第二章 原子结构 单元达标测试（word版含解析）

2021-2022学年鲁科版选修3-5
第二章
原子结构
单元达标测试（解析版）
第I卷（选择题）
一、选择题（共48分）
1．关于汤姆孙发现电子的下列说法中正确的是（　　）
A．戈德斯坦是第一个测出阴极射线比荷的人
B．汤姆孙直接测出了阴极射线的质量
C．汤姆孙发现，用不同材料的阴极和不同的气体做实验，阴极射线的比荷是不同的
D．汤姆孙由实验得到的阴极射线粒子的比荷是氢离子比荷的近两千倍
2．下列与α粒子散射实验结果一致的是（　　）
A．所有α粒子穿过金箔后偏转角度都很小
B．大多数α粒子发生较大角度的偏转
C．向各个方向运动的α粒子数目基本相等
D．极少数α粒子发生大角度的偏转
3．如图为氢原子能级图，氢原子处于能级上，可见光的能量范围为1.62~3.11eV则下列说法正确的是（　　）
A．一个处于能级上的氢原子向低能级跃迁时，最多产生3种谱线
B．氢原子从能级向能级跃迁过程中发出的光为可见光
C．氢原子从能级向能级跃迁过程中发出光的波长最长
D．用能量为0.70eV的光子轰击该氢原子，可以使氢原子受激发而跃迁到能级上
4．卢琴福α粒子散射实验的结果，表明了（　　）
A．质子比电子重
B．原子核内存在着中子
C．原子中的正电荷集中在很小的区域范围内
D．可以用人工方法直接观察原子结构
5．下列关于物理学史的说法正确的是（　　）
A．著名的月地检验表明地面物体所受地球的引力与月球所受地球的引力遵从相同的规律
B．伽利略通过对自由落体运动的多次实验和直接测量证实了自由落体运动是匀加速直线运动
C．爱因斯坦以精湛的技术测量出光电效应中金属的遏止电压与入射光的频率，由此算出普朗克常量h，在误差允许的范围内与普朗克根据黑体辐射得出的h一致证明了爱因斯坦光电效应方程的正确性
D．玻尔提出的原子理论成功解释了大多数元素的不同原子特征谱线的发光现象
6．如图所示为氢原子的能级图，巴耳末系是吸收光子能量的原子进入激发态（）后返回的量子状态时释放出的谱线，下列说法正确的是（　　）
A．巴耳末系中的最小频率与最大频率之比
B．处于能级的氢原子可以吸收能量为的光子
C．一个氢原子从能级向基态跃迁时，可发出6种不同频率的光子
D．氢原子由能级跃迁到能级时，原子的电势能增加，产生的电磁波的波长最长
7．如图为汞原子能级示意图。已知可见光子能量范围约在，要使处于基态的汞原子被激发后可辐射出可见光光子，则应给基态汞原子提供的能量至少为（　　）
A．4.9eV
B．2.7eV
C．7.7eV
D．8.8eV
8．英国物理学家汤姆孙通过对阴极射线的实验研究发现（
）
A．阴极射线在电场中偏向正极板一侧
B．阴极射线在磁场中受力情况跟正电荷受力情况相同
C．不同材料所产生的阴极射线的比荷不同
D．汤姆孙并未精确得出阴极射线粒子的电荷量
9．下列说法中，正确的是（　　）
A．汤姆孙精确地测出了电子电荷量
B．电子电荷量的精确值是密立根通过“油滴实验”测出的
C．汤姆孙油滴实验更重要的发现是：电荷量是量子化的，即任何电荷量只能是e的整数倍
D．通过实验测得电子的比荷及电子电荷量e的值，就可以确定电子的的质量
10．如图为氢原子的能级示意图，锌的逸出功是3.34eV，下列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．用氢原子从高能级向基态跃迁时发射的光照射锌板一定不能发生光电效应现象
B．一群处于n=3能级的氢原子向基态跃迁时，能放出3种不同频率的光
C．一群处于n=3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8.75eV
D．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
11．我国自主研发的氢原子钟现已运用于中国的北斗导航系统中，它通过氢原子能级跃迁而产生的电磁波校准时钟。氢原子能级如图所示，下列说法正确的是（　　）
A．10eV的光子照射处于基态的氢原子可以使处于基态的氢原子发生跃迁
B．大量处于n=4能级的氢原子向低能级跃迁时可辐射6种不同频率的光子
C．现用光子能量介于10eV～12.9eV范围内的光去照射一群处于基态的氢原子，在照射光中可能被吸收的光子能量只有3种
D．E4跃迁到E2时产生的光子a与E5跃迁到E3时产生的光子b的能量之比为97：255
12．氢原子的能级图如图所示，现有大量处于能级的氢原子向低能级跃迁，已知可见光光子的能量范围约为，下列说法正确的是（　　）
A．这些氢原子可能发出10种不同频率的可见光
