高中物理沪科版习题选修3-5第三章原子世界探秘学业分层测评10量子论视野下的原子模型W.doc

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(沪科版)高中物理选修3-5学业分层测评：第3章 3

9．(多选)关于光谱，下列说法正确的是( )
A．太阳光谱是吸收光谱
B．太阳光谱中的暗线，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】太阳光谱是吸收光谱．因为太阳是一个高温物体，它发出的白光通过温度较低的太阳大气层时，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是吸收光谱，所以分析太阳的吸收光谱，可知太阳大气层的物质组成，而某种物质要观察到它的吸收光谱，要求它的温度不能太低，但也不能太高，否则会直接发光，由于地球大气层的温度很低，所以太阳光通过地球大气层时不会被地球大气层中的物质原子吸收．上述选项中正确的是A、B.
【答案】AB
10．(多选)如图341甲所示是a、b、c、d四种元素的线状谱，图乙是某矿物的线状谱，通过光谱分析可以了解该矿物中缺乏的是( )
【导学号：06092079】
甲乙
图341
A．a元素B．b元素。

【优质课件】沪科版高中物理选修3-53.3《量子论视野下的原子模型》优秀课件.ppt

要点提炼
对玻尔原子模型的理解
1．轨道量子化
(1)轨道半径只能够是某些
的数值．
分立 (2)氢原子的电子最小轨道半径r1＝0.053 nm，其余轨道半径满
足rn＝
，n为量子数，n＝
.
n2r1
1,2,3，…
2．能量量子化不同轨道对应不同的状态，在这些状态中，尽管电子做变速运动，却不辐射能量，因此这些状态是稳定的，原子在不同状态有不同的能量，所以原子的能量也是量子化的．原子各能级：En＝ E1(E1＝－13.6 eV，n＝1,2,3，…)
一、对玻尔理论的理解
问题设计
按照经典理论核外电子在库仑引力作用下绕原子核做圆周运动．我们知道，库仑引力和万有引力形式上有相似之处，电子绕原子核的运动与卫星绕地球运动也一定有某些相似之处，那么若将卫星—地球模型缩小是否变为电子—原子核模型呢？
答案不是．在玻尔的理论中，电子的轨道半径只可能是某些分立的值，而卫星的轨道半径可按需要任意取值．
1 n2
3．能级跃迁与光子的发射和吸收：
(1)光子的发射：原子从高能级(Em)向低能级(En)跃迁时会发射光子，放出光子的能量hν与始末两能级Em、En之间的关系为：hν
＝
.
(2)光Em子－的E吸n 收：原子吸收光子后可以从
跃迁到
．
低能级
高能级
延伸思考
为什么氢原子的定态能量为负值？氢原子由低能级跃迁到高能级的过程中动能如何变化？电势能Ep及轨道能量如何变化？
D．原子要吸收光子，电子的动能减少，原子的电势能增大，原子的能量大
22
2
ke mv 1 ke 解析由库仑力提供向心力，即
2
＝，E ＝ mv ＝， 2

沪科版高中物理选修3-5学业分层测评：第3章+3.3量子论视野下的原子模型+10+Word版含答案.doc

学业分层测评(十)(建议用时：45分钟)[学业达标]1．(多选)关于玻尔的原子模型，下述说法中正确的有( )A．它彻底否定了经典的电磁理论B．它发展了卢瑟福的核式结构学说C．它完全抛弃了经典的电磁理论D．它引入了普朗克的量子理论【解析】原子核式结构模型与经典电磁理论的种种矛盾说明，经典电磁理论已不适用于原子系统，玻尔从光谱学成就得到启发，利用普朗克的能量量子化的概念，提出了量子化的原子模型；但在玻尔的原子模型中仍然认为原子中有一很小的原子核，电子在核外绕核做匀速圆周运动，电子受到的库仑力提供向心力，并没有完全抛弃经典的电磁理论．【答案】BD2．下面关于玻尔理论的解释中，正确的说法是( )A．原子只能处于一系列不连续的状态中，每个状态都对应一定的能量B．原子中，虽然核外电子不断做加速运动，即使能量状态不改变，也会向外辐射能量C．原子从一种定态跃迁到另一种定态时，一定要辐射一定频率的光子D．原子从高能级态跃迁到另一低能级态时，一定要辐射光子，但光子的频率不固定【解析】根据玻尔原子理论可以判定选项A正确，B错误；原子从一种定态跃迁到另一种定态时，可能辐射一定频率的光子，也可能吸收一定频率的光子，故选项C 不正确；原子从高能级态跃迁到另一低能级态时，一定要辐射一定频率的光子，D错误．【答案】A3．设氢原子由n＝3的状态向n＝2的状态跃迁时放出能量为E、频率为ν的光子．则氢原子( )图3-3-2A．跃迁时可以放出或吸收能量为任意值的光子B．由n＝2的状态向n＝1的状态跃迁时放出光子的能量等于EC．由n＝2的状态向n＝3的状态跃迁时吸收光子的能量等于ED．由n＝4的状态向n＝3的状态跃迁时放出光子的频率大于ν【解析】原子跃迁时可以放出或吸收能量为特定值的光子，A错；由n＝2的状态向n＝1的状态跃迁时，能量比由n＝3的状态向n＝2的状态跃迁时要大，所以放出光子的能量大于E，B项错误；由n＝2的状态向n＝3的状态跃迁时吸收光子的能量等于由n＝3的状态向n＝2的状态跃迁时放出的能量E，C项正确；由n＝4的状态向n＝3的状态跃迁时放出光子的能量较小，所以频率小于ν，D项错．【答案】C4．(多选)已知氢原子的能级图如图3-3-3所示，现用光子能量介于10～12.9 e V 范围内的光去照射一群处于基态的氢原子，则下列说法中正确的是( )【导学号：06092030】图3-3-3A．在照射光中可能被吸收的光子能量有无数种B．在照射光中可能被吸收的光子能量只有3种C．照射后可能观测到氢原子发射不同波长的光有6种D．照射后可能观测到氢原子发射不同波长的光有3种【解析】根据跃迁规律hν＝E m－E n和能级图，可知A错，B对；氢原子吸收光子后能跃迁到最高为n＝4的能级，能发射的光子的波长有C24＝6种，故C对，D错．【答案】BC5．根据玻尔理论，下列关于氢原子的论述正确的是( )【导学号：06092076】A．若氢原子由能量为E n的定态向低能级跃迁时，氢原子要辐射的光子能量为hν＝E nB．电子沿某一轨道绕核运动，若圆周运动的频率为ν，则其发光的频率也是νC．一个氢原子中的电子从一个半径为r a的轨道自发地直接跃迁到另一半径为r b 的轨道，已知r a＞r b，则此过程原子要辐射某一频率的光子D．氢原子吸收光子后，将从高能级向低能级跃迁【解析】氢原子由能量为E n的定态向低能级跃迁时，辐射的光子能量等于能级差，与E n不同，故选项A错误；电子沿某一轨道绕核运动，处于某一定态，不向外辐射能量，故选项B错误；氢原子中的电子由半径大的轨道跃迁到半径小的轨道，能级降低，因而要辐射某一频率的光子，故选项C正确；氢原子吸收光子后能量增加，能级升高，故选项D错误．【答案】C6．用光子能量为E的单色光照射容器中处于基态的氢原子，发现该容器内的氢能够释放出三种不同频率的光子，它们的频率由低到高依次为ν1、ν2、ν3，由此可知，开始用来照射容器的单色光的光子能量可以表示为________或________．【解析】氢原子吸收光子能向外辐射三种不同频率的光子，说明其吸收光子后从基态跃迁到第三能级，在第三能级不稳定，又向较低能级跃迁，发出光子．其中从第三能级跃迁到基态的光子能量最大为hν3，所以氢原子吸收的光子能量应为E＝hν3，且关系式hν3＝hν1＋hν2成立．【答案】hν3hν1＋hν27．氢原子的能级图如图3-3-4所示．某金属的极限波长恰等于氢原子由n＝4能级跃迁到n＝2能级所发出的光的波长．现在用氢原子由n＝2能级跃迁到n＝1能级时发出的光去照射，求从该金属表面逸出的光电子的最大初动能是多少电子伏？图3-3-4【解析】设氢原子由n ＝4能级跃迁到n ＝2能级所发出的光子波长为λ0，由n ＝2能级跃迁到n ＝1能级所发出的光子波长为λ，则E 4－E 2＝h c λ0，并且逸出功W 0＝h c λ0，E 2－E 1＝h c λ，根据爱因斯坦光电方程E k ＝hν－W 0得，光子的最大初动能为E k ＝h c λ－h c λ0＝hc ⎝ ⎛⎭⎪⎫1λ－1λ0＝hc ⎝ ⎛⎭⎪⎫E 2－E 1hc －E 4－E 2hc ＝2E 2－E 1－E 4＝7.65 e V . 【答案】7.65 e V8．已知氢原子基态的电子轨道半径为r 1＝0.528×10－10 m ，量子数为n 的能级值为E n ＝－13.6n 2 e V .(1)求电子在基态轨道上运动时的动能；(2)有一群氢原子处于量子数n ＝3的激发态．画出能级图，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波长最短的一条的波长．(其中静电力常量k ＝9.0×109 N·m 2/C 2，电子电量e ＝1.6×10－19 C ，普朗克常量h ＝6.63×10－34 J·s ，真空中光速c ＝3.0×108 m/s)【解析】(1)设电子的质量为m ，电子在基态轨道上的速率为v 1，根据牛顿第二定律和库仑定律有m v 21r 1＝ke 2r 21，所以E k ＝12m v 21＝ke 22r 1＝9.0×109×(1.6×10－19)22×0.528×10－10 J ＝2.18×10－18 J ＝13.6 e V .(2)当氢原子从量子数n ＝3的能级跃迁到较低能级时，可以得到3条光谱线，如图所示．(3)与波长最短的一条光谱线对应的能级差为E 3－E 1.λ＝hc E 3－E 1＝ 6.63×10－34×3×108[－1.5－(－13.6)]×1.6×10－19m ＝1.03×10－7 m.【答案】(1)13.6 e V(2)见解析(3)1.03×10－7 m[能力提升]9．(多选)如图3-3-5为氢原子能级示意图的一部分，则氢原子( )图3-3-5A ．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短B ．从n ＝5能级跃迁到n ＝1能级比从n ＝5能级跃迁到n ＝4能级辐射出电磁波的速度大C ．处于不同能级时，核外电子在各处出现的概率是不一样的D ．从高能级向低能级跃迁时，氢原子一定向外放出能量【解析】根据ΔE ＝hν，ν＝c λ，可知ΔE ＝hν，λ＝c ν＝hc ΔE ，从n ＝4能级跃迁到n＝3能级比从n ＝3能级跃迁到n ＝2能级放出能量小，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 错误；电磁波的速度是光速，与电磁波的波长、频率无关，选项B 错误；处于不同能级时，核外电子在各处出现的概率不相同，C 正确；从高能级向低能级跃迁时，氢原子一定向外放出能量，D 正确．【答案】CD10．已知氢原子的基态能量为E 1，激发态能量为E n ＝E 1/n 2，其中n ＝2,3,4，….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 ( )【导学号：06092077】A ．－4hc 3E 1B ．－2hc E 1C ．－4hc E 1D ．－9hcE 1【解析】由E n ＝E 1n 2知，第一激发态的能量为E 2＝ E 14，又hc λ≥－E 14，得λ≤－4hc E 1，故选项C 正确．【答案】C11．氢原子部分能级的示意图如图3-3-6所示，不同色光的光子能量如下表所示：图3-3-6为________、________.【解析】由七种色光的光子的不同能量可知，可见光光子的能量范围在1.61～3.10 e V ，故可能是由第4能级向第2能级跃迁过程中所辐射的光子，ΔE 1＝－0.85－(－3.40) e V ＝2.55 e V ，即蓝—靛光；也可能是氢原子由第3能级向第2能级跃迁过程中所辐射的光子，ΔE 2＝－1.51－(－3.40) e V ＝1.89 e V ，即红光．【答案】红蓝—靛12．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，动能损失最大的是完全非弹性碰撞)．一个具有13.6 e V 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，设碰撞中损失的能量全部被静止的氢原子吸收．图3-3-7(1)是否可以使基态氢原子发生能级跃迁(氢原子能级如图3-3-7所示)．(2)若上述碰撞中可以使基态氢原子发生电离，则氢原子的初动能至少为多少？【解析】(1)设运动氢原子的速度为v 0，完全非弹性碰撞后两者的速度为v ，损失的动能ΔE 被基态氢原子吸收．若ΔE ＝10.2 e V ，则基态氢原子可由n ＝1跃迁到n ＝2.由动量守恒和能量守恒有：m v 0＝2m v① 12m v 20＝12m v 2＋12m v 2＋ΔE ② 12m v 20＝E k ③ E k ＝13.6 e V 解①②③④得，ΔE ＝12·12m v 20＝6.8 e V 因为ΔE ＝6.8 e V <10.2 e V .所以不能使基态氢原子发生跃迁． (2)若使基态氢原子电离，则ΔE ＝13.6 e V ，代入①②③得E k ＝27.2 e V . 【答案】(1)不能(2)27.2 e V 美文欣赏 1、走过春的田野，趟过夏的激流，来到秋天就是安静祥和的世界。

