2017教科版高中物理选修第二章《原子结构》章末检测

章末检测
（时间：90分钟满分：100分)
一、选择题(本题共11小题，共55分）
1、若要使处于基态的氢原子电离,可以采用两种方法,一就是用能量为13、6 eV
的电子撞击氢原子,二就是用能量为13、6 eV的光子照射氢原子,则
（)、
A、两种方法都可能使氢原子电离
B、两种方法都不可能使氢原子电离
C、前者可使氢原子电离
D、后者可使氢原子电离
解析电子就是有质量的，撞击氢原子时发生弹性碰撞、由于电子与氢原子质量不同,故电子不能把13、6 eV的能量完全传递给氢原子,因此不能使氢原子完全电离，而光子的能量可以完全被氢原子吸收，故D正确、
答案 D
2、“秒”就是国际单位制中时间的单位，它等于133Cs原子基态的两个超精细能
级之间跃迁时所辐射的电磁波的周期的9 192 631 770倍、据此可推知,这两能级之间的能量差为（普朗克常量h＝6、63×10－34 J·s)
(）、
A、6、09×10－24 eV
B、6、09×10－24 J
C、3、81×10－5 J
D、3、81×10－5 eV
解析设133Cs原子在两个超精细能级之间跃迁时所辐射的电磁波的周期为T0,由题意知：9 192 631 770T0＝1 s，故ν＝错误!＝9 192 631 770 Hz，E＝hν＝6、63×10－34×9 192 631 770 J＝6、09×10－24 J＝3、81×10－5 eV、
答案BD
3、关于太阳光谱,下列说法正确的就是
()、
A、太阳光谱就是吸收光谱
B、太阳光谱中的暗线，就是太阳光经过太阳大气层时某些特定频率的光被
吸收后而产生的
C、根据太阳光谱中的暗线，可以分析太阳的物质组成
D、根据太阳光谱中的暗线，可以分析地球大气层中含有哪些元素
解析太阳就是高温物体,它发出的白光通过温度较低的太阳大气层时，某些特定频率的光会被太阳大气层中的某些元素的原子吸收，从而使我们观察到的太阳光谱就是吸收光谱,因此，选项A、B正确、分析太阳的吸收光谱,可知太阳大气层的物质组成，而某种物质要观测到它的吸收光谱，要求它的温度不能太低,也不能太高，否则会直接发光,由于地球大气层的温度很低，太阳光通过地球大气层时不会被地球在大气层中的物质原子吸收，故选项C、D错误、
答案AB
4、处于基态的氢原子在某单色光的照射下，只能发出频率为ν1、ν2、ν3的三种
光，且ν1＜ν2＜ν3,则该单色光的能量为
（)、
A、hν1
B、hν2
C、hν3
D、h（ν1＋ν2＋ν3）
解析处于基态的原子要发光,必须先吸收一定的能量E,如果就是用光照射来提供这个能量，则E＝hν,使之处于激发态、由于激发态能量高，原子不稳定,就会向低能级跃迁,从而发出一系列频率的光子,但这些光子的频率决不会大于ν,且必有一种频率等于ν、由题意知,该氢原子受激后只能发出频率为ν1、ν2、ν3的三种光，且ν1＜ν2＜ν3,即最高频率就是ν3，那么照射光频率必就是ν3,光子能量就是hν3、
答案 C
5、氢原子辐射出一个光子后,则
(）、
A、电子绕核旋转半径增大
B、电子的动能增加
C、氢原子的电势能增加
D、原子的能级值增大
解析由玻尔理论可知，当氢原子辐射出一个光子后，氢原子将由高能级跃迁到低能级,即原子的能级减小,同时,氢原子核外电子的轨道半径将减小，故
A、D选项错误，核外电子绕核运动的向心力由氢核对电子的库仑力提供,故
有k错误!＝错误!,
则电子的动能为:E k＝错误!m v2＝错误!，
可见r减小时，电子的动能增大,
当核外电子的轨道半径减小时,原子核对电子的库仑力做正功，因而氢原子的电势能减小,C选项错误、
答案 B
6、在α粒子散射实验中,当α粒子最接近金核时
（)、
A、α粒子动能最小
B、α粒子受到的库仑力最大
C、α粒子电势能最小
D、以上说法都不对
