2019-2020年高中物理 第十八章 原子結(jié)構(gòu)單元質(zhì)量評(píng)估（含解析）新人教版選修3-5一、選擇題(本大題共12小題,每小題5分,共60分。多選題已在題號(hào)后標(biāo)出)1.下列敘述中符合物理學(xué)史的有()A.湯姆孫通過研究陰極射線實(shí)驗(yàn),發(fā)現(xiàn)了電子和質(zhì)子的存在B.盧瑟福通過對(duì)粒子散射實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的分析,證實(shí)了原子是可以再分的C.巴耳末根據(jù)氫原子光譜分析,總結(jié)出了氫原子光譜可見光區(qū)波長公式D.玻爾提出的原子模型,徹底否定了盧瑟福的原子核式結(jié)構(gòu)學(xué)說【解析】選C。湯姆孫通過研究陰極射線發(fā)現(xiàn)了電子,A錯(cuò);盧瑟福通過對(duì)粒子散射實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的分析,得出了原子的核式結(jié)構(gòu)模型,B錯(cuò);巴耳末根據(jù)氫原子光譜在可見光區(qū)的四條譜線得出巴耳末公式,C正確;玻爾的原子模型是在核式結(jié)構(gòu)模型的基礎(chǔ)上提出的幾條假設(shè),并沒有否定核式結(jié)構(gòu)學(xué)說,D錯(cuò)誤。2.(多選)(xx亳州高二檢測(cè))如圖所示為粒子散射實(shí)驗(yàn)裝置,粒子打到熒光屏上都會(huì)引起閃爍,若將帶有熒光屏的顯微鏡分別放在圖中A、B、C、D四處位置。則這四處位置在相等時(shí)間內(nèi)統(tǒng)計(jì)的閃爍次數(shù)一定不符合事實(shí)的是()A.1 305、25、7、1B.202、405、625、825C.1 202、1 010、723、203D.1 202、1 305、723、203【解析】選B、C、D。根據(jù)粒子散射實(shí)驗(yàn)的統(tǒng)計(jì)結(jié)果,大多數(shù)粒子能按原來方向前進(jìn),少數(shù)粒子方向發(fā)生了偏移,極少數(shù)粒子偏轉(zhuǎn)超過90,甚至有的被反向彈回。所以在相等時(shí)間內(nèi)A處閃爍次數(shù)最多,其次是B、C、D三處,并且數(shù)據(jù)相差比較大,所以只有選項(xiàng)A符合事實(shí)。3.(xx雅安高二檢測(cè))根據(jù)粒子散射實(shí)驗(yàn),盧瑟福提出了原子的核式結(jié)構(gòu)模型,圖中虛線表示原子核所形成的電場的等勢(shì)線,實(shí)線表示一個(gè)粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡。在粒子從a運(yùn)動(dòng)到b、再運(yùn)動(dòng)到c的過程中,下列說法中正確的是()A.動(dòng)能先增大,后減小B.電勢(shì)能先減小,后增大C.電場力先做負(fù)功,后做正功,總功等于零D.加速度先變小,后變大【解題指南】解答本題要把握以下兩點(diǎn):(1)粒子與原子核都帶正電,它們之間存在相互作用的斥力。(2)當(dāng)粒子靠近原子核時(shí),斥力做負(fù)功,動(dòng)能減小,加速度增大,當(dāng)粒子遠(yuǎn)離原子核時(shí),斥力做正功,動(dòng)能增大,加速度減小。【解析】選C。粒子從a點(diǎn)經(jīng)b點(diǎn)到達(dá)等勢(shì)點(diǎn)c的過程中,電場力先做負(fù)功、后做正功,粒子的電勢(shì)能先增加,后減小,回到同一等勢(shì)線上時(shí),電場力做的總功為零,粒子受力先變大,后變小,故加速度先變大,后變小。故C項(xiàng)正確。4.