第四章 原子结构 单元测试（word解析版）

2021-2022学年鲁科版（2019）选择性必修第三册
第四章
原子结构
单元测试（解析版）
第I卷（选择题）
一、选择题（共48分）
1．氢原子第能级的能量为，其中是基态能量，而，若一氢原子发射能量为
的光子后处于比基态能量高出的激发态，则氢原子辐射光子前后分别处于第几能级？（　　）
A．4
3
B．5
3
C．5
2
D．4
2
2．如图所示为α粒子散射实验的示意图：放射源发出α射线打到金箔上，带有荧光屏的放大镜转到不同位置进行观察，图中①②③为其中的三个位置，下列对实验结果的叙述或依据实验结果做出的推理正确的是（　　）
A．在位置②接收到的α粒子最多
B．在位置①接收到α粒子说明正电荷不可能均匀分布在原子内
C．位置②接收到的α粒子一定比位置①接收到的α粒子所受金原子核斥力的冲量更大
D．若正电荷均匀分布在原子内，则①②③三个位置接收到α粒子的比例应相差不多
3．关于原子结构的认识历程，下列说法正确的有（　　）
A．汤姆孙发现电子后猜想出原子内的正电荷集中在很小的核内
B．玻尔提出了原子能级结构假说，成功地解释了各种原子的光谱
C．卢瑟福的原子核式结构模型能够很好的解释光谱的分立特征和原子的稳定性
D．α粒子散射实验中少数α粒子发生了较大偏转是卢瑟福猜想原子核式结构模型的主要依据
4．如图为氢原子的能级图，已知可见光的光子能量范围为1.62eV—3.11eV，锌板的电子逸出功为3.34eV。下列说法正确的是（　　）
A．用能量为11.0eV的光子照射，可使处于基态的氢原子跃迁到激发态
B．处于能级的氢原子可以吸收任意频率的紫外线，并且使氢原子电离
C．大量处于能级的氢原子向基态跃迁时，辐射的三种不同频率的光子都可使锌板产生光电效应现象
D．大量于能级的氢原子向基态跃迁时所辐射出的光子通过同一双缝干涉实验装置，以直接跃迁到能级发出的光子所形成的干涉条纹最宽
5．按照玻尔的原子理论，大量氢原子从的激发态向较低能级跃迁时，最多能向外辐射（　　）
A．5种不同频率的光子
B．6种不同频率的光子
C．8种不同频率的光子
D．10种不同频率的光子
6．如图为氢原子的能级结构图。一群处于n=3能级的氢原子（　　）
A．总共可辐射出2种不同频率的光
B．从n=3能级跃迁到n=1能级产生的光频率最小
C．从n=3能级跃迁到n=1能级产生的光最容易表现出衍射现象
D．吸收能量为0.66eV的光子，可由n=3能级跃迁到n=4能级
7．氢原子第n能级的能量为（n=1，2，3…），大量处在n=3能级的氢原子向低能级跃迁过程中，下列说法中正确的是（　　）
A．氢原子的发射光谱为连续谱
B．会辐射出两种不同频率的光子
C．由n=2能级跃迁到n=1能级时产生的光子频率最小
D．辐射出的光子照射逸出功为4.54eV的金属钨，能使其发生光电效应的光子有两种
8．图甲为研究光电效应的电路图，图乙为静止在匀强磁场中的某种放射性元素的原子核衰变后产生的新核Y和某种射线的径迹，下列说法正确的是（
）
A．图甲利用能够产生光电效应的两种（或多种）频率已知的光进行实验可测出普朗克常量
B．图甲的正负极对调，在光照不变的情况下，可研究得出光电流存在饱和值
C．图乙对应的衰变方程为
D．图乙对应的衰变方程为
9．下列说法正确的是（　　）
A．普朗克在研究黑体辐射问题中提出了能量子假说
B．汤姆孙发现了电子，表明原子具有核式结构
C．卢瑟福的α粒子散射实验，揭示了原子核具有复杂的结构
D．玻尔对原子模型提出了三点假设，成功解释了氢原子发光现象
10．如图所示是氢原子的能级图，大量处于n＝5激发态的氢原子向低能级跃迁。其中巴尔末系是指氢原子由高能级向n＝2能级跃迁时释放的光子，则（　　）
A．这些氢原子跃迁时一共可以辐射出6种不同频率的光子，其中有3种属于巴尔末系
B．这些光子中波长最短的是n＝5激发态跃迁到n＝4时产生的
C．使n＝5能级的氢原子电离至少要0.54eV的能量
D．已知金属钾的逸出功为2.22eV，辐射产生的光子中能使金属钾产生光电子的共有6种
11．如图为氢原子的能级示意图，锌的逸出功是，那么对氢原子在能级跃迁过程中发射或吸收光子的特征认识正确的是（　　）
A．一群处于能级的氢原子向基态跃迁时，能放出3种不同频率的光
B．一群处于能级的氢原子向基态跃迁时，发出的光照射锌板，锌板表面所发出的光电子的最大初动能为
C．用能量为的光子照射，可使处于基态的氢原子跃迁到激发态
D．用能量为的光子照射，可使处于基态的氢原子电离
12．如图为α粒子散射实验装置的示意图，荧光屏和显微镜在图中的A、B、C、D四个位置时，关于观察到的现象，下述说法正确的是（　　）
A．相同时间内放在A位置时观察到屏上的闪光次数最多
B．相同时间内放在B位置时观察到屏上的闪光次数比放在A位置时少得多
C．放在C、D位置时屏上观察不到闪光
D．放在D位置时屏上看不到闪光
第II卷（非选择题）
二、解答题（共52分）
13．下图为氢原子的能级图，氢原子从某一能级跃迁到n=2的能级，辐射出能量为2.55
eV的光子．
（1）最少要给基态的氢原子提供多少电子伏特的能量，才能使它辐射上述能量的光子?
