2024高考物理一輪復(fù)習(xí)專題12第2講原子結(jié)構(gòu)氫原子光譜題型突破練含解析

PAGE7-第2講原子結(jié)構(gòu)氫原子光譜考點(diǎn)一原子核式結(jié)構(gòu)模型α粒子散射試驗(yàn)【典例1】(2024·濟(jì)南模擬)如圖所示為α粒子散射試驗(yàn)裝置的俯視圖，帶熒光屏的顯微鏡可沿圖中圓形軌道轉(zhuǎn)動(dòng)，對(duì)圖中P、Q、M三處位置視察到的試驗(yàn)現(xiàn)象，下列描述正確的是 世紀(jì)金榜導(dǎo)學(xué)號(hào)()A.在M、Q位置時(shí)，相同時(shí)間內(nèi)視察到屏上的閃光次數(shù)一樣多B.在P位置時(shí)，相同時(shí)間內(nèi)視察到屏上的閃光次數(shù)最多C.在Q位置時(shí)，屏上視察不到閃光D.在M位置時(shí)，屏上視察不到閃光【解析】選B。依據(jù)試驗(yàn)的現(xiàn)象，大多數(shù)α粒子射到金箔上時(shí)運(yùn)動(dòng)方向基本不變，仍沿直線運(yùn)動(dòng)，只有少數(shù)粒子方向發(fā)生變更，有的偏轉(zhuǎn)超過90°，甚至有的被反向彈回，則放在P位置時(shí)，相同時(shí)間內(nèi)視察到屏上的閃光次數(shù)最多；放到Q位置和M位置看到閃光次數(shù)很少，且放到Q位置時(shí)視察到屏上的閃光次數(shù)比放到M位置時(shí)視察到的閃光次數(shù)多，B正確，A、C、D錯(cuò)誤。原子核式結(jié)構(gòu)模型【典例2】如圖是盧瑟福的α粒子散射試驗(yàn)裝置，在一個(gè)小鉛盒里放有少量的放射性元素釙，它發(fā)出的α粒子從鉛盒的小孔射出，形成很細(xì)的一束射線，射到金箔上，最終打在熒光屏上產(chǎn)生閃耀的光點(diǎn)。下列說法正確的是 世紀(jì)金榜導(dǎo)學(xué)號(hào)()A.該試驗(yàn)是盧瑟福建立原子核式結(jié)構(gòu)模型的重要依據(jù)B.該試驗(yàn)證明了湯姆孫原子模型的正確性C.α粒子與原子中的電子碰撞會(huì)發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)D.絕大多數(shù)的α粒子發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)【解析】選A。盧瑟福依據(jù)α粒子散射試驗(yàn)，提出了原子核式結(jié)構(gòu)模型，選項(xiàng)A正確；盧瑟福提出了原子核式結(jié)構(gòu)模型的假設(shè)，從而否定了湯姆孫原子模型的正確性，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；電子質(zhì)量太小，對(duì)α粒子的影響不大，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；絕大多數(shù)α粒子穿過金箔后，幾乎仍沿原方向前進(jìn)，選項(xiàng)D錯(cuò)誤。1.α粒子散射試驗(yàn)：(1)α粒子散射試驗(yàn)裝置。(2)α粒子散射試驗(yàn)的結(jié)果：絕大多數(shù)α粒子穿過金箔后基本上仍沿原來的方向前進(jìn)，但少數(shù)α粒子穿過金箔后發(fā)生了大角度偏轉(zhuǎn)，極少數(shù)α粒子甚至被“撞了回來”。2.原子的核式結(jié)構(gòu)模型：(1)α粒子散射試驗(yàn)結(jié)果分析。①絕大多數(shù)α粒子沿直線穿過金箔，說明原子中絕大部分是空的；②少數(shù)α粒子發(fā)生較大角度偏轉(zhuǎn)，反映了原子內(nèi)部集中存在著對(duì)α粒子有斥力的正電荷；③極少數(shù)α粒子甚至被“撞了回來”，反映了個(gè)別α粒子正對(duì)著質(zhì)量比α粒子大得多的物體運(yùn)動(dòng)時(shí)，受到該物體很大的斥力作用。