有關(guān)原子結(jié)構(gòu),下列說法正確的是()A.玻爾原子模型能很好地解釋氫原子光譜的實(shí)驗(yàn)規(guī)律B.盧瑟福核式結(jié)構(gòu)模型可以很好地解釋原子的穩(wěn)定性C.盧瑟福的粒子散射實(shí)驗(yàn)表明原子內(nèi)部存在帶負(fù)電的電子D.盧瑟福的粒子散射實(shí)驗(yàn)否定了玻爾原子模型【解析】選A。玻爾提出的原子模型成功地說明了原子的穩(wěn)定性和氫原子光譜的實(shí)驗(yàn)規(guī)律,盧瑟福核式結(jié)構(gòu)模型不能解釋原子的穩(wěn)定性;盧瑟福的粒子散射實(shí)驗(yàn)表明原子具有核式結(jié)構(gòu),否定了湯姆孫關(guān)于原子結(jié)構(gòu)的“西瓜模型”。故A正確,B、C、D錯(cuò)誤。5.氫原子光譜巴耳末系最小波長與最大波長之比為()A. B. C. D.【解析】選A。由巴耳末公式=R(-),n=3,4,5當(dāng)n=時(shí),最小波長=R,當(dāng)n=3時(shí),最大波長=R(-),聯(lián)立兩式得=,A正確,B、C、D錯(cuò)誤。6.(多選)氫原子的核外電子由離核較遠(yuǎn)的軌道躍遷到離核較近的軌道上時(shí),下列說法中正確的是()A.核外電子受力變小B.原子的能量減少,電子的動(dòng)能增加C.氫原子要吸收一定頻率的光子D.氫原子要放出一定頻率的光子【解析】選B、D。氫原子的核外電子由離核較遠(yuǎn)的軌道躍遷到離核較近的軌道上時(shí),r減小,由庫侖定律知核外電子受力變大,A錯(cuò);由k=m得Ek=mv2=知電子的動(dòng)能變大,由En=-eV知n減小時(shí)原子能量減少,B對(duì);電子由高能級(jí)向低能級(jí)躍遷時(shí)放出一定頻率的光子,C錯(cuò),D對(duì)。7.(多選)關(guān)于原子結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)歷程,下列說法正確的有()A.湯姆孫發(fā)現(xiàn)電子后猜想出原子內(nèi)的正電荷集中在很小的核內(nèi)B.粒子散射實(shí)驗(yàn)中少數(shù)粒子發(fā)生了較大偏轉(zhuǎn)是盧瑟福猜想原子核式結(jié)構(gòu)模型的主要依據(jù)C.對(duì)原子光譜的研究開辟了深入探索原子結(jié)構(gòu)的道路D.玻爾原子理論無法解釋較復(fù)雜原子的光譜現(xiàn)象,說明玻爾提出的原子定態(tài)概念是錯(cuò)誤的【解析】選B、C。湯姆孫發(fā)現(xiàn)了電子后,認(rèn)為原子是一個(gè)帶正電的均勻球體,電子一個(gè)個(gè)鑲嵌在其中,選項(xiàng)A錯(cuò)誤;由盧瑟福對(duì)粒子散射實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的分析所得出的結(jié)論說明選項(xiàng)B正確;根據(jù)原子光譜產(chǎn)生的機(jī)理進(jìn)行探究,可知選項(xiàng)C正確;玻爾理論雖然不能解釋較為復(fù)雜原子的光譜現(xiàn)象,但其理論是正確的,選項(xiàng)D錯(cuò)誤。8.(多選)(xx湛江高二檢測(cè))氫原子的能級(jí)如圖所示,下列說法正確的是()A.處于n=3能級(jí)的氫原子可以吸收任意頻率的光子B.氫原子從n=3能級(jí)向n=2能級(jí)躍遷時(shí),發(fā)出的光子能量為1.89 eVC.大量處于n=4能級(jí)的氫原子向低能級(jí)躍遷時(shí),可能發(fā)出6種不同頻率的光D.處于n=1能級(jí)的氫原子可以吸收能量為13 eV的電子的能量【解題指南】解答本題應(yīng)注意以下兩點(diǎn):(1)當(dāng)原子躍遷時(shí),只能吸收或放出特定頻率的光子,吸收或放出的能量等于兩個(gè)能級(jí)之間的能量差。