高中物理教科版选修3-5 原子结构假期作业 Word版含解析

高中物理教科版选修3-5 原子结构假期作业
(时间：60分钟　满分：100分)
一、选择题(共8小题，每小题6分，共48分)
1．卢瑟福通过对α粒子散射实验结果的分析，提出了原子内部存在(　　)
A．电子　　　　　　　　 B．中子
C．质子 D．原子核
解析：选D　卢瑟福在α粒子散射实验中观察到绝大多数α粒子穿过金箔后几乎不改变运动方向，只有极少数的α粒子发生了大角度的偏转，说明在原子的中央存在一个体积很小的带正电的物质，将其称为原子核。故选项D正确。
2．在卢瑟福α粒子散射实验中，金箔中的原子核可以看做静止不动；下列各图画出的是其中两个α粒子经历金箔散射过程的径迹，其中正确的是(　　)
解析：选C　金箔中的原子核与α粒子都带正电，α粒子接近原子核过程中受到斥力而不是引力作用，A、D错误；由原子核对α粒子的斥力作用，及物体做曲线运动的条件，知曲线轨迹的凹侧应指向受力一方，选项B错、C对。
3．氢原子从n＝4的激发态直接跃迁到n＝2的激发态时，发出蓝色光，则当氢原子从n＝5的激发态直接跃迁到n＝2的激发态时，可能发出的光是(　　)
A．红外线 B．红光
C．紫光 D．γ射线
解析：选C　氢原子从n＝4、5的能级向n＝2的能级跃迁时辐射的光为可见光，且辐射光子的能量满足hν＝Em－En，能级差越大，光频率越高，而紫色光的频率高于蓝色光的频率，综上所述，选项C正确。
4．一个氢原子中的电子从一半径为ra的轨道自发地直接跃迁至另一半径为rb的轨道，已知ra＞rb，则在此过程中(　　)
A．原子发出一系列频率的光子
B．原子要吸收一系列频率的光子
C．原子要吸收某一频率的光子
D．原子要辐射某一频率的光子
解析：选D　电子的轨道半径减小，电子从高能级直接跃迁到低能级，只能放出具有对应该能量差的频率的光子，故D正确。
5.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，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：选B　处于基态的氢原子吸收入射光子的能量后由低能级向高能级跃迁，处于不稳定状态，然后由高能级向低能级跃迁，根据题意，hν＝E5－E1＝13.06 eV，故可能发射C52＝10种光。
6．[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ABC　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不同的圆轨道相对应，是经典理论与量子化概念的结合。电子跃迁辐射的能量为hν＝Em－En，与电子绕核做的圆周运动无关。故D错。
7.[多选]设氢原子由n＝3的状态向n＝2的状态跃迁时放出能量为E、频率为ν的光子。则氢原子(　　)
A．跃迁时可以放出或吸收能量为任意值的光子
B．由n＝2的状态向n＝1的状态跃迁时放出光子的能量大于E
C．由n＝2的状态向n＝3的状态跃迁时吸收光子的能量等于E
D．由n＝4的状态向n＝3的状态跃迁时放出光子的频率大于ν
解析：选BC　原子跃迁时可以放出或吸收能量为特定值的光子，A错；由n＝2的状态向n＝1的状态跃迁时，放出的能量比由n＝3的状态向n＝2的状态跃迁时要大，所以放出光子的能量大于E，B项正确；由n＝2的状态向n＝3的状态跃迁时吸收光子的能量等于由n＝3的状态向n＝2的状态跃迁时放出的能量E，C项正确；由n＝4的状态向n＝3的状态跃迁时放出光子的能量较小，所以频率小于ν，D项错。
8.[多选]氢原子能级如图所示，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：选CD　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。
二、非选择题(共4小题，共52分)
9．(12分)氢原子第n能级的能量为En＝，其中E1为基态能量。当氢原子由第4能级跃迁到第2能级时，发出光子的频率为ν1；若氢原子由第2能级跃迁到基态，发出光子的频率为ν2，求的值。
解析：根据En＝及hν＝Em－En可得hν1＝－，hν2＝－E1，两式联立解得＝。
答案：
10．(12分)已知氢原子量子数为n的能级值为En＝ eV，试计算处于基态的氢原子吸收频率为多少的光子，电子可以跃迁到n＝2轨道上？
解析：氢原子基态时的能量
E1＝ eV＝－13.6 eV，
氢原子在n＝2能级的能量
E2＝ eV＝－3.4 eV。
氢原子由基态跃迁到n＝2能级需要的能量
ΔE＝E2－E1＝[－3.4－(－13.6)] eV
＝10.2 eV＝1.632×10－18 J
根据玻尔理论hν＝ΔE
得ν＝＝ Hz
≈2.46×1015 Hz。
答案：2.46×1015 Hz
11.(14分)原子可以从原子间的碰撞中获得能量，从而发生能级跃迁(在碰撞中，动能损失最大的是完全非弹性碰撞)。一个具有13.60 eV动能、处于基态的氢原子与另一个静止的、也处于基态的氢原子发生对心正碰，问是否可以使基态氢原子发生能级跃迁？(氢原子能级如图所示)
解析：设运动氢原子的速度为v0，发生完全非弹性碰撞后两者的合速度为v，损失的动能ΔE被基态氢原子吸收。若ΔE＝10.2 eV，则基态氢原子可由n＝1能级跃迁到n＝2能级，由动量守恒和能量守恒得
mv0＝2mv①
mv02＝mv2×2＋ΔE②
mv02＝13.60 eV③
由①②③得ΔE＝6.8 eV＜10.2 eV，所以不能使基态氢原子发生跃迁。
答案：不能
12.(14分)已知基态氢原子的电子的轨道半径r1＝0.528×10－10 m，根据玻尔假设，电子绕核的可能轨道半径是rn＝n2r1(n＝1,2,3，…)。电子在不同轨道上对应的能级如图所示。
(1)有一群氢原子处于量子数n＝3的激发态，在图上用箭头标出这些氢原子能发出哪几条光谱线？其中有几条属于巴尔末线系？
(2)计算这几条光谱线中波长最短的一条的波长。(已知静电力常量k＝9.0×109 N·m2/C2，h＝6.63×10－34J·s，e＝1.6×10－19 C)
解析：(1)可能发出3条光谱线，如图：从3→2跃迁发出的光子属于巴尔末线系，故只有1条。
(2)原子由n＝3的激发态向基态跃迁发出的光子的波长最短。由h·＝E3－E1得
λ＝＝ m
＝1.03×10－7 m。
答案：(1)3条　图见解析　1条　(2)1.03×10－7 m