第二章 原子结构 单元检测（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（解析版）
第I卷（选择题）
一、选择题（共48分）
1．卢瑟福提出原子核式结构学说的根据是在用α粒子轰击金箔的实验中，发现粒子（　　）
A．全部穿过或发生很小的偏转
B．全部发生很大的偏转
C．绝大多数发生偏转，甚至被弹回
D．绝大多数穿过不发生偏转，只有少数发生很大偏转，甚至极少数被弹回
2．关于粒子散射实验，下列说法正确的是（　　）
A．绝大多数粒子经过金箔后，发生了角度大的偏转
B．粒子在接近原子核的过程中，动能减少，电势能减少
C．粒子离开原子核的过程中，动能增大，电势能也增大
D．对粒子散射实验的数据进行分析，可以估算出原子核的大小
3．如图所示是某原子的部分能级示意图，a、b、c为原子发生的三种跃迁，分别发出三种波长的光，下列说法正确的是（　　）
A．
B．
C．
D．
4．如图所示为氢原子能级示意图，现有大量的氢原子处于n=4的激发态，当向低能级跃迁时辐射出若干不同频率的光，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．这些氢原子总共可辐射出6种不同频率的光
C．由n=2能级跃迁到n=
1能级辐射出的光频率最小
D．由n=4能级跃迁到n=1能级辐射出的光是可见光
5．如图所示为氢原子的能级图，当氢原子从能级跃迁到能级时，辐射出光子，当氢原子从能级跃迁到能级时，辐射出光子，则下列判断正确的是（　　）
A．光子的能量大于光子的能量
B．光子的波长小于光子的波长
C．光子可能使处于能级的氢原子电离
D．若为可见光，则不可能为紫外线
6．如图所示，氢原子在不同能级间发生a、b、c三种跃迁时，释放光子的波长分别是λa、λb、λc，则下列说法正确的是（　　）
A．从n=3能级跃迁到n=1能级时，释放光子的波长可表示为
B．从n=3能级跃迁到n=2能级时，电子的势能减小，氢原子的能量增加
C．用11eV的电子碰撞处于基态的氢原子时，氢原子一定不会发生跃迁
D．用13eV的光子照射大量处于基态的氢原子时，可以发出三种频率的光
7．如图所示为氢原子能级图，、、分别表示电子处于三种不同能级跃迁时放出的光子，其中（　　）
A．频率最高的是
B．波长最短的是
C．频率最高的是
D．波长最长的是
8．下列四幅图中，相应的说法正确的是（　　）
A．图甲第一类永动机不能实现因为它违背能量守恒定律
B．图乙是高频焊接原理图，工件上只有焊缝处温度很高，是因为焊缝处的电阻小
C．图丙的粒子散射实验说明原子核是由质子与中子组成
D．图丁一群氢原子处于量子数能级状态，可能辐射种频率的光子
9．关于量子力学的说法正确的是（　　）
A．不论是对宏观物体，还是对微观物体，量子力学都是适用的
B．量子力学完全否定了普朗克黑体辐射理论、玻尔氢原子理论等早期量子论
C．玻尔理论成功地解释了氢原子光谱的规律，为量子力学的建立奠定了基础
D．激光技术的发展是量子力学的应用在实际生活中的体现
10．如图为氢原子的能级图，已知可见光的光子的能量范围为，锌板的电子逸出功为，那么对氢原子在能级跃迁的过程中辐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，一定不能产生光电效应现象
B．用能量为的自由电子轰击，可使处于基态的氢原子跃迁到激发态
C．处于能级的氢原子可以吸收任意频率的紫外线使氢原子电离
D．用波长为的伦琴射线照射，可使处于基态的氢原子电离出自由电子
11．氢原子能级示意图如图所示，已知大量处于能级的氢原子，当它们受到某种频率的光线照射后，可辐射出6种频率的光，用这些光照射逸出功为1.90eV的金属铯。下列说法正确的是（　　）
A．能级氢原子受到照射后跃迁到能级
B．能使金属铯逸出光电子的光子频率有4种
C．氢原子向低能级跃迁后核外电子的动能减小
D．氢原子由能级跃迁到能级产生的光的波长最大
12．如图所示，氢原子可在下列各能级间发生跃迁，设从n＝4到n＝1能级辐射的电磁波的波长为λ1，从n＝4到n＝2能级辐射的电磁波的波长为λ2，从n＝2到n＝1能级辐射的电磁波的波长为λ3，则下列关系式中正确的是（　　）
A．λ1>λ3
B．
C．λ3
<λ2
D．
第II卷（非选择题）
二、解答题（共52分）
13．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。
14．如图所示为氢原子能级图，试回答下列问题：
(1)一群处于n＝4能级的氢原子跃迁后可能辐射出几种频率的光子？
(2)通过计算判断：氢原子从n＝4跃迁到n＝2时辐射出的光子，能否使金属铯发生光电效应？若能，则产生的光电子的初动能是否可能为0.48
eV？(已知普朗克常量h＝6.63×10－34
J·s，金属铯的极限频率为4.55×1014
Hz)
15．近百年前英国科学家汤姆逊以及他所带领的一批学者对原子结构的研究奠定了近代物理学的基石，其中他对阴极射线粒子比荷测定实验最为著名，装置如图（1）所示．阜宁中学某班的学生在实验室重做该实验，装置如图（2）所示，在玻璃管内的阴极K
发射的射线被加速后，沿直线到达画有正方形方格的荧光屏上．在上下正对的平行金属极板上加上电压，在板间形成电场强度为
E
的匀强电场，射线向上偏转；再给玻璃管前后的励磁线圈加上适当的电压，在线圈之间形成磁感应强度为
B
的匀强磁场，射线沿直线运动，不发生偏转．之后再去掉平行板间的电压，射线向下偏转，经过屏上
A
点，如图（3）所示．
（不计射线的重力，匀强电场、匀强磁场范围限定在刻度“1”和“7”所在的竖直直线之间，且射线由刻度“1”所在位置进入该区域）．求：
（1）求该射线进入场区域时的初速度v
；
（2）已知正方形方格边长为d
，求该射线粒子的比.
