高中物理 第三章 原子世界探秘單元測試 滬科版選修35

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1、 第三章 原子世界探秘 本章測評 (時(shí)間：90分鐘　分值：100分) 一、選擇題(共12個(gè)小題，每小題4分，共48分) 1α粒子散射實(shí)驗(yàn)中，不考慮電子和α粒子的碰撞影響，是因?yàn)?　　) A．α粒子與電子根本無相互作用 B．α粒子受電子作用的合力為零，是因?yàn)殡娮邮蔷鶆蚍植嫉? C．α粒子和電子碰撞損失能量很少，可忽略不計(jì) D．電子很小，α粒子碰撞不到電子 2一群氫原子處于n＝4的激發(fā)態(tài)，當(dāng)它們自發(fā)地躍遷到較低的能級時(shí)(　　) A．可以輻射出3種不同頻率的光子 B．可能輻射出6種不同頻率的光子 C．頻率最低的光子是由n＝4能級向n＝1能級輻射出的 D．波長最長的光子是由n

2、＝4能級向n＝1能級輻射出的 3如圖所示為α粒子散射實(shí)驗(yàn)中α粒子穿過某一金屬核附近時(shí)的示意圖，a、b、c三點(diǎn)分別位于兩個(gè)等勢面上，則以下說法正確的是(　　) A．α粒子在a處的速率比在b處的小 B．α粒子在b處的速度最大 C．α粒子在a、c處的速度相同 D．α粒子在b處的速度比在c處的速度小 4在盧瑟福α粒子散射實(shí)驗(yàn)中，有少數(shù)α粒子發(fā)生較大角度的偏轉(zhuǎn)，其原因是(　　) A．原子的正電荷和絕大部分的質(zhì)量都集中在一個(gè)很小的核上 B．正電荷在原子中是均勻分布的 C．原子中存在著帶負(fù)電的電子 D．原子只能處于一系列連續(xù)的能量狀態(tài)中 5當(dāng)用具有1.87 eV能量的光子照射n＝3

3、激發(fā)態(tài)的氫原子時(shí)(　　) A．氫原子不會(huì)吸收這個(gè)光子 B．氫原子吸收光子后被電離，電離后電子的動(dòng)能為0.36 eV C．氫原子吸收光子后被電離，電離后電子的動(dòng)能為零 D．氫原子吸收光子后不會(huì)被電離 6氫原子的核外電子從距核較近的軌道躍遷到距核較遠(yuǎn)的軌道的過程中(　　) A．原子要吸收光子，電子的動(dòng)能增大，原子的電勢能增大 B．原子要吸收光子，電子的動(dòng)能減小，原子的電勢能減小 C．原子要吸收光子，電子的動(dòng)能增大，原子的電勢能減小 D．原子要吸收光子，電子的動(dòng)能減小，原子的電勢能增大 7氫原子的部分能級如圖所示。已知可見光的光子能量在1.62 eV到3.11 eV之間。由此可推

4、知， 氫原子 …(　　) A．從高能級向n＝1能級躍遷時(shí)發(fā)出的光的波長比可見光的短 B．從高能級向n＝2能級躍遷時(shí)發(fā)出的光均為可見光 C．從高能級向n＝3能級躍遷時(shí)發(fā)出的光的頻率比可見光的高 D．從n＝3能級向n＝2能級躍遷時(shí)發(fā)出的光為可見光 8氫原子的基態(tài)能級E1＝－13.6 eV，第n能級En＝，若氫原子從n＝3能級躍遷到n＝2能級時(shí)發(fā)出的光能使某金屬發(fā)生光電效應(yīng)，則以下躍遷中放出的光也一定能使此金屬發(fā)生光電效應(yīng)的是(　　) A．從n＝2能級躍遷到n＝1能級 B．從n＝4能級躍遷到n＝3能級 C．從n＝5能級躍遷到n＝3能級 D．從n＝6能級躍遷到n＝5能級 9用能

