人教版 物理 选修3-5 第十八章 原子结构 寒假测试 (解析版)

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人教版物理选修3-5 第十八章原子结构寒假测试
本试卷分第Ⅰ卷和第Ⅱ卷两部分，共100分
分卷I
一、单选题(共10小题,每小题4.0分,共40分)
1.根据玻尔的原子理论，原子中电子绕核运动的半径()
A．可以取任意值
B．可以在某一范围内取任意值
C．可以取一系列不连续的任意值
D．是一系列不连续的特定值
【答案】D
【解析】根据波尔理论知，电子的轨道半径是量子化的，半径是一系列不连续的特定值，且电子绕核旋转是定态，不向外辐射能量．故D正确，A、B、C错误．
2.现有1 200个氢原子被激发到量子数为4的能级上，若这些受激氢原子最后都回到基态，则在此过程中发出的光子总数是(假定处在量子数为n的激发态的氢原子跃迁到各较低能级的原子数都是处在该激发态能级上的原子总数的)()
A． 2 200个
B． 2 000个
C． 1 200个
D． 2 400个
【答案】A
【解析】如图所示，各能级间跃迁的原子个数及处于各能级的原子个数分别为：
n＝4到n＝3，N1＝1 200×＝400，
n＝3能级的原子个数为400个．
n＝4到n＝2，N2＝1 200×＝400，
n＝3到n＝2，N3＝400×＝200，
n＝2能级的原子个数为600.
n＝4到n＝1，N4＝1 200×＝400，
n＝3到n＝1，N5＝400×＝200，
n＝2到n＝1，N6＝600.
所以发出的光子总数为
N＝N1＋N2＋…＋N6＝2 200个．
3.对α粒子散射实验的解释有下列几种说法，其中错误的是()
A．从α粒子散射实验的数据，可以估算出原子核的大小
B．极少数α粒子发生大角度的散射的事实，表明原子中有个质量很大而体积很小的带正电的核存在
C．原子核带的正电荷数等于它的原子序数
D．绝大多数α粒子穿过金箔后仍沿原方向前进，表明原子中正电荷是均匀分布的
【答案】D
【解析】绝大多数α粒子穿过金箔后仍沿原方向前进，表明原子中有空隙，并不说明正电荷是均匀分布的。

4.氢原子的核外电子在由高能级向低能级跃迁的过程中()
A．辐射光子，获得能量
B．吸收光子，获得能量
C．吸收光子，放出能量
D．辐射光子，放出能量
【答案】D
【解析】氢原子的核外电子在由高能级向低能级跃迁的过程中辐射光子，放出能量。

5.如图所示是用阴极射线管演示电子在磁场中受洛伦兹力的实验装置，图上管中虚线是电子的运动轨迹，那么下列相关说法中正确的有()
A．阴极射线管的A端应接正极
B．C端是蹄形磁铁的N极
C．无法确定磁极C的极性
D．洛伦兹力对电子做正功
【答案】B
【解析】电子从A极射向B极，电子带负电，则B端应接正极，A端应接负极，A错误；电子束向下偏转，洛伦兹力方向向下，根据左手定则判断可知，C端是蹄形磁铁的N极，B正确，C错误；洛伦兹力方向总是与电子速度方向垂直，不做功，D错误．
6.汞原子的能级图如图所示，现让一束光子能量为8.8 eV的单色光照射到大量处于基态(能级数n＝1)的汞原子上，能发出6种不同频率的色光．下列说法中正确的是()
A．最长波长光子的能量为1.1 eV
B．最长波长光子的能量为2.8 eV
C．最大频率光子的能量为2.8 eV
D．最大频率光子的能量为4.9 eV
【答案】A
【解析】由题意知，吸收光子后汞原子处于n＝4的能级，向低能级跃迁时，最大频率的光子能量为(－1.6＋10.4) eV＝8.8 eV，最长波长(即最小频率)的光子能量为(－1.6＋2.7) eV＝1.1 eV，故A 正确．
7.根据玻尔理论，氢原子的电子由n＝1轨道跃迁到n＝2轨道，下列说法正确的是()
A．原子要吸收某一频率的光子
B．原子要放出一系列频率不同的光子
C．原子的能量增加，电子的动能增加
D．原子的能量减少，电子的动能减少
【答案】A
【解析】氢原子从基态向激发态跃迁，氢原子将吸收光子，获得能量，A正确，B错误；氢原子的电子由n＝1轨道跃迁到n＝2轨道，氢原子将吸收光子，获得能量．同时由于电子的轨道半径变大，根据库仑力提供向心力，得：k＝m，
所以粒子的动能：E k＝mv2＝k，即粒子的动能随r的增大而减小，C、D错误．
8.在α粒子穿过金箔发生大角度散射的过程中，以下说法正确的是()
A．α粒子一直受到金原子核的斥力作用
B．α粒子的动能不断减小
