高中物理 第18章 原子结构章末分层突破 新人教选修3-5

第18章原子结构(时间：60分钟满分：100分)一、选择题(本题包括8小题，每小题6分，共48分，在每小题给出的5个选项中有3项是符合题目要求的，选对一个得2分，选对2个得4分，选对3个得6分，每选错1个扣3分，最低得分为0分．)1．在α粒子散射实验中，少数α粒子发生了大角度偏转，这些α粒子( )A．一直受到重金属原子核的斥力作用B．动能不断减小C．电势能先增大后减小D．出现大角度偏转是与电子碰撞的结果E．出现大角度偏转的原因是占原子质量绝大部分的带正电的那部分物质集中在很小的空间范围【解析】α粒子一直受到斥力的作用，斥力先做负功后做正功，α粒子的动能先减小后增大，势能先增大后减小．α粒子的质量远大于电子的质量，与电子碰撞后其运动状态基本不变，A、C、E项正确．【答案】ACE2．下列叙述中符合物理学史的有( )A．汤姆孙通过研究阴极射线实验，发现了电子B．卢瑟福通过对α粒子散射实验现象的分析，证实了原子是可以再分的C．卢瑟福通过对α粒子散射实验现象的分析，提出了原子的核式结构模型D．巴耳末根据氢原子光谱分析，总结出了氢原子光谱可见光区波长公式E．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【解析】汤姆孙通过研究阴极射线发现了电子，A对；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，C对；巴耳末根据氢原子光谱在可见光区的四条谱线得出巴耳末公式，D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，并没有否定核式结构学说，E错误．【答案】ACD3．关于阴极射线的性质，下列说法正确的是( )A．阴极射线是电子打在玻璃管壁上产生的B．阴极射线本质是电子C．阴极射线在电磁场中的偏转表明阴极射线带正电D．阴极射线的比荷比氢原子核大E．根据阴极射线在电场和磁场中的偏转情况可以判断阴极射线的带电性质【解析】阴极射线是原子受激发射出的电子流，故A、C错，B、E对；电子带电量与氢原子相同，但质量是氢原子的11 836，故阴极射线的比荷比氢原子大，D 对．【答案】 BDE4．以下关于玻尔原子理论的说法正确的是( ) A ．电子绕原子核做圆周运动的轨道半径不是任意的 B ．电子在绕原子核做圆周运动时，稳定地产生电磁辐射C ．电子从量子数为2的能级跃迁到量子数为3的能级时要辐射光子D ．不同频率的光照射处于基态的氢原子时，只有某些频率的光可以被氢原子吸收E ．氢原子光谱有很多不同的亮线，说明氢原子能发出很多不同频率的光，但它的光谱不是连续谱【答案】 ADE5．根据氢原子的玻尔模型，氢原子核外电子在第一轨道和第二轨道运行时( )A ．轨道半径之比为1∶4B ．速度之比为4∶1C ．周期之比为1∶8D ．动能之比为4∶1E ．动量之比为1∶4【解析】 由玻尔公式r n ＝n 2r 1，所以轨道半径之比为r 1∶r 2＝12∶22＝1∶4，故A 对．根据库仑定律和牛顿第二定律有：k e 2r 2n ＝m v 2nr n ，v n ＝ke 2mr n ，所以速度之比为v 1v 2＝r 2r 1＝2∶1，故B 错．根据库仑定律和牛顿第二定律有：k e 2r 2n ＝m (2πT )2r n ，T ＝4π2mr 3nke 2，所以周期之比为T 1T 2＝⎝ ⎛⎭⎪⎫r 1r 23＝1∶8，故C 对．根据12mv 2n＝12k e 2r n ，所以动能之比为E k1E k2＝r 2r 1＝4∶1，故D 对．动量之比为p 1p 2＝mv 1mv 2＝21，E 错．【答案】 ACD6．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E ．各种原子的发射光谱都是线状谱【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、E.【答案】ABE7．氢原子的能级如图1所示．氢原子从n＝4能级直接向n＝1能级跃迁所放出的光子，恰能使某金属产生光电效应，下列判断正确的是( )图1A．氢原子辐射出光子后，氢原子能量变大B．该金属的逸出功W0＝12.75 eVC．用一群处于n＝3能级的氢原子向低能级跃迁时所发出的光照射该金属，该金属仍有光电子逸出D．氢原子处于n＝1能级时，其核外电子在最靠近原子核的轨道上运动E．该金属的截止频率为3.1×1015 Hz【解析】氢原子发生跃迁，辐射出光子后，氢原子能量变小，故A错误．根据恰能使某金属产生光电效应，由n＝4跃迁到n＝1，辐射的光子能量最大，ΔE＝13.6－0.85 eV＝12.75 eV.则逸出功W0＝12.75 eV，故B正确．由W0＝hνc，知E正确，一群处于n＝3的氢原子向低能级跃迁时，辐射的能量小于从n＝4能级直接向n＝1能级跃迁所放出的光子能量，则不会发生光电效应，故C错误．根据玻尔原子模型，可知，处于n＝1能级时，其核外电子在最靠近原子核的轨道上运动．故D正确．【答案】BDE8．关于氢原子能级的跃迁，下列叙述中正确的是( )A．用波长为60 nm的X射线照射，可使处于基态的氢原子电离出自由电子B．