第十八章 原子结构 寒假复习题

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人教版 高中物理 选修3-5 第十八章 原子结构 寒假复习题
本试卷分第Ⅰ卷和第Ⅱ卷两部分，共100分，考试时间90分钟。
第Ⅰ卷
一、单选题(共10小题,每小题4.0分,共40分)
1.在卢瑟福的α粒子散射实验中，某一α粒子经过某一原子核附近时的轨迹如图所示，图中P、Q两点为轨迹上的点，虚线是过P、Q两点并与轨道相切的直线．两虚线和轨迹将平面分成四个区域，不考虑其他原子核对α粒子的作用，那么关于该原子核的位置，下列说法正确的是(　　)

A． 可能在①区域
B． 可能在②区域
C． 可能在③区域
D． 可能在④区域
2.大量氢原子从n＝5的激发态，向低能级跃迁时，产生的光谱线条数是(　　)
A． 4条
B． 6条
C． 8条
D． 10条
3.如图甲所示的a、b、c、d为四种元素的特征谱线，图乙是某矿物的线状谱，通过光谱分析可以确定该矿物中缺少的元素为(　　)

A．a元素
B．b元素
C．c元素
D．d元素
4.如果阴极射线像X射线一样，则下列说法正确的是(　　)
A． 阴极射线管内的高电压能够对其加速而增加能量
B． 阴极射线通过偏转电场不会发生偏转
C． 阴极射线通过偏转电场能够改变方向
D． 阴极射线通过磁场时方向可能发生改变
5.氢原子能级的示意图如图所示，大量氢原子从n＝4的能级向n＝2 的能级跃迁时辐射出可见光a，从n＝3的能级向n＝2的能级跃迁时辐射出可见光b，则(　　)

A． 可见光光子能量范围在1.62 eV到2.11 eV之间
B． 氢原子从n＝4的能级向n＝3的能级跃迁时会辐射出紫外线
C．a光的频率大于b光的频率
D． 氢原子在n＝2的能级可吸收任意频率的光而发生电离
6.如图所示是玻尔理论中氢原子的能级图，现让一束单色光照射一群处于基态的氢原子，受激发的氢原子能自发地辐射出三种不同频率的光，则照射氢原子的单色光的光子能量为(　　)


A． 13.6 eV
B． 12.09 eV
C． 10.2 eV
D． 3.4 eV
7.氢原子能级的示意图如图所示，已知可见光的光子能量范围是1.62 eV～3.11 eV，则(　　)

A． 氢原子从高能级向低能级跃迁时会吸收能量
B． 氢原子从n＝4的激发态向n＝3的激发态跃迁时会辐射出紫外线
C． 处于n＝4的激发态的氢原子从n＝4的激发态向n＝1的基态跃迁时，辐射出的光子频率最大
D． 大量氢原子从n＝4的激发态向n＝1的基态跃迁时，能发出三种频率的光子
8.下面对阴极射线的认识正确的是(　　)
A． 阴极射线是由阴极发出的粒子撞击玻璃管壁上的荧光而产生的
B． 只要阴阳两极间加有电压，就会有阴极射线产生
C． 阴极射线可以穿透薄铝片，这说明它是电磁波
D． 阴阳两极间加有高压时，电场很强，阴极中的电子受到很强的库仑力作用而脱离阴极
9.关于电子的发现，下列说法中正确的是(　　)
A． 电子是由德国物理学家普吕克尔发现的
B． 电子是由德国物理学家戈德斯坦发现的
C． 电子是由法国物理学家安培发现的
D． 电子是由英国物理学家汤姆孙发现的
10.如图所示为氢原子能级的示意图，现有大量的氢原子处于n＝4的激发态，当向低能级跃迁时辐射出若干不同频率的光．关于这些光，下列说法正确的是(　　)

A． 波长最大的光是由n＝4能级跃迁到n＝1能级产生的
B． 频率最小的光是由n＝2能级跃迁到n＝1能级产生的
C． 这些氢原子总共可辐射出3种不同频率的光
D． 从n＝2能级跃迁到n＝1能级电子动能增加
二、多选题(共4小题,每小题5.0分,共20分)
11.(多选)氢原子的结构可以简化为一个电子绕一个质子做匀速圆周运动，电子在不同轨道上运动，氢原子具有不同能量．如图所示为氢原子能级示意图，一群氢原子(称为a群)处于n＝3的激发态，它们向较低能级跃迁的过程中向外辐射光子，用这些光子分别照射逸出功为2.29 eV的金属钠和处于基态的另一群(称为b群)氢原子，下列说法正确的是(　　)

