2021高中物理-第二章-原子結(jié)構(gòu)-章末檢測卷(教科版選修3-5)

章末檢測卷(二)(時間：90分鐘滿分：100分)一、選擇題(本題共10小題，每小題4分，共40分)1．關(guān)于原子結(jié)構(gòu)，下列說法中正確的是()A．利用α粒子散射試驗(yàn)可以估算原子核的半徑B．利用α粒子散射試驗(yàn)可以估算核外電子的運(yùn)動半徑C．原子的核式結(jié)構(gòu)模型很好地解釋了氫原子光譜的試驗(yàn)D．處于激發(fā)態(tài)的氫原子放出光子后，核外電子運(yùn)動的動能將增大答案AD解析核外電子對α粒子幾乎沒有什么阻礙作用，故無法估算核外電子的運(yùn)動半徑，選項(xiàng)B錯誤；玻爾的氫原子模型很好地解釋了氫原子光譜的試驗(yàn)，選項(xiàng)C錯誤．故選A、D.2．在α粒子散射試驗(yàn)中，假如兩個具有相同能量的α粒子，從大小不同的角度散射出來，則散射角度大的這個α粒子()A．更接近原子核B．更遠(yuǎn)離原子核C．受到一個以上的原子核作用D．受到原子核較大的沖量作用答案AD解析散射角度大說明受的斥力大，離原子核更近．3．盧瑟福α粒子散射試驗(yàn)的結(jié)果()A．證明白質(zhì)子的存在B．證明白原子核是由質(zhì)子和中子組成的C．證明白原子的全部正電荷和幾乎全部質(zhì)量都集中在一個很小的核里D．證明白原子中的電子只能在某些軌道上運(yùn)動答案C解析該題考查的是α粒子散射試驗(yàn)對人類生疏原子結(jié)構(gòu)的貢獻(xiàn)．只要了解α粒子散射試驗(yàn)的結(jié)果及核式結(jié)構(gòu)的建立過程，就不難得出正確答案．α粒子散射試驗(yàn)發(fā)覺了原子內(nèi)存在一個集中了全部正電荷和幾乎全部質(zhì)量的核，數(shù)年后盧瑟福發(fā)覺核內(nèi)有質(zhì)子并預(yù)言核內(nèi)存在中子．故正確選項(xiàng)為C.4．處于基態(tài)的一群氫原子受某種單色光的照射，只放射波長為λ1、λ2、λ3的三種單色光，且λ1>λ2>λ3，則入射光的波長為()A．λ1 B．λ1＋λ2＋λ3C.eq\f(λ2λ3,λ2＋λ3) D.eq\f(λ1λ2,λ1＋λ2)答案D解析依據(jù)玻爾原子理論，入射光的頻率等于三種放射光中的最大頻率，則其波長等于三種放射光中的最短波長，即λ3.由玻爾原子理論，得eq\f(hc,λ3)＝eq\f(hc,λ1)＋eq\f(hc,λ2)，解得λ3＝eq\f(λ1λ2,λ1＋λ2)，故正確選項(xiàng)為D.5．光子能量為E的一束光照射容器中的氫原子(設(shè)氫原子處于n＝3的能級)，氫原子吸取光子后，能發(fā)出頻率為ν1、ν2、…、ν6的六種光譜線，且ν1<ν2<…<ν6，則E等于()A．hν1 B．hν6C．h(ν5－ν1) D．h(ν1＋ν2＋…＋ν6)答案A解析對于量子數(shù)n＝3的一群氫原子，當(dāng)它們向較低的激發(fā)態(tài)或基態(tài)躍遷時，可能產(chǎn)生的譜線條數(shù)為eq\f(nn－1,2)＝3，由此可判定氫原子吸取光子后的能量的能級是n＝4，且從n＝4到n＝3放出的光子能量最小，頻率最低即為ν1，因此，處于n＝3能級的氫原子吸取頻率ν1的光子(能量E＝hν1)，從n＝3能級躍遷到n＝4能級后，可發(fā)出6種頻率的光譜線．故答案為A.6．依據(jù)玻爾理論，在氫原子中，量子數(shù)n越大，則()A．電子軌道半徑越小B．核外電子運(yùn)動速度越大C．原子能量越大D．電勢能越小答案C解析由rn＝n2r1可知A錯；氫原子在n能級的能量En與基態(tài)能量E1的關(guān)系為En＝eq\f(E1,n2).由于能量E為負(fù)值，所以n越大，則En越大，所以C正確；在玻爾模型中氫原子核外層電子的運(yùn)動狀況是電子繞核運(yùn)動所需的向心力由庫侖力供應(yīng)keq\f(e2,r\o\al(2,n))＝eq\f(mv\o\al(2,n),rn).可知rn越大，速度越小，則B錯；由E＝Ek＋Ep可知D錯．7．在氫原子光譜中，可見光區(qū)域中有14條，其中有4條屬于巴爾末系，其顏色為一條紅色，一條藍(lán)色，兩條紫色．