第四章 原子结构 单元达标检测（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
单元达标检测（解析版）
第I卷（选择题）
一、选择题（共48分）
1．根据氢原子的能级图，现让一束单色光照射到大量处于基态（量子数）的氢原子上，受激的氢原子能自发地发出种不同频率的光，则照射氢原子的单色光的光子能量为（　　）
A．
B．
C．
D．
2．μ子与氢原子核（质子）构成的原子称为μ氢原子，它在原子核物理的研究中有重要作用。如图为μ氢原子的能级示意图，假定光子能量为E的一束光照射容器中大量处于n=2能级的μ氢原子，μ氢原子吸收光子后，发出频率分别为v1、v2、v3、v4、v5和v6的光子，且频率依次增大，已知普朗克常量为h，则能量E的数值为（　　）
A．hv1
B．
hv
3
C．
hv
4
D．
hv
6
3．下列说法错误的是（　　）
A．到达地球表面处的太阳光的光谱是吸收光谱
B．一个电子和一个质子具有同样的动量时，它们的德布罗意波波长也相同
C．根据海森伯的不确定性关系可知，不可能同时准确地测定微观粒子的位置和动量
D．光的双缝干涉现象中，可以用光程差与波长的关系确定屏上某点是亮纹还是暗纹，所以光波不是概率波
4．关于α粒子散射实验，下列说法中正确的是（　　）
A．绝大多数α粒子经过金箔后，发生了角度不太大的偏转
B．α粒子在接近原子核的过程中，动能减少，电势能减少
C．α粒子离开原子核的过程中，动能增大，电势能增大
D．对α粒子散射实验的数据进行分析，可以估算出原子核的大小
5．19世纪初，爱因斯坦提出光子理论，使光电效应现象得以完美解释，玻尔的氢原子模型也是在光子概念的启发下提出的。如图所示是氢原子的能级图，现有大量处于激发态的氢原子向低能级跃迁，所辐射的光子中，只有一种能使某金属产生光电效应，下列判断正确的是（　　）
A．该氢原子在跃迁过程中能向外辐射两种不同频率的光子
B．能使某金属发生光电效应的光子一定是氢原子从激发态跃迁到时辐射的光子
C．若氢原子从激发态跃迁到，辐射出的光子一定不能使该金属产生光电效应
D．氢原子从激发态跃迁到基态，核外电子动能减小，电势能增大
6．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
7．氢原子的能级分布如图所示，一群氢原子处于n=4的激发态，当它们向较低的能级跃迁时发出的光照射金属钙，能使金属钙逸出光电子的光子频率有（金属钙的逸出功为3.20eV）（　　）
A．3种
B．4种
C．5种
D．6种
8．粒子散射实验是一个著名物理实验。粒子轰击金箔的轨迹如图所示。下列说法正确的是（　　）
A．使粒子发生明显偏转的力是原子核对粒子的静电引力
B．大多数粒子穿过金箔后，仍沿原来方向前进
C．实验表明原子中心的核带有原子的全部正电荷和几乎全部质量
D．实验表明原子中心有一个极小的核，它占有原子体积的极小部分
9．如图为氢原子能级示意图的一部分，则氢原子（　　）
A．从n=4能级跃迁到n=3能级比从n=3能级跃迁到n=2能级辐射出电磁波的波长长
B．从高能级向低能级跃迁时，氢原子一定向外放出能量
C．处于不同能级时，核外电子在各处出现的概率是一样的
D．处于n=5能级的一群氢原子跃迁时，最多可以发出6种不同频率的光子
10．氢原子能级如图所示，已知可见光的光子能量在1.62eV到3.11eV之间，当氢原子从n=3跃迁到n=2的能级时，辐射光的波长为656nm．以下判断正确的是（
）
A．氢原子从n=3能级向n=2能级跃迁时发出的光为可见光
B．用波长为502nm的光照射，能使氢原子从n=2跃迁到n=3的能级
C．氢原子从n=3能级跃迁到n=2能级时，氢原子的电势能增大
D．大量处于n=3能级的氢原子向低能级跃迁时，最多可产生3种不同频率的光子
11．氢原子钟通过原子能级跃迁时辐射出来的电磁波控制校准石英钟，是一种精密的计时器具。如图所示为氢原子的能级图，下列判断正确的是（　　）
A．一个氢原子从n＝4能级向低能级跃迁时，能产生6种频率的光子
B．氢原子的核外电子吸收能量从半径较小的轨道跃迁到半径较大的轨道时，其动能增加
C．已知钾的逸出功为2.22
eV，用n＝4能级跃迁到n＝2能级辐射的光子照射金属，从金属表面逸出的光电子最大初动能为0.33
eV
D．用能量为3.0eV的光子照射，氢原子不能从n＝2能级跃迁到n＝4能级
12．下列说法正确的是(
)
A．
经过6次α衰变和4次β衰变后，成为稳定的原子核
