原子物理学试卷及答案

【篇一：原子物理单元测试卷(含答案)】

/p> 波粒二象性原子结构原子核

检测题

一、选择题（每小题4分，共54分。在每小题给出的四个选项中只有一个选项正

确。全部选对的得4分，错选或不选得0分。）1．卢瑟福的原子核式结构学说可以解决的问题是（）

2．光电效应的规律关于光电效应，有如下几种陈述，其中正确的是（）

a．金属电子的逸出功与入射光的频率成正比 b．光电流的强度与入射光的强度无关

c．用不可见光照射金属一定比用可见光照射同种金属产生的光电子的初动能要大 d．对于任何一种金属都存在一个“最大波长”，入射光的波长必须小于这个波长，才能产生光电效应

3．放射性元素衰变时放出三种射线，按穿透能力由强到弱的排列顺序是（）

a．?射线，?射线，?射线 c．?射线，?射线，?射线

b．?射线，?射线，?射线， d．?射线，?射线，?射线

4．在下列各组所说的两个现象中，都表现出光具有粒子性的是（） a．光的折射现象、偏振现象 b．光的反射现象、干涉现象

c．光的衍射现象、色散现象 d．光电效应现象、康普顿效应Ａ.原子要吸收光子，电子的动能增大，原子的电势能增大Ｂ.Ｃ.

Ｄ.原子要吸收光子，电子的动能减小，原子的电势能增大 6．关于光的波粒二象性的理解正确的是（）

5．氢原子的核外电子从距核较近的轨道跃迁到距核较远的轨道过程中（）

a．大量光子的效果往往表现出波动性，个别光子的行为往往表现出粒子性b．光在传播时是波，而与物质相互作用时就转变成粒子c．高频光是粒子，低频光是波的粒子性显著

d．波粒二象性是光的根本属性，有时它的波动性显著，有时它

7．如图1所示，电路中所有元件完好，光照射到阴极上时，灵敏电流计中没有电流通过，其原因可能是（）

图1

a. 入射光太弱；

b. 入射光波长太长；

c. 光照时间短；

d. 电源电压太低

10．要观察纳米级以下的微小结构，需要利用分辨率比光学显微镜更高的电子显微镜．有关电子显微镜的下列说法正确的是（）

a．它是利用了电子物质波的波长比可见光短，因此不容易发生明显衍射b．它是利用了电子物质波的波长比可见光长，因此不容易发生明显衍射c．它是利用了电子物质波的波长比可见光短，因此更容易发生明显衍射d．它是利用了电子物质波的波长比可见光长，因此更容易发生明显衍射

11．14c是一种半衰期为5 730年的放射性同位素．若考古工作者探测到某古木中14c的含量

()

a．22 920年 b．11 460年 c．5 730年 d．2 865年

43030

13．现有核反应方程为2713al＋2he→15p＋x，新生成的15p具有放射性，继续发生衰变，核反应

)

14.某科学家提出年轻热星体中核聚变的一种理论，其中的两个核反应方程为

1121311512

1h＋6c→7n＋q1 1h＋7n→6c＋x＋q2

方程中q1、q2表示释放的能量，相关的原子核质量见下表：

a．x是2he，q2q1 b．x是42he，q2q1

c．x是2he，q2q1 d．x是42he，q2q1

15．如图2所示，n为钨板，m为金属网，它们分别与电池两极相连，电池的电动势e和极性已在图中标出，钨的逸出功为4.5 ev，现分别用氢原子跃迁发出的能量不同的光照射钨板，下列判断正确的是()

图2

a．用n＝3能级跃迁到n＝2能级发出的光照射，n板会发出电子b．用n＝2能级跃迁到n＝1能级发出的光照射，n板会发出电子

c．用n＝3能级跃迁到n＝1能级发出的光照射，不会有电子到达金属网m d．用n＝4能级跃迁到n＝1能级发出的光照射，不会有电子到达金属网m

16.2006年3月24日，由中国自行研究、设计的世界上第一个全超导非圆截面托卡马克east核聚变实验装置(又称“人造太阳”)，如图3所示，已成功完成首次工作调试．由于它和太阳产生能量的原理相同，都是热核聚变反应，所以被外界称为“人造太阳”．“人造太阳”的原理就是在这台装置的真空室内加入少量氢的同位素氘和氚，使其在一定条件下发生聚变反应，反应过程中会产生巨大的能量．核聚变的主要原料是氘和氚，在海水中含量极其丰富．则下列说法中错．误．的是()

