2019沪科版高中物理选修3-5第3章《原子世界探秘》测试题含答案

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2019沪科版高中物理选修3-5第3章《原子世界探秘》测试题
本试卷分第Ⅰ卷和第Ⅱ卷两部分，共100分，考试时间150分钟。
第Ⅰ卷
一、单选题(共20小题,每小题3.0分,共60分)


1.如图所示，1、2、3、4为玻尔理论中氢原子最低的四个能级．处在n＝4能级的一群氢原子向低能级跃迁时，能发出若干种频率不同的光子，在这些光中，波长最长的是(　　)

A．n＝4跃迁到n＝1时辐射的光子
B．n＝4跃迁到n＝3时辐射的光子
C．n＝2跃迁到n＝1时辐射的光子
D．n＝3跃迁到n＝2时辐射的光子
【答案】B
【解析】由辐射光子的能量为ΔE＝Em－En＝－＝hν＝h，可知量子数n越大，能级越密，所以B正确．
2.根据玻尔理论，氢原子的电子由外层轨道跃迁到内层轨道后(　　)
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
【答案】D
【解析】电子由外层轨道跃迁到内层轨道时，放出光子，总能量减小；根据k＝m，可知半径越小，动能越大，所以A、B、C错误，D正确．
3.下列对原子结构的认识中，正确的是(　　)
A． 原子中绝大部分是中空，原子核很小
B． 电子在核外绕核旋转，向心力为库仑力
C． 原子的全部正电荷和几乎所有质量都集中在原子核里
D． 原子核的直径大约为10－10m
【答案】ABC
【解析】原子中绝大部分是中空，原子核的体积很小，但是因为核外的电子虽然所占体积很大，质量却是很小，所以几乎整个原子所有的质量都集中到了原子核上，A、C正确；电子在核外绕核旋转，所需要的向心力由原子核对电子的库仑力提供，B正确；原子核的直径的数量级大约为10－15m～10－4m，D错误．
4.汞原子的能级如图，现一束单色光照射到大量处于基态的汞原子，汞原子只发出三种不同频率的单色光．关于入射光的能量下列说法正确的是(　　)

A． 等于4.9 eV
B． 等于7.7 eV
C． 等于8.8 eV
D． 大于或等于10.4 eV
【答案】B
【解析】汞原子只发出三种不同频率的单色光，知汞原子跃迁到第3能级，则吸收的光子能量ΔE＝－2.7 eV＋10.4 eV＝7.7 eV.故B正确，A、C、D错误．
5.已知汞原子可能的能级为E1＝－10.4 eV，E2＝－5.5 eV，E3＝－2.7 eV，E4＝－1.6 eV.一个自由电子的总能量为9 eV，与处于基态的汞原子发生碰撞，已知碰撞过程中不计汞原子动量的变化，则电子可能剩余的能量为(　　)
A． 0.2 eV
B． 1.4 eV
C． 2.3 eV
D． 5.5 eV
【答案】A
【解析】若电子剩余的能量为0.2 eV，则能级间跃迁吸收的能量为8.8 eV，基态汞原子吸收后的能量为－1.6 eV，跃迁到第4能级．故A正确．若电子剩余的能量为1.4 eV，则能级间跃迁吸收的能量为7.6 eV，基态汞原子吸收后的能量为－2.8 eV，不能跃迁．故B错误．若电子剩余的能量为2.3 eV，则能级间跃迁吸收的能量为6.7 eV，基态汞原子吸收后的能量为－3.7 eV，不能跃迁．故C错误．若电子剩余的能量为5.5 eV，则能级间跃迁吸收的能量为3.5 eV，基态汞原子吸收后的能量为－6.9 eV，不能跃迁．故D错误．
故选A.
6.向荧光屏上看去，电子向我们飞来，在偏转线圈中通以如图所示的电流(从右侧看)，电子的偏转方向为(　　)

