第四章 原子结构 单元检测（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
单元检测（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．引力波也被称为“时空的涟漪”，是爱因斯坦根据广义相对论做出的预言之一。对于引力波概念的提出过程，我们大致可以这样理解：麦克斯韦认为，电荷周围有电场，当电荷加速运动时，会辐射电磁波；爱因斯坦认为，物体周围存在引力场，当物体加速运动时，会也辐射出引力波。在中学物理学习过程中，你认为可能用到与爱因斯坦上述思想方法类似的是（
）
A．卢瑟福预言中子的存在
B．库仑预测两点电荷间的相互作用力与万有引力有相似的规律
C．法拉第猜想：电能生磁，磁也一定能生电
D．汤姆生发现电子后猜测原子中存在带正电的物质
3．如图是氢原子的能级示意图。当氢原子从n＝4能级跃迁到n＝3能级时，辐射出光子a；从n＝3能级跃迁到n＝2能级时，辐射出光子b。以下判断正确的是（　　）
A．在真空中光子a的波长大于光子b的波长
B．光子b可使氢原子从基态跃迁到激发态
C．光子a可能使处于n＝4能级的氢原子电离
D．大量处于n＝3能级的氢原子向低能级跃迁时最多辐射2种不同谱线
4．如图所示为氢原子的能级示意图，一群处于n=4能级的氢原子，在向较低能级跃迁的过程中能向外发出几种频率的光子（　　）
A．6
B．5
C．4
D．3
5．如图所示为氢原子能级示意图，下列说法正确的是（　　）
A．用能量为13.6eV的光子照射处于基态的氢原子，氢原子可以吸收光子的部分能量发生跃迁
B．用能量为14.0eV的光子照射处于基态的氢原子，氢原子可以吸收光子的全部能量发生电离
C．用能量为12.75eV的光子照射一个处于基态的氢原子后，氢原子能辐射出6种不同频率的光子
D．当原子处于不同能量状态时，核外电子在各处出现的概率是一样的
6．如图为氢原子的能级图，现有一个处于能级的氢原子，则该氢原子（　　）
A．电离能为-13.6eV
B．可能发射出6种频率的光子
C．发射出的光子可能打出逸出功为2.22eV的金属钾中的电子
D．由能级跃迁到能级时发出的光子波长最短
7．已知氢原子的基态能量为，激发态能量为，其中，…。已知普朗克常量为，则下列说法正确的是（　　）
A．氢原子跃迁到激发态后，核外电子动能增大，原子的电势能减小
B．基态氢原子中的电子（质量为）吸收一频率为的光子被电离后，电子速度大小为
C．一个处于的激发态的氢原子，向低能级跃迁时可辐射出3种不同频率的光
D．若氢原子从能级向能级跃迁时所产生的电磁波能使某金属发生光电效应，则氢原子从能级向能级跃迁时所产生的电磁波也一定能使该金属发生光电效应
8．下列说法正确的是（　　）
A．原子的能量是连续的，原子的能量从某一能量值变为另一能量值，可以连续变化
B．原子从低能级向高能级跃迁时放出光子
C．原子从高能级向低能级跃迁时放出光子，且光子的能量等于前后两个能级之差
D．原子放出的光子的能量是分立的，所以原子的光谱只有一些分立的亮线
9．关于卢瑟福的原子核式结构学说的内容，下列叙述正确的是（　　）
A．原子是一个质量分布均匀的球体
B．原子的质量几乎全部集中在原子核内
C．原子的正电荷和负电荷全部集中在一个很小的核内
D．原子核半径的数量级是
10．关于α粒子散射实验现象及分析，下列说法正确的是
A．绝大多数α粒子沿原方向运动，说明正电荷在原子内分布均匀，受到原子核的排斥力平衡
B．绝大多数α粒子沿原方向运动，说明这些α粒子受到原子核的排斥力很小，原子内大部分空间是空的
C．极少数α粒子发生大角度偏转，说明这些α粒子受到原子核的排斥力比较大，原子质量和正电荷几乎集中在原子内很小空间
D．极少数α粒子发生大角度偏转，说明这些α粒子受到原子核外电子很大的排斥力
11．如图为氢原子的能级图，现有大量的氢原子处于的激发态，当它们自发地跃迁到较低能级时（　　）
