高中物理人教版选修3-5能力提升测试卷：第十八章 原子结构 综合评估+Word版含答案

第十八章《原子结构》综合评估
　　　　　　　　　　　　　　　　
本试卷分第Ⅰ卷(选择题)和第Ⅱ卷(非选择题)两部分。满分100分，考试时间90分钟。
第Ⅰ卷　(选择题，共50分)
一、选择题(每小题5分，共50分。其中1～6题为单选，7～10题为多选)
1．下列说法不正确的是(　　)
A．电子的发现表明原子核有复杂结构
B．阴极射线的发现表明原子有复杂结构
C．由α粒子散射实验建立了原子的核式结构模型
D．氢原子光谱表明氢原子的能量是不连续的
答案　A
解析　电子的发现说明电子是原子的组成部分，A错误，B正确；由α粒子散射实验建立了核式结构模型，C正确；氢原子光谱是明线光谱，说明氢原子的能量是分立的，D正确。故选A。
2．玻尔的原子核式模型解释原子的下列问题时，和卢瑟福的核式结构学说观点不同的是(　　)
A．电子绕核运动的向心力，就是电子与核间的静电引力
B．电子只能在一些不连续的轨道上运动
C．电子在不同轨道上运动的能量不同
D．电子在不同轨道上运动时，静电引力不同
答案　B
解析　选项A、C、D的内容卢瑟福的核式结构学说也有提及，而玻尔在他的基础上引入了量子学说，假设电子位于不连续的轨道上。故选B。
3．太阳光谱是吸收光谱，这是因为太阳内部发出的白光(　　)
A．经过太阳大气层时某些特定频率的光子被吸收后的结果
B．穿过宇宙空间时部分频率的光子被吸收的结果
C．进入地球的大气层后，部分频率的光子被吸收的结果
D．本身发出时就缺少某些频率的光子
答案　A
解析　太阳光谱是一种吸收光谱，是因为太阳发出的光穿过温度比太阳本身低得多的太阳大气层，而在太阳大气层里存在着许多元素的稀薄气体，跟这些元素的特征谱线相同的光都被这些气体吸收掉了。
4．当用具有1.87 eV能量的光子照射n＝3En＝激发态的氢原子时(　　)
A．氢原子不会吸收这个光子
B．氢原子吸收该光子后被电离，电离后电子的动能为0.36 eV
C．氢原子吸收光子后被电离，电离后电子的动能为零
D．氢原子吸收光子后不会被电离
答案　B
解析　处于n＝3激发态的氢原子所具有的能量E3＝≈－1.51 eV，由于1.87 eV＋(－1.51 eV)＝0.36 eV>0，说明氢原子能够吸收该光子后被电离，电离后电子动能是(1.87－1.51) eV＝0.36 eV。
5.
氢原子的能级如图所示，动能为12.95 eV的电子与处于基态的氢原子发生碰撞，忽略碰撞过程中氢原子的动能变化，且碰撞过程中没有其他能量损失，则电子碰撞氢原子后的动能不可能的是(　　)
A．0.20 eV B．0.65 eV
C．0.86 eV D．2.75 eV
答案　B
解析　因碰撞发生过程中，没有其他能量损失，所以电子减少的动能全部被氢原子吸收从基态跃迁到激发态。A情况是电子损失12.75 eV，使氢原子从基态跃迁到4能级；C是使氢原子跃迁到3能级；D对应的是使氢原子跃迁到2能级。B这种情况不存在，所以选B。
6．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。则下列关于该原子光谱中谱线从左向右波长依次增大的是(　　)
答案　C
解析　由h＝ΔE及能级跃迁图可得a光的波长最短，b光的波长最长，C正确。
7．如图为氢原子能级示意图的一部分，则氢原子(　　)
A．从n＝4能级跃迁到n＝3能级比从n＝3能级跃迁到n＝2能级辐射出的电磁波的波长长
B．从n＝5能级跃迁到n＝1能级比从n＝5能级跃迁到n＝4能级辐射出的电磁波的速度大
C．处于不同能级时，核外电子在各处出现的概率是一样的
D．从高能级向低能级跃迁时，氢原子一定向外放出能量
答案　AD
解析　由能级图及hν＝Em－En，λ＝可得从n＝4能级跃迁到n＝3能级比从n＝3能级跃迁到n＝2能级辐射出的电磁波的能量小，频率小，波长长，A正确；电磁波在真空中的速度都是一样的，B错误；电子轨道与能级对应，处于不同能级，核外电子在各处出现的概率是不一样的，C错误；从高能级向低能级跃迁时，氢原子一定向外释放能量，D正确。
8．下列四幅图涉及不同的物理知识，选项中说法正确的是(　　)
A．图甲：普朗克通过研究黑体辐射提出能量子的概念，成为量子力学的奠基人之一
B．图乙：玻尔理论指出氢原子存在分立的能级，所以原子辐射光子的频率也是不连续的
C．图丙：卢瑟福通过分析α粒子散射实验结果，发现了质子和中子
D．图丁：根据电子束通过铝箔后的衍射图样，可以说明电子的粒子性
答案　AB
解析　普朗克通过研究黑体辐射提出能量子的概念，成为量子力学的奠基人之一，故A正确。玻尔理论指出氢原子有分立的能级，所以原子辐射光子的频率也是不连续的，故B正确。卢瑟福通过分析α粒子散射实验结果，提出了原子的核式结构模型，故C错误。根据电子束通过铝箔后的衍射图样，说明电子的波动性，故D错误。
9.
