高中物理粤教版选修3-5 第4 章原子核 章末测试题 Word版含解析

章末测试题
一、单项选择题(本大题共10小题，每小题3分，共30分．每小题给出的四个选项中，只有一个选项正确)
1.下列能揭示原子具有核式结构的实验是（　　）
A.光电效应实验　　　　 B.伦琴射线的发现
C.α粒子散射实验 D.氢原子光谱的发现
解析：光电效应现象证明了光的粒子性本质，与原子结构无关，A错误；伦琴射线的发现以及氢原子光谱的发现都与原子的能级结构有关，都是原子能级跃迁的结论，B、D错误；卢瑟福的α粒子散射实验证实了原子的核式结构模型，C正确.
答案：C
2．关于玻尔理论，下列说法中不正确的是(　　)
A．继承了卢瑟福的原子模型，但对原子能量和电子轨道引入了量子化假设
B．原子只能处于一系列不连续的状态中，每个状态都对应一定的能量
C．用能量转化与守恒建立了原子发光频率与原子能量变化之间的定量关系
D．氢原子中，量子数N越大，核外电子的速率越大
解析：玻尔的原子模型对应的是电子轨道的量子化，卢瑟福的原子模型核外电子可在任意轨道上运动，故A正确；玻尔的原子结构模型中，原子的能量是量子化的，卢瑟福的原子结构模型中，原子的能量是连续的，故B正确；玻尔的原子结构模型中，核外电子从高能级向低能级跃迁后，原子的能量减小，从而建立了hν＝E2－E1，故C正确；氢原子中，量子数N越大，核外电子的速率越小，而电子的电势能越大，故D不正确；本题选择不正确的，故选D.
答案：D
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
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，而在这大气层里存在着从太阳里蒸发出来的许多元素的气体，太阳光穿过它们的时候跟这些元素的特征谱线相同的光都被这些气体吸收掉了．
答案：A
4.许多情况下光是由原子内部电子的运动产生的，因此光谱的研究是探索原子结构的一条重要途径.关于氢原子光谱、氢原子能级和氢原子核外电子的运动，下列说法中正确的（　　）
A.氢原子巴尔末线系谱线是包含从红外到紫外的线状谱
B.氢原子光谱的不连续性，表明了氢原子的能级是不连续的
C.氢原子处于不同能级时，电子在各处的概率是相同的
D.氢光谱管内气体导电发光是热辐射现象
解析：巴尔末公式描述的光谱就是氢原子从n能级向2能级跃迁放出的，从能量计算可以得出，这一段也恰好正好是可见光区域，故A错误；根据玻尔原子模型，结合氢原子光谱，则表明氢原子的能量是不连续的，故B正确；处于不同能级时，核外电子在各处出现的概率不同，故C错误；由高能级向低能级跃迁，氢原子向外辐射能量，不是热辐射现象，故D错误.
答案：B
5．根据玻尔理论，在氢原子中，量子数n越大，则(　　)
A．电子轨道半径越小 B．核外电子运动速度越大
C．原子能量越大 D．电势能越小
解析：由rn＝n2r1可知A错．氢原子在n能级的能量En与基态能量E1的关系为En＝.因为能量E为负值，所以n越大，则En越大，所以C正确．核外电子绕核运动所需的向心力由库仑力提供k＝.可知rn越大，速度越小，则B错．由E＝Ek＋Ep可知D错．
答案：C
6．光子能量为ε的一束光照射容器中的氢(设氢原子处于n＝3的能级)，氢原子吸收光子后，能发出频率为ν1，ν2，…，ν6的六种光谱线，且ν1＜ν2＜…＜ν6，则ε等于(　　)
A．hν1 B．hν6
C．h(ν5－ν1) D．h(ν1＋ν2＋…＋ν6)
