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2019-2020学年高中物理单元检测AB卷
选修3-5第十八章 原子结构-A卷基础篇（原卷版）
（时间：90分钟，满分：100分）
第I卷 选择题
一、单项选择题 (每题3分，8小题，共24分)
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
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
3．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，从而增加能量
B．阴极射线通过偏转电场时不会发生偏转
C．阴极射线通过偏转电场时能够改变方向
D．阴极射线通过磁场时方向可能发生改变
4．如图所示为氢原子能级示意图的一部分，一群原来处于n＝4能级的氢原子跃迁到n＝1能级的过程中( )
A．放出三种频率不同的光子
B．放出六种频率不同的光子
C．氢原子放出光子后，核外电子运动的动能将减小
D．从n＝4的能级跃迁到n＝3的能级时，辐射出的光子的波长最短
5．α粒子散射实验中，不考虑电子和α粒子的碰撞影响，是因为( )
A．α粒子与电子根本无相互作用
B．α粒子受电子作用的合力为零，是因为电子是均匀分布的
C．α粒子和电子碰撞损失能量极少，可忽略不计
D．电子很小，α粒子碰撞不到电子
6．如图(1)所示为氢原子的能级，图(2)为氢原子的光谱。已知谱线a是氢原子从n＝4的能级跃迁到n＝2的能级时的辐射光，则谱线b是氢原子( )
A．从n＝3的能级跃迁到n＝2的能级时的辐射光
B．从n＝5的能级跃迁到n＝2的能级时的辐射光
C．从n＝4的能级跃迁到n＝3的能级时的辐射光
D．从n＝1的能级跃迁到n＝2的能级时的辐射光
7．氢原子从n＝4的激发态直接跃迁到n＝2的激发态时，发出蓝色光，则当氢原子从n＝5的激发态直接跃迁到n＝2的激发态时，可能发出的是( )
A．红外线 B．红光
C．紫光 D．γ射线
8．用紫外线照射一些物质时，会发生荧光效应，即发生可见光．这些物质中的原子先后发生两次跃迁，其能量变化分别为ΔE1和ΔE2.下列关于原子这两次跃迁的说法中正确的是( )
A．先向高能级跃迁，再向低能级跃迁，且|ΔE1|<|ΔE2|
B．先向高能级跃迁，再向低能级跃迁，且|ΔE1|>|ΔE2|
C．两次均向高能级跃迁，且|ΔE1|>|ΔE2|
D．两次均向低能级跃迁，且|ΔE1|<|ΔE2|
二、多项选择题（每题5分,共6小题，选不全得3分，有错误选项不得分，共30分）
9.下列叙述中符合物理史实的有( )
A．爱因斯坦提出光的电磁说
B．卢瑟福提出原子核式结构模型
C．麦克斯韦提出光子说
D．汤姆孙发现了电子
10．氢原子的核外电子由离核较远的轨道跃迁到离核较近的轨道上时，下列说法中正确的是( )
A．核外电子受力变小
B．原子的能量减少，电子的动能增加
C．氢原子要吸收一定频率的光子
D．氢原子要放出一定频率的光子
11．已知金属钙的逸出功为2.7 eV，氢原子的能级图如图所示，一群氢原子处于量子数n＝4的能级状态，则( )
A．氢原子可能辐射6种频率的光子
B．氢原子可能辐射8种频率的光子
C．有3种频率的辐射光子能使钙发生光电效应
D．有4种频率的辐射光子能使钙发生光电效应
12．对玻尔理论的评论，正确的是( )
A．玻尔理论的成功，说明经典电磁理论不适用于原子系统，也说明了电磁理论不适用于电子运动
B．玻尔理论成功地解释了氢原子光谱的规律，为量子力学的建立奠定了基础
C．玻尔理论的成功之处是引入量子观念
D．玻尔理论的成功之处，是它保留了经典理论中的一些观点，如电子轨道的概念
13.如图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种不同频率的光。关于这些光,下列说法正确的是( )
A.由n=4能级跃迁到n=1能级产生的光子能量最大
B.由n=2能级跃迁到n=1能级产生的光子频率最小
C.这些氢原子总共可辐射出3种不同频率的光
D.用n=2能级跃迁到n=1能级辐射出的光照射逸出功为6.34 eV的金属铂能发生光电效应
14.氢原子能级图的一部分如图所示，a、b、c分别表示氢原子在不同能级间的三种跃迁途径，设在a、b、c三种跃迁过程中，放出光子的能量和波长分别是Ea、Eb、Ec和λa、λb、λc，则( )
A．λb＝λa＋λc B.＝＋
C．λb＝λaλc D．Eb＝Ea＋Ec
第Ⅱ卷 非选择题