高中物理第3章原子世界探秘章末分层冲破教师用书沪科版选修3-5

第3章原子世界探秘[自我校对]①枣糕②α粒子③几乎全数质量④高速旋转⑤hν＝E m－E n ⑥r n＝n2r1 ⑦E n＝1n2E1____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________两个重要的物理思想方法1.模型法人们对原子结构的熟悉经历了几个不同的阶段，其中有汤姆生模型、卢瑟福模型、玻尔模型、电子云模型.图312.假设法假设法是学习物理规律常常利用的方式，前边咱们学过的安培分子电流假说，此刻大家知道从物质微观结构来看是正确的，它就是核外电子绕核旋转所形成的电流.在那时的实验条件下是“假说”.玻尔的假说是为解决核式结构模型的困惑而提出的，他的成功在于引入量子理论，局限性在于保留了轨道的概念，没有完全离开经典物理学框架.卢瑟福的α粒子散射实验说明了下列哪一种情况( )A.原子内的正电荷全数集中在原子核里B.原子内的正电荷均匀散布在它的全数体积上C.原子内的正负电荷是一对一整齐排列的D.原子的几乎全数质量都集中在原子核里E.原子内部是十分“空旷”的【解析】卢瑟福的α粒子散射实验中，少数α粒子发生大角度偏转，这是原子中带正电部份作用的结果，由于大角度偏转的α粒子数极少，说明原子中绝大部份是空的，带正电部份的体积很小，带负电的电子绕核运动的向心力即是原子查对它的引力，而电子质量极小，故原子核集中了原子全数正电荷和几乎全数质量，选项A、D、E正确.【答案】ADE玻尔理论1.玻尔原子模型(1)量子化观点：电子的可能轨道半径、原子的能量、原子跃迁辐射或吸收光子的频率都只能是分立的、不持续的值.(2)对应关系：电子处于某一可能轨道对应原子的一种能量状态.(3)定态观点：电子在某一可能轨道上运动时，原子是不向外辐射电磁波的，轨道与能量是稳定的.(4)跃迁观点：能级跃迁时辐射或吸收光子的能量，hν＝E m－E n(m＞n).(5)①原子吸收光子能量是有条件的，只有等于某两个能级差时才被吸收发生跃迁.②若是入射光的能量E≥ eV，原子也能吸收光子，则原子电离.③用粒子碰撞的方式使原子能级跃迁时，粒子能量大于能级差即可.2.跃迁与光谱线原子处于基态时，原子是稳定的，但原子在吸收能量跃迁到激发态后，就不稳定了，这时就会向低能级定态跃迁，而跃迁到基态，有时是经多次跃迁再到基态.一群氢原子处于量子数为n的激发态时，可能辐射出的光谱线条数为：N＝C2n＝n n－1.2将氢原子电离，就是从外部给电子能量，使其从基态或激发态离开原子核的束缚而成为自由电子.【导学号：】(1)若要使n＝2激发态的氢原子电离，至少要用多大频率的电磁波照射该氢原子？(2)若用波长为200 nm的紫外线照射氢原子，则电子飞到离核无穷远处时的速度为多大？(电子电荷量e＝×10－19 C，普朗克常量h＝×10－34J·s，电子质量m e＝×10－31 kg) 【解析】(1)n＝2时，E2＝－错误! eV＝－ eV，所谓电离，就是使处于基态或激发态的原子的核外电子跃迁到n＝∞的轨道，n＝∞时，E∞＝0.所以，要使处于n＝2激发态的原子电离，电离能为ΔE＝E∞－E2＝ eVν＝ΔE h＝错误! Hz≈×1014 Hz. (2)波长为200 nm 的紫外线一个光子所具有的能量E 0＝hν＝×10－34×3×108200×10－9 J ＝×10－19 J电离能ΔE ＝××10－19 J ＝×10－19 J由能量守恒hν－ΔE ＝12m e v 2 代入数值解得v ≈×105m/s.【答案】 (1)×1014 Hz (2)×105 m/s(1)氢原子在某激发态的电离能大小等于该能级的能量值.(2)电子电离后如有多余的能量将以电子动能的形式存在.1.(2016·山东省实验中学检测)关于α粒子散射实验，下列说法正确的是( )A.在实验中观察到的现象是：绝大多数α粒子穿过金箔后仍沿原来方向前进，少数发生了较大偏转，极少数偏转角度超过90°，有的乃至被弹回B.使α粒子发生明显偏转的力是来自带正电的核及核外电子，当α粒子接近核时是核的斥力使α粒子偏转，当α粒子接近电子时是电子的吸引力使之偏转C.实验表明：原子中心有一个极小的核，它占有原子体积的极小部份D.实验表明：原子中心的核带有原子的全数正电荷和原子的全数质量E.α粒子散射是估量核半径的最简单的方式【解析】由α粒子散射实验结果知，A 正确；由于电子的质量远小于α粒子的质量，对α粒子的运动影响极小，使α粒子发生明显偏转的是原子核的斥力，B 错误；实验表明：原子具有核式结构，核极小，但含有全数的正电荷和几乎所有的质量，按如实验可以肯定核半径的数量级，C 、E 正确，D 错误.【答案】 ACE2.(2016·大连一中检测)μ子与氢原子核(质子)组成的原子称为μ氢原子，它在原子核物理的研究中有重要作用.如图32为μ氢原子的能级示用意，假定光子能量为E 的一束光照射容器中大量处于n ＝2能级的μ氢原子，μ氢原子吸收光子后，发出频率为ν1、ν2、ν3、ν4、ν5和ν6的光子，且频率依次增大，则E 等于( )图32(ν3－ν1) (ν3＋ν1)ν3(ν6－ν4)(ν1＋ν2)【解析】μ氢原子吸收光子后，能发出六种频率的光，说明μ氢原子是从n＝4能级向低能级跃迁，则吸收的光子的能量为ΔE＝E4－、D、E正确.【答案】CDE3.(2016·福州一中检测)欲使处于基态的氢原子激发，下列办法可行的是( )A.用 eV的光子照射B.用13 eV的光子照射C.用14 eV的光子照射D.用13 eV的电子碰撞E.用 eV的电子碰撞【解析】由跃迁条件知氢原子受激发跃迁时只能吸收能量值恰好等于某两能级之差的光子.按照氢原子能级图不难算出 eV恰好为氢原子n＝1和n＝3的两能级差，而13 eV则不是氢原子基态和任一激发态的能级之差，因此氢原子只能吸收前者而不能吸收后者；对于14 eV的光子则足以使氢原子电离，电离后的自由电子还具有 eV的动能.至于13 eV的电子碰撞，它的能量可以部份被氢原子吸收而使氢原子激发，而 eV的能量小于n＝1和n＝2的两能级差.综上所述，选项A、C、D正确.【答案】ACD4.(2016·南京一中检测)欲使处于基态的氢原子电离，下列办法可行的是( )A.用 eV的光子照射B.用15 eV的光子照射C.用 eV的电子碰撞D.用15 eV的电子碰撞E.用 eV的电子碰撞【解析】基态氢原子的电离能为 eV，则 eV的光子被吸收，氢原子恰好电离，同理15 eV的光子和15 eV的电子碰撞都可供氢原子电离.至于 eV的电子，由于电子和氢原子质量不同，因此二者碰撞时电子不可能把 eV的能量全数传递给氢原子，因此用 eV的电子碰撞氢原子时氢原子不能电离。

高中物理第三章原子世界探秘3.3量子论视野下的原子模型课后训练沪科版选修3_5

量子论视野下的原子模型1．处于基态的氢原子的能量值是－13.6 eV,4种光子的能量值如下，其中有几种光子能使基态的氢原子电离（）。

A ．10.2 eVB ．13.6 eVC ．13.9 eV D．3.4 eV 2．原子的能量量子化现象是指（）。

A ．原子的能量是不可以改变的B ．原子的能量与电子的轨道无关C ．原子的能量状态是不连续的D ．原子具有分立的能级3．氢原子辐射出一个光子之后，根据玻尔理论，以下说法正确的是（）。

A ．电子的动能减少，电势能增大B ．电子的动能增大，电势能减小C ．电子绕核旋转的半径减小，周期变小D ．电子绕核旋转的半径增大，周期变大4．氦原子被电离出一个核外电子，形成类氢结构的氦离子。

已知基态的氦离子能量为E 1＝－54.4 eV ，氦离子能级的示意图如图所示。

在具有下列能量的光子中，不能被基态氦离子吸收而发生跃迁的是（）。

A ．40.8 eV B．43.2 eV C ．51.0 eV D．54.4 eV 5．氢原子从n ＝4的激发态直接跃迁到n ＝2的激发态时，发出蓝光。

当氢原子从n ＝5的激发态直接跃迁到n ＝2的激发态时，不可能发出的是（）。

A ．红外线 B．红光C ．紫光 D ．γ射线6．已知氢原子的基态能量为E 1，激发态能量E n ＝E 1/n 2，其中n ＝2,3，…。

用h 表示普朗克常量，c 表示真空中的光速。

能使氢原子从第一激发态电离的光子的最大波长为（）。

A ．143hcE B ．12hc E C ．14hcE D ．19hc E 7．大量氢原子处于不同能量激发态，发生跃迁时放出三种不同能量的光子，其能量值分别是： 1.89 eV 、10.2 eV 、12.09 eV 。

