第十八章
原子结构
3
氢原子光谱
1．(多选)下列说法正确的是( )
A．发射光谱一定是连续谱
B．线状谱和暗线谱都可以对物质成分进行分析
C．霓虹灯发光形成的光谱是连续谱
D．巴耳末公式只适用于氢原子发光
答案：BD
2．(多选)下列关于光谱的说法正确的是( )
A．连续光谱就是由连续发光的物体产生的光谱，线状谱是线状光源产生的光谱
B．通过对连续谱的光谱分析，可鉴定物质成分
C．连续光谱包括一切波长的光，线状谱只包括某些特定波长的光
D．通过对线状谱的明线光谱分析或对吸收光谱的暗线分析，可鉴定物质成分
解析：连续谱是指光谱由连续分布的一切波长的光组成的，而不是指光源是连续的，连续谱是由炽热固体、液体及高压气体发光产生的，同理线状谱是指光谱是由一些不连续的亮线组成的，由稀薄气体或金属蒸气所发出的光产生的，而不是指光源是线状的，A错，C对；光谱分析是根据不同原子都有自己的特征谱线来鉴别物质和确定物质的组成成分的方法，连续谱含有一切波长的光，不是原子的特征谱线，不能用来进行光谱分析，而线状谱和吸收光谱都是原子自身的特征谱线，所以可以用来进行光谱分析，鉴定物质成分，其优点是灵敏度很高，在发现和鉴定元素上有着重大的意义，B错，D对．
答案：CD
3．利用光谱分析的方法能够鉴别物质和确定物质的组成成分，关于光谱分析下列说法正确的是( )
A．利用高温物体的连续谱就可鉴别其组成成分
B．利用物质的线状谱就可鉴别其组成成分
C．高温物体发出的光通过物质后的光谱上的暗线反映了高温物体的组成成分
D．同一种物质的线状谱与吸收光谱上的暗线，由于光谱的不同，它们没有关系
解析：由于高温物体的光谱包括了各种频率的光，与其组成成分无关，故A错误；某种物质发光的线状谱中的亮线与某种原子发出的某频率的光有关，通过这些亮线与原子的特征谱对照，即可确定物质的组成成分，B正确；高温物体发出的光通过物质后某些频率的光被吸收而形成暗线，这些暗线与所经物质有关，C错误；某种物质发出某种频率的光，当光通过这种物质时它也会吸收这种频率的光，因此线状谱中的亮线与吸收光谱中的暗线相对应，D错误．
答案：B
4．氢原子光谱巴耳末系最小波长与最大波长之比为( )
A.
B.
C.
D.
解析：由巴耳末公式＝R，n＝3，4，5，….
当n＝∞时，最小波长＝R；①
当n＝3时，最大波长＝R.②
由①②得＝.
答案：A
A级 抓基础
1．(多选)下列光谱中属于原子光谱的是( )
A．太阳光谱
B．放电管中稀薄汞蒸气产生的光谱
C．白炽灯的光谱
D．酒精灯中燃烧的钠蒸气所产生的光谱
解析：放电管中稀薄汞蒸气产生的光谱，燃烧的钠蒸气产生的光谱分别是由汞蒸气、钠蒸气发光产生的，均是原子光谱，故选项B、D对．
答案：BD
2．(多选)关于光谱和光谱分析，下列说法中正确的是( )
A．太阳光谱和白炽灯光谱都是连续谱
B．霓虹灯产生的是明线光谱
C．进行光谱分析时，只能用明线光谱
D．同一元素吸收光谱的暗线与明线光谱的位置是一一对应的
解析：太阳光谱是吸收光谱，可进行光谱分析；白炽灯光产生的是连续谱；霓虹灯管内充有稀薄气体，产生的光谱为明线光谱，故选B、D.
答案：BD
3．太阳的连续光谱中有许多暗线，它们对应着某些元素的特征谱线．产生这些暗线的原因是由于( )
A．太阳表面大气层中缺少相应的元素
B．太阳内部缺少相应的元素
C．太阳表面大气层中存在着相应的元素
D．太阳内部存在着相应的元素
解析：由于对太阳光谱的成因认识不清，易误认为暗线是由于太阳内部缺少相应的元素产生的，因此错误地选择B.实际上太阳内部进行着激烈的热核反应，它发出的连续光谱经过温度比较低的太阳大气层时产生吸收光谱，我们通过对太阳光谱中暗线的分析，把它跟各种原子的特征谱线对照，就知道太阳大气层中含有氢、氮、氦、碳、镁、硅、钙、钠等几十种元素．因此正确答案为C.
