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专题69 原子结构
一、单选题
1．（2023·山东·统考高考真题）“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Ⅱ，然后自发辐射出频率为
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
的光子
回到基态。该原子钟产生的钟激光的频率
为（ ）
A．
B．
C．
D．
2．（2023·辽宁·统考高考真题）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
3．（2023·湖北·统考高考真题）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
的氢原子谱线（对应的光子能量为
）。
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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
4．（2022·重庆·高考真题）如图为氢原子的能级示意图。已知蓝光光子的能量范围为2.53 ~ 2.76eV，紫光
光子的能量范围为2.76 ~ 3.10eV。若使处于基态的氢原子被激发后，可辐射蓝光，不辐射紫光，则激发氢
原子的光子能量为（ ）
A．10.20eV
B．12.09eV
C．12.75eV
D．13.06eV
5．（2022·北京·高考真题）氢原子从某激发态跃迁到基态，则该氢原子（ ）
A．放出光子，能量增加
B．放出光子，能量减少
C．吸收光子，能量增加
D．吸收光子，能量减少
6．（2022·浙江·统考高考真题）如图为氢原子的能级图。大量氢原子处于n=3 的激发态，在向低能级跃迁
时放出光子，用这些光子照射逸出功为2.29eV 的金属钠。下列说法正确的是（ ）
A．逸出光电子的最大初动能为10.80eV
B．n=3 跃迁到n=1 放出的光子动量最大
C．有3 种频率的光子能使金属钠产生光电效应
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D．用0.85eV 的光子照射，氢原子跃迁到n=4 激发态
7．（2022·广东·高考真题）目前科学家已经能够制备出能量量子数n 较大的氢原子。氢原子第n 能级的能
量为
，其中
。图是按能量排列的电磁波谱，要使
的氢原子吸收一个光子后，恰
好失去一个电子变成氢离子，被吸收的光子是（ ）
A．红外线波段的光子
B．可见光波段的光子
C．紫外线波段的光子
D．X 射线波段的光子
8．（2022·湖南·统考高考真题）关于原子结构和微观粒子波粒二象性，下列说法正确的是（ ）
A．卢瑟福的核式结构模型解释了原子光谱的分立特征
B．玻尔的原子理论完全揭示了微观粒子运动的规律
C．光电效应揭示了光的粒子性
D．电子束穿过铝箔后的衍射图样揭示了电子的粒子性
9．（2021·辽宁·统考高考真题）赫兹在研究电磁波的实验中偶然发现，接收电路的电极如果受到光照，就
更容易产生电火花。此后许多物理学家相继证实了这一现象，即照射到金属表面的光，能使金属中的电子
从表面逸出。最初用量子观点对该现象给予合理解释的科学家是（ ）
A．玻尔
B．康普顿
C．爱因斯坦
D．德布罗意
10．（2021·北京·高考真题）北京高能光源是我国首个第四代同步辐射光源，计划于2025 年建成。同步辐
射光具有光谱范围宽（从远红外到X 光波段，波长范围约为10-5m～10-11m，对应能量范围约为10-1eV～
105eV）、光源亮度高、偏振性好等诸多特点，在基础科学研究、应用科学和工艺学等领域已得到广泛应
用。速度接近光速的电子在磁场中偏转时，会沿圆弧轨道切线发出电磁辐射，这个现象最初是在同步加速
器上观察到的，称为“同步辐射”。以接近光速运动的单个电子能量约为109eV，回旋一圈辐射的总能量
约为104eV。下列说法正确的是（ ）
A．同步辐射的机理与氢原子发光的机理一样
B．用同步辐射光照射氢原子，不能使氢原子电离
C．蛋白质分子的线度约为10-8 m，不能用同步辐射光得到其衍射图样
D．尽管向外辐射能量，但电子回旋一圈后能量不会明显减小
11．（2021·浙江·统考高考真题）下列说法正确的是（ ）
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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．α 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