解析：对于量子数n＝3的一群氢原子，当它们向较低的激发态或基态跃迁时，可能产生的谱线条数为＝3，由此可判定氢原子吸收光子后的能量的能级是n＝4，且从n＝4到n＝3放出的光子能量最小，频率最低即为ν1，因此，处于n＝3能级的氢原子吸收频率为ν1的光子(能量ε＝hν1)，从n＝3能级跃迁到n＝4能级后，方可发出6种频率的光谱线，选项A正确．
答案：A
7．氢原子的部分能级如图所示，已知可见光的光子能量在1.62 eV到3.11 eV之间．由此可推知，氢原子(　　)
A．从高能级向n＝1能级跃迁时发出的光的波长比可见光的长
B．从高能级向n＝2能级跃迁时发出的光均为可见光
C．从高能级向n＝3能级跃迁时发出的光的频率比可见光的高
D．从n＝3能级向n＝2能级跃迁时发出的光为可见光
答案：D
8.如图为玻尔理论的氢原子能级图，当一群处于激发态n＝3能级的氢原子向低能级跃迁时，发出的光中有两种频率的光能使某种金属产生光电效应.以下说法中正确的是（　　）
A.这群氢原子向低能级跃迁时能发出四种频率的光
B.这种金属的逸出功一定小于10.2 eV
C.用波长最短的光照射该金属时光电子的最大初动能一定大于3.40 eV
D.由n＝3能级跃迁到n＝2能级时产生的光一定能够使该金属产生光电效应
解析：由n＝3能级的激发态向低能级跃迁时，辐射出三种频率光子的能量分别为12.09 eV、10.2 eV、1.89 eV，结合题意，根据光电效应方程可知，这种金属的逸出功一定小于10.2 eV，故A错误，B正确；用波长最短即光子能量为12.09 eV的光照射该金属时，其最大初动能最小值为：12.09 eV－10.2 eV＝1.89 eV，则其最大初动能一定大于1.89 eV，故C错误；由n＝3能级跃迁到n＝2能级时产生的光子能量为1.89 eV，由以上分析可知该金属的逸出功一定小于10.2 eV，所以不一定能够使该金属产生光电效应，故D错误.
答案：B
9.氢原子的能级如图所示，一个处于n＝3能级的氢原子向低能级跃迁.下列说法正确的是（　　）
A.氢原子可能发出3种不同频率的光
B.已知钾的逸出功为2.22 eV，则氢原子能从n＝3能级跃迁到n＝2能级释放的光子可以从金属钾的表面打出光电子
C.氢原子从n＝2能级跃迁到n＝1能级释放的光子能量最小
D.氢原子由n＝3能级跃迁到n＝1能级时，产生的光电频率最高，波长最短
解析：一个处于n＝3能级的氢原子向低能级跃迁，最多可辐射出两种频率的光子，即3→2，2→1，A错误；氢原子能从n＝3能级跃迁到n＝2能级释放的光子能量为E32＝－1.51－（－3.40）＝1.89 eV<2.22 eV；则氢原子能从n＝3能级跃迁到n＝2能级释放的光子不能从金属钾的表面打出光电子，B错误；氢原子从n＝3能级跃迁到n＝2能级，能级差最小，释放的光子能量最小，C错误；从n＝3的能级跃迁到n＝1的能级时，能级差最大，辐射出的光的频率最高，波长最短，故D正确.
答案：D
10.现有k个氢原子被激发到量子数为3的能级上，若这些受激氢原子最后都回到基态，则在此过程中发出的光子总数是（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）（　　）
A. B.k
C. D.2k
解析：由题意可知，k个处于n＝3能级的氢原子向n＝2和n＝1两个能级跃迁的原子数均为，而处于n＝2能级个氢原子向n＝1跃迁的原子数为，故此过程发出的光子总数为2×＋＝k，C正确.