跃迁发生前这些原子分布在______个激发态能级上，其中最高能级的能量值是______ eV （基态能量为－13.6 eV ）。

8．已知氢原子基态的电子轨道半径为r 1＝0.53×10－10 m ，基态的能级值为E 1＝－13.6eV 。

2020年沪科版高中物理选修3-5第3章《原子世界探秘》测试题含答案

2020年沪科版高中物理选修3-5第3章《原子世界探秘》测试题本试卷分第Ⅰ卷和第Ⅱ卷两部分，共100分，考试时间150分钟。

第Ⅰ卷一、单选题(共20小题,每小题3.0分,共60分)1.如图所示，1、2、3、4为玻尔理论中氢原子最低的四个能级．处在n＝4能级的一群氢原子向低能级跃迁时，能发出若干种频率不同的光子，在这些光中，波长最长的是()A．n＝4跃迁到n＝1时辐射的光子B．n＝4跃迁到n＝3时辐射的光子C．n＝2跃迁到n＝1时辐射的光子D．n＝3跃迁到n＝2时辐射的光子【答案】B【解析】由辐射光子的能量为ΔE＝Em－En＝－＝hν＝h，可知量子数n越大，能级越密，所以B正确．2.根据玻尔理论，氢原子的电子由外层轨道跃迁到内层轨道后()A．原子的能量增加，电子的动能减少B．原子的能量增加，电子的动能增加C．原子的能量减少，电子的动能减少D．原子的能量减少，电子的动能增加【答案】D【解析】电子由外层轨道跃迁到内层轨道时，放出光子，总能量减小；根据k＝m，可知半径越小，动能越大，所以A、B、C错误，D正确．3.下列对原子结构的认识中，正确的是()A．原子中绝大部分是中空，原子核很小B．电子在核外绕核旋转，向心力为库仑力C．原子的全部正电荷和几乎所有质量都集中在原子核里D．原子核的直径大约为10－10m【答案】ABC【解析】原子中绝大部分是中空，原子核的体积很小，但是因为核外的电子虽然所占体积很大，质量却是很小，所以几乎整个原子所有的质量都集中到了原子核上，A、C正确；电子在核外绕核旋转，所需要的向心力由原子核对电子的库仑力提供，B正确；原子核的直径的数量级大约为10－15m～10－4m，D错误．4.汞原子的能级如图，现一束单色光照射到大量处于基态的汞原子，汞原子只发出三种不同频率的单色光．关于入射光的能量下列说法正确的是()A．等于4.9 eVB．等于7.7 eVC．等于8.8 eVD．大于或等于10.4 eV【答案】B【解析】汞原子只发出三种不同频率的单色光，知汞原子跃迁到第3能级，则吸收的光子能量ΔE ＝－2.7 eV＋10.4 eV＝7.7 eV.故B正确，A、C、D错误．5.已知汞原子可能的能级为E1＝－10.4 eV，E2＝－5.5 eV，E3＝－2.7 eV，E4＝－1.6 eV.一个自由电子的总能量为9 eV，与处于基态的汞原子发生碰撞，已知碰撞过程中不计汞原子动量的变化，则电子可能剩余的能量为()A． 0.2 eVB． 1.4 eVC． 2.3 eVD． 5.5 eV【答案】A【解析】若电子剩余的能量为0.2 eV，则能级间跃迁吸收的能量为8.8 eV，基态汞原子吸收后的能量为－1.6 eV，跃迁到第4能级．故A正确．若电子剩余的能量为1.4 eV，则能级间跃迁吸收的能量为7.6 eV，基态汞原子吸收后的能量为－2.8 eV，不能跃迁．故B错误．若电子剩余的能量为2.3 eV，则能级间跃迁吸收的能量为6.7 eV，基态汞原子吸收后的能量为－3.7 eV，不能跃迁．故C错误．若电子剩余的能量为5.5 eV，则能级间跃迁吸收的能量为3.5 eV，基态汞原子吸收后的能量为－6.9 eV，不能跃迁．故D错误．故选A.6.向荧光屏上看去，电子向我们飞来，在偏转线圈中通以如图所示的电流(从右侧看)，电子的偏转方向为()A．向上B．向下C．向左D．向右【答案】A【解析】根据安培定则，环形磁铁右侧为N极、左侧为S极，在环内产生水平向左的匀强磁场，利用左手定则可知，电子向上偏转，选项A正确．7.根据玻尔理论，下列关于氢原子的论述正确的是()A．若氢原子由能量为En的定态向低能级跃迁，则氢原子要辐射的光子能量为En＝hνB．电子沿某一轨道绕核运动，若圆周运动的频率为ν，则其发光的频率也是νC．一个氢原子中的电子从一个半径为ra的轨道自发地直接跃迁到另一半径为rb的轨道，已知>rb，则此过程原子要辐射某一频率的光子raD．氢原子吸收光子后，将从高能级向低能级跃迁【答案】C【解析】原子由能量为En的定态向低能级跃迁时，辐射的光子能量等于能级差，与En不相等，故A错；电子沿某一轨道绕核运动，处于某一定态，不向外辐射能量，故B错；电子由半径大的轨道跃迁到半径小的轨道，能级降低，因而要辐射某一频率的光子，故C正确；原子吸收光子后能量增加，能级升高，故D错．8.对于光谱，下列说法中正确的是()A．大量原子发出的光谱是连续谱，少量原子发出的光谱是线状谱B．线状谱由不连续的若干波长的光所组成C．太阳光谱是连续谱D．太阳光谱是线状谱【答案】B【解析】原子光谱体现原子的特征，是线状谱，同一种原子无论有多少，其发光特征都相同，即形成的线状谱都一样，故A错误；B项是线状谱的特征，正确；太阳光谱是吸收光谱，C、D错误．9.如图所示为氢原子能级的示意图，现有大量的氢原子处于n＝4的激发态，当向低能级跃迁时辐射出若干不同频率的光．关于这些光，下列说法正确的是()A．波长最大的光是由n＝4能级跃迁到n＝1能级产生的B．频率最小的光是由n＝2能级跃迁到n＝1能级产生的C．这些氢原子总共可辐射出3种不同频率的光D．从n＝2能级跃迁到n＝1能级电子动能增加【答案】D【解析】核外电子从高能级n向低能级m跃迁时，辐射的光子能量ΔE＝En－Em＝hν，故能级差越大，光子的能量也越大，即光子的频率越大，根据ν＝可知频率越大，波长越小，由图可知当核外电子从n＝4能级跃迁到n＝3能级时，能级差最小，所以放出光子的能量最小，频率最小，波长最大，故A、B错误．当电子从n＝4向低能级跃迁时，跃迁的种类有4→3,4→2,4→1,3→2,3→1,2→1.即辐射光的种类为C＝6种，故C错误．电子从n＝2能级跃迁到n＝1能级辐射光子，根据引力提供向心力，即＝m，可知，电势能减小，但动能增加．故D 正确．10.氢原子的核外电子从距核较近的轨道跃迁到距核较远的轨道过程中()A．原子要吸收光子，电子的动能增大，原子的电势能增大，原子的能量增大B．原子要放出光子，电子的动能减小，原子的电势能减小，原子的能量也减小C．原子要吸收光子，电子的动能增大，原子的电势能减小，原子的能量增大D．原子要吸收光子，电子的动能减小，原子的电势能增大，原子的能量增大【答案】D【解析】由库仑力提供向心力，即k＝m，E k＝mv2＝k，由此可知电子离核越远，r越大，则电子的动能越小，故A、C错误；因r增大过程中库仑力做负功，故电势能增大，B错误；结合玻尔理论和原子的能级公式可知，D正确．11.氢原子能级如图所示．大量处于n＝4能级的氢原子向低能级跃迁时发出不同频率的光，其中a 光是从n＝3能级向n＝1能级跃迁时发出的，b光的频率大于a光的频率，则b光可能是()A．从n＝4能级向n＝3能级跃迁时发出的B．从n＝4能级向n＝2能级跃迁时发出的C．从n＝4能级向n＝1能级跃迁时发出的D．从n＝3能级向n＝2能级跃迁时发出的【答案】C【解析】根据题意可知，a光是从n＝3能级向n＝1能级跃迁时发出的，而b光的频率大于a光的频率，由能级差值越大，则光子的频率越高，因此b光可能是氢原子从n＝4跃迁到n＝1产生的，故A、B、D错误，C正确．12.α粒子散射实验中，使α粒子散射的原因是()A．α粒子与原子核外电子碰撞B．α粒子与原子核发生接触碰撞C．α粒子发生明显衍射D．α粒子与原子核的库仑斥力作用【答案】D【解析】α粒子与原子核外的电子的作用是很微弱的，A错误；由于原子核的质量和电荷量很大，α粒子与原子核很近时，库仑斥力很强，足以使α粒子发生大角度偏转甚至反向弹回，使α粒子散射的原因是库仑斥力，B、C错误，D正确．13.如图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，则下列说法正确的是()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E4D．原子B能够吸收原子A发出的光子并跃迁到能级E4【答案】B【解析】原子A处于激发态E2，它只能辐射出1种频率的光子；原子B处于激发态E3，它可能由E3到E2，由E2到E1，或由E3到E1，辐射出3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，由以上分析可知，只有B项正确．14.利用光谱分析的方法能够鉴别物质和确定物质的组成成分，关于光谱分析，下列说法中正确的是()A．利用高温物体的连续谱就可以鉴别其组成成分B．利用物质的线状谱就可以鉴别其组成成分C．高温物体发出的光通过某物质后的光谱上的暗线反映了高温物体的组成成分D．我们观察月亮射来的光谱，可以确定月亮的化学组成【答案】B【解析】由于高温物体的光谱包括了各种频率的光，与其组成成分无关，故A错误；某种物质发光的线状谱中的明线与某种原子发出的某频率的光有关，通过这些亮线与原子的特征谱线对照，即可确定物质的组成成分，B正确；高温物体发出的光通过物质后某些频率的光被吸收而形成暗线，这些暗线与所经物质有关，与高温物体无关，C错误；月亮反射到地面的光是太阳光谱，D项错误．15.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．16.如图为电视机显像管中电子束偏转的示意图．磁环上的偏转线圈通以图示方向的电流时，沿轴线向纸内射入的电子束的偏转方向()A．向上B．向左C．向下D．向右【答案】B【解析】磁环上的偏转线圈通以图示方向的电流时，根据安培定则，在磁环上形成的磁场方向竖直向下，磁场是闭合的，故在磁环中心处的磁场是竖直向上的，在根据左手定则，当电子束沿轴线向纸内射入时，电子束受到向左的洛伦兹力，故电子束的偏转方向向左．故B正确，A、C、D错误．17.氢原子的能级图如图所示，已知可见光的光子能量范围约为 1.62～3.11 eV.下列说法错误的是()A．处于n＝3能级的氢原子可以吸收任意频率的紫外线，并发生电离B．大量氢原子从高能级向n＝3能级跃迁时，发出的光具有显著的热效应C．大量处于n＝4能级的氢原子向低能级跃迁时，可能发出2种不同频率的可见光D．大量处于n＝4能级的氢原子向低能级跃迁时，可能发出3种不同频率的可见光【答案】D【解析】紫外线的频率比可见光的高，因此紫外线光子的能量应大于3.11 eV，而处于n＝3能级的氢原子其电离能仅为 1.51 eV＜3.11 eV，所以处于n＝3能级的氢原子可以吸收任意频率的紫外线，并发生电离，A对．18.在氢原子能级图中，横线间的距离越大，代表氢原子能级差越大，下列能级图中，能形象表示氢原子最低的四个能级的是()A. B. C. D.【答案】C【解析】由氢原子能级图可知，量子数n越大，能级越密，所以C对．19.如图是阴极射线管示意图．接通电源后，阴极射线由阴极沿x轴正方向射出，在荧光屏上会看到一条亮线．要使荧光屏上的亮线向下(z轴负方向)偏转，在下列措施中可采用的是()A．加一磁场，磁场方向沿z轴负方向B．加一磁场，磁场方向沿y轴正方向C．加一电场，电场方向沿z轴负方向D．加一电场，电场方向沿y轴正方向【答案】B【解析】若加磁场，由左手定则可知，所加磁场方向沿y轴正方向，B正确；若加电场，因电子向下偏转，则电场方向沿z轴正方向．20.氢原子的核外电子由离原子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()A．氢原子的能量增加B．氢原子的能量保持不变C．氢原子要放出一定频率的光子D．氢原子要吸收一定频率的光子【答案】C【解析】氢原子的核外电子由离原子核较远的轨道跃迁到离核较近的轨道上时，能级降低，则氢原子能量减小，则向外辐射光子．故A、B、D错误，C正确．第II卷二、计算题(共4小题,每小题10.0分,共40分)21.在如图所示的阴极射线管中的两个电极上加3.2×104V的高电压，阴极发出的阴极射线在电场中加速而获得高能量，若电子离开阴极表面时的速度为零，则电子到达阳极的速度为多少？【答案】1.06×108m/s【解析】电子由阴极到阳极做匀加速直线运动，由动能定理得eU＝mv2v＝＝1.06×108m/s22.已知氢原子的基态能量为－13.6 eV，核外电子的第一轨道半径为0.53×10－10m，电子质量me＝9.1×10－31kg，电荷量为1.6×10－19C，求电子跃迁到第三轨道时，氢原子的能量、电子的动能和电子的电势能各是多少？【答案】－1.51 eV 1.51 eV－3.02 eV【解析】氢原子能量可由氢原子能级公式En＝求出，而动能可由氢原子轨道半径公式以及向心力公式求出，氢原子的能量为电子的动能和电势能之和，氢原子的能量E3＝≈－1.51 eV电子在第三轨道时半径为r3＝32r1＝9r1①电子绕核做圆周运动向心力由库仑力提供，所以k＝m②由①②可得电子动能为E k3＝mv＝k≈1.51 eV由于E3＝E k3＋E p3，所以电子电势能为E p3＝E3－E k3＝－3.02 eV23.氢原子在基态时轨道半径r1＝0.53×10－10m，能量E1＝－13.6 eV.求氢原子处于基态时，(1)电子的动能；(2)电子的电势能；(3)用波长是多少的光照射可使其电离？(已知电子质量m＝9.1×10－31kg)【答案】(1)13.6 eV(2)－27.2 eV(3)9.14×10－8m【解析】(1)设处于基态的氢原子核外电子速度大小为v1，则k＝m，所以电子动能E k1＝mv＝k≈13.6 eV.(2)因为E1＝E k1＋E p1，所以E p1＝E1－E k1＝－27.2 eV.(3)设用波长为λ的光照射可使氢原子电离，有＝0－E1，所以λ＝－≈9.14×10－8m.24.汤姆孙发现电子后，许多科学家为测量电子的电荷量做了大量的探索.1907－1916年密立根用带电油滴进行实验，发现油滴所带的电荷量是某一数值e的整数倍，于是称这一数值e为基本电荷．如图所示，两块完全相同的金属极正对着水平放置，板间的距离为d.当质量为m的微小带电油滴在两板间运动时，所受空气阻力的大小与速度大小成正比．两板间不加电压时，可以观察到油滴竖直向下做匀速运动，通过某一段距离所用时间为t1；当两板间加电压U(上极板的电势高)时，可以观察到同一油滴竖直向上做匀速运动，且在时间t2内运动的距离与在时间t1内运动的距离相等．忽略空气浮力．重力加速度为g.(1)判断上述油滴的电性，要求说明理由；(2)求上述油滴所带的电荷量Q；(3)在极板间照射X射线可以改变油滴的带电量．再采用上述方法测量油滴的电荷量．如此重复操作，测量出油滴的电荷量Qi如下表所示．如果存在基本电荷，请根据现有数据求出基本电荷的电荷量e(保留到小数点后两位).【答案】(1)当极板上加了电压U后，该油滴竖直向上做匀速运动，说明油滴受到的电场力竖直向上，与板间电场的方向相反，所以该油滴带负电．(2)(3)1.54×10－19C【解析】(1)当极板上加了电压U后，该油滴竖直向上做匀速运动，说明油滴受到的电场力竖直向上，与板间电场的方向相反，所以该油滴带负电．(2)设油滴运动时所受空气阻力F f与速度大小v满足关系为：F f＝kv当不加电场时，设油滴以速率v1匀速下降，受重力和阻力而平衡，即：mg＝kv1当极板加电压U时，设油滴以速率v2匀速上升，受电场力、重力和阻力，即：QE＝mg＋kv2其中：E＝根据题意有：v1t1＝v2t2解得：Q＝(3)如果存在基本电荷，那么油滴所带的电荷量Q应为某一最小单位的整数倍，即油滴电荷量的最大公约数(或油滴带电量之差的最大公约数)为基本电荷e.由于Q2－Q1＝0.15×10－18C，Q3－Q2＝0.31×10－18C，Q4－Q3＝0.16×10－18C，Q5－Q4＝0.45×10－18C，可以看出，油滴带电量之差都近似为某个数的整数倍，即：Q2－Q1＝e1，Q3－Q2＝2e2，Q4－Q3＝e3，Q5－Q4＝3e4所以：e＝≈1.54×10－19C。