如图所示是氢原子四个能级的示意图。当氢原子从n＝4的能级跃迁到n＝3的能级时，辐射出光子a，当氢原子从n＝3的能级跃迁到n＝2的能级时，辐射出光子b。则以下判断正确的是(　　)
A．光子a的能量大于光子b的能量
B．光子a的频率小于光子b的频率
C．光子a的波长大于光子b的波长
D．在真空中光子a的传播速度大于光子b的传播速度
答案　BC
解析　光子a的能量等于(－0.85) eV－(－1.51) eV＝0.66 eV，光子b的能量等于(－1.51) eV－(－3.40) eV＝1.89 eV，所以光子a的能量小于光子b的能量，故A错误；由E＝hν知，光子a的频率小于光子b的频率，故B正确；由λ＝知，光子a的波长大于光子b的波长，故C正确；真空中电磁波的传播速度均为光速，故D错误。
10.
氢原子能级如图，当氢原子从n＝3的能级跃迁到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的能级跃迁到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的能级跃迁到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的能级跃迁到n＝3的能级
答案　CD
解析　由h＝E2－E1及氢原子能级关系图可知，从n＝2的能级跃迁到n＝1的能级时释放光子波长为122 nm，A错误。波长325 nm的光子能量小于波长122 nm的光子能量，不能使氢原子从n＝1的能级跃迁到n＝2的能级，B错误。一群处于n＝3能级的氢原子向低能级跃迁时最多有3种可能，因此最多产生3种谱线，C正确。从n＝3的能级跃迁到 n＝2的能级时辐射光的波长λ＝656 nm，所以只有当入射光波长为656 nm时，才能使氢原子从n＝2的能级跃迁到n＝3的能级，D正确。
第Ⅱ卷　(非选择题，共50分)
二、填空题(共16分)
11．(4分)如图所示，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________。
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＝qvB ①
撤去电场后，由牛顿第二定律得
qvB＝ ②
R＝ ③
联立①②③解得：＝。
12．(4分)根据氢原子的玻尔模型，n能级轨道半径rn＝n2r1，试比较核外电子在第1、3轨道上运动时，电子绕核运动速率之比为________，运行周期之比为________。
答案　3∶1　1∶27
解析　根据玻尔氢原子模型的轨道量子化，轨道半径rn＝n2r1，所以r1∶r3＝12∶32＝1∶9
电子运行时的向心力由库仑力提供，
所以有＝m
解得vn＝，即vn∝ 
所以v1∶v3＝∶＝3∶1
电子运行周期Tn＝
所以T1∶T3＝∶＝1∶27。
13．(4分)氢原子从m能级跃迁到n能级时，辐射出波长为λ1的光子，从m能级跃迁到k能级时，辐射出波长为λ2的光子，若λ1>λ2，则氢原子从n能级跃迁到k能级时，将________波长为________的光子。
答案　辐射　
解析　由玻尔跃迁假设可得，Em－En＝，Em－Ek＝，两式相减得En－Ek＝，因为λ1>λ2，则En>Ek，故氢原子由n能级向k能级跃迁时，辐射光子。又En－Ek＝，则＝，解得辐射光子的波长λ＝。
14．(4分)图中画出了氢原子的5个能级，并注明了相应的能量En。处在n＝4的能级的1200个氢原子向低能级跃迁时，能够发出________种不同频率的光子。假定处在量子数为n的激发态的氢原子跃迁到各较低能级的原子数都是处在该激发态能级上的原子总数的，若这些受激发氢原子最后都回到基态，则在此过程中发出的光子中，能够从金属钾的表面打出光电子的光子数为________个，已知金属钾的逸出功为2.25 eV。
答案　6　1600