（2）请在图中画出获得该能量后的氢原子可能的辐射跃迁图．
（3）若用波长为200
nm的紫外线照射n＝2激发态的氢原子，则电子飞到离核无穷远处时的德布罗意波长为多少？(电子电荷量e＝1.6×10－19C，普朗克常量h＝6.63×10－34J·s，电子质量me＝9.1×10－31kg)
(该结果保留两位有效数字)
14．氢原子处于基态时，原子能量E1=-13.6
eV，氢原子各能级的关系为En=（n=1，2，3…）。今有一群处于n=4激发态的氢原子，最多可以辐射几种不同的光子？其中光子最小的能量是多少？
15．一个电子与一个基态氢原子碰撞，刚好使这个氢原子电离。这个电子的动能是多少？
16．1885年，巴尔末对当时已知的，氢原子在可见光区的四条谱线进行了分析，发现这些谱线的波长能够用一个公式表示，即（R为里德伯常量，）.物理学家玻尔28岁时连续发表三篇论文，成功地解释了氢原子光谱的规律，揭示了光谱线与原子结构的内在联系，玻尔理论是从经典理论向量子理论的一个重要过渡，为量子力学的诞生提供了条件，玻尔既引入了量子化的概念，同时又运用了“轨道”等经典物理理论和牛顿力学的规律推导出上述公式请同学们试用课本中的知识和以下假设定量做玻尔的推导.
(1)绕氢原子核旋转的电子质量为m，电荷量为e；
(2)取离核无限远处的电势能为零，半径r处电子的电势能为（k为静电力常量）；
(3)电子所在的轨道的圆周长与其动量的乘积等于普朗克常量h的整数倍时，这样的轨道才是电子的可能轨道.
参考答案
1．D
【详解】
设氢原子发射光子前后分别处于第l与第m能级，发射后的能量
则有
解得
m=2
发射前的能量
根据题意知
由此可得
将m=2代入上式解得
l=4
故氢原子发射光子前后分别处于第4与第2能级。
故选D。
2．B
【详解】
A．原子的内部是很空阔的，原子核非常小，所以绝大多数α粒子的运动轨迹没有发生偏转，则在位置③接收到的α粒子最多，所以A错误；
B．在位置①接收到α粒子说明正电荷不可能均匀分布在原子内，所以B正确；
C．位置②接收到的α粒子一定比位置①接收到的α粒子所受金原子核斥力的冲量更小，因为在位置①α粒子速度反向运动，则动量的变化量更大，所以冲量更大，则C错误；
D．若正电荷均匀分布在原子内，则α粒子与原子正面撞击，粒子最后反弹，则①②③三个位置接收到α粒子的比例应相差较多，所以D错误；
故选B。
3．D
【详解】
A．汤姆孙发现电子后猜想出原子核内的正电荷是均匀分布的，故A错误；
B．玻尔提出了原子能级结构假说，成功地解释了氢原子的光谱，但不能解释其他原子光谱，故B错误；
C．卢瑟福提出的原子核式结构模型，无法解释原子的稳定性和原子光谱的分立特征，故C错误；
D．α粒子散射实验中少数α粒子发生了较大偏转是卢瑟福猜想原子核式结构模型的主要依据，故D正确。
故选D。
4．B
【详解】
A．11.0eV的能量不等于基态与其它能级间的能级差，所以不能吸收而发生跃迁，选项A错误；
B．处于n=3能级的能量为-1.51eV，紫外线的光子能量大于3.11eV，可知处于n=3能级的氢原子可以吸收任意频率的紫外线，并且使氢原子电离，选项B正确；
C．大量处于能级的氢原子向基态跃迁时，辐射的光子中有3→1和2→1两种不同频率的光子大于锌板的电子逸出功为，可使锌板产生光电效应现象，选项C错误；
D．从n=4能级跃迁到n=1能级释放出的光子频率最大，波长最短，根据
可知从n=4能级跃迁到n=1能级释放出的光子束对应的干涉条纹间距最窄，选项D错误。
故选B。
5．D
【详解】
大量氢原子从的激发态向较低能级跃迁时，最多能向外辐射种频率不同的光子，故D正确，ABC错误。
故选D。
6．D
【详解】
A．根据可知，总共可辐射出3种不同频率的光，故A错误；
B．从n=3能级跃迁到n=1能级放出的能量最大，则产生的光频率最大，故B错误；
C．从n=3能级跃迁到n=1能级放出的能量最大，产生的光频率最大，波长最短，最不容易表现出衍射现象，故C错误；
D．由n=3能级跃迁到n=4能级需要的能量为
故D正确。
故选D。
7．D
【详解】
A．氢原子的发射光谱为线状光谱，不是连续谱，选项A错误；
B．大量处在n=3能级的氢原子向低能级跃迁过程中会辐射出种不同频率的光子，选项B错误；
C．由n=3能级跃迁到n=2能级时，能级差最小，则产生的光子频率最小，选项C错误；
D．因从2→1和3→1的跃迁中的能级差分别为10.2eV和12.09eV，大于金属钨的逸出功，则辐射出的光子照射逸出功为4.54eV的金属钨，能使其发生光电效应的光子有两种，选项D正确。
故选D。
8．ABD
【详解】
A.根据光电效应方程得，联立两式解得，所以分别测出两次电流表读数为零时电压表的示数U1和U2即可测得普朗克常量，选项A正确；
B.题图甲电源的正负极对调，此时光电管中所加电压为正向电压，在光照不变的情况下，通过调节滑动变阻器可调节光电管两端的电压，可研究得出光电流存在的饱和值，选项B正确；
CD.由题图乙可知，发生的是衰变，故衰变方程为，选项D正确，C错误.
