【名師一號(hào)】2021年人教版物理雙基限時(shí)練-選修3-5：第十八章《原子結(jié)構(gòu)》章末測(cè)試

《原子結(jié)構(gòu)》章末測(cè)試(時(shí)間：60分鐘滿分：100分)一、選擇題(每小題4分，共40分，把正確選項(xiàng)前的字母填在題后的括號(hào)內(nèi))1．在α粒子穿過(guò)金箔發(fā)生大角度散射的過(guò)程中，下列哪些說(shuō)法是正確的()A．α粒子始終受到原子核的斥力作用B．α粒子的動(dòng)能不斷減小C．α粒子的電勢(shì)能不斷增大D．α粒子發(fā)生散射，是與電子碰撞的結(jié)果解析α粒子始終受到原子核的斥力作用，動(dòng)能先削減后增大，電勢(shì)能先增大后減小，α粒子的質(zhì)量遠(yuǎn)大于電子的質(zhì)量，與電子碰撞后運(yùn)動(dòng)狀態(tài)基本保持不變，故A選項(xiàng)正確．答案A2．(多選題)以下論斷中正確的是()A．按經(jīng)典電磁理論，核外電子受原子核庫(kù)侖引力，不能靜止只能繞核運(yùn)轉(zhuǎn)，電子繞核加速運(yùn)轉(zhuǎn)，不斷地向外輻射電磁波B．按經(jīng)典理論，繞核運(yùn)轉(zhuǎn)的電子不斷向外輻射能量，電子將漸漸接近原子核，最終落入原子核內(nèi)C．依據(jù)盧瑟福的核式結(jié)構(gòu)理論，原子核外電子繞核旋轉(zhuǎn)，原子是不穩(wěn)定的，說(shuō)明該理論不正確D．經(jīng)典電磁理論可以很好地應(yīng)用于宏觀物體，但不能用于解釋原子世界的現(xiàn)象解析盧瑟福的核式結(jié)構(gòu)沒(méi)有問(wèn)題，主要問(wèn)題出在經(jīng)典電磁理論不能用來(lái)解釋原子世界的現(xiàn)象．答案ABD3．(多選題)關(guān)于太陽(yáng)光譜，下列說(shuō)法正確的是()A．太陽(yáng)光譜是吸取光譜B．太陽(yáng)光譜中的暗線是太陽(yáng)光經(jīng)過(guò)太陽(yáng)大氣層時(shí)某些特定頻率的光被吸取后而產(chǎn)生的C．依據(jù)太陽(yáng)光譜中的暗線，可以分析太陽(yáng)的物質(zhì)組成D．依據(jù)太陽(yáng)光譜中的暗線，可以分析地球大氣層中含有的元素種類解析由于太陽(yáng)是一個(gè)高溫物體，它發(fā)出的白光通過(guò)溫度較低的太陽(yáng)大氣層時(shí)，會(huì)被太陽(yáng)大氣層中的某些元素的原子吸取，從而使我們觀看到的太陽(yáng)光譜是吸取光譜，分析太陽(yáng)的吸取光譜，可知太陽(yáng)大氣層的物質(zhì)組成，而要觀看到某種物質(zhì)的吸取光譜，要求它的溫度不能太低，但也不能太高，否則會(huì)直接發(fā)光．由于地球大氣層的溫度很低，所以太陽(yáng)光通過(guò)地球大氣層時(shí)不會(huì)被地球大氣層中的某些物質(zhì)的原子吸?。蔬x項(xiàng)A、B正確．答案AB4．μ子與氫原子核(質(zhì)子)構(gòu)成的原子稱為μ氫原子(hydrogenmuonatom)，它在原子核物理的爭(zhēng)辯中有重要作用．右圖為μ氫原子的能級(jí)示意圖．假定光子能量為E的一束光照射容器中大量處于n＝2能級(jí)的μ氫原子，μ氫原子吸取光子后，發(fā)出頻率為ν1、ν2、ν3、ν4、ν5和ν6的光，且頻率依次增大，則E等于()A．h(ν3－ν1) B．h(ν5＋ν6)C．hν3 D．hν4解析μ氫原子吸取能量為E的光子后能發(fā)出6種頻率的光，即μ氫原子從n＝2躍遷到n＝4的能級(jí)．從n＝4能級(jí)向低能級(jí)躍遷發(fā)出光的能量由小到大為E43、E32、E42、E21、E31、E41，能量為E42的光子的頻率為ν3，故光子能量為hν3，C選項(xiàng)正確．答案C5．可見光光子的能量在1.61～3.10eV范圍內(nèi)，若氫原子從高能級(jí)躍遷到量子數(shù)為n的低能級(jí)的譜線中有可見光，依據(jù)氫原子能級(jí)圖可推斷n為()A．1 B．2C．3 D．4解析若從高能級(jí)躍遷到n＝1，則Emin＝10.20eV；若從高能級(jí)躍遷到n＝2，則Emin＝1.89eV；若從高能級(jí)躍遷到n＝3時(shí)，Emin＝0.66eV，Emax＝1.51eV，由此可知躍遷到n＝1和n＝3不行能產(chǎn)生可見光，同理，若氫原子從較高能級(jí)躍遷到n＝4能級(jí)時(shí)，Emax＝0.85eV，不是可見光，故B選項(xiàng)正確．