應的能級躍遷過程為（）

n巴耳末系E/eV

B.從〃=5躍遷到〃=2

14

C.從〃=4躍遷至U"=2D.從〃=3躍遷至U〃=2

【答案】D

【詳解】凡是氫原子巴耳末系中波長最長的譜線，根據

c

v=—

A

可知是氫原子巴耳末系中頻率最小的譜線，根據氫原子的能級圖，利用玻爾理論中的頻

率條件

hv=En-E2

可見能級差越小，頻率越低，波長越長。故對應的能級躍遷過程為從“=3躍遷到〃=2。

故選D。

18.（2023?山東?高考真題）“夢天號”實驗艙攜帶世界首套可相互比對的冷原子鐘組發射升空,

對提升我國導航定位、深空探測等技術具有重要意義。如圖所示為某原子鐘工作的四能級體

系，原子吸收頻率為％的光子從基態能級I躍遷至激發態能級n,然后自發輻射出頻率為匕

的光子，躍遷到鐘躍遷的上能級2,并在一定條件下可躍遷到鐘躍遷的下能級1,實現受激

輻射，發出鐘激光，最后輻射出頻率為匕的光子回到基態。該原子鐘產生的鐘激光的頻率娛

為（）

C.匕）一匕+匕D.v0-V]-v3

【答案】D

【詳解】原子吸收頻率為％的光子從基態能級I躍遷至激發態能級n時有

En-4=hv0

且從激發態能級n向下躍遷到基態i的過程有