答案：C
二、多项选择题(本大题共4小题，每小题4分，共16分．在每小题给出的四个选项中有多个选项正确，全选对得4分，漏选得2分，错选或不选得0分)
11．关于α粒子散射实验的下述说法中正确的是(　　)
A．在实验中观察到的现象是绝大多数α粒子穿过金箔后，仍沿原来方向前进，少数发生了较大偏转，极少数偏转超过90°，有的甚至被弹回接近180°
B．使α粒子发生明显偏转的力是来自带负电的核外电子；当α粒子接近电子时，电子的吸引力使之发生明显偏转
C．实验表明原子中心有一个极小的核，它占有原子体积的极小部分
D．实验表明原子中心的核带有原子的全部正电荷及全部质量
解析：A项是对该实验现象的正确描述；使α粒子偏转的力是原子核对它的静电排斥力，而不是电子对它的吸引力，故B错；C项是对实验结论之一的正确分析；原子核集中了全部正电荷和几乎全部质量，因核外还有电子，故D错．
答案：AC
12．关于氢原子能级跃迁，下列叙述中正确的是(　　)
A．用波长为 60 nm的X射线照射，可使处于基态的氢原子电离出自由电子
B．用能量为10.2 eV的光子照射，可使处于基态的氢原子跃迁到激发态
C．用能量为11.0 eV的光子照射，可使处于基态的氢原子跃迁到激发态
D．用能量为12.5 eV的光子照射，可使处于基态的氢原子跃迁到激发态
解析：波长为60 nm的X射线的能量为：
ε＝h＝6.63×10－34× J＝3.32×10－18 J＝20.75 eV，
氢原子的电离能ΔE＝0－(－13.6)eV＝13.6 eV＜E＝20.75 eV，
所以可使氢原子电离，A正确．
由hν＝Em－E，得
Em1＝hν＋E＝10.2 eV＋(－13.6)eV＝－3.4 eV ，
Em2＝11.0 eV＋(－13.6)eV＝－2.6 eV，
Em3＝12.5 eV＋(－13.6)eV＝－1.1 eV.
由En＝可知，只有Em1＝－3.4 eV对应于n＝2的状态．由于原子发生跃迁时吸收光子只能吸收恰好为两能级差能量的光子，所以B选项正确．
答案：AB
13.图示为氢原子能级图以及从n＝3、4、5、6能级跃迁到n＝2能级时辐射的四条光谱线.已知从n＝3跃迁到n＝2的能级时辐射光的波长为656 nm，下列叙述正确的有（　　）
A.四条谱线中频率最大的是Hδ
B.用633 nm的光照射能使氢原子从n＝2跃迁到n＝3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.如果Hδ可以使某种金属发生光电效应，只要照射时间足够长，光的强度足够大，Hβ也可以使该金属发生光电效应
解析：四种跃迁中，由n＝6到n＝2两能级间能级差最大，辐射的光子能量最大，辐射光子频率最大.即四条谱线中频率最大的是Hδ，故A正确；当从n＝2跃迁到n＝3的能级，需要吸收的能量为ΔE＝[－1.51－（－3.40）]×1.6×10－19 J＝h，解得λ＝658 nm，故B错误；根据C＝3，所以一群处于n＝3能级的氢原子向低能级跃迁时最多能辐射3种不同波长的光，故C正确；由图可知，Hδ的能量值大于Hβ的能量值，所以如果Hδ可以使某种金属发生光电效应，Hβ不一定能使该金属发生光电效应，与光的强度无关，故D错误.
答案：AC
14．图1所示为氢原子能级图，大量处于n＝4激发态的氢原子向低能级跃迁时能辐射出多种不同频率的光，其中用从n＝4能级向n＝2能级跃迁时辐射的光照射图2所示光电管的阴极K时，电路中有光电流产生，则(　　)
图1　　　　　图2
A．若将滑片右移，电路中光电流增大
B．若将电源反接，电路中可能有光电流产生
C．若阴极K的逸出功为1.05 eV，则逸出的光电子最大初动能为2.4×10－19 J
D．大量处于n＝4激发态的氢原子向低能级跃迁时辐射的光中只有4种光子能使阴极K发生光电效应
解析：将滑片右移，光电管两端的电压增大，但之前光电流是否达到饱和并不清楚，因此光电管两端的电压增大，光电流不一定增大，A错误；将电源极性反接，所加电压阻碍光电子向阳极运动，但若eU答案：BC
三、非选择题(本题共4小题，共54分．解答时应写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤，只写出最后答案的不能得分．有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位)
15．(12分)密立根油滴实验首先测出了元电荷的数值，其实验装置如图所示，油滴从喷雾器喷出，以某一速度进入水平放置的平行板之间.今有一带负电的油滴，不加电场时，油滴由于受到重力作用加速下落，速率变大，受到的空气阻力也变大，因此油滴很快会以一恒定速率v1匀速下落.若两板间加一电压，使板间形成向下的电场E，油滴下落的终极速率为v2.已知运动中油滴受到的阻力可由斯托克斯公式f＝6πηrv计算(其中r为油滴半径，η为空气粘滞系数).实验时测出r、v1、v2，E、η为已知，求：
(1)油滴的带电量.