341

a．“人造太阳”的核反应方程是21h＋1h→2he＋0n

图3

d．与这种热核聚变比较，核裂变反应堆产生的废物具有放射性二、填空题。本题共3小题，共24分．把答案填在题中的横线上．17．（8分）现有三个核反应：

①2411na→12mg＋____；

114192②23592u＋0n→56ba＋36kr＋____；

③21h＋1h→2he＋____．

18．（8分）如右图4所示，一验电器与锌板相连，在a处用一紫外线灯照射锌板，关灯后，指针保持一定偏角。针偏角将

（1）现用一带负电的金属小球与锌板接触，则验电器指

（填“增大”“减小”或“不变”）。

（2）使验电器指针回到零，再用相同强度的钠灯发出的黄光照射锌板，验电器指针无偏转。那么，若改用强度更大的红外线灯照射锌板，可观察到验电器指针“有”或“无”）偏转。

19. （4分）如右5图所示为氢原子的能级图．用大量能量为

（填

图

12.76 ev的光子照射一群处于基态的氢原子，氢原子发射出不同波长的光波，其中最多包含有种不同波长的光波。

图5

20．（4分）放射性元素的原子核在?衰变或?衰变生成新原子核时，往往会同时伴随着__ ______辐射。已知a、b两种放射性元素的半

衰期分别为t1和t2，t＝t1?t2时间测得这两种放射性元素的质量相等，那么它们原来的质量之比ma：mb＝_________。

三、计算题。本题共4小题，40分。解答应写出必要的文字说明、方程式和重要演算步骤，只写出最后答案的不能得分。有数值计算

的题，答案中必须明确写出数值和单位。

21．（8分）已知金属铯的逸出功为1.9ev，在光电效应实验中，要使铯表面发出的光电子的最大功能为1.0ev，入射光的波长应为多少米？

23. （12分）一个静止的铀核 4.002 6 u)后衰变成钍核

－27

228

232

kg，1 u相当于931.5 mev的能量)

①写出铀核的衰变反应方程；②算出该衰变反应中释放出的核能；

【篇二：原子物理学试题汇编】

txt>试卷Ａ(聊师)

一、选择题

1.分别用１mev的质子和氘核（所带电荷与质子相同，但质量是质

子的两倍）射向金箔，它们与金箔原子核可能达到的最小距离之比为：

Ａ.1/4; Ｂ.1/2; Ｃ.１;Ｄ.２.

2.处于激发态的氢原子向低能级跃适时，可能发出的谱总数为：

a.4;

b.6;

c.10;

d.12.

3.根据玻尔－索末菲理论，n=4时氢原子最扁椭圆轨道半长轴与半

短轴之比为：

a.1；

b.2;

c.3;

d.4.

4.f电子的总角动量量子数j可能取值为：

a.1/2，3/2;

b.3/2，5/2;

c.5/2，7/2;

d.7/2，9/2.

5.碳原子（c，z＝6）的基态谱项为

a.3po;

b.3p2;

c.3s1;

d.1so.

6.测定原子核电荷数z的较精确的方法是利用

c.史特恩－盖拉赫实验；

d.磁谱仪.

7.要使氢原子核发生热核反应，所需温度的数量级至少应为（k）

a.107;

b.105;

c.1011;

d.1015.

8.下面哪个粒子最容易穿过厚层物质？

a.（1），（2）;

b.（3）,（4）;

c.（2）,（4）;

d.（1）,（3）.

10.论述甲：由于碱金属原子中，价电子与原子实相互作用，使得碱

金属原子的能级对角量子数l的简并消除. 论述乙：原子中电子总角

动量与原子核磁矩的相互作用，导致原子光谱精细结构. 下面判断正

确的是：

a.论述甲正确，论述乙错误;

b.论述甲错误，论述乙正确;

c.论述甲，乙都正确，二者无联系；

d.论述甲，乙都正确，二者有联系.

