高中物理-原子结构测试题

高中物理-原子结构测试题

(高考体验卷)

一、选择题(本题共10小题,每小题4分,共40分。在每小题给出的四个选项中,至少有一个选项正确;全部选对的得4分,选不全的得2分,有选错或不答的得0分)

1.(·北京理综)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:由玻尔原子模型、跃迁的特点,由高能级向低能级跃迁过程中能量减少,减少的能量以光子形式放出,选项B正确。

答案:B

2.(·福建理综)在卢瑟福α粒子散射实验中,金箔中的原子核可以看作静止不动,下列各图画出的是其中两个α粒子经历金箔散射过程的径迹,其中正确的是()

解析:α粒子运动时受到原子核的排斥力作用,离原子核距离远的α粒子受到的排斥力小,运动方向改变的角度也小,离原子核距离近的α粒子受到的排斥力大,运动方向改变的角度就大,C项正确。

答案:C

3.(·上海单科)卢瑟福利用α粒子轰击金箔的实验研究原子结构,正确反映实验结果的示意图是()

解析:α粒子散射实验的实验现象:(1)绝大多数的α粒子穿过金箔后仍沿原来的方向前进;(2)少数α粒子发生了较大的偏转;(3)极少数α粒子的偏转角θ超过90°,甚至有个别α粒子被反弹回来。据此可知本题只有选项D正确。

答案:D

4.(·全国高考)已知氢原子的基态能量为E1,激发态能量E n=,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.-

B.-

C.-

D.-

解析:根据激发态能量公式E n=可知氢原子第一激发态的能量为,设能使氢原子从第一激发态电离的最大波长(设波长为λm)的光子能量为ΔE,则有+ΔE=0,且ΔE=h,联立解得λm=-,所以本题正确选项只有C。

答案:C

5.(·四川理综)如图为氢原子能级示意图的一部分,则氢原子()

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.处于不同能级时,核外电子在各处出现的概率是一样的

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:由hν=E m-E n,E n=-,λ=可得从n=4跃迁到n=3比从n=3跃迁到n=2辐射出的电磁波的能量小,频率小,波长长,选项A正确;电磁波在真空中的速度都是一样的,选项B错误;电子轨道与能级对应处于不同能级,核外电子在各处出现的概率是不一样的,选项C错误;从高能级向低能级跃迁时,氢原子一定向外释放能量,但不是氢原子核释放能量,选项D错误。

答案:A

6.

(·江苏单科)如图所示是某原子的能级图,a、b、c为原子跃迁所发出的三种波长的光。在下列该原子光谱的各选项中,谱线从左向右的波长依次增大,则正确的是()

解析:由E n=、h=ΔE及能级跃迁图可得a光的波长最短,b光的波长最长,选项C正确。

答案:C

7.(·课标Ⅰ理综)用频率为ν0的光照射大量处于基态的氢原子,在所发射的光谱中仅能观测到频率分别为ν1、ν2、ν3的三条谱线,且ν3>ν2>ν1,则()

A.ν0<ν1

B.ν3=ν2+ν1

C.ν0=ν1+ν2+ν3

D.

解析:在光谱中仅能观测到三条谱线,可知基态的氢原子被激发到n=3,且hν3=hν2+hν1,ν3=ν0,选项B正确。

答案:B

8.(·上海单科)不能用卢瑟福原子核式结构模型得出的结论是()

A.原子中心有一个很小的原子核

B.原子核是由质子和中子组成的

C.原子质量几乎全部集中在原子核内

D.原子的正电荷全部集中在原子核内

解析:卢瑟福原子核式结构模型的结论不涉及原子核的组成问题,A、C、D三项不符合题意,B项符合题意。

答案:B

9.(·四川理综)氢原子从能级m跃迁到能级n时辐射红光的频率为ν1,从能级n跃迁到能级k时吸收紫光的频率为ν2,已知普朗克常量为h,若氢原子从能级k跃迁到能级m,则()

A.吸收光子的能量为hν1+hν2

B.辐射光子的能量为hν1+hν2

C.吸收光子的能量为hν2-hν1

D.辐射光子的能量为hν2-hν1

解析:氢原子从能级m跃迁到能级n时,辐射红光,则hν1=E m-E n;从能级n跃迁到能级k时,吸收紫光,则hν2=E k-E n。因为红光的频率ν1小于紫光的频率ν2,即hν1

答案:D

10.