A．能辐射出6种不同频率的光子
B．能辐射出4种不同频率的光子
C．由
跃迁到时辐射出的光子的频率最大
D．由跃迁到时辐射出的光子可使逸出功为的金属钾发生光电效应
12．为了做好疫情防控工作，铁人中学测温工作人员利用红外线测温仪对出入人员进行体温检测。红外测温仪的原理是：被测物体辐射的光线只有红外线可被捕捉，并转变成电信号。如图所示为氢原子的能级示意图，则下列说法正确的是（　　）
A．大量处于n=3能级的氢原子向基态跃迁时，能发出3种不同频率的光
B．一个处于n=4能级的氢原子最多只能放出6种光子
C．用能量为10.3eV的光子照射，可使处于基态的氢原子跃迁到激发态
D．若红外线单个光子能量的最大值为1.62eV，要使氢原子辐射出的光子可被红外测温仪捕捉，最少应给处于n=2激发态的氢原子提供的能量为2.55eV
第II卷（非选择题）
二、解答题（共52分）
13．要使处于的激发态的氢原子电离，它需要吸收的能量为多大？
14．根据玻尔的氢原子模型，氢原子的核外电子在第1、3轨道上运动时，求它们的轨道半径之比、速率之比、周期之比及能量之比。
15．一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？
16．如图所示为氢原子的能级图。一群氢原子处于量子数n＝4的能级状态，用n＝4的能级跃迁到n＝2的能级辐射的光子照射某种金属，测得光电流与电压的关系如图所示
(1)光电管阴极金属的逸出功W0；
(2)已知电子的质量m、电荷量e，普朗克常量h，光电子的最大动量和对应物质波的波长λ的表达式。
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．B
【详解】
根据相似的特点，把物体类比于电荷，引力波类比于电磁波，故采用类比法，而ABCD选项中只有库仑预测两点电荷间的相互作用力与万有引力有相似的规律采用类比法。
故选B。
3．A
【详解】
A．氢原子从n＝4能级跃迁到n＝3能级的能级差小于从n＝3能级跃迁到n＝2能级时的能级差，根据Em－En＝hν知，光子a的能量小于光子b的能量，所以光子
a的频率小于光子b的频率，光子a的波长大于光子b的波长，故A正确；
B．光子b的能量小于基态与任一激发态的能级差，所以不能被基态的原子吸收，故B错误；
C．根据Em－En＝hν可求光子a的能量
小于n＝4能级氢原子的电离能，所以不能使处于n＝4能级的氢原子电离，C错误；
D．大量处于n＝3能级的氢原子向低能级跃迁时最多辐射3种不同谱线，故D错误。
故选A。
4．A
【详解】
一群处于n=4能级的氢原子，在向较低能级跃迁的过程中能向外发出种频率的光子。
故选A。
5．B
【详解】
A．用能量为13.6eV的光子照射处于基态的氢原子，氢原子不可以吸收光子的部分能量发生跃迁，必须全部吸收光子的能量，A错误；
B．用能量为14.0eV的光子照射处于基态的氢原子，氢原子可以吸收光子的全部能量发生电离，剩余的0.4eV
能量成为电离后电子的动能，B正确；
C．用能量为12.75eV的光子照射一个处于基态的氢原子后，能跃迁到第4能级，并不稳定，氢原子能辐射出3种不同频率的光子，C错误；
D．当原子处于不同能量状态时，核外电子在各处出现的概率是不一样的，D错误。
故选B。
6．C
【详解】
A．处于能级的氢原子，则该氢原子的能量为-0.85eV，其电离能为0.85eV，A错误；
B．一群处于能级的氢原子，才能发射出6种频率的光子，而一个处于能级的氢原子，不能发出6种频率的光子，B错误；
C．根据
由能级跃迁到能级时发射出的光子的能量为12.75eV，大于2.22eV，可以打出逸出功为2.22eV的金属钾中的电子，C正确；
D．根据
由能级跃迁到能级时发出的光子波长最长，D错误。
故选C。
7．B
【详解】
A．氢原子跃迁到激发态后，电子绕核运动的轨道半径变大，根据
