第五章 原子世界探秘-专项测试（Word版含答案）

原子世界探秘
一、单选题
1．下列有关物理史实的叙述中正确的是 ( )
A．奥斯特最早提出了电荷周围存在着由它产生的电场
B．密立根发现电子并通过油滴实验精确测定了其电荷量
C．法拉第发现电磁感应现象并得出法拉第电磁感应定律
D．库仑通过库仑扭秤实验得出了两点电荷之间的作用力与其间距的二次方成反比
2．下列说法正确的是（　　）
A．磁感线总是从磁体的北极出发，终止于磁体的南极
B．一小段通电导线在某处不受磁场力，该处磁感应强度一定为零
C．赫兹通过实验捕捉到了电磁波，证实了麦克斯韦的电磁理论
D．微观世界的某些极少数带电微粒的能量的变化可以是连续的
3．物理学家通过艰苦的实验来探究自然的物理规律，为人类的科学做出了巨大贡献．下列叙述中符合物理学史实的是 ( )
A．安培在实验中首先发现电流的磁效应
B．法拉第发现了电磁感应现象
C．爱因斯坦通过对黑体辐射的研究引入了能量子
D．卢瑟福发现了电子，提出了原子的核式结构学说
4．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
5．下列说法中错误的是
A．用不可见光照射金属一定比用可见光照射同种金属产生的光电子的初动能大
B．按照玻尔理论，氢原子核外电子从半径较小的轨道跃迁到半径较大的轨道时，电子的动能减小，但原子的能量增大
C．电子云说明电子并非在一个特定的圆轨道上运动
D．在光照条件不变的情况下，对发射出来的光电子加上正向电压对光电子加速，所加电压不断增大，光电流也不断增大直到饱和后保持不变
6．如图为氢原子能级示意图的一部分，已知当氢原子吸收能量大于或等于其所在能级与能级的能级差时，氢原子将电离，吸收的多余能量将转化为电离的电子的动能，相反氢离子俘获电子时，可类似看为电离过程的“相反过程”。则下列说法正确的是（　　）
A．当处于基态的氢原子吸收光子能量发生电离时，光子能量必须恰好为13.6eV
B．当处于基态的氢原子受到质子撞击时，当质子动能为13.6eV时，氢原子一定会电离
C．当氢离子俘获电子形成氢原子时，会以光子形式释放能量，光子最大能量可能大于13.6eV
D．当氢离子俘获电子形成氢原子时，会以光子形式释放能量，光子最小能量为0.54eV
7．根据玻尔理论，某原子的电子从能量为E的轨道跃迁到能量为E′的轨道，辐射出波长为λ的光，以h表示普朗克常量，c表示真空中的光速，则E′等于（ ）
A． B． C． D．
8．氢原子能级如图所示，有大量氢原子处于基态，现用光子能量为E的一束单色光照射这群氢原子，氢原子吸收光子后能向外辐射出6种不同频率的光，已知普朗克常数为h，真空中光速为c，在这6种光中
A．最容易发生衍射现象的光是由n=2能级跃迁到n=1能级产生的
B．所有光子的能量不可能大于E
C．频率最小的光是由n=2能级跃迁到n=1能级产生的
D．在真空中波长最大的光，波长是
9．如图为氢原子能级图，欲使处于基态的氢原子激发或电离，下列措施不可行的是（　　）
A．用10.2eV的光子照射 B．用11eV的光子照射
C．用14eV的光子照射 D．用动能为11eV的电子撞击
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．氢原子的能级图如图所示，现有大量的氢原子处于的激发态，当氢原子从能级跃迁到能级时，辐射出光子a；当氢原子从能级跃迁到能级时，辐射出光子b，下列说法正确的是（ ）
A．由于跃迁所发射的谱线仅有2条 B．光子a的能量大于光子b的能量
C．光子a的动量大于光子b的动量 D．用光子能量是0.66eV的光照射时，光子可被吸收
12．关于下列四幅图的说法正确的是：
