第四章 原子结构 单元测试（Word版含答案）

第四章、原子结构
一、选择题（共16题）
1．处于n=5能级的大量氢原子，向低能级跃迁时，辐射光的频率有（ ）
A．6种 B．8种 C．10种 D．15种
2．如图为氢原子能级图，大量处于激发态的氢原子跃迁时，发出频率不同的大量光子。则下列说法正确的是（　　）
A．跃迁时共发出4种频率的光
B．跃迁时共发出12种频率的光
C．从能级跃进至能级，辐射出的光频率最大
D．从能级跃进至能级，辐射出的光波长最大
3．下列说法错误的是(　　)
A．查德威克在原子核人工转变的实验中发现了中子
B．半衰期是指原子核有半数发生衰变所需要的时间
C．太阳光谱是连续谱
D．光是一种波，同时也是一种粒子．光子说并未否定电磁说，在光子能量E＝hν中，频率ν仍表示的是波的特性
4．图为氢原子能级图．现有一群处于n=4激发态的氢原子，用这些氢原子辐射出的光照射逸出功为2.13eV的某金属，则（　　）
A．这些氢原子能辐射出三种不同频率的光子
B．这些氢原子辐射出光子后，电子的总能量保持不变
C．这些氢原子辐射出的所有光都能使该金属发生光电效应
D．该金属逸出的所有光电子中，初动能的最大值约为10.62eV
5．关于α粒子散射实验，下列说法不正确的是（ ）
A．该实验在真空环境中进行
B．带有荧光屏的显微镜可以在水平面内的不同方向上移动
C．荧光屏上的闪光是散射的α粒子打在荧光屏上形成的
D．荧光屏只有正对α粒子源发出的射线方向上才有闪光
6．如图所示为氢原子的能级示意图，一群氢原子处于n = 4的激发态，在向较低能级跃迁的过程中向外发出光子，已知可见光光子能量范围约为1.61eV至3.10eV，下列说法正确的是（ ）
A．这群氢原子能发出4种频率不同的光
B．其中从n =2跃迁到n = l所发出的光频率最高
C．其中从n =2跃迁到n = l所发出的光波长最长
D．这群氢原子能发出2种可见光
7．如图所示，图中画出了氢原子的4个能级，并注明了相应的能量E，下列说法正确的是（　　）
A．电子在基态的速度最小 B．电子在基态的势能最小
C．基态时电子离原子核最远 D．电子从激发态跃迁到基态，吸收光子
8．科学家已经成功检测定位了纳米晶体结构中的氢原子。按玻尔氢原子理论，氢原子的能级图如图所示，下列判断正确的是（　　）
A．氢原子从第4激发态跃迁到第2激发态需要吸收光子
B．一个处于n=4激发态的氢原子向基态跃迁时，最多可能发出6条光谱线
C．用光子能量为13.06eV的光照射一群处于基态的氢原子，可观测到多种不同频率的光子
D．氢原子的核外电子由低能级跃迁到高能级时，电势能减小，动能增大
9．如图是氢原子能级示意图的一部分则（ ）
A．电子在各能级出现的概率是一样的
B．一个氢原子从 n=4 的能级向低能级跃迁时最多发出 3 种频率的光
C．一个动能是 13.6eV 的原子撞击处于基态的氢原子，一定能使它电离
D．一个氢原子从 n=4 的能级向低能级跃迁时，能辐射出的光子中，波长最长的是从 n=4 到 n=1 的轨道跃迁时放出的光子
10．氢原子的能级如图所示，下列说法正确的是（　　）
A．一个处于能级的氢原子，可以吸收一个能量为的光子
B．大量处于能级的氢原子，跃迁到基态的过程中可以释放出12种不同频率的光子
C．氢原子从高能级向低能级跃迁的过程中释放的光子的能量不可能大于
D．用能量为和的两种光子同时持续照射大量处于基态的氢原子，有可能使个别氢原子电离
11．图 甲所示为氢原子的能级，图乙为氢原子的光谱。已知谱线 a 是氢原子从 n=4 的能级跃迁到 n=2 的能级时的辐射光，则谱线 b 是氢原子（　　）
A．从 n=3 的能级跃迁到 n=2 的能级时的辐射光
B．从 n=5 的能级跃迁到 n=2 的能级时的辐射光
C．从 n=4 的能级跃迁到 n=3 的能级时的辐射光
D．从 n=2 的能级跃迁到 n=1 的能级时的辐射光
12．下列说法正确的是（　　）
A．卢瑟福通过对粒子散射实验结果的分析，发现了中子
B．汤姆孙通过研究阴极射线发现了电子，并提出了原子的“枣糕模型”
C．光电效应中光电子的最大初动能与入射光的频率成正比
D．光谱分析时，各种原子的明线光谱中的明线和它吸收光谱中的暗线不是一一对应
13．下列说法中正确的是（ ）
A．炽热的固体、液体和高压气体发出的光形成连续光谱
B．各种原子的明线光谱中的明线和它吸收光谱中的暗线必定一一对应
C．气体发出的光只能产生明线光谱
