高中物理 第二章 原子結(jié)構(gòu)單元質(zhì)量評(píng)估 教科版選修35

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1、 第二章 原子結(jié)構(gòu) 單元質(zhì)量評(píng)估(二) (90分鐘　100分) 一、選擇題(本大題共12小題,1～9單選,10～12多選,每小題4分,共48分) 1.下列說(shuō)法不正確的是　(　　) A.電子的發(fā)現(xiàn)表明原子核有復(fù)雜結(jié)構(gòu) B.陰極射線的發(fā)現(xiàn)表明原子有復(fù)雜結(jié)構(gòu) C.α粒子散射實(shí)驗(yàn)證明了原子的核式結(jié)構(gòu) D.氫原子光譜表明氫原子的能量是不連續(xù)的 【解析】選A。電子的發(fā)現(xiàn)說(shuō)明電子是原子的組成部分,A錯(cuò)B對(duì)。由α粒子散射實(shí)驗(yàn)建立了原子的核式結(jié)構(gòu)模型,C對(duì)。氫原子光譜是明線光譜,說(shuō)明氫原子的能量是分立的,D對(duì)。故選A。 2.在α粒子轟擊金箔發(fā)生大角度散射的過(guò)程中,下列說(shuō)法正確的是　(　　

2、) A.α粒子一直受到金原子核的斥力作用 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】選A。α粒子在運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中一直受到庫(kù)侖力的作用,α粒子與原子核都帶正電,因此它們之間始終是斥力,故A正確;在α粒子靠近原子核的過(guò)程中,庫(kù)侖力做負(fù)功,動(dòng)能減小,電勢(shì)能增大,在遠(yuǎn)離原子核的過(guò)程中,庫(kù)侖力做正功,動(dòng)能增加,電勢(shì)能減小,故B、C錯(cuò);α粒子發(fā)生散射是原子核的庫(kù)侖力作用的結(jié)果,故D錯(cuò)。 3.關(guān)于陰極射線的性質(zhì),下列說(shuō)法正確的是　(　　) A.陰極射線是電子打在玻璃管壁上產(chǎn)生的 B.陰極射線本質(zhì)是電子 C.陰極射線在電磁場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)表明

3、陰極射線帶正電 D.陰極射線的比荷比氫原子核小 【解析】選B。陰極射線是原子受激發(fā)射出的電子流,故A、C錯(cuò),B對(duì);電子帶電量與氫原子相同,但質(zhì)量是氫原子的,故陰極射線的比荷比氫原子大,D錯(cuò)。 4.玻爾的原子模型解釋原子的下列問(wèn)題時(shí),和盧瑟福的核式結(jié)構(gòu)學(xué)說(shuō)觀點(diǎn)不同的是　(　　) A.電子繞核運(yùn)動(dòng)的向心力,就是電子與核間的靜電引力 B.電子只能在一些不連續(xù)的軌道上運(yùn)動(dòng) C.電子在不同軌道上運(yùn)動(dòng)的能量不同 D.電子在不同軌道上運(yùn)動(dòng)時(shí),靜電引力不同 【解析】選B。選項(xiàng)A、C、D的內(nèi)容在盧瑟福的核式結(jié)構(gòu)學(xué)說(shuō)中也有提及,而玻爾在他的基礎(chǔ)上引入了量子學(xué)說(shuō),假設(shè)電子位于不連續(xù)的軌道上,故選B。

4、 5.太陽(yáng)光譜是吸收光譜,這是因?yàn)樘?yáng)內(nèi)部發(fā)出的白光　(　　) A.經(jīng)過(guò)太陽(yáng)大氣層時(shí),某些特定頻率的光子被吸收后的結(jié)果 B.穿過(guò)宇宙空間時(shí),部分頻率的光子被吸收的結(jié)果 C.進(jìn)入地球的大氣層后,部分頻率的光子被吸收的結(jié)果 D.本身發(fā)出時(shí)就缺少某些頻率的光子 【解析】選A。太陽(yáng)光譜是一種吸收光譜,因?yàn)樘?yáng)發(fā)出的光穿過(guò)溫度比太陽(yáng)本身低得多的太陽(yáng)大氣層,而在大氣層里存在著從太陽(yáng)里蒸發(fā)出來(lái)的許多元素的氣體,太陽(yáng)光穿過(guò)它們的時(shí)候,跟這些元素的特征譜線相同的光都被這些氣體吸收掉了。 6.氫原子輻射出一個(gè)光子后,根據(jù)玻爾理論,下述說(shuō)法中正確的是　(　　) A.電子繞核做圓周運(yùn)動(dòng)的半徑增大 B