三、计算题（共4个小题，共46分。）
15．(10分)图为氢原子最低的四个能级．氢原子在这些能级之间跃迁，所辐射的光子频率最多有几种？其中最小频率等于多少？
16．(12分)将氢原子电离，就是从外部供给电子能量，使其从基态或激发态脱离原子核的束缚而成为自由电子。
(1)若要使n＝2激发态的氢原子电离，至少要用多大频率的电磁波照射该氢原子？
(2)若用波长为200 nm的紫外线照射氢原子，则电子飞到离核无穷远处时的速度多大？(电子电荷量e＝1.6×10－19 C，电子质量me＝0.91×10－30 g)
17．(12分)处于n＝3的氢原子能够自发地向低能级跃迁，
(1)跃迁过程中电子动能和原子能量如何变化？
(2)可能辐射的光子波长是多少？(普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s)
18．(12分)原子可以从原子间的碰撞中获得能量，从而能发生能级跃迁(在碰撞中，动能损失最大的是完全非弹性碰撞)．一个具有13.6 eV动能、处于基态的氢原子与另一个静止的、也处于基态的氢原子发生对心正碰．
(1)是否可以使基态氢原子发生能级跃迁(氢原子能级如图所示)?
(2)若上述碰撞中可以使基态氢原子发生电离，则氢原子的初动能至少为多少？
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2019-2020学年高中物理单元检测AB卷
选修3-5第十八章 原子结构-A卷基础篇（解析版）
（时间：90分钟，满分：100分）
第I卷 选择题
一、单项选择题 (每题3分，8小题，共24分)
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，选项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，选项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，选项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．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，从而增加能量
B．阴极射线通过偏转电场时不会发生偏转
C．阴极射线通过偏转电场时能够改变方向
D．阴极射线通过磁场时方向可能发生改变
【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，B正确．
【答案】B
4．如图所示为氢原子能级示意图的一部分，一群原来处于n＝4能级的氢原子跃迁到n＝1能级的过程中( )
A．放出三种频率不同的光子
B．放出六种频率不同的光子
C．氢原子放出光子后，核外电子运动的动能将减小
D．从n＝4的能级跃迁到n＝3的能级时，辐射出的光子的波长最短
【答案】B
【解析】根据C＝6知，氢原子可能辐射6种频率的光子，故A错误，B正确；核外电子从高轨道跃迁到低轨道运转动能增大，C错误；根据ΔE＝h可知选项D错误。
5．α粒子散射实验中，不考虑电子和α粒子的碰撞影响，是因为( )
A．α粒子与电子根本无相互作用
B．α粒子受电子作用的合力为零，是因为电子是均匀分布的
C．α粒子和电子碰撞损失能量极少，可忽略不计
D．电子很小，α粒子碰撞不到电子
【答案】C
【解析】α粒子与电子之间存在着相互作用力，这个作用力是库仑引力，但由于电子质量很小，只有α粒子质量的1/7300，碰撞时对α粒子的运动影响极小，几乎不改变运动方向，就象一颗子弹撞上一颗尘埃一样，故答案为C。
6．如图(1)所示为氢原子的能级，图(2)为氢原子的光谱。已知谱线a是氢原子从n＝4的能级跃迁到n＝2的能级时的辐射光，则谱线b是氢原子( )
A．从n＝3的能级跃迁到n＝2的能级时的辐射光
B．从n＝5的能级跃迁到n＝2的能级时的辐射光
C．从n＝4的能级跃迁到n＝3的能级时的辐射光
D．从n＝1的能级跃迁到n＝2的能级时的辐射光
【答案】B
【解析】由图(2)看出b谱线对应的光的频率大于a谱线对应的光的频率，而a谱线是氢原子从n＝4能级跃迁到n＝2能级时的辐射光，所以b谱线对应的能级差应大于n＝4与n＝2间的能级差，故选项B正确。
7．氢原子从n＝4的激发态直接跃迁到n＝2的激发态时，发出蓝色光，则当氢原子从n＝5的激发态直接跃迁到n＝2的激发态时，可能发出的是( )
A．红外线 B．红光
C．紫光 D．γ射线
