18.1 电子的发现
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1.借助阴极射线管,我们看到的是( )
A.每个电子的运动轨迹 B.所有电子整体的运动轨迹
C.真实的电子 D.错误的假象
【解析】选B。借助阴极射线管,我们看到的是电子束的运动轨迹,即所有电子整体的运动轨迹,选项B正确。
2.(多选)关于电子的发现,下列说法正确的是( )
A.电子的发现,说明原子是由电子和原子核组成的
B.电子的发现,说明原子具有一定的结构
C.在电子被人类发现前,人们认为原子是组成物质的最小微粒
D.电子带负电,使人们意识到原子内应该还有带正电的部分
【解析】选B、C、D。发现电子时,人们对原子的结构仍然不清楚,但人们意识到电子应该是原子的组成部分,故A错误,B正确;在电子被人类发现前,人们认为原子是组成物质的最小微粒,C正确;原子对外显电中性,而电子带负电,使人们意识到,原子中应该还有其他带正电的部分,D正确。
3.(多选)下列说法中正确的是 ( )
A.汤姆孙精确地测出了电子电荷量e=1.60217733(49)×10-19C
B.电子电荷量的精确值是密立根通过“油滴实验”测出的
C.汤姆孙油滴实验更重要的发现是电荷量是量子化的,即任何电荷量只能是e的整数倍
D.通过实验测得电子的比荷及其电荷量e的值,就可以确定电子的质量
【解析】选B、D。电子的电荷量是密立根通过“油滴实验”测出的,选项A、C错误,选项B正确。测出比荷的值和电子电荷量e的值,可以确定电子的质量,故选项D正确。
4. 如图所示,在纸面内半径为R的圆形区域中充满了垂直于纸面向里、磁感应强度为B的匀强磁场,一束阴极射线从图中A点以速度v0垂直磁场射入,当射线离开磁场时,速度方向刚好改变了180°,不计电荷的重力,求射线的比荷。
【解析】符合题目条件的运动轨迹如图所示,
由几何关系得,射线在磁场中的旋转半径为圆形磁场区域半径的一半,即r= ①
由洛伦兹力提供向心力知qv0B=m ②
由①②式得射线的比荷=
答案:
【补偿训练】
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向角θ=rad。已知极板长L=3.0×10-2m,电场强度大小为E=1.5×104V/m,磁感应强度大小为B=5.0×10-4T。求电子比荷。
【解析】无偏转时,洛伦兹力和电场力平衡,有eE=evB,只存在磁场时,有evB=m(或r=),由几何关系r=,偏转角很小时,r≈,以上各式联立代入数据,得==1.3×1011C/kg。
答案:1.3×1011C/kg
18.2 原子的核式结构模型
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1.人们在研究原子结构时提出过许多模型,其中比较有名的是枣糕模型和核式结构模型,它们的模型示意图如图所示。下列说法中正确的是( )
A.α粒子散射实验与枣糕模型和核式结构模型的建立无关
B.科学家通过α粒子散射实验否定了枣糕模型,建立了核式结构模型
C.科学家通过α粒子散射实验否定了核式结构模型,建立了枣糕模型
D.科学家通过α粒子散射实验否定了枣糕模型和核式结构模型,建立了玻尔的原子模型
【解析】选B。α粒子散射实验与核式结构模型的建立有关,通过该实验,否定了枣糕模型,建立了核式结构模型。
【补偿训练】
(多选)下列关于原子结构的说法正确的是( )
A.电子的发现说明了原子内部还有复杂结构
B.α粒子散射实验揭示了原子的核式结构
C.α粒子散射实验中绝大多数α粒子都发生了较大偏转
D.α粒子散射实验中有的α粒子发生较大偏转是α粒子与原子发生碰撞所致
【解析】选A、B。电子的发现,证明了原子内部有带正电的物质,说明原子内部还有复杂结构。α粒子的散射实验揭示了原子的核式结构。
2.根据汤姆孙原子结构模型预测α粒子散射实验结果是( )
A.绝大多数α粒子穿过金箔后都有显著偏转
B.绝大多数α粒子穿过金箔后都有小角度偏转
C.极少数α粒子偏转角很大,有的甚至沿原路返回
D.不可能有α粒子偏转角很大,更不可能沿原路返回
【解析】选D。电子的质量很小,比α粒子的质量小得多,α粒子碰到金箔原子内的电子,运动方向不会发生明显变化,汤姆孙原子结构模型认为正电荷在原子内是均匀分布的,因此,当α粒子穿过原子时,它受到两侧正电荷的斥力有相当大一部分互相抵消,使α粒子偏转的力不会很大,不会有大角度偏转。
3.(多选)用α粒子撞击金原子核发生散射,图中关于α粒子的运动轨迹正确的是( )
A.a B.b C.c D.d
【解析】选C、D。α粒子受金原子核的排斥力,方向沿两者的连线方向,运动轨迹弯向受力方向的一侧,A、B均错误;离原子核越近,α粒子受到的斥力越大,偏转越大,C、D正确。
