物理选修3-5《第18章 原子结构》章节测试卷A（含答案）
【说明】 本试卷分第Ⅰ卷(选择题)和第Ⅱ卷(非选择题)两部分，满分100分，考试时间90分钟。请将第Ⅰ卷的答案填入答题栏内，第Ⅱ卷可在各题的相应位置直接作答。
第Ⅰ卷 (选择题，共60分)
一、选择题(本题包括12小题，每小题5分，共60分．在每小题给出的四个选项中，有的小题只有一个选项正确，有的小题有多个选项正确．全部选对的得5分，选对但不全的得3分，有错选或不答的得0分)
1．在α粒子穿过金箔发生大角度散射的过程中，下列说法正确的( )
A．α粒子一直受到金原子核的斥力作用
B．α粒子的动能不断减小
C．α粒子的电势能不断增大
D．α粒子发生散射，是与电子碰撞的结果
2．玻尔的原子核模型解释原子的下列问题时，和卢瑟福的核式结构学说观点不同的是( )
A．电子绕核运动的向心力，就是电子与核间的静电引力
B．电子只能在一些不连续的轨道上运动
C．电子在不同轨道上运动的能量不同
D．电子在不同轨道上运动时，静电引力不同
3．关于密立根“油滴实验”的科学意义，下列说法正确的是( )
A．证明电子是原子的组成部分，是比原子更基本的物质单元
B．提出了电荷分布的量子化观念
C．证明了电子在原子核外绕核转动
D．为电子质量的最终获得做出了突出贡献
4．在燃烧的酒精灯芯上放上少许食盐，用摄谱仪得到的光谱应为( )
A．钠的发射光谱 B．钠的吸收光谱
C．钠的连续光谱 D．钠的线状光谱
5．(2008·广东高考)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级是分立的
D．氢原子光谱线的频率与氢原子能级的能量差无关
图1
6．(2009·广州测试)氢原子的能级图如图1所示，一群氢原子处于n＝3的激发态，这群氢原子辐射出的光子的能量可能是( )
A．13.6 eV B．12.09 eV
C．10.2 eV D．1.89 eV
7．现有k个氢原子被激发到量子数为3的能级上，若这些受激氢原子最后都回到基态，则在此过程中发出的光子总数是(假定处在量子数为n的激发态的氢原子跃迁到各较低能级的原子数都是处在该激发态能级上的原子总数的)( )
A. B．k
C. D．2k
8．在氢原子光谱中，可见光区域中有14条，其中有4条属于巴耳末系，其颜色为一条红色，一条蓝色，两条紫色．它们分别是从n＝3、4、5、6能级向n＝2能级跃迁时产生的，则( )
A．红色光谱线是氢原子从n＝6能级到n＝2能级跃迁时产生的
B．紫色光谱线是氢原子从n＝6或n＝5能级向n＝2能级跃迁时产生的
C．若从n＝6能级跃迁到n＝1能级将产生红外线
D．若从n＝6能级跃迁到n＝2能级所辐射的光子不能使某金属产生光电效应，则从n＝6能级向n＝3能级跃迁时辐射的光子将可能使该金属产生光电效应
图2
9．一个放电管发光，在其光谱中测得一条谱线的波长为1.22×10－7 m，已知氢原子的能级示意图如图2所示，普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s，电子电荷量e＝1.60×10－19 C，则该谱线所对应的氢原子的能级跃迁是(取三位有效数字)( )
A．从n＝5的能级跃迁到n＝3的能级
B．从n＝4的能级跃迁到n＝2的能级
C．从n＝3的能级跃迁到n＝1的能级
D．从n＝2的能级跃迁到n＝1的能级
10．(2009·茂名模拟)按照玻尔的理论，氢原子的能级是氢原子处于各个定态时的能量值，它包括氢原子系统的电势能和电子在轨道上运动的动能．当一个氢原子从n＝4的能级向低能级跃迁时，下列说法正确的是( )
A．氢原子系统的电势能增加，电子的动能增加
B．氢原子系统的电势能减小，电子的动能减小
C．氢原子可能辐射6种不同波长的光
D．氢原子可能辐射3种不同波长的光