A．甲图中A处能观察到大量的闪光点，B处能看到较多的闪光点，C处观察不到闪光点
B．乙图中处于基态的氢原子能吸收能量为10.4 eV的光子而发生跃迁
C．丙图中用弧光灯照射原来就带电的锌板时，发现验电器的张角变大，则锌板原来带负电
D．丁图中1为α射线，它的电离作用很强可消除静电
13．2021年大年初一晚上，第27届自贡国际恐龙灯会“云观灯”活动拉开帷幕，景区内彩灯绽放，五彩缤纷，形状各异的几百个灯组流光溢彩，争奇斗艳。不同色光的光子能量如表所示。
色光光子能量范围 红 橙 黄 绿 蓝-靛 紫
氢原子的能级图如图所示，处于能级的大量氢原子，可以发射三种可见光，这三种可见光的颜色分别为（　　）
A．红 黄 绿 B．橙 绿 蓝-靛 C．红 蓝-靛 紫 D．橙 黄 紫
二、多选题
14．当α粒子（He）最接近金原子时，α粒子（　　）
A．动能最小
B．电势能最大
C．α粒子与金原子组成的系统的能量最小
D．所受金原子的斥力最小
15．关于α粒子散射实验现象的分析，下列说法正确的是（　　）
A．绝大多数α粒子沿原方向运动，说明正电荷在原子内均匀分布，是α粒子受力平衡的结果
B．绝大多数α粒子沿原方向运动，说明这些α粒子未受到明显的力的作用，说明原子中绝大部分是空的
C．极少数α粒子发生大角度偏转，是因为金原子核很小且质量和电荷量远大于α粒子的质量和电荷量，α粒子接近原子核的机会很小
D．使α粒子发生大角度偏转的原因是原子内部两侧的正电荷对α粒子的斥力不相等
16．氢原子能级图如图所示，当氢原子从跃迁到能级时，辐射光的波长为，下列说法正确的是（　　）
A．一群处于能级上的氢原子向低能级跃迁时最多产生6种谱线
B．用从跃迁到能级辐射出的光照射逸出功为的金属铂，可以发生光电效应
C．氢原子从跃迁到的能级时，辐射光的波长小于
D．用波长为的光照射，可以使氢原子从跃迁到的能级
三、填空题
17．原子的核式结构模型是根据_________实验基础提出的，原子是由____和____组成的，原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在_____里．
18．汤姆孙通过测定组成阴极射线的粒子的比荷发现了电子，从而说明原子内部有复杂的结构．密立根通过油滴实验测定了电子的________，而且揭示出了带电物体所带的电荷是__________ .
19．一群氢原子处于量子数n=4的能级状态，氢原子的能级图如图所示，则：氢原子可能发射_________种频率的光子。氢原子由量子数n=4的能级跃迁到 n=2的能级时辐射光子的能量是________电子伏。
20．关于玻尔的原子模型，判断下列说法的正误。
（1）玻尔认为电子运行轨道半径是任意的，就像人造地球卫星，能量大一些，轨道半径就会大点。( )
（2）玻尔认为原子的能量是量子化的，不能连续取值。( )
（3）当电子从能量较高的定态轨道跃迁到能量较低的定态轨道时，会放出任意能量的光子。( )
（4）处于基态的原子是不稳定的，会自发地向其他能级跃迁，放出光子。( )
（5）不同的原子具有相同的能级，原子跃迁时辐射的光子频率是相同的。( )
（6）玻尔的原子理论模型可以很好地解释各种原子的光谱现象。( )
四、解答题
21．1919年，卢瑟福用α粒子轰击氮原子核发现了质子，如图所示为α粒子轰击氮原子核示意图。
（1）人们用α粒子轰击多种原子核，都打出了质子，说明了什么问题？
（2）绝大多数原子核的质量数都大于其质子数，说明了什么问题？
22．电子撞击一群处于基态的氢原子，氢原子激发后能放出6种不同频率的光子，氢原子的能级如图所示，则
（1）氢原子处于量子数n为多少的激发态？
（2）电子的动能至少为多大？
（3）观测到氢原子发射的不同波长的光中，其中最长波长光的能量为多少eV？