D．甲物质发出的白光通过乙物质的蒸气形成的是甲物质的吸收光谱
14．欲使处于基态的氢原子电离，下列措施可行的是
A．用13.6 eV的光子照射
B．用15 eV的光子照射
C．用13.6 eV的电子碰撞
D．用15 eV的电子碰撞
15．如图所示为氢原子的能级图，当一群氢原子从能级向低能级跃迁时，共辐射出三种不同频率的光子，光子的频率分别为、、，且，则下列说法正确的是（　　）
A．
B．
C．从能级跃迁到能级，辐射出的光子频率为
D．辐射出频率为的光子能量比频率为的光子能量大
16．关于电子的发现，下列叙述中正确的是（　　）
A．电子的发现，说明原子是由电子和原子核组成的
B．电子的发现，说明原子具有一定的结构
C．电子是第一种被人类发现的微观粒子
D．电子的发现，比较好地解释了物体的带电现象
二、填空题
17．氢原子处于基态时能量为E1，由于吸收某种单色光后氢原子产生能级跃迁，最多只能产生3种不同波长的光，则吸收单色光的能量为__________，产生的3种不同波长的光中，最大波长为___________（普朗克常量为h，光速为c，）。
18．1991年卢瑟福依据α粒子散射实验中α粒子发生了____（选填“大”或“小”）角度散射现象，提出了原子的核式结构模型。若用动能为1MeV的α粒子轰击金箔，则其速度约为_____m/s。（质子和中子的质量均为1.67×10－27kg，1MeV=1×106eV）
19．氢原子处于基态时的能量为-E1，激发态与基态之间的能量关系为（n为量子数），处于基态的大量氢原子由于吸收某种单色光后，最多能产生3种不同波长的光，则被吸收的单色光的频率为_______________产生的3种不同波长的光中，最大波长为________。（已知普朗克常量为h，光速为c）
20．根据玻尔原子结构理论，氦离子(He＋)的能级图如图所示。电子处在n=3轨道上比处在n=5轨道上离氦核的距离______ (选填“近”或“远”)。当He＋处在n=4的激发态向基态跃迁时辐射光子的能量为______eV。
综合题
21．粒子质量为，以速度轰击金箔后，速度方向偏转了180°.试求粒子与金原子核最接近时，所具有的电势能（以粒子距离金原子核无限远的位置为零电势点）.
22．1885年，巴尔末对当时已知的，氢原子在可见光区的四条谱线进行了分析，发现这些谱线的波长能够用一个公式表示，即（R为里德伯常量，）.物理学家玻尔28岁时连续发表三篇论文，成功地解释了氢原子光谱的规律，揭示了光谱线与原子结构的内在联系，玻尔理论是从经典理论向量子理论的一个重要过渡，为量子力学的诞生提供了条件，玻尔既引入了量子化的概念，同时又运用了“轨道”等经典物理理论和牛顿力学的规律推导出上述公式请同学们试用课本中的知识和以下假设定量做玻尔的推导.
(1)绕氢原子核旋转的电子质量为m，电荷量为e；
(2)取离核无限远处的电势能为零，半径r处电子的电势能为（k为静电力常量）；
(3)电子所在的轨道的圆周长与其动量的乘积等于普朗克常量h的整数倍时，这样的轨道才是电子的可能轨道.
23．处在激发态的氢原子向能量较低的状态跃迁时发出一系列不同频率的光，称为氢原子光谱，氢原子光谱谱线对应的波长可以用广义的巴耳未公式表示：，n、m分别表示氢原子跃迁前、后所处状态的量子数，对每一个m，有，R称为里德伯常量，是一个已知量，对于的一系列谱线其波长处在紫外光区，称为赖曼系；的一系列谱线其波长处在可见光区，称为巴耳末系，用氢原子发出的光照射某种金属进行光电效应实验，当用赖曼系波长最长的光照射时，遏止电压的大小为；当用巴耳末系波长最短的光照射时，遏止电压的大小为.已知电子电荷量的大小为e，真空中的光速为c，试求：普朗克常量和该种金属的逸出功。
试卷第1页，共3页
参考答案：
1．C
【详解】
大量的氢原子处于n=4的激发态，当这些氢原子向低能级跃迁时，辐射光子的频率为，故C正确，ABD错误．
2．C
【详解】
大量处于能级的氢原子发生跃迁最多可能发出种光；由跃迁辐射出的光能量为可知，从跃迁至辐射出的光能量最大，则频率最大、波长最小，故选C。
3．C
【详解】
查德威克在原子核人工转变的实验中发现了中子，选项A正确；半衰期是指原子核有半数发生衰变所需要的时间，选项B正确；太阳光谱是线状光谱，选项C错误；光是一种波，同时也是一种粒子．光子说并未否定电磁说，在光子能量E＝hν中，频率ν仍表示的是波的特性，选项D正确；此题选项错误的选项，故选C.