(2)经多次测量得到许多油滴的Q测量值如下表(单位10－19C)：
6.41
8.01
9.65
11.23
12.83
14.48
分析这些数据可知__________________________________.
解析：(1)没有加电压时，达到v1有mg＝f1＝6πrη ν1，
加上电压后，受到向上的阻力和电场力，有mg＝f2＋qE＝6πrηv2＋qE，
解以上两式得到油滴电量q＝.
(2)在误差范围内，可以认为油滴的带电量总是1.6×10－19C的整数倍，故电荷的最小电量即元电荷为1.6×10－19C.
答案：(1)q＝　(2)电荷的最小电量即元电荷为1.6×10－19C
16.(14分)如图所示，氢原子从n＞2的某一能级跃迁到n＝2的能级，辐射出能量为2.55 eV的光子．请问最少要给基态的氢原子提供多少电子伏特的能量，才能使它辐射上述能量的光子？请在图中画出获得该能量后的氢原子可能的辐射跃迁图．
解析：氢原子从n＞2的某一能级跃迁到n＝2的能级，满足hν＝En－E2＝2.55 eV，得
En＝hν＋E2＝－0.85 eV，所以n＝4.
基态氢原子要跃迁到n＝4的能级，应提供的能量为：
ΔE＝E4－E1＝12.75 eV.
跃迁图如下图所示．
答案：12.75 eV
17.（14分）有两个质量为m的均处于基态的氢原子A、B，A静止，B以速度v0与之发生碰撞.已知碰撞前后二者的速度均在一条直线上，碰撞过程中部分动能有可能被某一氢原子吸收，从而该原子由基态跃迁到激发态，然后，此原子向低能级态跃迁，并发出光子.若氢原子碰撞后发出一个光子，已知氢原子的基态能量为E1（E1<0），则速度v0至少需要多大？
解析：两个氢原子碰撞过程动量守恒，当两个氢原子发生完全非弹性碰撞时，损失动能最大，根据动量守恒定律，有mv0＝2mv，解得v＝v0；减小的动能为ΔE＝mv－×2m×v2；
根据题意，减小的动能完全转化为氢原子的激发态的能量，因氢原子碰撞后发出一个光子，则对应着从n＝2到n＝1的跃迁，故有ΔE＝E2－E1＝－E1，解得v0＝ .
答案： 
18．(14分)已知氢原子处于基态时，原子的能量E1＝－13.6 eV，电子轨道半径r1＝0.53×10－10 m；氢原子处于n＝2能级时，原子的能量E2＝－3.4 eV，此时电子轨道半径r2＝4r1，元电荷e＝1.6×
10－19 C，静电力常量k＝9.0×109 N·m2·C－2.
(1)氢原子处于基态时，电子的动能是多少？原子系统的电势能是多少？
(2)氢原子处于n＝2能级时，电子的动能是多少？原子系统的电势能又是多少？
(3)你能否根据计算结果猜想处于n能级的氢原子系统的电势能表达式？
解析：(1)设氢原子处于基态时核外电子的速度为v1
根据库仑力提供向心力： ＝
电子的动能Ek＝mv＝＝13.6 eV.
根据氢原子在基态时能量等于势能与动能之和， E1＝Ep1＋Ek1
所以原子的电势能Ep1＝E1－Ek1＝－13.6 eV－13.6 eV＝－27.2 eV＝－.
(2)设氢原子处于基态时核外电子的速度为v2
根据库仑力提供向心力： ＝
电子的动能Ek＝mv＝＝＝×13.6 eV＝
3．40 eV.
根据氢原子在基态时能量等于势能与动能之和， E2＝Ep2＋Ek2
所以原子的电势能Ep1＝E1－Ek1＝－3.40 eV－3.40 eV＝－6.8 eV＝－.
(3)故从上面的推导可知Epn＝－k.
答案：(1)13.6 eV －27.2 eV　(2)3.40 eV －6.8 eV　(3)Epn＝－k