(·山东理综)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 nm

B.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:由h=E2-E1及氢原子能级关系可知,从n=2跃迁到n=1时释放光子波长为122 nm,故选项A 错误。

波长325 nm光子能量小于波长122 nm光子能量,不能使氢原子从n=1跃迁到n=2的能级,选项B错误。

一群处于n=3能级的氢原子向低能级跃迁时最多有3种可能,因此最多产生3种谱线。选项C正确。

从n=3跃迁到n=2时辐射光的波长λ=656 nm,所以,只有当入射光波长为656 nm时,才能使氢原子从n=2跃迁到n=3的能级。选项D正确。

答案:CD

二、填空题(本题共2小题,共16分。把答案填在题中的横线上)

11.(8分)

(·江苏单科)根据玻尔原子结构理论,氦离子(He+)的能级图如图所示。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,由于跃迁所发射的谱线有条。

解析:能级越小的电子,离原子核越近;从n=4的激发态跃迁时,发射的谱线条数为=6条。

答案:近 6

12.(8分)(·山东理综)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)。

解析:由于氢原子跃迁时放出三种不同能量的光子,所以n=3,而原子跃迁时处于2个激发态能级上。最高能级的能量值为E3=-13.6 eV+12.09 eV=-1.51 eV。

答案:2-1.51

三、计算题(本题共3小题,共44分。解答应写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤,有数值计算的题,答案中必须明确写出数值和单位)

13.(14分)(·江苏单科)已知氢原子处在第一、第二激发态的能级分别为-3.40 eV和-1.51 eV,金属钠的截止频率为5.53×1014 Hz,普朗克常量h=6.63×10-34 J·s。请通过计算判断,氢原子从第二激发态跃迁到第一激发态过程中发出的光照射金属钠板,能否发生光电效应。

解析:氢原子放出的光子能量E=E3-E2,代入数据得E=1.89 eV

金属钠的逸出功W0=hνc,代入数据得W0=2.3 eV

因为E

答案:不能。原因见解析

14.(14分)(·银川模拟)1914年,弗兰克和赫兹在实验中用电子碰撞静止的原子的方法,使原子从基态跃迁到激发态,来证明玻尔提出的原子能级存在的假设。设电子的质量为m,原子质量为m0,基态和激发态的能量差为ΔE,试求入射电子的最小动能。

解析:设电子与原子碰撞前后的速率分别为v1和v2,原子碰撞后的速率为v,假设碰撞是一维正碰。

由动量守恒定律有mv1=mv2+m0v

由能量守恒定律有m0v2+ΔE

由上面两式得m0(m0+m)v2-2mm0v1v+2mΔE=0。

上式是关于v的二次方程,要使v有实数解,该方程的判别式Δ≥0,即

Δ=(-2mm0v1)2-4m0(m0+m)×2mΔE≥0。

所以,ΔE。

可见,入射电子的最小动能为ΔE。

答案:ΔE

15.(16分)(·青岛模拟)1951年物理学家发现了“电子偶数”,所谓“电子偶数”,就是同一个负电子和一个正电子绕它们的质量中心旋转形成的相对稳定的系统。已知正、负电子的质量均为m e,普朗克常量为h,静电力常量为k。

(1)若正、负电子是由一个光子和核场相互作用产生的,且相互作用过程中核场不提供能量,则此光子的频率必须大于临界值,临界值为多大?

(2)假设“电子偶数”中,正、负电子绕它们质量中心做匀速圆周运动的轨道半径r、运动速度v及电子的质量满足玻尔的轨道量子化理论:2m e vr=,n=1,2,…“电子偶数”的能量为正、负电子运动的动能和系统的电势能之和,已知两正、负电子相距为L时系统的电势能为E=-k。试求n=1时“电子偶数”的能量。

(3)“电子偶数”由第一激发态跃迁到基态发出光子的波长为多大?

解析:(1)设光子频率的临界值为ν0,则

hν0=2m e c2,ν0=。

(2)由于正、负电子质量相等,故两电子的轨道半径相等,设为r,则正、负电子间距为2r,速度均为v,则

k=m e,2m e vr=n,

电子偶数能量E n=2×m e v2-k,

得E n=-。

电子偶数基态能量为E1=-。

(3)电子偶数处于第一激发态时能量E2=,设电子偶数从第一激发态跃迁到基态时发出光子的波长为λ。则

E2-E1=-E1=h,λ=。

答案:(1)(2)-(3)