11．氢原子从n＝3的能级跃迁到n＝2的能级放出光子的频率为ν，则它从基态跃迁到n＝4的能级吸收的光子频率为( )
A.ν B.ν
C.ν D.ν
图3
12．μ子与氢原子核(质子)构成的原子称为μ氢原子，它在原子核物理的研究中有重要作用．如图3所示为μ氢原子的能级图．假定用动能为E的电子束照射容器中大量处于n＝1能级的μ氢原子，μ氢原子吸收能量后，至多发出6种不同频率的光，则关于E的取值正确的是( )
A．E＝158.1 eV
B．E＞158.1 eV
C．2371.5 eV＜E＜2428.4 eV
D．只能等于2371.5 eV
第Ⅱ卷 (非选择题，共40分)
二、计算题(本题包括4小题，共40分．解答题应写出必要的文字说明、主要方程式和重要演算步骤，只写出最后答案的不能得分．有数值计算的题，答案中必须写出数值和单位)
图4
13．(8分)如图4所示是氢原子的能级图．
(1)有一群氢原子处于量子数n＝4的激发态，在图上用箭头标出这些氢原子发出的光谱线中属于巴耳末线系的光谱线．
(2)计算发出的所有光谱线中波长最长的一条的波长．
(已知静电常量k＝9.0×109 N·m2/C2，h＝6.63×10－34J·s，e＝1.6×10－19 C)
14．(9分)如图5所示为氢原子能级示意图，现有动能是E(eV)的某个粒子与处在基态的一个氢原子在同一直线上相向运动，并发生碰撞．已知碰撞前粒子的动量和氢原子的动量大小相等．碰撞后氢原子受激发跃迁到n＝5的能级．(粒子的质量m与氢原子的质量mH之比为k)求：
(1)碰前氢原子的动能；
(2)若有一群氢原子处在n＝5的能级，会辐射出几种频率的光？其中频率最高的光子能量多大？
图5
15．(11分)用α粒子和质子分别做散射实验，它们跟金原子核的最近距离分别为d1和d2.
(1)如果α粒子和质子都由静止开始经相同的电压加速后做实验，则d1∶d2为多少？
(2)如果α粒子和质子具有相同的动量值，则d1∶d2又为多少？(已知带电粒子在点电荷电场中的电势能表达式为Ep＝k)
16．(12分)美国科学家密立根通过油滴实验首次测得电子电量．油滴实验的原理如图6所示，两块水平放置的平行金属板与电源相连，上下板分别带正、负电荷．油滴从喷雾器喷出后，由于摩擦而带电，经上板中央小孔落到两板间的匀强电场中，通过显微镜可以观察到它运动的情况．两金属板间的距离为d，忽略空气对油滴的浮力和阻力．
(1)调节两金属板间的电势差U，当U＝U0时，使得某个质量为m1的油滴恰好做匀速运动，求该油滴所带的电荷量．
(2)若油滴进入电场时的初速度可以忽略，当两金属板间的电势差U＝U1时，观察到某个质量为m2的油滴进入电场后做匀加速运动，经过时间t运动到下极板，求此油滴所带的电荷量．
图6
答案
1.A
2．选B 选项A、C、D的内容卢瑟福的核式结构学说也有提及，而玻尔在他的基础上引入了量子学说，假设电子位于不连续的轨道上．
3．选BD 该实验第一次测定了电子的电荷量．由电子的比荷就可确定电子的质量，D正确．因带电体的电荷量均为某一个电量值(电子电荷量)的整数倍，故提出了电荷分布的量子化概念，B正确．
4．选AD 该光谱为钠蒸汽的发射光谱，也是钠原子的特征光谱，必然为线状光谱，A、D正确．
5．选BC 原子的发射光谱是原子跃迁时形成的，由于氢原子的能级是分立的，所以氢原子的发射光谱不是连续谱；原子发出的光子的能量正好等于原子跃迁时的能级差，故氢原子只能发出特定频率的光．综上所述，选项A、D错，B、C对．
6．选BCD 从n＝3到n＝2，－1.51－(－3.4)＝1.89 (eV)，D对．
从n＝3到n＝1，－1.51－(－13.6)＝12.09 (eV)，B对．从n＝2到n＝1，－3.4－(－13.6)＝10.2 (eV)，C对．
7．选C 处在量子数为3的k个氢原子跃迁到量子数为2和量子数为1的氢原子个数各为，而处于量子数为2的个氢原子还会向量子数为1的基态跃迁，故发出光子总数为k.
