第十八章 原子结构 考题 word版含解析

人教版2020年高中物理选修3-5第十八章《原子结构》考题

一、选择题（1-9小题为单选，10-15小题为多选）
1. 下列说法中正确的是
A. 动能相等的质子和电子,它们的德布罗意波长也相等
B. 光不是一种概率波
C. 光电效应和康普顿效应说明光具有粒子性
D. 按照玻尔理论,氢原子核外电子从半径较小的轨道跃迁到半径较大的轨道时,电子的动能减小,电势能增大,原子的总能量减小
2. 下列关于光谱的说法中错误的是
A. 连续谱和线状谱都是发射光谱
B. 线状谱的谱线含有原子的特征谱线
C. 固体、液体和气体的发射光谱为连续谱，只有金属蒸气的发射光谱是线状谱
D. 在吸收光谱中，低温气体原子吸收的光恰好就是这种气体原子在高温时发出的光
3. 氢原子分能级示意图如题所示，不同色光的光子能量如下表所示。

色光 赤 橙 黄 绿 蓝—靛 紫
光子能量范围（eV） 1.61~2.00 2.00~2.07 2.07~2.14 2.14~2.53 2.53~2.76 2.76~3.10

处于某激发态的氢原子，发射的光的谱线在可见光范围内仅有2条，其颜色分别为
A. 红、蓝靛 B. 黄、绿 C. 红、紫 D. 蓝靛、紫
4.关于玻尔的原子模型，下列说法正确的是
A. 原子可以处于连续的能量状态中
B. 原子的能量状态不是连续的
C. 原子中的核外电子绕核做加速运动一定向外辐射能量
D. 原子中的电子绕核运动的轨道半径是连续的
5.如图所示为氢原子的能级图.现有大量处于n=4激发态的氢原子向低能级跃迁,下列说法正确的是

A. 氢原子由n=4跃迁到n=2产生的光照射逸出功为6.34eV的金属铂能发生光电效应
B. 这些氢原子总共可辐射出三种不同频率的光
C. 这些氢原子跃迁时辐射出光子能量的最大值为10.2eV
D. 氢原子由n=3跃迁到n=2能级时,其核外电子的动能增加，电势能减少
6.关于玻尔的氢原子理论，以下看法正确的是
A. 原子的各个可能的能量状态的能量值，由此可知，量子数越大，原子的能量越小
B. 当原子由激发态跃迁到基态时，电子绕核运动的轨道半径变大
C. 当原子吸收一个光子而发生跃迁后，电子的动能增大
D. 不管原子是吸收还是辐射一个光子而发生跃迁，其电势能的变化量的绝对值总是大于电子绕核运动动能变化量大小
7.氢原子的部分能级如图所示，大量处于激发态的氢原子从一束单一频率的光中吸收了能量后，跃迁到某较高激发态，再向低能级跃迁时，可以发出种不同频率的光子，其中能量最小的光子是氢原子

A. 从跃迁到产生的
B. 从跃迁到产生的
C. 从跃迁到产生的
D. 从跃迁到产生的
8.根据α粒子散射实验,卢瑟福提出了原子的核式结构模型。如图表示了原子核式结构模型的α粒子散射图景。图中实线表示α粒子的运动轨迹。其中一个α粒子在从a运动到b再运动到c的过程中(α粒子在b点时距原子核最近),下列判断中正确的是

A. α粒子的动能先增大后减小
B. α粒子的电势能先增大后减小
C. α粒子的加速度先变小后变大
D. 电场力对α粒子先做正功后做负功
9. 处于基态的一群氢原子受某种单色光的照射时， 只发射波长为、、的三种单色光，且 >>，则照射光的波长为
A. B. ++ C. D.
10. 根据光谱的特征谱线，可以确定物质的化学组成和鉴别物质，以下说法正确的是
A. 线状谱中的明线是特征谱线，吸收光谱中的暗线不是特征谱线
B. 线状谱中的明线不是特征谱线，吸收光谱中的暗线是特征谱线
C. 线状谱中的明线与吸收光谱中的暗线是特征谱线
D. 同一元素的线状谱的明线与吸收光谱中的暗线都是一一对应的
11.人类认识原子结构和开发利用原子能经历了十分曲折的过程.卢瑟福、玻尔、查德威克等科学家在原子结构或原子核的研究方面做出了卓越的贡献.他们的主要成绩，下列说法中正确的是
A. 卢瑟福提出了原子的核式结构
B. 查德威克发现了质子
C. 卢瑟福把量子理论引入原子模型
D. 玻尔提出自己的原子结构假说，成功的解释了氢原子光谱
12.如图所示，一群处于基态的氢原子吸收某种光子后，向外辐射ν1、ν2、ν3三种频率的光子，且ν1>ν2>ν3，则

