第五章原子世界探秘综合训练（word版含答案）

第5章原子世界探秘
一、选择题（共15题）
1．大量氢原子处于n=4的激发态，当它们向较低能级跃迁时，下列说法中错误的是
A．最多能辐射6种不同频率的光子
B．从n＝4跃迁到n＝1能级辐射的光子波长最长
C．从n＝4跃迁到n＝1能级辐射的光子频率最高
D．从n＝4跃迁到n＝1能级辐射的光子能量最大
2．氢原子的能级图如图所示，下列对氢原子光谱的说法正确的是（　　）
A．大量氢原子处于能级的激发态，跃迁到基态最多能发出10种不同频率的光
B．一个氢原子处于能级的激发态，跃迁到基态最多能发出6种不同频率的光子
C．用能量为13eV的光子照射处于基态的氢原子，可使氢原子跃迁到第4能级
D．能量为13eV的电子与处于基态的氢原子碰撞，有可能使氢原子跃迁到第4能级
3．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．原子核直径的数量级是
4．下列关于物理学发展史和单位制的说法正确的是（　　）
A．物理学家汤姆孙经过多次实验，比较准确地测定了电子的电荷量
B．韦伯不仅提出了场的概念，而且直观地描绘了场的清晰图像
C．kg、m、s、C都是国际单位制中的基本单位
D．功的单位用国际单位制中基本单位可书写为kg m2/s2
5．在α粒子散射实验中，极少数的α粒子出现了大角度的散射，其原因是
A．原子核发生α衰变，向外释放出的α粒子方向不定
B．原子只能处于一系列不连续的能量状态中
C．原子核的存在，α粒子在十分靠近它时，受到斥力
D．α粒子与电子发生碰撞，偏离原来的运动方向
6．图示为氢原子的能级图，下列说法正确的是（ ）
A．氢原子从较高能级跃迁到较低能级时，释放一定频率的光子，核外电子动能增加，电势能减小
B．氢原子从n=3能级跃迁到n=4能级时，需要吸收的光子能量必须大于0.66eV
C．氢原子处于不同能级时，核外电子在各处出现的频率相同
D．一个处于n=4能级的氢原子向低能级跃迁时，可以释放6种频率的光子
7．卢瑟福通过α粒子散射实验，提出了（　　）
A．分子拥有复杂结构 B．原子拥有复杂结构
C．葡萄干蛋糕模型 D．原子核式结构模型
8．如图所示是氢原子的能级图。已知红光光子能量范围为。下列说法正确的是（　　）
A．氢原子的核外电子从量子数为能级跃迁到基态能级时能够发出红光谱线
B．氢原子的核外电子从量子数为能级跃迁到能级时能够发出红光谱线
C．氢原子的核外电子从量子数为能级跃迁到能级时能够发出红光谱线
D．氢原子的核外电子从量子数为能级直接跃迁到基态能级时能够发出红光谱线
9．根据卢瑟福提出的原子核式结构模型解释粒子散射实验,使少数粒子发生大角度偏转的作用力是金原子核对粒子的
A．库仑斥力 B．库仑引力 C．万有引力 D．核力
10．北京高能光源是我国首个第四代同步辐射光源，计划于2025年建成。同步辐射光具有光谱范围宽（从远红外到X光波段，波长范围约为10-5m～10-11m，对应能量范围约为10-1eV～105eV）、光源亮度高、偏振性好等诸多特点，在基础科学研究、应用科学和工艺学等领域已得到广泛应用。速度接近光速的电子在磁场中偏转时，会沿圆弧轨道切线发出电磁辐射，这个现象最初是在同步加速器上观察到的，称为“同步辐射”。以接近光速运动的单个电子能量约为109eV，回旋一圈辐射的总能量约为104eV。下列说法正确的是（　　）
A．同步辐射的机理与氢原子发光的机理一样
B．用同步辐射光照射氢原子，不能使氢原子电离
C．蛋白质分子的线度约为10-8 m，不能用同步辐射光得到其衍射图样
D．尽管向外辐射能量，但电子回旋一圈后能量不会明显减小
11．下列有关氢原子光谱的说法正确的是（　　）
A．氢原子的发射光谱是连续谱
B．氢原子光谱说明氢原子只发出特定频率的光
C．氢原子光谱说明氢原子能量是连续的
D．氢原子光谱线的频率与氢原子能级的能量差无关
12．如图为氢原子能级示意图的一部分，则氢原子（ ）
A．处于不同能级时，核外电子在各处出现的概率是一样的
B．从低能级向高能级跃迁时，氢原子核一定向外放出能量
C．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