答案：C
B级 提能力
4．(多选)下列说法正确的是( )
A．所有氢原子光谱的波长都可由巴耳末公式求出
B．据巴耳末公式可知，只要n取不同的值，氢原子光谱的谱线可以有无数条
C．巴耳末系中的一部分谱线是氢原子光谱中的可见光部分
D．氢原子光谱是线状谱的一个例证
解析：氢原子的谱系有好几个，巴耳末系是可见光区中的一个，仅十四条谱线，故A、B不正确，C正确．氢原子光谱是线状谱，故D正确．
答案：CD
5．(多选)关于原子光谱，下列说法正确的是( )
A．原子光谱是不连续的，是由若干频率的光组成的
B．大量原子发光的光谱是连续的，少量原子发光的光谱是不连续的
C．由于原子都是由原子核和核外电子组成，所以各种原子的原子光谱是相同的
D．由于各种原子结构不同，所以各种原子的原子光谱也不相同
解析：原子光谱是线状谱，光谱是一系列不连续的亮线，每条亮线对应一个频率，原子光谱是由若干频率的光组成的，故A对、B错；各种原子都有自己的特征谱线，不同元素的原子特征谱线不同，故D对、C错．
答案：AD
6．(多选)如图甲所示是a、b、c、d四种元素的线状谱，图乙是某矿物的线状谱，通过光谱分析可以了解该矿物中缺乏的是( )
A．a元素
B．b元素
C．c元素
D．d元素
解析：将甲中的线状谱与乙中的谱线相对照，没有的谱线即是该矿物质中缺少的．
答案：BD
7．可见光的波长范围为400～700
nm，根据巴耳末公式＝R
，当n取何值时氢原子所发出的光能用肉眼直接观察到(R＝1.10×107
m－1)
解析：把波长等于400
nm，代入巴耳末公式，得n＝6.7，把波长等于700
nm，代入巴耳末公式，可得n＝2.9，而n只能取整数，所以n＝3、4、5、6时氢原子发出的光用肉眼能直接观察到．
答案：3、4、5、6第十八章
原子结构
1
电子的发现
1．(多选)关于阴极射线的性质，判断正确的是( )
A．阴极射线带负电
B．阴极射线带正电
C．阴极射线的比荷比氢原子比荷大
D．阴极射线的比荷比氢原子比荷小
解析：通过阴极射线在电场、磁场中的偏转的研究发现阴极射线带负电，而且比荷比氢原子的比荷大得多，故A、C正确．
答案：AC
2．(多选)关于密立根油滴实验的科学意义，下列说法正确的是( )
A．测出了电子的电荷量
B．提出了电荷分布的量子化观点
C．为电子质量的最终获得做出了突出贡献
D．为人类进一步研究原子的结构提供了一定的理论依据
解析：密立根油滴实验发现，油滴带的电荷量都是某一最小电荷量的整数倍，此最小电荷量即为一个电子所带电荷量，A、B均正确；由于汤姆孙测出了电子的比荷，故可知道电子的质量，C正确；电子的电荷量及质量的确定，为研究原子的结构提供了一定的理论依据，D项正确．
答案：ABCD
3．如图所示，在阴极射线管正上方平行放一通有强电流的长直导线，则阴极射线将( )
A．向纸内偏转
B．向纸外偏转
C．向下偏转
D．向上偏转
解析：由题目条件不难判断阴极射线所在处磁场垂直纸面向外，电子从负极端射出，由左手定则可判定阴极射线(电子)向上偏转．
答案：D
4．对阴极射线管的认识，下列说法错误的是( )
A．阴极射线管是用来观察电子束运动轨迹的装置
B．借助阴极射线管我们可以看到每个电子的运动轨迹
C．阴极射线管内部抽成真空
D．阴极射线管工作时，它的阴极和阳极之间存在强电场
解析：电子发射出来时速度极大，无法看到每个电子的运动轨迹，只能观察到电子束的轨迹．故B错误．
答案：B
5．为了测定带电粒子的比荷，让这个带电粒子垂直电场方向飞进平行金属板间，已知匀强电场的电场强度为E，在通过长为L的两金属板间后，测得偏离入射方向的距离为d；如果在两板间加垂直电场方向的匀强磁场，磁场方向垂直于粒子的入射方向，磁感应强度为B，则粒子恰好不偏离原来方向，求.
解析：仅加电场时d＝·；
加复合场时Bqv0＝qE.
由以上两式得＝.
答案：
A级 抓基础
1.
