高中物理人教版物理选修3-5练习 第十八章检测（A） Word版含解析

第十八章检测(A)
(时间:90分钟　满分:100分)
一、选择题(本题包含10小题,每小题4分,共40分。在每小题给出的四个选项中,1~6题只有一个选项符合题目要求,7~10题有多个选项符合题目要求。全部选对的得4分,选不全的得2分,有错选或不答的得0分)
1.阴极射线从阴极射线管中的阴极发出,在其间的高电压下加速飞向阳极,如图所示。若要使射线向上偏转,所加磁场的方向应为(　　)
　　　　　　　　　　　　　　　　
A.平行于纸面向下
B.平行于纸面向上
C.垂直于纸面向外
D.垂直于纸面向里
解析:由于阴极射线的本质是电子流,阴极射线运动方向向右,说明电子的运动方向向右,相当于存在向左的电流,利用左手定则,使电子所受洛伦兹力方向平行于纸面向上,由此可知磁场方向应为垂直于纸面向外,故选项C正确。
答案:C
2.下列叙述符合物理学史的是(　　)
A.汤姆孙通过研究阴极射线,发现了电子和质子的存在
B.卢瑟福通过对α粒子散射实验现象的分析,证实了原子核是可以再分的
C.巴耳末根据氢原子光谱分析,总结出了氢原子光谱可见光区波长公式
D.玻尔提出的原子模型,彻底否定了卢瑟福的原子核式结构学说
解析:汤姆孙通过研究阴极射线发现了电子,A错误;卢瑟福通过对α粒子散射实验现象的分析,得出了原子的核式结构模型,B错误;巴耳末根据氢原子光谱在可见光区的四条谱线得出巴耳末公式,C正确;玻尔的原子模型是在核式结构模型的基础上提出的,并没有否定核式结构学说,D错误。
答案:C
3.在燃烧的酒精灯芯上撒一些食盐,然后用弧光灯发出的白光照射,就能得到(　　)
A.钠的明线光谱
B.钠的吸收光谱
C.钠的连续谱
D.白光的连续谱
解析:在燃烧的酒精灯上撒一些食盐,食盐熔化分解产生钠蒸气,当用弧光灯照射时,因钠蒸气温度比弧光灯发出的白光温度低,白光中的某些波段的光被钠原子吸收,故形成了钠的吸收光谱,选项B正确。
答案:B
4.如图所示,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:由En=
??
1
??
2
、ΔE=?
??
??
及能级跃迁图可得a光的波长最短,b光的波长最长,选项C正确。
答案:C
5.利用氢气放电管发光,可以产生氢原子光谱, 这些谱线的产生是由于(　　)
A.大量氢原子处于不同的激发状态,从而辐射不同频率的光子
B.大量氢原子从较高的激发态向较低的激发态或基态跃迁,从而辐射不同频率的光子
C.大量氢原子从基态或较低的激发态向较高的激发态跃迁,从而辐射不同频率的光子
D.大量氢原子从基态或较低的激发态向较高的激发态跃迁,从而吸收不同频率的光子
解析:大量氢原子从较高的能级向较低的能级跃迁时,发出不同频率的光,从而产生线状光谱。
答案:B
6.如图所示,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不同波长的光有多少种(　　)
/
A.15 B.10 C.4 D.1
解析:吸收13.06 eV能量后氢原子处于量子数n=5的激发态,可产生10种不同波长的光,故选项B正确。
答案:B
7.关于阴极射线的性质,下列说法正确的是(　　)
A.阴极射线是电子打在玻璃管壁上产生的
B.阴极射线本质是电子
C.阴极射线在电磁场中的偏转表明阴极射线带正电
D.阴极射线的比荷比氢离子大
解析:阴极射线是原子受激发射出的电子流,故选项A、C错误,B正确;电子带的电荷量与氢离子相同,但质量是氢离子的
1
1 836
,故阴极射线的比荷比氢离子大,选项D正确。
答案:BD
8.根据玻尔模型,原子中电子绕核运转的半径(　　)
A.不可以取任意值
B.可以在某一范围内取任意值
C.可以取一系列不连续的任意值
D.是一系列不连续的特定值
解析:电子的运转半径只能是一系列不连续的特定值。
答案:AD
9.有关氢原子光谱的说法正确的是(　　)
A.氢原子的发射光谱是连续谱
B.氢原子光谱说明氢原子只发出特定频率的光
C.氢原子光谱说明氢原子能级是分立的
D.氢原子光谱线的频率与氢原子能级的能量差无关
解析:氢原子的发射光谱是不连续的,只能发出特定频率的光,说明氢原子的能级是分立的,选项B、C正确。根据玻尔理论可知,选项D错误。
答案:BC
10.若要使处于基态的氢原子电离,可以采用两种方法:一是用能量为13.6 eV的电子撞击氢原子,二是用能量为13.6 eV的光子照射氢原子,则(　　)
A.两种方法都可能使氢原子电离
B.两种方法都不可能使氢原子电离
C.前者不能使氢原子电离
D.后者可使氢原子电离
解析:电子是有质量的,撞击氢原子时发生弹性碰撞。由于电子和氢原子质量不同,故电子不能把13.6 eV 的能量全部传递给氢原子,因此不能使氢原子完全电离,而光子的能量可以完全被氢原子吸收,故选项C、D正确。
答案:CD
二、填空题(本题包含2小题,共20分)
11.(10分)1911年卢瑟福依据α粒子散射实验中,α粒子发生了　　　(选填“大”或“小”)角度散射现象,提出了原子的核式结构模型。若用动能为1 MeV的α粒子轰击金箔,则其速度约为　　　　　　　　　m/s(质子和中子的质量均为1.67×10-27 kg,1 MeV=1×106 eV)。?
