第4章测评
(时间:75分钟 满分:100分)
一、单项选择题:本题共4小题,每小题4分,共16分。在每小题给出的四个选项中,只有一项是符合题目要求的。
1.下列说法正确的是( )
A.原子的核式结构模型是汤姆孙建立起来的
B.在α粒子散射实验中,绝大多数粒子发生了大角度偏转
C.玻尔模型能够解释所有原子的光谱现象
D.玻尔认为,电子的轨道是量子化的,原子的能量也是量子化的
2.下列对于氢原子光谱实验规律的认识正确的是( )
A.因为氢原子核外只有一个电子,所以氢原子只能产生一种波长的光
B.氢原子产生的光谱是一系列波长不连续的谱线
C.氢原子产生的光谱是一系列亮度不连续的谱线
D.氢原子产生的光的波长大小与氢气放电管放电强弱有关
3.某原子的部分能级图如图所示,a、b、c为原子跃迁所发出的三种波长的光。在下列该原子光谱的各选项中,谱线从左向右的波长依次增大,则可能正确的谱线是( )
4.有两个质量为m、均处于基态的氢原子A、B,A静止,B以速度v0与A发生碰撞。已知碰撞前后二者的速度均在一条直线上,碰撞过程中部分动能有可能被某一氢原子吸收,从而使该原子由基态跃迁到激发态,然后此原子向低能级跃迁,并放出光子。若氢原子碰撞后放出一个光子,已知氢原子的基态能量为E1(E1<0),则速度v0至少为( )
A. B. C. D.
二、多项选择题:本题共4小题,每小题6分,共24分。每小题有多项符合题目要求,全部选对的得6分,选对但不全的得3分,有错选的得0分。
5.卢瑟福的原子核式结构学说可以解决的问题是( )
A.解释α粒子散射现象
B.用α粒子散射的实验数据估算原子核的大小
C.结合经典电磁理论,解释原子的稳定性
D.结合经典电磁理论,解释氢原子光谱
6.氢原子的能级图如图所示,一群处于某激发态的氢原子向低能级跃迁时可辐射出3种频率的光子。下列给出的不同光子能量的入射光,可以让处于该激发态的氢原子电离的是( )
A.0.66 eV B.0.85 eV C.3.4 eV D.13.6 eV
7.已知类氢结构氦离子(He+)的能级图如图所示,根据能级跃迁理论可知( )
A.氦离子(He+)处于n=1能级时,能吸收45 eV的能量跃迁到n=2能级
B.大量处在n=3能级的氦离子(He+)向低能级跃迁,只能发出3种不同频率的光子
C.氦离子(He+)从n=4能级跃迁到n=3能级比从n=3能级跃迁到n=2能级辐射出光子的波长大
D.若氦离子(He+)从n=2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n=4能级跃迁到n=2能级释放的光子一定也能使该金属板发生光电效应
8.用具有一定动能的电子轰击大量处于基态的氢原子,使这些氢原子被激发到量子数为n(n>2)的激发态,此时出现的氢光谱中有N条谱线,其中波长的最大值为λ。现逐渐提高入射电子的动能,当动能达到某一值时,氢光谱中谱线数增加到N'条,其中波长的最大值变为λ'。下列各式可能正确的是( )
A.N'=N+n B.N'=N+n-1
C.λ'>λ D.λ'<λ
三、非选择题:共60分。考生根据要求作答。
9.(4分)一个处于基态的氢原子吸收光子后,跃迁到另一定态,电子绕原子核运动的动能将会 ,电子绕原子核运动的频率将会 。(均选填“增大”或“减小”)
10.(4分)氢原子的核外电子由离核较远的轨道跃迁到离核较近的轨道上时,核外电子受力变 (选填“大”或“小”),原子的能量 (选填“减少”或“增加”),电子的动能 (选填“减少”或“增加”),氢原子要 (选填“吸收”或“辐射”)一定频率的光子。
11.(6分)一群氢原子处于n=4的能级状态,氢原子的能级图如图所示。
(1)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 eV;
(2)用(1)中的光子照射下表中几种金属,金属 能发生光电效应,发生光电效应时,发射光电子的最大初动能是 eV。
金属 铯 钙 镁 钛
逸出功W0/eV 1.9 2.7 3.7 4.1
12.(6分)美国物理学家密立根利用实验最先测出了电子的电荷量,该实验被称为密立根油滴实验。如图所示,两块水平放置的金属板A、B分别与电源的正、负极相连接,板间产生匀强电场,方向竖直向下,板间油滴P由于带负电悬浮在两板间保持静止。