A. 被氢原子吸收的光子的能量为hν1
B. 被氢原子吸收的光子的能量为hν2
C. ν1=ν2+ν3
D. hν1=hν2+hν3
13.如图所示为氢原子的能级图。现有大量处于n＝3激发态的氢原子向低能级跃迁，下列说法正确的是

A. 氢原子由n＝3跃迁到n＝2能级时，其核外电子的动能将减小
B. 这些氢原子总共可辐射出三种不同频率的光
C. 这些氢原子跃迁时辐射出光子能量的最大值为10.2 ev
D. 氢原子由n＝3跃迁到n＝1产生的光照射逸出功为6.34eV的金属铂能发生光电效应
14.如图所示，氢原子可在下列各能级间发生跃迁，设从n＝4到n＝1能级辐射的电磁波的波长为λ1，从n＝4到n＝2能级辐射的电磁波的波长为λ2，从n＝2到n＝1能级辐射的电磁波的波长为λ3，则下列结论正确的是

A. 从n＝4能级跃迁到n＝1能级，电子的电势能变小，动能变大
B. 从n＝4能级跃迁到n＝1能级，原子能量变小，电子运动周期变大
C.
D.
15.根据玻尔理论，氢原子的能级公式为（n为能级，A为基态能量），一个氢原子从n=4的能级向低能级跃迁，则下列分析正确的是
A. 该氢原子最多可以辐射3种不同频率的光子
B. 该氮原子一定可以辐射6种不同频率的光子
C. 该氢原子可能辐射的光子中频率最大的光子能量为
D. 该氢原子可能辐射的光子中频率最大的光子能量为
二、填空题
16.氢原子处于基态时能量为E1 ， 由于吸收某种单色光后氢原子产生能级跃迁，最多只能产生3种不同波长的光，则吸收单色光的能量为?? ? ， 产生的3种不同波长的光中，最大波长为?? （普朗克常量为h，光速为c，En= ）．
17.氢原子的能级图如图3所示．原子从能级n＝3向n＝1跃迁所放出的光子，正好使某种金属材料产生光电效应．有一群处于n＝4能级的氢原子向较低能级跃迁时所发出的光照射该金属．普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s，：

(1)氢原子向较低能级跃迁时共能发出____________种频率的光；
(2)该金属的逸出功______________
(3)截止频率___________________（保留一位小数）
18.红宝石激光器的工作物质红宝石含有铬离子的三氧化二铝晶体，利用其中的铬离子产生激光．铬离子的能级图如图所示， 是基态， 是亚稳态， 是激发态，若以脉冲氙灯发出的波长为的绿光照射晶体，处于基态的铬离子受到激发而跃迁到，然后自发地跃迁到，释放波长为的光子，处于亚稳态的离子跃迁到基态时辐射出的光就是激光，这种激光的波长为_____________.

三、解答题
19.氢原子处于基态时，原子能量E1= -13.6eV，已知电子电量e =1.6×10-19C，电子质量m=0.91×10-30kg，氢的核外电子的第一条可能轨道的半径为r1=0.53×10-10m.
（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的定态时，核外电子运动的等效电流多大？
（3）若已知钠的极限频率为6.00×1014Hz，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？
20.玻尔的原子模型认为，电子绕核运动的轨道是量子化的，原子的能量也是量子化的。氢原子能级图如图所示，求：

(1)一个氢原子从n=3能级跃迁到n=2能级时，该氢原子向外辐射出的能量是多少 eV?
(2)设氢原子核外电子绕核做匀速圆周运动（忽略电子的自转），可将电子的运动等效为一个环形电流，求这个环形电流的大小。（已知电子的质量为m、轨道半径为r ，静电力常量，元电荷电量。 ）
(3)1885年，巴尔末通过对氢光谱可见光的4条谱线的分析，总结出了这些谱线波长满足的关系式，后来被里德堡修改为。1913年，玻尔在他的原子模型理论中提出氢原子的能级公式及跃迁假设，很好地解释了巴尔末观察到的谱线。已知光速c，普朗克常量h。请你根据以上信息推导里德堡常量与普朗克常量的关系。


