2019-2020年高中物理 第十八章 原子結(jié)構(gòu)測(cè)評(píng)B 新人教版選修3-5一、選擇題(本題共10小題,每小題4分,共40分。在每小題給出的四個(gè)選項(xiàng)中,至少有一個(gè)選項(xiàng)正確;全部選對(duì)的得4分,選不全的得2分,有選錯(cuò)或不答的得0分)1.(xx北京理綜)一個(gè)氫原子從n=3能級(jí)躍遷到n=2能級(jí),該氫原子()A.放出光子,能量增加B.放出光子,能量減少C.吸收光子,能量增加D.吸收光子,能量減少解析:由玻爾原子模型、躍遷的特點(diǎn),由高能級(jí)向低能級(jí)躍遷過程中能量減少,減少的能量以光子形式放出,選項(xiàng)B正確。答案:B2.(xx福建理綜)在盧瑟福粒子散射實(shí)驗(yàn)中,金箔中的原子核可以看作靜止不動(dòng),下列各圖畫出的是其中兩個(gè)粒子經(jīng)歷金箔散射過程的徑跡,其中正確的是()解析:粒子運(yùn)動(dòng)時(shí)受到原子核的排斥力作用,離原子核距離遠(yuǎn)的粒子受到的排斥力小,運(yùn)動(dòng)方向改變的角度也小,離原子核距離近的粒子受到的排斥力大,運(yùn)動(dòng)方向改變的角度就大,C項(xiàng)正確。答案:C3.(xx上海單科)盧瑟福利用粒子轟擊金箔的實(shí)驗(yàn)研究原子結(jié)構(gòu),正確反映實(shí)驗(yàn)結(jié)果的示意圖是()解析:粒子散射實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象:(1)絕大多數(shù)的粒子穿過金箔后仍沿原來的方向前進(jìn);(2)少數(shù)粒子發(fā)生了較大的偏轉(zhuǎn);(3)極少數(shù)粒子的偏轉(zhuǎn)角超過90,甚至有個(gè)別 粒子被反彈回來。據(jù)此可知本題只有選項(xiàng)D正確。答案:D4.(xx全國(guó)高考)已知?dú)湓拥幕鶓B(tài)能量為E1,激發(fā)態(tài)能量En=,其中n=2,3,用h表示普朗克常量,c表示真空中的光速。能使氫原子從第一激發(fā)態(tài)電離的光子的最大波長(zhǎng)為()A.-B.-C.-D.-解析:根據(jù)激發(fā)態(tài)能量公式En=可知?dú)湓拥谝患ぐl(fā)態(tài)的能量為,設(shè)能使氫原子從第一激發(fā)態(tài)電離的最大波長(zhǎng)(設(shè)波長(zhǎng)為m)的光子能量為E,則有+E=0,且E=h,聯(lián)立解得m=-,所以本題正確選項(xiàng)只有C。答案:C5.(xx四川理綜)如圖為氫原子能級(jí)示意圖的一部分,則氫原子()A.從n=4能級(jí)躍遷到n=3能級(jí)比從n=3能級(jí)躍遷到n=2能級(jí)輻射出電磁波的波長(zhǎng)長(zhǎng)B.從n=5能級(jí)躍遷到n=1能級(jí)比從n=5能級(jí)躍遷到n=4能級(jí)輻射出電磁波的速度大C.處于不同能級(jí)時(shí),核外電子在各處出現(xiàn)的概率是一樣的D.從高能級(jí)向低能級(jí)躍遷時(shí),氫原子核一定向外放出能量解析:由h=Em-En,En=-,=可得從n=4躍遷到n=3比從n=3躍遷到n=2輻射出的電磁波的能量小,頻率小,波長(zhǎng)長(zhǎng),選項(xiàng)A正確;電磁波在真空中的速度都是一樣的,選項(xiàng)B錯(cuò)誤;電子軌道與能級(jí)對(duì)應(yīng)處于不同能級(jí),核外電子在各處出現(xiàn)的概率是不一樣的,選項(xiàng)C錯(cuò)誤;從高能級(jí)向低能級(jí)躍遷時(shí),氫原子一定向外釋放能量,但不是氫原子核釋放能量,選項(xiàng)D錯(cuò)誤。答案:A6.(xx江蘇單科)如圖所示是某原子的能級(jí)圖,a、b、c為原子躍遷所發(fā)出的三種波長(zhǎng)的光。在下列該原子光譜的各選項(xiàng)中,譜線從左向右的波長(zhǎng)依次增大,則正確的是()解析:由En=、h=E及能級(jí)躍遷圖可得a光的波長(zhǎng)最短,b光的波長(zhǎng)最長(zhǎng),選項(xiàng)C正確。答案:C7.