23．玻尔建立的氢原子模型，仍然把电子的运动视为经典力学描述下的轨道运动。他认为，氢原子中的电子在库仑力的作用下，绕原子核做匀速圆周运动。已知电子质量为m，电荷量为e，静电力常量为k，氢原子处于某激发态时电子的轨道半径为r。
（1）氢原子处于该激发态时，电子绕原子核运动，可等效为环形电流，求此等效电流值；
（2）氢原子能量等于电子绕原子核运动的动能、电子与原子核系统的电势能的总和。已知当取无穷远处电势为零时，点电荷电场中离场源电荷q为r处的各点的电势，求处于该激发态的氢原子能量。
（3）如图所示为氢原子能级示意图，若有一群氢原子处在n=5的能级，辐射出的光子中频率最高的光子的能量有多大？
试卷第1页，共3页
参考答案：
1．D
【解析】
【详解】
法拉第提出了电荷周围存在着由它产生的电场，故A错误；美国科学家密立根最先测出电子的电量，而英国科学家汤姆孙最先发现了电子，B错误；法拉第发现了电磁感应现象，纽曼和韦伯得出法拉第电磁感应定律，C错误；库仑通过库仑扭秤实验得出了两点电荷之间的作用力与其间距的二次方成反比，D正确．
2．C
【解析】
【详解】
A．在磁体的外部，磁感线从磁体的北极出发，进入磁体的南极，在磁铁的内部，从磁体的南极到北极，故A错误；
B．一小段通电导线在某处不受磁场力，可能该处磁感应强度为零，也可能是电流方向与磁场方向平行，故B错误；
C．赫兹通过实验捕捉到了电磁波，证实了麦克斯韦的电磁理论，故C正确；
D．微观世界的某些极少数带电微粒的能量的变化是不连续的，故D错误。
故选C。
3．B
【解析】
【详解】
A、 奥斯特在实验中首先发现电流的磁效应，A错误；
B、电磁感应现象法拉第发现的，B正确；
C、普朗克通过对黑体辐射的研究引入了能量子，C错误；
D、汤姆逊发现了电子，卢瑟福提出了原子的核式结构学说，D错误；
故选B．
4．D
【解析】
【分析】
【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。
5．A
【解析】
【详解】
A、根据爱因斯坦光电效应方程Ekm=hγ W0，入射光的频率越大，光电子的最大初动能也越大；不可见光的频率有比可见光大的，也有比可见光小的，故A错误；
B、按照玻尔理论,氢原子核外电子从半径较小的轨道跃迁到半径较大的轨道时,原子能量增大,根据知，电子的动能减小，故B正确；
C、电子云说明电子并非在一个特定的圆轨道上运动，C正确；
D、在光照条件不变的情况下，对发射出来的光电子加上正向电压对光电子加速，随电压不断增大，光电流并不是不断增大，当光电流到达最大时，称为饱和光电流．饱和光电流的大小与光照强度有关，故D正确．
本题选择错误答案，故选A．
【名师点睛】
根据轨道半径的半径，结合库仑引力提供向心力分析电子动能的变化；当入射光子的频率大于金属的逸出功时，会发生光电效应，根据光电效应方程得出最大初动能与什么因素有关；当光电流到达最大时，称为饱和光电流．
6．C
【解析】
【详解】
A．氢原子吸收光子能量发生电离时，其吸收的光子能量大于或等于其所在能级与能级的能级差，故A错误；
B．当质子撞击氢原子时，质子的动能只有部分会被氢原子吸收，所以氢原子并不一定会电离，故B错误；
C．当氢离子俘获电子形成氢原子时，相当于电子从能级向低能级跃迁，当电子初始动能为零时，释放光子能量为能级差当电子在能级处动能不为零时，从能级跃迁到能级时释放能量将大于13.6eV，故C正确；
D．氢原子的激发态并不只有5个，释放光子的最小能量不一定是0.54eV，故D错误。
故选C。
7．C
【解析】
【详解】
根据玻尔理论可得
解得
故选C。
8．B
【解析】
【详解】