【解析】n＝5的激发态直接跃迁到n＝2发出的光子的能量大于n＝4的激发态直接跃迁到n＝2上的，所以是紫光．γ射线是由原子核受到激发发出的，所以不属于此种情况．
【答案】C
8．用紫外线照射一些物质时，会发生荧光效应，即发生可见光．这些物质中的原子先后发生两次跃迁，其能量变化分别为ΔE1和ΔE2.下列关于原子这两次跃迁的说法中正确的是( )
A．先向高能级跃迁，再向低能级跃迁，且|ΔE1|<|ΔE2|
B．先向高能级跃迁，再向低能级跃迁，且|ΔE1|>|ΔE2|
C．两次均向高能级跃迁，且|ΔE1|>|ΔE2|
D．两次均向低能级跃迁，且|ΔE1|<|ΔE2|
【解析】物质原子吸收紫外线，由低能级向高能级跃迁，处于高能级的原子再向低能级跃迁，发出可见光，因紫外线光子能量大于可见光的光子能量，故|ΔE1|>|ΔE2|，B正确．
【答案】B
二、多项选择题（每题5分,共6小题，选不全得3分，有错误选项不得分，共30分）
9.下列叙述中符合物理史实的有( )
A．爱因斯坦提出光的电磁说
B．卢瑟福提出原子核式结构模型
C．麦克斯韦提出光子说
D．汤姆孙发现了电子
【解析】爱因斯坦提出光子说，麦克斯韦提出光的电磁说．
【答案】BD
10．氢原子的核外电子由离核较远的轨道跃迁到离核较近的轨道上时，下列说法中正确的是( )
A．核外电子受力变小
B．原子的能量减少，电子的动能增加
C．氢原子要吸收一定频率的光子
D．氢原子要放出一定频率的光子
【答案】 BD
【解析】根据玻尔原子模型，核外电子绕氢原子核高速运转是由原子核对电子的库仑引力提供向心力的，即F＝＝m，可知r越小，F越大；v＝ ，即r越小，v越大；电子由高能级跃迁到较低能级时，要放出一定的能量，辐射出一定频率的光子，选项B、D正确．
11．已知金属钙的逸出功为2.7 eV，氢原子的能级图如图所示，一群氢原子处于量子数n＝4的能级状态，则( )
A．氢原子可能辐射6种频率的光子
B．氢原子可能辐射8种频率的光子
C．有3种频率的辐射光子能使钙发生光电效应
D．有4种频率的辐射光子能使钙发生光电效应
【答案】 AC
【解析】 由N＝知，氢原子可能放出6种频率的光子，选项A正确，B错误；原子由n＝4能级向低能级跃迁放出的6种频率的光子中，由hν＝Em－En知有3种频率的光子能量大于金属钙的逸出功2.7 eV，所以选项C正确，D错误．
12．对玻尔理论的评论，正确的是( )
A．玻尔理论的成功，说明经典电磁理论不适用于原子系统，也说明了电磁理论不适用于电子运动
B．玻尔理论成功地解释了氢原子光谱的规律，为量子力学的建立奠定了基础
C．玻尔理论的成功之处是引入量子观念
D．玻尔理论的成功之处，是它保留了经典理论中的一些观点，如电子轨道的概念
【答案】BC
【解析】选BC 玻尔原子理论的成功之处在于引入量子观点，并成功地解释了氢原子光谱的规律，B、C正确。
13.如图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种不同频率的光。关于这些光,下列说法正确的是( )
A.由n=4能级跃迁到n=1能级产生的光子能量最大
B.由n=2能级跃迁到n=1能级产生的光子频率最小
C.这些氢原子总共可辐射出3种不同频率的光
D.用n=2能级跃迁到n=1能级辐射出的光照射逸出功为6.34 eV的金属铂能发生光电效应
【解析】根据hν=Em-En,原子由n=4能级跃迁到n=1能级时,能级差最大,产生的光子能量最大,选项A正确。原子由n=4能级跃迁到n=3能级时,能级差最小,产生的光子能量最小,频率最小,选项B错误。这些氢原子从n=4能级向低能级跃迁时可辐射出6种不同频率的光子,选项C错误。原子由n=2能级跃迁到n=1能级辐射出的光子的能量为E=-3.4 eV-(-13.6 eV)=10.2 eV,大于铂的逸出功,能使铂发生光电效应,选项D正确。
【答案】AD
14.氢原子能级图的一部分如图所示，a、b、c分别表示氢原子在不同能级间的三种跃迁途径，设在a、b、c三种跃迁过程中，放出光子的能量和波长分别是Ea、Eb、Ec和λa、λb、λc，则( )
A．λb＝λa＋λc B.＝＋
C．λb＝λaλc D．Eb＝Ea＋Ec
【解析】Ea＝E3－E2，Eb＝E3－E1，Ec＝E2－E1，所以Eb＝Ea＋Ec，D正确；由ν＝得λa＝，λb＝，λc＝，取倒数后得到＝＋，B正确．
【答案】BD
第Ⅱ卷 非选择题
三、计算题（共4个小题，共46分。）
15．(10分)图为氢原子最低的四个能级．氢原子在这些能级之间跃迁，所辐射的光子频率最多有几种？其中最小频率等于多少？
【解析】根据谱线种数公式，频率种数最多为
N＝＝＝6.
