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2019年高中物理 第3章《原子世界探秘》綜合檢測 滬科版選修3-5 一、選擇題(本題包括10小題，每小題4分，共40分，全部選對的得4分，選對但不全的得2分，有選錯或不答的得0分) 1．(2011天津理綜)下列能揭示原子具有核式結(jié)構(gòu)的實驗是(　　) A．光電效應(yīng)實驗 B．倫琴射線的發(fā)現(xiàn) C．α粒子散射實驗 D．氫原子光譜的發(fā)現(xiàn) 【解析】　光電效應(yīng)實驗說明光具有粒子性，故A錯誤．倫琴射線為電磁波，故B錯誤．盧瑟福由α粒子散射實驗建立了原子的核式結(jié)構(gòu)模型，故C正確．氫原子光譜的發(fā)現(xiàn)說明原子光譜是不連續(xù)的，故D錯誤． 【答案】　C 2．下列描述，屬于經(jīng)典電磁理論的是(　　) A．核外電子的運行軌道是連續(xù)的 B．電子輻射的電磁波的頻率等于電子繞核轉(zhuǎn)動的頻率 C．電子是不穩(wěn)定的，最終要落到原子核上 D．原子光譜是線狀的 【解析】　根據(jù)經(jīng)典電磁理論，電子運行的軌道應(yīng)是連續(xù)的，且運行頻率等于輻射電磁波的頻率，因而原子光譜應(yīng)為連續(xù)光譜． 【答案】　ABC 3．對玻爾原子結(jié)構(gòu)假說，下列描述正確的是(　　) A．電子的運行軌道是連續(xù)的，不是量子化的 B．電子在固定軌道上繞行，雖不停地輻射能量，但軌道半徑不變 C．原子的能量分布是不連續(xù)的 D．能量最低的狀態(tài)叫基態(tài) 【解析】　由玻爾理論的內(nèi)容可知，電子的運行軌道是不連續(xù)的，不同的狀態(tài)對立不同的軌道，原子的能量是不連續(xù)的，原子所處的最低能量狀態(tài)為基態(tài)，由此可知C、D正確． 【答案】　CD 4．(xx上海單科)盧瑟福提出了原子的核式結(jié)構(gòu)模型，這一模型建立的基礎(chǔ)是(　　) A．α粒子的散射實驗 B．對陰極射線的研究 C．天然放射性現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn) D．質(zhì)子的發(fā)現(xiàn) 【解析】　盧瑟福根據(jù)α粒子的散射實驗的結(jié)果，提出原子的核式結(jié)構(gòu)模型，所以A項正確． 【答案】　A 5．氫原子的基態(tài)能量為E1，如圖所示，下列四個能級圖正確代表氫原子能級的是(　　) 【解析】　根據(jù)氫原子能級圖的特點：上密下疏，聯(lián)系各激發(fā)態(tài)與基態(tài)能級間的關(guān)系為En＝E1，可判斷C正確． 【答案】　C 6．可見光光子的能量在1.61 eV～3.10 eV范圍內(nèi)，若氫原子從高能級躍遷到量子數(shù)為n的低能級的譜線中有可見光，根據(jù)氫原子能級圖(如圖1所示)可判斷n為(　　) 圖1 A．1　　　 B．2　　　 C．3　　　 D．4 【解析】　從激發(fā)態(tài)躍遷到n＝1的狀態(tài)，釋放光子的最小能量為E2－E1＝10.20 eV>3.10 eV，由此知n≠1.從較高激發(fā)態(tài)躍遷到n＝2的狀態(tài)，釋放光子的能量為E3－E2＝1.90 eV，E4－E2＝2.55 eV，由此知n＝2從較高激發(fā)態(tài)躍遷到n＝3的狀態(tài)，釋放光子的最大能量為E∞－E3＝1.51 eV<1.61 eV，由此知n≠3，同理n≠4，因此B正確． 【答案】　B 7．關(guān)于氫原子對光的吸收或輻射條件，下列說法正確的是(　　) A．氫原子可吸收一切頻率的光子 B．