1910年美国科学家密立根通过油滴实验( )
A．发现了中子
B．发现了电子
C．测出了中子的质量
D．测出了电子的电荷量
解析：密立根通过油滴实验精确测定了电子的电荷量．
答案：D
2．发射阴极射线的阴极射线管中的高电压的作用是( )
A．使管内气体电离
B．使管内产生阴极射线
C．使管内障碍物的电势升高
D．使电子加速
解析：在阴极射线管中，阴极射线是由阴极处于炽热状态而发射的电子流，通过高电压加速而获得能量，与玻璃碰撞而产生荧光，故选项D正确．
答案：D
3．(多选)汤姆孙对阴极射线进一步研究，最终发现了电子，由此被称为“电子之父”．关于电子的说法正确的是( )
A．任何物质中均有电子
B．不同的物质中具有不同的电子
C．电子质量是质子质量的1
836倍
D．电子是一种粒子，是构成物质的基本单元
解析：汤姆孙对不同材料的阴极发出的射线进行研究，均为同一种相同的粒子——即电子，电子是构成物质的基本单元，它的质量远小于质子质量．由此可知A、D两项正确，B、C两项错误．
答案：AD
4．(多选)下列是某实验小组测得的一组电荷量，哪些数据是符合事实的( )
A．＋3×10－19
C
B．＋4.8×10－19
C
C．－3.2×10－26
C
D．－4.8×10－19
C
解析：电荷是量子化的，任何带电体所带电荷量只能是元电荷的整数倍.1.6×10－19
C是自然界中最小的电荷量，故B、D正确．
答案：BD
B级 提能力
5．(多选)如图所示是阴极射线显像管及其偏转线圈的示意图．显像管中有一个阴极，工作时能发射阴极射线，荧光屏被阴极射线轰击就能发光．安装在管颈的偏转线圈产生偏转磁场，可以使阴极射线发生偏转．下列说法中正确的是( )
A．如果偏转线圈中没有电流，则阴极射线应该打在荧光屏正中的O点
B．如果要使阴极射线在竖直方向偏离中心，打在荧光屏上A点，则偏转磁场的方向应该垂直纸面向里
C．如果要使阴极射线在竖直方向偏离中心，打在荧光屏上B点，则偏转磁场的方向应该垂直纸面向里
D．如果要使阴极射线在荧光屏上的位置由B点向A点移动，则偏转磁场磁感应强度应该先由小到大，再由大到小
解析：偏转线圈中没有电流，阴极射线沿直线运动，打在O点，A正确．由阴极射线的电性及左手定则可知B错误，C正确．由R＝可知，B越小，R越大，故磁感应强度应先由大变小，再由小变大，故D错误．
答案：AC
6．1897年，物理学家汤姆孙正式测定了电子的比荷，打破了原子是不可再分的最小单位的观点．因此，汤姆孙的实验是物理学发展史上最著名的经典实验之一．在实验中汤姆孙采用了如图所示的阴极射线管，从电子枪C出来的电子经过A、B间的电场加速后，水平射入长度为L的D、E平行板间，接着在荧光屏F中心出现荧光斑．若在D、E间加上方向向下，场强为E的匀强电场，电子将向上偏转；如果再利用通电线圈在D、E电场区加上一垂直纸面的磁感应强度为B的匀强磁场(图中未画)荧光斑恰好回到荧光屏中心，接着再去掉电场，电子向下偏转，偏转角为θ，试解决下列问题．
(1)说明图中磁场沿什么方向．
(2)根据L、E、B和θ，求出电子的比荷．
解析：(1)磁场方向垂直纸面向里．
(2)当电子在D、E间做匀速直线运动时有：eE＝Bev；
当电子在D、E间的磁场中偏转时有：Bev＝m.
同时又有：L＝rsin
θ，可得：＝.
答案：(1)垂直纸面向里 (2)章末复习课
【知识体系】
主题1 原子的核式结构
1．电子的发现：英国物理学家汤姆孙发现了电子．
2．α粒子散射实验的结果：绝大多数α粒子穿过金箔后，基本上仍沿原来的方向前进，但少数α粒子发生了大角度偏转，极少数α粒子甚至被撞了回来．
3．三个原子模型的对比．
原子模型
实验基础
原子结构
成功和局限
“枣糕”模型
电子的发现
原子是一个球体，正电荷均匀分布在球内，电子镶嵌其中
可解释一些实验现象，但无法说明α粒子散射实验
核式结构模型
卢瑟福的α粒子散射实验
原子的中心有—个很小的核，全部正电荷和几乎全部质量集中在核里，电子在核外运动
成功解释了α粒子散射实验，无法解释原子的稳定性及原子光谱的分立特征
玻尔的原子模型
氢原子光谱的研究
在核式结构模型基础上，引入量子观念
成功解释了氢原子光谱及原子的稳定性，不能解释较复杂原子的光谱现象
说明：认识原子结构的线索：气体放电的研究→阴极射线→发现电子→汤姆孙的“枣糕”模型卢瑟福核式结构模型玻尔模型
【典例1】 在卢瑟福α粒子散射实验中，有少数α粒子发生大角度偏转，其原因是( )
A．原子的正电荷和绝大部分质量集中在一个很小的核上
B．正电荷在原子内是均匀分布的
C．原子中存在着带负电的电子
D．原子只能处于一系列不连续的能量状态中
解析：卢瑟福α粒子散射实验中使卢瑟福惊奇的就是α粒子发生了较大角度的偏转，这是由于α粒子带正电，而原子核极小，且原子核带正电，故选项A正确，选项B错误；α粒子能接近原子核的机会很小，大多数α粒子都从核外的空间穿过，而与电子碰撞时如同子弹碰到尘埃一样，运动方向不会发生改变．选项C、D的说法没错，但与题意不符．
答案：A
针对训练
1．(多选)关于α粒子散射实验，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，说明原子内大部分空间是“空”的
C．极少数α粒子发生大角度偏转，说明原子内质量和电荷量比α粒子大得多的粒子在原子内分布空间很小
D．极少数α粒子发生大角度偏转，说明原子内的电子对α粒子的吸引力很大
解析：在α粒子散射实验中，绝大多数α粒子沿原方向运动，说明α粒子未受到原子核明显的力的作用，也说明原子核相对原子来讲很小，原子内大部分空间是空的，故选项A错，B对；极少数发生大角度偏转，说明受到金属原子核明显力作用的空间在原子内很小，α粒子偏转，而金原子核未动，说明金原子核的质量和电荷量远大于α粒子的质量和电荷量，电子的质量远小于α粒子，α粒子打在电子上，α粒子不会有明显偏转，故选项C对，D错．
答案：BC
主题2 氢原子的能级 能级公式
1．氢原子的能级和轨道半径．
氢原子的能级公式：En＝E1(n＝1，2，3，…)，其中E1为基态能量，E1＝－13.6
eV.