(2)處于n=4能級(jí)的氫原子向低能級(jí)躍遷時(shí),發(fā)出光子頻率的數(shù)量可以由公式來計(jì)算?！窘馕觥窟xB、C。當(dāng)原子躍遷時(shí),只能吸收特定頻率的光子,A項(xiàng)錯(cuò)誤;氫原子從n=3能級(jí)向n=2能級(jí)躍遷時(shí),發(fā)出的光子能量為E3-E2=-1.51 eV-(-3.40)eV=1.89 eV,B項(xiàng)正確;大量處于n=4能級(jí)的氫原子向低能級(jí)躍遷時(shí),發(fā)出光子頻率的數(shù)量可以由公式來計(jì)算,=6,C項(xiàng)正確;處于n=1能級(jí)的氫原子不能吸收能量為13 eV的電子的能量,D項(xiàng)錯(cuò)。9.原子從一個(gè)能級(jí)躍遷到一個(gè)較低的能級(jí)時(shí),有可能不發(fā)射光子。例如,在某種條件下,鉻原子的n=2能級(jí)上的電子躍遷到n=1能級(jí)上時(shí)并不發(fā)射光子,而是將相應(yīng)的能量轉(zhuǎn)交給n=4能級(jí)上的電子,使之能脫離原子,這一現(xiàn)象叫作俄歇效應(yīng),以這種方式脫離原子的電子叫作俄歇電子。已知鉻原子的能級(jí)公式可簡化表示為En=-,式中n=1,2,3,表示不同能級(jí),A是正的已知常數(shù),上述俄歇電子的動(dòng)能是()A. B. C. D.【解析】選C。由題意知,當(dāng)n=1時(shí),E1=-A,當(dāng)n=2時(shí),E2=-,當(dāng)n=4時(shí),E4=-,鉻原子從n=2能級(jí)躍遷到n=1能級(jí)時(shí),放出的能量為E=E2-E1=A,故俄歇電子動(dòng)能為E=E4+E=A,C正確,A、B、D錯(cuò)誤。10.圖中畫出了氫原子的4個(gè)能級(jí),并注明了相應(yīng)的能量E。處在n=4能級(jí)的一群氫原子向低能級(jí)躍遷時(shí),能夠發(fā)出若干種不同頻率的光波。已知金屬鉀的逸出功為2.22eV。在這些光波中,能夠從金屬鉀的表面打出光電子的總共有()A.兩種 B.三種 C.四種 D.五種【解析】選C。能夠從金屬鉀表面打出光電子的光子的能量必大于金屬鉀的逸出功2.22eV,從n=4能級(jí)向低能級(jí)躍遷的氫原子能夠發(fā)出6種不同頻率的光子,其中從n=4能級(jí)躍遷到n=3能級(jí)和從n=3能級(jí)躍遷到n=2能級(jí)時(shí)放出的光子的能量小于2.22eV,不能從金屬鉀表面打出光電子。故答案為C?！净?dòng)探究】本題中從金屬鉀表面發(fā)出的光電子最大初動(dòng)能為()A.13.6 eV B.12.75 eV C.11.38 eV D.10.53 eV【解析】選D。氫原子從n=4能級(jí)向n=1能級(jí)躍遷時(shí),發(fā)出的光子能量最大為12.75 eV,能量為12.75 eV光子被金屬鉀表面的電子吸收,產(chǎn)生光電子的最大初動(dòng)能為10.53 eV,D項(xiàng)正確。11.(xx衡水高二檢測(cè))如圖所示為氫原子的能級(jí)圖,一群氫原子處于n=4的激發(fā)態(tài),在向較低能級(jí)躍遷的過程中向外發(fā)出光子,用這些光照射逸出功為1.90 eV的金屬銫,下列說法正確的是()A.這群氫原子能發(fā)出6種頻率不同的光,其中從n=4躍遷到n=3所發(fā)出的光波長最長B.這群氫原子能發(fā)出3種頻率不同的光,其中從n=4躍遷到n=1所發(fā)出的光頻率最高C.金屬銫表面所發(fā)出的光電子的初動(dòng)能最大值為12.75eVD.金屬銫表面所發(fā)出的光電子的初動(dòng)能最大值為10.85 eV【解題指南】解答本題應(yīng)注意以下三點(diǎn):(1)大量處于n能級(jí)的氫原子向低能級(jí)躍遷時(shí),發(fā)出光子頻率的數(shù)量可以由公式來計(jì)算。