答 案
1. C
【解析】根据德布罗意波长公式，若一个电子的德布罗意波长和一个质子的波长相等，则动量p也相等，但是质子质量比电子质量大得多，因此动能不相等，故A错误．光是一种概率波，选项B错误； 光电效应和康普顿效应说明光具有粒子性，选项C正确；按照玻尔理论，氢原子核外电子从半径较小的轨道跃迁到半径较大的轨道时，电子的动能减小，电势能增大，原子的总能量增加，故D错误；
2. C
【解析】发射光谱物体发光直接产生的光谱叫做发射光谱．发射光谱有两种类型：连续光谱和明线光谱．发射光谱有两种类型：连续光谱和明线光谱．每种原子明线光谱中的明线和其吸收光谱中的暗线是一一对应的
发射光谱物体发光直接产生的光谱叫做发射光谱．发射光谱有两种类型：连续光谱和明线光谱，故A正确；明线光谱的谱线叫做原子的特征谱线，故B正确；发射光谱有两种类型：连续光谱和明线光谱．稀薄气体或金属蒸汽发光而产生的是明线光谱，不是连续光谱，C错误；在吸收光谱中，低温气体原子吸收的光恰好就是这种气体原子在高温时发出的光，D正确．
3. A
【解析】原子发光时光子的能量等于原子能级差，先分别计算各相邻的能级差，再由小到大排序．结合可见光的光子能量表可知，有两个能量分别为1.89 eV和2.55 eV的光子属于可见光．并且属于红光和蓝?靛的范围，为A
4.B
【解析】根据波尔理论知，电子的轨道半径是量子化的，半径是一系列不连续的特定值，且电子绕核旋转是定态，不向外辐射能量．原子的能量状态不可能是连续的，故B正确．
5.D
【解析】氢原子由n=4跃迁到n=2辐射光子的能量：?E=E4-E2=-0.85-（-3.4）=2.55eV＜6.34eV，所以不能使逸出功为6.34eV的金属铂能发生光电效应．故选项A错误．这些这些氢原子可能辐射出种不同频率的光子．故B错误；氢原子由n=4向n=1能级跃迁时辐射的光子能量最大，频率最大，最大能量为13.6-0.85eV=12.75eV，故C错误．氢原子由n=3跃迁到n=2能级时，其核外电子运动的半径减小，电场力做正功，电势能减少；根据可知，电子的动能增大，故选项D正确．故选D.
6.D
【解析】原子的各个可能的能量状态的能量值，由此可知，量子数越大，原子的能量越大，选项A错误； 当原子由激发态跃迁到基态时，电子绕核运动的轨道半径变小，选项B错误； 当原子吸收一个光子而发生跃迁后，电子的运转半径变大，速度减小，动能减小，选项C错误；氢原子辐射光子的过程中，能量减小，轨道半径减小，根据知，电子动能增大，则电势能减小，且电势能的减小量大于动能增加量；同理可知，氢原子吸收光子的过程中，能量增加，轨道半径变大，根据知，电子动能减小，则电势能增加，且电势能的增加量大于动能减小量；即不管原子是吸收还是辐射一个光子而发生跃迁，其电势能的变化量的绝对值总是大于电子绕核运动动能变化量大小，选项D正确；故选D.
7.B
【解析】根据向低能级跃迁时，可以发出6种不同频率的光子，有，解得n=4，即最高可以跃迁到第4能级，由能级图可知第4和第3能级之间的能级差最小，所以能量最小的光子是氢原子从n=4跃迁到n=3产生的，故A、C、D错误，B正确．故选B．
8.B
【解析】根据原子核式结构的特点以及电场力做功与电势能的变化关系判断电势能的变化,再由动能定理(或能量守恒)判断动能变化情况。α粒子先靠近原子核,然后又远离原子核,则在运动过程中,电场力(库仑斥力)对α粒子先做负功后做正功,所以其电势能先增大后减小,由动能定理知,动能先减小后增大,则B选项正确,而A、D选项错误;α粒子受到的库仑斥力先增大后减小,由牛顿第二定律知,加速度先增大后减小,C选项错误。故应选择B。
9. D
【解析】根据氢原子能放出三种频率光，判断此时氢原子处在第几能级，然后计算从基态跃迁到该能级需要多少能量，计算能量时根据能级之简能量差和放出光子能量之间的关系计算．同时明确频率、波长、光速之间关系．
能放出三种光，说明此时氢原子处在第3能级，从第三能级跃迁到基态时放出光子能量为或者．能使处于基态氢原子跃迁的光子能量和第三能级与基态之间能级差相等．故有， ，或者，此时照射光的波长为，故D正确．
10. CD
【解析】根据光谱理论知，明线光谱与吸收光谱都能表示元素的特点，都是元素的特征谱线，而同一元素的线状谱与吸收光谱都是一一对应的，CD正确．