二、填充题（每空2分，共20分）

1．氢原子赖曼系和普芳德系的第一条谱线波长之比为（）.

2．两次电离的锂原子的基态电离能是三次电离的铍离子的基态电离

能的（）倍.

3．被电压100伏加速的电子的德布罗意波长为（）埃.

4．钠d1线是由跃迁（）产生的.

5．工作电压为50kv的x光机发出的x射线的连续谱最短波长为（）埃.

6．处于4d3/2态的原子的朗德因子g等于（）.

7．双原子分子固有振动频率为f，则其振动能级间隔为（）.

8．co原子基态谱项为4f9/2，测得co原子基态中包含8个超精细

结构成分，则co核自旋i=（）.

9．母核azx衰变为子核y的电子俘获过程表示（）。

10．按相互作用分类，?粒子属于（）类.

三、问答题（共10分）

1.（4分）玻尔氢原子理论的定态假设.

2．（3分）何谓莫塞莱定律？

3．（3分）原子核反应的三阶段描述.

四、计算题（50分）

1．（10分）一个光子电离处于基态的氢原子，被电离的电子重新

和质子结合成处于第一激发态的氢原子，同时放出波长为626埃的

光子.求原入射光子的能量和自由电子动能.

2．（10分）钠原子3s和3p谱项的量子亏损分别为1.373和

0.883. 试确定钠原子的电离能和第一激发电势. （r=109735cm-1） 3．（10分）试讨论钠原子漫线系的一条谱线（2d3/2→2p1/2）在弱磁场中的塞曼分裂，作出能级分裂跃迁图.

22224．（10分）11na的半衰期为2.6年.试求:(1)平均寿命和衰变常数;(2)5mg11na减少到1mg

需要多长时间?(ln10=2.303,ln2=0.693)

5．(10分)试计算中子与17

8o核发生(n,2n)反应的反应能和阈能.

1615(m(17

8o)=16.999130u,m(8o)=15.994915u,m(8o)=15.003071u,mn=1.00 8665u)

试卷 b (聊师)

1. ?粒子以速率v0对心碰撞电荷数为z的原子核，?粒子所能达到的离核的最小距离等于多少？

2．根据玻尔—索末菲理论，氢原子的主量子数n=3时，电子可能有几种不同形状的轨道，它们相应的轨道角动量，能量是否相等？

3. 单电子原子关于l ，j的电偶极跃迁定则是什么？

4．基态为4f3/2的钒原子，通过不均匀横向磁场将分裂为几束？基态钒原子的有效磁矩?j等于多少玻尔磁子?b?

5．试求出磷（p,z=15）.氯(cl,z=17)原子基态电子组态和基态谱项. ?6．d电子与s电子间为ls耦合，试求出可能合成的总轨道角动量pl大小.

二、1．假定1h36cl分子的转动常数b=10.7cm-1，试计算最低的两个转动能级的能量(hc=12400ev?a)

2．已知59co的原子基态光谱项（仅与核外电子有关）为4f9/2，原子谱项的超精细结构分裂0

?为8个成分。试确定co核的自旋pi的大小. 59

3．维持链式反应的条件是什么？

4．强子的夸克模型认为中子和介子是如何组成的？

三．一个动能为3.0ev的电子被氦核所俘获，并发出波长为2400埃的光子. 试问该电子被俘获到氦离子he+的哪个能级？试求he+离子由该能级跃迁到n=2的能级发出光子的波长. 四、1．39ca可发

生?+衰变，试求出所放出的?+粒子的最大动

能.(mca=38.970711u,m核=38。963709u,mec2=0.511mev)

2．用动能为的粒子轰击，观察到在方向上有动能为的质子出射. 试

写出核反应方程式，并确定该反应的反应能.