D．从n=5能级跃迁到n=1能级比n=5能级跃迁到n=4能级辐射出电磁波的频率小
13．以下关于物理学史的叙述，符合实际的有（　　）
A．康普顿发现了电子，并测定了电子电荷量，且提出了“枣糕模型”
B．卢瑟福通过对α粒子散射实验的研究，提出了原子的核式结构模型
C．玻尔根据光的波粒二象性，大胆提出假设，认为实物粒子也具有波动性
D．普朗克为了解释黑体辐射现象，第一次提出了能量量子化理论
14．如图所示是氢原子的能级图，一群处于激发态的氢原子发生跃迁，释放出不同频率的光子，利用这些光子照射逸出功为2.25eV的金属钾，则下列说法正确的是（　　）
A．要使处于某一激发态的一群氢原子能够辐射出10种频率的光子，只需用频率为13.06eV的光子照射处于基态的氢原子就可以实现
B．氢原子从高能级n=5向低能级n=3跃迁时，向外辐射光电子的能量为0.97eV，电子绕原子核运动的动能减小
C．当一群从n=4的能级的氢原子发生跃迁，释放最大频率的光子照射金属钾，能够发生光电效应，光电子的最大初动能为10.5eV
D．当一群从n=4的能级的氢原子发生跃迁，释放最大频率的光子照射金属钾，能够发生光电效应，用该光电子能够使处于基态的氢原子从n=1能级跃迁到n=2能级
15．如图所示为氢原子的能级图。一群氢原子处于n=3的激发态上，下列说法正确的是（　　）
A．原子向n=2的能级跃迁需要吸收能量
B．原子向低能级跃迁能发出3种不同频率的光子
C．原子跃迁到低能级后电子动能增大
D．原子至少需要吸收1.51eV的能量才能发生电离
二、填空题
16．已知氢原子的基态能量为E1，激发态能量En=E1/n2，其中n=2，3，…，若要使氢原子从基态跃迁到激发态，则需吸收的光子能量至少为______；设某个氢原子的核外电子绕原子核做圆周运动，其轨迹半径为r，己知电子电量为-e，静电力常量为K，则该电子的动能为______。
17．某原子K层失去一个电子后，其K层出现一个电子空位，当外边L层上有电子跃迁到K层填补空拉时会释放一定的能量；一种情况是辐射频率为ν0的X射线；另一种情况是跃迁释放的能量被其他层的电子吸收，使电子发生电离成为自由电子．若跃迁释放的能量被M层的一个电子吸收，电离后的自由电子的动能是E0，已知普朗克常量为h，则电子处于L层时与处于K层时原子的能级差为__________，电子处于M层时原子的能级（即能量值）为_______．
18．汤姆孙原子模型：汤姆孙于1898年提出了原子模型，他认为原子是一个______，______弥漫性地______在整个球体内，电子镶嵌其中，有人形象地把汤姆孙模型称为“西瓜模型”或“枣糕模型”。
19．如图所示为氢原子的能级示意图，一群氢原子处于n=3的激发态，在向较低能级跃迁的过程中向外发出光子，并用这些光照射逸出功为2.49 eV的金属钠。
(1)这群氢原子能发出_______种不同频率的光，其中有________种频率的光能使金属钠发生光电效应．
(2)金属钠发出的光电子的最大初动能________eV。
三、综合题
20．如图所示为氢原子最低的四个能级，当氢原子在这些能级间跃迁时，
（1）最多有可能放出几种能量的光子？
（2）在哪两个能级间跃迁时，所发出的光子波长最长？最长波长是多少？（普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s，电子电荷量e＝1.6×10－19 C，结果保留三位有效数字）
21．氢原子的原子能级图如图甲所示，当大量处于n=4能级的氢原子自发向n=2的低能级发生能级跃迁时，会发出各种不同频率的光子，试求：
（1）从n=4能级向n=2能级跃迁，总共发出多少种光子？请回答并在图甲上用箭头标明；
（2）计算（1）问所得到的光子中能量最大的光子的频率．（保留一位小数，h=6.63×10﹣34J S）
（3）若用（1）问得到的这些光中频率最高的两种光（假定命名叫A、B光）来做双缝干涉实验（如图乙所示），当用较高频率的A光做实验时，在屏幕上得到的亮条纹间距△yA=2mm，不改变实验装置任何部分，换用较低频率的B光再做此实验时，在屏幕上得到的亮条纹间距△yB为多大？
