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2024 高考物理二轮复习 80 热点模型
最新高考题模拟题专项训练
模型83 原子核式结构和能级模型
最新高考题
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ν 的光子从基态能级I跃迁至激发态能级Ⅱ，
0
然后自发辐射出频率为ν 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
1
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ν 的光子回到基态。该
3
原子钟产生的钟激光的频率ν 为（ ）
2
A. B.C. D.
【参考答案】D
【名师解析】
原子吸收频率为ν 的光子从基态能级I跃迁至激发态能级Ⅱ时有
0
且从激发态能级Ⅱ向下跃迁到基态I的过程有
联立解得ν=ν-ν-ν，D正确。
2 0 1 3
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E，则（ ）
k
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E
k
【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 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E，根据
k
则用④照射该金属逸出光电子的最大初动能大于E，选项D错误。
k
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. 和 能级之间的跃迁 B. 和 能级之间的跃迁
C. 和 能级之间的跃迁 D. 和 能级之间的跃迁
【参考答案】A
的
【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
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
一种光恰好能使该金属发生光电效应，有
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 ，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H 、H 、H 和H）分别对应着氢原子从n=3、4、5、6
α β γ δ
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
H 、H 、H 和H 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
α β γ δ
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 11.2 eV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
4
A. B.
15
3 2 3
C. D.
10 5 5
【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 =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
C2
53
系的谱线数与全部的谱线数之比为 ，选项B正确。
10
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 3.2 eV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 9.55 eV
D.从金属钙表面逸出的光电子的最大初动能为 12.75 eV
【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=-0.85 eV+13.6
eV=12.75 eV, 根 据 光 电 效 应 方 程 知 , 光 电 子 的 最 大 初 动 能
Eₖ ₘ= 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的
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H 、H 、
α β
H、H，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
γ δ
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，H 谱线对应的光子动量最大
α
B. H 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
β
C. H 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
γ
D. H 谱线对应的光是可见光中的红光
δ【参考答案】C
【名师解析】
由光子的动量 ，可知四条光谱线中，H 谱线对应的波长 最大，则H 谱线对应的
α α
光子动量最小，A错误；
H 谱线对应的光子的能量为E =E−E=−0.85eV−（−3.40eV）=2.55eV<2.65eV
β β 4 2
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；
H 谱线对应的光子的能量为E=E−E=−0.54eV−（−3.40eV）=2.86eV>2.75eV
γ γ 5 2
因此H 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；
γ
由题图可知，H 谱线对应光的波长最小，因此H 谱线对应的光不可能是可见光中的红光，
δ δ
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H 、H 、H 和H）分别对应着氢原子从n=3、4、5、6能级
α β γ δ
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H 、H 、H 和H
α β γ δ
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
的
D. 若某束激光 动量为p，则光子的能量为
【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 ，
得 ，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 能级的氢原子向 能级跃迁时辐射出可见光a，处
于 能级的氢原子向 能级跃迁时辐射出可见光b，则以下说法正确的是（ ）
的
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 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
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
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 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
联立解得 ，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 ，光在真空中的速度 ， ，下列说
法正确的是（ ）
A. 红外线光子能量的最大值约为
B. 氢原子从 能级向 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 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 激发态的氢原子吸收能量为 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根据光子能量
代入数据可得光子最大和最小能量分别为 ， ，A正确；
氢原子从 能级向 能级跃迁时释放出的光子能量
因此不会被红外测温仪捕捉到，B错误；
大量氢原子从 能级向低能级跃迁时，放出的能量为
由此可得，只有从 向 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 激发态的氢原子吸收能量为 的光子后跃迁到 的能级，再从该
能级向回跃迁时，放出的能量有
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 ， 。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
当n趋于无穷大时，氢原子发出电磁波的波长最短，为
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 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 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，入射粒子的动能必须刚好等
于10.2eV
D. 图丁中轧制钢板时需要动态监测钢板的厚度，选用的射线不可能是 射线【参考答案】C
【名师解析】
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，故A正确；
图乙的 粒子散射实验中，有极少部分粒子会发生大角度偏转，所以当显微镜放在D位置
时，荧光屏上仍能观察到闪光，故B正确；
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，入射粒子的动能要大于等于
10.2eV，故C错误；
射线的穿透能力很弱，所以图丁中轧制钢板时需要动态监测钢板的厚度，选用的射线不
可能是 射线，故D正确。本题选不正确的，故选C。
15. （2023湖北新高考联盟高三起点联考）在自然界中，一切温度高于绝对零度的物体都
在不停地向周围空间发出红外线辐射能量。物体的红外线辐射能量的大小及其按波长的分
布特点与它的表面温度有着十分密切的关系。因此，通过对物体自身辐射的红外线能量的
测量，便能准确地测定它的表面温度，这就是红外测温仪（只捕捉红外线光子）所依据的
客观基础。如图为氢原子能级示意图，已知红外线单个光子能量的最大值为1.62eV，要使
氢原子辐射出的光子可被红外测温仪捕捉，最少应给处于基态的氢原子提供的能量为（
）
A. 10.20eV B. 12.09eV
C. 2.55eV D. 12.75eV
【参考答案】D
【名师解析】给处于基态的氢原子提供能量，若使其跃迁到 n=4的激发态，氢原子从n=4
向低能级跃迁，辐射光子能量最小值为 ，
若使其跃迁到n=3的激发态，辐射光子能量最小值为，红外线单个光子能量的最大值为
1.62eV，要使氢原子辐射出的光子可被红外测温仪捕捉，最少应给处于基态的氢原子提供
的能量为 ，选项D正确。
【关键点拨】要注意题述，要使氢原子辐射出的光子可被红外测温仪捕捉，即氢原子从激
发态向较低激发态跃迁可以辐射出红外线。
