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版高中物理第章原子世界探秘章末检测试卷沪科版选修.docx

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第 3 章 原子世界探秘
章末检测试卷(三)
(时间:90 分钟 满分:100 分) 一、选择题(本题共 12 小题,每小题 4 分,共 48 分;其中 1~6 题为单项选择题,7~12 题 为多项选择题) 1.下列叙述中符合物理学史的有( ) A.汤姆生通过研究阴极射线实验发现了电子和质子的存在 B.卢瑟福通过对 α 粒子散射实验现象的分析,证实了原子核是可以再分的 C.牛顿发现了日光通过三棱镜后的色散现象,并把得到的彩色光带叫做光谱 D.玻尔提出的原子模型,彻底否定了卢瑟福的原子核式结构学说 答案 C 解析 汤姆生通过研究阴极射线发现了电子,A 错误;卢瑟福通过对 α 粒子散射实验现象的 分析,得出了原子的核式结构模型,B 错;17 世纪,牛顿发现了日光通过三棱镜后的色散现 象,并将实验得到的彩色光带叫做光谱,C 正确;玻尔的原子模型是在核式结构模型的基础 上提出的几条假设,并没有彻底否定核式结构学说,D 错误. 2.当 α 粒子穿过金箔发生大角度偏转的过程中,下列说法正确的是( ) A.α 粒子先受到原子核的斥力作用,后受原子核的引力作用 B.α 粒子一直受到原子核的斥力作用 C.α 粒子先受到原子核的引力作用,后受到原子核的斥力作用 D.α 粒子一直受到库仑斥力,速度一直减小 答案 B 解析 α 粒子与金原子核带同种电荷,两者相互排斥,故 A、C 错误,B 正确;α 粒子在靠 近金原子核时斥力做负功,速度减小,远离时斥力做正功,速度增大,故 D 错误. 3.仔细观察氢原子的光谱,发现它只有几条分离的不连续的亮线,其原因是( ) A.氢原子只有几个能级 B.氢原子只能发出平行光 C.氢原子有时发光,有时不发光
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D.氢原子辐射的光子的能量是不连续的,所以对应的光的频率也是不连续的

答案 D

解析 氢原子在不同的能级之间跃迁时,辐射出不同能量的光子,并且满足 E=hν .能量不

同,相应光子频率不同,体现在光谱上是一些不连续的亮线.

4.关于线状谱,下列说法中正确的是( )

A.每种原子处在不同温度下发光的线状谱不同

B.每种原子处在不同的物质中的线状谱不同

C.每种原子在任何条件下发光的线状谱都相同

D.两种不同的原子发光的线状谱可能相同

答案 C

解析 每种原子都有自己的结构,只能发出由内部结构决定的自己的特征谱线,不会因温度、

物质不同而改变,选项 C 正确.

5.根据玻尔的氢原子理论,当某个氢原子吸收一个光子后( )

A.氢原子所在的能级下降

B.氢原子的电势能增加

C.电子绕核运动的半径减小

D.电子绕核运动的动能增加

答案 B

解析 根据玻尔的氢原子理论,当某个氢原子吸收一个光子后,氢原子的能级上升,电子绕

核运动的半径增大,A、C 错误;电子与原子核间的距离增大,库仑力做负功,电势能增大,

B 正确;电子围绕原子核做圆周运动,库仑力提供向心力,由kre22=mrv2,可得 Ek=12mv2=k2er2,

半径增大,动能减小,故 D 错误.

6.已知氢原子的基态能量为 E1,不同能级的能量 En=nE21,其中 n=1,2,3,….用 h 表示普朗

克常量,c 表示真空中的光速.能使氢原子从第一激发态电离的光子的最大波长为( )

A.-43hEc1 C.-4Eh1c

B.-2Eh1c D.-9Eh1c

答案 C

解析 依题意可知第一激发态能量为 E2=2E21,要将其电离,需要的能量至少为 Δ E=0-E2=

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,根据波长、频率与波速的关系 c=ν

λ

,联立解得最大波长 λ

4hc =- E1 ,选项

C 正确.

7.如图 1 为氢原子能级示意图的一部分,则氢原子( )

图1

A.从 n=4 能级跃迁到 n=3 能级比从 n=3 能级跃迁到 n=2 能级辐射出电磁波的波长长

B.处于不同能级时,核外电子在各处出现的概率是一样的

C.从高能级向低能级跃迁时,氢原子一定向外放出能量

D.处于 n=5 能级的一群氢原子跃迁时,最多可以发出 6 种不同频率的光子

答案 AC

解析

根据 Δ

E=hν

,ν

=c λ

,可知

λ

=c ν

=ΔhcE,从

n=4

能级跃迁到

n=3

能级比从

n=3

能级跃迁到 n=2 能级放出的能量少,所以从 n=4 能级跃迁到 n=3 能级比从 n=3 能级跃迁

到 n=2 能级辐射出电磁波的波长长,选项 A 正确;处于不同能级时,核外电子在各处出现的

概率不相同,B 错误;从高能级向低能级跃迁时,氢原子一定向外放出能量,C 正确;处于 n

=5 能级的一群氢原子跃迁时,最多可以发出 10 种不同频率的光子,D 错误.