A． 向上
B． 向下
C． 向左
D． 向右
【答案】A
【解析】根据安培定则，环形磁铁右侧为N极、左侧为S极，在环内产生水平向左的匀强磁场，利用左手定则可知，电子向上偏转，选项A正确．
7.根据玻尔理论，下列关于氢原子的论述正确的是(　　)
A． 若氢原子由能量为En的定态向低能级跃迁，则氢原子要辐射的光子能量为En＝hν
B． 电子沿某一轨道绕核运动，若圆周运动的频率为ν，则其发光的频率也是ν
C． 一个氢原子中的电子从一个半径为ra的轨道自发地直接跃迁到另一半径为rb的轨道，已知ra>rb，则此过程原子要辐射某一频率的光子
D． 氢原子吸收光子后，将从高能级向低能级跃迁
【答案】C
【解析】原子由能量为En的定态向低能级跃迁时，辐射的光子能量等于能级差，与En不相等，故A错；电子沿某一轨道绕核运动，处于某一定态，不向外辐射能量，故B错；电子由半径大的轨道跃迁到半径小的轨道，能级降低，因而要辐射某一频率的光子，故C正确；原子吸收光子后能量增加，能级升高，故D错．
8.对于光谱，下列说法中正确的是(　　)
A． 大量原子发出的光谱是连续谱，少量原子发出的光谱是线状谱
B． 线状谱由不连续的若干波长的光所组成
C． 太阳光谱是连续谱
D． 太阳光谱是线状谱
【答案】B
【解析】原子光谱体现原子的特征，是线状谱，同一种原子无论有多少，其发光特征都相同，即形成的线状谱都一样，故A错误；B项是线状谱的特征，正确；太阳光谱是吸收光谱，C、D错误．
9.如图所示为氢原子能级的示意图，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．关于这些光，下列说法正确的是(　　)

A． 波长最大的光是由n＝4能级跃迁到n＝1能级产生的
B． 频率最小的光是由n＝2能级跃迁到n＝1能级产生的
C． 这些氢原子总共可辐射出3种不同频率的光
D． 从n＝2能级跃迁到n＝1能级电子动能增加
【答案】D
【解析】核外电子从高能级n向低能级m跃迁时，辐射的光子能量ΔE＝En－Em＝hν，故能级差越大，光子的能量也越大，即光子的频率越大，根据ν＝可知频率越大，波长越小，由图可知当核外电子从n＝4能级跃迁到n＝3能级时，能级差最小，所以放出光子的能量最小，频率最小，波长最大，故A、B错误．当电子从n＝4向低能级跃迁时，跃迁的种类有4→3,4→2,4→1,3→2,3→1,2→1.即辐射光的种类为C＝6种，故C错误．电子从n＝2能级跃迁到n＝1能级辐射光子，根据引力提供向心力，即＝m，可知，电势能减小，但动能增加．故D正确．
10.氢原子的核外电子从距核较近的轨道跃迁到距核较远的轨道过程中(　　)
A． 原子要吸收光子，电子的动能增大，原子的电势能增大，原子的能量增大
B． 原子要放出光子，电子的动能减小，原子的电势能减小，原子的能量也减小
C． 原子要吸收光子，电子的动能增大，原子的电势能减小，原子的能量增大
D． 原子要吸收光子，电子的动能减小，原子的电势能增大，原子的能量增大
【答案】D
【解析】由库仑力提供向心力，即k＝m，Ek＝mv2＝k，由此可知电子离核越远，r越大，则电子的动能越小，故A、C错误；因r增大过程中库仑力做负功，故电势能增大，B错误；结合玻尔理论和原子的能级公式可知，D正确．
11.氢原子能级如图所示．大量处于n＝4能级的氢原子向低能级跃迁时发出不同频率的光，其中a光是从n＝3能级向n＝1能级跃迁时发出的，b光的频率大于a光的频率，则b光可能是(　　)
A． 从n＝4能级向n＝3能级跃迁时发出的
B． 从n＝4能级向n＝2能级跃迁时发出的
C． 从n＝4能级向n＝1能级跃迁时发出的
D． 从n＝3能级向n＝2能级跃迁时发出的
【答案】C
【解析】根据题意可知，a光是从n＝3能级向n＝1能级跃迁时发出的，而b光的频率大于a光的频率，由能级差值越大，则光子的频率越高，因此b光可能是氢原子从n＝4跃迁到n＝1产生的，故A、B、D错误，C正确．
12.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作用
【答案】D
【解析】α粒子与原子核外的电子的作用是很微弱的，A错误；由于原子核的质量和电荷量很大，α粒子与原子核很近时，库仑斥力很强，足以使α粒子发生大角度偏转甚至反向弹回，使α粒子散射的原因是库仑斥力，B、C错误，D正确．
13.如图所示为氢原子的四个能级，其中E1为基态，若氢原子A处于激发态E2，氢原子B处于激发态E3，则下列说法正确的是(　　)