解析根据能量守恒定律知，α粒子在运动过程中,动能与电势能总量不变,克服库仑力做功，电势能增加,动能减小，故当α粒子最接近金核时电势能最大，动能最小,故A对、C错；由库仑力公式F＝k错误!，不难判断B正确、答案AB
7、原子从一个能级跃迁到一个较低的能级时，有可能不发射光子、例如在某种
条件下,铬原子n＝2能级上的电子跃迁到n＝1能级上时并不发射光子，而就
是将相应的能量转交给n＝4能级上的电子,使之能脱离原子，这一现象叫做俄歇效应,以这种方式脱离了原子的电子叫做俄歇电子、已知铬原子的能级公式可简化表示为E n＝－错误!,式中n＝1,2,3，…表示不同能级，A就是正的已知常数、上述俄歇电子的动能就是
()、A、错误!A B、错误!A C、错误!A D、错误! A
解析E2＝－错误!＝－错误!,E1＝－A
E4＝－A
42
＝－错误!，ΔE＝E2－E1＝错误!, 则俄歇电子的动能为
E k＝ΔE＋E4＝11
16A,故C正确、
答案 C
8、如图1-所示为氢原子的四个能级,其中E1为基态,若氢原子A处于激发态E2，
氢原子B处于激发态E3，则下列说法正确的就是
（)、
图1
A、原子A可能辐射出3种频率的光子
B、原子B可能辐射出3种频率的光子
C、原子A能够吸收原子B发出的光子并跃迁到能级E4
D、原子B能够吸收原子A发出的光子并跃迁到能级E4
解析氢原子A处于激发态E2，因此可能自发地辐射出一种光子,氢原子B 处于激发态E3,则可能辐射出三种频率的光子，原子由低能级跃迁到高能级时,
只能吸收具有能级差的能量的光子、
答案 B
9、如图2-所示为氢原子的能级图,若用能量为12、75 eV的光子去照射大量处于
基态的氢原子，则
（）、
图2-
A、氢原子能从基态跃迁到n＝4的激发态上去
B、有的氢原子能从基态跃迁到n＝3的激发态上去
C、氢原子最多能发射3种波长不同的光
D、氢原子最多能发射6种波长不同的光
解析本题考查玻尔理论、根据氢原子的能级图可知，处于基态的氢原子的能量E1＝－13、6 eV，吸收能量为12、75 eV的光子后，其能量变为:E n＝(－
13、6＋12、75）eV＝－0、85 eV、由能级图可知，氢原子被激发到n＝4
的能级上，故A正确、B错误、处在n＝4激发态上的氢原子可以向n＝1、n ＝2、n＝3能级跃迁，发出3种不同波长的光;处在n＝3激发态上的氢原子可以向n＝1、n＝2能级跃迁，发出2种不同波长的光;处在n＝2激发态上的氢原子可以向n＝1能级跃迁发出1种波长的光、可见氢原子最多可发出6种不同波长的光，D正确、C错误、
答案AD
10、根据玻尔理论,在氢原子中，量子数n越大,则
(）、
A、电子轨道半径越小
B、核外电子运动速度越小
C、原子能级的能量越小
D、电子的电势能越大
解析根据可能的轨道半径公式r n＝n2r1可知,量子数n越大,电子轨道半径越大,A错误、由错误!＝m错误!,得v＝e错误!,可见，随着量子数n的增大，电子的运动速度减小，B对、根据E n＝错误!E1，原子的能量随量子数n的增大即轨道半径的增大而增大(因E1为负值），故C错误、因轨道半径增大时,需要克服原子核的引力做功,所以电子的电势能增加，D对、
答案BD
11、氢原子的能级图如图3所示、欲使一处于基态的氢原子释放出一个电子而变
成氢离子,该氢原子需要吸收的能量至少就是
()、
图3
A、13、60 eV
B、10、20 eV
C、0、54 eV
D、27、20 eV
解析要使氢原子变成氢离子，就是使氢原子由低能级向高能级跃迁,需要吸收能量大于等于ΔE＝E n－E1＝0－(－13、6) eV＝13、6 eV，所以选项A满足题意、
答案 A
二、计算题（本题共4小题,共45分）
12、(10分）氢原子处于基态时,原子的能量为E1＝－13、6 eV,问：