4．D
【详解】
A．根据=6知，这些氢原子可能辐射出6种不同频率的光子．故A错误；
B．这些氢原子辐射出光子后，电子的动能增大，电势能减小，总能量会减小．故B错误；
C．氢原子由n=4跃迁到n=3产生的光的能量：E43=E4﹣E3=﹣0.85﹣（﹣1.51）=0.66eV＜2.13eV，所以不能使逸出功为2.13eV的金属能发生光电效应，故C错误；
D．氢原子由n=4向n=1能级跃迁时辐射的光子能量最大，频率最大，最大能量为13.6 eV﹣0.85eV=12.75eV，根据光电效应方程可知，入射光的能量越高，则电子的动能越大，初动能的最大值为：Ekm=12.75 eV﹣2.13 eV =10.62eV，故D正确．
5．D
【详解】
A．为了排除其它因素的影响，本实验在真空环境中进行，故A不符合题意；
B．依据实验要求，带有荧光屏的显微镜可以在水平面内的不同方向上移动，从而观察不同方向的穿透情况，故B不符合题意；
C．荧光屏上的闪光是散射的α粒子打在荧光屏上形成的，故C不符合题意；
D．绝大多数α粒子几乎不发生偏转；少数α粒子发生了较大的角度偏转；极少数α粒子发生了大角度偏转（偏转角度超过90°，有的甚至几乎达到180°，被反弹回来），故D符合题意。
故选D。
6．D
【详解】
A．根据组合公式可知这群氢原子能发出光子的种类为
故A错误；
BC．从高能级向低能级跃迁，辐射的光子的能量等于两个能级能量的差值
（m>n）
可知从n =4跃迁到n = l所发出的光频率最高，从n =4跃迁到n = 3所发出的光波长最长，故B、C错误；
D．这群氢原子从n = 4跃迁到n = l过程，发出的光子的能量分别为
，，，，，
以上六种频率的光子能量在1.61eV至3.10eV可见光范围内的有2种，故D正确。
故选D。
7．B
【详解】
A．电子做圆周运动，根据库仑定律提供向心力可知基态的电子速度最大，A错误；
B．电子向基态跃迁的过程中，电场力做正功，其势能减小，故电子在基态的势能最小，B正确。
C．电子在基态时离原子核最近，C错误；
D．电子从激发态跃迁到基态，辐射光子，D错误。
故选B。
8．C
【详解】
A．氢原子从第4激发态跃迁到第2激发态是从高能级向低能级跃迁，要辐射光子，故A错误；
B．一个氢原子，从激发态向基态跃迁，最多可以辐射出3种频率的光子，故B错误；
C．用光子能量为13.06eV的光照射一群处于基态的氢原子，氢原子可以跃迁到的激发态，再向低能级跃迁可以辐射出10种频率的光子，故C正确；
D．氢原子的核外电子由低能级跃迁到高能级时，轨道半径变大，动能变小，电势能变大，故D错误。
故选C。
9．B
【详解】
A．处于不同能级时，核外电子在各处出现的概率是不一样的，故A错误；
B．一个氢原子从 n=4 的能级向低能级逐级跃迁时光子数最多，从n=4到n=3、n=3到n=2、n=2到n=1，共3种，故B正确。
C．一个动能是 13.6eV 的原子撞击处于基态的氢原子，动能如果不能被全部吸收，那么就不能使它电离，故C错误。
D．根据
得
可知，光子波长越长，对应的能量越低，可见一个氢原子从 n=4 的能级向低能级跃迁时，能辐射出的光子中，波长最长的是从 n=4 到 n=3 的轨道跃迁时放出的光子，故D错误。
故选B。
10．C
【详解】
A．一个处于能级的氢原子，吸收一个能量为的光子后能量为-1.4eV,根据能级图，无此能级。A错误；
B．大量处于能级的氢原子，跃迁到基态的过程中可以释放出种不同频率的光子。B错误；
C．氢原子从高能级向低能级跃迁的过程中释放的光子的能量不可能大于，因为最高能级为0，最低能级为-13.6eV。C正确；
D．用能量为和的两种光子同时持续照射大量处于基态的氢原子，因为这两种光子基态氢原子都不吸收，不可能使个别氢原子电离。D错误。
故选C。
11．B
【详解】
氢原子从高能级向低能级跃迁，能量以光子的形式向外辐射，根据
可知两种谱线的频率大小关系为
所以两种光子的能量关系为
根据题意可知
因为和时邻近的谱线，所以只有从n=5的能级跃迁到n=2的能级时，辐射的光子能量大于光的光子能量且与光的光子能量最接近，ACD错误，B正确。
故选B。
12．B
【详解】
A．卢瑟福通过对粒子散射实验结果的分析，得到了原子的核式结构理论，并没有发现中子，选项A错误；
B．汤姆孙通过研究阴极射线发现了电子，并提出了原子的“枣糕模型”，选项B正确；
C．根据光电效应方程可知，光电效应中光电子的最大初动能随入射光的频率增大而增大，并非成正比关系，选项C错误；
D．光谱分析时，各种原子的明线光谱中的明线和它吸收光谱中的暗线都是一一对应，选项D错误。
故选B。
13．A
【详解】
炽热的固体、液体和高压气体发出的光形成连续光谱，选项A正确； 通常吸收光谱中得暗线要比对应得明显光谱少一些，并不是一一对应，选项B错误；由A分析可知，气体发出的光也可以形成连续光谱．故C错误． 甲物质发出的白光通过乙物质的蒸汽后，有一些波长的光被乙物质吸收了，所以形成的是乙物质的吸收光谱．故D错误．故选A.