A． 原子A可能辐射出3种频率的光子
B． 原子B可能辐射出3种频率的光子
C． 原子A能够吸收原子B发出的光子并跃迁到能级E4
D． 原子B能够吸收原子A发出的光子并跃迁到能级E4
【答案】B
【解析】原子A处于激发态E2，它只能辐射出1种频率的光子；原子B处于激发态E3，它可能由E3到E2，由E2到E1，或由E3到E1，辐射出3种频率的光子；原子由低能级跃迁到高能级时，只能吸收具有能级差的能量的光子，由以上分析可知，只有B项正确．
14.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，下列说法中正确的是(　　)
A． 利用高温物体的连续谱就可以鉴别其组成成分
B． 利用物质的线状谱就可以鉴别其组成成分
C． 高温物体发出的光通过某物质后的光谱上的暗线反映了高温物体的组成成分
D． 我们观察月亮射来的光谱，可以确定月亮的化学组成
【答案】B
【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明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线对照，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，与高温物体无关，C错误；月亮反射到地面的光是太阳光谱，D项错误．
15.如图所示是用阴极射线管演示电子在磁场中受洛伦兹力的实验装置，图上管中虚线是电子的运动轨迹，那么下列相关说法中正确的有(　　)

A． 阴极射线管的A端应接正极
B．C端是蹄形磁铁的N极
C． 无法确定磁极C的极性
D． 洛伦兹力对电子做正功
【答案】B
【解析】电子从A极射向B极，电子带负电，则B端应接正极，A端应接负极，A错误；电子束向下偏转，洛伦兹力方向向下，根据左手定则判断可知，C端是蹄形磁铁的N极，B正确，C错误；洛伦兹力方向总是与电子速度方向垂直，不做功，D错误．
16.如图为电视机显像管中电子束偏转的示意图．磁环上的偏转线圈通以图示方向的电流时，沿轴线向纸内射入的电子束的偏转方向(　　)

A． 向上
B． 向左
C． 向下
D． 向右
【答案】B
【解析】磁环上的偏转线圈通以图示方向的电流时，根据安培定则，在磁环上形成的磁场方向竖直向下，磁场是闭合的，故在磁环中心处的磁场是竖直向上的，在根据左手定则，当电子束沿轴线向纸内射入时，电子束受到向左的洛伦兹力，故电子束的偏转方向向左．故B正确，A、C、D错误．
17.氢原子的能级图如图所示，已知可见光的光子能量范围约为1.62～3.11 eV.下列说法错误的是(　　)
A． 处于n＝3能级的氢原子可以吸收任意频率的紫外线，并发生电离
B． 大量氢原子从高能级向n＝3能级跃迁时，发出的光具有显著的热效应
C． 大量处于n＝4能级的氢原子向低能级跃迁时，可能发出2种不同频率的可见光
D． 大量处于n＝4能级的氢原子向低能级跃迁时，可能发出3种不同频率的可见光
【答案】D
【解析】紫外线的频率比可见光的高，因此紫外线光子的能量应大于3.11 eV，而处于n＝3能级的氢原子其电离能仅为1.51 eV＜3.11 eV，所以处于n＝3能级的氢原子可以吸收任意频率的紫外线，并发生电离，A对．
18.在氢原子能级图中，横线间的距离越大，代表氢原子能级差越大，下列能级图中，能形象表示氢原子最低的四个能级的是(　　)
A. B. C. D.
【答案】C
【解析】由氢原子能级图可知，量子数n越大，能级越密，所以C对．
19.如图是阴极射线管示意图．接通电源后，阴极射线由阴极沿x轴正方向射出，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
【答案】B
【解析】若加磁场，由左手定则可知，所加磁场方向沿y轴正方向，B正确；若加电场，因电子向下偏转，则电场方向沿z轴正方向．
20.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． 氢原子的能量增加
B． 氢原子的能量保持不变
C． 氢原子要放出一定频率的光子
D． 氢原子要吸收一定频率的光子
【答案】C
【解析】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，能级降低，则氢原子能量减小，则向外辐射光子．故A、B、D错误，C正确．


第II卷
二、计算题(共4小题,每小题10.0分,共40分)


21.在如图所示的阴极射线管中的两个电极上加3.2×104V的高电压，阴极发出的阴极射线在电场中加速而获得高能量，若电子离开阴极表面时的速度为零，则电子到达阳极的速度为多少？