5、.氫原子的能級(jí)增大 C.氫原子的電勢(shì)能增大 D.氫原子核外電子的速率增大 【解析】選D。氫原子輻射出一個(gè)光子是由于繞核轉(zhuǎn)動(dòng)的電子由外層軌道向內(nèi)層軌道躍遷產(chǎn)生的,即由高能級(jí)向低能級(jí)躍遷產(chǎn)生的。因此選項(xiàng)A、B、C都是錯(cuò)誤的。電子和氫原子核之間的庫(kù)侖力提供電子繞核做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力,即k=m,所以v=e。由于k、e、m都為定值,所以r減小時(shí),v增大,故選D。 7.氫原子從能量為E1的較高激發(fā)態(tài)躍遷到能量為E2的較低激發(fā)態(tài),設(shè)真空中的光速為c,則　(　　) A.吸收光子的波長(zhǎng)為 B.輻射光子的波長(zhǎng)為 C.吸收光子的波長(zhǎng)為 D.輻射光子的波長(zhǎng)為 【解析】選D。由玻爾理論的躍遷假設(shè)知,當(dāng)

6、氫原子由較高的能級(jí)向較低的能級(jí)躍遷時(shí)輻射光子,由關(guān)系式hν=E1-E2得ν=。又有λ=,故輻射光子的波長(zhǎng)為λ=,D選項(xiàng)正確。 8.氫原子能級(jí)結(jié)構(gòu)如圖所示,以下說(shuō)法中正確的是　(　　) A.用一群動(dòng)能為12.78eV的電子轟擊大量處于基態(tài)的氫原子后,最多能輻射出3種不同頻率的光子 B.用一群動(dòng)能為12.78eV的電子轟擊大量處于基態(tài)的氫原子后,最多能輻射出6種不同頻率的光子 C.用一群能量為12.78eV的光子照射大量處于基態(tài)的氫原子后,最多能輻射出3種不同頻率的光子 D.用一群能量為12.78eV的光子照射大量處于基態(tài)的氫原子后,最多能輻射出6種不同頻率的光子 【解題指南】解答

7、本題應(yīng)明確以下兩點(diǎn): (1)原子由低能級(jí)向高能級(jí)躍遷時(shí),只有能量等于能級(jí)差的光子才能被吸收。 (2)原子吸收電子的能量由低能級(jí)向高能級(jí)躍遷時(shí),電子的能量必須大于或等于能級(jí)差。 【解析】選B。E2-E1=10.2eV,E3-E1=12.09eV,E4-E1=12.75eV,E5-E1=13.06eV,所以當(dāng)用12.78eV的光子照射氫原子時(shí),不能被氫原子吸收,也就不能向外輻射光子,C、D錯(cuò)。當(dāng)用12.78eV的電子轟擊基態(tài)氫原子時(shí),能使基態(tài)的氫原子躍遷至n=4的激發(fā)態(tài),當(dāng)氫原子再向基態(tài)或較低激發(fā)態(tài)躍遷時(shí),就能輻射出6種不同頻率的光子,B對(duì)、A錯(cuò)。 9.一個(gè)放電管發(fā)光,在其光譜中測(cè)得一條譜

8、線的波長(zhǎng)為1.22×10-7m,已知?dú)湓拥哪芗?jí)示意圖如圖所示,普朗克常量h=6.63×10-34J·s,電子電荷量e=1.60×10-19C,則該譜線所對(duì)應(yīng)的氫原子的能級(jí)躍遷是(取三位有效數(shù)字)　(　　) A.從n=5的能級(jí)躍遷到n=3的能級(jí) B.從n=4的能級(jí)躍遷到n=2的能級(jí) C.從n=3的能級(jí)躍遷到n=1的能級(jí) D.從n=2的能級(jí)躍遷到n=1的能級(jí) 【解析】選D。波長(zhǎng)為1.22×10-7m的光子能量E=h=J≈1.63×10-18J≈10.2eV,從圖中給出的氫原子能級(jí)圖可以看出,這條譜線是氫原子從n=2的能級(jí)躍