解析:通过α粒子散射实验可观察到的现象是绝大多数α粒子几乎不偏转,有少数α粒子发生大角度偏转,甚至有的原方向返回;α粒子由两个质子和两个中子构成。
由动能Ek=
1
2
??
??
2
得α粒子的速度v=
2
??
k
??
=
2×1
0
6
×1.6×1
0
-19
4×1.67×1
0
-27
m/s=6.9×106 m/s。
答案:大　6.9×106
12.(10分)氢原子基态的能量为E1=-13.6 eV。大量氢原子处于某一激发态,由这些氢原子可能发出的所有的光子中,频率最高的光子能量为 -0.96E1,频率最小的光子的能量为　　　　 eV(保留 2位有效数字),这些光子可具有　　　　种不同的频率。?
解析:氢原子原来处于n能级,则有
-0.96E1=
1
??
2
??
1
?
??
1
,解得n=5。
频率最小的光子能量为hνmin=E5-E4=
??
1
25
?
??
1
16
=0.31 eV。　
光子的频率种类为
C
5
2
=10。
答案:0.31　10
三、计算题(本题包含4小题,共40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得分。有数值计算的题,答案中必须写明数值和单位)
13.(8分)在氢原子中如果电子从r1=0.53×10-10 m的轨道上由于获得能量而进入r2=2.12×10-10 m的轨道上做匀速圆周运动,在该轨道上电子的动能是多少?(k=9.0×109 N·m2/C2)
解析:由于电子与原子核间的库仑引力充当向心力,满足
??????
??
2
2
=
??
??
2
??
2
,即??k=
1
2
??
??
2
=
??????
2
??
2
=
9.0×1
0
9
×(1.6×1
0
-19
)
2
2×2.12×1
0
-10
J≈5.4×10-19 J。
答案:5.4×10-19 J
14.(10分)已知氢原子量子数为n的能级值为En=
-13.6
??
2
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??=2的轨道上?
解析:氢原子基态时的能量为E1=
-13.6
1
2
eV=-13.6 eV
氢原子在n=2能级的能量为
E2=
-13.6
2
2
eV=-3.4 eV
氢原子由基态跃迁到n=2轨道需要的能量为
ΔE=E2-E1=[-3.4-(-13.6)] eV=10.2 eV=1.63×10-18 J
根据玻尔理论hν=ΔE得
ν=
Δ??
?
=
1.63×1
0
-18
6.626×1
0
-34
Hz=2.46×1015 Hz。
答案:2.46×1015 Hz
15.(10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。则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,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。
跃迁图如图所示
/
答案:12.75 eV　跃迁图见解析
16.(12分)汤姆孙用来测定电子的比荷的实验装置如图所示。真空管内的阴极K发出的电子(不计初速度、重力和电子间的相互作用)经加速电压加速后,穿过A'中心的小孔沿中心轴O1O的方向进入到两块水平正对放置的平行极板P和P'间的区域。当极板间不加偏转电压时,电子束打在荧光屏的中心O点处,形成了一个亮点;加上偏转电压U后,亮点偏离到O'点(O'与O点的竖直间距为d,水平间距可忽略不计)。此时,在P和P'间的区域,再加上一个方向垂直于纸面向里的匀强磁场。调节磁场的强弱,当磁感应强度的大小为B时,亮点重新回到O点。已知极板水平方向的长度为L1,极板间距为b,极板右端到荧光屏的距离为L2。
/
(1)求打在荧光屏O点的电子速度的大小;
(2)推导出电子的比荷的表达式。
解析:(1)当电子受到的电场力与洛伦兹力平衡时,电子做匀速直线运动,亮点重新回到中心O点,设电子的速度为v,则evB=eE,得v=
??
??
,即v=
??
????
。
(2)当极板间仅有偏转电场时,电子以速度v进入后,竖直方向做匀加速运动,加速度为a=
????
????
。电子在水平方向做匀速运动,在电场内的运动时间为t1=
??
1
??
。这样,电子在电场中,竖直向上偏转的距离为d1=
1
2
??
??
1
2
=
??
??
1
2
??
2??
??
2
??
。离开电场时竖直向上的分速度为v⊥=at1=
??
??
1
??
??????
,电子离开电场后做匀速直线运动,经t2时间到达荧光屏t2=
??
2
??
。t2时间内向上运动的距离为d2=v⊥t2=
????
??
1
??
2
??
??
2
??
。这样,电子向上的总偏转距离为d=d1+d2,即d=
????
??
??
2
??
??
1
??
2
+
??
1
2
,可解得
??
??
=
????
??
2
??
??
1
??
2
+
??
1
2
。
答案:(1)
??
????
　(2)
??
??
=
????
??
2
??
??
1
??
2
+
??
1
2