14．ABD
【详解】
A、用13.6eV的光子照射，氢原子被电离，故A正确；
B、用15eV的光子照射， 13.6+15ev>0，氢原子被电离，故B正确；
C、用13.6eV动能的电子碰撞，氢原子可能吸收小于13.6eV能量，故C错误；
D、用15eV动能的电子碰撞，氢原子可能吸收13.6eV能量，故D正确．
故选：ABD．
15．BD
【详解】
AB．由玻尔的跃迁理论可知，电子在定态能级间跃迁时，放出或吸收光子的能量
所以
所以
A错误，B正确；
C．由
可知，能级差越大，产生的光子的频率越大，所以频率为的光子是电子从n=3跃迁到n=1的结果，C错误；
D．电子从n=3跃迁到n=1，辐射出频率为的光子；电子动n=2跃迁到n=1，辐射出频率为的光子，且，故可得辐射出频率为的光子能量比频率为的光子能量大，D正确。
故选BD。
16．BCD
【详解】
A．电子的发现，说明原子是可以再分的，但是没有说明其是由电子和原子核组成的，所以A错误；
B．发现电子之前，人们认为原子是不可再分的最小粒子，电子的发现，说明原子有一定的结构，B正确；
C．电子是人类发现的第一种微观粒子，C正确；
D．物体带电的过程，就是电子的得失和转移的过程，D正确。
故选BCD。
17．
【详解】
由于产生三种波长的光，一定是从基态跃迁到第三能级，这样从第三能级向第二能级跃迁时，从第二能极向第一能级跃时，和从第三能级向第一能级跃时，产生三种频率的光，这样单项色光的能量第于第三能级与第一能级间的能量差，即
从第三能级向第二能级跃迁时放出的光子能量最小波长最长，根据
可得波长
18． 大 6.9×106
【详解】
卢瑟福在α粒子散射实验中发现了大多数α粒子没有大的偏转，少数发生了较大的偏转，卢瑟福抓住了这个现象进行分析，提出了原子的核式结构模型；设α粒子的速度为v
Ek＝mv2，v＝＝ m/s≈6.9×106m/s
19．
【详解】
基态的氢原子能量为-E1，n=2能级的原子能量为，n=3能级的原子能量为，则单色光的能量为
根据
得
从第三能级跃迁到第二能级，能量变化最小，则对应的波长最长，因此从第三能级跃迁到第二能级
解得
20． 近 51
【详解】
量子数越大，轨道越远，电子处在n=3轨道上比处在n=5轨道上离氦核的距离要近；
由
ΔE=E4－E1
知
ΔE=－3.40 eV－(－54.4) eV=51 eV
21．
【详解】
粒子接近金原子核，克服库仑力做功，动能减少，电势能增加。当粒子离金原子核最近时，其动能完全转化为电势能，由此得：
，
将题中数据代入可得：
22．见解析
【解析】
设氢原子核外电子的速度为，可能的轨道半径为，则有：
可得：
所以核外电子的总能量为：
由题意知：
故有：
由坡尔的跃迁理论有：
即：
可得：
故巴耳末系的波长符合公式：
，4，5
23． ；
【详解】
设该金属的逸出功为，光电效应所产生的光电子最大初动能为.
由动能定理知
对于赖曼系，当时对应的光波长最长，设为
由题中所给公式有：
波长为的光对应的频率
对于巴耳末系，当时对应的光波长最短，设为入，由题中所给公式有：
波长为的光对应的频率：
根据爱因斯坦光电效应方程知：
，
又
，
联立可解得：
，.
答案第1页，共2页