3．he原子单一态1s3d1d2→1s2p1p1跃迁产生的谱线波长为6678.1埃. 在b=1.2t的磁场中

??发生塞曼效应. 试问：(1)在垂直于b的方向观察时有几条谱线？

波长各为多少？(2)迎着b

的方向观察时有几条谱线？波长各为多少？（hc=12400

ev?a,?b=5.79?10—15ev?t-1）0

试卷 c （山师）

下列数据供答题时使用：组合数

74bee24??0=1.44mev?fm , hc=12400 ev?a r?hc=13.6ev , 78li

原子质量mli=7.016005u 0原子质量m7be=7.016930u , h原子质

量 mh=1007825u, 中子质量mn=1.008665u, 1u=931.5mev/c2

一、根据基本粒子所参与的相互作用，可将基本粒子分为哪几类？

二、试问4.0mev的?粒子与金核（z=79）对心碰撞时的最小距离是多少？

三、试计算原子处于2 d3/2态的总磁矩?j（以玻尔磁子?b为单位）.

四、试确定填满n=2壳层的原子中，下列量子数相间的电子数：（1）ms=1/2; （2）ml=-1.

五、hcl分子的远红外吸收光谱中，观测到多条吸收谱线。这些谱线的波数间隔近似，其平

均值为20.68cm-1,试求该分子第一激发转动态与转动基态间的能量差。

六、已知5927co的原子基态光谱项（仅与核外电子有关）为4f1/2

原子谱项的超精细结构为8

个成分. 59co核的自旋i

七、已知22688ra、22288ra和48he的质量分别为226.025436u、222.017608u和4.002603u。试

计算226ra放出的?粒子动能。

八、试求73li(p,n)7be的反应能和阈能。

九、实验发现，基态氢原子可吸收能量为12.7ev的光子.（1）试问

氢原子吸收光子后将被

激发到哪个能态？（2）在能级图上标出受激发的氢原子向较低能级

跃迁时可能发出几条光谱线？(3)算出这几条光谱线中波长最短的一

条的波长.

中科院上海光机所（1999）

原子物理与量子力学试题（原子物理部分85分）

1．（15分）计算下列粒子的德布罗意波长：（1）10mev的光子；（2）动能为10mev的电子；（3））动能为10mev的中子（中子

的静止能量为940mev）.

2．（15分）（1）试写出氖原子基态的电子组态，给出基态量子数：总角动量子数j、轨道量子数l、自旋量子数s.（2）给出氖原子的最

低一组激发态的电子组态及相应状态的量子数：l、s、j.

3．（15分）对于氢原子、li++，认为原子核是不动的，是根据玻尔模型计算：（1）前两个玻尔轨道的半径及电子在这些轨道上的速度；（2）电子在基态的动能和它的结合能；（3）发电势及共振线（第

一激发态与基态间的跃迁辐射）.

4．（10分）已知氢

原子的巴尔末系及he+的毕克林系的线系限波数分别为：

2741940m-1和2743059m-1，求电子与质子的质量之比. 1072385．（15分）计算下列各原子核的半径：4

2he,47ag,92u，设r0?1.45fm.

6．（15分）举例说明原子物理在科技中的作用.