9、遷到n=1的能級(jí)的過(guò)程中釋放的,故D項(xiàng)正確。 10.有關(guān)氫原子光譜的說(shuō)法正確的是　(　　) A.氫原子的發(fā)射光譜是連續(xù)譜 B.氫原子光譜說(shuō)明氫原子只發(fā)出特定頻率的光 C.氫原子光譜說(shuō)明氫原子能級(jí)是分立的 D.氫原子光譜線的頻率與氫原子能級(jí)的能量差無(wú)關(guān) 【解析】選B、C。原子的發(fā)射光譜是原子躍遷時(shí)形成的,由于氫原子的能級(jí)是分立的,所以氫原子的發(fā)射光譜不是連續(xù)譜;原子發(fā)出的光子的能量正好等于原子躍遷時(shí)的能級(jí)差,故氫原子只能發(fā)出特定頻率的光.綜上所述,選項(xiàng)A、D錯(cuò),B、C對(duì)。 11.氫原子在某三個(gè)相鄰能級(jí)之間躍遷時(shí),可發(fā)出三種不同波長(zhǎng)的輻射光,已知其中的兩個(gè)波長(zhǎng)分別為λ1和λ2,且λ1

10、>λ2,則另一個(gè)波長(zhǎng)可能是　(　　) A.λ1+λ2　　 B.λ1-λ2　　 C.　　 D. 【解析】選C、D。設(shè)三個(gè)相鄰能級(jí)的能量分別為E1、E2、E3(E1<E2<E3),①若由E3到E2時(shí)發(fā)出光的波長(zhǎng)為λ1,由E2到E1時(shí)發(fā)出光的波長(zhǎng)為λ2,由E3到E1時(shí)發(fā)出光的波長(zhǎng)為λ3,有 h=E3-E2,h=E2-E1,h=E3-E1, 所以h+h=h,所以λ3=,C正確。 ②若由E3到E2時(shí),發(fā)出光的波長(zhǎng)為λ1;由E3到E1時(shí),發(fā)出光的波長(zhǎng)為λ2;由E2到E1時(shí)發(fā)出光的波長(zhǎng)為λ3,則h=E3-E2,h=E3-E1,h=E2-E1,所以h-h=h, λ3=,D正

11、確。 12.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,其中的一種稱(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)。釙214的原子從某一激發(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)記為原子中最靠近核的三個(gè)電子層)使其電離。實(shí)驗(yàn)測(cè)得從釙214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

12、.412MeV。則電子在K、L、M三個(gè)能級(jí)間躍遷時(shí)可能發(fā)射的特征X射線的能量為　(　　) A.0.013 MeV　　　　　　　　 B.0.017 MeV C.0.076 MeV D.0.093 MeV 【解析】選A、C。釙214的原子從某一激發(fā)態(tài)回到基態(tài)時(shí),內(nèi)層電子獲得能量E0=1.416MeV,E0與相應(yīng)原子能級(jí)的能量和為該電子電離后的動(dòng)能,設(shè)相應(yīng)原子能級(jí)的能量分別為EK′、EL′、EM′,故釙214原子的K、L、M三個(gè)能級(jí)的能量分別為EK′=EK-E0=(1.323-1.416)MeV=-0.093MeV EL′=EL-E0=(1.399-1.416)MeV =-

13、0.017 MeV EM′=EM-E0=(1.412-1.416)MeV =-0.004 MeV K、L、M三個(gè)能級(jí)間躍遷可以從能級(jí)M躍遷到能級(jí)K、從能級(jí)M躍遷到能級(jí)L、從能級(jí)L躍遷到能級(jí)K,發(fā)射特征X射線(光子)的能量分別為 ΔEMK=-0.004MeV-(-0.093 MeV) =0.089 MeV ΔEML=-0.004 MeV-(-0.017MeV)=0.013 MeV ΔELK=-0.017 MeV-(-0.093 MeV) =0.076 MeV。 二、計(jì)算題(本大題共4小題,共52分,要有必要的文字說(shuō)明和解題步驟,有數(shù)值計(jì)算的要注明單位) 13.(10分)已知?dú)?/p>

