第四章 原子结构 单元测试题（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
单元测试题（解析版）
第I卷（选择题）
一、选择题（共48分）
1．卢瑟福在进行粒子散射实验时，用粒子轰击金箔后，发现粒子（　　）
A．全部穿过或发生很小偏转
B．绝大多数穿过，只有少数发生较大偏转，有的甚至被弹回
C．绝大多数发生很大偏转，甚至被弹回，只有少数穿过
D．全部发生很大偏转
2．a、b两种可见光在同一光电效应装置中测得的光电流和电压的关系如图甲所示。图乙为氢原子能级图，已知可见光的光子能量在1.62eV到3.11eV之间，下列说法正确的是（　　）
A．a光的波长比b光的短
B．单色光a的光子动量比单色光b的光子动量大
C．若a光是氢原子从n=4跃迁到n=2能级时发出的光，则b光可能是从n=5跃迁到n=2能级时发出的光
D．用Ek=12.8eV的电子去轰击基态的氢原子，可能得到六种频率的可见光
3．关于物理学家和他们的贡献，下列说法正确的是（　　）
A．麦克斯韦预言了电磁波的存在，并且通过实验证实了电磁波的存在
B．爱因斯坦的光电效应说明光具有波动性
C．卢瑟福通过对阴极射线的研究提出了“枣糕模型”
D．玻尔的原子模型成功地解释了氢原子光谱的实验规律
4．如图为氢原子的能级示意图，现有大量的氢原子处于n=4的激发态，当原子向低能级跃迁时辐射出若干不同频率的光。关于这些光，下列说法正确的是（　　）
A．这些氢原子总共可辐射出3种不同频率的光
B．频率最大的光是由n=2能级跃迁到n=1能级产生的
C．波长最大的光是由n=2能级跃迁到n=1能级产生的
D．用由n=2能级跃迁到n=1能级辐射出的光去照射逸出功为6.34
eV的金属铂能发生光电效应
5．有两个质量为m的均处于基态的氢原子A、B，A静止，B以速度v0与它发生碰撞。已知碰撞前后二者的速度均在一条直线上，碰撞过程中部分动能有可能被某一氢原子吸收，从而使该原子由基态跃迁到激发态，然后此原子向低能级跃迁，并放出光子。若氢原子碰撞后放出一个光子，已知氢原子的基态能量为E1（E1<0），则速度v0至少为（　　）
A．
B．
C．
D．
6．氢原子的能级示意图如图所示，处于n=4能级的一群氢原子向低能级跃迁时，辐射出的光子再照射到逸出功为2.30eV的某金属板上，下列说法正确的是（　　）
A．共有10种不同频率的光子辐射出来
B．共有6种不同频率的光子能使该金属发生光电效应现象
C．入射光子的频率越高，逸出光电子的最大初动能越大
D．从金属板中逸出的光电子就是β射线
7．氢原子的能级图如图甲所示，一群处于第4能级的氢原子，向低能级跃迁过程中能发出6种不同频率的光，其中只有频率为νa、νb两种光可让图乙所示的光电管阴极K发生光电效应。分别用频率为νa、νb的两个光源照射光电管阴极K，测得电流随电压变化的图像如图丙所示。下列说法中正确的是（
）
A．处于第4能级的氢原子可以吸收一个能量为0.75eV的光子并电离
B．图丙中的图线b所表示的入射光是氢原子由第4能级向基态跃迁发出的
C．图丙中的图线b所表示的入射光的光子能量为12.09eV
D．用图丙中的图线a所表示的光照射阴极K时，光电子的最大初动能比用图线b所表示的光照射时更大
8．下列说法不正确的有（
）
A．通过对月光进行光谱分析，可知月球上存在氦3元素
B．天然放射性元素23290Th（钍）共经过4次α衰变和6次β衰变变成20882Pb（铅）
C．原子核的比结合能越小，原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定
D．在光电效应实验中，采用极限频率为νc=5.5×1014
Hz钠阴极，已知普朗克常量h=6.6×10－34
J·s，电子质量m=9.1×10－31
kg．用频率ν=7.5×1014
Hz的紫光照射钠阴极产生光电子的德布罗意波长的数量级为10－9
m
9．下列说法中正确的是（　　）
A．一群处于n=3能级的氢原子自发跃迁时最多能发出2种不同频率的光子
B．一个处于n=3能级的氢原子自发跃迁时最多能发出2种不同频率的光子
C．当入射光的频率大于金属的极限频率时，才能发生光电效应
D．只要入射光的强度足够强，就能产生光电效应
10．氢原子能级图如图所示，氢原子从的各个能级直接跃迁至能级时，辐射光的谱线称为巴尔末线系。关于巴尔末线系，下列说法正确的有（　　）
A．波长最长的谱线对应光子的能量为
B．大量处于能级的氢原子向基态跃迁过程，可辐射出6种处于巴尔末线系的光子
C．氢原子从能级跃迁至能级时，辐射出的光子不能使逸出功为的金属发生光电效应
D．若氢原子从能级跃迁至能级时辐射出的光子能使某金属发生光电效应，则光电子的最大初动能为
11．如图所示为氢原子的能级示意图。用一束单色光照射一群处于基态的氢原子，氢原子跃迁到n＝4的激发态，并从第4能级跃迁回基态，已知普朗克常量为h，真空中光速为c，氢原子基态时的能量为，则（　　）
A．此过程中最多能发出6种不同频率的光
B．此过程中发出的光，最长的波长为-
C．用来照射的单色光的光子频率为-
D．用来照射的单色光的光子频率v为-
12．下列说法正确的是（
）
A．各种原子的发射光谱都是连续谱
B．爱因斯坦的光子说解释了光电效应现象，光电子的最大初动能与入射光子的频率有关
C．原子核的比结合能大小可反映原子核的稳定程度，该值随质量数的增加而增大
D．根据α粒子散射实验，卢瑟福提出了原子核式模型
第II卷（非选择题）
二、解答题（共52分）
13．一定质量的理想气体从外界吸收了的热量，同时气体对外界做了的功。
（1）物体的内能增加还是减少？变化量是多少？
（2）分子势能增加还是减少？
（3）分子的平均动能增加还是减少？
14．1885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.