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．氢原子的能级图．
(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．
(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.
警示：原子跃迁条件hν＝Em－En只适用于光子和原子作用而使原子在各定态之间跃迁的情况．对于光子和原子作用而使原子电离时，只要入射光的能量E≥13.6
eV，原子就能吸收．对于实物粒子与原子作用使原子激发时，粒子能量大于或等于能级差即可．
原子跃迁发生的光谱线条数N＝C＝，是一群氢原子，而不是一个，因为某一个氢原子有固定的跃迁路径．
【典例2】 (多选)欲使处于基态的氢原子激发或电离，下列措施可行的是( )
A．用10.2
eV的光子照射
B．用11
eV的光子照射
C．用14
eV的光子照射
D．用10
eV的光子照射
解析：由氢原子能级图可求得E2－E1＝－3.4
eV－(－13.6
eV)＝10.2
eV，即10.2
eV是第二能级与基态之间的能量差，处于基态的氢原子吸收10.2
eV的光子后将跃迁到第一激发态，可使处于基态的氢原子激发，A项正确；Em－E1≠11
eV、Em－E1≠10
eV，即不满足玻尔理论关于跃迁的条件，B、D项错误；要使处于基态的氢原子电离，照射光的能量须不小于13.6
eV，而14
eV>13.6
eV，故用14
eV的光子照射可使基态的氢原子电离，C项正确．
答案：AC
针对训练
2．图1所示为氢原子的能级，图2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( )
图1
图2
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＝1的能级跃迁到n＝2的能级时的辐射光
解析：由题图2看出b谱线对应的光的频率大于a谱线对应的光的频率，而a是氢原子从n＝4能级跃迁到n＝2能级时的辐射光，所以b谱线对应的能级差应大于n＝4与n＝2中间的能级差，故选项B正确．
答案：B
统揽考情
近几年来高考主要考查α粒子散射实验、核式结构模型、氢原子能级结构、光子的吸收和发射，其中重点考查的是氢原子的能级结构和氢原子的跃迁问题．一般以选择题形式出现．
真题例析
(2016·北京卷)处于n＝3能级的大量氢原子，向低能级跃迁时，辐射光的频率有( )
A．1种
B．2种
C．3种
D．4种
解析：处于能级为n的大量氢原子向低能级跃迁能辐射光的种类为C，所以处于n＝3能级的大量氢原子向低能级跃迁，辐射光的频率有C＝3种，故C项正确．
答案：C
针对训练
(2015·海南卷)(1)氢原子基态的能量为E1＝－13.6
eV.大量氢原子处于某一激发态．由这些氢原子可能发出的光子中，频率最大的光子能量为－0.96E1，频率最小的光子的能量为________eV(保留2位有效数字)，这些光子可具有________种不同的频率．
解析：频率最小的光子是从n＝2跃迁，即频率最小的光子的能量为
Emin＝－3.4
eV－(－13.6
eV)≈10
eV.
频率最大的光子能量为－0.96E1，即
En－(－13.6
eV)＝－0.96×(－13.6
eV)，解得
En＝－0.54
eV.