(xx課標(biāo)理綜)用頻率為0的光照射大量處于基態(tài)的氫原子,在所發(fā)射的光譜中僅能觀測(cè)到頻率分別為1、2、3的三條譜線,且3>2>1,則()A.0<1B.3=2+1C.0=1+2+3D.解析:在光譜中僅能觀測(cè)到三條譜線,可知基態(tài)的氫原子被激發(fā)到n=3,且h3=h2+h1,3=0,選項(xiàng)B正確。答案:B8.(xx上海單科)不能用盧瑟福原子核式結(jié)構(gòu)模型得出的結(jié)論是()A.原子中心有一個(gè)很小的原子核B.原子核是由質(zhì)子和中子組成的C.原子質(zhì)量幾乎全部集中在原子核內(nèi)D.原子的正電荷全部集中在原子核內(nèi)解析:盧瑟福原子核式結(jié)構(gòu)模型的結(jié)論不涉及原子核的組成問題,A、C、D三項(xiàng)不符合題意,B項(xiàng)符合題意。答案:B9.(xx四川理綜)氫原子從能級(jí)m躍遷到能級(jí)n時(shí)輻射紅光的頻率為1,從能級(jí)n躍遷到能級(jí)k時(shí)吸收紫光的頻率為2,已知普朗克常量為h,若氫原子從能級(jí)k躍遷到能級(jí)m,則()A.吸收光子的能量為h1+h2 B.輻射光子的能量為h1+h2 C.吸收光子的能量為h2-h1D.輻射光子的能量為h2-h1 解析:氫原子從能級(jí)m躍遷到能級(jí)n時(shí),輻射紅光,則h1=Em-En;從能級(jí)n躍遷到能級(jí)k時(shí),吸收紫光,則h2=Ek-En。因?yàn)榧t光的頻率1小于紫光的頻率2,即h1<h2,所以能級(jí)k大于能級(jí)m。從能級(jí)k躍遷到能級(jí)m時(shí),輻射光子的能量為Ek-Em=h2-h1,選項(xiàng)D正確。答案:D10.(xx山東理綜)氫原子能級(jí)如圖,當(dāng)氫原子從n=3躍遷到n=2的能級(jí)時(shí),輻射光的波長(zhǎng)為656 nm。以下判斷正確的是()A.氫原子從n=2躍遷到n=1的能級(jí)時(shí),輻射光的波長(zhǎng)大于656 nmB.用波長(zhǎng)為325 nm的光照射,可使氫原子從n=1躍遷到n=2的能級(jí)C.一群處于n=3能級(jí)上的氫原子向低能級(jí)躍遷時(shí)最多產(chǎn)生3種譜線D.用波長(zhǎng)為633 nm的光照射,不能使氫原子從n=2躍遷到n=3的能級(jí)解析:由h=E2-E1及氫原子能級(jí)關(guān)系可知,從n=2躍遷到n=1時(shí)釋放光子波長(zhǎng)為122 nm,故選項(xiàng)A錯(cuò)誤。波長(zhǎng)325 nm光子能量小于波長(zhǎng)122 nm光子能量,不能使氫原子從n=1躍遷到n=2的能級(jí),選項(xiàng)B錯(cuò)誤。一群處于n=3能級(jí)的氫原子向低能級(jí)躍遷時(shí)最多有3種可能,因此最多產(chǎn)生3種譜線。選項(xiàng)C正確。從n=3躍遷到n=2時(shí)輻射光的波長(zhǎng)=656 nm,所以,只有當(dāng)入射光波長(zhǎng)為656 nm時(shí),才能使氫原子從n=2躍遷到n=3的能級(jí)。選項(xiàng)D正確。答案:CD二、填空題(本題共2小題,共16分。把答案填在題中的橫線上)11.(8分)(xx江蘇單科)根據(jù)玻爾原子結(jié)構(gòu)理論,氦離子(He+)的能級(jí)圖如圖所示。電子處在n=3軌道上比處在n=5軌道上離氦核的距離(選填“近”或“遠(yuǎn)”)。當(dāng)大量He+處在n=4的激發(fā)態(tài)時(shí),由于躍遷所發(fā)射的譜線有條。解析:能級(jí)越小的電子,離原子核越近;從n=4的激發(fā)態(tài)躍遷時(shí),發(fā)射的譜線條數(shù)為=6條。答案:近612.(8分)(xx山東理綜)大量氫原子處于不同能量激發(fā)態(tài),發(fā)生躍遷時(shí)放出三種不同能量的光子,其能量值分別是1.89 eV、10.2 eV、12.09 eV。躍遷發(fā)生前這些原子分布在個(gè)激發(fā)態(tài)能級(jí)上,其中最高能級(jí)的能量值是 eV(基態(tài)能量為-13.6 eV)。解析:由于氫原子躍遷時(shí)放出三種不同能量的光子,所以n=3,而原子躍遷時(shí)處于2個(gè)激發(fā)態(tài)能級(jí)上。