9．AD
【详解】
A．普朗克在研究黑体辐射问题中提出了能量子假说，故A正确；
BC．汤姆孙发现了电子，卢瑟福的α粒子散射实验，揭示了原子的核式结构，而天然放射现象，说明原子核具有复杂的结构，故BC错误；
D．玻尔对原子模型提出了三点假设，成功解释了氢原子发光现象，故D正确；
故选AD。
10．CD
【详解】
A．这些氢原子跃迁时一共可以辐射出
即10种不同频率的光子，其中有3种属于巴尔末系，故A错误；
B．由图可知，n＝5激发态跃迁到n＝4时产生的光子的能量最小、频率最小，所以波长最长，故B错误；
C．由图知，n＝5能级电离能为0.
54eV，故C正确；
D．由图知，2-1，3-1，4-1，5-1，4-2，5-2六种光子能量超过钾的逸出功，故D正确。
故选CD。
11．ABD
【详解】
A一群处于能级的氢原子向基态跃迁时，根据可知，能放出3种不同频率的光，故A正确；
B．一群氢原子从向的能级发出的光子的能量最大为
因锌的逸出功是，锌板表面所发出的光电子的最大初动能为
故B正确；
C．没有能级差是10.3eV，所以用能量为10.3eV的光子照射，可使处于基态的氢原子不能跃迁到激发态；故C错误；
D．能量为14.0eV大于电离能13.6eV，因此此光子照射能使处于基态的氢原子电离，故D正确。
故选ABD。
12．AB
【详解】
根据α粒子散射实验结果：绝大多数α粒子穿过金箔后，基本上沿原方向前进，少数α粒子发生大角度偏转，极少数偏角超过90°，个别的被弹回。
A．因为绝大多数α粒子穿过金箔后，基本上沿原方向前进，所以在A位置观察到的闪光次数最多，
A正确；
B．因为少数α粒子发生大角度偏转，所以相同时间内放在B位置时观察到屏上的闪光次数比放在A位置时少得多，B正确；
CD．因为极少数偏角超过90°，个别的被弹回，所以放在C、D位置时屏上都能观察到闪光，但次数极少，CD错误；
故选AB。
13．（1）12.75
eV　
（2）跃迁图：
（3）
=7.3×10-10m（或=7.4×10-10m）
【解析】
【详解】
(1)氢原子从某一能级跃迁到n=2的能级，辐射出光子一定是从大于n=2的能级跃迁的，辐射光子的频率满足：hν=Em-E2
，则Em=hν+E2=-0.85
eV，结合题图知m=4
基态氢原子要跃迁到m=4的能级，应吸收的能量为ΔE=E4-E1，ΔE=12.75
eV，所以最少给基态氢原子提供12.75
eV的能量．
(2)辐射跃迁图如图所示．
(3)波长为200
nm的紫外线一个光子所具有的能量：E0＝＝9.945×10－19J
，由能量守恒得电子飞到离核无穷远处时的动能
EK＝E0－E1，电子动量
，电子的德布罗意波长
，代入数值解得=7.3×10-10m（或=7.4×10-10m）
14．6种；0.66
eV
【详解】
一群处于n=4激发态的氢原子自发地向低能级跃迁，根据
种
即共辐射六种不同频率的光子
其中由n=4能级跃迁到n=3能级时，辐射出的光子的能量最小，则
15．13.6ev
【详解】
基态氢原子具有的能量为-13.6ev，如果电子与基态氢原子碰撞时将所有能量都用来使氢原子电离，则该电子的动能至少是13.6ev。
16．见解析
【详解】
设氢原子核外电子的速度为，可能的轨道半径为，则有：
可得：
所以核外电子的总能量为：
由题意知：
故有：
由坡尔的跃迁理论有：
即：
可得：
故巴耳末系的波长符合公式：
，4，5