(1)若要测出该油滴的电荷量,需要测出的物理量有 。
A.两板的长度L B.油滴质量m
C.两板间的电压U D.两板间的距离d
(2)用所选择的物理量表示出该油滴的电荷量q= (已知重力加速度为g)。
(3)若要使原本静止的油滴落到下极板,则下列做法可以达到目的的有 。
A.保持两极板电压不变,把下极板向下移
B.断开电源,把下极板向右移
C.断开电源,把下极板向下移
D.断开电源,把下极板向上移
13.(10分)汤姆孙1897年用阴极射线管测量了电子的比荷(电子电荷量与质量之比),其实验原理如图所示。电子流平行于极板射入,极板P、P'间同时存在匀强电场E和垂直纸面向里的匀强磁场B时,电子流不会发生偏转;极板间只存在垂直纸面向里的匀强磁场B时,电子流穿出平行板电容器时的偏转角θ= rad。已知极板长L=3.0×10-2 m,电场强度大小为E=1.5×104 V/m,磁感应强度大小为B=5.0×10-4 T。求电子比荷。
14.(12分)将氢原子电离,就是从外部给电子能量,使其从基态或激发态脱离原子核的束缚而成为自由电子。(电子电荷量e=1.6×10-19 C,电子质量me=0.91×10-30 kg)
(1)若要使n=2激发态的氢原子电离,至少要用多大频率的电磁波照射该氢原子
(2)若用波长为200 nm的紫外线照射(1)中的氢原子,求氢原子电离后电子的速度。
15.(18分)氢原子处于基态时,原子的能量为E1=-13.6 eV,当处于n=3的激发态时,能量为E3=-1.51 eV,普朗克常量h=6.63×10-34 J·s。
(1)当氢原子从n=3的激发态跃迁到n=1的基态时,向外辐射的光子的波长是多少
(2)若要使处于基态的氢原子电离,至少要用多大频率的电磁波照射原子
(3)若有大量的氢原子处于n=3的激发态,则在跃迁过程中最多能释放出几种频率的光子 其中波长最长是多少
第4章测评
1.D 汤姆孙首先发现了电子,提出了“葡萄干面包”原子模型,原子的核式结构模型是卢瑟福建立起来的,故A错误;卢瑟福做α粒子散射实验时发现绝大多数α粒子穿过金箔后基本上仍沿原来的方向前进,只有极少数α粒子发生大角度偏转,故B错误;玻尔模型只能够解释氢原子的光谱现象,故C错误;玻尔提出假设:电子的轨道是量子化的,原子的能量也是量子化的,故D正确。
2.B 氢原子核外只有一个电子,氢原子只能产生一些特殊频率的谱线,即产生一些特殊波长的光,A选项错误;氢原子产生的光谱是一系列波长不连续的谱线,B选项正确;氢原子光谱是氢原子发射光子时形成的发射光谱,光谱都不是连续的,与亮度无关,C选项错误;氢原子产生的光的波长大小与氢气放电管放电强弱无关,D选项错误。
3.C 根据ΔE=hν,ν=,可知λ=,能级差越大,波长越小,所以a的波长最小,b的波长最大,故C正确。
4.C 由动量守恒定律有mv0=2mv,碰撞过程损失的动能为ΔE=·2mv2,由能级跃迁知识有ΔE至少为由n=2的能级跃迁至基态时的能量变化,则ΔE=E2-E1=-E1,联立解得v0=,故C正确。
5.AB 原子核很小,绝大多数α粒子穿过金箔后几乎沿原方向前进,极少数发生较大偏转,故A正确;影响α粒子运动的主要是带正电的原子核,而绝大多数的α粒子穿过原子时离核较远,受到的库仑斥力很小,运动方向几乎没有改变,只有极少数α粒子可能与核十分接近,受到较大的库仑斥力,才会发生大角度的偏转,根据α粒子散射实验,可以估算出原子核的直径为10-15~10-14m,故B正确;卢瑟福的模型在经典电磁理论下完全是不稳定的,电子绕核运转会辐射电磁波损失能量,故C错误;经典理论中能量是连续变化的,如此说来原子光谱就应该是连续谱,但是事实上原子光谱是线状谱,故D错误。
6.CD 由题意知,一群处于某激发态的氢原子向低能级跃迁时可辐射出3种频率的光子,则由氢原子跃迁时辐射光子的种数=3,可知这群氢原子处于第三能级,而要使处于该能级的氢原子发生电离,则所吸收的能量必须大于该能级能量的绝对值,即必须大于1.51eV。故选C、D。