8.关于 α 粒子散射实验现象的分析,下列说法正确的是( )

A.绝大多数 α 粒子沿原方向运动,说明正电荷在原子内均匀分布,使 α 粒子受力平衡的结



B.绝大多数 α 粒子沿原方向运动,说明这些 α 粒子未受到明显的力的作用,说明原子内大

部分空间是空的

C.极少数 α 粒子发生大角度偏转,说明原子内质量和电荷量比 α 粒子大得多的粒子在原子

内分布空间很小

D.极少数 α 粒子发生大角度偏转,说明原子内的电子对 α 粒子的吸引力很大

答案 BC

解析 在 α 粒子散射实验中,绝大多数 α 粒子沿原方向运动,说明这些 α 粒子未受到原子

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核明显的力的作用,也说明原子核相对原子来讲很小,原子内大部分空间是空的,故 A 错,B

对;极少数 α 粒子发生大角度偏转,说明会受到原子核明显的力的作用的空间在原子内很小,

α 粒子偏转而原子核未动,说明原子核的质量和电荷量远大于 α 粒子的质量和电荷量,因

电子的质量远小于 α 粒子的质量,α 粒子打在电子上,不会有明显偏转,故 C 对,D 错.

9.已知基态氢原子能量 E1=-13.6eV,欲使处于基态的氢原子激发,下列措施可行的是( )

A.用 10.2eV 的光子照射

B.用 11eV 的光子照射

C.用 14eV 的光子照射

D.用 11eV 的电子碰撞

答案 ACD

解析 10.2 eV=E2-E1=-3.4 eV-(-13.6 eV),A 正确.11 eV 不等于任何其他能级与基

态的能级差,B 错误.14 eV>13.6 eV,可使其电离,C 正确.若用电子碰撞,只需大于 E2-

E1=

10.2 eV 即可,D 正确.

10.已知金属钙的逸出功为 2.7eV,氢原子的能级图如图 2 所示,一群氢原子处于量子数 n

=4 的能级状态,则( )

图2 A.氢原子可能辐射 6 种频率的光子 B.氢原子可能辐射 8 种频率的光子 C.有 3 种频率的辐射光子能使钙发生光电效应 D.有 4 种频率的辐射光子能使钙发生光电效应 答案 AC 解析 由 N=n?n2-1?知,氢原子可能放出 6 种频率的光子,选项 A 正确,B 错误;原子由 n =4 能级向低能级跃迁放出的 6 种频率的光子中,由 hν =Em-En 知有 3 种频率的光子能量大 于金属钙的逸出功 2.7eV,所以选项 C 正确,D 错误. 11.氢原子的核外电子由离核较远的轨道跃迁到离核较近的轨道上时,下列说法中正确的是 ()
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A.核外电子受力变小

B.原子的能量减少,电子的动能增加

C.氢原子要吸收一定频率的光子

D.氢原子要放出一定频率的光子

答案 BD

解析 氢原子的核外电子由离核较远的轨道跃迁到离核较近的轨道上时,r 减小,由库仑定

律知核外电子受力变大,A 错;由 kre22=mvr2得 Ek=12mv2=k2er2,知电子的动能变大,由 En=-

13.6 n2 eV



n

减小时原子能量减少,B

对;电子由高能级向低能级跃迁时要放出一定频率的光

子,C 错,D 对.

12.氢原子能级图的一部分如图 3 所示,a、b、c 分别表示氢原子在不同能级间的三种跃迁

途径,设在 a、b、c 三种跃迁过程中,放出光子的能量和波长分别是 Ea、Eb、Ec 和 λ a、λ b、

λ c,则( )

A.λ b=λ a+λ c C.λ b=λ aλ c

图3 111 B.λ b=λ a+λ c D.Eb=Ea+Ec

答案 BD

解析

Ea=E3-E2,Eb=E3-E1,Ec=E2-E1,所以 Eb=Ea+Ec,D 正确;由 ν

=c λ



λ

hc a=E3-E2,

hc

hc

111

λ b=E3-E1,λ c=E2-E1,取倒数后得到λ b=λ a+λ c,B 正确.

二、填空题(本题共 2 小题,共 12 分)

13.(6 分)如图所示,四个示意图所表示的实验中能说明原子核式结构的是________.