(2)能級(jí)差越大,躍遷時(shí)發(fā)出光子的頻率越大,波長越短,能級(jí)差越小,躍遷時(shí)發(fā)出光子的頻率越小,波長越長。(3)光電子的最大初動(dòng)能等于光子的能量減去這種金屬的逸出功?！窘馕觥窟xD。從n=4躍遷到n=3所發(fā)出的光波的頻率最小,波長最長,A錯(cuò);從n=4躍遷到n=1所發(fā)出的光的頻率最高,發(fā)出有=6種頻率的光子,B錯(cuò);光電子的最大初動(dòng)能對(duì)應(yīng)入射光子的頻率最高時(shí),最大入射光能量對(duì)應(yīng)的入射光子的頻率最高,即E=E4-E1=-0.85eV-(-13.6 eV)=12.75eV,由光電效應(yīng)方程知Ek=E-W0=10.85eV,C錯(cuò),D對(duì)。12.(多選)(xx內(nèi)江高二檢測(cè))氫原子能級(jí)圖的一部分如圖所示,a、b、c分別表示氫原子在不同能級(jí)間的三種躍遷途徑,設(shè)在a、b、c三種躍遷過程中,放出光子的能量和波長分別是Ea、Eb、Ec和a、b、c,則()A.b=a+c B.=+C.b=ac D.Eb=Ea+Ec【解析】選B、D。Ea=E3-E2,Eb=E3-E1,Ec=E2-E1,所以Eb=Ea+Ec,D正確;由=得a=,b=,c=,取倒數(shù)后得到=+,B正確?！疽族e(cuò)提醒】解答本題的兩個(gè)易錯(cuò)點(diǎn):(1)誤認(rèn)為能量關(guān)系為Eb=Ea+Ec,則波長關(guān)系也為b=a+c,而錯(cuò)選A。(2)在光子的能量計(jì)算過程中,容易忽略頻率與波長的倒數(shù)關(guān)系,容易漏選B。二、計(jì)算題(本大題共4小題,共40分。要有必要的文字說明和解題步驟,有數(shù)值計(jì)算的要注明單位)13.(8分)氫原子處于基態(tài)時(shí),原子能量E1=-13.6eV,普朗克常量取h=6.610-34Js。(1)處于n=2激發(fā)態(tài)的氫原子,至少要吸收多大能量的光子才能電離?(2)今有一群處于n=4激發(fā)態(tài)的氫原子,可以輻射幾種不同頻率的光?其中最小的頻率是多少?(結(jié)果保留2位有效數(shù)字)【解析】(1)E2=-3.4eV (1分)E=E-E2=3.4eV (1分)(2)N=6種 (2分)E4=-0.85eV (1分)E3=-1.51eV (1分)E4-E3=hmin (1分)min=1.61014Hz (1分)答案:(1)3.4eV(2)6種1.61014Hz【總結(jié)提升】氫原子能級(jí)的躍遷與電離的對(duì)比(1)氫原子從低能級(jí)到高能級(jí)躍遷時(shí),電子的能量變大,增大的能量等于高能級(jí)與低能級(jí)間的能量差。即E=Em-En(m>n)。若此能量由光子提供,則氫原子要吸收光子,此光子的能量必須等于兩能級(jí)差,否則不被吸收。若此能量由實(shí)物粒子提供,實(shí)物粒子的動(dòng)能可全部或部分地被原子吸收,所以只要實(shí)物粒子動(dòng)能EkE就可使原子發(fā)生能級(jí)躍遷。(2)氫原子中的電子克服原子核引力做功,逃逸到無窮遠(yuǎn)處,成為自由電子即氫原子的電離。所以要使處于某一定態(tài)(En)的氫原子電離,必須使電子逃逸到無窮遠(yuǎn)處,所需能量E=E-En=-En,無論是光子還是實(shí)物粒子提供能量,只要能量大于等于E即可,多余的能量變?yōu)殡娮觿?dòng)能,即用光子使處于En定態(tài)的氫原子電離,h-En;用實(shí)物粒子使處于En定態(tài)的氫原子電離,實(shí)物粒子動(dòng)能Ek-En。14.