8．选B 其能级跃迁图如图所示，由图可以看出n＝6到n＝2的能量最大则应为紫光，A错．n＝5到n＝2是其次最值，故也应为紫光，因此B正确．从n＝6到n＝1的能级差大于n＝6到n＝2能级差，故将产生紫外线，C错．从n＝6到n＝2跃迁辐射的光子不能使该金属发生光电效应，则其他的就更不能使该金属发生光电效应，因此D错．
9．选D 波长为1.22×10－7 m的光子能量E＝h＝ J≈1.63×10－18 J≈10.2 eV，从图中给出的氢原子能级图可以看出，这条谱线是氢原子从n＝2的能级跃迁到n＝1的能级的过程中释放的，故D项正确．
10．选D 氢原子从能级4向低能级跃迁的过程中，电场力做正功，电势能减小，动能增加，A、B选项错误．由于只有一个氢原子，若从能级4跃迁到能级3再跃迁到能级2再跃迁到基态，此时发出光子最多，会发出3种光子，C选项错误，D选项正确．
11．选D 氢原子从n＝3的能级跃迁到n＝2的能级，
hν＝E3－E2＝－＝－E1 ①
则从基态跃迁到n＝4的能级，吸收光子能量
hν′＝E4－E1＝－E1＝－E1 ②
由①②得ν′＝ν，选项D正确．
12．选C 因为μ氢原子吸收能量后至多发出6种不同频率的光，所以μ氢原子被激发到n＝4的激发态，因此有2371.5 eV＜E＜2428.4 eV，即C选项正确．
13.
解析：(1)从4→2和从3-2跃迁发出的光子属于巴耳末线系，如图所示．
(2)原子由n=4的激发态跃迁到n=3的激发态发出光子的波长最长．
h=E4-E3
λ== m=1.88×10-6 m
答案：(1)见解析图 (2)1.88×10-6 m
14．解析：(1)设v和vH分别表示粒子和氢原子的速率，由题意可知：mv－mHvH＝0
EH＝mHv＝kE
(2)辐射出光子的频率种数
N＝C＝C＝10
频率最高的光子能量
ΔE＝E5－E1＝－0.54 eV－(－13.6) eV＝13.06 eV
答案：(1)kE (2)13.06 eV
15．解析：(1)α粒子或质子在向金原子核靠近时，动能向电势能转化，相距最近时，动能为0，电势能Ep＝
则Ekα＝U·qα ①
EkH＝U·qH ②
Ekα＝ ③
EkH＝ ④
由③④得＝＝·
将①②代入上式得：＝·＝
(2)当α粒子和质子具有相同的动量值时，设为p
则Ekα＝，EkH＝
又Ekα＝，EkH＝
得＝×＝＝.