氫原子可吸收大于相鄰兩個能級差值的所有頻率的光子 C．氫原子只吸收滿足兩個能級差的特定頻率的光子 D．氫原子輻射的光子能量一定等于兩個能級之間的差值 【解析】　所有原子包括氫原子對光子吸收是選擇吸收，輻射的光子是特定頻率，都滿足hν＝Em－En，故答案為C、D. 【答案】　CD 8．汞原子的能級圖如圖2所示，現(xiàn)讓一束光子能量為8.8 eV的單色光照射到大量處于基態(tài)(量子數(shù)n＝1)的汞原子上，能發(fā)出6種不同頻率的光．下列說法中正確的是(　　) 圖2 A．最大波長光子的能量為1.1 eV B．最大波長光子的能量為2.8 eV C．最大頻率光子的能量為2.8 eV D．最大頻率光子的能量為4.9 eV 【解析】　由題意知被光照射后的基態(tài)汞原子躍遷到n＝4上，且E4＝－1.6 eV，由n＝4到n＝3時輻射光子能量最小，且等于1.1 eV，波長最長．由n＝4到n＝1時輻射光子能量最大且等于8.8 eV. 【答案】　A 9．(2011渭南質(zhì)檢)用紫外線照射一些物質(zhì)時會發(fā)生熒光效應(yīng)，即物質(zhì)發(fā)出可見光，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法中正確的是(　　) A．兩次均向高能級躍遷，且|ΔE1|>|ΔE2| B．兩次均向低能級躍遷，且|ΔE1|<|ΔE2| C．先向高能級躍遷，再向低能級躍遷，且|ΔE1|<|ΔE2| D．先向高能級躍遷，再向低能級躍遷，且|ΔE1|>|ΔE2| 【解析】　用紫光照射物質(zhì)時，電子吸收光子的能量，從低能級向高能級躍遷，原子處在某一激發(fā)態(tài)時，不穩(wěn)定，再從高能級向低能級躍遷，發(fā)出可見光，釋放能量，在此過程中原子吸收的能量|ΔE1|大于從高能級向低能級躍遷時釋放的能量|ΔE2|，故選項D正確． 【答案】　D 10．氫原子部分能級的示意圖如圖3所示，不同色光的光子能量如下表所示： 圖3 處于某激發(fā)態(tài)的氫原子，發(fā)射的光的譜線在可見光范圍內(nèi)僅有2條，其顏色分別為(　　) A．紅、藍—靛　　　　 B．黃、綠 C．紅、紫 D．藍—靛、紫 【解析】　由七種色光的光子的不同能量可知，可見光光子的能量范圍為1.61～3.10 eV，故可能是氫原子由n＝4能級向n＝2能級躍遷過程中所輻射的光子，E1＝－0.85－(－3.40)＝2.55(eV)，即藍—靛光；也可能是氫原子由n＝3能級向n＝2能級躍遷過程中所輻射的光子，E2＝－1.51－(－3.40)＝1.89 (eV)，即紅光，選項A正確． 【答案】　A 二、填空題(本題2小題，共計10分) 11．(5分)根據(jù)玻爾的理論，電子在不同軌道上運動時能量是________的，軌道的量子化對應(yīng)著________的量子化．這些具有確定能量的穩(wěn)定狀態(tài)稱為________，能量最低的狀態(tài)叫________，也就是說，原子只能處于一系列________的能量狀態(tài)中． 【答案】　不連續(xù)　能量　定態(tài)　基態(tài)　不連續(xù) 12．(5分)玻爾對氫原子光譜的解釋是：原子從較高的能級向較低的能級躍遷時________光子的能量等于前后__________________，由于原子的能級是________的，所以放出的光子能量也是________的，因此原子的發(fā)射光譜只有一些________的亮線． 【答案】　輻射　兩個能級的能量差　不連續(xù)　不連續(xù)　分立 三、計算題(本題包括4個小題，共50分，解答時要寫出必要的文字說明、主要的解題步驟，有數(shù)值計算的要注明單位) 13．