答案B6．(多選題)已知?dú)湓拥哪芗?jí)規(guī)律為En＝eq\f(E1,n2)(其中E1＝－13.6eV，n＝1,2,3…)，現(xiàn)用光子能量為12.75eV的光子去照射一群處于基態(tài)的氫原子，則下列說(shuō)法正確的是()A．照射時(shí)不能被基態(tài)的氫原子吸取B．可能觀測(cè)到氫原子放射不同波長(zhǎng)的光有3種C．氫原子放射不同頻率的光，可見光有2種D．可能觀測(cè)到氫原子放射不同波長(zhǎng)的光有6種解析由題E41＝12.75eV，故基態(tài)氫原子吸取12.7eV的能量躍遷到n＝4的能級(jí)，可放射6種波長(zhǎng)的光，其中從n＝4、n＝3躍遷到n＝2的能級(jí)發(fā)出可見光，故C、D選項(xiàng)正確．答案CD7．(多選題)如圖所示，O點(diǎn)表示金原子核的位置，曲線ab和cd表示經(jīng)過(guò)該原子核四周的α粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡，其中可能正確的是()答案BD8．(多選題)若原子的某內(nèi)層電子被電離形成空位，其他層的電子躍遷到該空位上時(shí)，會(huì)將多余的能量以電磁輻射的形式釋放出來(lái)，此電磁輻射就是原子的特征X射線．內(nèi)層空位的產(chǎn)生有多種機(jī)制，其中一種稱為內(nèi)轉(zhuǎn)換，即原子中處于激發(fā)態(tài)的核躍遷回基態(tài)時(shí)，將躍遷時(shí)釋放的能量交給某一內(nèi)層電子，使此內(nèi)層電子電離而形成空位(被電離的電子稱為內(nèi)轉(zhuǎn)換電子).214Po的原子核從某一激發(fā)態(tài)回到基態(tài)時(shí)，可將能量E0＝1.416MeV交給內(nèi)層電子(如K、L、M層電子，K、L、M標(biāo)記原子中最靠近核的三個(gè)電子層)使其電離，試驗(yàn)測(cè)得從214Po原子的K、L、M層電離出的電子的動(dòng)能分別為EK＝1.323MeV、EL＝1.399MeV、EM＝1.412MeV.則可能放射的特征X射線的能量為()A．0.013MeV B．0.017MeVC．0.076MeV D．0.093MeV解析原子的某內(nèi)層電子被電離形成空位，其他層的電子躍遷到該空位上時(shí)，會(huì)將多余的能量以電磁輻射的形式釋放出來(lái)，就是原子的特征X射線．由于能量守恒，電子在原能級(jí)上運(yùn)動(dòng)時(shí)所具有的能量是動(dòng)能與獲得能量之差，由于各能級(jí)獲得的能量是相同的，所以各能級(jí)之差就是它們電離后具有的動(dòng)能之差，E＝ΔEk，由此放出光子的可能能量值E1＝(1.412－1.323)MeV＝0.089MeV，E2＝(1.412－1.399)MeV＝0.013MeV，E3＝(1.399－1.323)MeV＝0.076MeV.答案AC9．依據(jù)玻爾理論，某原子的電子從能量為E的軌道躍遷到能量為E′的軌道，輻射出波長(zhǎng)為λ的光子，h表示普朗克常量，c表示真空中的光速，則E′等于()A．E－h(huán)eq\f(λ,c) B．E＋eq\f(hλ,c)C．E－h(huán)eq\f(c,λ) D．E＋eq\f(hc,λ)答案C10．(多選題)在金屬中存在大量的價(jià)電子(可理解為原子的最外層電子)，價(jià)電子在原子核和核外的其他電子產(chǎn)生的電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)．電子在金屬外部時(shí)的電勢(shì)能比它在金屬內(nèi)部作為價(jià)電子時(shí)的電勢(shì)能大，前后兩者的電勢(shì)能差值稱為勢(shì)壘，用符號(hào)V表示．價(jià)電子就像被關(guān)在深為V的方箱里的粒子，這個(gè)方箱叫做勢(shì)阱，價(jià)電子在勢(shì)阱內(nèi)運(yùn)動(dòng)具有動(dòng)能，但動(dòng)能的取值是不連續(xù)的，價(jià)電子處于最高能級(jí)時(shí)的動(dòng)能稱為費(fèi)米能，用Ef表示．用紅寶石激光器向金屬放射頻率為ν的光子，具有費(fèi)米能的電子假如吸取了一個(gè)頻率為ν的光子而跳出勢(shì)阱，則()A．具有費(fèi)米能的電子跳出勢(shì)阱時(shí)的動(dòng)能Ek＝hν－V－EfB．