B．已知钠的逸出功为，则氢原子从能级跃迁到能级释放的光子可以从金属钠的表面打出光电子
C．氢原子从能级跃迁到能级释放的光子波长最长
D．氢原子从能级跃迁到能级时，核外电子动能增加
第II卷（非选择题）
二、解答题（共52分）
13．氢原子基态能量，电子绕原子核做圆周运动的半径。当氢原子处于激发态时，求：
（1）原子系统具有的能量；
（2）电子在轨道上运动的动能。
14．如果只有一个处于n=5激发态的氢原子向n=2的激发态跃迁，最多可有几种频率的光子？
15．1914年，在弗兰克一赫兹实验中，电子碰撞原子，原子吸收电子的动能从低能级跃迁到高能级。它为能级的存在提供了直接的证据，对玻尔的原子理论是一个有力支持。如图甲所示，假设电子由静止开始经加速电场（可看作匀强电场）加速后，与静止氢原子碰撞，氢原子吸收能量后由基态向激发态跃迁（能级图如图乙所示）。已知电子的质量为，电荷量，核外电子的第一轨道半径为，氢原子的质量为。
（1）基态和激发态的能级差为，试求加速电场的最小电压；（用题中所给的物理量符号表示）
（2）氢原子量子数为n时的能级公式，电子轨道半径为，求电子跃迁到第四轨道时，氢原子的能量、电子的动能和电子的电势能各多大？
16．氢原子能级图如图所示，已知普朗克常量，静电力常量，氢原子处于基态时的轨道半径，求:
(1)氢原子处于基态时的动能和电势能分别是多少eV？
(2)若要使处于的氢原子电离，要用多大频率的光子照射氢原子？
(3)若有大量的氢原子处于的激发态，则在跃迁过程中最多能释放出几种频率的光子？其中光子频率最大是多少？
(4)若有一个氢原子处于的激发态，则在跃迁过程中最多能释放出几种频率的光子？在释放最多光子的情况下，光子频率最大是多少？
参考答案
1．D
【详解】
AB．汤姆孙是第一个测出阴极射线比荷的人，但是没有测出阴极射线的质量，故AB错误；
C．汤姆孙发现，用不同材料的阴极和不同的气体做实验，阴极射线的比荷是相同的，故C错误；
D．汤姆孙由实验得到的阴极射线粒子的比荷是氢离子比荷的近两千倍，故D正确。
故选D。
2．D
【详解】
当α粒子穿过原子时，电子对α粒子影响很小，影响α粒子运动的主要是原子核，离原子核远的α粒子受到的库仑斥力很小，运动方向几乎不改变，只有当α粒子距离原子核很近时，才会受到很大的库仑斥力，而原子核很小，所以只有极少数的α粒子发生大角度的偏转，而绝大多数基本按直线方向前进，实验结果是：离原子核远的α粒子偏转角度小，离原子核近的α粒子偏转角度大，正对原子核的α粒子返回，故ABC错误，D正确。
故选D。
3．B
【详解】
A．一个处于n=3能级上的氢原子向低能级跃迁时，先由n=3能级跃迁到n=2能级，再由n=2能级跃迁到n=1能级时产生的谱线最多为2种，故A错误；
B．由n=3能级跃迁到n=2能级时，释放能量为
由题意可知此时发出的光为可见光，故B正确；
C．氢原子由n=3能级跃迁到n=l能级时能量差最大，发出的光子的频率最大，波长最短，故C错误；
D．只有入射光子的能量等于n
=3和n
=4两能级的能量差时才能使氢原子受激发而跃迁到n=4能级上，n=3和n=4两能级的能量差为0.66eV，故D错误。
故选B。
4．C
【详解】
粒子和电子之间有相互作用力，它们接近时就有库仑引力作用，但由于电子的质量只有粒子质量的，粒子与电子碰撞就像一颗子弹与一个灰尘碰撞一样，粒子质量大，其运动方向几乎不改变。粒子散射实验中，有少数粒子发生大角度偏转说明三点：一是原子内有一质量很大的粒子存在；二是这一粒子带有较大的正电荷；三是这一粒子的体积很小。
故选C。
5．A
【详解】
A．牛顿的“月-地检验”表明地面物体所受地球的引力、月球所受地球的引力遵从相同规律，选项A正确；
B．伽利略在研究自由落体运动时运用了实验和逻辑推理相结合的方法，间接证实了自由落体运动是匀加速直线运动，选项B错误；
C．密立根以精湛的技术测量出光电效应中金属的遏止电压与入射光的频率，由此算出普朗克常量h，在误差允许的范围内与普朗克根据黑体辐射得出的h一致，证明了爱因斯坦光电效应方程的正确性，选项C错误；
D．玻尔原子理论第一次将量子观念引入原子领域，提出了定态和跃迁的概念，成功地解释了氢原子光谱的实验规律，但不是成功地解释了所有原子光谱现象，选项D错误。
故选A。
6．B
【详解】
A．由巴耳末公式
当
时，有最小波长λ1
当n=3时，有最长波长λ2
则
根据
则巴耳末系中的最小频率与最大频率之比
，A错误；
B．氢原子的能级中能量值最小为-13.6eV，处于n=1能级的氢原子可以吸收能量为的电子的能量，从而发生电离现象，B正确；