可知，核外电子的动能减小，电势能增大，总能量增大，选项A错误；
B．基态的氢原子中的电子吸收一频率为ν的光子被电离后，最大动能为（E1本身是负值）
Ekm＝hν+E1
设电子的最大速度为vm，则
vm＝
选项B正确；
C．一个处于n＝3的激发态的氢原子，向低能级跃迁可辐射2种不同频率的光，选项C错误；
D．从n＝4能级向n＝1能级跃迁产生的电磁波能使某金属发生光电效应，从n＝4能级向n＝2能级跃迁产生的电磁波频率比n＝4能级向n＝1能级跃迁产生的电磁波小，故不一定能使该金属发生光电效应，选项D错误。
故选B。
8．CD
【详解】
原子的能量是量子化的，原子从高能级会自发地向低能级跃迁，向外放出光子。光子的能量hν＝E初－E末，由于能级的分立性，放出的光子的能量也是分立的。
故选CD。
9．BD
【详解】
AB．原子的质量几乎全部集中在原子核内，所以A错误；B正确；
C．原子的正电荷全部集中在一个很小的核内，负电荷绕原子核做圆周运动，所以C错误；
D．原子核半径的数量级是，所以D正确；
故选BD。
10．BC
【详解】
AB．绝大多数α粒子沿原方向运动，说明这些α粒子受到原子核的排斥力很小，原子内大部分空间是空的，A错误B正确．
CD．极少数α粒子发生大角度偏转，说明这些α粒子受到原子核的排斥力比较大，原子质量和正电荷几乎集中在原子内很小空间，C错误D正确．
11．AC
【详解】
ABC．从n=4能级向低能级跃迁能放出种不同频率的光子，其中从n=4直接跃迁到n=1放出光子的能量最大，为
频率最大，故AC正确；B错误；
D．从n=3直接跃迁到n=2放出光子的能量为
该光子的能量小于金属钾的逸出功，所以不能使钾发生光电效应，故D错误。
故选AC。
12．AD
【详解】
A．大量处于n=3能级的氢原子向基态跃迁时，能发出种不同频率的光，选项A正确；
B．一个处于n=4能级的氢原子最多只能放出3种光子，分别对应着4→3，3→2，2→1的跃迁，选项B错误；
C．用能量为10.3eV的光子照射，因为10.3eV不等于任何两个能级的能级差，则不能使处于基态的氢原子跃迁到激发态，选项C错误；
D．由氢原子能级示意图可知，若使处于n=2激发态的氢原子跃迁到n=4激发态，然后氢原子从n=4激发态向低能级跃迁时，所辐射光子能量最小值为
Emin=-0.85eV-（-1.51eV）=0.66eV＜1.62eV
同理，若氢原子从n=3激发态向低能级跃迁时，所辐射光子能量最小值为
Emin=-1.51eV-（-3.4eV）=1.89eV＞1.62eV
红外线单个光子能量的最大值为1.62eV，要使氢原子辐射出的光子可被红外测温仪捕捉，因此最少应给处于n=2激发态的氢原子提供的能量，跃迁到n=4激发态满足条件，那么提供的能量为
△E=E4-E2=-0.85eV-（-3.4eV）=2.55eV
选项D正确。
故选AD。
13．3.4eV
【详解】
处于基态的氢原子的能量，处于的激发态的氢原子能量
要使处于n=2的氢原子电离，应能使电子从第2能级跃迁到无限远处，氢原子需吸收
14．1:9；3:1；1:27；9:1
【详解】
氢原子的玻尔模型中轨道半径公式
rn＝n2r1
核外电子在第1、3轨道上运动时，轨道半径之比1：9；
电子在某条轨道上运动时，由
得电子运动的速度为
得
v1：v3=3：1
电子绕核做圆周运动的周期为
得
T1：T3=1：27
根据玻尔的原子理论有
E1：E3=9：1
15．（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。
16．(1)W0＝0.55eV；(2)
；
【详解】
(1)根据光电效应方程
Ek＝hν－W0
可知，光电管阴极金属的逸出功
W0＝E－eUc
代入数据解得
W0＝0.55eV
(2)由德布罗意波长公式
结合动量与动能关系式
又因为
Ek＝eUc
解得