从能级E4跃迁到E3，辐射的光子能量最小，频率最低，且为
νmin＝＝ Hz
＝1.6×1014 Hz.
【答案】 6 1.6×1014 Hz
16．(12分)将氢原子电离，就是从外部供给电子能量，使其从基态或激发态脱离原子核的束缚而成为自由电子。
(1)若要使n＝2激发态的氢原子电离，至少要用多大频率的电磁波照射该氢原子？
(2)若用波长为200 nm的紫外线照射氢原子，则电子飞到离核无穷远处时的速度多大？(电子电荷量e＝1.6×10－19 C，电子质量me＝0.91×10－30 g)
【解析】(1)n＝2时，E2＝ eV＝－3.4 eV，
n＝∞时，E∞＝0
要使n＝2的氢原子电离，电离能
ΔE＝E∞－E2＝3.4 eV，
ν＝＝ H ≈8.21×1014 H 。
(2)波长为200 nm的紫外线一个光子所具有的能量为
E0＝hν＝h
＝6.63×10－34× J
＝9.945×10－19 J
电离能ΔE＝3.4×1.6×10－19 J＝5.44×10－19 J
由能量守恒hν－ΔE＝mev2，
代入数值解得v≈9.95×105 m/s。
【答案】(1)8.21×1014 H (2)9.95×105 m/s
17．(12分)处于n＝3的氢原子能够自发地向低能级跃迁，
(1)跃迁过程中电子动能和原子能量如何变化？
(2)可能辐射的光子波长是多少？(普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s)
【解析】 (1)电子从外轨道进入内轨道，半径变小，
由于k＝m，则Ek＝mv2＝，由此可知动能增大；在此过程中，原子向外辐射光子，因此原子能量减少．
(2)原子的可能跃迁及相应波长
①从n＝3到n＝2
而E3＝－1.51 eV，E2＝－3.4 eV
由hν＝h＝Em－En得
λ1＝＝ m＝6.58×10－7 m
②从n＝3到n＝1而E1＝－13.60 eV
λ2＝＝ m＝1.03×10－7 m
③从n＝2到n＝1，则
λ3＝＝ m＝1.22×10－7 m.
【答案】 (1)电子动能增大，原子能量减少 (2)6.58×10－7 m 1.03×10－7 m 1.22×10－7 m
18．(12分)原子可以从原子间的碰撞中获得能量，从而能发生能级跃迁(在碰撞中，动能损失最大的是完全非弹性碰撞)．一个具有13.6 eV动能、处于基态的氢原子与另一个静止的、也处于基态的氢原子发生对心正碰．
(1)是否可以使基态氢原子发生能级跃迁(氢原子能级如图所示)?
(2)若上述碰撞中可以使基态氢原子发生电离，则氢原子的初动能至少为多少？
【解析】(1)设运动氢原子的速度为v0，完全非弹性碰撞后两者的速度为v，损失的动能ΔE被基态原子吸收．
若ΔE＝10.2 eV，则基态氢原子可由n＝1跃迁到n＝2.
由动量守恒和能量守恒有：
mv0＝mv，①
mv＝mv2＋mv2＋ΔE，②
mv＝Ek，③
Ek＝13.6 eV.④
解①②③④得，ΔE＝·mv＝6.8 eV.
因为ΔE＝6.8 eV＜10.2 eV，所以不能使基态氢原子发生跃迁．
(2)若使基态氢原子电离，则ΔE＝13.6 eV，
代入①②③得Ek＝27.2 eV.
【答案】(1)不能 (2)27.2 eV
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