B．发现中子的核反应方程为
C．γ射线一般伴随着α或β射线产生，在这三种射线中γ射线的穿透能力最强，电离能力最弱
D．氢原子核外电子从半径较小的轨道跃迁到半径较大的轨道时，电子的动能减小，电势能增大，原子能量减小
第II卷（非选择题）
二、解答题（共52分）
13．一群氢原子处于量子数n＝4的能级状态，氢原子的能级图如图所示，则：
(1)氢原子可能发射几种频率的光子？
(2)氢原子由量子数n＝4的能级跃迁到n＝2的能级时辐射光子的能量是多少电子伏？
(3)用(2)中的光子照射下表中几种金属，哪些金属能发生光电效应？发生光电效应时，发射光电子的最大初动能是多少电子伏？
金属
铯
钙
镁
钛
逸出功W/eV
1.9
2.7
3.7
4.1
14．氢原子的能级如图所示。原子从能级
n=4
向
n=2
跃迁所放出的光子，正好使某种金属材料产生光电效应。现有一群处于n=4能级的氢原子向较低能级跃迁时所发出的光照射该金属。普朗克常量h
6.631034Js，求：
(1)该金属的逸出功为多少？截止频率是多少？（结果保留三位有效数字）
(2)一群处于
n=4的能级的氢原子向低能级跃迁，可以辐射几种频率的光子？在辐射出的各种频率的光子中，能使该金属发生光电效应的频率共有多少种？
(3)这些光子使该金属材料产生光电效应时，产生光电子最大初动能的最大值是多少。
15．(1)已知基态的电离能为，为使处于基态的静止的跃迁到激发态，入射光子所需的最小能量为多少？
(2)静止的从第一激发态跃迁到基态时，如果考虑到离子的反冲，与不考虑反冲相比，发射出的光子波长相差的百分比为多少（离子的能级与n的关系和氢原子能级公式类似，质子和中子的质量均取）
16．如图所示为氢原子最低的四个能级，当一群氢原子处于n=4
的能级上向低能级跃迁时∶
(1)有可能放出几种能量的光子？
(2)在哪两个能级间跃迁时，所放出光子波长最长？
(3)已知金属钠的截止频率为
5.53×1014Hz，普朗克常量
h=6.63×10-34Js。请通过计算判断，氢原子从第二激发态跃迁到第一激发态过程中发出的光照射金属钠板，能否发生光电效应。
参考答案
1．A
【详解】
由题可知大量受激的氢原子能自发地发出种不同频率的光，由
可得
可知受激后的氢原子处于n=4能级，则照射氢原子光的能量为
故A正确，BCD错误。
故选A。
2．B
【详解】
μ氢原子吸收光子后，发出频率为6种，说明μ氢原子吸收光子能量后跃迁至第4能级。则根据题意可知，从4到1跃迁时发光频率为v6，从3到1跃迁时发光频率为v5，从2到1跃迁时发光频率为v4，从4到2跃迁时发光频率为v3，所以从2到4跃迁时吸收光子的能量为
E=
hv3
故选B。
3．D
【详解】
A．到达地面的太阳光谱是吸收光谱，故A正确，不符合题意；
B．由，可知动量相同的电子和质子的德布罗意波长相等，故B正确，不符合题意；
C．由不确定性关系可知，微观粒子没有准确的位置和动量，故C正确，不符合题意；
D．光波是概率波，故D错误，符合题意。
故选D。
4．D
【详解】
A．α粒子散射实验的内容是：绝大多数α粒子几乎不发生偏转；少数α粒子发生了较大的角度偏转；极少数α粒子发生了大角度偏转（偏转角度超过90°，有的甚至几乎达到180°，被反弹回来），故A错误；
B．α粒子在接近原子核的过程中，由于要克服电场力做功，故动能减少，电势能增加，故B错误；
C．当α粒子在离开原子核的过程中，由于电场力做正功，故动能增加，电势能减少，故C错误；
D．对α粒子散射实验的数据分析，可以估算出原子核的大小数量级，故D正确。
故选D。
5．C
【详解】
A．该氢原子在跃迁过程中能向外辐射的光子频率的种类为种，故A错误；
B．辐射的光子能量越大，越有可能使某金属发生光电效应，应该是从激发态跃迁到时辐射的光子；故B错误；
C．根据题干知只有一种能使某金属产生光电效应，则是从激发态跃迁到时辐射的光子；故C正确；
D．氢原子从激发态跃迁到基态，电子所处轨道半径减小，速度增大，故核外电子动能增大；电子靠近氢核，电场力做正功，电势能减小；故D错误；
故选C。
6．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。
7．A
【详解】
一群氢原子处于n=4的激发态，当它们向较低的能级跃迁时，共可以发出
种光，这6种光的频率分别为
根据爱因斯坦光电效应方程，需要满足
一共有3种，故A正确，BCD错误。
故选A。
8．BCD
【详解】
