第5章　原子与原子核 分层作业13　原子的结构--2025粤教版高中物理选择性必修第三册同步练习题（有解析）

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2025粤教版高中物理选择性必修第三册
分层作业13　原子的结构
A组必备知识基础练
1.在原子结构的研究方面,科学家前赴后继、不断完善,以下说法错误的是(　　)
A.汤姆孙通过对阴极射线的研究发现了电子,使人们认识到原子本身是有结构的
B.卢瑟福通过对α粒子散射实验现象的分析提出了原子的核式结构模型,完全否定了汤姆孙的“枣糕模型”
C.玻尔把微观世界中物理量取分立值的观念应用到原子系统,提出了自己的原子结构假说,完全否定了核式结构模型
D.玻尔的原子理论只成功解释了氢原子光谱的实验规律,这说明了玻尔模型也是有局限性的
2.α粒子散射实验中,使α粒子散射的原因是(　　)
A.α粒子与原子核外电子碰撞
B.α粒子与原子核发生接触碰撞
C.α粒子发生明显衍射
D.α粒子与原子核的库仑斥力的作用
3.(2024江苏卷)在某原子跃迁中,辐射如图所示的4种光子,其中只有一种光子可使某金属发生光电效应,是哪一种(　　)
A.λ1 B.λ2
C.λ3 D.λ4
4.氢原子的能级示意图如图所示,关于氢原子跃迁,下列说法正确的是(　　)
A.一群处于n=4激发态的氢原子,向低能级跃迁时可以发出6种不同频率的光
B.一个处于n=5激发态的氢原子,向低能级跃迁时发出4种不同频率的光
C.用12 eV的光子照射处于基态的氢原子时,电子可以跃迁到n=2能级
D.氢原子中电子从高能级到低能级跃迁时动能增大,氢原子的电势能增大
5.(多选)氢原子能级图如图所示,大量处于n=3激发态的氢原子向低能级状态跃迁辐射出的光子中,发现有两种频率的光子能使金属A产生光电效应,则下列说法正确的是(　　)
A.大量处于n=3激发态的氢原子向低能级状态跃迁时,只辐射三种频率的光子
B.从n=3激发态直接跃迁到基态时放出的光子一定能使金属A发生光电效应
C.一个氢原子从n=3激发态跃迁到基态时,该氢原子能量增大
D.一个氢原子从n=3激发态跃迁到基态时,该氢原子核外电子动能减小
6.(多选)氢原子能级示意图如图所示,现有大量的氢原子处于n=4的激发态,当向低能级跃迁时辐射出若干不同频率的光,下列说法正确的是(　　)
A.这些氢原子总共可辐射出6种不同频率的光
B.由n=2能级跃迁到n=1能级产生的光频率最小
C.由n=4能级跃迁到n=1能级产生的光最容易表现出衍射现象
D.用n=2能级跃迁到n=1能级辐射出的光照射逸出功为6.34 eV的金属铂能发生光电效应
7.(多选)丹麦物理学家尼尔斯·玻尔于1913年提出的关于原子结构的模型,引入了量子化的概念来研究原子内电子的运动并成功解释了氢原子的光谱.如图是氢原子的能级图,下列说法正确的是(　　)
A.氢原子的电子从低能级向高能级跃迁,能量增大,动能减小
B.动能为3.40 eV的电子可以使第二能级的氢原子跃迁
C.能量为2.55 eV的光子可以使第二能级的氢原子跃迁
D.一个处于第4能级的氢原子可以辐射6种光子
8.已知氢原子的基态能量为-13.6 eV,核外电子的第一轨道半径为0.53×10-10 m,电子质量me=9.1×10-31 kg,电荷量为1.6×10-19 C,电子跃迁到第三轨道时,氢原子的能量、电子的动能和原子的电势能各多大
B组关键能力提升练
9.1909年,物理学家卢瑟福和他的学生用α粒子轰击金箔,研究α粒子被散射的情况,其实验装置如图所示.关于α粒子散射实验,下列说法正确的是(　　)
α粒子散射实验装置(俯视)
A.该实验是卢瑟福建立原子“枣糕”模型的重要依据