（3）带电粒子在磁场中运动到A点的时间？
16．(1)氢原子第能级的能量为，其中是基态能量，而=1，2，…．若一氢原子发射能量为的光子后处于比基态能量高出的激发态，则氢原子发射光子前后分别处于第几能级?
(2)一速度为的高速粒子()与同方向运动的氖核()发生弹性正碰，碰后粒子恰好静止．求碰撞前后氖核的速度(不计相对论修正)．
参考答案
1．D
【详解】
卢瑟福提出原子核式结构学说的根据是在用α粒子轰击金箔的实验中，发现α粒子绝大多数穿过不发生偏转，只有少数发生很大偏转，有的偏转超过90°，甚至极少数被弹回。
故选D。
2．D
【详解】
A．绝大多数粒子经过金箔后，方向不发生改变，只有少数的发生了角度大的偏转，选项A错误；
B．粒子在接近原子核的过程中，静电斥力做负功，则动能减少，电势能增加，选项B错误；
C．粒子离开原子核的过程中，静电斥力做正功，则动能增大，电势能减小，选项C错误；
D．对粒子散射实验的数据进行分析，可以估算出原子核的大小，选项D正确。
故选D。
3．A
【详解】
AB．电子跃迁时发出的光子的能量为：E=Em-En，能量差E3-E2等于光子b的能量，能量差E2-E1等于光子c的能量，能量差E3-E1等于光子a的能量，由玻尔理论可知E3-E2＜E2-E1，结合题图可知光子的能量关系为：Ea=Ec+Eb，同时：Ea＞Ec＞Eb又
联立可得：
故A正确，B错误；
CD．由玻尔理论氢原子的各能级都是负值，可知E3＞E2＞E1，而且E1+E2≠E3，故CD错误。
故选A。
4．B
【详解】
AB．这群原子能辐射出
种不同频率的光子，A错误，B正确；
C．频率最小，能级差最小，即光是由n=4能级跃迁到n=3能级产生的，C错误；
D．因为可见光的能量范围大约在1.62-3.11
eV，而氢原子从n=4能级跃迁到能级n=1能级产生的能量远大于可见光能量范围，故由n=4能级跃迁到n=1能级辐射出的光不是可见光，D错误。
故选B。
5．C
【详解】
AB．氢原子从能级跃迁到能级时的能量差小于从能级跃迁到能级时的能量差，根据
知，光子的能量小于光子的能量，所以光子的频率小于光子的频率，光子的波长大于光子的波长，AB错误；
C．根据公式
知，光子的能量大于处于能级的氢原子的电离能，所以可能使处于能级的氢原子电离，C正确；
D．因为光子的频率小于光子的频率，所以若为可见光，则有可能为紫外线，D错误。
故选C。
6．A
【详解】
A．因为，，则有
解得
故A正确；
B．n=3能级跃迁到n=2能级时，释放能量，则电子的势能减小，动能增加，而氢原子的能量减小，故B错误；
C．用11eV的电子碰撞处于基态的氢原子时，氢原子可以吸收10.2eV的能量，可能会发生跃迁，故C错误；
D．13eV的光子照射大量处于基态的氢原子时，由于光子能量不等于能级差，则不吸收，故氢原子不发生跃迁，故D错误。
故选A。
7．A
【详解】
根据玻尔理论可知光子的能量
光子的能量
光子的能量
所以光子的能量最大，频率最大，光子能量最小，频率最小，由
可知，波长与频率成反比，则光子波长最短，光子波长最长，BCD错误，A正确。
故选A。
8．AD
【详解】
A．图甲第一类永动机不能实现因为它违背能量守恒定律。故A正确；
B．图乙是高频焊接原理图，工件上只有焊缝处温度很高，是因为焊缝处横截面积小，电阻大，电流相同，焊缝处热功率大，温度升的很高。故B错误；
C．图丙的粒子散射实验说明原子核是由原子核和核外电子构成的。故C错误；
D．根据能级跃迁规律，从4到3、2、1三条，再由3到2、1两条，再由2到1一条，共计6条。故D正确。
故选AD。
9．ACD
【详解】
A．不论是对宏观物体，还是微观粒子，量子力学都是适用的，故A正确；