即n＝5，从n＝5能级开始，共有5→1，5→4，5→3，5→2，4→1，4→2，4→3，3→1，3→2，2→1，10种不同频率的光子．
答案：10 10
1．如图是电子射线管示意图．接通电源后，电子射线由阴极沿x轴方向射出，在荧光屏上会看到一条亮线．要使荧光屏上的亮线向下(z轴负方向)偏转，在下列措施中可采用的是( )
A．加一磁场，磁场方向沿z轴负方向
B．加一磁场，磁场方向沿y轴正方向
C．加一电场，电场方向沿z轴负方向
D．加一电场，电场方向沿y轴正方向
解析：若加磁场，由左手定则可判定其方向应沿y轴正方向；若加电场，根据受力情况可知其方向应沿z轴正方向，故只有B项是正确的．应明确管内是电子流，然后根据洛伦兹力和电场力方向的判定方法进行判定．
答案：B
2．(2014·山东卷)(多选)氢原子能级如图，当氢原子从n＝3跃迁到n＝2的能级时，辐射光的波长为656
nm.以下判断正确的是( )
A．氢原子从n＝2跃迁到n＝1的能级时，辐射光的波长大于656
nm
B．用波长为325
nm的光照射，可使氢原子从n＝1跃迁到n＝2的能级
C．一群处于n＝3能级上的氢原子向低能级跃迁时最多产生3种谱线
D．用波长为633
nm的光照射，不能使氢原子从n＝2跃迁到n＝3的能级
解析：根据氢原子的能级图和能级跃迁规律，当氢原子从n＝2能级跃迁到n＝1的能级时，辐射光的波长一定小于656
nm，因此A选项错误；根据发生跃迁只能吸收和辐射一定频率的光子，可知B选项错误，D选项正确；一群处于n＝3能级上的氢原子向低能级跃迁时可以产生3种频率的光子，所以C选项正确．
答案：CD
3．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量是连续的
D．氢原子光谱线的频率与氢原子能级的能量差无关
解析：由于氢原子的轨道是不连续的，而氢原子在不同的轨道上的能级En＝E1，故氢原子的能级是不连续的即是分立的，故C错误；当氢原子从较高轨道跃第n能级迁到较低轨道第m能级时，发射的光子的能量为E＝En－Em＝E1－E1＝E1＝hν，显然n、m的取值不同，发射光子的频率就不同，故氢原子光谱线的频率与氢原子能级的能量差有关，故D错误；由于氢原子发射的光子的能量：E＝En－Em＝E1－E1＝E1，所以发射的光子的能量值E是不连续的，只能是一些特殊频率的谱线，故A错误，B正确．
答案：B
4.现有一系列处于n＝4能级的氢原子，用它在跃迁过程中发出的光照射金属钠，已知金属钠的逸出功为2.29
eV，氢原子的能级结构图如图所示，则下列说法中正确的是( )
A．跃迁过程中将释放5种频率的光子
B．跃迁过程中释放光子的最小能量为0.66
eV
C．跃迁过程中释放光子的最大能量为13.6
eV
D．跃迁过程中释放的所有光子都能引起钠的光电效应
解析：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，可以释放＝6种不同能量的光子，故A错误；
从n＝4跃迁到n＝3，辐射的光子能量为0.66
eV，
从n＝4跃迁到n＝2，辐射的光子能量为2.55
eV，
由n＝4跃迁到n＝1，辐射的光子能量为12.75
eV，
从n＝3跃迁到n＝1，辐射的光子能量为12.09
eV，
从n＝3跃迁到n＝2，辐射的光子能量为1.89
eV，
由n＝2跃迁到n＝1，辐射的光子能量为10.2
eV.
可以看到跃迁过程中释放光子的最小能量为0.66
eV，跃迁过程中释放光子的最大能量为12.75
eV，故B正确、C错误；可见有四种光子能量大于金属的逸出功，所以有4种频率的光能使金属钠发生光电效应，所以选项D错误．
答案：B第十八章
原子结构
2
原子的核式结构模型
1.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符合实验事实的是( )
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
解析：根据卢瑟福的α粒子散射实验结果可以知道，绝大多数没有发生偏转，少数粒子发生了小角度偏转，极个别发生了大角度偏转，所以才推得原子的组成，绝大部分质量集中在一个极小的核上．根据这个现象可以知道A正确．
答案：A
2．卢瑟福和他的助手做α粒子轰击金箔实验，获得了重要发现．关于α粒子散射实验的结果，下列说法正确的是( )
A．说明了质子的存在
B．说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里
D．说明了正电荷在原子核内均匀分布
解析：α粒子散射实验说明了在原子中心有一个核，它集中了原子全部的正电荷和几乎全部的质量，故应选C.