A．使粒子发生明显偏转的力是原子核对粒子的静电斥力，A错误；
B．原子内大部分地方是空旷的，故大多数粒子穿过金箔后，仍沿原来方向前进，B正确；
C．实验表明原子中心的核带有原子的全部正电荷和几乎全部质量，C正确；
D．实验表明原子中心有一个极小的核，它占有原子体积的极小部分，D正确。
故选BCD。
9．AB
【详解】
A．从n=4能级跃迁到n=3能级比从n=3能级跃迁到n=2能级辐射出光子能量小，则辐射的光子频率小，所以辐射的电磁波的波长长，故A正确；
B．从高能级向低能级跃迁过程中，氢原子要向外放出能量，故B正确；
C．处于不同能级时，核外电子以不同的电子云呈现，核外电子在各处出现的概率不同，故C错误；
D．根据
可知一群处于n=5激发态的氢原子，向低能级跃迁时，可以放出10种不同频率的光子，故D错误。
故选AB。
10．AD
【解析】
氢原子从n=3能级向n=2能级跃迁时发出的光的能量：E=E3-E2=-1.51-（-3.4）=1.89eV，即为可见光，故A正确；波长为502nm的光的能量为：，不等于能使氢原子从n=2跃迁到n=3的能级的能量值，氢原子不能吸收该光子，故B错误；氢原子从n=3跃迁到n=2的能级时，动能增加，氢原子的电势能减小，故C错误；大量处于n=3能级的氢原子向低能级跃迁时，最多可产生种不同频率的光子，故D正确．所以AD正确，BC错误．
11．CD
【详解】
A．一个氢原子从n＝4能级向低能级跃迁时，最多能从n＝4能级跃迁到n＝3能级，再从n＝3能级跃迁到n＝2能级，再从n＝2能级跃迁到n＝1能级产生三种频率的光子，故A错误；
B．核外电子绕核做圆周运动，满足
轨道半径r越大，电子的动能越小，故B错误；
C．用n＝4能级跃迁到n＝2能级辐射的光子照射金属，能辐射出能量为
?
0.85e
V
?
（
?
3.4eV）=2.55eV的光子，从金属表面逸出的光电子最大初动能为2.55eV
?
2.22
eV=0.33
eV，故C正确；
D．当氢原子从n＝2能级跃迁到n＝4能级时，只能吸收能量2.55eV的光子，故D正确。
故选CD。
12．ABC
【详解】
经过6次α衰变和4次β衰变后，质量数是：m＝232－6×4＝208，电荷数：z＝90－2×6＋4＝82，成为稳定的原子核Pb，故A正确；发现中子的核反应方程是，故B正确；γ射线一般伴随着α或β射线产生，在这三种射线中γ射线的穿透能力最强，电离能力最弱，故C正确；根据波尔理论可知，核外电子从半径较小的轨道跃迁到半径较大的轨道时，氢原子的电势能增大，核外电子遵循：，据此可知电子的动能减小；再据能级与半径的关系可知，原子的能量随半径的增大而增大，故D错误；故选ABC．
【点睛】
此题考查的知识较多，解题的关键是掌握核反应方程、玻尔理论、天然放射现象和光电效应的规律，注意核外电子的动能、电势能和能量与轨道半径的关系．
13．(1)6；(2)2.55
eV；(3)铯金属，0.65
eV
【详解】
(1)可能发射种频率的光子。
(2)由玻尔的跃迁规律可得光子的能量为
(3)只大于铯的逸出功，故光子只有照射铯金属上时才能发生光电效应。根据爱因斯坦的光电效应方程可得光电子的最大初动能为
14．(1)，；(2)6，4；(3)
【详解】
(1)原子从能级
n=4
向
n=2
跃迁所辐射的光子，正好使某种金属材料产生光电效应，则逸出功为
截止频率为
(2)一群处于n=4的能级的氢原子向低能级跃迁，可以辐射种频率的光子；要使金属发生光电效应，光子能量需要大于等于，对应的能级跃迁有、、、四种，所以能使该金属发生光电效应的频率共有4种。
(3)能级跃迁产生的最大光子能量为，对应光子能量为
产生的最大初动能的最大值
15．（1）
（2）
【详解】
(1)根据题意得的基态能量为：
由于类氢离子能级与氢原子的能级类似，可知的能级公式为：
故有：
所以入射光子所需的最小能量为：
(2)静止的从第一激发态跃迁到基态时，如果不考虑离子的反冲，设发射出的光子波长为，则有：
解得：
如果考虑到离子的反冲，反冲核是氦核，共两个质子和两个中子，设氦核的反冲速度大小为v，发射出的光子波长为，根据动量守恒定律，有：
根据能量守恒定律，有：
联立上式得：
所以两种情况下发射的光子波长相差的百分比为
16．（1）6种；（2）
；（3）不能发生光电效应
【详解】
（1）可能放出
能量的光子；
（2）氢原子由第四能级向第三能级跃迁时，能级差最小，辐射的光子波长最长
解得
（3）氢原子放出的光子能量
带入数据得
金属钠的逸出功
则不能发生光电效应。