C．α粒子的电势能不断增加
D．α粒子发生散射，是与电子碰撞的结果
【答案】A
【解析】α粒子发生大角度偏转，是因为受到原子核的库仑斥力，电子对α粒子的作用力可以忽略不计．故A正确，D错误．在散射的过程中，电场力先做负功再做正功，则动能先减小再增大，而电势能先增大再减小，B、C错误．
9.下列现象中与阴极射线所含粒子不同的是()．
A．光电效应中射出的粒子
B．β射线包含的粒子
C．热离子发射效应中的粒子
D．热辐射包含的粒子
【答案】D
【解析】光电效应中射出的粒子、β射线包含的粒子、热离子发射效应中的粒子，和阴极射线中所含粒子一样，都是电子．但热辐射中辐射出的是光子．
10.以下说法正确的是()
A．进行光谱分析可以用连续光谱，也可以用吸收光谱
B．光谱分析的优点是非常灵敏而且迅速
C．分析某种物质的化学组成可以使这种物质发出的白光通过另一种物质的低温蒸气取得吸收光谱进行分析
D．摄下月球的光谱可以分析出月球上有哪些元素
【答案】B
【解析】进行光谱分析不能用连续光谱，只能用线状谱或吸收光谱；光谱分析的优点是灵敏而迅速；分析某种物质的组成，可用白光照射其低温蒸气产生的吸收光谱进行；月球不能发光，它只能反射太阳光，故其光谱是太阳光谱，不是月球的光谱，不能用来分析月球上的元素，故只有选项B正确。

二、多选题(共4小题,每小题5.0分,共20分)
11.(多选)英国物理学家汤姆孙通过对阴极射线的实验研究发现()
A．阴极射线在电场中偏向正极板一侧
B．阴极射线在磁场中受力情况跟正电荷受力情况相同
C．不同材料所产生的阴极射线的比荷不同
D．汤姆孙并未得出阴极射线粒子的电荷量
【答案】AD
【解析】阴极射线实质上就是高速电子流，所以在电场中偏向正极板一侧，A正确．由于电子带负电，所以其在磁场中受力情况与正电荷不同，B错误．不同材料所产生的阴极射线都是电子流，所以它们的比荷是相同的，C错误．在汤姆孙实验证实阴极射线就是带负电的电子流时并未得出电子的电荷量，最早测出电子电荷量的是美国物理学家密立根，D正确．
12.(多选)对氢原子能级公式En＝的理解，下列说法中正确的是()
A．原子定态能量En是指核外电子动能与核之间的静电势能的总和
B．En是负值
C．En是指核外电子的动能，只能取正值
D．从式中可以看出，随着电子运动半径的增大，原子总能量减少
【答案】AB
【解析】这里是取电子自由态作为能量零点，所以电子处在各个定态中能量均是负值，En表示核外电子动能和电子与核之间的静电势能的总和，所以选项A、B对，C错，因为能量是负值，所以n 越大，En越大．
13.如图是氢原子的能级图，对于一群处于n＝4能级的氢原子，下列说法中正确的是()
A．这群氢原子能够吸收任意能量的光子后向更高能级跃迁
B．这群氢原子发出的光子中，能量最大为10.2 eV
C．如果发出的光子中有两种能使某金属产生光电效应，其中一种一定是由n＝3能级跃迁到n＝1能级发出的
D．从n＝4能级跃迁到n＝3能级发出的光的波长最长
【答案】CD
【解析】氢原子发生跃迁，吸收的能量必须等于两能级的能级差．故A错误．一群处于n＝4能级的氢原子，由n＝4能级跃迁到n＝1能级，辐射的光子能量最大，ΔE＝(13.6－0.85) eV＝12.75 eV.故B错误．如果发出的光子中有两种能使某金属产生光电效应，知这两种光子为能量最大的两种，
分别为由n＝4能级跃迁到n＝1能级，和n＝3能级跃迁到n＝1能级发出的．故C正确．从n＝4能级跃迁到n＝3能级辐射的光子能量最小，频率最小，则波长最长．故D正确．
14.(多选)关于光谱的产生，下列说法正确的是()
A．正常发光的霓虹灯属稀薄气体发光，产生的是线状谱
B．白光通过某种温度较低的蒸气后将产生吸收光谱
C．撒上食盐的酒精灯火焰发出的光是线状谱
D．炽热高压气体发光产生的是线状谱
【答案】ABC
【解析】正常发光的霓虹灯属稀薄气体发光，产生的是线状谱，故A正确；
白光通过某种温度较低的蒸气后将产生吸收光谱，故B正确；
撒上食盐的酒精灯火焰发出的光是线状谱，故C正确；
炽热的固体，液体和高压气体的光谱是连续谱，故D错误．
分卷II
三、计算题(共4小题,每小题10.0分,共40分)
15.假定质子和中子的质量都是1.67×10－27kg，而原子核半径大约是10－15m，请你估算若将剥离了电子的原子核一个挨一个地叠放在一起，求这种材料密度．
【答案】4×1017kg/m3
【解析】ρ＝＝≈4×1017kg/m3.