12．（2020·北京·统考高考真题）氢原子能级示意如图。现有大量氢原子处于
能级上，下列说法正确
的是（ ）
A．这些原子跃迁过程中最多可辐射出2 种频率的光子
B．从
能级跃迁到
能级比跃迁到
能级辐射的光子频率低
C．从
能级跃迁到
能级需吸收
的能量
D．
能级的氢原子电离至少需要吸收
的能量
13．（2020·天津·统考高考真题）在物理学发展的进程中，人们通过对某些重要物理实验的深入观察和研
究，获得正确的理论认识。下列图示的实验中导致发现原子具有核式结构的是（ ）
A．
B．
C．
D．
14．（2019·全国·高考真题）氢原子能级示意图如图所示，光子能量在1.63 eV~3.10 eV 的光为可见光，要
使处于基态（n=1）的氢原子被激发后可辐射出可见光光子，最少应给氢原子提供的能量为（ ）
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A．12.09 eV
B．10.20 eV
C．1.89 eV
D．1.5l eV
15．（2017·北京·高考真题）2017 年年初，我国研制的“大连光源”——极紫外自由电子激光装置，发出
了波长在100nm（1nm=10–9m）附近连续可调的世界上最强的极紫外激光脉冲。大连光源因其光子的能量
大、密度高，可在能源利用、光刻技术、雾霾治理等领域的研究中发挥重要作用。一个处于极紫外波段的
光子所具有的能量可以电离一个分子，但又不会把分子打碎。据此判断，能够电离一个分子的能量约为
（取普朗克常量h=6.6×10–34 J·s，真空光速c=3×108 m/s）（ ）
A．10–21J
B．10–18J
C．10–15J
D．10–12J
16．（2015·天津·高考真题）物理学重视逻辑推理，崇尚理性，其理论总是建立在对事实观察的基础上，
下列说法正确的是（ ）
A．电子的发现使人们认识到原子具有核式结构
B．天然放射现象说明原子核内部是有结构的
C．
粒子散射实验的重要发现是电荷是量子化的
D．密立根油滴实验表明核外电子的轨道是不连续的
17．（2015·福建·高考真题）下列有关原子结构和原子核的认识，其中正确的是（ ）
A．
射线是高速运动的电子流
B．氢原子辐射光子后，其绕核运动的电子动能增大
C．太阳辐射能量的主要来源是太阳中发生的重核裂变
D．
的半衰期是5 天，100 克
经过10 天后还剩下50 克
18．（2016·上海·统考高考真题）卢瑟福通过对α 粒子散射实验结果的分析，提出了原子内部存在
A．电子
B．中子
C．质子
D．原子核
19．（2015·上海·统考高考真题）在
粒子散射实验中，电子对
粒子运动的影响可以忽略，这是因为与
粒子相比，电子
A．电量太小
B．速度太小
C．体积太小
D．质量太小
20．（2016·北京·高考真题）处于n=3 能级的大量氢原子，向低能级跃迁时，辐射光的频率有
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A．1 种
B．2 种
C．3 种
D．4 种
二、多选题
21．（2023·浙江·高考真题）氢原子从高能级向低能级跃迁时，会产生四种频率的可见光，其光谱如图1
所示。氢原子从能级6 跃迁到能级2 产生可见光I，从能级3 跃迁到能级2 产生可见光Ⅱ。用同一双缝干涉
装置研究两种光的干涉现象，得到如图2 和图3 所示的干涉条纹。用两种光分别照射如图4 所示的实验装
置，都能产生光电效应。下列说法正确的是（ ）
A．图1 中的
对应的是Ⅰ
B．图2 中的干涉条纹对应的是Ⅱ
C．Ⅰ的光子动量大于Ⅱ的光子动量
D．P 向a 移动，电流表示数为零时Ⅰ对应的电压表示数比Ⅱ的大
22．（2022·海南·高考真题）一群处于
激发态的氢原子跃迁向外辐射出不同频率的光子，则（ ）
A．需要向外吸收能量
B．共能放出6 种不同频率的光子
C．
向
跃迁发出的光子频率最大
D．
向
跃迁发出的光子频率最大
23．（2020·浙江·高考真题）由玻尔原子模型求得氢原子能级如图所示，已知可见光的光子能量在1.62eV
到3.11eV 之间，则（ ）
A．氢原子从高能级向低能级跃迁时可能辐射出
射线
B．氢原子从
的能级向
的能级跃迁时会辐射出红外线
C．处于
能级的氢原子可以吸收任意频率的紫外线并发生电离
D．大量氢原子从
能级向低能级跃迁时可辐射出2 种频率的可见光