(8分)(xx海淀區(qū)高二檢測(cè))如圖所示,讓一束均勻的陰極射線從兩極板正中間垂直穿過正交的電磁場,選擇合適的磁感應(yīng)強(qiáng)度B和兩極之間的電壓U,帶電粒子將不發(fā)生偏轉(zhuǎn),然后撤去電場,粒子將做勻速圓周運(yùn)動(dòng),并垂直打到極板上,兩極板之間的距離為d,則陰極射線中帶電粒子的比荷為多少?【解析】設(shè)陰極射線粒子的電荷量為q,質(zhì)量為m,則在電磁場中由平衡條件得q=qvB (2分)撤去電場后,由牛頓第二定律得qvB= (2分)R= (2分)解得=。 (2分)答案:15.(12分)已知?dú)湓拥幕鶓B(tài)能量為-13.6eV,核外電子的第一軌道半徑為0.5310-10m,電子質(zhì)量me=9.110-31kg,電荷量為1.610-19C,求電子躍遷到第三軌道時(shí),氫原子的能量、電子的動(dòng)能和電子的電勢(shì)能各多大?【解題指南】解答本題可按以下思路進(jìn)行:(1)原子的能量包括電子的動(dòng)能和勢(shì)能。(2)電子的軌道是量子化的,原子的能級(jí)也是量子化的。(3)電子的動(dòng)能可以通過庫侖力提供向心力來計(jì)算出來?！窘馕觥繗湓幽芗?jí)公式En=E1,氫原子能量E3=E1-1.51eV。 (3分)電子在第三軌道時(shí)半徑為r3=n2r1=32r1=9r1, (1分)電子繞核做圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)的向心力由庫侖力提供,所以=, (1分)由上面兩式可得電子動(dòng)能為Ek3=me=eV1.51 eV。 (4分)由于E3=Ek3+Ep3,故電子電勢(shì)能為Ep3=E3-Ek3=-1.51eV-1.51eV=-3.02eV。 (3分)答案:-1.51eV1.51eV-3.02eV16.(12分)處在激發(fā)態(tài)的氫原子向能量較低的狀態(tài)躍遷時(shí)會(huì)發(fā)出一系列不同頻率的光,稱為氫光譜。氫光譜線的波長可以用下面的巴耳末里德伯公式表示:=R(-),n、k分別表示氫原子躍遷前后所處狀態(tài)的量子數(shù),k=1,2,3對(duì)每一個(gè)k,有n=k+1,k+2,k+3R稱為里德伯常量,是一個(gè)已知量。對(duì)于k=1的一系列譜線其波長處在紫外光區(qū),稱為萊曼系;k=2的一系列譜線,其中四條譜線的波長處在可見光區(qū),稱為巴耳末系。用氫原子發(fā)出的光照射某種金屬進(jìn)行光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn),當(dāng)用萊曼系波長最長的光照射時(shí),遏止電壓的大小為U1,當(dāng)用巴耳末系波長最短的光照射時(shí),遏止電壓的大小為U2,已知電子電荷量的大小為e,真空中的光速為c,試求普朗克常量和該種金屬的逸出功。【解析】設(shè)金屬的逸出功為W0,光電效應(yīng)所產(chǎn)生的光電子最大初動(dòng)能為Ekm。由動(dòng)能定理知:Ekm=eUc (2分)對(duì)于萊曼系,當(dāng)n=2時(shí)對(duì)應(yīng)的光波長最長,設(shè)為1,由題中所給公式有:=R(-)=R。 (1分)波長1的光對(duì)應(yīng)的頻率1=cR。 (1分)對(duì)于巴耳末線系,當(dāng)n=時(shí)對(duì)應(yīng)的光波長最短,設(shè)為2,由題中所給公式有:=R(-0)=R。 (1分)波長2的光對(duì)應(yīng)的頻率2=cR。 (1分)根據(jù)愛因斯坦的光電效應(yīng)方程Ekm=h-W0知Ekm1=h1-W0, (1分)Ekm2=h2-W0。 (1分)又Ekm1=eU1, (1分)Ekm2=eU2, (1分)可解得:h= (1分)W0= (1分)答案: