2016-2017学年高中物理 第18章 原子结构新人教版选修3-5_4

1 第 18 章 原子结构 本卷分第卷(选择题)和第卷(非选择题)两部分。满分 100 分，时间 90 分钟。 第卷(选择题 共 40 分) 一、选择题(共 10 小题，每小题 4 分，共 40 分，在每小题给出的四个选项中，第 16 小题只有一个选项符合题目要求，第 710 小题有多个选项符合题目要求，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(江苏启东中学 20152016 学年高二下学期检测)关于下列四幅图说法正确的是 ( )导 学 号 96140337 A玻尔原子理论的基本假设认为，电子绕核运行轨道的半径是任意的 B光电效应产生的条件为：光强大于临界值 C电子束通过铝箔时的衍射图样证实了运动电子具有波动性 D发现少数 粒子发生了较大偏转，说明金原子质量大而且很坚硬 答案：C 解析：根据玻尔理论知道，电子的轨道不是任意的，电子有确定的轨道，且轨道是量 子化的，故 A 错误；光电效应实验产生的条件为：光的频率大于极限频率，故 B 错误；电 子束通过铝箔时的衍射图样证实了电子具有波动性，故 C 正确； 粒子散射实验发现少数 粒子发生了较大偏转，说明原子的质量绝大部分集中在很小空间范围，故 D 错误。故选 C。 2如图所示，在阴极射线管正上方平行放一通有强电流的长直导线，则阴极射线将 ( )导 学 号 96140338 A向纸内偏转 B向纸外偏转 C向下偏转 D向上偏转 2 答案：D 解析：因为阴极射线是带负电的电子流，电子从负极端射出，由左手定则可判定阴极 射线(电子)向上偏转。 3如图所示，实线表示金原子核电场的等势线，虚线表示 粒子在金核电场中散射 时的运动轨迹。设 粒子通过 a、 b、 c 三点时速度分别为 va、 vb、 vc，电势能分别为 Ea、 Eb、 Ec，则 ( )导 学 号 96140339 A vavbvc， EbEaEc B vbvcva， EbEaEc C vbvavc， EbEaEc D vbEaEc 答案：D 解析：金原子核和 粒子都带正电， 粒子在接近金核过程中需不断克服库仑力做 功，它的动能减小，速度减小，电势能增加； 粒子在远离金核过程中库仑力不断对它做 功，它的动能增大，速度增大，电势能减小。因此这三个位置的速度大小关系和电势能大 小关系为 vbEaEc。 4(陕西西安一中 20152016 学年高二下学期期末)如图所示为氢原子能级图，下列 说法正确的是 ( )导 学 号 96140340 A当氢原子从 n3 状态跃迁到 n4 状态时，辐射出 0.66eV 的光子 B波尔理论认为原子的能量是不连续的，电子的轨道半径是连续的 C波尔理论也能很好地解释复杂原子的光谱 D大量处在 n1 能级的氢原子可以被 13eV 的电子碰撞而发生跃迁 答案：D 解析：从低能级跃迁到高能级需吸收光子，故 A 错；玻尔理论认为电子的轨道半径是 不连续的，故 B 错；玻尔理论不能很好地解释复杂原子的光谱，C 错；处于基态的氢原子 可以被 13eV 的电子碰撞跃迁到 n5 的激发态，故 D 正确。 5(湖北宜昌市葛州坝中学 20152016 学年高二下学期期中)已知金属钙的逸出功为 2.7eV，氢原子的能级图如图所示。一群氢原子处于量子数 n4 的能级状态，下列说法中 3 正确的是 ( )导 学 号 96140341 A氢原子最多可能辐射 4 种频率的光子 B有 3 种频率的辐射光子能使钙发生光电效应 C辐射光子中都不能使钙发生光电效应 D处于基态的氢原子能够吸收能量为 11eV 的光子向高能级跃迁 答案：B 解析：根据 C 6 知，这群氢原子可能辐射 6 种频率的光子，故 A 错误； n4 跃迁到24 n3 辐射的光子能量为 0.66eV， n3 跃迁到 n2 辐射的光子能量为 1.89eV， n4 跃迁 到 n2 辐射的光子能量为 2.55eV，均小于逸出功，不能发生光电效应，其余 3 种光子能 量均大于 2.7eV，所以这群氢原子辐射的光中有 3 种频率的光子能使钙发生光电效应，故 B 正确，C 错误；基态的氢原子吸收 11eV 光子，不能发生跃迁，所以该光子不能被吸收， 故 D 错误。