高中物理选修3-5：专题《原子结构》含解析

1、专题三原子结构(时间：90 分钟，满分：100 分)一、选择题(本题共 12 小题，每小题 5 分，共 60 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 5 分，选对但不全的得 3 分，有错选或不答的得 0 分)1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，发现了电子和质子的存在b 卢瑟福通过对 粒子散射实验现象的分析，证实了原子是可以再分的c 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2关于光谱，下面说法正确的是( )a 太阳光谱是连续谱b 稀薄的氢气发光产生的光谱是线状谱c 煤

2、气灯上燃烧的钠盐汽化后的钠蒸气产生的光谱是线状谱d 白光通过钠蒸气产生的光谱是线状谱3仔细观察氢原子的光谱，发现它只有几条不连续的亮线，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4在卢瑟福的 粒子散射实验中，某 粒子经过某原子核附近时的轨迹如图中实线所 示图中 p、q 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 平面分为四个区域不考虑其他原子核对该 粒子的作用，那么关于该原子核的位置，下列 说法中正确的是( )a可能在区域 c可能在区域b可能在区域 d

3、可能在区域5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1c 高温物体发出的光通过某物质后，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的亮线与吸收光谱上的暗线由于光谱的不同，它们没有关系 6.如图所示为氢原子能级示意图，现有大量的氢原子处于 n4的激发态，当向低能级跃迁时辐射出若干不同频率的光，下列说法正确的是( )a 这些氢原子总共可辐射出 3 种不同频率的光b 由 n2 能级跃迁到 n1 能级产生的光频率最小c 由 n4 能级跃迁到 n1 能级产生的

4、光最容易表现出衍射现象d 用 n2 能级跃迁到 n1 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7以下论断中正确的是( )a 按经典电磁理论，核外电子受原子核库仑引力，不能静止只能绕核运转，电子绕核 加速运转，不断地向外辐射电磁波b 按经典理论，绕核运转的电子不断向外辐射能量，电子将逐渐接近原子核，最后落 入原子核内c 按照卢瑟福的核式结构理论，原子核外电子绕核旋转，原子是不稳定的，说明该理 论不正确d 经典电磁理论可以很好地应用于宏观物体，但不能用于解释原子世界的现象8利用氢气光谱管发光，可以产生氢的线状谱，这些谱线的产生是由于( )a 大量氢原子处于不同的激发状态

5、，从而辐射不同频率的光子b 大量氢原子从较高的激发态向较低的激发态或基态跃迁，从而辐射不同频率的光子 c大量氢原子从基态或较低的激发态向较高的激发态跃迁，从而辐射不同频率的光子 d大量氢原子从基态或较低的激发态向较高的激发态跃迁，从而吸收不同频率的光子 9氢原子的基态能量为 e ，如图所示，四个能级图能正确代表氢原子能级的是( )110氢原子从能级 m 跃迁到能级 n 时辐射红光的频率为 ，从能级 n 跃迁到能级 k 时1吸收紫光的频率为 ，已知普朗克常量为 h，若氢原子从能级 k 跃迁到能级 m，则( )2a吸收光子的能量为 h h1 2c吸收光子的能量为 h h2 1b辐射光子的能量为 h

6、 h1 2d辐射光子的能量为 h h2 111氢原子部分能级的示意图如图所示不同色光的光子能量如下表所示212色光红橙黄绿蓝-靛紫光子能量范围(ev)1.612.002.002.072.072.142.142.532.532.762.763.10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( )a.红、蓝靛 c.红、紫b.黄、绿d.蓝靛、紫12. 子与氢原子核 ( 质子 ) 构成的原子称为 氢原子 (hydrogen muon atom)，它在原子核物理的研究中有重要作用.图为 氢原子的 能级示意图.假定光子能量为 e 的一束光照射容器中大量处于 n2 能级的

7、氢原子， 氢原子吸收光子后，发出频率为 、 、 、 、1 2 3 4 和 的光，且频率依次增大，则 e 等于( )5 6a.h( ) 3 1b.h( ) 5 6c.h3d.h4题号答案1 2 3 4 56 7 8 9 10 11 12二、非选择题(本题共 4 小题，共 40 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和单 位.)e13.(8 分)氢原子第 n 能级的能量为 e ，其中 e 是基态能量，而 n1，2若一氢原n n 13 3子发射能量为 e 的光子后处于比基态能量高出 e 的激发态，则氢原子发射光子前后

8、16 1 4 1分别处于第几能级？14.(10 分)氢原子处于基态时，原子能量 e 13.6 ev，普朗克常量取 h6.610134js.(1) 处于 n2 激发态的氢原子，至少要吸收多大能量的光子才能电离？(2) 今有一群处于 n4 激发态的氢原子，可以辐射几种不同频率的光？其中最小的频率 是多少？(结果保留 2 位有效数字)3k n15.(10 分)有一群氢原子处于量子数 n3 的激发态，当它们跃迁时，(1) 有可能放出几种能量的光子？(2) 在哪两个能级间跃迁时，所发出的光子的波长最长？波长是多少？16.(12 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，1 1