它們分別是從n＝3,4,5,6能級向n＝2能級躍遷時產(chǎn)生的，則()A．紅色光譜線是氫原子從n＝6能級向n＝2能級躍遷時產(chǎn)生的B．紫色光譜線是氫原子從n＝6或n＝5能級向n＝2能級躍遷時產(chǎn)生的C．若從n＝6能級躍遷到n＝1能級將產(chǎn)生紅外線D．若原子從n＝6能級躍遷到n＝2能級，躍遷時所輻射的光子不能使某金屬產(chǎn)生光電效應(yīng)，則原子從n＝6能級向n＝3能級躍遷時將可能使該金屬產(chǎn)生光電效應(yīng)答案B解析其能級躍遷圖如圖所示，從圖中可以看出從n＝6到n＝2的能量最大，應(yīng)為紫光，A錯誤，n＝5到n＝2是其次最值，故也應(yīng)為紫光，因此B正確，從n＝6到n＝1的能級差大于從n＝6到n＝2的能級差，故將產(chǎn)生紫外線，C錯誤，從n＝6到n＝2不能使該金屬發(fā)生光電效應(yīng)，則其他的就更不能使該金屬發(fā)生光電效應(yīng)，因此D項(xiàng)錯誤．8．處于激發(fā)態(tài)的原子假如在入射光的電磁場的影響下，引起由高能級向低能級躍遷，同時兩個狀態(tài)之間的能量差以光子的形式輻射出去，這種輻射叫受激輻射．原子發(fā)生受激輻射時，發(fā)出的光子的頻率、放射方向等，都跟入射光子完全一樣，這樣使光得到加強(qiáng)，這就是激光產(chǎn)生的機(jī)理．那么發(fā)生受激輻射時，產(chǎn)生激光的原子的總能量E、電勢能Ep、電子動能Ek的變化關(guān)系是()A．Ep增大、Ek增大、E減小B．Ep減小、Ek增大、E減小C．Ep增大、Ek增大、E增大D．Ep減小、Ek增大、E不變答案B解析原子由高能級向低能級躍遷時總能量減?。S遷后電子繞核運(yùn)動的半徑減小，由keq\f(e2,r2)＝meq\f(v2,r)得v＝eq\r(\f(ke2,mr))，可見電子的速度增大，即動能增大．運(yùn)動過程中庫侖力做正功，電勢能減?。蔬x項(xiàng)B正確．9．核磁共振成像(縮寫為MRI)是一種人體不接觸放射線，對人體無損害，可進(jìn)入人體多部位檢查的醫(yī)療影像技術(shù)．基本原理是：外來電磁波滿足確定條件時，可使處于強(qiáng)磁場中的人體內(nèi)含量最多的氫原子吸取電磁波的能量，去掉外來電磁波后，吸取了能量的氫原子又把這部分能量以電磁波的形式釋放出來，形成核磁共振信號．由于人體內(nèi)各種組織所含氫原子數(shù)量不同，或同種組織正常與病變時，所含氫原子數(shù)量不同，釋放的能量亦不同．將這種能量信號通過計算機(jī)轉(zhuǎn)換成圖像，就可以用來診斷疾?。P(guān)于人體內(nèi)氫原子吸取的電磁波能量，正確的有()A．任何頻率的電磁波氫原子均可吸取B．頻率足夠高的電磁波氫原子才吸取C．能量大于13.6eV的電磁波氫原子才能吸取D．氫原子只能吸取某些頻率的電磁波答案D解析氫原子只吸取能量等于能級差的電磁波．10.氦原子被電離出一個核外電子，形成類氫結(jié)構(gòu)的氦離子，已知基態(tài)的氦離子能量為E1＝－54.4eV，氦離子的能級示意圖如圖1所示，在具有下列能量的光子或者電子中，不能被基態(tài)氦離子吸取而發(fā)生躍遷的是()圖1A．42.8eV(光子) B．43.2eV(電子)C．41.0eV(電子) D．54.4eV(光子)答案A解析由于光子能量不行分，因此只有能量恰好等于兩能級差的光子才能被氦離子吸取，故選項(xiàng)A中光子不能被吸取，選項(xiàng)D中光子能被吸?。欢鴮?shí)物粒子(如電子)只要能量不小于兩能級差，均可被吸取．故選項(xiàng)B、C中的電子均能被吸?。⑻羁疹}(本題共2小題，共16分)11．(8分)已知?dú)湓拥幕鶓B(tài)能量為－13.6eV，其次能級E2＝－3.4eV，假如氫原子吸取________eV能量，可由基態(tài)躍遷到其次能級．假如再吸取1.89eV能量，還可由其次能級躍遷到第三能級，則氫原子的第三能級E3＝________eV.答案10.2－1.51解析由ΔE＝En－Em可得，從基態(tài)躍遷到n＝2的激發(fā)態(tài)要吸取光子的能量ΔE＝E2－E1＝－3.4eV－(－13.6eV)＝10.2eVE3＝E2＋ΔE′＝－3.4eV＋1.89eV＝－1.51eV.12．