答案：C
3．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( )
解析：α粒子轰击金箔后偏转，越靠近金原子核，偏转的角度越大，所以A、B、C错误，D正确．
答案：D
4．关于α粒子的散射实验解释有下列几种说法，其中错误的是( )
A．从α粒子的散射实验数据，可以估算出原子核的大小
B．极少数α粒子发生大角度的散射的事实，表明原子中有一个质量很大而体积很小的带正电的核存在
C．原子核带的正电荷数等于它的原子序数
D．绝大多数α粒子穿过金箔后仍沿原方向前进，表明原子中正电荷是均匀分布的
解析：从α粒子的散射实验数据，可以估算出原子核的大小，A项正确．极少数α粒子发生大角度的散射的事实，表明原子中有一个质量很大而体积很小的带正电的核存在，B项正确．由实验数据可知原子核带的正电荷数等于它的原子序数，C项正确．绝大多数α粒子穿过金箔后仍沿原方向前进，表明原子中是比较空旷的，D项错误．
答案：D
A级 抓基础
1．下列对α粒子散射实验装置的描述，你认为正确的有( )
A．实验器材有放射源、金箔、带有荧光屏的放大镜
B．金箔的厚度对实验无影响
C．如果不用金箔改用铝箔，就不会发生散射现象
D．实验装置放在空气中和真空中都可以
解析：由对α粒子散射实验装置的描述可知A项正确．实验所用的金箔的厚度极小，如果金箔的厚度过大，α粒子穿过金箔时必然受到较大的阻碍作用而影响实验效果，B项错．如果改用铝箔，由于铝核的质量仍远大于α粒子的质量，散射现象仍然发生，C项错．空气的流动及空气中有许多漂浮的分子，会对α粒子的运动产生影响，实验装置是放在真空中进行的，D项错．
答案：A
2．(多选)α粒子散射实验结果表明( )
A．原子中绝大部分是空的
B．原子中全部正电荷都集中在原子核上
C．原子内有中子
D．原子的质量几乎全部都集中在原子核上
解析：在α粒子散射实验中，绝大多数α粒子穿过金箔时其运动方向基本不变，只有少数α粒子发生较大角度的偏转，这说明原子的全部正电荷和几乎所有的质量都集中在一个很小的核上，这个核就叫原子核．原子核很小，只有少数α粒子在穿过金箔时接近原子核，受到较大库仑力而发生偏转；而绝大多数α粒子在穿过金箔时，离原子核很远，所受库仑斥力很小，故它们的运动方向基本不变．所以本题正确选项为A、B、D.
答案：ABD
3．α粒子散射实验中，不考虑电子和α粒子的碰撞影响，是因为( )
A．α粒子与电子根本无相互作用
B．α粒子受电子作用的合力为零，是因为电子是均匀分布的
C．α粒子和电子碰撞损失能量极少，可忽略不计
D．电子很小，α粒子碰撞不到电子
解析：α粒子与电子之间存在着相互作用力，这个作用力是库仑引力，但由于电子质量很小，只有α粒子质量的七千三百分之一，碰撞时对α粒子的运动影响极小，几乎不改变运动方向，就像一颗子弹撞上一个尘埃一样，故正确选项是C.
答案：C
4．在α粒子散射实验中，使少数α粒子发生大角度偏转的作用力是原子核对α粒子的( )
A．万有引力
B．库仑力
C．磁场力
D．核力
解析：金原子核和α粒子在距离很近时，产生较大的库仑力而使少数α粒子发生大角度偏转．
答案：B
5．下列图中，X表示金原子核，α粒子射向金核被散射，若它们入射时的动能相同，其偏转轨道可能是( )
解析：α粒子离金核越远其斥力越小，轨道弯曲程度就越小，故选项D正确．
答案：D
B级 提能力
6．(多选)如图所示为α粒子散射实验中α粒子穿过某一原子核附近时的示意图，A、B、C三点分别位于两个等势面上，则以下说法中正确的是( )
A．α粒子在A处的速度比在B处的速度小
B．α粒子在B处的速度最大
C．α粒子在A、C处的速度的大小相同
D．α粒子在B处的速度比在C处的速度小
解析：根据α粒子的运动轨迹曲线，可判定α粒子受到的是斥力，由A到B库仑力做负功，速度减小，故选项A、B错误，D正确．由于A、C两点位于同一等势面上，所以α粒子在A、C处的速度大小相同，C项正确．
答案：CD
7．(多选)关于α粒子散射实验，下列说法正确的是( )
A．α粒子穿过原子时，由于α粒子的质量比电子大得多，电子不可能使α粒子的运动方向发生明显的改变
B．由于绝大多数α粒子穿过金箔后仍按原来方向前进，所以使α粒子发生大角度偏转的原因是在原子中极小的区域内集中着对α粒子产生库仑力的正电荷
C．α粒子穿过原子时，只有少数粒子发生大角度偏转的原因是原子核很小，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α粒子穿过原子时，原子内部两侧的正电荷对α粒子的斥力不相等
解析：电子的质量很小，当和α粒子作用时，对α粒子运动的影响极其微小，A正确．α粒子发生大角度偏转，说明原子核的正电荷和几乎全部的质量都集中在一个很小的区域内，所以B、C正确，D错误．
答案：ABC
8．若氢原子的核外电子绕核做半径为r的匀速圆周运动，则其角速度ω是多少？电子绕核的运动可等效为环形电流，则电子运动的等效电流I是多少(已知电子的质量为m，电荷量为e，静电力常量用k表示)
解析：电子绕核运动的向心力是库仑力，因为＝mω2r，所以ω＝
；其运动周期为T＝＝
，其等效电流I＝＝
.