A．用光子能量为E的一束单色光照射处于基态的一群氢原子，发出6种不同频率的光，知氢原子从基态跃迁到n=4的激发态，波长越长的，越容易发生衍射现象，而由n=2能级跃迁到n=1能级，不是最低，则波长不是最长，故A错误；
B．用光子能量为E的一束单色光照射这群氢原子，氢原子吸收光子后能向外辐射出6种不同频率的光，那么所有光子的能量不可能大于E，故B正确；
C．频率最小，则辐射的光能量也最小，应该是由n=4能级跃迁到n=3能级产生的。故C错误；
D．由题意可知氢原子从n=4能级跃迁到n=3能级发出的光子能量最小，所以频率最小，那么波长最长，而氢原子从n=4能级跃迁到n=1能级发出的光子能量最大，所以频率最大，波长最短，那么波长
即为最短波长，故D错误。
故选B。
9．B
【解析】
【详解】
A．用10.2eV的光子照射，即
跃迁到第二能级，故A正确；
B．因为
可知不能被吸收，故B错误；
C．用14eV的光子照射，即
氢原子被电离，故C正确；
D．用11eV的动能的电子碰撞，氢原子可能吸收10.2eV能量，跃迁到第二能级，故D正确。
故选B。
10．D
【解析】
【分析】
【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．D
【解析】
【详解】
A．因为大量处于n=3激发态的氢原子，跃迁时能释放种不同频率的光子，则跃迁所发射的谱线有3条，故A错误；
B．由题意知当氢原子从n=3能级跃迁到n=2能级时，辐射出光子a的能量为
当氢原子从n=3能级跃迁到n=1能级时，辐射出光子B的能量为
所以光子a的能量小于光子b的能量，故B错误；
C．由光子能量
可知，光子a的波长大于光子b的波长，又因为
可知，光子a的动量小于光子b的动量，故C错误；
D．因为大量处于n=3激发态的氢原子，向高能级跃迁时吸收能量为两能级之差，经分析知用光子能量是0.66eV的光照射能被吸收跃迁到第四能级，故D正确。
故选D。
12．D
【解析】
【分析】
【详解】
A．甲图中A处能观察到大量的闪光点，B处能看到较多的闪光点，在C处也可以观察到很少的闪光点，故A错误；
B．乙图吸收光子能量发生跃迁，吸收的光子能量需等于两能级间的能级差，从基态氢原子发生跃迁到n=2能级，需要吸收的能量最小，吸收的能量为
-3.4eV-（-13.6eV）=10.2eV
即受10.2eV光子照射，可以从基态氢原子发生跃迁到n=2能级，10.4eV的光子不能被吸收，不能发生跃迁，B错误；
C．丙图中用弧光灯照射锌板，锌板上的电子逸出，锌板带上正电，发现验电器的张角变大，说明原来就带正电，C错误；
D．对丁图，根据左手定则可知，1带正电，为射线，射线的电离作用很强，可消除静电，D正确。
故选D。
13．C
【解析】
【分析】
本题以国际恐龙灯会“云观灯”为情境考查考生对氢原子跃迁公式的理解，考查了考生运用物理知识解决问题、解释生活中的现象，体现了物理核心素养的物理观念要素。
【详解】
根据氢原子跃迁公式
从能级跃迁到能级发出的光的能量为，为红色，从能级跃迁到能级发出的光的能量为，为蓝-靛色，从能级跃迁到能级发出的光的能量为，为紫色，其他发出的光不在可见光范围内，选项C正确，ABD错误。
故选C。
14．AB
【解析】
【详解】
AB．粒子和金原子都带正电，库仑力表现为斥力，二者距离减小时，库仑力做负功，动能减小，电势能增大，最接近金原子时，动能最小，电势能最大，故AB正确；
C．α粒子与金原子组成的系统的能量守恒，故C错误；
D．根据库仑力计算公式
当两个点电荷距离减小时，库仑力增大，则当α粒子（He）最接近金原子时，所受金原子的斥力最大，故D错误。
故选AB。
15．BC
【解析】
【分析】
【详解】
AB．从绝大多数α粒子几乎不发生偏转，可以推测使粒子受到排斥力的原子核体积极小，所以带正电的物质只占整个原子的很小空间，并不是正电荷均匀分布在原子内，故A错误，B正确；