答案：(1)1∶1 (2)8∶1
16．解析：(1)当U＝U0时，油滴恰好做匀速直线运动，满足
m1g－q＝0，即q＝
(2)当U＝U1时，质量为m2的油滴做匀加速运动，满足
d＝at2，
m2g－q′＝m2a
由此得q′＝(g－)＝(gt2－2d)．
答案：(1) (2)(gt2－2d)
物理选修3-5《第18章 原子结构》章节测试卷B（含答案）
1．在α粒子散射实验中，当α粒子穿过金箔时，下下列理解正确的是( )
A．与金原子核相距较远的α粒子，可能发生大角度偏转
B．与金原子核相距较近的α粒子，可能发生大角度偏转
C．α粒子与金原子核距离最近时，系统的能量最小
D．α粒子与金原子核距离最近时，系统的电势能最大
2． 如图所示为氢原子的能级图，若用能量为10．5 eV的光子去照射一群处于基态的氢原子，则氢原子将( )
A．能跃迁到n＝2的激发态上去
B．能跃迁到n＝3的激发态上去
C．能跃迁到n＝4的激发态上去
D．以上三种说法均不正确
3．根据玻尔原子结构理论，氢原子的电子由外层轨道跃迁到内层轨道后，下列判断正确的是( )A．原子的能量增加，电子的动能减少B．原子的能量增加，电子的动能增加
C．原子的能量减少，电子的动能减少 D．原子的能量减少，电子的动能增加
4．卢瑟福的原子结构学说初步建立了原子结构的正确图景，能解决的问题有( )
A．圆满解释氢原子发光的规律性 B．圆满解释α粒子散射现象
C．结合经典理论解释了原子的稳定性 D．用α粒子散射的数据估算原子核的大小
5．下列对原子结构的认识中，正确的是( )
A．原子中绝大部分是空的，原子核小 B．电子在核外旋转，库仑力提供向心力
C．原子的全部正电荷都集中在原子核上 D．原子核的直径大约是10—10m
6．根据玻尔原子理论，原子中电子绕核运动的轨道半径( )
A．可以取任意值 B．可以在某一范围任意取值
C．可以取一系列不连续的任意值 D．是一系列不连续的特定值
7．如图所示，O点表示金原子核的位置，曲线ab 和cd表示经过该原子核附近的α粒子的运动轨迹，其中可能正确的是( )
8．卢瑟福α粒子散射实验的结果 （ C ）
A.证明了质子的存在B.证明了原子核是由质子和中子组成的
C.证明了原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在一个很小的核里
D说明了原子中的电子只能在某些轨道上运动
9．氢原子从能级A跃迁到能级B时，辐射出波长为λ1的光；从能级A跃迁到能级C时，辐射出波长为λ2的光．若λ1>λ2，则氢原子从能级B跃迁到能级C 时，将 光子，光子的波长为 ．
10．下图给出氢原子最低四个能级，氢原子在这些能级间跃迁所辐射的光子的频率最多有 种，其中最大频率等于 Hz．(保留两位有效数字)
11．阴极射线是从阴极射线管的阴极发出的高速运动的粒子流，这些微观粒子是 ．若在如图所示的阴极射线管中部加上垂直于纸面向里的磁场，阴极射线将 (填“向上”“向下”“向里”“向外”)偏转．
12．根据α粒子散射实验，卢瑟福提出了原子的核式结构模型．如图中虚线表示原子核所形成的电场的等势线，实线表示一个α粒子的运动轨迹．在α粒子从a运动到b，再运动到c的过程中，α粒子的动能先 ，后 ；电势能先 后 ．(填“增大”“减小”或“不变”)
13．氢原子基态能量E1=-13.6eV，电子绕核运动半径r1=0.53×10-10m． 求氢原子处于n=4激发态时：(电子的质量m=0.9×10-30kg)
（1）原子系统具有的能量；
（2）电子在轨道上运动的动能；
（3）电子具有的电势能；
（4）向低能级跃迁辐射的光子频率最多有多少种？其中最低频率为多少（保留两位有效字）