解析　处在n＝4的能级的1200个氢原子向低能级跃迁时，能够发出6种不同频率的光子。依题意可知从n＝4跃迁到n＝3的原子数有400个，发出光子的能量小于2.25 eV，从n＝4跃迁到n＝2的原子数有400个，发出光子的能量大于2.25 eV，从n＝4跃迁到n＝1的原子数有400个，发出光子的能量大于2.25 eV；从n＝3跃迁到n＝2的原子数有200个，发出光子的能量小于2.25 eV，从n＝3跃迁到n＝1的原子数有200个，发出光子的能量大于2.25 eV，从n＝2跃迁到n＝1的原子数有600个，发出光子的能量大于2.25 eV，所以在此过程中发出的光子中，能够从金属钾的表面打出光电子的光子数有1600个。
三、计算题(共34分)
15．(8分)用一束光子去激发处于基态的氢原子，氢原子吸收了光子后刚好发生电离。已知E1＝－13.6 eV，求这束光子的频率。
答案　3.28×1015 Hz
解析　基态氢原子的电离能为13.6 eV，只要大于或等于13.6 eV的光都能使基态的氢原子吸收而发生电离，不过入射光子能量越大，原子电离后产生的自由电子的动能越大。处于基态的氢原子吸收光子发生电离，则光子能E≥－E1，由题意知，该光子的能量E＝13.6 eV，又E＝hν，则光子频率ν＝＝ Hz≈3.28×1015 Hz。
16．(8分)已知氢原子处在第一、第二激发态的能量分别为－3.40 eV和－1.51 eV，金属钠的截止频率为5.53×1014 Hz，普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s。请通过计算判断，氢原子从第二激发态跃迁到第一激发态过程中发出的光照射金属钠板，能否发生光电效应。
答案　不能发生光电效应
解析　氢原子放出的光子能量E＝E3－E2，
代入数据得E＝1.89 eV，金属钠的逸出功W0＝hνc，
代入数据得W0≈2.3 eV
因为E17．(8分)氢原子处于基态时，原子能量E1＝－13.6 eV，且En＝，已知电子电荷量e＝1.6×10－19 C，电子质量m＝0.91×10－30 kg，氢原子的核外电子的第一条轨道的半径为r1＝0.53×10－10 m。已知静电力常量k＝9×109 N·m2/C2。
(1)若要使处于n＝2的氢原子电离，至少要用频率多大的电磁波照射氢原子？
(2)氢原子核外电子的绕核运动可等效为一环形电流，则氢原子处于n＝2的激发态时，核外电子运动的等效电流是多大？
答案　(1)8.21×1014 Hz'(2)1.3×10－4 A
解析　(1)要使处于n＝2的氢原子电离，照射光光子的能量应能使电子从第2能级跃迁到无限远处，最小频率的电磁波的光子能量应为：hν＝0－
得ν≈8.21×1014 Hz。
(2)氢原子核外电子绕核做匀速圆周运动，库仑力提供向心力，有＝，其中r2＝4r1
根据电流强度的定义I＝
解得I＝　　
将数据代入得I≈1.3×10－4 A。
18．(10分)氢原子从－3.4 eV的能级跃迁到－0.85 eV的能级时，求：
(1)此时发射还是吸收光子？
(2)这种光子的波长是多少？(计算结果取一位有效数字)
(3)上图中光电管阴极用金属材料铯制成，电路中定值电阻R0＝0.75 Ω，电源电动势E＝1.5 V，内阻r＝0.25 Ω，图中电路在D点交叉，但不相连。R为变阻器，O是变阻器的中间抽头，位于变阻器的正中央，P为滑动端。从变阻器的两端点ab可测得其总阻值为14 Ω。当用上述氢原子两能级间跃迁而发射出来的光照射图中的光电管时，欲使电流计G中电流恰好为零，变阻器aP间阻值应为多大？已知普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s，金属铯的逸出功为1.9 eV。
答案　(1)吸收光子'(2)5×10－7 m'(3)0.5 Ω
解析　(1)因氢原子是从低能级向高能级跃迁，故应是吸收光子。
(2)因为ΔE＝E2－E1＝hν，ν＝
得λ＝＝ m
≈5×10－7 m。
(3)因为hν＝E2－E1＝(3.4－0.85) eV＝2.55 eV
入射光光子的能量大于铯的逸出功，故光电管会发射光电子。
根据爱因斯坦光电效应方程可得光电子的最大初动能
Ek＝hν－W＝2.55 eV－1.9 eV＝0.65 eV
由动能定理－eU＝0－Ek可知，欲使G表中电流恰好为零，必须在光电管上加上0.65 V的反向电压，故滑动头须滑向a端。
电源所在的主干路的电流
I＝＝ A＝0.1 A
变阻器滑动头P与中点O间的电阻
ROP＝＝ Ω＝6.5 Ω
所以aP间电阻
RaP＝－ROP＝ Ω＝0.5 Ω。