C．一个处于n=4能级的氢原子向低能级跃迁时，最多能发出3种不同频率的光，即为n=4→n=3，n=3→n=2，n=2→n=1，C错误；
D．氢原子由n=2能级跃迁到n=1能级后，其轨道半径减小，电势能减小，能级差最小，放出光子的能量最小，根据
产生的电磁波的波长最长，D错误。
故选B。
7．C
【详解】
已知可见光能量范围约在1.62电子伏特到3.11电子伏特。从能量图可以看出，由第四能级向第三能级跃迁放出的光子的能量为
不在可见光的范围内
从第三能级向第二能级跃迁放出的光子的能量为
在可见光的范围内
从第四能级向第二能级跃迁的电子的能量为
不在可见光的范围内
所以只有从第3能级向第2能跃迁的电子才能发出可见光，所以要使汞原子由第一能级越迁到第三能级，则所需要的最少能量为
故选C。
8．AD
【详解】
A.阴极射线实质上就是高速电子流，所以在电场中偏向正极板一侧，故选项A正确；
B.由于电子带负电，所以其在磁场中受力情况与正电荷不同，故选项B错误；
C.不同材料所产生的阴极射线都是电子流，所以它们的比荷是相同的，故选项C错误；
D.最早精确测出电子电荷量的是美国物理学家密立根，故选项D正确．
9．BD
【详解】
AB．密立根油滴实验测出了电子的电荷量，A错误，B正确；
C．密立根通过“油滴实验”确定电荷量是量子化的，即任何电荷量只能是e的整数倍，C错误；
D．根据电子的比荷和电子电荷量e的值，可以确定电子的质量，D正确。
故选BD。
10．BC
【详解】
A．从高能级向基态跃迁最小能量值为
故一定能产生光电效应，故A错误；
B．从n=3向基态跃迁时，辐射的光子频率种类为
故B正确；
C．从n=3跃迁到n=1辐射光子的能量为
照射锌板的最大初动能
故C正确；
D．10.3eV的光子能量不能满足能级差公式，不会使基态的氢原子跃迁，故D错误。
故选BC。
11．BC
【详解】
A．1能级与2能级能量之差为
-3.4eV
-（-13.6）eV
=10.2eV
而10eV
<10.2eV，根据能级跃迁理论，10eV的光子照射处于基态的氢原子不可以使处于基态的氢原子发生跃迁，故A错误；
B．处于量子数为n激发态的氢原子能发出种频率不同的光子，则大量处于n=4能级的氢原子向低能级跃迁时可辐射种不同频率的光子，故B正确；
C．处于基态的氢原子，在照射光中吸收10.2eV的光子能量可以跃迁到2能级，吸收
-1.51eV
-（-13.6）eV
=12.09eV
的光子能量可以跃迁到3能级，吸收
-0.85eV
-（-13.6）eV
=12.75eV
的光子能量可以跃迁到4能级，可知照射光中有三种频率的光子被吸收，故C正确；
D．E4跃迁到E2时产生的光子a的能量为2.55eV，E5跃迁到E3时产生的光子b的能量为0.97eV，光子a与光子b的能量之比为255：97，故D错误。
故选BC。
12．BD
【详解】
A．大量处于能级的氢原子向低能级跃迁，可能辐射出种不同频率的光，但不全是可见光，A错误；
B．氢原子从能级跃迁到能级释放的光子，其能量
而光子的能量大于钠的逸出功，则用此光子照射金属钠能发生光电效应，可以从金属钠的表面打出光电子，B正确；
C．氢原子从能级跃迁到能级释放的光子能量最大，则频率最大，波长最短，C错误；
D．氢原子从能级跃迁到能级时向外辐射光子，原子的总能量减少，电子圆周的轨道半径变小，则核外电子运动的动能增加，D正确。
故选BD。
13．（1）-0.85
eV；（2）0.85
eV
【详解】
（1）由
解得氢原子处于n=4的激发态时，原子系统具有的能量为
（2）由于
所以，由圆周运动的知识得
故电子在轨道上的动能为
14．3种
【详解】
从n=5激发态到n=2的激发态，最多有5→4，4→3，3→2三种频率的光子。
15．（1）；（2），，
【详解】
（1）加速过程有
碰撞过程当两者速度大小相等时，为完全非弹性碰撞，损失机械能最大，被吸收的能量最大
由能量守恒定律有
联立可得加速电场的最小电压
（2）氢原子的能量
电子在第四轨道时半径为
电子绕原子核做匀速圆周运动，库仑力提供向心力有
电子动能
由于
电子的电势能为
16．(1)13.6eV，；(2)；(3)3种，；(4)3种，
【详解】
(1)设处于基态的氢原子核周围的电子速度为，则有
所以电子动能
因为
所以有
(2)要使处于的氢原子电离，入射光子须满足
解得
(3)当大量氢原子处于能级时，最多能释放出的光子频率种类为
种
氢原子由能级向能级跃迁时放出的光子频率最大，设为，则
所以
(4)当一个氢原子处于能级时，最多能释放出的光子频率种类为3种；此时氢原子由能级向能级跃迁时放出的光子频率最大，设为，则
所以