2022_2022学年高中物理第3章原子世界探秘3量子论视野下的原子模型精练含解析沪教版选修3_5

量子论视野下的原子模型1.了解玻尔理论的主要内容．(重点)2.掌握氢原子能级和轨道半径的规律．(重点＋难点)3．知道玻尔对氢原子光谱的解释及玻尔理论的局限性． 4.了解氢原子光谱的产生．[学生用书P43]一、把量子论引入原子模型玻尔理论的主要假设1．定态假设：原子只能处于一系列不连续的能量状态中，在这些状态中的原子是稳定的，这种状态叫定态．处于定态的原子并不对外辐射能量，只有当原子在两个定态之间跃迁时，才产生电磁辐射．2．跃迁假设：原子从能量为E m的定态跃迁到能量为E n的定态时，辐射(或吸收)一定频率的光子，光子的能量由两个定态的能量差决定，即hν＝E m－E n.3．轨道假设：玻尔在上述假设的根底上，计算了氢原子的电子轨道半径(叫做玻尔半径)与电子在各条轨道上运动时氢原子的能量：r n＝n2r1，E n＝1n2E1(n＝1，2，3，…)．1．(1)玻尔的原子结构假说认为电子的轨道是量子化的．( )(2)电子吸收某种频率条件的光子时会从较低的能量态跃迁到较高的能量态．( )(3)电子能吸收任意频率的光子发生跃迁．( )提示：(1)√(2)√(3)×二、能级原子光谱1．能级：原子的能量状态是不连续的，因而各定态对应的能量也是不连续的．原子在各定态的能量值叫做原子的能级．在正常状态下，原子处于能量最低的状态，这时电子在离核最近的轨道上运动，这一定态叫做基态．电子在其他轨道上运动时的定态叫做激发态．2．原子光谱(1)各种物质的原子结构不同，能级分布也就各不相同，它们可能发射的光的频率也不同．每种元素的原子发出的光都有自己的特征，因而具有自己的原子光谱．(2)对气体导电时发光机理的解释气体放电管中的原子受到高速运动的电子的撞击，有可能跃迁到激发态，处于激发态的原子是不稳定的，会自发地向较低能级的激发态或基态跃迁，放出光子，这就是气体导电时发光的机理．(3)对原子特征谱线的解释原子从高能态向低能态跃迁时放出的光子的能量等于前后两个能级之差，由于原子能级是分立的，所以放出的光子的能量也是分立的，因此原子发射光谱只有一些分立的亮线，又因为不同原子具有不同的结构，能级各不相同，因此辐射(或吸收)的光子频率也不相同，这就是不同元素的原子具有不同的特征谱线的原因．氢原子从高能级向低能级跃迁时，是不是氢原子所处的能级越高，释放的光子能量越大？提示：不一定．氢原子从高能级向低能级跃迁时，释放的光子的能量一定等于能级差，氢原子所处的能级越高，跃迁时能级差不一定大，释放光子的能量不一定大．三、玻尔理论的成就和局限1．玻尔理论的成就玻尔理论第一次将量子观念引入原子领域；提出了定态和跃迁的概念，成功解释了氢原子光谱的实验规律．2．玻尔理论的局限性没有彻底摆脱经典物理学的束缚，保存了电子有确定的位置和动量，绕原子核在圆周轨道上运行的概念，即保存了经典粒子的观念，把电子运动看做经典力学描述下的轨道运动．2．(1)玻尔第一次提出了量子化的观念．( ) (2)玻尔的原子理论模型可以很好地解释氦原子的光谱现象．( )(3)电子的实际运动并不具有确定的轨道．( )提示：(1)× (2)× (3)√ 对玻尔原子模型的理解[学生用书P44]1．轨道量子化：轨道半径只能够是一些不连续的、某些分立的数值．模型中保存了卢瑟福的核式结构．但他认为核外电子的轨道是不连续的，它们只能在某些可能的、分立的轨道上运动，而不是像行星或卫星那样，能量大小可以是任意的量值．例如，氢原子的电子最小轨道半径为r 1＝0.053 nm ，其余可能的轨道半径还有0.212 nm 、0.477 nm 、…不可能出现介于这些轨道之间的其他值．这样的轨道形式称为轨道量子化．2．能量量子化：与轨道量子化对应的能量不连续的现象．电子在可能轨道上运动时，尽管是变速运动，但它并不释放能量，原子是稳定的，这样的状态也称之为定态．由于原子的可能状态(定态)是不连续的，具有的能量也是不连续的．这样的能量形式称为能量量子化．3．跃迁：原子从一种定态跃迁到另一种定态时，它辐射或吸收一定频率的光子，光子的能量由这两种定态的能量差决定，即高能级E m 发射光子hν＝E m －E n 吸收光子hν＝E m －E n低能级E n .可见，电子如果从一个轨道到另一个轨道，不是以螺旋线的形式改变半径大小的，而是从一个轨道上“跳跃〞到另一个轨道上．玻尔将这种现象叫做电子的跃迁．(多项选择)玻尔在他提出的原子模型中所做的假设有( )A ．原子处在具有一定能量的定态中，虽然电子做变速运动，但不向外辐射能量B．原子的不同能量状态与电子沿不同的圆形轨道绕核运动相对应，而电子的可能轨道的分布是不连续的C．电子从一个轨道跃迁到另一个轨道时，辐射(或吸收)一定频率的光子D．电子跃迁时辐射的光子的频率等于电子绕核做圆周运动的频率[解析] 选项A、B、C都是玻尔提出来的假设，其核心是原子定态概念的引入与能级跃迁学说的提出，也就是“量子化〞的概念．原子的不同能量状态与电子绕核运动时不同的圆形轨道相对应，是经典理论与“量子化〞概念的结合．[答案] ABC(1)处于基态的原子是稳定的，而处于激发态的原子是不稳定的．(2)原子的能量与电子的轨道半径相对应，轨道半径大，原子的能量大，轨道半径小，原子的能量小．原子的能级跃迁问题[学生用书P44] 1．能级图根据玻尔理论，当氢原子从高能级跃迁到低能级时以光子的形式放出能量．原子在始、末两个能级E m和E n(m>n)间跃迁时，辐射光子的能量等于前后两个能级的能量之差(hν＝E m －E n)，由于原子的能级不连续，所以辐射的光子的能量也不连续，因此产生的光谱是分立的线状谱(如下图)．同样，原子也是只能吸收一些特定频率的光子，但是，当光子能量足够大时，如光子能量E≥13.6 eV时，那么氢原子仍能吸收此类光子并发生电离．当电子从高能级向低能级跃迁时放出光子；当电子从低能级向高能级跃迁时吸收光子．2．跃迁时电子动能、原子电势能与原子能量的变化当轨道半径减小时，库仑引力做正功，原子的电势能E p减小，电子动能增大，原子能量减小．反之，轨道半径增大时，原子电势能增大，电子动能减小，原子能量增大．3．氢原子能级跃迁的可能情况氢原子核外电子从高能级向低能级跃迁时可能直接跃迁到基态，也可能先跃迁到其他低能级的激发态，然后再到基态，因此处于n能级的电子向低能级跃迁时就有很多可能性，其可能的值为C2n即n〔n－1〕2种可能情况．(1)一个氢原子从某一轨道向另一轨道跃迁时，可能的情况只有一种，但大量的氢原子就会出现多种情况．(2)使处于基态或激发态的原子的核外电子跃迁到n＝∞时，称为电离，所需能量称为电离能．氢原子基态的电子轨道半径为r1＝0.528×10－10 m，量子数为n的能级值为E n＝－13.6n 2 eV.(静电力常量k ＝9×109 N ·m 2/C 2，电子电荷量e ＝1.6×10－19 C ，普朗克常量h ＝6.63×10－34 J ·s ，真空中光速c ＝3.0×108 m/s)(1)求电子在基态轨道上运动的动能．(2)有一群氢原子处于量子数n ＝3的激发态，画出能级图，在图上用箭头标明这些氢原子能发出哪几种光谱线？(3)计算这几种光谱线中波长最短的波长．[思路点拨] (1)电子在轨道上做圆周运动，库仑力提供向心力．(2)由hν＝E m －E n ＝h c λ可知最大频率对应能级差最大的跃迁情况，最短波长对应能级差最大的跃迁情况． [解析] (1)核外电子绕核做匀速圆周运动，静电引力提供向心力，那么ke 2r 21＝mv 2r 1，又知E k ＝12mv 2，故电子在基态轨道的动能为： E k ＝ke 22r 1＝9×109×〔1.6×10－19〕22×0.528×10－10 J ≈2.18×10－18 J ≈13.6 eV. (2)当n ＝1时，能级值为E 1＝－13.612 eV ＝－13.6 eV. 当n ＝2时，能级值为E 2＝－13.622 eV ＝－3.4 eV. 当n ＝3时，能级值为E 3＝－13.632 eV ≈－1.51 eV. 能发出的光谱线分别为3→2，2→1，3→1共3种，能级图如下图．(3)由E 3向E 1跃迁时发出的光子频率最大，波长最短．hν＝E 3－E 1，又知ν＝c λ，那么有λ＝hcE 3－E 1＝6.63×10－34×3×108[－1.51－〔－13.6〕]×1.6×10－19 m ≈1.03×10－7 m. [答案] (1)13.6 eV (2)见解析 (3)1.03×10－7m由ke 2r 2n ＝mv 2n r n ，可计算出电子在任意轨道上运动的动能E k n ＝12mv 2n ＝ke 22r n ，并由此计算出相应的电势能E p n ，且E k n ＝|E k n |，E p n ＝－2E k n (E p ∞＝0)．如下图为氢原子的能级图．用光子能量为13.06 eV 的光照射一群处于基态的氢原子，可能观测到氢原子发射不同波长的光有( )A ．15种B ．10种C ．4种D ．1种解析：选B.由hν＝E n －E 1得，E n ＝E 1＋hν＝－0.54 eV ，由能级图知n ＝5，即氢原子吸收光子后处于n ＝5的激发态，那么放出的质子种类为N ＝C 25＝10(种)，故B 正确．原子的能量与能量变化[学生用书P45]1．原子的能量包括电子绕核运动的动能和电子与核系统具有的电势能．(1)电子的动能电子绕核做圆周运动所需向心力由库仑力提供 k e 2r 2n ＝m v 2n r n ，故E k n ＝12mv 2n ＝ke 22r n . (2)系统的电势能电子在半径为r n 的轨道上所具有的电势能E p n ＝－ke 2r n(E p ∞＝0)． (3)原子的能量E n ＝E k n ＋E p n ＝ke 22r n ＋－ke 2r n ＝－ke 22r n. 即电子在半径大的轨道上运动时，动能小，电势能大，原子能量大．2．跃迁时电子动能、原子电势能与原子能量的变化：当原子从高能级向低能级跃迁时，轨道半径减小，库仑引力做正功，原子的电势能E p 减小，电子动能增大，向外辐射能量，原子能量减小．反之，原子电势能增大，电子动能减小，原子能量增大．氢原子在基态时轨道半径r 1＝0.53×10－10 m ，能量E 1＝－13.6 eV.电子的质量m ＝9.1×10－31kg ，电荷量e ＝1.6×10－19 C ．求氢原子处于基态时：(1)电子的动能；(2)原子的电势能．[思路点拨] 电子绕核运动的动能可根据库仑力充当向心力求出，电子在某轨道上的动能与电势能之和，为原子在该定态的能量E n ，即E n ＝E k n ＋E p n ，由此可求得原子的电势能．[解析] (1)设处于基态的氢原子核外电子速度为v 1，那么k e 2r 21＝mv 21r 1. 所以电子动能E k1＝12mv 21＝ke 22r 1＝9×109×〔1.6×10－19〕22×0.53×10－10×1.6×10－19 eV≈13.6 eV.(2)因为E 1＝E k1＋E p1所以E p1＝E 1－E k1＝－13.6 eV －13.6 eV ＝－27.2 eV.[答案] (1)13.6 eV (2)－27.2 eV该类问题是玻尔氢原子理论与经典电磁理论的综合应用，用电子绕核的圆周运动规律与轨道半径公式、能级公式的结合求解．氢原子的核外电子从距核较近的轨道跃迁到距核较远的轨道的过程中( )A ．原子要吸收光子，电子的动能增大，原子的电势能增大B ．原子要放出光子，电子的动能减小，原子的电势能减小C ．原子要吸收光子，电子的动能增大，原子的电势能减小D ．原子要吸收光子，电子的动能减小，原子的电势能增大解析：选D.根据玻尔理论，氢原子核外电子在离核较远的轨道上运动能量较大，必须吸收一定能量的光子后，电子才能从离核较近的轨道跃迁到离核较远的轨道，故B 错误；氢原子核外电子绕核做圆周运动，由原子核对电子的库仑力提供向心力，即：k e 2r 2＝m v 2r ，又E k ＝12mv 2，所以E k ＝ke 22r.