第二章 原子结构 单元检测试题（word解析版）

2021-2022学年鲁科版选修3-5
第二章
原子结构
单元检测试题（解析版）
第I卷（选择题）
一、选择题（共48分）
1．第一个比较精确测量出引力常量和元电荷e数值的科学家分别是（　　）
A．伽利略、安培
B．开普勒、库仑
C．牛顿、法拉第
D．卡文迪许、密立根
2．阴极射线管中加高电压的作用是（
）
A．使管内的气体电离
B．使阴极发出阴极射线
C．使管内障碍物的电势升高
D．使管内产生强电场，电场力做功使电子加速
3．由a和b两种频率的光组成的光束，经玻璃三棱镜折射后的光路如图所示。a光是氢原子由n=4的能级向n=2的能级跃迁时发出的。下列说法中正确的是（　　）
A．该三棱镜对a光的折射率较大
B．在该三棱镜中，a光的传播速度小于b光的传播速度
C．用同一双缝干涉装置进行实验，a光干涉条纹的间距大于b光干涉条纹的间距
D．b光可能是氢原子从n=3的能级向n=2的能级跃迁时发出的
4．弗兰克-赫兹实验是研究汞原子能量是否具有量子化特点的重要实验。实验原理如图甲所示，灯丝K发射出初速度不计的电子，K与栅极G间的电场使电子加速，G、A间加有电压为0.5V的反向电场，使电子减速，电流表的示数大小间接反映了单位时间内能到达A极电子的多少。在原来真空的容器中充稀薄汞蒸气后，发现K、G间电压U每升高4.9V时，电流表的示数I就会显著下降，如图乙所示。科学家猜测电流的变化与电子和汞原子的碰撞有关，玻尔进一步指出该现象应从汞原子能量量子化的角度去解释。依据本实验结果下列判断合理的是（　　）
A．电子运动过程中只可能与汞原子发生一次碰撞
B．汞原子基态和第一激发态的能级之差可能为4.9eV
C．K、G间电子的动能越大，越容易使汞原子发生跃迁
D．K、G间电压越大，单位时间内到达A极的电子数越多
5．如图所示为氢原子能级示意图，现有大量的氢原子处于的激发态，当向低能级跃迁时辐射出若干种不同频率的光，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．由能级跃迁到能级产生的光频率最小
C．由能级跃迁到能级产生的光最容易发生衍射现象
D．用能级跃迁到能级辐射出的光照射逸出功为6.34eV的金属铂能发生光电效应
6．氢原子能级如图所示。当氢原子从n=3跃迁到n=1的能级时，辐射光的波长为λ。下列说法正确的是（　　）
A．氢原子从n=4跃迁到n=2的能级时，辐射光的波长等于λ
B．氢原子从n=4跃迁到n=3的能级时，辐射光的波长小于λ
C．氢原子从n=5跃迁到n=3的能级时，辐射光的波长大于λ
D．一群处于n=3能级上的氢原子向低能级跃迁时最多产生2种谱线
7．如图所示是氢原子的能级图，大量处于激发态的氢原子向低能级跃迁时，一共可以辐射出6种不同频率的光子，其中巴耳末系是指氢原子由高能级向能级跃迁时释放的光子，则（　　）
A．6种光子中激发态跃迁到基态时释放的光子康普顿效应最明显
B．6种光子中有3种属于巴耳末系
C．若从能级跃迁到基态释放的光子能使某金属板发生光电效应，则从能级跃迁到能级释放的光子也一定能使该金属板发生光电效应
D．使能级的氢原子电离至少要的能量
8．氢原子能级如图，当氢原子从n＝3跃迁到n＝2的能级时，辐射光的波长为656
nm．以下判断正确的是(　　)
A．氢原子从n＝2跃迁到n＝1的能级时，辐射光的波长大于656
nm
B．用波长为339
nm的光照射，可使氢原子从n＝1跃迁到n＝4的能级
C．一群处于n＝4能级上的氢原子向低能级跃迁时最多产生6种谱线
D．用波长为633
nm的光照射，不能使氢原子从n＝2跃迁到n＝3的能级
9．用大量具有一定能量的电子轰击大量处于基态的氢原子，观测到了一定数目的光谱线，调高电子的能量再次进行观测，发现光谱线的数目比原来增加了5条.用表示两次观测中最高激发态的量子数n之差，E表示调高后电子的能量，根据氢原子的能级图（如图所示）可以判断，和E的可能值为
A．，
B．，
C．，
D．，
10．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
11．如图所示为氢原子能级示意图的一部分，根据波尔理论，下列说法中正确的是（　　）
A．从能级跃迁到能级比从能级跃迁到能级辐射出电磁波的波长长
B．从高能级向低能级跃迁时，氢原子核一定向外放出能量
C．从能级跃迁到能级，氢原子的能量减小，电子的动能增大
D．处于不同能级时，核外电子在各处出现的概率是一样的
12．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之发生跃迁