CD．极少数α粒子发生大角度偏转，主要是由于α粒子和原子核发生碰撞的结果，是因为原子核很小且质量和电荷量远大于α粒子的质量和电荷量，α粒子接近原子核的机会很小，故C正确，D错误。
故选BC。
16．AB
【解析】
【分析】
【详解】
A．根据可知一群处于能级上的氢原子向低能级跃迁时最多产生6种谱线，故A正确；
B．用从跃迁到能级辐射出的光能量为：
用此光照射逸出功为的金属铂，可以发生光电效应，故B正确；
C．当氢原子从跃迁到能级时，辐射光的波长为，那么氢原子从跃迁到的能级时，辐射的能量更低，则波长大于，故C错误；
D． 当氢原子从跃迁到能级时，辐射光的波长为，所以要使氢原子从跃迁到的能级所需要的光的波长也应该是，故D错误。
故选AB。
17． a粒子散射 原子核 电子 原子核
【解析】
【详解】
卢瑟福核式结构模型是根据a粒子散射实验提出的：原子是由位于原子中心的原子核和核外绕原子核做圆周运动的电子组成的，原子核由质子和中子组成，质子带正电，电子带负电；原子核几乎集中了原子所有质量．
18． 电荷量 量子化的
【解析】
【详解】
汤姆孙通过测定组成阴极射线的粒子的比荷发现了电子，从而说明原子内部有复杂的结构．密立根通过油滴实验测定了电子的电荷量，而且揭示出了带电物体所带的电荷是量子化的.
19． 6 2.55
【解析】
【详解】
[1]一群氢原子从量子数为n激发态跃迁到基态能发出光子的种类数为，代入数值计算种类个数为
种
[2]氢原子从高能级跃迁到低能级辐射出光子，根据能级跃迁公式
代入数值可以得出
20． 错误 正确 错误 错误 错误 错误
【解析】
【详解】
（1）[1]错误；因为根据玻尔理论知道，电子的轨道不是任意的，电子有确定的轨道，且轨道是量子化的。
（2）[2]正确；因为玻尔认为，原子中电子轨道是量子化的，且原子的能量也是量子化。
（3）[3]错误；因为根据波尔的原子理论，氢原子的核外电子由能量较高的定态轨道跃迁到能量较低的定态轨道时，会辐射一定频率的光子。
（4）[4]错误；因为处于基态的原子是稳定的，不会自发地向能量较低的能级跃迁，放出光子。
（5）[5]错误；因为由于不同的原子具有不同的结构，能级各不相同，因此辐射的光子频率也不相同。
（6）[6]错误；因为玻尔的原子理论能成功解释氢原子光谱的实验规律，也能很好地解释氦原子的光谱现象，但不是解释了氦原子的光谱现象。
21．（1）说明质子是原子核的组成部分；（2）说明原子核中除了质子外还有其他粒子。
【解析】
【分析】
【详解】
（1）人们用α粒子轰击多种原子核，都打出了质子，说明了说明质子是原子核的组成部分。
（2）绝大多数原子核的质量数都大于其质子数，说明了说明原子核中除了质子外还有其他粒子。
22．（1）n=4；（2）；（3）
【解析】
【分析】
（1）根据数学组合公式，求出n的值；（2）根据氢原子跃迁到的能级，求出撞击电子的最小动能；（3）能级差最小时，辐射的光子能量最小，波长最长。
【详解】
（1）根据解得
n=4
即氢原子处于量子数n=4的激发态。
（2）电子的能量至少为
代入数值解得
（3）能级差最小时，辐射的光子频率最小，波长最长，则最长波长的光子能量为
23．（1）；（2）；（3）
【解析】
【分析】
【详解】
(1)电子绕原子核做匀速圆周运动，由库仑力作为向心力
解得
运行周期为
电子绕原子核运动的等效电流为
联立解得
(2)处于该激发态的电子动能为
处于该激发态的氢原子的电势能为
故处于该激发态的氢原子的能量为
(3)由
可知，辐射出的光子中频率最高应该是从n=5能级跃迁到n=1能级，故频率最高的光子的能量为
答案第1页，共2页
答案第1页，共2页