答案：
第十八章
原子结构
4
玻尔的原子模型
1．(多选)关于玻尔的原子模型，下述说法中正确的有( )
A．它彻底否定了卢瑟福的核式结构学说
B．它发展了卢瑟福的核式结构学说
C．它完全抛弃了经典的电磁理论
D．它引入了普朗克的量子理论
解析：玻尔的原子模型在核式结构模型的前提下提出轨道量子化、能量量子化及能级跃迁，故A错误，B正确；它的成功就在于引入了量子化理论，缺点是被过多的引入经典力学所困，故C错误，D正确．
答案：BD
2．(多选)氢原子的核外电子由离原子核较远的轨道跃迁到离核较近的轨道上时，下列说法中正确的是( )
A．核外电子受力变小
B．原子的能量减少
C．氢原子要吸收一定频率的光子
D．氢原子要放出一定频率的光子
解析：由玻尔理论知，当电子由离核较远的轨道跃迁到离核较近的轨道上时，要放出能量，故要放出一定频率的光子；电子的轨道半径减小了，由库仑定律知它与原子核之间的库仑力增大了．故A、C错误，B、D正确．
答案：BD
3.(多选)如图所示给出了氢原子的6种可能的跃迁，则它们发出的光( )
A．a的波长最长
B．d的波长最长
C．f比d的能量大
D．a频率最小
解析：能级差越大，对应的光子的能量越大，频率越大，波长越小．
答案：ACD
4.如图所示为氢原子的能级图．用光子能量为13.06
eV的光照射一群处于基态的氢原子，则可能观测到氢原子发射的不同波长的光有( )
A．15种
B．10种
C．4种
D．1种
解析：基态的氢原子的能级值为－13.6
eV，吸收13.06
eV的能量后变成－0.54
eV，原子跃迁到了第5能级，由于氢原子是大量的，故辐射的光子种类是＝＝10(种)．
答案：B
5．氢原子部分能级的示意图如图所示，不同色光的光子能量如下表所示．
色光光子
红
橙
黄
绿
蓝—靛
紫
光子能量范围/eV
1.61～2．00
2.00～2．07
2.07～2．14
2.14～2．53
2.53～2．76
2.76～3．10
处于某激发态的氢原子，发射的光的谱线在可见光范围内仅有2条，其颜色分别为( )
A．红、蓝—靛
B．黄、绿
C．红、紫
D．蓝—靛、紫
解析：根据跃迁假设，发射光子的能量hν＝Em－En.如果激发态的氢原子处于第二能级，能够发出－3.4
eV－(－13.6
eV)＝10.2
eV的光子，由表格数据判断出它不属于可见光；如果激发态的氢原子处于第三能级，能够发出12.09
eV、10.2
eV，1.89
eV的三种光子，只有1.89
eV的光属于可见光；如果激发态的氢原子处于第四能级，能够发出12.75
eV，12.09
eV、10.2
eV、2.55
eV、1.89
eV、0.66
eV的六种光子，1.89
eV和2.55
eV的光属于可见光.1.89
eV的光为红光，2.55
eV的光为蓝—靛光，选项A正确．
答案：A
A级 抓基础
1．(多选)关于玻尔理论，以下叙述正确的是( )
A．原子的不同定态对应于电子沿不同的圆形轨道绕核运动
B．当原子处于激发态时，原子向外辐射能量
C．只有当原子处于基态时，原子才不向外辐射能量
D．不论当原子处于何种定态时，原子都不向外辐射能量
解析：据玻尔理论假设知选项A正确．不论原子处于何种定态，原子都不向外辐射能量，原子只有从一个定态跃迁到另一个定态时，才辐射或吸收能量，所以选项B、C错，D正确．
答案：AD
2.如图所示是某原子的能级图，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，则正确的是( )
解析：由ε＝hν(ν为光的频率)得：波长λ＝，从第3能级跃迁到第1能级，能级差最大，知光的频率最大，波长最短；从第3能级跃迁到第2能级，能级差最小，知光的光子频率最小，波长最长，所以波长依次增大的顺序为a、c、b.故C正确，A、B、D错误．
答案：C
3.氦原子被电离一个核外电子，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
解析：要吸收光子发生跃迁需要满足一定的条件，即吸收的光子的能量必须是任两个能级的差值，40.8
eV是第一能级和第二能级的差值，51.0
eV是第一能级和第四能级的差值，54.4
eV是电子电离需要吸收的能量，均满足条件，选项A、C、D均可以，而B项不满足条件，所以选B.
答案：B
4．(多选)氢原子在某三个相邻能级之间跃迁时，可发出三种不同波长的辐射光．已知其中的两个波长分别为λ1、λ2，且λ1>λ2，则另一个波长可能是( )
A．λ1＋λ2
B．λ1－λ2
C.