14、对于两物体碰撞前后速度在同一直线上，且无机械能损失的碰撞过程，可以简化为如下模型：A、B两物体位于光滑水平面上，仅限于沿同一直线运动，当它们之间的距离大于等于某一定值d时，相互作用力为零，当它们之间的距离小于d时，存在大小恒为F的斥力。现设A物体质量m1=1kg，开始时静止在直线上某点，B物体质量m2=3kg，以速度v0=0.20m/s从远处沿直线向A运动,如图,若d=0.10m, F=0.60N, 求:(1)、相互作用过程中A、B加速度大小；（2）、从开始相互作用到A、B间的距离最小时，系统运动能的减小量
15．甲、乙两个小孩各乘一辆冰车在水平冰面上游戏，甲和他的冰车总质量共为M =30 kg，乙和他的冰车总质量也是30 kg，游戏时，甲推着一个质量m =15 kg的箱子，和他一起以大小为V0=2m／s的速度滑行，乙以同样大小的速度迎面滑来，如图，为了避免相撞，甲突然将箱子沿冰面推给乙，箱子滑到乙处时乙迅速把它抓住，若不计冰面的摩擦，问甲至少要以多大的速度(相对地面)将箱子推出，才能避免与乙相撞．（注意两人避免相撞的条件）
答案
BD 2．D 3．D 4．BD 5．ABC 6．D 7．BD 8．C 9．辐射， 10．6，3.1×1015 11．电子，向下 12．减小，增大，增大，减小
13．
14、解：（ 1）设A、B物体的加速度分别为a1、a2
则有：
（2）两都速度相同时，距离最近，由动量守恒定律得
所以动能减小量
（3）由于A做匀加速，B做匀减速运动，当它们速度相等时，距离最小
以A为对象有： Ft=m1v0
所以 （1）
所以A运动的位移 （2）
B运动的位移 （3）
所以最小距离 （4）
由（1）-（4）解得
15、.解（1）
（2）
所以动能
（3）由于
所以电势能
（4）最多有六种．从n=4→3；3→2；2→1；4→2；4→1；3→1．能级差最小的是n=4→n=3，所辐射的光子能量为：
物理选修3-5《第18章 原子结构》章节测试卷C（含答案）
一、选择题
1．卢瑟福粒子散射实验的结果是
A．证明了质子的存在
B．证明了原子核是由质子和中子组成的
C．说明了原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在一个很小的核上
D．说明原子中的电子只能在某些不连续的轨道上运动
2．英国物理学家卢瑟福用α粒子轰击金箔，发现了α粒子的散射现象。图中O 表示金原子核的位置，则能正确表示该实验中经过金原子核附近的α粒子的运动轨迹的图是 ( )
3．氢原子辐射出一个光子后，根据玻尔理论，下述说法中正确的是 ( )
A．电子绕核旋转的半径增大 B．氢原子的能量增大
C．氢原子的电势能增大 D．氢原子核外电子的速率增大
4．下列氢原子的线系中波长最短波进行比较，其值最大的是 ( )
A．巴耳末系 B．莱曼系 C．帕邢系 D．布喇开系
5．关于光谱的产生，下列说法正确的是 ( )
A．正常发光的霓虹灯属稀薄气体发光，产生的是明线光谱
B．白光通过某种温度较低的蒸气后将产生吸收光谱
C．撒上食盐的酒精灯火焰发出的光是明线光谱
D．炽热高压气体发光产生的是明线光谱
6．仔细观察氢原子的光谱，发现它只有几条分离的不连续的亮线，其原因是 ( )
A．观察时氢原子有时发光，有时不发光
B．氢原子只能发出平行光
C．氢原子辐射的光子的能量是不连续的,所以对应的光的频率也是不连续的
D．氢原子发出的光互相干涉的结果
7．氢原子第三能级的能量为 ( )
A．－13.6eV B．－10.2eV
C．－3.4eV D．－1.51eV
8．下列叙述中，符合玻尔氢原子的理论的是 ( )
A．电子的可能轨道的分布只能是不连续的
B．大量原子发光的光谱应该是包含一切频率的连续光谱
C．电子绕核做加速运动，不向外辐射能量
D．与地球附近的人造卫星相似，绕核运行，电子的轨道半径也要逐渐减小
9．氦原子被电离一个核外电子后，形成类氢结构的氦离子。已知基态的氦离子能量为E1=－54.4 eV，氦离子能级的示意图如图所示。在具有下列能量的光子中，不能被基态氦离子吸收而发生跃迁的是 ( )
A．40.8 eV????????????
B．43.2 eV????????????
C．51.0 eV???????????