(10分)試計算處于基態(tài)的氫原子吸收波長為多長的光子，電子可以躍遷到n＝2的軌道上． 【解析】　氫原子基態(tài)對應(yīng)的能量E1＝－13.6 eV，電子在n＝2軌道上時，氫原子的能量為E2＝E1/22＝－3.4 eV.氫原子核外電子從第一軌道躍遷到第二軌道需要的能量： ΔE＝E2－E1＝10.2 eV＝1.63210－18 J 由玻爾理論有： hν＝ΔE，又ν＝c/λ，所以＝ΔE λ＝＝ m≈1.2210－7 m. 【答案】　1.2210－7 m 14．(10分)已知原子的基態(tài)能量為－13.6 eV，核外電子的第一軌道半徑為0.5310－10 m，電子質(zhì)量m＝9.110－31 kg，電量為1.610－19 C，求：電子躍遷到第三軌道時，氫原子的能量、電子的動能和電子的電勢能各多大？ 【解析】　本題考查了氫原子的核外電子繞核運動時相關(guān)的物理量與軌道半徑的關(guān)系． 由氫原子的能量公式知E3＝E1/32＝－13.6 eV/32＝－1.51 eV. 電子在第3軌道時半徑為　r3＝n2r1＝32r1① 電子繞核做圓周運動向心力即庫侖力，所以 ＝② 由①②可得電子動能為 Ek3＝mv ＝ ＝ eV ＝1.51 eV 由于E3＝Ek3＋Ep3，故電子的電勢能為：Ep3＝E3－Ek3＝－1.51 eV－1.51 eV＝－3.02 eV. 【答案】?。?.51 eV　1.51 eV?。?.02 eV 15．(14分)原子可以從原子間的碰撞中獲得能量，從而發(fā)生能級躍遷(在碰撞中，動能損失最大的是(完全非彈性碰撞)．一個具有13.6 eV動能、處于基態(tài)的氫原子與另一個靜止的、也處于基態(tài)的氫原子發(fā)生對心正碰，設(shè)碰撞中損失的能量全部被靜止的氫原子吸收． 圖4 (1)是否可以使基態(tài)氫原子發(fā)生能級躍遷(氫原子能級如圖4所示)． (2)若上述碰撞中可以使基態(tài)氫原子發(fā)生電離，則氫原子的初動能至少為多少？ 【解析】　設(shè)運動氫原子的速度為v0，完全非彈性碰撞后兩者的速度為v，損失的動能ΔE被基態(tài)氫原子吸收．若ΔE＝10.2 eV，則基態(tài)氫原子可由n＝1躍遷到n＝2.由動量守恒和能量守恒有： mv0＝2mv① mv＝mv2＋mv2＋ΔE② mv＝Ek③ Ek＝13.6 eV 解①②③④得，ΔE＝mv＝6.8 eV 因為ΔE＝6.8 eV<10.2 eV.所以不能使基態(tài)氫原子發(fā)生躍遷． (2)若使基態(tài)氫原子電離，則ΔE＝13.6 eV，代入①②③得Ek＝27.2 eV. 【答案】　不能　(2)27.2 eV 16．(16分)已知氫原子基態(tài)的電子軌道半徑r1＝0.5310－10m，基態(tài)的能級值為E1＝－13.6 eV. (1)求電子在n＝1的軌道上運轉(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． 【解析】　(1)電子繞核運動具有周期性．設(shè)運轉(zhuǎn)周期為T，由牛頓第二定律和庫侖定律有： ＝m()2r1① 又軌道上任一處，每一周期通過該處的電荷量為e，由電流的定義式得所求等效電流． I＝② 聯(lián)立①②得I＝ ＝ A ＝1.0510－3A. (2)這群氫原子自發(fā)躍遷輻射，會得到三條光譜線，如圖所示． (3)三條光譜線中波長最長的光子能量最小，發(fā)生躍遷的兩個能級的能量差最小，根據(jù)氫原子能級的分布規(guī)律可知，氫原子一定是從n＝3的能級躍遷到n＝2的能級 設(shè)波長為λ，由h＝E3－E2，得 λ＝ ＝ m ＝6.5810－7m. 【答案】　(1)1.0510－3A (2)見解析圖 (3)6.5810－7m