（1）一群氢原子在n＝4的定态时，可放出几种频率的光子？其中最小频率等于多少？
（2）若要使处于基态的氢原子电离，至少要用多大频率的光照射此原子？
解析(1)有6种可能,如图所示
由hν＝E m－E n可知能级之间的能量差越小,辐射光子的频率越低、
ν＝错误!＝错误!＝1、6×1014 Hz、
(2）要使氢原子电离,即将电子移到离核无穷远处,此时
E∞＝0，由能量守恒有ΔE≥E∞－E1＝0－(－13、6 eV）＝13、6 eV
这份能量所对应光子的最小频率应为
ν＝错误!＝错误!Hz＝3、28×1015 Hz
故要使基态的氢原子电离，照射光的频率至少应为3、28×1015 Hz,若照射光频率高于这一值，使原子电离后多余的能量转化为电子的动能、
答案（1）6种1、6×1014 Hz（2）3、28×1015 Hz
13、(10分）已知氢原子基态的电子轨道半径为r1＝0、53×10－10 m,基态的能级
值为E1＝－13、6 eV、
（1)求电子在n＝2的轨道上运转形成的等效电流、
（2）有一群氢原子处于量子数n＝3的激发态，画出能级跃迁图,在图上用箭头标明这些氢原子能发出哪几条光谱线、
(3）计算这几条光谱线中最长的波长、
解析原子核带正电,核外电子带负电,它们之间存在库仑引力提供向心力，从
而使电子绕核做匀速圆周运动、
（1）电子的绕核运转具有周期性，设运转周期为T,由牛顿第二定律与库仑定律有
k错误!＝m错误!2r2，①
且r2＝n2r1＝4r1, ②
对轨道上任一处,每一周期通过该处的电荷量为e、由电流定义式得所求等效电流I＝e
③
T
联立①②③式得I＝错误!错误!
＝错误!×错误!A、
＝1、3×10－4 A
（2）由这群氢原子的自发跃迁辐射，会得到三条光谱线,能级跃迁图如图所示、
(3)三条光谱中波长最长的光子能量最小，发生跃迁的两个能级的能量差最小,根据氢原子能级的分布规律可知,氢原子一定就是从n＝3的能级跃迁到n＝2的能级、
设波长为λ,由h错误!＝E3－E2得
λ＝错误!＝错误!m
＝6、58×10－7 m
答案(1）1、3×10－4 A(2)见解析(3）6、58×10－7 m
14、(10分）用α粒子与质子分别做散射实验,它们跟金原子核最近距离分别为
d1与d2、
（1）如果α粒子与质子都由静止开始经相同的电压加速后做实验,则d1∶d2为多少？
(2)如果α粒子与质子具有相同的动量值，则d1∶d2又为多少？
解析（1)α粒子或质子在向金原子核靠近时，动能向电势能转化,相距最近时,动能为零,电势能E p＝错误!
则E kα＝U·qα①
E kH＝U·q H ②
E kα＝错误!③
E kH＝错误!④
由③④得错误!＝错误!＝错误!＝错误!
①②代入上式得错误!＝错误!·错误!＝错误!
（2)当α粒子与质子具有相同的动量值时,设为p
则E kα＝错误!,E kH＝错误!
又E kα＝错误!，E kH＝错误!
得错误!＝错误!×错误!＝错误!＝错误!、
答案（1）1∶1(2)8∶1
15、（15分)原子可以从原子间的碰撞中获得能量，从而发生能级跃迁(在碰撞中，
动能损失最大的就是完全非弹性碰撞)，一个具有13、6 eV动能、处于基态的氢原子与另一个静止的、也处于基态的氢原子发生对心正碰，问就是否可以使基态氢原子发生能级跃迁(氢原子能级如图4所示）？
图4
解析设运动氢原子的速度为v0，完全非弹性碰撞后两者的速度均变为v,损失的动能ΔE被基态氢原子吸收、
若ΔE＝10、2 eV，则基态氢原子可由n＝1跃迁到n＝2、
由动量守恒与能量守恒
m v0＝2m v①
1
2，0＝错误!m v2＋错误!m v2＋ΔE②
2m v
错误!m v错误!＝E k＝13、6 eV③
解①②③得，ΔE＝错误!·错误!m v错误!＝6、8 eV
因为ΔE＝6、8 eV＜10、2 eV、
所以不能使基态氢原子发生跃迁、
答案不可以。