由此式可知：电子离核越远，即r 越大时，电子的动能越小，故A 、C 错误；由r 变大时，库仑力对核外电子做负功，因此电势能增大，从而判断D 正确．[随堂检测][学生用书P46]1．(多项选择)关于玻尔的原子模型，下述说法中正确的有( )A ．它彻底否认了卢瑟福的核式结构学说B ．它开展了卢瑟福的核式结构学说C ．它完全抛弃了经典的电磁理论D ．它引入了普朗克的量子理论解析：选BD.玻尔的原子模型在核式结构模型的前提下提出轨道量子化、能量量子化及能级跃迁，故A 错误，B 正确；它的成功就在于引入了量子化理论，缺点是被过多的引入经典力学所困，故C 错误，D 正确．2．处于某一能级n 上的一群氢原子向低能级跃迁时，能够发出10种不同频率的光，以下能表示辐射光波长最长的跃迁的示意图是( )解析：选A.根据玻尔理论，波长最长的跃迁对应着频率最小的跃迁，根据氢原子能级图，频率最小的跃迁对应的是从5到4的跃迁，选项A 正确．3.如图为氢原子能级的示意图，现有大量的氢原子处于n ＝4的激发态，当其向低能级跃迁时辐射出假设干不同频率的光．关于这些光以下说法正确的选项是( )A ．最容易表现出衍射现象的光是由n ＝4能级跃迁到n ＝1能级产生的B ．频率最小的光是由n ＝2能级跃迁到n ＝1能级产生的C ．这些氢原子总共可辐射出3种不同频率的光D ．用n ＝2能级跃迁到n ＝1能级辐射出的光照射逸出功为6.34 eV 的金属铂能发生光电效应解析：选D.波长越长，频率越低，越容易表现出衍射现象，故应是从n ＝4跃迁到n ＝3能级产生的光，A 、B 错；n ＝4能级的大量氢原子总共辐射6种频率的光子，C 错；从n ＝2跃迁到n ＝1能级辐射光子的能量E ＝hν＝－3.4 eV －(－13.60) eV ＝10.2 eV ，大于金属铂的逸出功，产生光电效应．4．(多项选择)根据玻尔理论，氢原子核外电子在n ＝1和n ＝2的轨道上运动，其运动的( )A ．轨道半径之比为1∶4B ．动能之比为4∶1C ．速度大小之比为4∶1D ．周期之比为1∶8解析：选ABD.玻尔的原子理论说明：氢原子核外电子绕核做匀速圆周运动，其向心力由原子核对它的库仑引力来提供．因为r n ＝n 2r 1，所以r 1∶r 2＝1∶4由mv 2n r n ＝ke 2r 2n ，得电子在某条轨道上运动时，电子运动的动能E k n ＝ke 22r n ，那么E k1∶E k2＝4∶1 由电子运动的速度v n ＝e k mr n，得v 1∶v 2＝2∶1 由电子绕核做圆周运动的周期T n ＝2πr n v n ＝2πr n emr n k ，得T 1∶T 2＝1∶8.应选项A 、B 、D 正确．[课时作业][学生用书P102(单独成册)]一、单项选择题1．按照玻尔原子理论，以下表述正确的选项是( )A ．核外电子运动轨道半径可取任意值B ．氢原子中的电子离原子核越远，氢原子的能量越小C ．电子跃迁时，辐射或吸收光子的能量由能级的能量差决定，即hν＝E m －E n (m >n )D ．氢原子从激发态向基态跃迁的过程，可能辐射能量，也可能吸收能量解析：选 C.根据玻尔理论，核外电子运动的轨道半径是确定的值，而不是任意值，A 错误；氢原子中的电子离原子核越远，能级越高，能量越大，B 错误；由跃迁规律可知C 正确；氢原子从激发态向基态跃迁的过程中，应辐射能量，D 错误．2．一个氢原子从n ＝3能级跃迁到n ＝2能级，该氢原子( )A ．放出光子，能量增加B ．放出光子，能量减少C ．吸收光子，能量增加D ．吸收光子，能量减少解析：选B.由玻尔理论可知，氢原子由高能级向低能级跃迁时，辐射出光子，原子能量减少．3．一个氢原子中的电子从一半径为r a 的轨道自发地直接跃迁到另一半径为r b 的轨道，r a >r b ，那么在此过程中( )A ．原子发出一系列频率的光子B ．原子要吸收一系列频率的光子C ．原子要吸收某一频率的光子D ．原子要辐射某一频率的光子解析：选D.一个氢原子的核外只有一个电子，这个电子在某时刻只能处在某一个可能的轨道上，在某段时间，由某一轨道跃迁到另一轨道时，可能的情况只有一种，因为r a >r b ，所以电子是从高能级向低能级跃迁，跃迁过程中要辐射光子，故D 正确．4．用能量为12.30 eV 的光子去照射一群处于基态的氢原子，那么受到光的照射后以下关于氢原子跃迁说法正确的选项是( )A ．电子能跃迁到n ＝2的能级上去B ．电子能跃迁到n ＝3的能级上去C ．电子能跃迁到n ＝4的能级上去D ．电子不能跃迁到其他能级上去解析：选D.根据玻尔理论，原子的能量是不连续的，即能量是量子化的．因此只有那些能量刚好等于两能级间的能量差的光子才能被氢原子所吸收，使氢原子发生跃迁．当氢原子由基态向n ＝2、3、4轨道跃迁时吸收的光子能量分别为：ΔE 21＝E 122－E 112＝－3.4 eV －(－13.6) eV ＝10.20 eV ， ΔE 31＝E 132－E 112≈－1.51 eV －(－13.6) eV ＝12.09 eV ， ΔE 41＝E 142－E 112＝－0.85 eV －(－13.6) eV ＝12.75 eV. 而外来光子的能量12.30 eV 不等于某两能级间的能量差．故不能被氢原子所吸收而产生能级跃迁．5．如图为氢原子能级示意图的一局部，那么氢原子( )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 ．从n ＝5能级跃迁到n ＝1能级比从n ＝5能级跃迁到n ＝4能级辐射出电磁波的速度大C ．假设要从低能级跃迁到高能级，必须吸收光子D ．从高能级向低能级跃迁时，氢原子核一定向外放出能量解析：选A.氢原子跃迁时辐射出电磁波，h ν＝hc λ＝E m －E n ＝ΔE .可见λ与ΔE 成反比，由能级图可得从n ＝4能级跃迁到n ＝3能级时，ΔE ＝0.66 eV ，从n ＝3能级跃迁到n ＝2能级时，ΔE ＝1.89 eV ，所以A 正确；电磁波的速度都等于光速，B 错误；假设有电子去碰撞氢原子，入射电子的动能可全部或局部被氢原子吸收，所以只要入射电子的动能大于氢原子两个能级之间的能量差，也可使氢原子由低能级向高能级跃迁，C 错误；从高能级向低能级跃迁时，是氢原子向外放出能量，而非氢原子核，D 错误．6．氢原子局部能级的示意图如下图，不同色光的光子能量如下表所示．( )A ．红、蓝—靛B ．黄、绿C ．红、紫D ．蓝—靛、紫解析：选A.根据跃迁假设，发射光子的能量hν＝E m －E n .如果激发态的氢原子处于第二能级，能够发出－3.4 eV －(－13.6 eV)＝10.2 eV 的光子，由表格数据判断出它不属于可见光；如果激发态的氢原子处于第三能级，能够发出12.09 eV 、10.2 eV 、1.89 eV 的三种光子，只有1.89 eV 的光属于可见光；如果激发态的氢原子处于第四能级，能够发出12.75 eV 、12.09 eV 、10.2 eV 、2.55 eV 、1.89 eV 、0.66 eV 的六种光子，1.89 eV 和 2.55 eV 的光属于可见光，1.89 eV 的光为红光，2.55 eV 的光为蓝—靛光，选项A 正确．二、多项选择题7．根据玻尔理论，氢原子中量子数n 越大( )A ．电子的轨道半径越大B ．核外电子的速率越大C ．氢原子能级的能量越大D ．核外电子的电势能越大解析：选ACD.根据玻尔理论，氢原子中量子数n 越大，电子的轨道半径就越大，A 正确；核外电子绕核做匀速圆周运动，库仑力提供向心力k e 2r 2＝m v 2r，那么半径越大，速率越小，B 错误；量子数n 越大，氢原子所处的能级能量就越大，C 正确；电子远离原子核的过程中，电场力做负功，电势能增大，D 正确．8.氢原子的能级图如下图，现用光子能量介于10～12.9 eV范围内的光去照射一群处于基态的氢原子，那么以下说法中正确的选项是( )A．在照射光中可能被吸收的光子能量有无数种B．在照射光中可能被吸收的光子能量只有3种C．照射后可能观测到氢原子发射不同波长的光有6种D．照射后可能观测到氢原子发射不同波长的光有3种解析：选BC.根据跃迁规律hν＝E m－E n和能级图，可知A错，B对；氢原子吸收光子后能跃迁到最高为n＝4的能级，能发射的光子的波长有C24＝6种，故C对，D错．9.如下图，氢原子可在以下各能级间发生跃迁，设从n＝4到n＝1能级辐射的电磁波的波长为λ1，从n＝4到n＝2能级辐射的电磁波的波长为λ2，从n＝2到n＝1能级辐射的电磁波的波长为λ3，那么以下关系式中正确的选项是( )A．λ1<λ3B．λ3<λ2C．λ3>λ2 D.1λ3＝1λ1＋1λ2解析：选AB.从n＝4到n＝1能级辐射的电磁波的波长为λ1，从n＝4到n＝2能级辐射的电磁波的波长为λ2，从n＝2到n＝1能级辐射的电磁波的波长为λ3，那么λ1、λ2、λ3的关系为hcλ1>hcλ3>hcλ2，即1λ1>1λ3，λ1<λ3，1λ3>1λ2，λ3<λ2，又hcλ1＝hcλ3＋hcλ2，即1λ1＝1λ3＋1λ2，那么1λ3＝1λ1－1λ2，即正确选项为A、B.10．氢原子能级如图，当氢原子从n＝3跃迁到n＝2的能级时，辐射光的波长为656 nm.以下判断正确的选项是( )A．氢原子从n＝2跃迁到n＝1的能级时，辐射光的波长大于656 nmB．用波长为325 nm的光照射，可使氢原子从n＝1跃迁到n＝2的能级C．一群处于n＝3能级上的氢原子向低能级跃迁时最多产生3种谱线D．用波长为633 nm的光照射，不能使氢原子从n＝2跃迁到n＝3的能级解析：选CD.根据氢原子的能级图和能级跃迁规律，当氢原子从n＝2能级跃迁到n＝1的能级时，辐射光的波长一定小于656 nm，因此A选项错误；根据发生跃迁只能吸收和辐射一定频率的光子，可知B选项错误，D选项正确；一群处于n＝3能级上的氢原子向低能级跃迁时可以产生3种频率的光子，所以C选项正确．三、非选择题11．氢原子处于基态时，原子的能量为E1＝－13.6 eV，问：(1)氢原子在n＝4的定态上时，可放出几种光子？(2)假设要使处于基态的氢原子电离，要用多大频率的电磁波照射此原子．11 解析：(1)原子处于n ＝1的定态，这时原子对应的能量最低，这一定态是基态，其他的定态均是激发态．原子处于激发态时不稳定，会自动地向基态跃迁，而跃迁的方式多种多样，当氢原子从n ＝4的定态向基态跃迁时，可释放出6种不同频率的光子．(2)要使处于基态的氢原子电离，就是要使氢原子第一条可能轨道上的电子获得能量脱离原子核的引力束缚，那么hν≥E ∞－E 1＝13.6 eV ＝2.176×10－18 J即ν≥E ∞－E 1h ＝2.176×10－186.63×10－34 Hz ≈3.28×1015 Hz. 答案：(1)6种 (2)3.28×1015 Hz12．氢原子的基态能量为－13.6 eV ，核外电子的第一轨道半径为0.53×10－10 m ，电子质量m e ＝9.1×10－31 kg ，电荷量为1.6×10－19 C ，求电子跃迁到第三轨道时，氢原子的能量、电子的动能和原子的电势能各多大？解析：氢原子能量E 3＝132E 1≈－1.51 eV. 电子在第三轨道时半径为r 3＝n 2r 1＝32r 1＝9r 1 ①电子绕核做圆周运动的向心力由库仑力提供，所以 ke 2r 23＝m e v 23r 3② 由①②可得电子动能为E k3＝12m e v 23＝ke 22×32r 1＝9×109×〔1.6×10－19〕22×9×0.53×10－10×1.6×10－19 eV ≈1.51 eV. 由于E 3＝E k3＋E p3，故原子的电势能为 E p3＝E 3－E k3＝－1.51 eV －1.51 eV ＝－3.02 eV.答案：－1.51 eV 1.51 eV －3.02 eV。