故选 B。 6如图(1)所示为氢原子的能级，图(2)为氢原子的光谱。已知谱线 a 是氢原子从 n4 的能级跃迁到 n2 的能级时的辐射光，则谱线 b 是氢原子 ( )导 学 号 96140342 A从 n3 的能级跃迁到 n2 的能级时的辐射光 B从 n5 的能级跃迁到 n2 的能级时的辐射光 C从 n4 的能级跃迁到 n3 的能级时的辐射光 D从 n1 的能级跃迁到 n2 的能级时的辐射光 答案：B 解析：由图(2)看出 b 谱线对应的光的频率大于 a 谱线对应的光的频率，而 a 谱线是氢 原子从 n4 能级跃迁到 n2 能级时的辐射光，所以 b 谱线对应的能级差应大于 n4 与 4 n2 间的能级差，故选项 B 正确。 7关于 粒子散射实验，下列说法正确的是 ( )导 学 号 96140343 A在实验中，观察到的现象是：绝大多数 粒子穿过金箔后，仍沿原来的方向前进， 极少数发生了较大角度的偏转 B使 粒子发生明显偏转的力来自带正电的核和核外电子，当 粒子接近核时，是 核的斥力使 粒子发生明显偏转；当 粒子接近电子时，是电子的吸引力使之发生明显 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分 D实验表明：原子中心的核带有原子的全部正电荷和全部原子的质量 答案：AC 解析：在 粒子散射实验中，绝大多数 粒子沿原方向运动，说明 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、C 对；极少数发生大角度偏转，说明受到金原子核明显力作用的空间在原子内很小， 粒子偏转，而金原子核未动，说明金原子核的质量和电荷量远大于 粒子的质量和电荷量， 电子的质量远小于 粒子， 粒子打在电子上， 粒子不会有明显偏转，故 B 错，D 错。 8以下说法正确的是 ( )导 学 号 96140344 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线状光谱和吸收光谱都可以对物质进行分析 D摄下月球的光谱可以分析出月球上有哪些元素 答案：BC 解析：光谱分析既可以用线状谱也可以用吸收光谱，但不能用连续谱，A 错，C 对；利 用光谱分析时，样品中元素达到 1010 g 就可以被检测到，灵敏度很高，B 对；月亮本身不 发光，它的光是反射的太阳光，故通过分析月亮的光谱可以分析太阳的大气中所含的元素， 但分析不出月球上有哪些元素，D 错。 9(黄冈中学 20142015 学年高二下学期期中)如图所示为氢原子的能级结构示意图， 一群氢原子处于 n3 的激发态，在向较低能级跃迁的过程中向外辐射出光子，用这些光子 照射逸出功为 2.49eV 的金属钠，下列说法正确的是 ( )导 学 号 96140345 A这群氢原子能辐射出三种不同频率的光，其中从 n3 能级跃迁到 n2 能级所发出 5 的光波长最长 B这群氢原子在辐射光子的过程中电子绕核运动的动能减小，电势能增大 C能发生光电效应的光有三种 D金属钠表面所发出的光电子的最大初动能是 9.60eV 答案：AD 解析：由 3 跃迁到 2 的光子能量 1.89eV，由 3 跃迁到 1 的光子能量 12.09eV，由 2 跃 迁到 1 的光子能量 10.2eV，故一共有 3 种频率的光；由光子能量 h 可知由 3 跃迁到 2 的 光子频率最小，波长最大，故选项 A 正确；由 m 可知：距离减小，动能变大，电势 ke2r2 v2r 能减小，故选项 B 错误；发生光电效应，必须使入射光能量大于逸出功，故有两种光可以发生光电效 应，选项 C 错误；光电子最大初动能为最大光子能量减去逸出功，即 12.09eV2.49eV9.60eV，故选项 D 正确。 10(南昌 20152016 学年高二下学期检测)如图所示是汤姆孙的气体放电管的示意图， 下列说法中正确的是 ( )导 学 号 96140346 A若在 D1、 D2之间不加电场和磁场，则阴极射线应打到最右端的 P1点 B若在 D1、 D2之间加上竖直向下的电场，则阴极射线应向下偏转 C若在 D1、 D2之间加上竖直向下的电场，则阴极射线应向上偏转 D若在 D1、 D2之间加上垂直纸面向里的磁场，则阴极射线向上偏转 答案：AC 解析：实验证明，阴极射线是电子，它在电场中偏转时应偏向带正电的极板一侧，可 知选项 C 正确，选项 B 的说法错误。加上垂直纸面向里的磁场时，电子在磁场中受洛伦兹 力作用，要向下偏转，因而选项 D 错误。当不加电场和磁场时，电子所受的重力可以忽略 不计，因而不发生偏转，选项 A 的说法正确。 第卷(非选择题 共 60 分) 二、填空题(共 3 小题，共 18 分。把答案直接填在横线上) 11(5 分)按照玻尔原子理论，氢原子中的电子离原子核越远，氢原子的能量 _(选填“越大”或“越小”)。已知氢原子的基态能量为 E1(E10)，电子质量为 m，基态氢原子中的电子吸收一频率为 的光子被电离后，电子速度大小为_(普朗 克常量为 h)。 导 学 号 96140347 答案：越大 2 h E1m 6 解析：根据玻尔理论可知，氢原子中的电子离核越远，氢原子的能量越大，由 mv2 h E1，可得 v 。 12 2 h E1m 12(6 分)(黄冈中学 20142015 学年高二下学期期中)卢瑟福和他的助手做 粒子 轰击金箔实验，获得了重要发现： (1)关于 粒子散射实验的结果，下列说法正确的是_。 导 学 号 96140348 A证明了质子的存在 B证明了原子核是由质子和中子组成的 C证明了原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在一个很小的核里 D说明了原子中的电子只能在某些轨道上运动 (2)英国物理学家卢瑟福用 粒子轰击金箔，发现了 粒子的散射实验。下列图中， O 表示金原子核的位置，则能正确表示该实验中经过金原子核附近的 粒子的运动轨迹的 是图中的_。 答案：(1)C (2)B 解析：(1)由 粒子散射实验的实验现象卢瑟福提出了原子核式结构模型，即认为原 子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在一个很小的核里，故选项 C 正确。 (2)速度方向与原子核共线的 粒子原路返回，两侧的发生大角度偏转，但是不会从 一侧跨向另一侧，故选项 B 正确。 13(7 分)(扬州市 20132014 学年高二下学期期末)一群氢原子处于量子数 n4 的 能级状态，氢原子的能级图如图所示，氢原子可能发射_种频率的光于；氢原子由 量子数 n4 的能级跃迁到 n2 的能级时辐射光子的能量是_eV; 用 n4 的能级 跃迁到 n2 的能级时辐射的光子照射下表中几种金属，_金属能发生光电效应。 导 学 号 96140349 几种金属的逸出功 金属 铯 钙 镁 钛 逸出功 W/eV 1.9 2.7 3.7 4.1 答案：6 2.55 铯 解析：从 n4 的能级跃迁，可能发射 6 种频率的光子；从 n4 的能级跃迁到 n2 的 7 能级，发出的光子能量 h E4 E22.55eV，此值大于铯的逸出功，所以可使金属铯发生 光电效应。 三、论述·计算题(共 4 小题，共 42 分。解答应写出必要的文字说明、方程式和重要 演算步骤，只写出最后答案不能得分，有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位) 14(10 分)电子所带电荷量的精确数值最早是由美国物理学家密立根通过油滴实验测 得的。他测定了数千个带电油滴的电荷量，发现这些电荷量都等于某个最小电荷量的整数 倍。这个最小电荷量就是电子所带的电荷量。密立根实验的原理如图所示， A、 B 是两块平 行放置的水平金属板。 A 板带正电， B 板带负电，从喷雾器嘴喷出的小油滴，落到 A、 B 两 板之间的电场中。小油滴由于摩擦而带负电，调节 A、 B 两板间的电压，可使小油滴受到的 电场力和重力平衡。已知小油滴静止处的电场强度是 1.92×105N/C，油滴半径是 1.64×104 cm，油的密度是 0.851g/cm3，求油滴所带的电荷量。这个电荷量是电子电荷量 的多少倍？( g 取 9.8m/s2)导 学 号 96140350 答案：8.02×10 19 5 倍 解析：小油滴质量， m V · r 3 43 由题意知， mg Eq0 由两式可得： q ·4 r3g3E C 0.851×103×4 ×9.8× 1.64×10 6 33×1.92×105 8.02×10 19 C 小油滴所带电荷量 q 是电子电荷量 e 的倍数为 n 5(倍)。 8.02×10 191.6×10 19 15(10 分)为了测定带电粒子的比荷 ，让这个带电粒子垂直电场飞进平行金属板间， qm 已知匀强电场的场强为 E，在通过长为 L 的两金属板间后，测得偏离入射方向的距离为 d， 如果在两板间加垂直电场方向的匀强磁场，磁场方向垂直粒子的入射方向，磁感应强度为 B，则粒子恰好不偏离原来方向(如图)，求 q/m 的值。 导 学 号 96140351 8 答案： 2dEB2L2 解析：仅加电场时 d ( )·( )2，加复合场时 Bqv0 Eq。 12Eqm Lv0 由以上两式可得 。 qm 2dEB2L2 16(11 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 能损失最大的是完全非弹性碰撞)。一个具有 13.6eV 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，问是否可以使基态氢原子发生能级跃迁？(氢原 子能级如图所示) 导 学 号 96140352 答案：不能 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为 v，损失的动能 E 被基态氢原于吸收。 若 E10.2eV，则基态氢原子可由 n1 跃迁到 n2，由动量守恒和能量守恒有： mv02 mv mv mv2 mv2 E 12 20 12 12 mv Ek13.6eV 12 20 由得， E · mv 6.8eV 12 12 20 因为 E6.8eV10.2eV 所以不能使基态氢原子发生跃迁。 17(11 分)(江苏泰州二中 20152016 学年高二下学期检测)氢原子的能级示意图如 图所示，现有每个电子的动能都为 Ee12.89eV 的电子束与处在基态的氢原子束射入同一 区域，使电子与氢原子发生迎头正碰。已知碰撞前一个电子与一个原子的总动量为零。碰 撞后，氢原子受激，跃迁到 n4 的能级。求碰撞后 1 个电子与 1 个受激氢原子的总动能。 (已知电子的质量 me与氢原子的质量 mH之比为 1:1840)导 学 号 96140353 9 答案：0.15eV 解析：以 ve和 vH表示碰撞前电子的速率和氢原子的速率， 根据题意有： meve mHvH0 碰撞前，氢原子与电子的总动能为 EK mHv mev 12 2H 12 2e 解以上两式并代入数据得： Ek12.897eV12.90eV 氢原子从基态激发到 n4 的能级所需能量由能级图得 E0.85(13.6) 12.75eV 碰撞后电子和受激氢原子的总动能 E k Ek E12.9012.750.15eV