【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)》單元測(cè)試

單元測(cè)評(píng)(三)原子結(jié)構(gòu)(時(shí)間：90分鐘滿(mǎn)分：100分)第Ⅰ卷(選擇題，共48分)一、選擇題(本題有12小題，每小題4分，共48分．)1．(多選題)下列敘述中符合物理史實(shí)的有()A．愛(ài)因斯坦提出光的電磁說(shuō)B．盧瑟福提出原子核式結(jié)構(gòu)模型C．麥克斯韋提出光子說(shuō)D．湯姆孫發(fā)覺(jué)了電子解析：愛(ài)因斯坦提出光子說(shuō)，麥克斯韋提出光的電磁說(shuō)．答案：BD2．假如陰極射線(xiàn)像X射線(xiàn)一樣，則下列說(shuō)法正確的是()A．陰極射線(xiàn)管內(nèi)的高電壓能夠?qū)ζ浼铀伲瑥亩黾幽芰緽．陰極射線(xiàn)通過(guò)偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)時(shí)不會(huì)發(fā)生偏轉(zhuǎn)C．陰極射線(xiàn)通過(guò)偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)時(shí)能夠轉(zhuǎn)變方向D．陰極射線(xiàn)通過(guò)磁場(chǎng)時(shí)方向可能發(fā)生轉(zhuǎn)變解析：X射線(xiàn)是電磁波，不帶電，通過(guò)電場(chǎng)、磁場(chǎng)時(shí)不受力的作用，不會(huì)發(fā)生偏轉(zhuǎn)、加速，B正確．答案：B3．α粒子散射試驗(yàn)中α粒子經(jīng)過(guò)某一原子核四周時(shí)的兩種軌跡如圖所示，虛線(xiàn)為原子核的等勢(shì)面，α粒子以相同的速率經(jīng)過(guò)電場(chǎng)中的A點(diǎn)后，沿不同的徑跡1和2運(yùn)動(dòng)，由軌跡不能斷定的是()A．原子核帶正電B．整個(gè)原子空間都布滿(mǎn)著帶正電的物質(zhì)C．粒子在徑跡1中的動(dòng)能先削減后增大D．經(jīng)過(guò)B、C兩點(diǎn)兩粒子的速率相等解析：兩個(gè)徑跡都顯示α粒子受到的是斥力，所以原子核帶正電．粒子在徑跡1、2中原子核對(duì)它們先做負(fù)功，后做正功，動(dòng)能先減小，后增加．同一等勢(shì)面，勢(shì)能相同，動(dòng)能變化量也相同．答案：B4．(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(xiàn)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(xiàn)，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(xiàn)，可以分析地球大氣層中含有的元素種類(lèi)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)的原子吸取．故選項(xiàng)A、B正確．答案：AB5．(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：ABD6．(多選題)氫原子的核外電子由離原子核較遠(yuǎn)的軌道躍遷到離核較近的軌道上時(shí)，下列說(shuō)法中正確的是()A．核外電子受力變小B．原子的能量削減C．氫原子要吸取肯定頻率的光子D．氫原子要放出肯定頻率的光子解析：由玻爾理論知，當(dāng)電子由離核較遠(yuǎn)的軌道躍遷到離核較近的軌道上時(shí)，要放出能量，故要放出肯定頻率的光子；電子的軌道半徑小了，由庫(kù)侖定律知，它與原子核之間的庫(kù)侖力大了，故A、C項(xiàng)錯(cuò)，B、D項(xiàng)正確．答案：BD7．氫原子從n＝4的激發(fā)態(tài)直接躍遷到n＝2的激發(fā)態(tài)時(shí)，發(fā)出藍(lán)色光，則當(dāng)氫原子從n＝5的激發(fā)態(tài)直接躍遷到n＝2的激發(fā)態(tài)時(shí)，可能發(fā)出的是()A．紅外線(xiàn) B．紅光C．紫光 D．γ射線(xiàn)解析：n＝5的激發(fā)態(tài)直接躍遷到n＝2發(fā)出的光子的能量大于n＝4的激發(fā)態(tài)直接躍遷到n＝2上的，所以是紫光．γ射線(xiàn)是由原子核受到激發(fā)發(fā)出的，所以不屬于此種狀況．答案：C8．用紫外線(xiàn)照射一些物質(zhì)時(shí)，會(huì)發(fā)生熒光效應(yīng)，即發(fā)生可見(jiàn)光．這些物質(zhì)中的原子先后發(fā)生兩次躍遷，其能量變化分別為ΔE1和ΔE2.下列關(guān)于原子這兩次躍遷的說(shuō)法中正確的是()A．先向高能級(jí)躍遷，再向低能級(jí)躍遷，且|ΔE1|<|ΔE2|B．先向高能級(jí)躍遷，再向低能級(jí)躍遷，且|ΔE1|>|ΔE2|C．兩次均向高能級(jí)躍遷，且|ΔE1|>|ΔE2|D．兩次均向低能級(jí)躍遷，且|ΔE1|<|ΔE2|解析：物質(zhì)原子吸取紫外線(xiàn)，由低能級(jí)向高能級(jí)躍遷，處于高能級(jí)的原子再向低能級(jí)躍遷，發(fā)出可見(jiàn)光，因紫外線(xiàn)光子能量大于可見(jiàn)光的光子能量，故|ΔE1|>|ΔE2|，B正確．答案：B9．(多選題)如圖所示為氫原子的能級(jí)示意圖．現(xiàn)用能量介于10～12.9eV范圍內(nèi)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．照射光中只有一種頻率的光子被吸取B．照射光中有三種頻率的光子被吸取C．氫原子放射出三種不同波長(zhǎng)的光D．氫原子放射出六種不同波長(zhǎng)的光解析：氫原子只能吸取特定頻率的光子，才能從低能態(tài)躍遷到高能態(tài)，題中氫原子可能吸取的光子能量有：12.75eV、12.09eV、10.20eV、2.55eV、1.89eV和0.66eV，其中只有三種光子能量處在10～12.9eV范圍內(nèi)，所以照射光中有三種頻率的光子被吸取，選項(xiàng)A錯(cuò)誤，B正確；氫原子可以吸取大量能量為12.75eV的光子，從而從n＝1的基態(tài)躍遷到n＝4的激發(fā)態(tài)，由于大量處于n＝4的激發(fā)態(tài)的氫原子極不穩(wěn)定，又會(huì)放射出光子躍遷到低能態(tài)，共可放射出Ceq\o\al(2,4)＝eq\f(4×3,2)＝6種不同波長(zhǎng)的光，選項(xiàng)C錯(cuò)誤，D正確．