(2)原子的核式結(jié)構(gòu)模型：在原子的中心有一個(gè)很小的核，叫原子核，原子的全部正電荷和幾乎全部質(zhì)量都集中在原子核里，帶負(fù)電的電子在核外繞核旋轉(zhuǎn)。【加固訓(xùn)練】1.人類探討原子的結(jié)構(gòu)經(jīng)驗(yàn)了漫長的過程，其間有一些最具代表性的人和事，以下敘述符合歷史事實(shí)的是 ()A.湯姆孫運(yùn)用氣體放電管進(jìn)行試驗(yàn)，斷定陰極射線是帶負(fù)電的粒子流，并求出了這種粒子的比荷B.盧瑟福以自己的核式結(jié)構(gòu)模型為依據(jù)，利用愛因斯坦相對(duì)論觀點(diǎn)和量子理論學(xué)問，勝利地說明了α粒子散射試驗(yàn)現(xiàn)象C.玻爾受普朗克的量子論和愛因斯坦的光子的概念啟發(fā)，他否定了盧瑟福的原子核式結(jié)構(gòu)模型，提出了自己的原子結(jié)構(gòu)模型D.玻爾勝利說明了氫原子光譜的試驗(yàn)規(guī)律，弗蘭克-赫茲試驗(yàn)又證明了玻爾理論是正確的，玻爾理論完全揭示了微觀粒子運(yùn)動(dòng)的規(guī)律【解析】選A。A項(xiàng)說法符合客觀實(shí)際，A符合題意。盧瑟福以自己的核式結(jié)構(gòu)模型為依據(jù)，利用經(jīng)典的電磁理論，勝利地說明了α粒子散射試驗(yàn)現(xiàn)象，B不符合題意。玻爾受普朗克的量子論和愛因斯坦的光子的概念啟發(fā)，他發(fā)展了盧瑟福的原子核式結(jié)構(gòu)模型，提出了自己的原子結(jié)構(gòu)模型，C不符合題意。玻爾勝利說明了氫原子光譜的試驗(yàn)規(guī)律，弗蘭克-赫茲試驗(yàn)又證明了玻爾理論是正確的，玻爾理論仍有時(shí)代的局限性，沒有完全揭示微觀粒子運(yùn)動(dòng)的規(guī)律，D不符合題意。2.(多選)如圖所示為α粒子散射試驗(yàn)中α粒子穿過某一原子核旁邊時(shí)的示意圖，A、B、C三點(diǎn)分別位于兩個(gè)等勢(shì)面上，則以下說法中正確的是 ()A.α粒子在A處的速度比在B處的速度小B.α粒子在B處的速度最大C.α粒子在A、C處的速度大小相同D.α粒子在B處的速度比在C處的速度小【解析】選C、D。依據(jù)α粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡曲線，可判定α粒子受到的是斥力，由A到B庫侖力做負(fù)功，速度減?。挥葿到C庫侖力做正功，速度增大，故選項(xiàng)A、B錯(cuò)誤，D正確；由于A、C兩點(diǎn)位于同一等勢(shì)面上，從A到C電場力做功為零，所以α粒子在A、C處的速度大小相同，選項(xiàng)C正確。考點(diǎn)二氫原子能級(jí)圖及原子躍遷氫原子能量問題【典例3】(多選)(2024·六盤水模擬)如圖所示為氫原子的能級(jí)結(jié)構(gòu)示意圖,一群氫原子處于n=3能級(jí)的激發(fā)態(tài),在向較低能級(jí)躍遷的過程中向外輻射出光子,用這些光子照耀逸出功為2.49eV的金屬鈉。下列說法正確的是 ()A.這群氫原子能輻射出三種不同頻率的光,其中從n=3能級(jí)躍遷到n=2能級(jí)所發(fā)出的光波長最短B.這群氫原子在輻射光子的過程中電子繞核運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能減小,電勢(shì)能增大C.能發(fā)生光電效應(yīng)的光有三種D.金屬鈉表面所發(fā)出的光電子的最大初動(dòng)能是9.60eV【解析】選D。一群氫原子處于n=3的激發(fā)態(tài),在向較低能級(jí)躍遷的過程中,躍遷過程有3→1,3→2和2→1三種方式,所以輻射出三種光子,光子能量等于能級(jí)差,能量分別為hν1=E2-E1=10.20eV>W0,hν2=E3-E2=1.89eV<W0,hν3=E3-E1=12.09eV>W0,能夠發(fā)生光電效應(yīng)的只有2種,選項(xiàng)C錯(cuò)。