临沂师范学院物理系

原子物理学期末考试试题（a卷）

一、论述题25分，每小题5分）

1．夫朗克—赫兹实验的原理和结论。

2．泡利不相容原理。

3．x射线标识谱是如何产生的？

4．什么是原子核的放射性衰变？举例说明之。

5．为什么原子核的裂变和聚变能放出巨大能量？

二、（20分）写出钠原子基态的电子组态和原子态。如果价电子被

激发到4s态，问向基态跃迁时可能会发出几条光谱线？试画出能级

跃迁图，并说明之。

三、（15分）对于电子组态3p4d，在ls耦合时，（1）写出所有

可能的光谱项符号；（2）若置于磁场中，这一电子组态一共分裂出

多少个能级？（3）这些能级之间有多少可能的偶极辐射跃迁？

四、（20分）镉原子在1d2→1p1的跃迁中产生的谱线波长为

6438埃。当镉原子置于强度为2t的均匀磁场中时发生塞曼效应，试

计算谱线塞曼分裂中各分量的波长和它们之间的波长差，并画出相

应的光谱跃迁图。

五、（1）（1019分）用中子打击9f产生9o，并放出一个新粒子，写出核反应方程式；在实验室坐标系中，这种核反应发生时中子必

须有的最小的能量是4.1mev，试求反应能q值1（0n19：

1.008665u，9f：18.998405 u）。

（2）（10分）已知235u的核子的平均结合能为7.572 mev，

117sn及118sn的核子的平均结

u裂变为两个sn核时放出多少能量？平均一个核子释放多少能量？

临沂师范学院物理系合能为8.6mev，求235

原子物理学期末考试试题（a卷）标准答案和评分标准

一、论述题25分，每小题5分）

1．原理：加速电子与处于基态的汞原子发生碰撞非弹性碰撞，使汞

原子吸收电子转移的

4.9ev的能量跃迁到第一激发态。处第一激发态的汞原子返回基态时，发射2500埃的紫外光。（3分）

结论：证明汞原子能量是量子化的，即证明玻尔理论是正确的。（2分）

2．在费密子体系中不允许有两个或两个以上的费密子处于同一个量

子态。（5分）

3．内壳层电子填充空位产生标识谱。（5分）

4．原子核自发地的发射???射线的现象称放射性衰变，（4分）

例子（略）（1分）

5．因为中等质量数的原子核的核子的平均结合能约为8.6mev大于

轻核或重核的核子的平均结合能，故轻核聚变及重核裂变时能放出

巨大能量。（5分）

二、（20分）（1）钠原子基态的电子组态1s22s22p63s；原子基

态为2s1/2。（5分）

（2）价电子被激发到4s态向基态跃迁时可发出4条谱线。（6分）（3）依据跃迁选择定则?l＝?1,?j?0,?1（3分）

能级跃迁图为（6分）

三、（15分）（1）可能的原子态为

1p1，1d2，1f3；3p2，1，0，3d3，2，1，3f4，3，2。（7分）（2）一共条60条能级。（5分）

（3）同一电子组态形成的原子态之间没有电偶极辐射跃迁。（3分）

四、（20分）单重态之间的塞曼分裂为正常塞曼效应，相邻谱线之间的波数差为一个洛仑兹单位???1?????2?46.6b（5分） ????则得???0.39a （5分）

a，?0＝6437a，?＋＝6438.39a （5分）和?－＝6437.6

能级跃迁图为（ 5分）

五、（1）（10分）0n?9f?8o＋1h （5分） 119191000

q??emin

m0??3.89mev （5分）

m0?m1

【篇三：原子物理学习题答案(褚圣麟)很详细】

>1.1解：根据卢瑟福散射公式：

ctg

?4??0

k?mv2

b?4??b 022

2zeze

得到：

ze2ctg?79?(1.60?1019)2ctg150b???3.97?10?15米 ?126?19

4??0k?(4??8.85?10)?(7.68?10?10)

式中k??1mv是?粒子的功能。

1.2已知散射角为?的?粒子与散射核的最短距离为

2ze21

?()(1?

4??0mv2sin

) ，

试问上题?粒子与散射的金原子核之间的最短距离rm多大？

解：将1.1题中各量代入rm的表达式，得：

rmin

2ze21?()(1?) 2?

4??0mvsin1

4?79?(1.60?10?19)21?14?9?10??(1?)?3.02?10米

7.68?106?1.60?10?19sin75?

1.3 若用动能为1兆电子伏特的质子射向金箔。问质子与金箔。问质子与金箔原子核可能达到的最小距离多大？又问如果用同样能量的氘核（氘核带一个?e电荷而质量是质子的两倍，是氢的一种同位素的原子核）代替质子，其与金箔原子核的最小距离多大？

解：当入射粒子与靶核对心碰撞时，散射角为180?。当

入射粒子的动能全部转化为两粒子间的势能时，两粒子间的作用距离最小。

根据上面的分析可得：

1ze22

mv?kp?24??0rmin

，故有：

rmin

ze2

4??0kp

79?(1.60?10?19)2?13

?9?10??1.14?10米 6?19

10?1.60?10

由上式看出：rmin与入射粒子的质量无关，所以当用相同能量质量和相同电量得到核代替质子时，其与靶核的作用的最小距离仍为1.14?10?13米。

1.4 钋放射的一种?粒子的速度为1.597?107米/秒，正面垂直入射于厚度为10?7米、密度为1.932?104公斤/米3的金箔。试求所有散射在??90?的?粒子占全部入射粒子数的百分比。已知金的原子量为197。