具有費(fèi)米能的電子跳出勢(shì)阱時(shí)的動(dòng)能Ek＝hν－V＋EfC．若增大激光器的發(fā)光強(qiáng)度，具有費(fèi)米能的電子跳出勢(shì)阱時(shí)的動(dòng)能增大D．若增大激光器的發(fā)光強(qiáng)度，具有費(fèi)米能的電子跳出勢(shì)阱時(shí)的動(dòng)能不變解析依據(jù)能量守恒定律可得Ek－Ef＝hν－V，B正確；由B的結(jié)論，入射光的頻率打算電子動(dòng)能，與入射光的光強(qiáng)無(wú)關(guān)，D正確．答案BD二、填空題(包括2小題，共16分)11．(6分)在氫原子光譜中，電子從較高能級(jí)躍遷到n＝2能級(jí)發(fā)出的譜線屬于巴耳末線系．若一群氫原子自發(fā)躍遷時(shí)發(fā)出的譜線中只有2條屬于巴耳末線系，則這群氫原子自發(fā)躍遷時(shí)最多可發(fā)出________條不同頻率的譜線．解析由巴耳末公式eq\f(1,λ)＝R(eq\f(1,22)－eq\f(1,n2))可知?dú)湓幼园l(fā)躍遷時(shí)發(fā)出的譜線只有兩條屬于巴耳末線系，則分別是由n＝3和n＝4能級(jí)的自發(fā)躍遷產(chǎn)生的，則該群氫原子的最高能級(jí)應(yīng)處于n＝4的能級(jí)，則這群氫原子自發(fā)躍遷時(shí)最多可發(fā)出6條不同頻率的譜線．答案612．(10分)氫原子第n能級(jí)的能量En＝eq\f(E1,n2)，其中E1是基態(tài)能量，而n＝1、2、3….若一氫原子放射能量為－eq\f(3,16)E1的光子后處于比基態(tài)能量高出－eq\f(3,4)E1的激發(fā)態(tài)，則氫原子放射光子前處于第________能級(jí)，放射光子后處于第________能級(jí)．解析設(shè)氫原子放射光子前、后分別處于第m、l能級(jí)，依據(jù)題意eq\f(E1,m2)－eq\f(E1,l2)＝－eq\f(3,16)E1，eq\f(E1,l2)－E1＝－eq\f(3,4)E1，聯(lián)立解得m＝4，l＝2.答案42三、計(jì)算題(包括3小題，共44分，解答題應(yīng)寫出必要的文字說(shuō)明、方程式和重要的演算步驟)13．(14分)已知鋅板的截止波長(zhǎng)λ0＝372nm.依據(jù)玻爾理論，氫原子基態(tài)能量為－13.6eV，試通過(guò)計(jì)算說(shuō)明利用氫原子光譜中的光能否使鋅板發(fā)生光電效應(yīng)(真空中的光速c＝3.00×108m/s，普朗克常量h＝6.63×10答案氫原子光譜中，相應(yīng)光子的最大能量為13.6eV，最短波長(zhǎng)λ＝eq\f(hc,E)＝eq\f(6.63×10－34×3.00×108,13.6×1.6×10－19)m＝91.4nm＜λ.因此可以使鋅板發(fā)生光電效應(yīng)．14．(14分)氫原子在基態(tài)時(shí)軌道半徑r1＝0.53×10－10m，能量E1(1)電子的動(dòng)能；(2)原子的電勢(shì)能；(3)用波長(zhǎng)是多少的光照射可使其電離？解析(1)設(shè)氫原子處于基態(tài)時(shí)核外電子的速度為v1則eq\f(ke2,r\o\al(2,1))＝eq\f(mv\o\al(2,1),r1)電子的動(dòng)能Ek＝eq\f(1,2)mveq\o\al(2,1)＝eq\f(ke2,2r1)＝13.6eV.(2)E1＝Ep1＋Ek1所以Ep1＝E1－Ek1＝－13.6eV－13.6eV＝－27.2eV.(3)設(shè)用波長(zhǎng)λ的光照射可使基態(tài)氫原子電離即eq\f(hc,λ)＝0－E1λ＝－eq\f(hc,E1)＝－eq\f(6.63×10－34×3.00×108,－13.6×1.6×10－19)m＝0.914×10－7m答案(1)13.6eV(2)－27.2eV(3)0.914×10－715．(16分)氫原子的能級(jí)圖如圖所示．某金屬的極限波長(zhǎng)恰等于氫原子由n＝4能級(jí)躍遷到n＝2能級(jí)所發(fā)出的光的波長(zhǎng)．現(xiàn)在用氫原子由n＝2能級(jí)躍遷到n＝1能級(jí)時(shí)發(fā)出的光去照射，則從該金屬表面逸出的光電子的最大初動(dòng)能為多少．解析設(shè)氫原子由n＝4能級(jí)躍遷到n＝2能級(jí)所發(fā)出的光子波長(zhǎng)為λ0，由n＝2能級(jí)躍遷到n＝1能級(jí)所發(fā)出的光子波長(zhǎng)為λ，則E4－E2＝h