14、原子基態(tài)的能量是E1,一群處于n=4能級(jí)的氫原子自發(fā)躍遷,能釋放6種光子,求其中頻率最小的光子的能量。 【解析】從量子數(shù)n=4能級(jí)自發(fā)躍遷,能量最小的光子是由n=4能級(jí)躍遷到n=3能級(jí)放出的光子?！?2分) 由能級(jí)公式En=,　(2分) 得:E4=,E3=?、?2分) 躍遷公式:ΔE=E4-E3,　②(2分) 由①②得ΔE=-E1?！?2分) 答案:-E1 14.(12分)用α粒子和質(zhì)子分別做散射實(shí)驗(yàn),它們跟金原子核的最近距離分別為d1和d2。(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Ep=k) (1)如果α粒子和質(zhì)子都由靜止開(kāi)始經(jīng)相同的電壓加速后做實(shí)驗(yàn),則d1∶d2為多少?

15、 (2)如果α粒子和質(zhì)子具有相同的動(dòng)量值,則d1∶d2又為多少? 【解析】(1)α粒子或質(zhì)子在向金原子核靠近時(shí),動(dòng)能向電勢(shì)能轉(zhuǎn)化,相距最近時(shí),動(dòng)能為0,電勢(shì)能Ep= 則Ekα=U·qα①　(1分) Ekp=U·qp②　(1分) Ekα=?、邸?1分) Ekp=?、堋?1分) 由③④得==·　(1分) 將①②代入上式得 =·=　(1分) (2)當(dāng)α粒子和質(zhì)子具有相同的動(dòng)量值時(shí),設(shè)為p 則Ekα=,Ekp=　(2分) 又Ekα=,Ekp=　(2分) 得=×==。　(2分) 答案:(1)1∶1　(2)8∶1 15.(14

16、分)氫原子處于基態(tài)時(shí),原子的能量為E1=-13.6eV,當(dāng)處于n=3的激發(fā)態(tài)時(shí),能量為E3=-1.51eV,當(dāng)處于n=4的激發(fā)態(tài)時(shí),能量為E4=-0.85eV,則 (1)當(dāng)氫原子從n=3的激發(fā)態(tài)躍遷到n=1的基態(tài)時(shí),向外輻射的光子的波長(zhǎng)是多少? (2)若要使處于基態(tài)的氫原子電離,至少要用多大頻率的電磁波照射原子? (3)若有大量的氫原子處于n=4的激發(fā)態(tài),則在躍遷過(guò)程中可能釋放出幾種頻率的光子?其中波長(zhǎng)最長(zhǎng)的是多少? 【解析】(1)根據(jù)玻爾理論和E3-E1=h　(2分) λ= =m =1.03×10-7m(2分) (2)要使處于基態(tài)的氫原子電離,入射光子必須滿足 h

17、ν≥0-E1　(2分) 解得ν≥ =Hz =3.28×1015Hz(2分) (3)當(dāng)大量氫原子處于n=4能級(jí)時(shí),可釋放出的光子頻率種類(lèi)為N==6　(2分) 氫原子由n=4向n=3躍遷時(shí)放出的光子波長(zhǎng)最長(zhǎng),設(shè)為λ′, 則h=E4-E3　(2分) 所以λ′= =m =1.88×10-6m(2分) 答案:(1)1.03×10-7m　(2)3.28×1015Hz (3)6種　1.88×10-6m 【總結(jié)提升】求解氫原子由低能級(jí)到高能級(jí)躍遷與電離的方法 求解氫原子從低能級(jí)到高能級(jí)躍遷與電離問(wèn)題應(yīng)明確以下兩點(diǎn): (1)氫原子從低

18、能級(jí)到高能級(jí)躍遷時(shí),原子的能量變大,增大的能量等于高能級(jí)與低能級(jí)間的能量差,即ΔE=En-Em(n>m)。若此能量由光子提供,則氫原子要吸收光子,此光子的能量必須等于兩能級(jí)差,否則不被吸收。若此能量由實(shí)物粒子提供,實(shí)物粒子的動(dòng)能可全部或部分地被原子吸收,所以只要實(shí)物粒子的動(dòng)能Ek≥ΔE就可使原子發(fā)生能級(jí)躍遷。 (2)氫原子中的電子克服原子核引力做功,逃逸到無(wú)窮遠(yuǎn)處成為自由電子,即氫原子的電離。所以要使處于某一定態(tài)(Em)的氫原子電離,必須使電子逃逸到無(wú)窮遠(yuǎn)處,所需能量ΔE=E∞-Em=-Em,無(wú)論是光子還是實(shí)物粒子提供能量,只要能量大于等于ΔE即可,多余的能量變?yōu)殡娮拥膭?dòng)能。用光子使處