沪科版高中物理选修3-5学业分层测评：第3章+3.2原子模型的提出+9+Word版含答案.doc

学业分层测评(九)(建议用时：45分钟)[学业达标]1．(多选)对α 粒子散射实验装置的描述，你认为正确的有( )A．实验器材有放射源、金箔、带有荧光屏的放大镜B．金箔的厚度对实验无影响C．如果不用金箔改用铝箔，仍会发生散射现象D．实验装置放在空气中和真空中都可以【解析】若金箔的厚度过大，α粒子穿过金箔时必然受较大的阻碍而影响实验效果，B错．若改用铝箔，铝核的质量仍远大于α粒子的质量，散射现象仍能发生，C 对．若放置在空气中，空气中的尘埃对α粒子的运动会产生影响，故D错．【答案】AC2．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，后受原子核的引力的作用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【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，二者组成的系统能量不变，故D错误．【答案】B3．(多选)关于卢瑟福的原子核式结构学说的内容，下列叙述正确的是( )A．原子是一个质量分布均匀的球体B．原子的质量几乎全部集中在原子核内C．原子的正电荷全部集中在一个很小的核内D．原子核半径的数量级是10－10 m【解析】根据卢瑟福的原子核式结构学说，可知选项B、C正确．【答案】BC4.卢瑟福通过α粒子散射实验，判断出原子的中心有一个很小的核，并由此提出了原子的核式结构模型．如图3-2-3所示的平面示意图中，①、②两条实线表示α粒子运动的轨迹，则沿③所示方向射向原子核的α粒子可能的运动轨迹为虚线中的( )【导学号：06092073】图3-2-3A．轨迹a B．轨迹bC．轨迹c D．轨迹d【解析】α粒子靠近中心时会受到较大的排斥力，轨迹向上弯曲，α粒子做曲线运动，其轨迹应该为a，故选A.【答案】A5．(多选)如图3-2-4所示为α粒子散射实验中α粒子穿过某一金原子核附近时的示意图，A、B、C三点分别位于两个等势面上，则以下说法正确的是( )图3-2-4A．α粒子在A处的速度比在B处的速度小B．α粒子在B处的速度最大C．α粒子在A、C处的速度大小相等D．α粒子在B处速度比在C处速度小【解析】由能量守恒定律可知，对于A、B、C三点，A、C位于原子核形成的同一等势面上，电势能相同，故动能也相同，则A、C两点速率相同，C正确；由A到B，α粒子克服库仑力做功，动能减小，电势能增大，故B点速度最小，D正确，A、B错误．【答案】CD6．1911年，卢瑟福依据α粒子散射实验中α粒子发生了________(选填“大”或“小”)角度散射现象，提出了原子的核式结构模型．若用动能为1 Me V的α粒子轰击金箔，其速度约为________m/s.(质子和中子的质量均为 1.67×10－27kg,1 Me V＝1×106 e V )【解析】设α粒子的速度为v ，E k ＝12m v 2，则v ＝2E k m ＝2×1×106×1.6×10－194×1.67×10－27m/s ≈6.9×106 m/s.【答案】大6.9×1067．如图3-2-5所示，M 、N 为原子核外的两个等势面，已知U NM ＝100 V ．一个α粒子以2.5×105 m/s 从等势面M 上的A 点运动到等势面N 上的B 点，求α粒子在B 点时速度的大小(已知m α＝6.64×10－27 kg).【导学号：06092027】图3-2-5【解析】α粒子在由A 到B 的过程中，满足－2eU NM ＝12m αv 2－12m αv 20由此得v ＝v 20－4eU NM m α≈2.3×105 m/s. 【答案】2.3×105 m/s8．速度为107 m/s 的α粒子从很远的地方飞来，与铝原子核发生对心碰撞，若α粒子的质量为4m 0，铝核的质量为27m 0，它们相距最近时，铝核获得的动能是原α粒子动能的多少？【解析】当两者速度相同时相距最近，由动量守恒，得m αv 0＝(m α＋m 铝)v 解得v ＝m αv 0m α＋m 铝＝431v 0 所以E k 铝E kα＝12m 铝v 212m αv 20＝108961. 【答案】108961[能力提升]9．在卢瑟福的α粒子散射实验中，某一α粒子经过某一原子核附近时的轨迹如图3-2-6所示．图中P 、Q 两点为轨迹上的点，虚线是过P 、Q 两点并与轨迹相切的直线．两虚线和轨迹将平面分成四个区域，不考虑其他原子核对α粒子的作用，那么关于该原子核的位置，下面说法正确的是( )【导学号：06092074】图3-2-6A ．一定在①区域B ．可能在②区域C ．可能在③区域D ．一定在④区域【解析】α粒子运动时，受到原子核排斥力的作用，而做曲线运动的轨迹一定是在合外力方向与速度方向之间，将各区域内任何一点分别与P 、Q 两点相连并延长，可发现②、③、④区域都不可能，一定在①区域．【答案】A10．关于原子结构，汤姆生提出枣糕模型、卢瑟福提出行星模型……如图3-2-7甲、乙所示，都采用了________方法．甲：枣糕模型乙：行星模型图3-2-7【答案】类比推理11．在α粒子散射实验中，根据α粒子与原子核发生对心碰撞时能达到的最小距离可以估算原子核的大小．现有一个α粒子以2.0×107 m/s 的速度去轰击金箔，若金原子的核电荷数为79.求α粒子与金原子核间的最近距离(已知带电粒子在点电荷电场中的电势能表达式为E p ＝k q 1q 2r ，r 为距点电荷的距离．α粒子质量为6.64×10－27 kg).【导学号：06092028】【解析】当α粒子靠近原子核运动时，α粒子的动能转化为电势能，达到最近距离时，动能全部转化为电势能，设α粒子与原子核发生对心碰撞时所能达到的最小距离为d ，则12m v 2＝k q 1q 2d .d ＝2kq 1q 2m v 2＝2×9.0×109×2×79×(1.6×10－19)26.64×10－27×(2.0×107)2m ≈2.7×10－14m.【答案】2.7×10－14m12．已知电子质量为9.1×10－31 kg ，带电荷量为－1.6×10－19 C ，若氢原子核外电子绕核旋转时的轨道半径为0.53×10－10 m ，求电子绕核运动的线速度大小、动能、周期和形成的等效电流．【解析】由卢瑟福的原子模型可知：电子绕核做圆周运动所需的向心力由核对电子的库仑引力来提供．根据m v 2r ＝k e 2r 2，得v ＝e k rm ＝1.6×10－19×9×1090.53×10－10×9.1×10－31m/s ≈2.19×106 m/s ；其动能E k ＝12m v 2＝12×9.1×10－31×(2.19×106)2 J ≈2.18×10－18 J ；运动周期T ＝2πr v＝2×3.14×0.53×10－102.19×106s ≈1.52×10－16 s ；电子绕核运动形成的等效电流I ＝q t ＝e T ＝1.6×10－191.52×10－16 A ≈1.05×10－3 A. 【答案】2.19×106 m/s2.18×10－18 J1.52×10－16 s1.05×10－3 A经典语录1、最疼的疼是原谅，最黑的黑是背叛。

2018_2019版高中物理第3章原子世界探秘章末检测试卷沪科版选修3_5

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 ＝h ν.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ke 2r 2＝mv 2r ，可得E k ＝12mv 2＝ke22r，半径增大，动能减小，故D 错误．6．已知氢原子的基态能量为E 1，不同能级的能量E n ＝E 1n2，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 ．－4hc3E 1B ．－2hc E 1C ．－4hc E 1D ．－9hcE 1答案 C解析依题意可知第一激发态能量为E 2＝E 122，要将其电离，需要的能量至少为ΔE ＝0－E 2＝h ν，根据波长、频率与波速的关系c ＝νλ，联立解得最大波长λ＝－4hcE 1，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1A ．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ΔE ＝h ν，ν＝c λ，可知λ＝c ν＝hcΔE，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粒子受力平衡的结果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E 1＝－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 ＝E 2－E 1＝－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E 2－E 1＝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2A ．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 (n －1)2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h ν＝E m －E n 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( )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k e 2r 2＝m v 2r 得E k ＝12mv 2＝ke 22r ，知电子的动能变大，由E n ＝－13.6n2eV 知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E a 、E b 、E c 和λa 、λb 、λc ，则( )图3A ．λb ＝λa ＋λc B.1λb ＝1λa ＋1λcC ．λb ＝λa λcD ．E b ＝E a ＋E c答案 BD解析 E a ＝E 3－E 2，E b ＝E 3－E 1，E c ＝E 2－E 1，所以E b ＝E a ＋E c ，D 正确；由ν＝c λ得λa ＝hcE 3－E 2，λb ＝hcE 3－E 1，λc ＝hcE 2－E 1，取倒数后得到1λb ＝1λa ＋1λc，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________．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C 24＝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E 1＝－13.6eV ，电子绕核运动的半径r 1＝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·m 2/C 2，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E n ＝E 1n 2可得E 2＝－13.622eV ＝－3.4eV ，即为原子系统的能量． (2)由F ＝ke 2r 2 2＝mv 2r 2得，E k2＝12mv 2＝ke 22r 2＝ke28r 1，代入数据，解得E k2≈3.4eV，即电子在轨道上的动能为3.4eV.(3)由E p n ＝E n －E k n ，得E p2＝2E 2＝－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E 1，氢原子各能级关系为E n ＝1n2E 1(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h ν＝E 3－E 1，而E 3＝19E 1，所以ν＝E 3－E 1h ＝－8E 19h.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E 3－E 1、E 3－E 2、E 2－E 1，即－89E 1、－536E 1、－34E 1.17．(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答案2UB 2d 2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q Ud＝qvB ① 撤去电场后，由牛顿第二定律得qvB ＝mv 2R ②R ＝d 2③解①②③得q m ＝2UB 2d 2. 18．(12分)氢原子处于基态时，原子的能量为E 1＝－13.6eV ，当处于n ＝3的激发态时，能量为E 3＝－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E 3－E 1＝h cλλ＝hcE 3－E 1＝ 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h ν≥0－E 1解得ν≥－E 1h ＝－(－13.6)×1.6×10－196.63×10－34Hz ≈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 －1)2＝3种由于E 2＝E 122＝－13.6eV4＝－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 cλ′＝E 3－E 2 所以λ′＝hcE 3－E 2＝ 6.63×10－34×3×108(3.4－1.51)×1.6×10－19m≈6.58×10－7m.。

高中物理第三章原子世界探秘单元测试沪科版选修3-5

第三章原子世界探秘本章测评(时间：90分钟分值：100分)一、选择题(共12个小题，每题4分，共48分)1α粒子散射实验中，不考虑电子与α粒子碰撞影响，是因为( )A．α粒子与电子根本无相互作用B．α粒子受电子作用合力为零，是因为电子是均匀分布C．α粒子与电子碰撞损失能量很少，可忽略不计D．电子很小，α粒子碰撞不到电子2一群氢原子处于n＝4激发态，当它们自发地跃迁到较低能级时( )A．可以辐射出3种不同频率光子B．可能辐射出6种不同频率光子C．频率最低光子是由n＝4能级向n＝1能级辐射出D．波长最长光子是由n＝4能级向n＝1能级辐射出3如下图为α粒子散射实验中α粒子穿过某一金属核附近时示意图，a、b、c三点分别位于两个等势面上，那么以下说法正确是( ) A．α粒子在a处速率比在b处小B．α粒子在b处速度最大C．α粒子在a、c处速度一样D．α粒子在b处速度比在c处速度小4在卢瑟福α粒子散射实验中，有少数α粒子发生较大角度偏转，其原因是( )A．原子正电荷与绝大局部质量都集中在一个很小核上B．正电荷在原子中是均匀分布C．原子中存在着带负电电子D．原子只能处于一系列连续能量状态中5当用具有1.87 eV能量光子照射n＝3激发态氢原子时( ) A．氢原子不会吸收这个光子B．氢原子吸收光子后被电离，电离后电子动能为0.36 eVC．氢原子吸收光子后被电离，电离后电子动能为零D．氢原子吸收光子后不会被电离6氢原子核外电子从距核较近轨道跃迁到距核较远轨道过程中( )A．原子要吸收光子，电子动能增大，原子电势能增大B．原子要吸收光子，电子动能减小，原子电势能减小C．原子要吸收光子，电子动能增大，原子电势能减小D．原子要吸收光子，电子动能减小，原子电势能增大7氢原子局部能级如下图。