22．研究原子物理时，科学家经常借用宏观模型进行模拟，在玻尔原子模型中，完全可用卫星绕行星运动来模拟研究电子绕原子核的运动，当然这时的向心力不是粒子间的万有引力（可忽略不计），而是粒子间的静电力。氢原子在基态时轨道半径r1=。能量E1=-13.6eV；电子和原子核的带电荷最大小都是，静电力常量，普朗克常最h=，真空中的光速。（计算结果保留3位有效数字）
（1）求氢原子处于基态时电子的动能和原子的电势能；
（2）用波长是多少的光照射可使基态氢原子电离
23．(1)氢原子第n能级的能量为 ，其中E1是基态能量，而n=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v的高速α粒子()与同方向运动的氖核()发生弹性正碰，碰后α粒子恰好静止。求碰撞前后氖核的速度（不计相对论修正）
试卷第1页，共3页
参考答案：
1．B
【详解】
试题分析：从n＝4跃迁到基态时，可辐射处的不同频率的光子数种，选项A 正确；从n＝4跃迁到n＝3能级辐射的光子频率最小，波长最长，选项B 错误；从n＝4跃迁到n＝1能级的能级差最大，辐射的光子频率最高，光子能量最大，选项C 正确，D 错误；
2．D
【详解】
A．大量氢原子处于能级的激发态，跃迁到基态最多能发出
种不同频率的光，故A错误；
B．一个氢原子处于能级的激发态，跃迁到基态最多能发出3种不同频率的光子，即能级到能级、能级到能级、能级到基态跃迁时发出的光子，故B错误；
C．氢原子从基态跃迁到第4能级，需要吸收的能量
用能量为13eV的光子照射处于基态的氢原子，不能发生跃迁，故C错误；
D．能量为13eV的电子与处于基态的氢原子碰撞，由于碰撞过程电子能量不一定完全传递给氢原子，若基态的氢原子刚好吸收12.75eV的能量，则刚好跃迁到第4能级，故D正确。
故选D。
3．B
【详解】
ABC．根据卢瑟福的原子核式结构学说可知，原子的全部正电荷和几乎的全部质量都集中在原子核上，A、C错误，B正确；
D．原子核直径的数量级是，D错误。
故选B。
4．D
【详解】
A．物理学家密立根经过多次实验，比较准确地测定了电子的电荷量，故A错误；
B．法拉第不仅提出了场的概念，而且直观地描绘了场的清晰图像，故B错误；
C．kg、m、s是国际单位制中的基本单位，C是导出单位，故C错误；
D．根据功的公式和可知，功的单位用国际单位之中基本单位可书写为，故D正确。
故选D。
5．C
【详解】
试题分析：在α粒子散射实验中，极少数的α粒子出现了大角度的散射，其原因是原子的中心存在质量比较大的原子核，带正电，当α粒子在十分靠近它时，受到斥力的作用而发生散射，故选项C正确．
6．A
【详解】
A．氢原子的核外电子由较高能级跃迁到较低能级时，轨道半径减小，能量减小，释放一定频率的光子，根据知，电子动能增大，则电势能减小，故A正确；
B．根据辐射的光子能量等于两能级间的能级差，可知，E4-E3=△E，因此氢原子从n=3能级跃迁到n=4能级时，需要吸收的光子能量必须等于0.66eV．故B错误；
C．处于不同能级时，核外电子在各处出现的概率不同．故C错误；
D．根据 ，可知，大量处于n=4能级的氢原子跃迁到基态的过程中最多可释放出6种频率的光子，但如今只有一个氢原子，则n=4能级的氢原子向低能级跃迁时，可以释放3种频率的光子，故D错误；
故选A。
7．D
【详解】
卢瑟福通过α粒子散射实验，提出了原子核式结构模型。
故选D。
8．C
【详解】
A．氢原子的核外电子从量子数为能级跃迁到基态能级时辐射出的光子能量为
不属于红光谱线，A错误；
B．氢原子的核外电子从量子数为能级跃迁到能级时辐射出的光子能量为
不属于红光谱线，B错误；
C．氢原子的核外电子从量子数为能级跃迁到能级时辐射出的光子能量为
处在红光光子能量范围内，属于红光谱线，C正确；
D．氢原子的核外电子从量子数为能级直接跃迁到基态能级时辐射出的光子能量为
不属于红光谱线，D错误。
故选C。
9．A
【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,但因为电子的质量只有粒子质量的1/7300,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,只有是原子核对粒子的库仑斥力,其力较大,且原子核质量较大,导致极少数粒子发生大角度偏转,所以A选项正确.
