第3章原子世界探秘章末检测试卷沪科版选修3_5

第3章 原子世界探秘
章末检测试卷(三)
(时间：90分钟　满分：100分)
一、选择题(本题共12小题，每小题4分，共48分；其中1～6题为单项选择题，7～12题为多项选择题)
1．下列叙述中符合物理学史的有(　　)
A．汤姆生通过研究阴极射线实验发现了电子和质子的存在
B．卢瑟福通过对α粒子散射实验现象的分析，证实了原子核是可以再分的
C．牛顿发现了日光通过三棱镜后的色散现象，并把得到的彩色光带叫做光谱
D．玻尔提出的原子模型，彻底否定了卢瑟福的原子核式结构学说
答案　C
解析　汤姆生通过研究阴极射线发现了电子，A错误；卢瑟福通过对α粒子散射实验现象的分析，得出了原子的核式结构模型，B错；17世纪，牛顿发现了日光通过三棱镜后的色散现象，并将实验得到的彩色光带叫做光谱，C正确；玻尔的原子模型是在核式结构模型的基础上提出的几条假设，并没有彻底否定核式结构学说，D错误．
2．当α粒子穿过金箔发生大角度偏转的过程中，下列说法正确的是(　　)
A．α粒子先受到原子核的斥力作用，后受原子核的引力作用
B．α粒子一直受到原子核的斥力作用
C．α粒子先受到原子核的引力作用，后受到原子核的斥力作用
D．α粒子一直受到库仑斥力，速度一直减小
答案　B
解析　α粒子与金原子核带同种电荷，两者相互排斥，故A、C错误，B正确；α粒子在靠近金原子核时斥力做负功，速度减小，远离时斥力做正功，速度增大，故D错误．
3．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．氢原子只有几个能级
B．氢原子只能发出平行光
C．氢原子有时发光，有时不发光
D．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
答案　D
解析　氢原子在不同的能级之间跃迁时，辐射出不同能量的光子，并且满足E＝hν.能量不同，相应光子频率不同，体现在光谱上是一些不连续的亮线．
4．关于线状谱，下列说法中正确的是(　　)
A．每种原子处在不同温度下发光的线状谱不同
B．每种原子处在不同的物质中的线状谱不同
C．每种原子在任何条件下发光的线状谱都相同
D．两种不同的原子发光的线状谱可能相同
答案　C
解析　每种原子都有自己的结构，只能发出由内部结构决定的自己的特征谱线，不会因温度、物质不同而改变，选项C正确．
5．根据玻尔的氢原子理论，当某个氢原子吸收一个光子后(　　)
A．氢原子所在的能级下降
B．氢原子的电势能增加
C．电子绕核运动的半径减小
D．电子绕核运动的动能增加
答案　B
解析　根据玻尔的氢原子理论，当某个氢原子吸收一个光子后，氢原子的能级上升，电子绕核运动的半径增大，A、C错误；电子与原子核间的距离增大，库仑力做负功，电势能增大，B正确；电子围绕原子核做圆周运动，库仑力提供向心力，由＝，可得Ek＝mv2＝，半径增大，动能减小，故D错误．
6．已知氢原子的基态能量为E1，不同能级的能量En＝，其中n＝1,2,3，….用h表示普朗克常量，c表示真空中的光速．能使氢原子从第一激发态电离的光子的最大波长为(　　)
A．－ B．－
C．－ D．－
答案　C
解析　依题意可知第一激发态能量为E2＝，要将其电离，需要的能量至少为ΔE＝0－E2＝hν，根据波长、频率与波速的关系c＝νλ，联立解得最大波长λ＝－，选项C正确．
7．如图1为氢原子能级示意图的一部分，则氢原子(　　)
图1
A．从n＝4能级跃迁到n＝3能级比从n＝3能级跃迁到n＝2能级辐射出电磁波的波长长
B．处于不同能级时，核外电子在各处出现的概率是一样的
C．从高能级向低能级跃迁时，氢原子一定向外放出能量
D．处于n＝5能级的一群氢原子跃迁时，最多可以发出6种不同频率的光子
答案　AC
解析　根据ΔE＝hν，ν＝，可知λ＝＝，从n＝4能级跃迁到n＝3能级比从n＝3能级跃迁到n＝2能级放出的能量少，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能级辐射出电磁波的波长长，选项A正确；处于不同能级时，核外电子在各处出现的概率不相同，B错误；从高能级向低能级跃迁时，氢原子一定向外放出能量，C正确；处于n＝5能级的一群氢原子跃迁时，最多可以发出10种不同频率的光子，D错误．
8．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，使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
答案　BC
解析　在α粒子散射实验中，绝大多数α粒子沿原方向运动，说明这些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A错，B对；极少数α粒子发生大角度偏转，说明会受到原子核明显的力的作用的空间在原子内很小，α粒子偏转而原子核未动，说明原子核的质量和电荷量远大于α粒子的质量和电荷量，因电子的质量远小于α粒子的质量，α粒子打在电子上，不会有明显偏转，故C对，D错．
9．已知基态氢原子能量E1＝－13.6eV，欲使处于基态的氢原子激发，下列措施可行的是(　　)
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11eV的电子碰撞
答案　ACD
解析　10.2 eV＝E2－E1＝－3.4 eV－(－13.6 eV)，A正确.11 eV不等于任何其他能级与基态的能级差，B错误.14 eV>13.6 eV，可使其电离，C正确．若用电子碰撞，只需大于E2－E1＝