可见光光子能量在1.62 eV到3.11 eV之间。

由此可推知，氢原子…()A．从高能级向n＝1能级跃迁时发出光波长比可见光短B．从高能级向n＝2能级跃迁时发出光均为可见光C ．从高能级向n ＝3能级跃迁时发出光频率比可见光高D ．从n ＝3能级向n ＝2能级跃迁时发出光为可见光8氢原子基态能级E 1＝－13.6 eV ，第n 能级E n ＝E 1n 2，假设氢原子从n ＝3能级跃迁到n ＝2能级时发出光能使某金属发生光电效应，那么以下跃迁中放出光也一定能使此金属发生光电效应是( )A ．从n ＝2能级跃迁到n ＝1能级B ．从n ＝4能级跃迁到n ＝3能级C ．从n ＝5能级跃迁到n ＝3能级D ．从n ＝6能级跃迁到n ＝5能级9用能量为12.30 eV 光子去照射一群处于基态氢原子，那么受到光照射后以下关于氢原子跃迁说法正确是( )A ．电子跃迁到n ＝2能级上去B ．电子跃迁到n ＝3能级上去C ．电子跃迁到n ＝4能级上去D ．电子不能跃迁到其他能级上去10氢原子能级示意图如下图，大量氢原子从n ＝4能级向n ＝2能级跃迁时辐射出可见光a ，从n ＝3能级向n ＝2能级跃迁时辐射出可见光b ，那么( )A ．氢原子从高能级向低能级跃迁时可能会辐射出γ射线B ．氢原子从n ＝4能级向n ＝3能级跃迁时会辐射出紫外线C ．在水中传播时，a 光较b 光速度小D ．氢原子在n ＝2能级时可吸收任意频率光而发生电离11“秒〞是国际单位制中时间单位，它等于133Cs原子基态两个超精细能级之间跃迁时所辐射电磁波周期9 192 631 770倍。

物理新导学笔记沪科通用选修3-5讲义：第3章原子世界探秘 3.4 Word含答案

3.4光谱分析在科学技术中的应用[学习目标] 1.了解各种光谱及其特点.2.知道光谱分析及其重要应用．一、光谱[导学探究]根据经典的电磁理论，原子的光谱是怎样的？而实际看到的原子的光谱是怎样的？答案根据经典电磁理论，原子可以辐射各种频率的光，即原子光谱应该是连续的，而实际上看到的原子的光谱总是分立的线状谱．[知识梳理]1．定义：用光栅或棱镜把光按波长展开，获得光的波长(频率)成分和强度分布的记录，即光谱．按形成条件，将光谱分为发射光谱和吸收光谱．2．发射光谱：物体发光直接产生的光谱(1)连续谱．连续分布的包含有一切波长的光组成的光谱．①产生：炽热的固体、液体和高压气体的光谱，如白炽灯丝、烛焰、炽热钢水等发出的光都是连续光谱．②特点：光谱是连在一起的光带．(2)线状谱．由一些不连续的亮线组成的光谱．①产生：由游离态的原子发射的，因此也叫原子光谱．稀薄气体和金属的蒸气的发射光谱是线状谱．②特点：不同元素的原子产生的线状谱是不同的，但同种元素的原子产生的线状谱是相同的，这意味着，某种物质的原子可用其线状谱加以鉴别．(3)特征光谱每种元素的原子都有各自的发射光谱，即由一系列不连续的具有特定波长的谱线组成的光谱．3．吸收光谱物体发出的白光，通过温度较低的物质蒸气时，某些波长的光被该物质吸收后形成的光谱．(1)产生：物体发出的白光通过温度较低的物质蒸气时产生的．(2)特点：在连续谱的背景上有若干条暗线．同种元素的吸收光谱与线状谱是一一对应的．(3)太阳光谱是吸收光谱①特点：在连续谱的背景上出现一些不连续的暗线．②产生原因：阳光中含有各种颜色的光，当阳光透过太阳的高层大气射向地球时，太阳高层大气含有的元素会吸收它自己特征谱线的光，然后再向四面八方发射出去，到达地球上的这些谱线看起来就暗了，这就形成了连续谱明亮背景下的暗线．[即学即用]判断下列说法的正误．(1)各种原子的发射光谱都是连续谱．(×)(2)不同原子的发光频率是不一样的．(√)(3)连续谱一定是发射光谱(√)二、光谱分析[导学探究]为什么用棱镜可以把各种颜色的光展开？我们记录光谱有什么样的意义？答案不同颜色的光在棱镜中的折射率不同，因此经过棱镜后的偏折程度也不同．光谱分析的意义：①应用光谱分析发现新元素，光谱分析对鉴别化学元素有着重大的意义，许多化学元素，如铯、铷、铊、铟、镓等，都是在实验室里通过光谱分析发现的．②天文学家将光谱分析应用于恒星，证明了宇宙中物质构成的统一性．③光谱分析还为深入研究原子世界奠定了基础，近代原子物理学正是从原子光谱的研究中开始的．[知识梳理]1．光谱分析由于每种元素都有自己的特征光谱，可以根据光谱来鉴别物质和确定它们的化学组成，这种方法叫光谱分析．2．优点：灵敏、迅速，某种元素在样品中的含量只要有1×10－10 g就能检测出来．3．应用(1)鉴定产品的纯度(如检测半导体材料硅和锗是不是达到高纯度要求)．(2)发现新元素(如元素铷和铯)．(3)研究天体的物质成分(如研究太阳光谱时发现了太阳大气层中含有氢、氦、氮、碳、氧、铁、镁、钙、钠等元素)．(4)鉴定食品的优劣．(5)鉴定文物．[即学即用]判断下列说法的正误．(1)光谱分析时，既可以用线状谱，也可以用连续谱．(×)(2)利用光谱分析可以鉴别物质和确定物质的组成成分．(√)一、光谱例1关于光谱，下列说法正确的是()A．一切光源发出的光谱都是连续谱B．一切光源发出的光谱都是线状谱C．稀薄气体发光形成的光谱是线状谱D．白光通过钠蒸气产生的光谱是线状谱答案 C解析由于物质发光的条件不同，得到的光谱不同，故A、B错误；稀薄气体发光形成的光谱为线状谱，C正确；白光通过钠蒸气产生的光谱是吸收光谱，D错误．二、光谱分析1．优点：灵敏度高，分析物质的最低量达10－10 g.2．应用：a.发现新元素；b.鉴别物体的物质成分．3．用于光谱分析的光谱：线状谱和吸收光谱．4．几种光谱的比较例2(多选)下列关于光谱和光谱分析的说法中，正确的是()A．太阳光谱和白炽灯光谱都是线状谱B．煤气灯火焰中燃烧的钠蒸气或霓虹灯产生的光谱都是线状谱C．进行光谱分析时，可以用线状谱，不能用连续光谱D．我们能通过光谱分析鉴别月球的物质成分答案BC解析太阳光谱中的暗线是太阳发出的连续谱经过太阳大气层时产生的吸收光谱，正是太阳发出的光谱被太阳大气层中存在的对应元素吸收所致，白炽灯发出的是连续谱，选项A错误；月球本身不会发光，靠反射太阳光才能使我们看到它，所以不能通过光谱分析鉴别月球的物质成分，选项D错误；用于光谱分析只能是线状谱或吸收光谱，连续谱是不能用来进行光谱分析的，所以选项C正确；煤气灯火焰中燃烧的钠蒸气或霓虹灯产生的光谱都是线状谱，选项B正确．1．(光谱的理解)(多选)关于光谱，下列说法中正确的是()A．炽热的液体发射连续谱B．线状谱和吸收光谱都可以对物质进行光谱分析C．太阳光谱中的暗线，说明太阳中缺少与这些暗线相对应的元素D．发射光谱一定是连续谱答案AB解析炽热的固体、液体和高压气体的发射光谱是连续光谱，故A正确；线状谱和吸收光谱都可以用来进行光谱分析，B正确；太阳光谱中的暗线说明太阳大气中含有与这些暗线相对应的元素，C错误；发射光谱有连续谱和线状谱，D错误．2．(光谱的理解)(多选)下列光谱中属于原子光谱的是()A．太阳光谱B．放电管中稀薄汞蒸气产生的光谱C．白炽灯的光谱D．酒精灯中燃烧的钠蒸气所产生的光谱答案BD解析放电管中稀薄汞蒸气产生的光谱，燃烧的钠蒸气产生的光谱分别是由汞蒸气、钠蒸气发光产生的，均是原子光谱，故选项B、D对．3．(光谱分析)(多选)关于光谱和光谱分析，下列说法中正确的是()A．太阳光谱和白炽灯光谱都是连续谱B．霓虹灯产生的是线状谱C．进行光谱分析时，只能用线状谱D．同一元素吸收光谱的暗线与线状谱的位置是一一对应的答案BD4．(光谱分析)太阳光的光谱中有许多暗线，它们对应着某些元素的特征谱线，产生这些暗线是由于()A．太阳表面大气层中缺少相应的元素B．太阳内部缺少相应的元素C．太阳表面大气层中存在着相应的元素D．太阳内部存在着相应的元素答案 C解析吸收光谱的暗线是连续谱中某些波长的光被物质吸收后产生的．阳光中含有各种颜色的光，当阳光透过太阳的高层大气射向地球时，太阳的高层大气含有的元素会吸收它自己特征谱线的光，然后再向四面八方发射出去．易错原因是不理解光谱的成因以及不同谱线的特点．一、选择题考点一光谱的理解1．白炽灯发光产生的光谱是()A．连续谱B．明线光谱C．原子光谱D．吸收光谱答案 A解析白炽灯发光是由于灯丝在炽热状态下发出的光，是连续谱．2．对于光谱，下列说法中正确的是()A．大量原子发出的光谱是连续谱，少量原子发出的光谱是线状谱B．线状谱由不连续的若干波长的光所组成C．太阳光谱是连续谱D．太阳光谱是线状谱答案 B3．关于原子光谱，下列说法中不正确的是()A．原子光谱是不连续的B．由于原子都是由原子核和电子组成的，所以各种原子的原子光谱是相同的C．由于各种原子的原子结构不同，所以各种原子的原子光谱也不相同D．分析物质发光的光谱，可以鉴别物质中含哪些元素答案 B解析原子光谱为线状谱，A正确；各种原子都有自己的特征谱线，故B错，C对；根据各种原子的特征谱线进行光谱分析可鉴别物质组成，D正确．4．下列关于光谱的说法正确的是()A．炽热固体、液体和高压气体发出的光形成连续谱B．对月光作光谱分析可以确定月亮的化学组成C．气体发出的光只能产生线状谱D．甲物质发出的光通过低温的乙物质蒸气可得到甲物质的吸收光谱答案 A5．在燃烧的酒精灯芯上放一些食盐，然后用弧光灯发出的白光照射，就能得到()A．钠的线状谱B．钠的吸收光谱C．钠的连续谱D．仍是白光连续谱答案 B解析钠被酒精灯加热汽化，形成钠蒸气，弧光灯发出的白光通过钠蒸气，某些波长的光被吸收形成钠的吸收光谱，B项正确．考点二光谱分析6．利用光谱分析的方法能够鉴别物质和确定物质的组成成分，关于光谱分析，下列说法正确的是()A．利用高温物体的连续谱就可鉴别其组成成分B．利用物质的线状谱就可鉴别其组成成分C．高温物体发出的光通过物质后的光谱上的暗线反映了高温物体的组成成分D．同一种物质的线状谱与吸收光谱上的暗线由于光谱的不同，它们没有关系答案 B7．如图1甲所示的a、b、c、d为四种元素的特征谱线，图乙是某矿物的线状谱，通过光谱分析可以确定该矿物中缺少的元素为()图1A．a元素B．b元素C．c元素D．d元素答案 B解析把矿物的线状谱与几种元素的特征谱线进行对照，b元素的谱线在该线状谱中不存在，故选项B 正确．与几个元素的特征谱线不对应的线说明该矿物中还有其他元素．8．(多选)下列关于光谱和光谱分析的说法正确的是( )A ．连续谱就是由连续发光的物体产生的光谱，线状谱是线状光源产生的光谱B ．通过对连续谱的光谱分析，可鉴定物质成分C ．连续谱包括一切波长的光，线状谱只包括某些特定波长的光D ．通过对线状谱的明线光谱分析或吸收光谱的暗线分析，可鉴定物质成分答案 CD解析连续谱是指光谱由连续分布的一切波长的光组成的，而不是指光源是连续的．连续谱是由炽热固体、液体及高压气体发光产生的，同理线状谱是指光谱是由一些不连续的亮线组成的，由稀薄气体或金属蒸气所发出的光产生的，而不是指光源是线状的，A 错，C 对；光谱分析是根据不同原子都有自己的特征谱线来鉴别物质和确定物质的组成成分的方法，连续谱含有一切波长的光，不是原子的特征谱线，不能用来进行光谱分析，而线状谱和吸收光谱都是原子自身的特征谱线，所以可以用来进行光谱分析，鉴定物质成分，其优点是灵敏度很高，在发现和鉴定元素上有着重大的意义，B 错，D 对．9．(多选)关于太阳的光谱，下列说法正确的是( )A ．太阳光谱是吸收光谱B ．太阳光谱中的暗线，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答案 AB解析太阳是高温物体，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，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大气层中的物质原子吸收，故选项C 、D 错误．二、非选择题10．(光谱分析)处在激发态的氢原子向能量较低的能级跃迁时会发出一系列不同频率的光，称为氢光谱．氢光谱线的波长λ可以用下面的巴耳末—里德伯公式表示1λ＝R ⎝⎛⎭⎫1k 2－1n 2，k 、n 分别表示氢原子跃迁后所处状态的量子数，k ＝1,2,3，….对每一个k ，有n ＝k ＋1，k ＋2，k ＋3，…，R 称为里德伯常量，是一个已知量．对于k ＝1的一系列谱线其波长处在紫外光区，称为莱曼系；k ＝2的一系列谱线其波长处在可见光区，称为巴耳末系．用氢原子发出的光照射某种金属进行光电效应实验，当用巴耳末系波长最短的光照射时，遏止电压的大小为U 1，当用莱曼系波长最长的光照射时，遏止电压的大小为U 2，已知电子电荷量的大小为e ，真空中的光速为c ，试求普朗克常量和该种金属的逸出功．答案 2e (U 1－U 2)Rc e (U 1－3U 2)2解析设该种金属的逸出功为W ，光电效应所产生的光电子最大初动能为E km由动能定理知E km ＝eU对于莱曼系，当n ＝2时对应的光波长最长，设为λ1由题中所给公式有1λ1＝R ⎝⎛⎭⎫112－122＝34R 波长为λ1的光对应的频率ν1＝c λ1＝34Rc 对于巴耳末系，当n →∞时对应的光波长最短，设为λ2，则有1λ2＝R ⎝⎛⎭⎫122－0＝14R 波长λ2的光对应的频率ν2＝c λ2＝14Rc 根据爱因斯坦的光电效应方程E km ＝hν－W 知E km1＝hν1－W ，E km2＝hν2－W又E km1＝eU 1，E km2＝eU 2解得h ＝2e (U 1－U 2)Rc ，W ＝e (U 1－3U 2)2.。