10．D
【详解】
A．同步辐射是在磁场中圆周自发辐射光能的过程，氢原子发光是先吸收能量到高能级，在回到基态时辐射光，两者的机理不同，故A错误；
B．用同步辐射光照射氢原子，总能量约为104eV大于电离能13.6eV，则氢原子可以电离，故B错误；
C．同步辐射光的波长范围约为10-5m～10-11m，与蛋白质分子的线度约为10-8 m差不多，故能发生明显的衍射，故C错误；
D．以接近光速运动的单个电子能量约为109eV，回旋一圈辐射的总能量约为104eV，则电子回旋一圈后能量不会明显减小，故D正确；
故选D。
11．B
【详解】
AB．由于氢原子发射的光子的能量
所以发射的光子的能量值是不连续的，只能是一些特殊频率的光，A错误，B正确；
C．由于氢原子的轨道是不连续的，而氢原子在不同的轨道上的能量
故氢原子的能量是不连续的即分立的，C错误；
D．当氢原子从较高轨道第能级跃迁到较低轨道第能级时，发射的光子的能量为
显然、的取值不同，发射光子的频率就不同，故氢原子光谱线的频率与氢原子能级的能量差有关，D错误。
故选B。
12．C
【详解】
A．处于不同能级时，核外电子在各处出现的概率不同，A错误；
B．由低能级向高能级跃迁，氢原子吸收能量，不是原子核辐射能量，B错误；
C．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，根据
则辐射的光子频率小，所以辐射的电磁波的波长长，C正确；
D．从n=5能级跃迁到n=1能级比从n=5能级跃迁到n=4能级辐射出光子能量大，根据
则辐射的光子频率大，D错误。
故选C。
13．BD
【详解】
A.汤姆孙发现了电子，密立根测定了电子电荷量，故A错误；
B.卢瑟福通过对α粒子散射实验的研究，提出了原子的核式结构模型，故B正确；
C.德布罗意根据光的波粒二象性，大胆提出假设，认为实物粒子也具有波动性，故C错误．
D.普朗克为了解释黑体辐射现象，第一次提出了能量量子化理论，故D正确；
14．AC
【详解】
A．用频率为13.06eV的光子照射处于基态的氢原子，若处于基态的氢原子吸收了这种光子，则能量为
E1=(-13.6+13.06)eV=-0.54eV
氢原子将跃迁到n=5能级，这些大量氢原子从n=5能级再往低能级跃迁，将辐射出
种光子，故A正确；
B．氢原子从高能级n=5向低能级n=3跃迁时，向外辐射光电子的能量为
E2=[-0.54-(-1.51)]eV=0.97eV
能级越低，电子离原子核的距离越近，电子做圆周运动的动能越大，故B错误；
CD．当一群从n=4的能级的氢原子发生跃迁，直接跃迁到基态的氢原子将释放最大频率的光子，该光子的能量为
E3=[-0.85-(-13.6)]eV=12.75eV
该光子照射逸出功为2.25eV的金属钾，出射光电子的最大初动能为
Ek=(12.75-2.25)eV=10.5eV
该光电子本质上是电子撞击过程，不一定能使基态的氢原子跃迁，故C正确，D错误。
故选AC。
15．BCD
【详解】
A．原子从n=3向n=2的能级跃迁时，要释放能量。A错误；
B．一群氢原子从n=3向低能级跃迁时，能发出种光子。B正确；
C．原子跃迁到低能级后，根据玻尔假设，能级越低，电子动能越大。C正确；