5、量為12.30 eV的光子去照射一群處于基態(tài)的氫原子，則受到光的照射后下列關(guān)于氫原子躍遷的說法正確的是(　　) A．電子躍遷到n＝2的能級上去 B．電子躍遷到n＝3的能級上去 C．電子躍遷到n＝4的能級上去 D．電子不能躍遷到其他能級上去 10氫原子能級的示意圖如圖所示，大量氫原子從n＝4的能級向n＝2的能級躍遷時(shí)輻射出可見光a，從n＝3的能級向n＝2的能級躍遷時(shí)輻射出可見光b，則(　　) A．氫原子從高能級向低能級躍遷時(shí)可能會(huì)輻射出γ射線 B．氫原子從n＝4的能級向n＝3的能級躍遷時(shí)會(huì)輻射出紫外線 C．在水中傳播時(shí)，a光較b光的速度小 D．氫原子在n＝2的能級時(shí)可吸收任

6、意頻率的光而發(fā)生電離 11“秒”是國際單位制中的時(shí)間單位，它等于133Cs原子基態(tài)的兩個(gè)超精細(xì)能級之間躍遷時(shí)所輻射的電磁波周期的9 192 631 770倍。據(jù)此可知，該兩能級之間的能量差為(普朗克常量h＝6.6310－34Js) … (　　) A．7.2110－24 J B．6.0910－24 J C．3.8110－5 eV D．4.5010－5 eV 12現(xiàn)有1 200個(gè)氫原子被激發(fā)到量子數(shù)為4的能級上，若這些受激發(fā)的氫原子最后都回到基態(tài)，則在此過程中發(fā)出的光子總數(shù)是(假定處在量子數(shù)為n的激發(fā)態(tài)的氫原子躍遷到各較低能級的原子數(shù)都是處

7、在該激發(fā)態(tài)能級上的原子總數(shù)的)(　　) A．2 200 B．2 000 C．1 200 D．2 400 二、填空題(共3個(gè)小題，每小題8分，共24分) 13大量氫原子在最低的四個(gè)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) 14氫原子從m能級躍遷到n能級時(shí)，輻射出波長為λ1的光子，從m能級躍遷到k能級時(shí)，輻射出波長為λ2的光子，若λ1＞λ2，則氫原子從n能級躍遷到k能級時(shí)，將__________波長為______________的光子

8、。 15氫原子的基態(tài)能量E1＝－13.6 eV，電子繞核運(yùn)動(dòng)的半徑r1＝0.5310－10 m。則氫原子處于n＝2的激發(fā)態(tài)時(shí)，(1)原子系統(tǒng)具有的能量為__________； (2)電子在軌道上運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能為____________； (3)電子具有的電勢能為________________。 三、計(jì)算與論證(共2個(gè)小題，每小題14分，共計(jì)28分。要有必須的解析過程，直接寫出結(jié)果的不得分) 16用一束光子去激發(fā)處于基態(tài)的氫原子，氫原子吸收了光子后剛好發(fā)生電離。已知E1＝－13.6 eV，求這束光子的頻率。 17氫原子的電子在第二條軌道和第三條軌道上運(yùn)動(dòng)時(shí)，其動(dòng)能之比、動(dòng)量之比、周期之

9、比分別為多少？ 參考答案 1解析：α粒子與電子之間存在著相互作用力，這個(gè)作用力是庫侖引力，但由于電子質(zhì)量很小，只有粒子質(zhì)量的七千分之一，碰撞時(shí)對α粒子的運(yùn)動(dòng)影響極小，幾乎不改變運(yùn)動(dòng)方向，就像一顆子彈撞上一粒塵埃一樣，故正確選項(xiàng)為C。 答案：C 2解析：從氫原子的能量級圖可知，最多能輻射6種光子，頻率最低的光子也是波長最長的光子，是從n＝4到n＝3發(fā)出的。 答案：B 3解析：原子核可看作是一個(gè)帶正電的點(diǎn)電荷，α粒子在點(diǎn)電荷的電場中運(yùn)動(dòng)，由能量守恒定律和功能關(guān)系求解。 本題綜合考查能量守恒定律，α粒子在發(fā)生散射時(shí)，動(dòng)能與電勢能之和守恒，α粒子在