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，可能被吸收的光子能量只有3种
D．用n=3能级跃迁到n=2能级辐射的光照射逸出功为1.85eV的金属不能发生光电效应
第II卷（非选择题）
二、解答题（共52分）
13．已知氢原子基态的电子轨道半径为
，量子数为n的能级值．
(1)有一群氢原子处于量子数n=3的激发态．画一能级图，在图上用箭头标明这些氢原子能发出哪几条光谱线．
(2)计算这几条光谱线中波长最短的一条的波长．
(其中静电力恒量K=9.0×109N·m2/C2，电子电量e=1.6×10-19C，普朗克恒量h=6.63×10-34J·s，真空中光速c=3.0×108m/s)．
14．按卢瑟福的原子模型，氢原子的核外电子质量为m，电荷量为，做轨道半径为r的匀速圆周运动。求：
(1)电子运动的速率和动能；
(2)电子绕核转动的频率。
15．氢原子在基态时轨道半径r1=0.53×10－10m，能量E1=-13.6eV。求氢原子处于基态时。
(1)电子的动能；
(2)原子的电势能；
(3)用波长是多少的光照射可使其电离？
16．在可见光范围内波长最长的2条谱线所对应的n及它们的波长各是多少？氢原子光谱有什么特点？
参考答案
1．D
【详解】
第一个比较精确测量出万有引力常量G的科学家是英国科学家卡文迪许于1789年利用他所发明的扭秤测得的；元电荷e的数值是美国科学家密立根通过研究电场中的带电油滴的下落测得的，故D正确，ABC错误。
故选D。
2．D
【详解】
B．在阴极射线管中，阴极射线是由阴极处于炽热状态而发射出的电子流，B错误；
ACD．阴极发射出的电子流通过高电压加速后，获得较高的能量，与玻璃壁发生撞击而产生荧光，AC错误，D正确。
故选D。
3．C
【详解】
A．由图可知，三棱镜对b光的折射程度较大，则该三棱镜对b光的折射率较大，选项A错误；
B．根据
可知，在该三棱镜中，a光的传播速度大于b光的传播速度，选项B错误；
C．a光折射率小，则频率小，波长大，根据
可知，用同一双缝干涉装置进行实验，a光干涉条纹的间距大于b光干涉条纹的间距，选项C正确；
D．b光频率大，则所对应的跃迁的能级差较大，因为a光是氢原子由n=4的能级向n=2的能级跃迁时发出的，则b光不可能是氢原子从n=3的能级向n=2的能级跃迁时发出的，选项D错误。
故选C。
4．B
【详解】
A．电子运动过程中有可能与汞原子发生一次，也有可能没发生碰撞，还可能发生多次碰撞，
A错误；
B．由于电压U每升高4.9V时，电流表的示数I就会显著下降，说明汞原子基态和第一激发态之间的能极之差等于4.9eV，B正确；
C．K、G间电子的动能越大，根据乙图，不一定更使汞原子发生跃迁，C错误；
D．K、G间电压越大，由乙图可知，单位时间内到达A极的电子数不一定越多，D错误。
故选B。
5．D
【详解】
A．大量处于能级的氢原子能发射不同种频率的光子数为
故A错误；
BC．核外电子从高能级向低能级跃迁时，辐射的光子能量
故能级差越大，光子的能量也越大，即光子的频率越大，根据可知频率越大，波长越小。又波长越大，越易发生明显的干涉和衍射现象。
由图可知当核外电子从能级跃迁到能级时，能级差最小，所以放出光子的能量最小，频率最小，波长最大，故最易发生衍射现象，故BC错误；
D．由能级跃迁到能级辐射出的光的能量为
大于，能使该金属发生光电效应，故D正确。
故选D。
6．C
【详解】
ABC．能级间跃迁辐射的光子能量等于两能级间的能级差，氢原子从n=4跃迁到n=2的能级时，辐射光的能量小于氢原子从n=3跃迁到n=1的能级时，辐射光的能量，则氢原子从n=4跃迁到n=2的能级时，辐射光的波长大于λ，同理可知，氢原子从n=4跃迁到n=3的能级时，辐射光的波长大于λ，氢原子从n=5跃迁到n=3的能级时，辐射光的波长大于λ，故AB错误，C正确；
D．一群处于n=3能级上的氢原子向低能级跃迁时最多产生种谱线，故D错误。
故选C。
7．A
【详解】
A．在6种光子中，n=4能级跃迁到n=1能级释放的光子的能量最大，频率最高，故其康普顿效应最明显，A正确；
B．由题意知6种光子中有2种属于巴耳末系，他们分别是从n=4跃迁到n=2，从n=3跃迁到n=2时释放处的光子，
B错误；
C．由图知，从n=3能级跃迁到n=2能级释放的光子的能量小于n=2能级跃迁到基态释放的光子的能量，故从能级跃迁到基态释放的光子能使某金属板发生光电效应，则从能级跃迁到能级释放的光子不一定能使该金属板发生光电效应，C错误；