A．b群中的部分氢原子被激发到n＝2的激发态
B． 金属的表面所发出的光电子的最大初动能是9.80 eV
C．a群氢原子在辐射光子的过程中电子绕质子运动的动能增大，电势能减小
D．a群氢原子能辐射出三种不同频率的光，其中从n＝3能级跃迁到n＝2能级所发出的光波长最短
12.(多选)关于原子的下列说法中正确的是(　　)
A． 原子是化学反应中的最小微粒，是不可再分的
B． 原子是化学反应中的最小微粒，是可以分割的
C． 原子是保持物质化学性质的最小微粒，是可以分割的
D． 认为原子具有复杂结构是从发现电子开始的
13.(多选)下列说法正确的是(　　)
A． 巴耳末系光谱线的条数只有4条
B． 巴耳末系光谱线有无数条
C． 巴耳末系中既有可见光，又有紫外光
D． 巴耳末系在可见光范围内只有4条
14.(多选)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小
C． 原子能级的能量越小
D． 电子的电势能越大
第Ⅱ卷
三、计算题(共4小题,每小题10.0分,共40分)
15.1910年美国物理学家密立根做了测定电子电荷量的著名实验——“油滴实验”，如图所示，质量为m的带负电的油滴，静止于水平放置的带电平行金属板间，设油滴的密度为ρ，空气密度为ρ′，试求：两板间的场强最大值表达式．

16.α粒子与金原子核发生对心碰撞时，接近金原子核中心的最小距离为2.0×10－14m，已知金的摩尔质量是0.197 kg/mol，阿伏加德罗常数为6×1023mol－1，试估算金原子核的平均密度是多少？
17.在可见光范围内，氢原子发光的波长最长的两条谱线所对应的波长各是多少？频率各是多少？
18.氢原子的能级图如图所示，某金属的极限波长恰好等于氢原子由n＝4能级跃迁到n＝2能级所发出的光的波长．现在用氢原子由n＝2能级跃迁到n＝1能级时发出的光去照射，则从该金属表面逸出的光电子的最大初动能是多少？