最高能級(jí)的能量值為E3=-13.6 eV+12.09 eV=-1.51 eV。答案:2-1.51三、計(jì)算題(本題共3小題,共44分。解答應(yīng)寫出必要的文字說明、方程式和重要的演算步驟,有數(shù)值計(jì)算的題,答案中必須明確寫出數(shù)值和單位)13.(14分)(xx江蘇單科)已知?dú)湓犹幵诘谝弧⒌诙ぐl(fā)態(tài)的能級(jí)分別為-3.40 eV和-1.51 eV,金屬鈉的截止頻率為5.531014 Hz,普朗克常量h=6.6310-34 Js。請(qǐng)通過計(jì)算判斷,氫原子從第二激發(fā)態(tài)躍遷到第一激發(fā)態(tài)過程中發(fā)出的光照射金屬鈉板,能否發(fā)生光電效應(yīng)。解析:氫原子放出的光子能量E=E3-E2,代入數(shù)據(jù)得E=1.89 eV金屬鈉的逸出功W0=hc,代入數(shù)據(jù)得W0=2.3 eV因?yàn)镋<W0,所以不能發(fā)生光電效應(yīng)。答案:不能。原因見解析14.(14分)(xx銀川模擬)1914年,弗蘭克和赫茲在實(shí)驗(yàn)中用電子碰撞靜止的原子的方法,使原子從基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài),來證明玻爾提出的原子能級(jí)存在的假設(shè)。設(shè)電子的質(zhì)量為m,原子質(zhì)量為m0,基態(tài)和激發(fā)態(tài)的能量差為E,試求入射電子的最小動(dòng)能。解析:設(shè)電子與原子碰撞前后的速率分別為v1和v2,原子碰撞后的速率為v,假設(shè)碰撞是一維正碰。由動(dòng)量守恒定律有mv1=mv2+m0v由能量守恒定律有m0v2+E由上面兩式得m0(m0+m)v2-2mm0v1v+2mE=0。上式是關(guān)于v的二次方程,要使v有實(shí)數(shù)解,該方程的判別式0,即=(-2mm0v1)2-4m0(m0+m)2mE0。所以,E。可見,入射電子的最小動(dòng)能為E。答案:E15.(16分)(xx青島模擬)1951年物理學(xué)家發(fā)現(xiàn)了“電子偶數(shù)”,所謂“電子偶數(shù)”,就是同一個(gè)負(fù)電子和一個(gè)正電子繞它們的質(zhì)量中心旋轉(zhuǎn)形成的相對(duì)穩(wěn)定的系統(tǒng)。已知正、負(fù)電子的質(zhì)量均為me,普朗克常量為h,靜電力常量為k。(1)若正、負(fù)電子是由一個(gè)光子和核場(chǎng)相互作用產(chǎn)生的,且相互作用過程中核場(chǎng)不提供能量,則此光子的頻率必須大于臨界值,臨界值為多大?(2)假設(shè)“電子偶數(shù)”中,正、負(fù)電子繞它們質(zhì)量中心做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的軌道半徑r、運(yùn)動(dòng)速度v及電子的質(zhì)量滿足玻爾的軌道量子化理論:2mevr=,n=1,2,“電子偶數(shù)”的能量為正、負(fù)電子運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能和系統(tǒng)的電勢(shì)能之和,已知兩正、負(fù)電子相距為L(zhǎng)時(shí)系統(tǒng)的電勢(shì)能為E=-k。試求n=1時(shí)“電子偶數(shù)”的能量。(3)“電子偶數(shù)”由第一激發(fā)態(tài)躍遷到基態(tài)發(fā)出光子的波長(zhǎng)為多大?解析:(1)設(shè)光子頻率的臨界值為0,則h0=2mec2,0=。(2)由于正、負(fù)電子質(zhì)量相等,故兩電子的軌道半徑相等,設(shè)為r,則正、負(fù)電子間距為2r,速度均為v,則k=me,2mevr=n,電子偶數(shù)能量En=2mev2-k,得En=-。電子偶數(shù)基態(tài)能量為E1=-。(3)電子偶數(shù)處于第一激發(fā)態(tài)時(shí)能量E2=,設(shè)電子偶數(shù)從第一激發(fā)態(tài)躍遷到基態(tài)時(shí)發(fā)出光子的波長(zhǎng)為。則E2-E1=-E1=h,=。答案:(1)(2)-(3)