19、于定態(tài)Em的氫原子電離,則hν≥-Em。用實(shí)物粒子使處于Em定態(tài)的氫原子電離,則實(shí)物粒子動(dòng)能Ek≥-Em。 16.(16分)氫原子處于基態(tài)時(shí),原子能量E1=-13.6eV,已知電子電量e=1.6×10-19C,電子質(zhì)量m=0.91×10-30kg,氫的核外電子的第一條可能軌道的半徑為r1=0.53×10-10m。 (1)若要使處于n=2能級(jí)的氫原子電離,至少要用頻率多大的電磁波照射氫原子? (2)氫原子核外電子的繞核運(yùn)動(dòng)可等效為一環(huán)形電流,則氫原子處于n=2的激發(fā)態(tài)時(shí),核外電子運(yùn)動(dòng)的等效電流多大? (3)若已知鈉的極限頻率為6.00×1014Hz

20、,今用一群處于n=4的激發(fā)態(tài)的氫原子發(fā)射的光譜照射鈉,試通過(guò)計(jì)算說(shuō)明有幾條譜線可使鈉發(fā)生光電效應(yīng)。 【解析】(1)要使處于n=2的氫原子電離,照射光光子的能量應(yīng)能使電子從第2能級(jí)躍遷到無(wú)限遠(yuǎn)處,最小頻率的電磁波的光子能量應(yīng)為hν=0-(-)　(2分) 得ν=8.21×1014Hz(2分) (2)氫原子核外電子繞核做勻速圓周運(yùn)動(dòng),庫(kù)侖力作向心力,有 =?、佟?3分) 其中r2=4r1 根據(jù)電流強(qiáng)度的定義I=　②　(3分) 由①②得I=　③　(1分) 將數(shù)據(jù)代入③得I=1.3×10-4A(1分) (3)由于鈉的極限頻率為6.00×1014Hz,則使鈉

21、發(fā)生光電效應(yīng)的光子的能量至少為 E0=hν=eV=2.486eV(2分) 一群處于n=4的激發(fā)態(tài)的氫原子發(fā)射的光子,要使鈉發(fā)生光電效應(yīng),應(yīng)使躍遷時(shí)兩能級(jí)的差ΔE≥E0,所以在六條光譜線中有E41=12.75eV、E31=12.09eV、E21=10.2eV、E42=2.55eV,即由n=4向n=1躍遷,由n=4向n=2躍遷,由n=3向n=1躍遷,由n=2向n=1躍遷時(shí)輻射的四條譜線可使鈉發(fā)生光電效應(yīng)。(2分) 答案:(1)8.21×1014Hz　(2)1.3×10-4A (3)見(jiàn)解析 【補(bǔ)償訓(xùn)練】 處于n=3能級(jí)的氫原子能夠自發(fā)地向低能級(jí)躍遷。 (1)躍遷過(guò)程

22、中電子動(dòng)能和原子能量如何變化? (2)可能輻射的光子波長(zhǎng)是多少?(普朗克常數(shù)h=6.63×10-34J·s) 【解析】(1)電子從外軌道進(jìn)入內(nèi)軌道,半徑變小,由于=則Ek=mv2=,由此可知?jiǎng)幽茉龃?在此過(guò)程中,原子向外輻射光子,因此原子能量減少。 (2)原子的可能躍遷及相應(yīng)波長(zhǎng) ①?gòu)膎=3到n=2 E3=-1.51eV,E2=-3.4eV 由hν=h=En-Em得 λ1==m=6.58×10-7m ②從n=3到n=1 E1=-13.60eV λ2= =m=1.03×10-7m ③從n=2到n=1 λ3==m =1.22×10-7m 答案:(1)電子動(dòng)能增大,原子能量減少 (2)6.58×10-7m　1.03×10-7m　1.22×10-7m 6EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F375