其中光子能量最大的是從3→1輻射的光子,此光子能量最大,頻率最高,波長λ=cν最短,選項(xiàng)A錯(cuò)。這群氫原子在輻射光子的過程中,電子繞核運(yùn)動(dòng)的半徑變小,庫侖力供應(yīng)向心力,即kQqr2=mv2r,半徑變小,速度變大,動(dòng)能變大,此過程庫侖力做正功,電勢(shì)能削減,選項(xiàng)B錯(cuò)。從3→1躍遷時(shí)輻射光子能量最大,發(fā)出光電子的最大初動(dòng)能Ekm=hν3-W0=(EW0=-1.51eV-(-13.6eV)-2.49eV=9.6eV,選項(xiàng)D對(duì)。躍遷與能量問題【典例4】(2024·全國卷Ⅰ)氫原子能級(jí)示意圖如圖所示。光子能量在1.63eV～3.10eV的光為可見光。要使處于基態(tài)(n=1)的氫原子被激發(fā)后可輻射出可見光光子，最少應(yīng)給氫原子供應(yīng)的能量為 世紀(jì)金榜導(dǎo)學(xué)號(hào)()A.12.09eV B.10.20eVC.1.89eV D.1.51eV【解析】選A。處于基態(tài)(n=1)的氫原子被激發(fā)，至少被激發(fā)到n=3能級(jí)后，躍遷才可能產(chǎn)生能量在1.63eV～3.10eV的可見光，則最少應(yīng)給氫原子供應(yīng)的能量為ΔE=-1.51eV-(-13.60)eV=12.09eV，故選項(xiàng)A正確。譜線條數(shù)問題【典例5】(2024·南開區(qū)模擬)如圖所示為氫原子能級(jí)示意圖的一部分，依據(jù)玻爾理論，下列說法中正確的是 世紀(jì)金榜導(dǎo)學(xué)號(hào)()A.從n=4能級(jí)躍遷到n=3能級(jí)比從n=3能級(jí)躍遷到n=2能級(jí)輻射出電磁波的波長長B.大量處于n=4能級(jí)的電子向低能級(jí)躍遷時(shí)可放出4種頻率的光子C.從n=4能級(jí)躍遷到n=3能級(jí)，電子的電勢(shì)能增大D.從n=3能級(jí)躍遷到n=2能級(jí)時(shí)輻射的光子可以使逸出功為2.5eV的金屬發(fā)生光電效應(yīng)【解析】選A。由圖可知，從n=4能級(jí)躍遷到n=3能級(jí)比從n=3能級(jí)躍遷到n=2能級(jí)輻射出光子能量小，則輻射的光子頻率小，所以輻射的電磁波的波長長，A正確；依據(jù)玻爾理論，大量處于n=4能級(jí)的電子向低能級(jí)躍遷時(shí)可放出6種頻率的光子，B錯(cuò)誤；從n=4能級(jí)躍遷到n=3能級(jí)，氫原子輻射出光子，電子的運(yùn)動(dòng)半徑減小，則電子的電勢(shì)能減小，C錯(cuò)誤；從n=3能級(jí)躍遷到n=2能級(jí)時(shí)輻射的光子的能量E32=E3-E2=-1.51eV-(-3.4eV)=1.89eV<2.5eV，可知不能使逸出功為2.5eV的金屬發(fā)生光電效應(yīng)，D錯(cuò)誤。1.對(duì)氫原子能級(jí)圖的理解：(1)能級(jí)圖如圖所示。(2)能級(jí)圖中相關(guān)量意義的說明。相關(guān)量意義能級(jí)圖中的橫線表示氫原子可能的能量狀態(tài)——定態(tài)橫線左端的數(shù)字“1，2，3…”表示量子數(shù)橫線右端的數(shù)字“-13.6，-3.4…”表示氫原子的能量相鄰橫線間的距離表示相鄰的能量差，量子數(shù)越大，相鄰的能量差越小，距離越小帶箭頭的豎線表示原子由較高能級(jí)向較低能級(jí)躍遷，原子躍遷的條件為hν=Em-En2.兩類能級(jí)躍遷：(1)自發(fā)躍遷：高能級(jí)→低能級(jí)，釋放能量，發(fā)出光子。光子的頻率ν=ΔEh=E(2)受激躍遷：低能級(jí)→高能級(jí)，汲取能量。①光照(汲取光子)：汲取光子的全部