解：散射角在????d?之间的?粒子数dn与入射到箔上的总粒子数n的比是：

?ntd? n

其中单位体积中的金原子数：n

??/mau??n0/aau

?dn??dn?nnt?d? 而散射角大于90的粒子数为：所以有：

?nt??d?n

?n0

aau

?t?(

14??0

)2?(

2ze2180?

d?)?90?

musin3

cos

等式右边的积分：i??

180?90?

cossin3

?d??2?180?

90?2

dsinsin3

?n0dn122ze22??t?()?() 故2naau4??0mu

?8.5?10?6?8.5?10?4

即速度为1.597?107米/秒的?粒子在金箔上散射，散射角大于90?以上的粒子数大约是8.5?10?4。

1.5 ?粒子散射实验的数据在散射角很小时与理论值（??15?）差得较远，时什么原因？

答：?粒子散射的理论值是在“一次散射“的假定下得出的。而?粒子通过金属箔，经过好多原子核的附近，实际上经过多次散射。至于实际观察到较小的?角，那是多次小角散射合成的结果。既然都是小角散射，哪一个也不能忽略，一次散射的理论就不适用。所以，?粒子散射的实验数据在散射角很小时与理论值差得较远。

1.6 已知?粒子质量比电子质量大7300倍。试利用中性粒子碰撞来证明：?粒子散射“受电子的影响是微不足道的”。

???v,v,0,ve。证明：设碰撞前、后?粒子与电子的速度分别为： ???

根据动量守恒定律，得：mv??mv??mve

???m?1v?v?v?v由此得：??ee…… (1) m7300

又根据能量守恒定律，得：

111222

mv??mv??mve 222

2v??v?

ve ……（2） m

v??v?

??2

?7300(v??v?)

将（1）式代入（2）式，得：

(7300?1)?v?(7300?1)?2?7300v?v?cos?整理，得：v?

?7300?1

??2?上式可写为：7300（v??v?)?0 ???v??v??0

即?粒子散射“受电子的影响是微不足道的”。

1.7能量为3.5兆电子伏特的细?粒子束射到单位面积上质量为

1.05?10?2公斤/米2的银箔上，?粒子与银箔表面成60?角。在离l=0.12米处放一窗口面积为6.0?10?5米2的计数器。测得散射进此窗口的?粒子是全部入射?粒子的百万分之29。若已知银的原子量为107.9。试求银的核电荷数z。

解：设靶厚度为t。非垂直入射时引起?粒子在靶物质中

通过的距离不再是靶物质的厚度t

1-1所示。

因为散射到?与??d?之间d?立体

角内的粒子数dn与总入射粒子数n的比为：

?ntd? (1) n

2ze2

而d?为：d??()()

4??0mv2

d?sin

4（2）

把（2）式代入（1）式，得：

dn12ze22d?

?nt()()2

?n4??0mv

sin4

(3)

3,??200

式中立体角元d??ds/l2,t?t/sin600?2t/

n为原子密度。nt为单位面上的原子数，

nt??/mag??(aag/n0)?1，其中?是单位面积式上的质量；mag是aag是银原子的原子量；n0是阿佛加德罗常数。银原子的质量；将各量代入（3）式，得：

dn2?n01ze22d?

?()2()2

na4??mvag0sin4

由此，得：z=47

1.8 设想铅（z=82）原子的正电荷不是集中在很小的核上，而是均匀分布在半径约为10?10米的球形原子内，如果有能量为106电子伏特的?粒子射向这样一个“原子”，试通过计算论证这样的?粒子不可能被具有上述设想结构的原子产生散射角大于900的散射。这个结论与卢瑟福实验结果差的很远，这说明原子的汤姆逊模型是不能成立的（原子中电子的