2016-2017学年高中物理 第十八章 原子结构新人教版选修3-5_5

1 第十八章 原子结构 (时间：90 分钟 满分：100 分) 一、单项选择题(本大题共 10 小题，每小题 3 分，共 30 分每小题给出的四个选项中， 只有一个选项正确) 1下列能揭 示原子具有核式结构的实验是( ) A光电效应实验 B伦琴射线的发现 C 粒子散射实验 D氢原子光谱的发现 解析：光电效应现象证明了光的粒子性本质，与原子结构无关，选项 A 错误；伦琴射 线的发现以及氢原子光谱的发现都与原子的能级结构有关，都是原子能级跃迁的结论，选 项 B、D 错误；卢瑟福的 粒子散射实验证实了原子的核式结构模型，选项 C 正确 答案：C 220 世纪初，为了研究物质内部的结构，物理学家做了大量的实验，揭示了原子内 部的结构，发现了电子、中子和质子，如图是( ) A卢瑟福的 粒子散射实验装置 B卢瑟福发现质子的实验装置 C汤姆生发现电子的实验装置 D查德威克发现中子的实验装置 解析：题图是卢瑟福的 粒子散射实验装置，选 A. 答案：A 3光子能量为 的一束光照射容器中的氢(设氢原子处于 n3 的能级)，氢原子吸收 光子后，能发出频率为 1， 2， 6的六种光谱线，且 1 2 6，则 等 于( ) A h 1 B h 6 C h( 5 1) D h( 1 2 6) 解析：对于量子数 n3 的一群氢原子，当它们向较低的激发态或基态跃迁时，可能产 生的谱线条数为 3，由此可判定氢原子吸收光子后的能量的能级是 n4，且从 n（ n 1）2 n4 到 n3 放出的光子能量最小，频率最低即为 1，因此，处于 n3 能级的氢原子吸 收频率为 1的光子(能量 h 1)，从 n3 能级跃迁到 n4 能级后，方可发出 6 种频 率的光谱线，选项 A 正确 2 答案：A 4氢原子的部分能级如图所示，已知可见光的光子能量在 1.62 eV 到 3.11 eV 之 间由此可推知 ，氢原子( ) A从高能级向 n1 能级跃迁时发出的光的波长比可见光的长 B从高能级向 n2 能级跃迁时发出的光均为可见光 C从高能级向 n3 能级跃迁时发出的光的频率比可见光的高 D从 n3 能级向 n2 能级跃迁时发出的光为可见光 解析：由可见光的能量值范围可知，在氢原子的能级值中，高能级向 n3 能级跃迁时， 发出的光的频率小于可见光的频率，C 错误；若高能级与 n2 能级间的能量差大于 3. 11 eV，则不能发出可见光，B 错误；从高能级跃迁到 n1 的能级时，能量值一定大于可见光 子能量值，由于 h h ，能量越大，波 长越短，故 A 错误；当原子从 n3 的能级 c 向 n2 的能级跃迁时辐射出的光子能量在可见光的能量值范围之内，所以 D 正确 答案：D 5根据玻尔理论，在氢原子中，量子数 n 越大，则( ) A电子轨道半径越小 B核外电子运动速度越大 C原子能量越大 D电势能越小 解析：由 rn n2r1可知 A 错氢原子在 n 能级的能量 En与基态能量 E1的关系为 En .因 E1n2 为能量 E 为负值，所以 n 越大，则 En越大，所以 C 正确核外电子绕核运动所需的向心力 由库仑力提供 k .可知 rn越大，速度越小，则 B 错由 E Ek Ep可知 D 错 答案：C 6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 E154.4 eV，氦离子的能级示意图如图所示，在具有下列能量的光子或者电子中，不能 被基态氦离子吸收而发生跃迁的是( ) A42.8 eV(光子) B43.2 eV(电子) 3 C41.0 eV(电子) D54.4 eV(光子) 解析：由于光子能量不可分，因此只有能量恰好等于两能级能量差的光子才能被氦离 子吸收，故选项 A 中光子不能被吸收，选项 D 中光子能被吸收；而实物粒子(如电子)只要 能量不小于两能级 能量差，均可被吸收故选项 B、C 中的电子均能被吸收 答案：A 7太阳光谱是吸收光谱，这是因为太阳内部发出的白光( ) A经过太阳大气层时某些特定频率的光子被吸收后的结果 B穿过宇宙空间时部分频率的光子被吸收的结果 C进入地球的大气层后，部分频率的光子被吸收的结果 D本身发出时就缺少某些频率的光子 解析：太阳光谱是一种吸收光谱，是因为太阳发出的光穿过温度比太阳本身低得多的 太阳大气层，而在这大气层里存在着从太阳里蒸发出来的许多元素的气体，太阳光穿过它 们的时候跟这些元素的特征谱线相同的光都被这些 气体吸收掉了 答案：A 8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小 解析：阴极射线是原子受激发射出的电子流，故 A、C 错，B 对；电子带电量与氢原子 相同，但质量是氢原子的 ，故阴极射线的比荷比氢 原子大，D 错 11 836 答案：B 9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时，氢原子要辐射的光子能量为 h En B电子沿某一轨道绕核运动，若圆周运动的频率为 ，则其发光的频率也是 C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 rarb，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：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 同，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 答案：C 4 10氦氖激光器能产生三种波长的激光，其中两种波长分别为 10.632 8 m， 23.39 m，已知波长为 1的激光是氖原子在能级间隔为 E11.96 eV 的两个 能级之间跃迁产生的用 E2表示产生波长为 2的激光所对应的跃迁的能级间隔，则 E2的近似值为( ) A10.50 eV B0.98 eV C0.53 eV D0.36 eV 解析：本题考查玻尔的原子跃迁理论根据 E h ， ，可知当 E11.96 c eV， 0.632 8 m，当 3.39 m 时，联立可知 E20.36 eV，故选 D. 答案：D 二、多项选择题(本大题共 4 小题，每小题 4 分，共 16 分在每小题给出的四个选项 中有多个选项正确，全选对得 4 分，漏选得 2 分，错选或不选得 0 分) 11下列有关氢原子光谱的说法正确的是( ) A氢原子的发射光谱是非连续谱 B氢原子光谱说明氢原子只发出特定频率的光 C氢原子光谱说明氢原子能级是分立的 D氢原子光谱的频率与氢原子能级的能量差无关 解析：氢原子的发射光谱是不连续的，它只能发出特定频率的光，说明氢原子的能级 是分立的，选项 A、B、C 正确，根据玻尔理论可知，选项 D 错误 答案：ABC 12如图所示为 粒子散射实验中 粒子穿过某一金原子核附近的示意图， A、 B、 C 分别位于两个等势面上，则以下说法中正确的是( ) A 粒子在 A 处的速度比在 B 处的速度小 B 粒子在 B 处的动能最大，电势能最小 C 粒子在 A、 C 两处速度大小相等 D 粒子在 B 处的速度比在 C 处的速度要小 解析： 粒子由 A 经 B 运动到 C，由于受到库仑斥力的作用， 粒子先减速后加速， 5 所以 A 项错误，D 项正确；库仑斥力对 粒子先做负功后做正功，使动能先减小后增大， 电势能先增大后减小，B 项错误； A、 C 处于同一个等势面上，从 A 到 C 库仑力不做功，速 度大小不变，C 项正确 答案：CD 13关于 粒子散射实验的下述说法中正确的是( ) A在实验中观察到的现象是绝大多数 粒子穿过金箔后，仍沿原来方向前进，少数 发生了较大偏转，极少数偏转超过 90，有的甚至被弹回接近 180 B使 粒子发生明显偏转的力是来自带负电的核外电子；当 粒子接近电子时，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及全部质量 解析：A 项是对该实验现象的正确描述；使 粒子偏转的力是原子核对它的静电排斥 力，而不是电子对它的吸引力，故 B 错；C 项是对实验结论之一的正确分析；原子核集中 了全部正电荷和几乎全部质量，因核外还有电子，故 D 错 答案：AC 14关于氢原子能级跃迁，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 解析：波长为 60 nm 的 X 射线的能量： h 6.6310 34 J3 .321018 J20.75 eV， c 31086010 6 氢原子的电离能： E0(13.6)eV13.6 eV E20.75 eV， 所以可使氢原子电离，A 正确 由 h Em E 得： Em1 h E10.2 eV(13.6)eV3.4 eV ； Em211.0 eV(13.6)eV2.6 eV； Em312.5 eV(13.6)eV1.1 eV. 由 En 得，只有 Em13.4 eV 对应于 n2 的状态由于原子发生跃迁时吸收光子 E1n2 只能吸收恰好为两能级差能量的光子，所以只有 B 可使氢原子从基态跃迁到激发态 答案：AB 三、非选择题(本题共 4 小题，共 54 分解答时应写出必要的文字说明、方程式和重 要的演算步骤，只写出最后答案的不能得分有数值计算的题，答案中必须明确写出数值 6 和单位) 15(12 分)氢原子处于基态时，原子的能级为 E113.6 eV，普朗克常量 h6.6310 34 Js，氢原子在 n4 的激发态时，问： (1)要使氢原子电离，入射光子的最小能量是多少？ (2)能放出的光子的最大能量是多少？ 解析：(1) E4 eV0.85 eV， E1n2 13.642 使氢原子电离需要的最小能量是 E0.85 eV. (2)从 n4 能级跃迁到 n1 能级时，辐射的光子能量最大 E E4 E112.75 eV. 答案：(1)0.85 eV (2)12.75 eV 16(14 分)氢原子处于基态时，原子的能级为 E113.6 eV，当处于 n3 的激发态 时，能量为 E31.51 eV，则： (1)当氢原子从 n3 的激发态跃迁到 n1 的基态时，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电子？ (3)若有大量的氢原子处于 n3 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？ 解析：(1) 1.0310 7 m. hcE3 E1 (2) 3.2810 15 Hz. |E1|h (3)3 种，其中波长最长的是从 n3 到 n2 所放出光子， 6.5810 7 m. hcE3 E2 hcE3 E14 答案：(1)1.0310 7 m (2)3.2810 15 Hz (3)3 种 6.5810 7 m 17(14 分)原子可以从原子间的碰撞中获得能量，从而能发生能级跃迁(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 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 (1)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)? 7 (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 v0，完全非弹性碰撞后两者的速度为 v，损失的动能 E 被基态原子吸收 若 E10.2 eV，则基态氢原子可由 n1 跃迁到 n2. 由动量守恒和能量守恒有： mv0 mv， mv mv2 mv2 E， 12 20 12 12 mv Ek， 12 20 Ek13.6 eV. 解 得， E mv 6.8 eV. 12 12 20 因为 E6.8 eV10.2 eV，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 E13.6 eV， 代入得 Ek27.2 eV. 答案：(1)不能 (2)27.2 eV 18(14 分)如图所示为氢原子能级图，试回答下列问题： (1)一群处于 n4 能级的氢原子跃迁后可能辐射出几种频率的光子？ (2)通过计算判断：氢原子从 n4 跃迁到 n2 时辐射出的光子，能否使金属铯发生光 电效应？若能，则产生的光电子的初动能是否可能为 0.48 eV(已知普朗克常量 h6.6