D．由图可知，n=3的能级为-1.51eV，所以至少需要吸收1.51eV的能量才能发生电离。D正确。
故选BCD。
16．
【详解】
当氢原子从基态跃迁到n=2激发态时，需吸收的光子能量最少，由题意可得，又n=2激发态的能量为
故需要吸收的光子能量为
由于电子做圆周运动，根据静电力提供向心力，则有
解得
17．
【详解】
辐射光子的能量，即为两能级之间的差值，因为辐射光子频率为，所以电子处于L层时与处于K层时原子的能级差为
若跃迁释放的能量被M层的一个电子吸收，电离后的自由电子的动能是E0，则根据能量守恒可得，即子处于M层时原子的能级（即能量值）为
故答案为
18． 球体 正电荷 均匀分布
19． 3 2 9.60
【详解】
(1)一群氢原子处于n=3的激发态，在向较低能级跃迁的过程可以发出的光的种类有：n=3向n=2 跃迁，n=3向n=1跃迁， n=2向n=1跃迁，共三种不同频率的光；
n=3向n=2跃迁时放出的能量是1.89eV，n=3向n=1跃迁时放出的能量是12.09eV， n=2向n=1跃迁时放出的能量是10.2eV，所以有2种频率的光的能量大于2.49 eV，能使钠发生光电效应；
(2)根据爱因斯坦的光电效应方程，金属钠发出的光电子的最大初动能是
Ekm=12.09eV-2.49eV=9.60eV
20．（1）6种；（2）第4能级向第3能级，1.88×10－6 m
【详解】
（1）由N＝，可得N＝＝6种。
（2）氢原子由第4能级向第3能级跃迁时，能级差最小，辐射的光子能量最小，波长最长，根据
hν＝＝E4－E3＝[－0.85－（－1.51）] eV＝0.66 eV
λ＝＝ m≈1.88×10－6 m。
21．（1）从n=4能级向n=2能级跃迁，总共发出3种光子，如图所示；
（2）计算（1）问所得到的光子中能量最大的光子的频率6.2×1014Hz；
（3）当用较高频率的A光做实验时，在屏幕上得到的亮条纹间距△yA=2mm，不改变实验装置任何部分，换用较低频率的B光再做此实验时，在屏幕上得到的亮条纹间距△yB为2.7mm
【详解】
试题分析：（1）依据数学组合公式=3种，
因此从n=4能级向n=2能级跃迁，总共发出3种光子．
（2）根据能级间跃迁放出或吸收光子的能量满足hγ=Em﹣En．及
从n=4能级向n=2能级跃迁，频率最大的光子能量为△E=E4﹣E2=﹣0.85+3.4eV=2.55eV．
再由==6.2×1014Hz
（3）由公式，
及E3﹣E2=h，
且，
可得：
由双缝干涉条纹的间距公式△y=，可得，
解得：△yB=2.7mm．
22．（1）13.6eV，-27.2eV；（2）
【详解】
（1）设处于基态的氢原子核外电子得速度为，则
解得
带入数据解得电子的动能为13.6 eV
原子的能量
则
带入数据解得
（2）设用波长为的光照射可使氢原子电离，则
所以
带入数据解得
23．(1)氢原子发射光子前后分别处于第4与第2能级；(2)
【详解】
(1)设氢原子发射光子前后分别处于第l与第m能级，则依题意有
解得
氢原子发射光子前后分别处于第4与第2能级　　　
(2)设a粒子与氖核的质量分别为ma与mNe，氖核在碰撞前后的速度分别vNe为与v＇Ne．由动量守恒与机械能守恒定律，有
　　　　　
解得
已知
解得
答案第1页，共2页