D.
解析：氢原子在能级间跃迁时，发出的光子的能量与能级差相等．如果这三个相邻能级分别为1、2、3能级E3＞E2＞E1，且能级差满足E3－E1＞E2－E1＞E3－E2，根据h＝E高－E低可得可以产生的光子波长由小到大分别为：、、；这三种波长满足两种关系＝＋和＝－，变形可知C、D是正确的．
答案：CD
B级 提能力
5.如图画出了氢原子的4个能级，并注明了相应的能量E.处在n＝4能级的一群氢原子向低能级跃迁时，能够发出若干种不同频率的光波．已知金属钾的逸出功为2.22
eV.在这些光波中，能够从金属钾的表面打出光电子的总共有( )
A．两种 B．三种 C．四种 D．五种
解析：一群氢原子从n＝4的能级向低能级跃迁时，能够发出六种不同频率的光．六种光子的能量依次为：
n＝4到n＝3时：
－0.85－(－1.51)＝0.66
eV＜2.22
eV，
n＝3到n＝2时：
－1.51－(－3.40)＝1.89
eV＜2.22
eV，
n＝2到n＝1时：
－3.40－(－13.60)＝10.2
eV＞2.22
eV，
……
前两种不能从金属钾表面打出，故有四种，C对．
答案：C
6．氢原子从能级m跃迁到能级n时辐射红光的频率为ν1，从能级n跃迁到能级k时吸收紫光的频率为ν2，已知普朗克常量为h，若氢原子从能级k跃迁到能级m，则( )
A．吸收光子的能量为hν1＋hν2
B．辐射光子的能量为hν1＋hν2
C．吸收光子的能量为hν2－hν1
D．辐射光子的能量为hν2－hν1
解析：画出可能的能级图(有两种情况)，再结合能量守恒定律进行筛选．由题意可知能级m高于n，k高于m(紫光频率高于红光)，
从m→n有Em－En＝hν1；①
从n→k，En－Ek＝－hν2.②
由以上两式，从k→m，Ek－Em＝h(ν2－ν1)且ν2＞ν1.由此判断只有D是正确的．另外，此题可画出相应的能级图以帮助分析．
答案：D
7．用频率为ν0的光照射大量处于基态的氢原子，在所发射的光谱中仅能观测到频率分别为ν1、ν2、ν3的三条谱线，且ν3>ν2>ν1，则( )
A．ν0<ν1
B．ν3＝ν2＋ν1
C．ν0＝ν1＋ν2＋ν3
D.＝＋
解析：大量氢原子跃迁时只有三个频率的光谱，这说明是从n＝3能级向低能级跃迁，根据能量守恒有，hν3＝hν2＋hν1，解得：ν3＝ν2＋ν1，选项B正确．
答案：B
8．如图所示为氢原子的能级示意图，一群氢原子处于n＝3的激发态，在向较低能级跃迁的过程中向外发出光子，用这些光照射逸出功为2.49
eV的金属钠，下列说法中正确的是( )
A．这群氢原子能发出三种频率不同的光，其中从n＝3跃迁到n＝2所发出的光波长最短
B．金属钠表面所发出的光电子的初动能最大值为9.60
eV
C．金属钠表面所发出的光电子的初动能最大值为11.11
eV
D．这群氢原子能发出两种频率不同的光，其中从n＝3跃迁到n＝1所发出的光频率最高
解析：氢原子从高能级向低能级跃迁放出的能量ΔE＝En－Em，从n＝3跃迁到n＝2放出的能量最小，由E＝知，λ最长，A错误．从n＝3跃迁到n＝1能级放出的能量最大，E＝E3－E1＝12.09
eV，由光电效应方程mv＝hν－W0，得mv＝(12.09－2.49)eV＝9.60
eV，B正确、C错误．根据跃迁规律，能发出的频率数N＝＝3种，D错误．
答案：B
9．现有一群处于n＝4能级上的氢原子，已知氢原子的基态能量E1＝－13.6
eV，氢原子处于基态时电子绕核运动的轨道半径为r，静电力常量为k，普朗克常量h＝6.63×10－34
J·s.则：
(1)电子在n＝4的轨道上运动的动能是多少？
(2)这群氢原子发出的光谱共有几条谱线？
(3)这群氢原子发出的光子的最大频率是多少？
解析：(1)电子在n＝4的轨道上运动的半径为r′＝16r.
根据k＝m，得Ek＝mv2＝k＝k.
(2)C＝C＝6.这群氢原子发光的光谱共有6条．
(3)从n＝4向n＝1跃迁，发出的光子频率最大．
根据hν＝E1－E4＝E1－，
代入数据，得ν＝3.1×1015
Hz.
答案：(1) (2)6 (3)3.1×1015
Hz