7.BC 吸收的光子能量等于两能级间的能级差,才能发生跃迁,从n=1跃迁到n=2,吸收的光子能量为40.8eV,故A错误;大量处在n=3能级的氦离子(He+)向低能级跃迁,能发出3种不同频率的光子,故B正确;由题图可知,n=4和n=3的能级差小于n=3和n=2的能级差,则从n=4跃迁到n=3能级释放的光子能量小于从n=3跃迁到n=2能级辐射的光子能量,所以从n=4能级跃迁到n=3能级比从n=3能级跃迁到n=2能级辐射出光子的频率低,波长大,故C正确;从n=2能级跃迁到基态释放的光子能量为[-13.6-(-54.4)]eV=40.8eV,若能使某金属板发生光电效应,从n=4能级跃迁到n=2能级释放的光子能量[-3.4-(-13.6)]eV=10.2eV<40.8eV,不一定能使该板发生光电效应,故D错误。
8.AC 氢原子处于n能级向较低激发态或基态跃迁时,可能产生的光谱线条数的计算公式为N=,设氢原子被激发到量子数为n'的激发态时出现的氢光谱中有N'条谱线,若n'=n+1,N'==N+n,故A项正确。氢原子能级越高相邻能级差越小,由ΔE=,n'>n,则ΔE'<ΔE,所以λ'>λ,故C项正确。
9.答案 减小 减小
解析 基态的氢原子吸收光子后,半径变大,由k得Ek=mv2=,即电子的动能减小;由=4π2mf2r,得f2=,即电子绕核运动的频率减小。
10.答案 大 减少 增加 辐射
解析 氢原子的核外电子由离核较远的轨道跃迁到离核较近的轨道上时,r减小,由库仑定律知核外电子受力变大;由k=m得Ek=mv2=知电子的动能变大,由En=-eV知n减小时原子能量减少;电子由高能级向低能级跃迁时辐射一定频率的光子。
11.答案 (1)2.55 (2)铯 0.65
解析 (1)氢原子由n=4的能级跃迁到n=2的能级时辐射光子的能量等于两级间的能级差,
即E=E4-E2=[-0.85-(-3.4)]eV=2.55eV。
(2)E只大于铯的逸出功,故光子只有照射铯金属才能发生光电效应。
根据光电效应方程得,Ekm=hν-W0=(2.55-1.9)eV=0.65eV。
12.答案 (1)BCD (2) (3)A
解析 (1)平行金属板板间存在匀强电场,油滴恰好处于静止状态,静电力与重力平衡,则有mg=qE=
所以需要测出的物理量有油滴质量m,两板间的电压U,两板间的距离d。
故选B、C、D。
(2)根据平衡条件可得mg=qE=
则油滴的电荷量为q=。
(3)若要使原本静止的油滴落到下极板,减小静电力即可,保持两极板间电压U不变,把下极板向下移,则增大极板间距,根据E=可知,电场强度减小,则静电力减小,因此油滴可落到下极板,A正确;断开电源,金属板所带电荷量Q不变,根据C=,C=,E=可得E=,则把下极板向下移或把下极板向上移,两板间距离变化,但两板间电场强度不变,油滴仍处于静止状态,把下极板向右移,S减小了,两板间电场强度增大,油滴会上升,故B、C、D错误。
13.答案 1.3×1011 C/kg
解析 无偏转时,洛伦兹力和静电力平衡,则eE=evB
只存在磁场时,有evB=m
由几何关系r=
偏转角很小时,r=
联立上述各式并代入数据得电子的比荷
=1.3×1011C/kg。
14.答案 (1)8.21×1014 Hz (2)9.95×105 m/s
解析 (1)n=2时,E2=eV=-3.4eV
所谓电离,就是使处于基态或激发态的原子的核外电子跃迁到n=∞的轨道,n=∞时,E∞=0
所以,要使处于n=2激发态的氢原子电离,电离能为
ΔE=E∞-E2=3.4eV
ν=Hz=8.21×1014Hz。
(2)波长为200nm的紫外线一个光子所具有的能量
E0=h·ν0=6.63×10-34×J
=9.945×10-19J
电离能ΔE=3.4×1.6×10-19J
=5.44×10-19J
由能量守恒有hν0-ΔE=mev2
代入数值解得v=9.95×105m/s。
15.答案 (1)1.03×10-7 m (2)3.28×1015 Hz (3)3种 6.58×10-7 m
解析 (1)根据玻尔理论E3-E1=h
λ=m
=1.03×10-7m。
(2)要使处于基态的氢原子电离,入射光子须满足
hν≥0-E1
解得ν≥-Hz
=3.28×1015Hz。
(3)当大量氢原子处于n=3能级时,最多能释放出的光子频率种类为N==3
由于E2==-=-3.4eV