答案：BD10．(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(xiàn)．內(nèi)層空位的產(chǎn)生有多種機(jī)制，其中一種稱(chēng)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(chēng)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(xiàn)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(xiàn)．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：AC11．如圖所示是某原子的能級(jí)圖，a、b、c為原子躍遷所發(fā)出的三種波長(zhǎng)的光．在下列該原子光譜的各選項(xiàng)中，譜線(xiàn)從左向右的波長(zhǎng)依次增大，則正確的是() A B C D解析：依據(jù)玻爾的原子躍遷公式heq\f(c,λ)＝Em－En可知，兩個(gè)能級(jí)間的能量差值越大，輻射光的波長(zhǎng)越短，從圖中可看出，能量差值最大的是E3－E1，輻射光的波長(zhǎng)a最短，能量差值最小的是E3－E2，輻射光的波長(zhǎng)b最長(zhǎng)，所以譜線(xiàn)從左向右的波長(zhǎng)依次增大的是a、c、b，C項(xiàng)正確．答案：C12．(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(chēng)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(chēng)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第Ⅱ卷(非選擇題，共52分)二、計(jì)算題(本題有4小題，共52分．解答應(yīng)寫(xiě)出必要的文字說(shuō)明、方程式和重要的演算步驟，只寫(xiě)出最終答案的不能得分．有數(shù)值計(jì)算的題，答案中必需明確寫(xiě)出數(shù)值和單位)13．(10分)氫原子中質(zhì)子不動(dòng)，電子繞質(zhì)子做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的半徑為r，電子的質(zhì)量m、速率v與半徑r的乘積mvr等于eq\f(h,2π)，h為普朗克常量．假如把電子換成μ子繞質(zhì)子做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，μ子帶電量與電子相同、質(zhì)量約為電子的210倍，μ子質(zhì)量、速率與半徑的乘積也等于eq\f(h,2π)，求μ子的軌道半徑r′.解析：電荷繞核做圓周運(yùn)動(dòng)，向心力由庫(kù)侖力供應(yīng)，有keq\f(Qq,r2)＝meq\f(v2,r)又mvr＝eq\f(h,2π)(4分)解之得r＝eq\f(h2,4π2kQqm)∝eq\f(1,qm)，(4分)r′＝eq\f(r,210).(2分)答案：eq\f(r,210)14．(12分)在α粒子散射試驗(yàn)中，依據(jù)α粒子與原子核發(fā)生對(duì)心碰撞時(shí)所能達(dá)到的最小距離可以估算原子核的大小，現(xiàn)有一個(gè)α粒子以2.0×107m/s的速度去轟擊金箔，若金原子的核電荷數(shù)為79.求該α粒子與金原子核間的最近距離(已知帶電粒子在點(diǎn)電荷電場(chǎng)中的電勢(shì)能表達(dá)式為E＝keq\f(q1q2,r)，α粒子的質(zhì)量為6.64×10－27kg.)解析：當(dāng)α粒子靠近原子核運(yùn)動(dòng)時(shí)，α粒子的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電勢(shì)能，達(dá)到最近距離時(shí)，動(dòng)能全部轉(zhuǎn)化為電勢(shì)能，設(shè)α粒子與原子核發(fā)生對(duì)心碰撞時(shí)所能達(dá)到的最小距離為d，則eq\f(1,2)mv2＝keq\f(q1q2,d).(6分)d＝2keq\f(q1q2,mv2)＝eq\f(2×9.0×109×2×79×1.6×10－192,6.64×10－27×2.0×1072)m＝2.7×10－14m答案：2.7×10－1415．(14分)氫原子光譜除了巴耳末系外，還有萊曼系、帕邢系等，其中帕邢系的公式為eq\f(1,λ)＝Req\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,32)－\f(1,n2)))，n＝4,5,6，…，R＝1.10×107m－1.若已知帕邢系的氫原子光譜在紅外線(xiàn)區(qū)域，試求：(1)n＝6時(shí)，對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)？(2)帕邢系形成的譜線(xiàn)在真空中的波速為多少？n＝6時(shí)，傳播頻率為多大？解析：(1)由帕邢系公式eq\f(1,λ)＝Req\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,32)－\f(1,n2)))，當(dāng)n＝6時(shí)，得λ＝1.09×10－6m(2)帕邢系形成的譜線(xiàn)在紅外區(qū)域，而紅外線(xiàn)屬于電磁波，在真空中以光速傳播，故波速為光速c＝3×108v＝eq\f(λ,T)＝λν，得ν＝eq\f(v,λ)＝eq\f(c,λ)＝eq\f(3×108,1.09×10－6)Hz＝2.75×1014Hz.(8分)答案：(1)1.09×10－6m(2)3×108m/s2.75×16．(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