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答案 A 解析 图 A 是 α 粒子散射实验,反映了原子的核式结构. 14.(6 分)根据玻尔原子结构理论,氦离子(He+)的能级图如图 4 所示.电子处在 n=3 轨道 上比处在 n=5 轨道上离氦核的距离________(选填“近”或“远”).当大量 He+处在 n=4 的激发态时,由于跃迁所发出的谱线有________条.
图4 答案 近 6 解析 量子数越大,轨道越远,电子处在 n=3 轨道上比处在 n=5 轨道上离氦核的距离要近; 处在 n=4 的激发态时,由于跃迁所发出谱线有 C24=6 条. 三、计算题(本题共 4 小题,共 40 分) 15.(8 分)氢原子的基态能量 E1=-13.6eV,电子绕核运动的半径 r1=0.53×10-10m,则氢原 子处于 n=2 的激发态时(普朗克常量 h=6.63×10-34J·s,k=9×109N·m2/C2,电子电荷量 e =1.6×10-19C) (1)原子系统具有的能量是多少? (2)电子在轨道上运动的动能为多少? (3)电子具有的电势能为多少? 答案 (1)-3.4eV (2)3.4eV (3)-6.8eV 解析 (1)由 En=nE21可得 E2=-1232.6eV=-3.4eV,即为原子系统的能量. (2)由 F=rk2e22=mrv22得,Ek2=12mv2=2kre22=k8er21,
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代入数据,解得 Ek2≈3.4eV, 即电子在轨道上的动能为 3.4eV. (3)由 Epn=En-Ekn,得 Ep2=2E2=-6.8eV,即电子具有的电势能为-6.8eV. 16.(10 分)有大量的氢原子吸收某种频率的光子后从基态跃迁到 n=3 的激发态,已知氢原 子处于基态时的能量为 E1,氢原子各能级关系为 En=n12E1(n=1,2,3,…),则吸收光子的频 率 ν 是多少?当这些处于激发态的氢原子向低能级跃迁发光时,最多可发出几条谱线?辐射 光子的能量分别为多少?(答案用字母表示) 答案 见解析 解析 据跃迁理论 hν =E3-E1, 而 E3=19E1,所以 ν =E3-h E1=-89Eh1. 由于是大量原子,可从 n=3 直接跃迁到 n=1,从 n=3 跃迁到 n=2,再从 n=2 跃迁到 n=1, 故应有三条谱线, 辐射光子的能量分别为 E3-E1、E3-E2、E2-E1,即-89E1、-356E1、-34E1. 17.(10 分)如图 5 所示,让一束均匀的阴极射线从两极板正中间垂直穿过正交的电磁场,选 择合适的磁感应强度 B 和两极之间的电压 U,带电粒子将不发生偏转,然后撤去电场,粒子 将做匀速圆周运动,并垂直打到极板上,两极板之间的距离为 d,则阴极射线中带电粒子的 比荷为多少?
图5 2U 答案 B2d2 解析 设阴极射线粒子的电荷量为 q,质量为 m,则在电磁场中由平衡条件得 qUd=qvB① 撤去电场后,由牛顿第二定律得 qvB=mRv2② R=d2③
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q 2U 解①②③得m=B2d2. 18.(12 分)氢原子处于基态时,原子的能量为 E1=-13.6eV,当处于 n=3 的激发态时,能 量为 E3=-1.51eV,则:(h=6.63×10-34J·s) (1)当氢原子从 n=3 的激发态跃迁到基态时,向外辐射的光子的波长是多少?

(2)若要使处于基态的氢原子电离,至少要用多大频率的电磁波照射原子?

(3)若有大量的氢原子处于 n=3 的激发态,则在跃迁过程中可能释放出几种频率的光子?其

中最长波长是多少?

答案 (1)1.03×10-7m (2)3.28×1015Hz

(3)3 种 6.58×10-7m

解析 (1)根据玻尔理论 E3-E1=hλc
hc λ =E3-E1
6.63×10-34×3×108 =?-1.51+13.6?×1.6×10-19m ≈1.03×10-7m

(2)要使处于基态的氢原子电离,入射光子须满足 hν ≥0-E1 解得 ν ≥-Eh1=-?-163..663?××110.-63×4 10-19Hz

≈3.28×1015Hz.

(3)当大量氢原子处于 n=3 能级时,可能释放出的光子频率种类为 N=n?n- 2 1?=3 种

由于 E2=2E21=-13.46eV=-3.4eV

氢原子由 n=3 能级向 n=2 能级跃迁时放出的光子波长最长,设为 λ

′,则

h λ

c′=E3-E2

hc 6.63×10-34×3×108 所以 λ ′=E3-E2=?3.4-1.51?×1.6×10-19m

≈6.58×10-7m.

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