氢原子由n=3能级向n=2能级跃迁时放出的光子波长最长,设为λ',则h=E3-E2
所以λ'=m
=6.58×10-7m。(共18张PPT)
第4章
本章整合
知识网络·体系构建
重点题型·归纳整合
目录索引
知识网络·体系构建
高速电子流
“葡萄干面包”模型
hν=|Em-En|
重点题型·归纳整合
一、原子核式结构模型
卢瑟福原子核式结构模型是建立在α粒子散射实验基础上,其考查主要从以下两方面:
α粒子散 射实验 主要是散射实验装置(包括仪器作用的简单描述)、实验现象、现象分析和结论以及实验意义的考查。α粒子散射实验是物理学发展史上一个重要的实验,实验结果使人们对于物质结构的观念发生了根本性变化,从而否定了汤姆孙的原子结构的“葡萄干面包”模型。卢瑟福原子核式结构模型建立的实验依据:绝大多数α粒子穿过金箔基本上不发生偏转;少数发生偏转;极少数发生大角度偏转
卢瑟福原 子核式结 构模型 主要是原子核式结构模型内容的描述和理解,并且知道原子是由原子核和电子组成的。特别是能从力的角度、功能关系角度分析求解有关圆轨迹或曲线运动的轨迹问题
典例1 以下选项图所示为在α粒子散射实验中,一束α粒子穿越金箔内一个金原子的轨迹示意图,正确的是( )
D
解析 A选项中2应该比1有较大偏转,3应该比4有较大偏转;B选项中2、3的偏转方向错误;C选项中3的偏转方向错误;在D选项中,2、4发生了明显偏转,3离核最近,发生大角度偏转,则只有D正确。
针对训练1
(多选)如图所示为α粒子散射实验装置,粒子打到荧光屏上都会引起闪烁,若将带有荧光屏的显微镜分别放在图中A、B、C、D四处位置,则这四处位置在相等时间内统计的闪烁次数一定不符合事实的是( )
A.1 305、25、7、1
B.202、405、625、825
C.1 202、1 010、723、203
D.1 202、1 305、723、203
BCD
解析 根据α粒子散射实验的统计结果,大多数粒子能按原来方向前进,少数粒子方向发生了偏转,极少数粒子偏转超过90°,甚至有的被反向弹回。所以在相等时间内A处闪烁次数最多,其次是B、C、D三处,并且数据相差比较大,所以只有选项A符合事实,B、C、D不符合事实。
二、玻尔理论与能级跃迁
1.氢原子的半径公式:rn=n2r1(n=1,2,3,…),其中r1为基态半径,又称玻尔半径,r1=0.53×10-10 m。
2.氢原子的能级公式 (n=1,2,3,…),其中E1为基态能量,E1=-13.6 eV。
3.氢原子的能级图(如图所示)
(1)能级图中的横线表示氢原子可能的能量状态——定态。
(2)横线左端的数字“1,2,3,…”表示量子数,右端的数字“-13.6,-3.4,…”表示氢原子的能级值。
(3)相邻横线间的距离表示相邻的能级差,量子数越大,相邻的能级差越小。
(4)带箭头的竖线表示原子由较高能级向较低能级跃迁,原子跃迁条件为:hν=Em-En(m>n)。
典例2 已知氢原子基态的电子轨道为r1=0.528×10-10 m,量子数为n的能
(1)求电子在基态轨道上运动时的动能。
(2)有一群氢原子处于量子数n=3的激发态,画出能级图,在图上用箭头标明这些氢原子能发出哪几条光谱线。
(3)计算(2)中那几条光谱线中波长最短的一条的波长。(其中静电力常量k=9.0×109 N·m2/C2,电子电荷量e=1.6×10-19 C,普朗克常量h=6.63×10-34 J·s,真空中光速c=3.0×108 m/s)
答案 (1)13.6 eV
(2)见解析图
(3)1.03×10-7 m
(2)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)与波长最短的一条光谱线对应的能级差为E3-E1,
针对训练2
原子从一个能级跃迁到一个较低的能级时,有可能不辐射光子。例如,在某种条件下,铬原子的n=2能级上的电子跃迁到n=1能级上时并不辐射光子,而是将相应的能量转交给n=4能级上的电子,使之能脱离原子,这一现象叫作俄歇效应,以这种方式脱离原子的电子叫作俄歇电子。已知铬原子的能级公式可简化表示为 ,式中n=1,2,3…,表示不同能级,A是正的已知常数,上述俄歇电子的动能是( )
C