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学业分层测评（十）（建议用时：45分钟）［学业达标］1•关于玻尔的原子模型，下述说法中正确的有（）A.它彻底否定了经典的电磁理论B.它发展了卢瑟福的核式结构学说C.它完全抛弃了经典的电磁理论D.它引入了普朗克的量子理论E.它保留了一些经典力学和经典的电磁理论【解析】原子核式结构模型与经典电磁理论的种种矛盾说明，经典电磁理论已不适用于原子系统，玻尔从光谱学成就得到启发，利用普朗克的能量量子化的概念，提出了量子化的原子模型；但在玻尔的原子模型中仍然认为原子中有一很小的原子核，电子在核外绕核做匀速圆周运动，电子受到的库仑力提供向心力，并没有完全抛弃经典的电磁理论.【答案】BDE2•下面关于玻尔理论的解释中，正确的说法是（）A.原子只能处于一系列不连续的状态屮，每个状态都对应一定的能量B.原子中，虽然核外电子不断做加速运动，但只要能量状态不改变，就不会向外辐射能量C.原子从一种定态跃迁到另一种定态时，一定要辐射一定频率的光子D.原子的每一个能量状态都对应一个电子轨道，并且这些轨道是不连续的E.原子从高能级态跃迁到另一低能级态时，一定要辐射光子，但光子的频率不固定【解析】根据玻尔原子理论可以判定选项A、B、D均正确；原子从一种定态跃迁到另一种定态时，可能辐射一定频率的光子，也可能吸收一定频率的光子，故选项C不正确；原子从高能级态跃迁到另一低能级态时，一定要辐射一定频率的光子，E错误.【答案】ABD3.设氢原子由72 = 3的状态向77 = 2的状态跃迁时放出能量为E、频率为V的光子•则氢原子（）-inn ------------ & 图 3-3-2A. 跃迁时可以放出或吸收能量为任意值的光子B. 由= 2的状态向n=l 的状态跃迁时放出光子的能量大于EC. 由n = 2的状态向n = 3的状态跃迁时吸收光子的能量等于ED. 由刃=4的状态向刃=3的状态跃迁时放出光子的频率大于vE. 由斤=4的状态向斤=3的状态跃迁时放出光了的频率一定小于v【解析】原子跃迁时可以放出或吸收能量为特定值的光子，A 错；由〃=2 的状态向n=\的状态跃迁时，能量比由用=3的状态向n=2的状态跃迁时要大，所以放出光子的能量大于E, B 项正确；由n=2的状态向/? = 3的状态跃迁时吸收光子的能量等于由n = 3的状态向n = 2的状态跃迁时放出的能量E, C 项正确；由〃=4的状态向/? = 3的状态跃迁时放出光子的能量较小，所以频率小于y, D 项错, E 项正确.【答案】BCE4. 已知氢原子的能级图如图3・3・3所示，现用光子能量介于10〜12.9 eV 范围内的光去照射一群处于基态的氢原子，则下列说法屮正确的是（）【导学号:67080030]n E/eV8 ---------------------- 05 ------------------------- 0.544 ------------------------- 0.853 ------------------------- 1.512 ------------------------- 3.41 ------------------------- 13.6图 3-3-3A. 在照射光中可能被吸收的光子能量有无数种B. 在照射光中可能被吸收的光子能量只有3种放出能量吸收能量• 4 3 2 EE EC.照射后可能观测到氢原子发射不同波长的光有6种D.照射后可能观测到氢原子发射不同波长的光有3种E.照射后观测到氢原子发射的光中波长最长的光是由向〃跃迁时发出的【解析】根据跃迁规律hv=E n-E n和能级图，可知A错，B对；氢原子吸收光子后能跃迁到最高为77=4的能级，能发射的光子的波长有d = 6种，故C对, D错；氢原子由77=4的能级跃迁到〃=3的能级发射出的光的频率最小，波长最长，故E正确.【答案】BCE5•用光子能量为E的单色光照射容器中处于基态的氢原子，发现该容器内的氢能够释放出三种不同频率的光子，它们的频率由低到高依次为"、叱、力，由此可知，开始用来照射容器的单色光的光子能量可以表示为 ____________ 或________ •【解析】氢原子吸收光子能向外辐射三种不同频率的光子，说明其吸收光子后从基态跃迁到第三能级，在第三能级不稳定，又向较低能级跃迁，发出光子. 其中从第三能级跃迁到基态的光子能量最大为/2V3,所以氢原子吸收的光子能量应为E = hg,且关系式加3 =加［+加2成立.【答案】/?V3 hv\+hv26.氢原子的能级图如图3-3-4所示.某金属的极限波长恰等于氢原子由H=4能级跃迁到n = 2能级所发出的光的波长.现在用氢原子由n = 2能级跃迁到n= 1能级时发出的光去照射，求从该金屈表面逸出的光电子的最大初动能是多少电子伏？n E/eV4 -0.853-------------------------- -1.512-------------------------- 3.41-------------------------- 13.6图3-3-4【解析】设氢原子由77=4能级跃迁到n=2能级所发出的光子波长为Zo, 由7?=2能级跃迁到n=\能级所发出的光子波长为z,则E4-E2=hT，并且逸出功肌=石,E L E\=£根据爱因斯坦光电方程瓦=加一％得，光子的最大初人0 ~ /I【答案】7.65 eV7. 已知氢原子基态的电子轨道半径为门=0.528X107° m,量子数为〃的能级(1) 求电子在基态轨道上运动时的动能；(2) 有一群氢原子处于量子数n = 3的激发态•画出能级图，在图上用箭头标明这些氢原子能发出哪儿条光谱线；(3) 计算这几条光谱线屮波长最短的一条的波长.(其中静电力常量)t=9.0X109N m 2/C 2,电子电量e=1.6X10_19C,普朗克常量力=6.63 X 10'34 J s,真空中光速 c=3.0X 108 m/s)【解析】(1)设电子的质量为m,电子在基态轨道上的速率为ui,根据牛顿 “ 亠从 < & 人亠心 4 诉辰 2 1 2 ke 29.0X 109X(1.6X 10-19)2币一足律和犀 Q 足律有 m-=T-,所以 E k =^mv x =^=—2XO.528X 1O-10 — J =2.18X10'18 J=13.6 eV.(2)当氢原子从量子数77 = 3的能级跃迁到较低能级时，可以得到3条光谱线，如图所示.n=3n=2n=l(3)与波长最短的一条光谱线对应的能级差为E 3-E }.he _______ 6.63X10~34X3X108E3—Q = [-1.5 — (—13.6)]X1.6X KT® m= 1.03Xl()T m .【答案】(1)13.6 eV(2) 见解析(3) 1.03 XI 0"7m动能为歩=/专一底=/?cl = hc\ Q —& Eq —Ef he he )=2E2-E }-E 4=7.65 eV. 值为位=_爭eV.［能力提升］&如图3・3・5为氢原子能级示意图的一部分，则氢原子()E/eV3 ------------------------------ 1.512 ------------------------------ 3.41 ------------------------ 13.6图3-3-5A.从/7=4能级跃迁到,2 = 3能级比从川=3能级跃迁到n = 2能级辐射出电磁波的波长长B.从n = 5能级跃迁到n= 1能级比从n = 5能级跃迁到斤=4能级辐射出电磁波的速度大C.处于不同能级时，核外电子在各处出现的概率是不一样的D.从高能级向低能级跃迁时，氢原子一定向外放出能量E.处于巾=5能级的一群原子跃迁时，最多可以发出6种不同频率的光子c c he【解析】根据△ E=hv, v=j,可知△ E=hv f久=「=疋，从〃=4能级跃迁到〃=3能级比从77 = 3能级跃迁到n = 2能级放出能量小，所以从n=4能级跃迁到〃=3能级比从n = 3能级跃迁到« = 2能级辐射出电磁波的波长长，选项A正确; 电磁波的速度是光速，与电磁波的波长、频率无关，选项B错误；处于不同能级时，核外电子在各处出现的概率不相同，C正确；从高能级向低能级跃迁时，氢原子一定向外放出能量，D正确；处于〃=5能级的一群原子跃迁时，最多可以发出10种不同频率的光子，E项错误.【答案】ACD9.氢原子部分能级的示意图如图3-3-6所示,不同色光的光子能量如下表所示:E/eVH84 32• 0--0.85■-1.51• -3.40-13.6图3-3-6处于某激发态的氢原子，发射的光的谱线在可见光范围内仅有2条，其颜色分别为___________ 、________ •【解析】由七种色光的光子的不同能量可知，可见光光子的能量范围在1.61—3.10 eV,故可能是由第4能级向第2能级跃迁过程中所辐射的光子，AQ = -0.85-(-340) eV=2.55 eV,即蓝一靛光；也可能是氢原子由第3能级向第2能级跃迁过程中所辐射的光子，△E2= — l・51—( — 3.40)eV=1.89eV,即红光.【答案】红蓝一靛10.原子可以从原子间的碰撞中获得能量，从而发牛能级跃迁(在碰撞中，动能损失最大的是(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，设碰撞屮损失的能量全部被静止的氢原子吸收.n E/eV6^............................. ^-0.385 ---------------------- .544 --------------------------.853 --------------------------1.512 -------------------- 3.401 -------------------- 13.6图3-3-7⑴是否可以使基态氢原子发牛能级跃迁(氢原子能级如图3-3-7所示).(2)若上述碰撞中可以使基态氢原子发生电离，则氢原子的初动能至少为多少？【解析】设运动氢原子的速度为％,完全非弹性碰撞后两者的速度为e,损失的动能被基态氢原子吸收.若△ E=10.2 eV,则基态氢原子可由n=\跃迁到n =2.由动量守恒和能量守恒有：mvo=2mv®*加云=*〃炖2+*加孑_j_ △£*②^mvl=E k③必=13.6 eV解①②③④得，A£=| |wvo=6.8 eV因为△E=6.8eV<10.2eV.所以不能使基态氢原子发生跃迁.(2)若使基态氢原子电离，则A£=13.6eV,代入①②③得E k=21.2 eV. 【答案】不能(2)27.2 eV。