16.氦原子被电离一个核外电子，形成类氢结构的氦离子．已知基态的氦离子能量为E1＝－54.4 eV，氦离子能级的示意图如图所示，用一群处于第4能级的氦离子发出的光照射处于基态的氢原子．求：
(1)氦离子发出的光子中，有几种能使氢原子发生光电效应？
(2)发生光电效应时，光电子的最大初动能最大是多少？
【答案】(1)3种 (2)37.4 eV
【解析】(1)一群处于n＝4能级的氦离子跃迁时，一共发出N＝＝6种光子．
由频率条件hν＝Em－En知6种光子的能量分别是
由n＝4到n＝3，hν1＝E4－E3＝2.6 eV，
由n＝4到n＝2，hν2＝E4－E2＝10.2 eV，
由n＝4到n＝1，hν3＝E4－E1＝51.0 eV，
由n＝3到n＝2，hν4＝E3－E2＝7.6 eV，
由n＝3到n＝1，hν5＝E3－E1＝48.4 eV，
由n＝2到n＝1，hν6＝E2－E1＝40.8 eV，
由发生光电效应的条件知，hν3、hν5、hν6三种光子可使处于基态的氢原子发生光电效应．
(2)由光电效应方程E k＝hν－W0知，能量为51.0 eV的光子使氢原子逸出的光电子最大初动能最大，将W0＝13.6 eV代入，E k＝hν－W0得E k＝37.4 eV.
17.如图甲所示为汤姆孙在1897年测量阴极射线(电子)的比荷时所用实验装置的示意图．K为阴极，A1和A2为连接在一起的中心空透的阳极，电子从阴极发出后被电场加速，只有运动方向与A1和A2的狭缝方向相同的电子才能通过，电子被加速后沿OO′方向垂直进入方向互相垂直的电场、磁场的叠加区域．磁场方向垂直纸面向里，电场极板水平放置，电子在电场力和磁场力的共同作用下发生偏转．已知圆形磁场的半径为r，圆心为C.
某校物理实验小组的同学们利用该装置，进行了以下探究测量：
第一步：调节两种场的强弱．当电场强度的大小为E，磁感应强度的大小为B时，使得电子恰好能够在复合场区域内沿直线运动．
第二步：撤去电场，保持磁场和电子的速度不变，使电子只在磁场力的作用下发生偏转，打在荧屏上出现一个亮点P，通过推算得到电子的偏转角为α(CP与OO′下之间的夹角)．求：
(1)电子在复合场中沿直线向右飞行的速度；
(2)电子的比荷；
(3)有位同学提出了该装置的改造方案，把球形荧屏改成平面荧屏，并画出了如图乙所示的示意图．已知电场平行金属板长度为L1，金属板右则到荧屏垂直距离为L2.实验方案的第一步不变，可求出电子在复合场中沿直线向右飞行的速度．第二步撤去磁场，保持电场和电子的速度不变，使电子只在电场力的作用下发生偏转，打在荧屏上出现一个亮点Q，通过屏上刻度可直接读出电子偏离屏中心点的距离＝y.同样可求出电子的比荷.请你判断这一方案是否可行？并说明相应的理由．
【答案】(1)
(2)tan
(3)此方案可行如图设电子在电场中偏转的侧向位移为y′，
有＝⑦
电子通过水平电场的时间为：t1＝
电子在电场中偏转的加速度为：a＝⑧
则侧向位移为y′＝at⑨
联立⑦⑧⑨式得：＝y
【解析】(1)电子在复合场中受力平衡，即：
evB＝eE①
得：v＝②
(2)如图所示：其中R为电子在磁场中做圆周运动的轨道半径．
所以：θ＝－③
tan＝④
又因：eBv＝m⑤
联解以上②③④⑤式得：＝tan⑥
(3)此方案可行，原因如下．
如图设电子在电场中偏转的侧向位移为y′，
有＝⑦
电子通过水平电场的时间为：t1＝
电子在电场中偏转的加速度为：a＝⑧
则侧向位移为y′＝at⑨
联立⑦⑧⑨式得：＝y
18.在研究性学习中，某同学设计了一个测定带电粒子比荷的实验，其实验装置如图所示．abcd是个长方形盒子，在ad边和cd边上各开有小孔f和e，e是cd边上的中点，荧光屏M贴着cd放置，
能显示从e孔射出的粒子落点位置．盒子内有一方向垂直于abcd平面的匀强磁场，磁感应强度大小为B(图中未画出)．粒子源不断地发射相同的带电粒子，粒子的初速度可以忽略．粒子经过电压为U的电场加速后，从f孔垂直于ad边射入盒内．粒子经磁场偏转后恰好从e孔射出．若已知＝＝L，不计粒子的重力和粒子之间的相互作用．请你根据上述条件求出带电粒子的比荷.
【答案】
【解析】带电粒子进入电场，经电场加速．根据动能定理得qU＝mv2，得v＝，粒子进
入磁场后做匀速圆周运动，轨迹如图所示．
设圆周半径为R，在三角形Ode中，
有(L－R)2＋()2＝R2
整理得：R＝L
洛伦兹力充当向心力：qvB＝m
联立上述方程，解得＝。