11.AD
【解析】卢瑟福提出了原子的核式结构理论，选项A正确；查德威克发现了中子，选项B错误；玻尔把量子理论引入原子模型，选项C错误；玻尔提出自己的原子结构假说，成功的解释了氢原子光谱，选项D正确；故选AD.
12.ACD
【解析】原子从最高能级直接跃迁到最低能级辐射的能量和从最高能级逐级向低能级跃迁辐射的能量的和相同．而从最高能级直接跃迁到最低能级辐射的能量和从基态跃迁到最高能级吸收的能量相同．根据玻尔理论列式求解．
处于激发态的氢原子并不稳定，能够自发向低能级跃迁并发射光子，其发射光子的种类，解得：n=3，可知处于基态的氢原子吸收某种光子后，跃迁到n=3的激发态．根据玻尔理论可知，被氢原子吸收的光子的能量为，A正确B错误；根据玻尔理论得知，氢原子从n=3直接跃迁到基态时辐射的能量为，从n=3的激发态跃迁到n=2的激发态辐射的能量为，从n=2的激发态跃迁到基态辐射的能量为，根据能级关系可知： ，则得： ，则得： ，故CD正确．
13.BD
【解析】氢原子由n=3跃迁到n=2能级时，氢原子放出光子，则能量减小，轨道半径减小，根据知，电子动能增大，故A错误；根据=3知，这些氢原子可能辐射出三种不同频率的光子．故B正确．氢原子由n=3向n=1能级跃迁时辐射的光子能量最大，频率最大，最大能量为13.6-1.51eV=12.09eV．故C错误；氢原子由n=3跃迁到n=1能级，辐射的光子能量为12.09eV，大于金属铂的逸出功6.34eV，故能发生光电效应．故D正确．故选BD．
14.AC
【解析】A、从n＝4能级跃迁到n＝1能级的过程中，半径变小，原子核对电子的库伦力做正功，电子的电势能变小，动能变大，A正确；
B、从n＝4能级跃迁到n＝1能级，要释放出光子，原子能量变小，原子核对电子的库伦力作为电子绕核运动的向心力， ，得： ，半径变小，周期变小，B错误；
CD、从n=4到n=1跃迁辐射电磁波波长为λ1,从n=4到n=2跃迁辐射电磁波波长为λ2,从n=2到n=1跃迁辐射电磁波波长为λ3。根据释放光子的能量等于两能级间的能级差有： ，所以，故C正确D错误；故选：AC。
15.AC
【解析】AB、一个氢原子中的电子从n=4的能级向低能级跃迁的过程，辐射的光子最多的路径为：n=4→3→2→1，可知最多可以辐射3种不同频率的光子。故A正确，B错误；
CD、直接跃迁到基态的过程中，向外辐射一个光子是几种不同的辐射中能量最大的情况，由玻尔理论可知辐射的光子的能量：△E=E4?E1=?A=，故C正确，D错误。
故选：AC。
16.；
【解析】基态的氢原子能量为E1 ， n=2能级的原子能量为 ，n=3能级的原子能量为 ，则单色光的能量为 = ；
根据△E= 得，
从第三能级跃迁到第二能级，能量变化最小，则对应的波长最长，
因此从第三能级跃迁到第二能级，
解得：λ= ；
所以答案是： ， ．
17. 6 12.09 eV 2.9×1015 Hz
【解析】（1）根据知，氢原子向低能级跃迁时共能发出6种频率的光；
（2）原子从能级3向跃迁所放出的光子，正好使某种金属材料产生光电效应，知辐射的光子能量等于逸出功，则
；
（3）根据得，截止频率：;
故答案为：（1）6，（2）12.09 eV，（3）2.9×1015 Hz．
18.
【解析】由题意可知根据，可得： ， ，设处于亚稳态E2的离子跃迁到基态时辐射出的光就是激光，这种激光的波长为， ，由以上各式可得．
19.（1）Hz
（2）A
（3）有、、、四条谱线可使钠发生光电效应
【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：
得 Hz，
（2）氢原子核外电子绕核做匀速圆周运动，库伦力作向心力，有
①
其中
根据电流强度的定义 ②
由①②得 ③
将数据代入③得 A
（3）由于钠的极限频率为6.00×1014Hz，则使钠发生光电效应的光子的能量至少为
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差，所以在六条光谱线中有、、、四条谱线可使钠发生光电效应。
20.（1）1.89eV（2）（3）
【解析】（1）eV
（2）由，得：
（3）将n=3代入中得： ①
由玻尔能级公式可得： ②
又由③
由①②③可得：