高中物理人教版物理选修3-5练习 第十八章检测（B） Word版含解析

第十八章检测(B)
(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.电子的发现说明(　　)
A.原子是由原子核和电子组成的
B.物质是带电的且一定带负电
C.原子可进行再分
D.原子核可再分
解析:电子是原子的一部分,说明原子可再分,但不能说明原子的结构。选项C正确。
答案:C
2.卢瑟福利用α粒子轰击金箔的实验研究原子结构,下列能正确反映实验结果的示意图是(　　)
解析:α粒子轰击金箔后偏转,越靠近金箔,偏转的角度越大,所以A、B、C错误,D正确。
答案:D
3.用频率为ν0的光照射大量处于基态的氢原子,在所发射的光谱中仅能观测到频率分别为ν1、ν2、ν3的三条谱线,且 ν3>ν2>ν1。下列说法正确的是(　　)
A.ν0<ν1 B.ν3=ν2+ν1
C.ν0=ν1+ν2+ν3 D.1ν1=1ν2+1ν3
解析:大量氢原子跃迁时只有三个频率的光谱,这说明是从n=3能级向低能级跃迁,根据能量守恒有hν3=hν2+hν1,解得ν3=ν2+ν1,选项B正确。
答案:B
4.处于激发态的原子,如果在入射光子的电磁场影响下,引起高能态向低能态跃迁,同时这两个状态之间的能量差以辐射光子的形式发射出去,这种辐射叫作受激辐射。原子发生受激辐射时,发出的光子的频率、发射方向等都跟入射光子完全一样,这样使光得到加强,这就是激光产生的机理。那么发生受激辐射时,产生激光的原子总能量En、电子的电势能Ep、电子的动能Ek的变化关系是(　　)
A.Ep增加,Ek减少,En减少
B.Ep减少,Ek增加,En减少
C.Ep增加,Ek增加,En增加
D.Ep减少,Ek增加,En不变
解析:当原子发出光子后,总能量减少,电子的电势能减少,而动能增加,且电势能的减少量大于动能的增加量。B选项正确。
答案:B
5.已知氢原子的基态能量为E1,激发态能量En=E1n2,其中n=2,3,…。用h表示普朗克常量,c表示真空中的光速。能使氢原子从第一激发态电离的光子的最大波长为(　　)
A.?4hc3E1
B.?2hcE1
C.?4hcE1
D.?9hcE1
解析:氢原子处于第一激发态时n=2,故其能量E2=E14,电离时吸收的能量ΔE=0-E2=?E14,而光子能量ΔE=hcλ,则解得λ=?4hcE1,故选项C正确,选项A、B、D错误。
答案:C
6.下图是a、b两光分别经过同一双缝干涉装置后在屏上形成的干涉图样,则(　　)
A.在同种均匀介质中,a光的传播速度比b光的大
B.从同种介质射入真空发生全反射时a光临界角大
C.照射在同一金属板上发生光电效应时,a光的饱和电流大
D.若两光均由氢原子能级跃迁产生,产生a光的能级能量差大
解析:据条纹间距公式Δx=Ldλ知,光通过同一双缝干涉装置形成的干涉图样,条纹间距Δx∝λ,由题图可知,波长λa<λb,则频率νa>νb,故hνa>hνb,由原子能级跃迁知识ΔE=hν可知,选项D正确;在真空中光的传播速度相等,在空气中光的传播速度近似等于光在真空中的传播速度,在其他同种均匀介质中,介质对a光的折射率大于对b光的折射率,则在介质中的a光的传播速度小于b光的传播速度,选项A错误;发生光电效应的饱和电流的大小与光的强度有关,选项C错误;因为νa>νb,故折射率na>nb,由sin C=1n知,发生全反射时临界角Ca答案:D
7.对α粒子散射实验装置的描述,下列说法正确的是(　　)
A.主要实验器材有:放射源、金箔、荧光屏、显微镜
B.金箔的厚薄对实验无影响
C.如果改用铝箔就不能发生散射现象
D.实验装置应放在真空中
解析:α粒子散射实验是指用α粒子轰击很薄的金箔(或铝箔)物质层,通过观察α粒子穿过物质层后的偏转情况,获得原子结构的信息。为准确观察α粒子的偏转情况,荧光屏和显微镜能够围绕金箔转,且整个装置放在真空环境中。金箔厚度不同,α粒子穿过时所遇金原子数目不同,对散射产生影响不同;若改用铝箔,由于铝原子核质量、电荷量较小,使散射受影响,但仍能发生散射,故选项A、D正确,选项B、C错误。
答案:AD
8.通过光栅或棱镜获得物质发光的光谱,光谱(　　)
A.按光子的频率顺序排列
B.按光子的质量大小排列
C.按光子的速度大小排列
D.按光子的能量大小排列
解析:由于光谱是将光按波长展开,而波长与频率相对应,故选项A正确;光子没有质量,各种色光在空气中传播速度相同,选项B、C错误;由爱因斯坦的光子说可知光子能量与光子频率相对应,选项D正确。
答案:AD
9.根据玻尔理论,氢原子中量子数n越大(　　)
A.电子的轨道半径越大
B.核外电子的速率越大
C.氢原子能级的能量越大
D.核外电子的电势能越大
解析:根据玻尔理论,氢原子中量子数n越大,电子的轨道半径就越大,选项A正确;核外电子绕核做匀速圆周运动,库仑力提供向心力ke2r2=mv2r,则半径越大,速率越小,选项B错误;量子数n越大,氢原子所处的能级能量就越大,选项C正确;电子远离原子核的过程中,电场力做负功,电势能增大,选项D正确。
答案:ACD
10.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,下列关于光谱分析的说法错误的是(　　)
A.利用高温物体的连续谱就可鉴别其组成成分
B.利用物质的线状谱就可鉴别其组成成分
C.高温物体发出的光通过物质后的光谱上的暗线反映了高温物体的组成成分
D.同一种物质的线状谱的亮线与吸收光谱上的暗线由于光谱的不同,它们没有关系
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,故选项A说法错误;某种物质发光的线状谱中的明线是与某种原子发出的某频率的光对应,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,选项B说法正确;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,选项C说法错误;某种物质发出某种频率的光,当光通过这种物质时它也会吸收这种频率的光,因此线状谱中的亮线与吸收光谱中的暗线相对应,选项D说法错误。
答案:ACD
二、填空题(本题包含2小题,共20分)
11.(10分)按照玻尔原子理论,氢原子中的电子离原子核越远,氢原子的能量　　　　(选填“越大”或“越小”),已知氢原子的基态能量为E1(E1<0),电子质量为m,基态氢原子中的电子吸收一频率为ν的光子被电离后,电子速度大小为　　　　　　　　(普朗克常量为h)。?