4.高速α粒子在重原子核电场作用下的散射现象如图所示,实线表示α粒子运动的轨迹,虚线表示重核形成电场的等势面。设α粒子经过a、b、c三点时的速度为va、vb、vc,则其关系为( )
A.vaC.vb【解析】选C。α粒子和重原子核都带正电,相互排斥,当α粒子靠近重原子核时,电场力做负功,α粒子动能减小,va>vb。当α粒子远离重原子核时电场力做正功,动能增加,vc>vb。又因为从a到c的整个过程中电场力对α粒子做正功,故vava>vb,选项C正确。
【总结提升】解答原子结构能量问题应弄清的三个要点
(1)α粒子和重原子核都带正电,它们之间的库仑力为斥力。
(2)α粒子靠近原子核时,电场力做负功,电势能增加,粒子动能减小;α粒子远离原子核时,电场力做正功,电势能减小,粒子动能增加。
(3)以原子核为球心的同心球面为等势面,同一等势面上α粒子的电势能、动能都相等。
18.3 氢原子光谱
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1.(多选)下列物质中产生线状谱的是( )
A.炽热的钢水 B.发光的日光灯管
C.点燃的蜡烛 D.极光
【解析】选B、D。炽热的钢水、点燃的蜡烛能产生连续谱,发光的日光灯管能产生水银蒸气的线状谱,极光是宇宙射线激发的气体发光,能产生线状谱。选项B、D正确。
2.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】选B。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。
3.(多选)图甲是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】选B、D。将a、b、c、d四种元素的线状谱与乙图对照,没有的谱线即是该矿物中缺少的,可知矿物中缺少b、d元素,故选B、D。
4.(2018·衡水高二检测)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】选A。由巴耳末公式=R(-),n=3,4,5…当n=∞时,最小波长=R,当n=3时,最大波长=R(-),得=,选项A正确。
18.4 玻尔的原子模型
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1.(多选)玻尔在他提出的原子模型中所做的假设有( )
A.原子处在具有一定能量的定态中,虽然电子做加速运动,但不向外辐射能量
B.原子的不同能量状态与电子沿不同的圆轨道绕核运动相对应,而电子的可能轨道的分布是不连续的
C.电子从一个轨道跃迁到另一个轨道时,辐射(或吸收)一定频率的光子
D.电子跃迁时辐射的光子的频率等于电子绕核做圆周运动的频率
【解析】选A、B、C。A、B、C三项都是玻尔提出来的假设,其核心是原子定态概念的引入与能级跃迁学说的提出,也就是“量子化”概念,原子的不同能量状态与电子绕核运动的不同圆轨道相对应,是经典理论与量子化概念的结合。玻尔假设认为电子跃迁时辐射的光子的频率hν=Em-En(m>n),D错误。
2.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
【解析】选B。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,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。
3.根据玻尔的氢原子理论,电子在各条可能轨道上运动的能量是指( )
A.电子的动能
B.电子的电势能
C.电子的电势能与动能之和
D.电子的动能、电势能和原子核能之和
【解析】选C。根据玻尔理论,电子绕核在不同轨道上做圆周运动,库仑引力提供向心力,故电子的能量指电子的总能量,包括动能和电势能,所以C选项是正确的。
4. 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】选C。由ε=hν(ν为光的频率)和λ=得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。
5.(2018·龙岩高二检测)氢原子的能级示意图如图所示,不同色光的光子能量如表所示。
色光
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】选A。根据玻尔理论,如果激发态的氢原子处于第二能级,只能够发出10.2 eV的光子,不属于可见光范围,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的光子属于可见光;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的光子属于可见光,1.89 eV的光子为红光,2.55 eV的光子为蓝-靛光,所以选项A正确。