答案
1.【答案】A
【解析】因为α粒子与此原子核之间存在着斥力，如果原子核在②、③或④区，α粒子均应向①区偏折，所以不可能．
2.【答案】D
【解析】由题意可知，当大量氢原子从n＝5能级跃迁时，有10条光谱线产生．
3.【答案】B
【解析】由矿物的线状谱与几种元素的特征谱线进行对照，b元素的谱线在该线状谱中不存在，故B正确．与几个元素的特征谱线不对应的线说明该矿物中还有其他元素．
4.【答案】B
【解析】X射线是电磁波，不带电，通过电场、磁场时不受力的作用，不会发生偏转、加速，选项B正确．
5.【答案】C
【解析】由能级跃迁公式ΔE＝Em－En得：
ΔE1＝E4－E2＝－0.85 eV－(－3.4 eV)＝2.55 eV
ΔE2＝E3－E2＝－1.51 eV－(－3.4 eV)＝1.89 eV
故A错；据ΔE＝＝hν知，C对；ΔE3＝E4－E3＝－0.85 eV－(－1.51 eV)＝0.66 eV，所以氢原子从n＝4的能级向n＝3的能级跃迁时能量差对应的光子处于红外线波段，B错；氢原子在n＝2的能级时能量为－3.4 eV，所以只有吸收光子能量大于等于3.4 eV时才能电离，D错．
6.【答案】B
【解析】受激发的氢原子能自发地辐射出三种不同频率的光，说明激发的氢原子处于第3能级，则照射氢原子的单色光的光子能量为E＝E3－E1＝12.09 eV，故B正确．
7.【答案】C
【解析】氢原子从高能级向低能级跃迁时，根据能量守恒，会将以光子的形式辐射能量，A错误；紫外线的频率大于3.11 eV，氢原子从n＝4的激发态向n＝3的激发态跃迁时辐射出的光子能量为－0.85 eV－(－1.51 eV)＝0.66 eV，所以辐射出的光子为红外线，B错误；处于n＝4的激发态的氢原子从n＝4的激发态向n＝1的基态跃迁时，辐射出的光子频率最大，C正确；大量氢原子从n＝4的激发态向n＝1的基态跃迁时，能发出C＝6种频率的光子，D错误．
8.【答案】D
【解析】阴极射线是由阴极直接发出的，A错误；只有当两极间加有高压且阴极接电源负极时，阴极中的电子才会受到足够大的库仑力作用而脱离阴极成为阴极射线，B错误，D正确；阴极射线可以穿透薄铝片，可能是电磁波，也可能是更小的粒子，C错误．
9.【答案】D
【解析】电子是由英国物理学家汤姆孙发现的．
10.【答案】D
【解析】核外电子从高能级n向低能级m跃迁时，辐射的光子能量ΔE＝En－Em＝hν，故能级差越大，光子的能量也越大，即光子的频率越大，根据ν＝可知频率越大，波长越小，由图可知当核外电子从n＝4能级跃迁到n＝3能级时，能级差最小，所以放出光子的能量最小，频率最小，波长最大，故A、B错误．当电子从n＝4向低能级跃迁时，跃迁的种类有4→3,4→2,4→1,3→2,3→1,2→1.即辐射光的种类为C＝6种，故C错误．电子从n＝2能级跃迁到n＝1能级辐射光子，根据引力提供向心力，即＝m，可知，电势能减小，但动能增加．故D正确．
11.【答案】ABC
12.【答案】BD
【解析】原子是可再分的，选项A错误，选项B正确；分子是保持物质化学性质的最小微粒，选项C错误；认为原子具有复杂结构是从发现电子开始的，选项D正确．
13.【答案】BCD
【解析】巴耳末系中的光谱线有无数条，但在可见光的区域中只有4条光谱线，其余都在紫外光区域．故B，C，D正确，A错误．
14.【答案】BD
【解析】n越大，轨道半径越大，原子能量越大，根据k＝m，知电子的动能越小，原子能量等于电子动能和势能的总和，知电子的电势能越大．故B、D正确，A、C错误．
15.【答案】
【解析】设油滴的体积为V，则V＝，
油滴受到空气对它的浮力为F，则F＝ρ′Vg＝ρ′g.

取油滴为研究对象，设其带电荷量为q，在电场中受重力、浮力和电场力而平衡，受力如图所示，有：
F＋Eq＝mg，即＋Eq＝mg
所以E＝
又因为任何带电体所带电荷量为电子所带电荷量的整数倍，所以有：q＝ne，即
E＝
当n＝1时，E最大，即Em＝.
16.【答案】9.803×1015kg/m3
【解析】α粒子与金原子核发生对心碰撞时，能够接近金原子核中心的最小距离为2.0×10－14m，故金原子核的半径为2.0×10－14m；
金原子核的体积为：V＝πr3；
金原子核的质量为：m＝；
故金原子核的平均密度：
ρ＝＝＝≈9.803×1015kg/m3
17.【答案】6.55×10－7m　4.85×10－7m　4.58×1014Hz　6.19×1014Hz
【解析】利用巴耳末公式计算波长＝R(－)，n＝3,4,5，…
当n＝3、4时，氢原子发光所对应的两条谱线波长最长
当n＝3时，＝1.10×107×(－)m－1，解得λ1≈6.55×10－7m
当n＝4时，＝1.10×107×(－)m－1，解得λ2≈4.85×10－7m，由波速公式c＝λν
得ν1＝＝Hz≈4.58×1014Hz
ν2＝＝Hz≈6.19×1014Hz.
18.【答案】7.65 eV
【解析】根据玻尔理论可知，氢原子由n＝4能级跃迁到n＝2能级时，辐射出的光子能量为
hν＝E4－E2①
据题意知，该金属的逸出功为W0＝hν②
氢原子从n＝2能级跃迁到n＝1能级时，所辐射出的光子能量为hν′＝E2－E1③
据爱因斯坦光电效应方程知，光电子的最大初动能Ek满足Ek＝hν′－W0④
①②③④联立可得：
Ek＝2E2－E1－E4
将E1＝－13.6 eV，E2＝－3.4 eV和E4＝－0.85 eV
代入上式，可得Ek＝7.65 eV.