解析:根据玻尔理论,氢原子中的电子绕核旋转的半径越大,动能越小,势能越大,总能量越大,电子的动能为
12mv2=hν+E1,所以v=2(hν+E1)m。
答案:越大　2(hν+E1)m
12.(10分)玻尔氢原子模型成功解释了氢原子光谱的实验规律,氢原子能级图如图所示。当氢原子从n=4的能级跃迁到n=2的能级时,辐射出频率为　　　 Hz的光子,用该频率的光照射逸出功为2.25 eV的钾表面,产生的光电子的最大初动能为　　　　 eV。(电子电荷量e=1.60×10-19 C,普朗克常量h=6.63×10-34 J·s)?
解析:氢原子从n=4能级跃迁到n=2能级时,释放的能量hν=E4-E2=-0.85 eV-(-3.40 eV),解得ν≈6.2×1014 Hz;光电子的最大初动能Ek=hν-W0=2.55 eV-2.25 eV=0.30 eV。
答案:6.2×1014　0.30
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)如图所示,电子以初速度v0从O点进入长为l、板间距离为d、电势差为U的电场,出电场时打在屏上P点,经测量O'P为x0,求电子的比荷。
解析:由于电子进入电场中做类平抛运动,沿电场线方向做初速度为零的匀加速直线运动。满足x0=12at2=eUd2mlv02=eUl22dmv02,则em=2dx0v02Ul2。　
答案:2dx0v02Ul2
14.(8分)已知锌板的极限波长λ0=372 nm。按照玻尔理论,氢原子的基态能量为-13.6 eV,试通过计算说明利用氢原子的光谱中的光能否使锌板发生光电效应。(真空中的光速c=3.00×108 m/s,普朗克常量h=6.63×10-34 J·s)
答案:氢原子光谱系中,相应光子的最大能量为13.6 eV,最短波长λ=hcE≈9.14×10-8 m=91.4 nm<λ0,因此能使锌板发生光电效应。
15.(12分)已知氢原子基态的能级值E1=-13.6 eV,第一激发态能级值E2=-3.4 eV,第二激发态能级值为 E3=-1.51 eV。　
(1)有一群氢原子处于量子数n=3的激发态,画一个能级图,在图上用箭头标明这些氢原子能发出哪几种光谱线;
(2)如果普朗克常量h=6.63×10-34 J·s,则这几条谱线中最长的波长为多少?
解析:(1)由于这群氢原子的自发跃迁辐射,会得到三条光谱线,能级图如图所示。
(2)三条光谱线中波长最长的光子能量最小,发生跃迁的两个能级的能量差最小,根据氢原子能级的分布规律可知,氢原子一定是从n=3的能级跃迁到n=2的能级。设波长为λ,由hν=E3-E2,又ν=cλ,得λ=hcE3-E2=6.63×10-34×3×108(-1.51+3.4)×1.6×10-19 m=6.58×10-7 m。
答案:(1)见解析图 (2)6.58×10-7 m
16.(12分)氢原子处于基态时,原子能量E1=-13.6 eV,已知电子电荷量e=1.6×10-19 C,电子质量m=0.91×10-30 kg,氢的核外电子的第一条可能轨道的半径为r1=0.53×10-10 m。
(1)若要使处于n=2能级的氢原子电离,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多大?
(3)若已知钠的极限频率为6.00×1014 Hz,今用一群处于n=4的激发态的氢原子发射的光谱照射钠,试通过计算说明有几条谱线可使钠发生光电效应。
解析:(1)要使处于n=2能级的氢原子电离,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?E14
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ke2r22=m4π2r2T2 ①
其中r2=4r1
电流I=eT ②
由①②式得I=e216πr1kmr1 ③
将数据代入③式得I≈1.3×10-4 A。
(3)由于钠的极限频率为6.00×1014 Hz,则使钠发生光电效应的光子的能量至少为
E0=hν=6.63×10-34×6.00×10141.6×10-19 eV≈2.486 eV
一群处于n=4的激发态的氢原子发射的光子,要使钠发生光电效应,应使跃迁时两能级的能量差ΔE≥E0,所以在6条光谱线中有4条谱线可使钠发生光电效应。
答案:(1)8.21×1014 Hz　(2)1.3×10-4 A　(3)见解析