9、 1称为氢光谱.氢光谱线的波长 可以用下面的巴耳末里德伯公式表示： r 2 2 ，n、k分别表示氢原子跃迁前后所处状态的量子数，k1，2，3对每一个 k，有 nk1，k2， k3r 称为里德伯常量，是一个已知量.对于 k1 的一系列谱线其波长处在紫外光区，称 为莱曼系；k2 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 ，当用巴耳末系波长最短的光照射时，遏止电压的大小为 u ，已知电子电荷量的大1 2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.参考答案与解析1

10、129 【解析】选 c.汤姆孙通过研究阴极射线发现了电子，a 错；卢瑟福通过对 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；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，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，并没有否定核式结构学说，d 错4222 130 【解析】选 bc.太阳光谱是太阳产生的白光，通过太阳周围温度较低的大气 时，某些波长的光被太阳大气层中的某些元素吸收从而产生的吸收光谱，所以 a 不正确； 稀薄的氢气发光是原子光谱，又叫线状谱，所以 b 正确；钠蒸气产生的光谱是线状谱，c 正确；白光通过钠蒸气产生的光谱是吸收光谱，所以 d

11、 不正确，应选 b、c.3 131 【解析】选 d.光谱中的亮线对应不同频率的光，“分离的不连续的亮线”对 应着不同频率的光，b、c 错误；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 eh.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，a 错误， d 正确4 132 【解析】选 a. 粒子带正电，原子核也带正电，对靠近它的 粒子产生斥力， 故原子核不会在区；如果原子核在、区， 粒子会向区偏；如果原子核在区，可 能会出现如题图所示的轨迹，故应选 a.5 133 【解析】选 b.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， 故选项 a 错误；某种物质发

12、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，选项 b 正确；高温物体发出 的光通过某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，选项 c 错 误；某种物质发出某种频率的光，当光通过这种物质时它也会吸收这种频率的光，因此线状 谱中的亮线与吸收光谱中的暗线相对应，选项 d 错误6134 【解析】选 d.这些氢原子向低能级跃迁时可辐射出 c 4436 种光子，选 2项 a 错误；由 n4 能级跃迁到 n3 能级产生的光子能量最小，所以频率最小，选项 b 错 误；由 n4 能级跃迁到 n1 能级产生的光子能量最大，频率最

13、大，波长最小，最不容易表 现出衍射现象，选项 c 错误；从n2 能级跃迁到 n1 能级辐射出的光子能量为 10.20 ev6.34 ev，所以能使金属铂发生光电效应，选项 d 正确7 135 【解析】选 abd.卢瑟福的核式结构没有问题，认为原子不稳定的主要问题 出在经典电磁理论不能用来解释原子世界的现象8 136 【解析】选 b.大量氢原子从较高的能级向较低的能级跃迁时，发出不同频率 的光，从而产生线状谱9 137 【解析】选 c.根据氢原子能级图特点：上密下疏，再联系各激发态与基态能 1量关系 e e ，故 c 正确n n 110138 【解析】选 d.由题意可知：e e h ，e e h

14、 .因为紫光的频率大m n 1 k n 2于红光的频率，所以 ，即 k 能级的能量大于 m 能级的能量，氢原子从能级 k 跃迁到能2 1级 m 时向外辐射能量，其值为 e e h h ，故只有 d 项正确k m 2 111139 【解析】选 a.原子发光时光子的能量等于原子能级差，先分别计算各相邻 的能级差，再由小到大排序结合可见光的光子能量表可知，有两个能量分别为1.89 ev 和51 12 21212121214143481972.55 ev 的光子属于可见光，并且属于红光和蓝靛的范围，故答案为 a.12140 【解析】选 c.由于 氢原子吸收光子后，能释放 6 种光子，可知其吸收光 子后

15、跃迁到第 4 能级，因此所吸收的光子的能量 ee e ，而此种光子能量在所释放的 64 2种光子中仅大于 e 和 e ，居第 3 位，又因为光子能量与频率成正比，所以 eh ，故选43 32 3c.13141 【解析】设氢原子发射光子前后分别位于第 l 能级与第 m 能级，依题意有e e 3 el m 161e 3 e em 1 41解得：m2，l4因此氢原子发射光子前后分别处于第 4 能级与第 2 能级 【答案】第 4 能级 第 2 能级e14142 【解析】(1)e 3.4 ev2 2ee e 3.4 ev. 243(2)n 6(种)2ee 0.85 ev4 4ee 1.51 ev3 3e

16、 e h4 3 min 1.610 minhz.【答案】(1)3.4 ev (2)6 种1.610 hz15143 【解析】由 n3 的激发态向低能级跃迁的路径为 n n n 或 n n ，其3 2 1 3 1中由 n n 的跃迁能级差最小，辐射的光子能量最小，波长最长3 2(1) 共能放出 3 种能量的光子，即三种频率的光子(2) 由 n n 跃迁能级差最小，辐射的光子能量最小，波长最长3 2由氢原子能级图，e 3.4 ev，e 1.51 ev.2 3he e 1.89 ev，3 2c又知 ，hc 6.6310 310 则有 e e 1.891.610 3 26.610 m.m【答案】(1)3 种(2)n n 6.610 3 27m6 1 24221 21 21 21 216144 【解析】设金属的逸出功为 w ，光电效应所产生的光电子最大初动能为 e .0 km由动能定理知：e eukm c对于莱曼系，当 n2 时对应的光波长最长，