D．54.4 eV
10．μ子与氢原子核（质子）构成的原子称为μ氢原子，它在原子核物理的研究中有重要作用。图为μ氢原子的能级示意图。假定光子能量为E的一束光照射容器中大量处于n=2能级的μ氢原子，μ氢原子吸收光子后，发出频率为ν1、ν2、ν3、ν4、ν5和ν6的光，且频率依次增大，则E等于 ( )
A．h (ν3－ν1)
B．h (ν5＋ν6)
C．hν3
D．hν4
11．已知氢原子基态能量为－13.6eV，下列说法中正确的有 ( )
A．用波长为600nm的光照射时，可使稳定的氢原子电离
B．用光子能量为10.2eV的光照射时，可能使处于基态的氢原子电离
C．氢原子可能向外辐射出11eV的光子
D．氢原子可能吸收能量为1.89eV的光子
12．红宝石激光器的工作物质红宝石含有铬离子的三氧化二铝晶体，利用其中的铬离子产生激光。铬离子的能级如图所示，E1是基态，E2是亚稳态，E3是激发态，若以脉冲氙灯发出波长为λ1的绿光照射晶体，处于基态的铬离子受激发跃迁到E3，然后自发跃迁到E2，释放波长为λ2的光子，处于亚稳态E2的离子跃迁到基态时辐射出的光就是激光，这种激光的波长为( )
A． B．
C． D．
13．德国物理学家弗兰克林和赫兹进行过气体原子激发的实验研究。如图（1）他们在一只阴极射线管中充了要考察的汞蒸气。阴极发射出的电子受阴极K和栅极R之间的电压UR加速，电子到达栅极R时，电场做功eUR。此后电子通过栅极R和阳极A之间的减速电压UA。通过阳极的电流如图（2）所示，随着加速电压增大，阳极电流在短时间内也增大。但是到达一个特定的电压值UR后．观察到电流突然减小。在这个电压值上，电子的能量刚好能够激发和它们碰撞的原子。参加碰撞的电子交出其能量，速度减小，因此到达不了阳极,阳极电流减小。eUR即为基态气体原子的激发能。得到汞原子的各条能级比基态高以下能量值：4.88eV，6.68eV， 8.78eV，10.32eV。若一个能量为7.97eV电子进入汞蒸气后测量它的能量可能是 ( )
A．1.29eV
B．2.35eV
C．3.09e V
D．7.97eV
二、填空题
14．卢瑟福通过__________________实验提出了著名的______________模型。
15．为了使处于基态的氢原子电离，需要用频率为 的电磁波照射氢原子（结果保留2位有效数字）。
16．氢原子从能级A跃迁到能级B时，辐射出波长为λ1的光子；从能级A跃迁到能级C时，辐射出波长为λ2的光子；若λ1＞λ2，则氢原子从能级B跃迁到能级C时，将_______（填“辐射”或“吸收”）光子，光子的波长=_______．
17．如图给出氢原子最低的4个能级，氢原子在这些能级之间跃迁
所辐射的光子的频率最多有______________种，其中最小频率为
_____________，需使基态氢原子电离应用波长为_____________
的光照射氢原子。
三、计算题
18．一群氢原子处于量子数n=4能级状态，氢原子的能级图如图所示，则：
（1）氢原子可能发射几种频率的光子？
（2）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多少电子伏？
（3）用（2）中的光子照射下表中几种金属，哪些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多大？
金属
铯
钙
镁
钛
逸出功W/eV
1．9
2．7
3．7
4．1
几种金属的逸出功
19．处于基态的氢原子，吸收了能量为15.42eV的光子，求电子脱离氢原子时的速度大小。（已知电子的质量m＝0.91×10-30kg，氢原子基态能量E1＝－13.6eV，结果保留1位有效数字）
20．若氢原子的核外电子质量为m，电量为e，在离核最近的轨道上近似做匀速圆周运动，轨道半径为r1。求：
（1）电子运动的动能Ek是多少？
（2）电子绕核转动的频率f是多少？
（3）氢原子核在电子轨道处产生的电场强度E为多大？
21．氢原子处于基态时，原子能量E1=－13.6eV，已知电子电量e＝1.6×10-19C，电子质量m＝0.91×10-30kg，氢的核外电子的第一条可能轨道的半径为r1＝0.53×10-10m.，
（1）若要使处于n＝2的氢原子电离，至少要用频率多大的电磁波照射氢原子？
（2）氢原子核外电子的绕核运动可等效为一环形电流，则氢原子处于n＝2的定态时，核外电子运动的等效电流多大？
（3）若已知钠的极限频率为6×1014Hz，今用一群处于n＝4的激发态的氢原子发射的光谱照射钠，是通过计算说明有几条谱线可使钠发生光电效应？
答案
1、C 2、BD 3、D 4、D 5、ABC 6、C 7、D 8、AC 9、B 10、C 11、D 12、D 13、14、α粒子散射，原子核式结构 15、3.3×1015 16、 17、6，1.6×1014，9.1×10-8m 18、（1）6种（2）2.55 eV（3）0.65 eV 19、5×105m/s
20、（1）（2）（3） 21、（1）8.2×1014 （2）0.132A（3）4条