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24．（2019·浙江·高考真题）【加试题】波长为λ1和λ2的两束可见光入射到双缝，在光屏上观察到干涉条
纹，其中波长为λ1的光的条纹间距大于波长为λ2的条纹间距．则（下列表述中，脚标“1”和“2”分别代表
波长为λ1和λ2的光所对应的物理量）
A．这两束光的光子的动量p1＞p2
B．这两束光从玻璃射向真空时，其临界角C1＞C2
C．这两束光都能使某种金属发生光电效应，则遏止电压U1＞U2
D．这两束光由氢原子从不同激发态跃迁到n＝2 能级时产生，则相应激发态的电离能△E1＞△E2
25．（2017·浙江·高考真题）下列说法正确的是:
A．β,γ 射线都是电磁波
B．原子核中所有核子单独存在时，质量总和大于该原子核的总质量，
C．在LC 振荡电路中，电容器刚放电时电容器极板上电量最多，回路电流最小
D．处于n=4 激发态的氢原子，共能辐射出四种不同频率的光子
26．（2017·浙江·高考真题）如图为氢原子能级图，氢原子中的电子从n=5 能级跃迁到n=2 能级可产生a
光；从n=4 能级跃迁到n=2 能级可产生b 光．a 光和b 光的波长分别为
和
，照射到逸出功为2.29eV 的
金属钠表面均可产生光电效应，遏止电压分别为
和
，则:
A．
B．
C．a 光的光子能量为2.86eV
D．b 光产生的光电子最大初动能Ek=0.26eV
27．（2018·浙江·高考真题）氢原子的能级图如图所示，关于大量氢原子的能级跃迁，下列说法正确的是
（可见光的波长范围为
，普朗克常量
，真空中光速
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）
A．氢原子从高能级跃迁到基态时，会辐射γ 射线
B．氢原子处在n=4 能级，会辐射可见光
C．氢原子从高能级向n=3 能级跃迁时，辐射的光具有显著的热效应
D．氢原子从高能级向n=2 能级跃迁时，辐射的光在同一介质中传播速度最小的光子能量为1.89eV
28．（2018·浙江·高考真题）a、b 是两种单色光，其光子能量分别为
、
，其
，则（ ）
A．a、b 光子动量之比为
B．若a、b 入射到同一双缝干涉装置上，则相邻亮条纹的间距之比
C．若a、b 都能使某种金属发生光电效应，则光电子最大初动能之差
D．若a、b 是由处在同一激发态的原子跃迁到a 态和b 态时产生的，则a、b 两态能级之差
29．（2016·天津·高考真题）物理学家通过对实验的深入观察和研究，获得正确的科学认知，推动物理学
的发展，下列说法符合事实的是( )
A．赫兹通过一系列实验，证实了麦克斯韦关于光的电磁理论
B．查德威克用α 粒子轰击
获得反冲核
，发现了中子
C．贝克勒尔发现天然放射性现象，说明原子核有复杂结构
D．卢瑟福通过对阴极射线的研究，提出了原子核式结构模型
30．（2016·海南·高考真题）下列说法正确的是_________．
A．爱因斯坦在光的粒子性的基础上，建立了光电效应方程
B．康普顿效应表明光子只具有能量，不具有动量
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C．波尔的原子理论成功地解释了氢原子光谱的实验规律
D．卢瑟福根据α 粒子散射实验提出了原子的核式结构模型
E．德布罗意指出微观粒子的动量越大，其对应的波长就越长
31．（2014·山东·高考真题）氢原子能级如图，当氢原子从n=3 跃迁到n=2 的能级时，辐射光的波长为
656nm，以下判断正确的是（ ）
A．氢原子从n=2 跃迁到n=1 的能级时，辐射光的波长大于656nm
B．用波长为325nm 的光照射可使氢原子从n=1 跃迁到n=2 的能级
C．大量处于n=3 能级上的氢原子向低能级跃迁时最多产生3 种谱线
D．用波长为633nm 的光照射不能使氢原子从n=2 跃迁到n=3 的能级
三、填空题
32．（2020·江苏·统考高考真题）大量处于某激发态的氢原子辐射出多条谱线，其中最长和最短波长分别
为
和
，则该激发态与基态的能量差为_____，波长为
的光子的动量为_____。（已知普朗克常量为
h，光速为c）
33．（2015·海南·高考真题）氢原子基态的能量为E1=-13.6 eV．大量氢原子处于某一激发态．由这些氢原
子可能发出的所有光子中，频率最大的光子能量为-0.96 E1，频率最小的光子的能量为____eV(保留2 位有
效数字)，这些光子可具有____种不同的频率．
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