B.α粒子大角度散射是由于它跟电子发生了碰撞
C.实验结果说明原子中有一个带正电且占有原子几乎全部质量的核
D.通过α粒子散射实验还可以估计原子半径的数量级是10-15 m
10.卢瑟福利用α粒子轰击金箔的实验研究原子结构,正确反映实验结果的示意图是(　　)
11.(多选)巴耳末系是指氢原子从n=3,4,5,…能级跃迁到n=2能级时发出的光谱线系,如图甲所示.图乙中给出了巴耳末谱线对应的波长.已知可见光的能量在1.64~3.10 eV之间,普朗克常量h=6.63×10-34 J·s,则下列说法正确的是(　　)
甲
乙
A.Hα谱线对应光子的能量大于Hβ谱线对应光子的能量
B.属于巴耳末系的Hα、Hβ、Hγ、Hδ谱线均属于可见光
C.Hδ谱线的光子照射截止频率为10.95×1014 Hz的钨时,不能发生光电效应现象
D.大量处于n=4能级的氢原子向基态跃迁的过程中,可辐射出3种处于巴耳末系的光子
12.氢原子部分能级图如图甲所示,大量处于n=4能级的氢原子向低能级跃迁时能辐射出多种不同频率的光,其中用从n=3能级向n=1能级跃迁时辐射的光照射图乙所示光电管的阴极K时,恰好发生光电效应,则下列说法正确的是(　　)
A.从n=4能级向n=2能级跃迁时辐射的光,也一定能使阴极K发生光电效应
B.用从n=4能级向n=1能级跃迁时辐射的光照射阴极K,阴极K的逸出功会变大
C.在光的频率不变的情况下,饱和电流不随入射光强度的变化而变化
D.用从n=3能级向n=2能级跃迁时辐射的光照射n=4能级的氢原子,可以使其电离
13.在α粒子散射实验中,根据α粒子与原子核发生对心碰撞时能达到的最小距离可以估算原子核的大小.现有一个α粒子以2.0×107 m/s的速度去轰击金箔,若金原子的核电荷数为79.求α粒子与金原子核间的最近距离(已知带电粒子在点电荷电场中的电势能表达式为Ep=k,r为距点电荷的距离.α粒子质量为6.64×10-27 kg,k=9.0×109 N·m2·C-2).
参考答案
分层作业13　原子的结构
1.C　汤姆孙通过对阴极射线的研究发现了电子,使人们认识到原子本身是有结构的,A正确;卢瑟福通过对α粒子散射实验现象的分析提出了原子的核式结构模型,完全否定了汤姆孙的“枣糕模型”,B正确;玻尔在原子核式结构模型的基础上把微观世界中物理量取分立值的观念应用到原子系统中,提出了自己的原子结构假说,C错误;玻尔的原子理论只成功解释了氢原子光谱的实验规律,无法解释更复杂的原子光谱,这说明了玻尔模型也是有局限性的,D正确.
2.D　α粒子散射实验中,使α粒子散射的原因是α粒子与原子核的库仑斥力的作用从而改变运动方向,故选D.
3.C　因为只有一种光子可使某金属发生光电效应,所以应当是能级差最大的,即C选项正确.
4.A　一群处于n=4激发态的氢原子,向低能级跃迁时可以发出不同频率的光的种数为=6,A正确;一个处于n=5激发态的氢原子,向低能级跃迁时最多可发出4种不同频率的光,B错误;因为基态与n=2能级间的能级差为10.2 eV,所以用12 eV的光子照射处于基态的氢原子时,电子不能跃迁到n=2能级,C错误;氢原子中电子从高能级到低能级跃迁时动能增大,库仑力做正功,电势能减小,D错误.
5.AB　大量处于n=3激发态的氢原子向低能级状态跃迁时,只辐射三种频率的光子如3→2,3→1,2→1,A正确;从n=3激发态直接跃迁到基态时放出的光子的能量最大,频率最大,所以一定能使金属A发生光电效应,B正确;一个氢原子从n=3激发态跃迁到基态时,释放出光子,该氢原子能量减小,C错误;一个氢原子从n=3激发态跃迁到基态时,轨道半径减小,库仑力做正功,则该氢原子核外电子动能增大,D错误.