用能量为10.2 eV的光子照射，可使处于基态的氢原子跃迁到激发态C．用能量为11.0 eV的光子照射，可使处于基态的氢原子跃迁到激发态D．用能量为12.5 eV的光子照射，可使处于基态的氢原子跃迁到激发态E．用能量为14.0 eV的电子碰撞可使处于基态的氢原子跃迁到激发态【解析】根据玻尔理论，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(即hν＝E m－E n)，使氢原子发生跃迁．当氢原子由基态向n＝2、3、4…轨道跃迁时应吸收的光子能量分别为：ΔE 21＝E 2－E 1＝E 122－E 1＝－13.64eV －(－13.6)eV ＝10.20 eV ，ΔE 31＝E 3－E 1＝E 132－E 1＝－13.69eV －(－13.6)eV ＝12.09 eV ，ΔE 41＝E 4－E 1＝E 142－E 1＝－13.616eV －(－13.6)eV ＝12.75 eV ，ΔE ∞1＝0－E 1＝－(－13.6 eV)＝13.6 eV(电离)． 波长为λ＝60 nm 的X 射线，其光子能量E ＝h ·cλ＝6.63×10－34×3×10860×10－9 J ＝3.315×10－18J ＝20.71 eV>ΔE ∞1.所以可使氢原子电离，A 正确；比较B 、C 、D 选项中的光子能量与各能级与基态的能量差，知道只有B 项中光子可使氢原子从基态跃迁到n ＝2的激发态，B 正确．碰撞过程可使部分能量传给氢原子，E 正确．【答案】 ABE二、非选择题(本题共5小题，共52分．)9．(6分)如图2是教材中的实验插图，该图是著名的α粒子散射实验示意图，由此科学家卢瑟福提出了________模型．图2【解析】 卢瑟福根据α粒子散射实验，提出了原子核式结构模型． 【答案】 原子核式结构10．(6分)氢原子从n ＝3的能级跃迁到n ＝2的能级放出光子的频率为ν，则它从基态跃迁到n ＝4的能级吸收的光子频率为________. 【导学号：66390041】【解析】 设氢原子基态能量为E 1，则由玻尔理论可得：19E 1－14E 1＝h ν，116E 1－E 1＝h ν41，解得：吸收的光子频率ν41＝274ν. 【答案】274ν 11．(12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，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，可发出几条谱线？辐射光子的能量分别为多少？【导学号：66390042】【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，光子能量分别为E 3－E 1，E 3－E 2，E 2－E 1， 即－89E 1，－536E 1，－34E 1.【答案】 见解析12．(12分)氢原子的能级图如图3所示．原子从能级n ＝3向n ＝1跃迁所放出的光子，正好使某种金属材料产生光电效应．有一群处于n ＝4能级的氢原子向较低能级跃迁时所发出的光照射该金属．普朗克常量h ＝6.63×10－34J·s，求：图3(1)氢原子向较低能级跃迁时共能发出几种频率的光； (2)该金属的逸出功和截止频率．【解析】 (1)处于n ＝4能级的氢原子向低能级跃迁时可产生的光的频率的种数为N ＝n n －2＝4×32＝6(种)． (2)W ＝E 3－E 1＝12.09 eV ，E 3－E 1＝h ν 解得ν＝2.9×1015Hz.【答案】 (1)6 (2)12.09 eV 2.9×1015Hz13．(16分)处在激发态的氢原子向能量较低的状态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 －1n ，n 、k 分别表示氢原子跃迁前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的一系列谱线其中四条谱线的波长处在可见光区，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．当用莱曼系波长最长的光照射时，遏止电压的大小为U 1，当用巴耳末系波长最短的光照射时，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.【导学号：66390043】【解析】 设金属的逸出功为W 0，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 c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λ1的光对应的频率ν1＝c λ1＝34cR对于巴耳末线系，当n ＝∞时对应的光波长最短，设为λ2，由题中所给公式有： 1λ2＝R ⎝ ⎛⎭⎪⎫122－0＝14R 波长λ2的光对应的频率ν2＝c λ2＝14cR根据爱因斯坦的光电效应方程E km ＝h ν－W 0知E km1＝h ν1－W 0E km2＝h ν2－W 0又E km1＝eU 1E km2＝eU 2可解得：h ＝2eU 1－U 2cRW 0＝e U 1－3U 22.【答案】 2e U 1－U 2cRe U 1－3U 22。