10、a點(diǎn)與 c點(diǎn)時(shí)電勢能相等，故在經(jīng)過a、c兩點(diǎn)時(shí)，α粒子的動(dòng)能也必須相等，C選項(xiàng)正確；在α粒子從a點(diǎn)到b點(diǎn)的過程中，電場力對α粒子做負(fù)功，動(dòng)能減小，vA＞vB；在α粒子從b點(diǎn)到c點(diǎn)的過程中，電場力對α粒子做正功，動(dòng)能增大，vC＞vB，所以D選項(xiàng)正確；而A、B選項(xiàng)是錯(cuò)誤的。 答案：CD 4解析：只有正電荷和絕大部分質(zhì)量集中在很小的核上時(shí)，α粒子才能發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)，故選項(xiàng)A是正確的，選項(xiàng)B是錯(cuò)誤的。而選項(xiàng)C和選項(xiàng)D雖然說法正確，但是卻非直接原因，所以不是合適選項(xiàng)。 答案：A 5解析：處于n＝3激發(fā)態(tài)的氫原子所具有的能量為E3＝＝－1.51 eV，由于1.87 eV＋(－1.51) eV＞0，

11、說明氫原子能夠吸收該光子而發(fā)生電離，電離后電子的動(dòng)能為0.36 eV。 答案：B 6解析：根據(jù)玻爾理論，處于定態(tài)的氫原子中電子繞核做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，在離核越遠(yuǎn)的軌道上運(yùn)動(dòng)能量越大，必須吸收一定能量的光子后，電子才能從離核較近的軌道躍遷到離核較遠(yuǎn)的軌道，且氫原子的核外電子繞核運(yùn)動(dòng)的向心力由原子核對核外電子的庫侖引力提供，即＝，由此可判斷動(dòng)能與半徑成反比；電子在不同軌道間躍遷時(shí)，庫侖力做正功則電勢能減小，庫侖力做負(fù)功則電勢能增加，故D選項(xiàng)正確。 答案：D 7解析：本題考查玻爾的原理理論。從高能級向n＝1的能級躍遷的過程中輻射出的最小光子能量為9.20 eV，不在1.62 eV到3.11 eV

12、之間，A正確。已知可見光子能量在1.62 eV到3.11 eV之間從高能級向n＝2能級躍遷時(shí)發(fā)出的光的能量≤3.40 eV，B錯(cuò)。從高能級向n＝3能級躍遷時(shí)發(fā)出的光的頻率只有能量大于3.11 eV的光的頻率才比可見光高，C錯(cuò)。從n＝3到n＝2的過程中釋放的光的能量等于1.89 eV介于1.62到3.11之間，所以是可見光，D對。 答案：AD 8解析：由En＝可得各能級E2＝ eV＝－3.4 eV，E3＝ eV＝－1.51 eV，E4＝ eV＝－0.85 eV，E5＝ eV＝－0.54 eV，E6＝ eV＝－0.38 eV。氫原子由高能級向低能級躍遷時(shí)，輻射光子，由hν＝E－E′，可得 ν

13、0＝，ν1＝，ν2＝，ν3＝，ν4＝，又E3－E2＝1.89 eV，E2－E1＝10.2 eV，E4－E3＝0.66 eV，E5－E3＝0.97 eV，E6－E5＝0.16 eV，故只有ν1＞ν0，A選項(xiàng)正確。 答案：A 9解析：根據(jù)玻爾理論，原子的能量是不連續(xù)的，即能量是量子化的，因此只有那些能量剛好等于兩能級間能量差的光子才能被氫原子吸收，使氫原子發(fā)生躍遷。氫原子由基態(tài)向n＝2、3、4軌道躍遷時(shí)吸收的光子能量分別為 ΔE21＝－E1＝[－3.4－(－13.6)] eV＝10.20 eV ΔE31＝－E1＝[－1.51－(－13.6)] eV＝12.09 eV ΔE41＝－E1＝[