BC．普朗克通过研究黑体辐射提出能量子的概念，成为量子力学的奠基人之一；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，故B错误，C正确；
D．激光技术的发展是量子力学的应用在实际生活中的体现，故D正确。
故选ACD。
10．BCD
【详解】
A．氢原子从高能级向基态跃迁时，发光最小能量为10.2eV，大于锌板的电子逸出功为，所以用氢原子从高能级向基态跃迁时发射的光照射锌板，一定能产生光电效应现象。A错误；
B．用能量为的自由电子轰击，可以让氢原子吸收10.2eV的能量而跃迁。B正确；
C．紫外线能量大于，处于能级的氢原子吸收的能量即可电离，所以处于能级的氢原子可以吸收任意频率的紫外线使氢原子电离。C正确；
D．波长为的伦琴射线的能量为
D正确。
故选BCD。
11．AB
【详解】
A．受到某种频率的光线照射后，可辐射出6种频率的光，说明氢原子是从向低能级跃迁的，所以能级氢原子受到照射后跃迁到能级。A正确；
B．从向低能级跃迁辐射的光子中，从4到3和3到2跃迁时辐射的光子能量低于金属铯的逸出功，其他四种均大于金属铯的逸出功，B正确；
C．氢原子向低能级跃迁后核外电子在较低的轨道运动，库仑力做正功，电子的动能增大。C错误；
D．根据光子能量方程得
辐射的光子能量越小，波长越长，所以从4到3跃迁，辐射的光子波长最长。D错误。
故选AB。
12．BC
【详解】
A．释放光子的能量等于两能级间的能级差，所以从n=4到n=1跃迁辐射的电磁波能量大于从n=2到n=1跃迁辐射的电磁波能量，则辐射的光子频率大，所以辐射的电磁波的波长短。所以λ1<λ3，故A错误；
C．从n=4到n=2跃迁辐射电磁波能量小于从n=2到n=1跃迁辐射电磁波能量，则辐射的光子频率小，所以辐射的电磁波的波长长。所以
λ2>λ3
故C正确；
BD．从n=4到n=1跃迁辐射电磁波波长为λ1，从n=4到n=2跃迁辐射电磁波波长为λ2，从n=2到n=1跃迁辐射电磁波波长为λ3。根据释放光子的能量等于两能级间的能级差有
可得
故B正确，D错误。
故选BC。
13．(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
14．（1）6种（2）
【解析】（1）根据C42=6知，最多可能辐射出6种频率的光子．
（2）由氢原子能级图可知，从能级n=4跃迁到n=2，辐射出的光子中，能量最大值为：
E=E4-E2=-0.85-（-3.4）V=2.55eV，
金属铯的逸出功W=hν=6.63×10-34×4.55×1014J≈3.02×10-19J≈1.89eV．
因为E＞W，所以可以发生光电效应．
由爱因斯坦光电效应方程得：Ekm=E-W，
可知产生的光电子的最大初动能Ekm=2.55-1.89eV=0.66eV，
因为光电子的最大初动能大于0.48eV，所以可以产生0.48eV的光电子．
点睛：本题考查了能级与光电效应的综合运用，知道释放的光子能量等于两能级间的能级差，以及知道发生光电效应的条件.
15．(1)
(2)
(3)
【详解】
(1)射线被加速后在电场力和洛伦兹力共同作用匀速直线运动，根据平衡得：
qE=qvB
解得：射线被加速后的速度为
(2)去掉金属板间电压后，粒子不再受到电场力，只在洛伦兹力作用下做匀速圆周运动，经过A点，则圆心为O点，半径为r，如图所示
则有
解得：
因为洛伦兹力提供向心力，则
联立解得：
(3)设粒子轨迹对应的圆心角为θ，根据几何关系可得
解得
带电粒子在磁场中运动到A点的时间为：
16．(1)(2)．
【解析】
(1)设氢原子发射光子前后分别位于第与第能级，
依题意有：和
解得
(2)设碰撞前后氖核速度分别为.，由动量守恒与机械能守恒定律得：
和且：
解得：．