6.AD　这些氢原子总共可辐射出光的频率种数为N==6,A正确;由n=4能级跃迁到n=3能级产生的光频率最小,B错误;由n=4能级跃迁到n=1能级产生的光频率最大,波长最小,最不容易表现出衍射现象,C错误;由n=2能级跃迁到n=1能级产生的光子能量为10.2 eV,大于金属铂的逸出功,可以使金属铂发生光电效应,故D正确.
7.ABC　氢原子的电子从低能级向高能级跃迁,吸收光子,能量增大,动能减小,势能增大,A正确;动能为3.40 eV 的电子的动能大于第二能级以上任意两个能级之间的能量差,且动能可以被氢原子部分吸收,故可以使第二能级的氢原子跃迁,B正确;能量为2.55 eV的光子恰好可以使第二能级的氢原子跃迁到第四能级,C正确;一个处于第4能级的氢原子逐级向下跃迁时辐射光子种数最多,可以辐射3种光子,D错误.
8.答案 -1.51 eV　1.51 eV　-3.02 eV
解析 氢原子能量E3=E1=-1.51 eV
电子在第三轨道时半径为r3=n2r1=32r1=9r1 ①
电子绕核做圆周运动的向心力由库仑力提供,所以 ②
由①②可得电子动能为Ek3=me eV=1.51 eV
由于E3=Ek3+Ep3,故原子的电势能为Ep3=E3-Ek3=-1.51 eV-1.51 eV=-3.02 eV.
9.C　卢瑟福建立的是原子核式结构,不是枣糕模型,选项A错误;造成α粒子散射角度大的原因是受到的原子核的斥力比较大,选项B错误;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核体积极小,实验表明原子中心的核带有原子的全部正电,和几乎全部质量,选项C正确;α粒子散射实验可以估算出原子核半径的数量级是10-15 m,选项D错误.
10.D　卢瑟福利用α粒子轰击金箔的实验结果是越靠近原子核的偏转角度越大,故选D.
11.BC　由题图乙和E=h可知,波长越小的光子,能量越大,因此Hα谱线对应光子的能量小于Hβ谱线对应的光子的能量,A错误;可见光的能量在1.64~3.10 eV之间,由光子能量公式E=hν=h可得λ1= m=7.58×10-7 m=758 nm,λ2= m=4.01×10-7 m=401 nm,由图乙可知,属于巴尔末系的Hα、Hβ、Hγ、Hδ谱线均属于可见光,B正确;因钨的截止频率是ν0=10.95×1014 Hz,其逸出功为W0=hν0=6.63×10-34×10.95×1014 J=7.26×10-19 J=4.54 eV,其逸出功大于Hδ谱线的能量3.02 eV,因此用Hδ谱线的光子照射截止频率为10.95×1014 Hz的金属钨时,不能产生光电效应现象,C正确;由于处于大量n=4能级的氢原子向基态跃迁运动中,可辐射出2种处于巴耳末系的光子,D错误.
12.D　从能级图可知,从n=4能级向n=2能级跃迁时辐射的光的频率小于从n=3能级向n=1能级跃迁时辐射的光,所以不能发生光电效应,A错误;逸出功只与阴极材料有关,与入射光的频率无关,所以增大入射光的频率,逸出功不变,B错误;在光的频率不变的情况下,饱和电流随入射光的强度的增大而增大,C错误;从n=3能级向n=2能级跃迁时辐射的光的能量为ΔE=3.4 eV-1.51 eV=1.89 eV>0.85 eV,所以用从n=3能级向n=2能级跃迁时辐射的光照射n=4能级的氢原子,可以使其电离,D正确.
13.答案 2.7×10-14 m
解析 当α粒子靠近原子核运动时,α粒子的动能转化为电势能,达到最近距离时,动能全部转化为电势能,设α粒子与原子核发生对心碰撞时所能达到的最小距离为d,则mv2=k
d= m
=2.7×10-14 m.
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