(8分)如圖2給出了氫原子最低的五個能級，大量氫原子在這些能級之間躍遷所輻射的光子的頻率最多有________種，其中最小的頻率等于________Hz.(保留兩位有效數(shù)字)圖2答案107.5×1013解析由能級圖可看出，能級越高，相鄰能級間能級差越小，則輻射光子的頻率越?。蓴?shù)學(xué)學(xué)問可得放出不同光子種類為N＝eq\f(nn－1,2)＝eq\f(5×5－1,2)＝10.又由hν＝En－Em得最小頻率光子為ν＝eq\f(E5－E4,h)＝eq\f([－0.54－－0.85]×1.6×10－19,6.63×10－34)Hz＝7.5×1013Hz.三、計算題(本題共4小題，共44分)13．(10分)氫原子處于基態(tài)時，原子的能級為E1＝－13.6eV，普朗克常量h＝6.63×10－34J·s，氫原子在n＝4的激發(fā)態(tài)時，問：(1)要使氫原子電離，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？答案(1)0.85eV(2)12.75eV解析(1)E4＝eq\f(E1,n2)＝eq\f(－13.6eV,42)＝－0.85eV使氫原子電離需要的最小能量E＝0.85eV(2)從n＝4能級躍遷到n＝1能級時，輻射的光子能量最大．ΔE＝E4－E1＝12.75eV.14．(10分)氫原子的能級如圖3所示，某金屬的極限波長恰好等于氫原子由n＝4能級躍遷到n＝2能級所發(fā)出的光的波長．現(xiàn)在用氫原子由n＝2能級躍遷到n＝1能級時發(fā)出的光去照射該金屬，則從該金屬表面逸出的光電子的最大初動能是多少？圖3答案7.65eV解析依據(jù)玻爾理論可知，氫原子由n＝4能級躍遷到n＝2能級時，輻射出的光子能量為hν＝E4－E2①據(jù)題意知，該金屬的逸出功為W＝hν②氫原子從n＝2能級躍遷到n＝1能級時，所輻射的光子能量為hν′＝E2－E1③由愛因斯坦光電效應(yīng)方程知，光電子的最大初動能Ek滿足Ek＝hν′－W④①②③④聯(lián)立可得：Ek＝2E2－E1－E4將E1＝－13.6eV，E2＝－3.40eV和E4＝－0.85eV代入上式，可得Ek＝7.65eV.15．(10分)氫原子第n能級的能量為En＝eq\f(E1,n2)，其中E1是基態(tài)能量，n＝1,2，…，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后分別處于第幾能級？答案氫原子放射光子前后分別處于第4能級與第2能級解析設(shè)氫原子放射光子前后分別處于第n能級和第m能級，則依題意有eq\f(E1,n2)－eq\f(E1,m2)＝－eq\f(3,16)E1eq\f(E1,m2)－E1＝－eq\f(3,4)E1，解得m＝2所以n＝4氫原子放射光子前后分別處于第4能級與第2能級．16．(14分)已知?dú)湓踊鶓B(tài)的電子軌道半徑為r1＝0.53×10－10m，基態(tài)的能級值為E1＝－13.6eV.(1)求電子在n＝2的軌道上運(yùn)轉(zhuǎn)形成的等效電流．(2)有一群氫原子處于量子數(shù)n＝3的激發(fā)態(tài)，畫出能級圖，在圖上用箭頭標(biāo)明這些氫原子能發(fā)出哪幾條光譜線．(3)計算這幾條光譜線中最長的波長．答案(1)1.3×10－4A(2)見解析(3)6.58×10－7m解析原子核帶正電，核外電子帶負(fù)電，它們之間存在的庫侖引力供應(yīng)向心力，從而使電子繞核做勻速圓周運(yùn)動．(1)電子繞核運(yùn)轉(zhuǎn)具有周期性，設(shè)運(yùn)轉(zhuǎn)周期為T，由牛頓其次定律和庫侖定律有keq\f(e2,r\o\al(2,2))＝meq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(2π,T)))2r2①且r2＝n2r1＝4r1②對軌道上任一處，每一周期通過該處的電荷量為e.由電流定義式得所求等效電流I＝eq\f(e,T)③聯(lián)立①②③式得I＝eq\f(e2,16πr1)eq\r(\f(k,mr1))＝eq\f(1.6×10－192,16×3.14×0.53×10－10)×eq\r(\f(9×109,9.1×10