14、－0.85－(－13.6)] eV＝12.75 eV 而外來光子能量12.30 eV不等于某兩能級的能量差，故不能被氫原子吸收而產(chǎn)生躍遷，正確答案是選項(xiàng)D。 對原子的躍遷條件只是用于光子作用而使原子在各能級之間躍遷的情形，至于核外的粒子與原子碰撞的情況，由于核外的粒子的動(dòng)能可以全部或部分為原子吸收，所以只要入射粒子的動(dòng)能大于或等于原子某兩能級差，就可以使原子受激發(fā)而向較高能級躍遷，此題若改為用12.30 eV的外來電子激發(fā)處于基態(tài)的氫原子，則A、B選項(xiàng)均正確。 答案：D 10答案：C 11答案：BC 12解析：量子數(shù)n＝4的激發(fā)態(tài)的1 200個(gè)氫原子分別躍遷到n＝3、2、1的軌道上

15、的數(shù)目均為400個(gè)，此時(shí)發(fā)出1 200個(gè)光子，量子數(shù)n＝3的激發(fā)態(tài)的400個(gè)氫原子分別躍遷到n＝2、1的軌道上的數(shù)目均為200個(gè)，發(fā)出光子數(shù)為400個(gè)，量子數(shù)n＝2的激發(fā)態(tài)的600個(gè)氫原子躍遷到n＝1的軌道上的數(shù)目為600個(gè)，發(fā)出光子數(shù)為600個(gè)，則發(fā)出的總光子數(shù)為1 200＋400＋600＝2 200，所以A選項(xiàng)正確。 答案：A 13解析：由能級圖可看出，能級越高，相鄰能級間能量差越小，則輻射光子的頻率越小。 放出不同光子種類為N＝＝＝6， 又由hν＝Em－En得最小頻率光子為ν＝＝Hz ＝1.61014 Hz。 答案：6　1.61014 Hz 14解析：由玻爾躍遷假設(shè)可得，E

16、m－En＝，Em－Ek＝， 兩式相減得En－Ek＝，因?yàn)棣?＞λ2，則En＞Ek， 故氫原子由n能級向k能級躍遷時(shí)，輻射光子。 又En－Ek＝，則＝，解得輻射光子的波長λ＝。 答案：輻射　λ＝ 15解析：抓住原子在不同能量狀態(tài)下，核外電子的動(dòng)能Ekn、電勢能Ep及E的關(guān)系是解答本題的關(guān)鍵。(1)由En＝可得E2＝ eV＝－3.4 eV，即為原子系統(tǒng)的能量。 (2)由Ekn＝|En|，得Ek2＝|E2|＝3.4 eV，即電子在軌道上的動(dòng)能為3.4 eV。 (3)由Epn＝2En得，Ep2＝2E2＝－6.8 eV，即電子具有的勢能為－6.8 eV。 答案：(1)－3.4 eV　(2

17、)3.4 eV　(3)－6.8 eV 16解析：基態(tài)氫原子的電離能為13.6 eV，只要大于或等于13.6 eV的光都能使基態(tài)的氫原子吸收而發(fā)生電離，不過入射光子能量越大，原子電離后產(chǎn)生的自由電子的動(dòng)能就越大。處于基態(tài)的氫原子吸收光子發(fā)生電離，則光子能E≥E1，由題意知，該光子的能量E＝13.6 eV，又E＝hν，則光子頻率ν＝＝Hz＝3.281015 Hz 答案：3.281015 Hz 17解析：電子繞核運(yùn)動(dòng)，庫侖引力提供向心力，則 得Ek＝，則Ek2∶Ek3＝r3∶r2，又rn＝n2r1，故Ek2∶Ek3＝9∶4 由動(dòng)能與動(dòng)量的關(guān)系知p＝，故p2∶p3＝3∶2，且v2∶v3＝p2∶p3＝3∶2 由T＝知，周期之比T2∶T3＝∶＝＝8∶27 答案：9∶4　3∶2　8∶27 6EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F375