15．研究表明，用具有一定能量的电子轰击处于基态的氢原子，当电子能量大于等于氢原子的能级差时，氢原子就会发生跃迁，剩余能量仍保留为电子的动能。如图所示，甲为氢原子的能级图，乙为研究光电效应的实验电路图，用一束能量为的电子束轰击一群处于基态的氢原子，被激发后的氢原子不稳定，向低能级跃迁，辐射出的光子照射到用钨做成极的光电管上，已知金属钨的逸出是，电子的电荷量为。
（1）处于激发态的氢原子能辐射出几种光子；
（2）当电流表的示数为时，求内到达阳极的光电子数；
（3）当电压表示数为多大时，微安表的示数刚好为零。
16．如图是研究光电效应的实验电路和氢原子的能级示意图。现用等离子态的氢气（即电离态，）向低能级跃迁时所发出的光照射光电管的阴极，测得电压表的示数是。已知光电管阴极材料的逸出功是，普朗克常数，结果均保留两位有效数字。求：（，）
(1)氢气发光的最短波长；
(2)该光电管阴极材料发生光电效应的极限波长；
(3)光电子到达阳极的最大动能为多少电子伏特。
参考答案
1．B
【详解】
粒子散射实验时的现象主要有，绝大多数穿过原子，运动方向没有改变，只有少数发生较大角度的偏转，极个别甚至被弹回，B正确。
故选B。
2．C
【详解】
A．在光电效应装置中，a的遏止电压低，根据
可知a光的光子的频率小，又由于
因此a光的波长比b光的长，A错误；
B．根据
由于a光的波长比b光的大，因此单色光a的光子动量比单色光b的光子动量小，B错误；
C．从n=4跃迁到n=2能级时发出的光子能量
由于a光的光子能量小，因此b光可能是从n=5跃迁到n=2能级时发出的光，C正确；
D．用E=12.8eV的电子去轰击基态的氢原子，由于
光子可获得的能量最多可以跃迁到n=4的能级，向回跃迁时，最多产生6中不同频率的光，6种光子的能量分别为
……
其中，对应的是可见光，D错误。
故选C。
3．D
【详解】
A．麦克斯韦只是预言了电磁波的存在，赫兹通过实验证实了电磁波的存在，A错误；
B．爱因斯坦的光电效应说明光具有粒子性，B错误；
C．汤姆孙通过对阴极射线的研究提出了“枣糕模型”，C错误；
D．玻尔的原子模型成功地解释了氢原子光谱的实验规律，D正确。
故选D。
4．D
【详解】
A．这些氢原子总共可辐射出不同频率的光子种类为
种
A错误；
B．根据
可知频率最大的光是由n=4能级跃迁到n=1能级产生的，B错误；
C．根据
波长最大的光是由n=4能级跃迁到n=3能级产生的，C错误；
D．由n=2能级跃迁到n=1能级辐射出的光子能量为
因此用该光去照射逸出功为6.34
eV的金属铂能发生光电效应，D正确。
故选D。
5．C
【详解】
在完全非弹性碰撞中，由动量守恒定律有
mv0＝2mv
可得到碰撞过程损失的最大动能为
ΔE＝mv－·2mv2
由能级跃迁知识得ΔE至少为由n＝2的能级跃迁至基态时的能量变化，则
ΔE＝E2－E1＝－E1
联立解得
v0＝
故选C。
6．C
【详解】
A．根据=6知，大量处于n=4激发态的氢原子向低能级状态跃迁时，最多向外辐射出6种频率的光子，A错误；
B．n=4能级跃迁到n=3能级和n=3能级跃迁到n=2能级辐射的光子能量分别为
都小于金属的逸出功，不能使该金属发生光电效应现象，B错误；
C．根据光电效应方程可知，入射光子的频率越高，逸出光电子的最大初动能越大，C正确；
D．从金属板中逸出的光电子来自于原子核外部，β射线来自于原子核内部，D错误。
故选C。
7．B
【详解】
A．处于第4能级的氢原子至少吸收一个能量为0.85eV的光子才能发生电离，A错误；
B．根据题意从第4能级跃迁只有两种光使阴极发生光电效应，则这两种光是所有发光中频率最高的两种，即从第4能级跃迁到基态和第3能级跃迁到基态，由图丙可知，图线b所表示的入射光频率较大，能量较大，所以图线b所表示的光是氢原子由第4能级向基态跃迁发出的，B正确；
C．由B选项可知，图线b所表示的光是氢原子由第4能级向基态跃迁发出的，其光子能量为
E
=
13.6
eV-
0.85eV
=
12.75eV
C错误；
D．图丙中的图线b对应的截止电压较大，故光电子的最大初动能更大，D错误。
故选B。
8．ABC
【解析】
月亮本身不发光，不会有发射光谱，月球上没有空气，所以也没有吸收光谱，故A错误；设衰变过程经历了x次α衰变、y次β衰变，则由电荷数与质量数守恒得：232=208+4x，90=82+2x–y，得x=6，y=4，故B错误；比结合能越大的原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定，故C错误；根据爱因斯坦光电效应方程，有，根据，代入数据解得：，动量p=mvm=9.1×10–31
kg×5.4×105
m/s=4.9×10–25
kg·m/s，德布罗意波长：，故D正确．此题选择错误的选项，故选ABC.