10.2 eV即可，D正确．
10．已知金属钙的逸出功为2.7eV，氢原子的能级图如图2所示，一群氢原子处于量子数n＝4的能级状态，则(　　)
图2
A．氢原子可能辐射6种频率的光子
B．氢原子可能辐射8种频率的光子
C．有3种频率的辐射光子能使钙发生光电效应
D．有4种频率的辐射光子能使钙发生光电效应
答案　AC
解析　由N＝知，氢原子可能放出6种频率的光子，选项A正确，B错误；原子由n＝4能级向低能级跃迁放出的6种频率的光子中，由hν＝Em－En知有3种频率的光子能量大于金属钙的逸出功2.7eV，所以选项C正确，D错误．
11．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，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，电子的动能增加
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
答案　BD
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，A错；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，B对；电子由高能级向低能级跃迁时要放出一定频率的光子，C错，D对．
12．氢原子能级图的一部分如图3所示，a、b、c分别表示氢原子在不同能级间的三种跃迁途径，设在a、b、c三种跃迁过程中，放出光子的能量和波长分别是Ea、Eb、Ec和λa、λb、λc，则(　　)
图3
A．λb＝λa＋λc B.＝＋
C．λb＝λaλc D．Eb＝Ea＋Ec
答案　BD
解析　Ea＝E3－E2，Eb＝E3－E1，Ec＝E2－E1，所以Eb＝Ea＋Ec，D正确；由ν＝得λa＝，λb＝，λc＝，取倒数后得到＝＋，B正确．
二、填空题(本题共2小题，共12分)
13．(6分)如图所示，四个示意图所表示的实验中能说明原子核式结构的是________．
答案　A
解析　图A是α粒子散射实验，反映了原子的核式结构．
14．(6分)根据玻尔原子结构理论，氦离子(He＋)的能级图如图4所示．电子处在n＝3轨道上比处在n＝5轨道上离氦核的距离________(选填“近”或“远”)．当大量He＋处在n＝4的激发态时，由于跃迁所发出的谱线有________条．
图4
答案　近　6
解析　量子数越大，轨道越远，电子处在n＝3轨道上比处在n＝5轨道上离氦核的距离要近；处在n＝4的激发态时，由于跃迁所发出谱线有C＝6条．
三、计算题(本题共4小题，共40分)
15．(8分)氢原子的基态能量E1＝－13.6eV，电子绕核运动的半径r1＝0.53×10－10m，则氢原子处于n＝2的激发态时(普朗克常量h＝6.63×10－34J·s，k＝9×109N·m2/C2，电子电荷量e＝1.6×10－19C)
(1)原子系统具有的能量是多少？
(2)电子在轨道上运动的动能为多少？
(3)电子具有的电势能为多少？
答案　(1)－3.4eV　(2)3.4eV　(3)－6.8eV
解析　(1)由En＝可得E2＝－eV＝－3.4eV，即为原子系统的能量．
(2)由F＝＝得，Ek2＝mv2＝＝，
代入数据，解得Ek2≈3.4eV，
即电子在轨道上的动能为3.4eV.
(3)由Epn＝En－Ekn，得Ep2＝2E2＝－6.8eV，即电子具有的电势能为－6.8eV.
16．(10分)有大量的氢原子吸收某种频率的光子后从基态跃迁到n＝3的激发态，已知氢原子处于基态时的能量为E1，氢原子各能级关系为En＝E1(n＝1,2,3，…)，则吸收光子的频率ν是多少？当这些处于激发态的氢原子向低能级跃迁发光时，最多可发出几条谱线？辐射光子的能量分别为多少？(答案用字母表示)
答案　见解析
解析　据跃迁理论hν＝E3－E1，
而E3＝E1，所以ν＝＝－.
由于是大量原子，可从n＝3直接跃迁到n＝1，从n＝3跃迁到n＝2，再从n＝2跃迁到n＝1，故应有三条谱线，
辐射光子的能量分别为E3－E1、E3－E2、E2－E1，即－E1、－E1、－E1.
17．(10分)如图5所示，让一束均匀的阴极射线从两极板正中间垂直穿过正交的电磁场，选择合适的磁感应强度B和两极之间的电压U，带电粒子将不发生偏转，然后撤去电场，粒子将做匀速圆周运动，并垂直打到极板上，两极板之间的距离为d，则阴极射线中带电粒子的比荷为多少？
图5
答案　
解析　设阴极射线粒子的电荷量为q，质量为m，则在电磁场中由平衡条件得
q＝qvB①
撤去电场后，由牛顿第二定律得
qvB＝②
R＝③
解①②③得＝.
18．(12分)氢原子处于基态时，原子的能量为E1＝－13.6eV，当处于n＝3的激发态时，能量为E3＝－1.51eV，则：(h＝6.63×10－34J·s)
(1)当氢原子从n＝3的激发态跃迁到基态时，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，则在跃迁过程中可能释放出几种频率的光子？其中最长波长是多少？
答案　(1)1.03×10－7m　(2)3.28×1015Hz
(3)3种　6.58×10－7m
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，可能释放出的光子频率种类为N＝＝3种
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.