【答案】1.06×108m/s
【解析】电子由阴极到阳极做匀加速直线运动，由动能定理得eU＝mv2
v＝＝1.06×108m/s
22.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0.53×10－10m，电子质量me＝9.1×10－31kg，电荷量为1.6×10－19C，求电子跃迁到第三轨道时，氢原子的能量、电子的动能和电子的电势能各是多少？
【答案】－1.51 eV　1.51 eV　－3.02 eV
【解析】氢原子能量可由氢原子能级公式En＝求出，而动能可由氢原子轨道半径公式以及向心力公式求出，氢原子的能量为电子的动能和电势能之和，氢原子的能量E3＝≈－1.51 eV
电子在第三轨道时半径为r3＝32r1＝9r1①
电子绕核做圆周运动向心力由库仑力提供，所以k＝m②
由①②可得电子动能为Ek3＝mv＝k≈1.51 eV
由于E3＝Ek3＋Ep3，所以电子电势能为
Ep3＝E3－Ek3＝－3.02 eV
23.氢原子在基态时轨道半径r1＝0.53×10－10m，能量E1＝－13.6 eV.求氢原子处于基态时，
(1)电子的动能；
(2)电子的电势能；
(3)用波长是多少的光照射可使其电离？(已知电子质量m＝9.1×10－31kg)
【答案】(1)13.6 eV　(2)－27.2 eV　(3)9.14×10－8m
【解析】(1)设处于基态的氢原子核外电子速度大小为v1，则k＝m，所以电子动能
Ek1＝mv＝k≈13.6 eV.
(2)因为E1＝Ek1＋Ep1，所以Ep1＝E1－Ek1＝－27.2 eV.
(3)设用波长为λ的光照射可使氢原子电离，有
＝0－E1，所以λ＝－≈9.14×10－8m.
24.汤姆孙发现电子后，许多科学家为测量电子的电荷量做了大量的探索.1907－1916年密立根用带电油滴进行实验，发现油滴所带的电荷量是某一数值e的整数倍，于是称这一数值e为基本电荷．如图所示，两块完全相同的金属极正对着水平放置，板间的距离为d.当质量为m的微小带电油滴在两板间运动时，所受空气阻力的大小与速度大小成正比．两板间不加电压时，可以观察到油滴竖直向下做匀速运动，通过某一段距离所用时间为t1；当两板间加电压U(上极板的电势高)时，可以观察到同一油滴竖直向上做匀速运动，且在时间t2内运动的距离与在时间t1内运动的距离相等．忽略空气浮力．重力加速度为g.
(1)判断上述油滴的电性，要求说明理由；
(2)求上述油滴所带的电荷量Q；
(3)在极板间照射X射线可以改变油滴的带电量．再采用上述方法测量油滴的电荷量．如此重复操作，测量出油滴的电荷量Qi如下表所示．如果存在基本电荷，请根据现有数据求出基本电荷的电荷量e(保留到小数点后两位).


【答案】(1)当极板上加了电压U后，该油滴竖直向上做匀速运动，说明油滴受到的电场力竖直向上，与板间电场的方向相反，所以该油滴带负电．
(2)
(3)1.54×10－19C
【解析】(1)当极板上加了电压U后，该油滴竖直向上做匀速运动，说明油滴受到的电场力竖直向上，与板间电场的方向相反，所以该油滴带负电．
(2)设油滴运动时所受空气阻力Ff与速度大小v满足关系为：Ff＝kv
当不加电场时，设油滴以速率v1匀速下降，受重力和阻力而平衡，即：
mg＝kv1
当极板加电压U时，设油滴以速率v2匀速上升，受电场力、重力和阻力，即：
QE＝mg＋kv2
其中：E＝
根据题意有：v1t1＝v2t2
解得：Q＝
(3)如果存在基本电荷，那么油滴所带的电荷量Q应为某一最小单位的整数倍，即油滴电荷量的最大公约数(或油滴带电量之差的最大公约数)为基本电荷e.由于
Q2－Q1＝0.15×10－18C，Q3－Q2＝0.31×10－18C，Q4－Q3＝0.16×10－18C，Q5－Q4＝0.45×10－18C，
可以看出，油滴带电量之差都近似为某个数的整数倍，即：
Q2－Q1＝e1，Q3－Q2＝2e2，Q4－Q3＝e3，Q5－Q4＝3e4
所以：e＝≈1.54×10－19C