D．由氢原子的能级图可知，，故n=4能级的电离能等于0.85eV，D错误。
故选A。
8．CD
【解析】
【详解】
从n=3跃迁到n=2的能级时，辐射光的波长为656nm，即有：，而当从n=2跃迁到n=1的能级时，辐射能量更多，则频率更高，则波长小于656nm．故A错误．使氢原子从n＝1跃迁到n＝4的能级需要光的波长满足：，解得λ=97.2nm，选项B错误；根据数学组合，可知一群n=4能级上的氢原子向低能级跃迁时最多产生6种谱线．故C正确．氢原子的电子从n=2跃迁到n=3的能级，必须吸收的能量与从n=3跃迁到n=2的能级放出能量相等，因此只能用波长656nm的光照射，才能使得电子从n=2跃迁到n=3的能级．故D正确．
9．AD
【详解】
最高激发态量子数之差和最高能级量子数之差相同，因此设氢原子原来的最高能级为，则调高后的能级为，则有：
即有：
讨论：当时，可得：
调整后的能级为，此时能极差为：
因此提高电子的动能应该大于此时的能级差，但是应该小于基态和第7能级之间的能级差，否则将跃迁到更高能级，即小于
所以，则有：
当时，可得：
调整后的能级为，此时能极差为：
因此提高电子的动能应该大于此时的能级差，但是应该小于基态和第5能级之间的能级差，否则将跃迁到更高能级，即小于
所以，则有：
A．与分析相符，故A正确；
B．与分析不符，故B错误；
C．与分析不符，故C错误；
D．与分析相符，故D正确；
故选AD。
10．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。
11．AC
【详解】
A、由氢原子能级图可知，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，根据可知，辐射的电磁波的波长长．故A正确．
B、由高能级向低能级跃迁时，氢原子向外辐射能量，不是氢原子核向外放出能量，故B错误；
C、由于高能级所对应的能量高，低能级所对应的能量低，故从n=4能级跃迁到n=3能级，氢原子的能量减小，电子的半径减小，根据能量守恒可知电子的动能变大，故C正确；
D、处于不同能级时，核外电子在各处出现的概率不同，能级越低，概率越大，故D错误．
12．BC
【详解】
A．n=1能级与n=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n=2能级；吸收-1.51eV
-（-13.6）eV
=12.09eV的光子能量可以跃迁到n=3能级；吸收-0.85eV
-（-13.6）eV
=12.75eV的光子能量可以跃迁到n=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．用n=3能级跃迁到n=2能级辐射的光子能量为-1.51eV
-（-3.4）eV
=1.89eV>1.85eV，则照射逸出功为1.85eV的金属能发生光电效应，选项D错误。
故选BC。
13．（1）当氢原子从量子数n=3的能级跃迁到较低能级时，
可以得到3条光谱线
（2）
【解析】
试题分析：一群氢原子处于量子数n=3的激发态从低能级跃迁时，发出不同频率的光谱线；根据跃迁的能级差值，结合即可求解；
（1）当氢原子从量子数n=3的能级跃迁到较低能级时，可以得到3条光谱线．如图所示．
（3）波长最短的一条光谱线对应的能级差为，得
代入数据得：
14．(1)，；(2)
【详解】
(1)氩原子核对核外电子的库仑引力远大于它们之间的万有引力，万有引力不计。所以电子绕核转动的向心力是库仑引力
所以
所以
(2)根据
且
所以
15．(1)13.6eV；(2)-27.2eV；(3)9.14×10-8m
【详解】
(1)设处于基态的氢原子核外电子速度大小为v1，则有
所以电子动能
(2)因为E1=Ek1＋Ep1，所以
Ep1=E1-Ek1＝-13.6eV-13.6eV＝-27.2eV
(3)设用波长为λ的光照射可使氢原子电离，则有
=0－E1
所以
λ=-=m≈9.14×10-8m
16．n＝3时，λ＝6.5×10－7
m
n＝4时，λ＝4.8×10－7
m
特点见解析
【解析】
试题分析：
据公式＝R
n＝3,4,5，…
当n＝3时，波长λ最大，其次是n＝4时，
当n＝3时，＝1.10×107·
解得λ1≈6.5×10－7
m.
当n＝4时，＝1.10×107·
解得λ2≈4.8×10－7
m.
氢原子光谱是由一系列不连续的谱线组成的线状谱
考点：波长
氢原子光谱
点评：波长和能量之间的关系应该熟记，波长长意味着频率小，能量小。巴尔末公式的直接应用属于基础问题，应熟练掌握。