9．BC
【详解】
A．一群处于能级的氢原子向基态跃迁时，根据
可知，最多能放出3种不同频率的光，故A错误；
B．一个处于能级的氢原子向低能级跃迁时，最多能放出，共2种不同频率的光子，故B正确；
CD．发生光电效应的条件是光子的频率大于金属的极限频率，与光照强度无关，故C正确，D错误。
故选BC。
10．AC
【详解】
A．波长最长的谱线对应的光子能量是从能级跃迁到能级释放出的光子，其能量为
故A正确；
B．由于氢原子从的各个能级直接跃迁至能级时，辐射光的谱线称为巴尔末线系，则大量处于能级的氢原子向基态跃迁过程，只有和两种跃迁辐射出的两种光子的谱线符合巴尔末线系，故B错误；
C．氢原子从能级跃迁至能级时，其能量为，小于，辐射出的光子不能使逸出功为的金属发生光电效应，故C正确；
D．若氢原子从能级跃迁至能级时辐射出的光子能量为
使某金属发生光电效应，根据
可知，由于大于零，则光电子的最大初动能小于，故D错误。
故选AC。
11．AD
【解析】
【详解】
A.一群处于在激发态的氢原子向基态跃迁时可发出的光谱线条数最多为6种，A正确；
B.根据玻尔理论可知，从第4能级向第3能级跃迁时，发出的光的能量值最小，由可知波长最大。此时，所以，B错误；
CD.用来照射的光子的能量为，则光子的频率：，C错误D正确．
12．BD
【详解】
A、原子光谱，是由原子中的电子在能量变化时所发射或吸收的一系列波长的光所组成的光谱．原子吸收光源中部分波长的光形成吸收光谱，为暗淡条纹；发射光子时则形成发射光谱，为明亮彩色条纹．两种光谱都不是连续的，且吸收光谱条纹可与发射光谱一一对应．每一种原子的光谱都不同，遂称为特征光谱；故A错误．B、根据光电效应方程知Ekm=hv-W0，光电子的最大初动能与入射光的频率成一次增函数；故B正确；C、比结合能越大，表示原子核中核子结合得越牢靠，原子核越稳定，比结合能并非随着质量数的最大而增大；故C错误．D、卢瑟福进行了α粒子散射实验后，根据实验的现象提出，原子只能由位于原子中心的原子核和核外的电子组成，原子核应集中大部分的质量及正电荷，由此提出了原子核式结构；故D正确．故选BD．
【点睛】
本题为3-5模块的综合题，模块间不综合，全面考查了选修3-5中的基础知识，对于该部分知识一是注意平时的积累与记忆，二是注意有关光谱、光电效应、物质波、原子核式结构等．
13．（1）减少；；（2）无分子势能；（3）减少
【详解】
（1）由热力学第一定律
故气体的内能减少了。
（2）理想气体不计分子势能。
（3）因为气体内能减少，温度降低，说明气体分子的平均动能一定减少了。
14．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
15．（1）6；（2）个；（3）8.21V
【详解】
（1）根据氢原子的能级图可知电子束能量可以使基态氢原子被激发到第4能级，大量处于第4能级的氢原子向低能级跃迁时产生种光子。
（2）内到达阳极的电荷量
（个）
（3）辐射光子的最大能量
光电子的最大初动能为
由动能定理
解得
16．(1)；(2)；(3)
【详解】
(1)从跃迁至基态，释放光子的能量为
根据可知最短波长为
(2)极限频率满足
解得极限波长
(3)根据光电效应方程可知光电子从从中逸出时最大初动能为
根据能量守恒定律可知光电子到达阳极的最大动能为