济南历城四中2019-2020学年高中物理鲁科版选修3-5：原子结构 单元测试题（含解析）

原子结构
1．如图 为氢原子的能级示意图。现有一群处于 n=4 能级的氢原子，在它们向低能级跃迁时能辐射出的光子种类及这些光子中波长最长的光子对应的能量分别为
A．6，0.66 eV B．6，12.75 eV C．4，0.66 eV D．4，12.75 eV
2．卢瑟福提出原子核式结构的实验基础是α粒子散射实验，在α粒子散射实验中，大多数α粒子穿越金箔后仍然沿着原来的方向运动，其较为合理的解释是(　　)
A．α粒子穿越金箔时距离原子核较近
B．α粒子穿越金箔时距离原子核较远
C．α粒子穿越金箔时没有受到原子核的作用力
D．α粒子穿越金箔时受到原子核与电子的作用力构成平衡力
3．如图为氢原子的能级图，已知可见光的光子的能量范围为1.62～3.11eV，普朗克常量h=6.63×10-34J·s，那么对氢原子在能级跃迁的过程中辐射或吸收光子的特征认识正确的是（　　）
A．用能量为11.0eV的光子照射氢原子，可使处于基态的氢原子跃迁到激发态
B．处于n＝2能级的氢原子能吸收任意频率的紫外线
C．处于n＝3能级的氢原子可以吸收任意频率的紫外线，并且使氢原子电离
D．用波长为60nm的伦琴射线照射，不能使处于基态的氢原子电离出自由电子
4．根据玻尔理论，下列说法正确的是( 　)
A．原子处于定态时，虽然电子做变速运动，但并不向外辐射能量
B．氢原子的核外电子由较高能级跃迁到较低能级时，要释放一定频率的光子，电势能的减少量大于动能的增加量
C．氢原子可以吸收小于使氢原子电离能量的任意能量的光子，因而轨道半径可以连续增大
D．电子没有确定轨道，所以轨道是连续的
5．如图所示为氢原子的能级示意图，对于处于n=4激发态的一群氢原子来说，则（ ）
A．由n=2跃迁到n=1时发出光子的能量最大
B．由较高能级跃迁到较低能级，电子轨道半径减小，动能增大
C．当氢原子自发向低能级跃迁时，可发出3种光谱线
D．由n=4跃迁到n=1发出光子频率是n=4跃迁到n=2发出的光子频率的6倍
6．氢原子从能级A跃迁到能级B，吸收频率 v1的光子，从能级B跃迁到能级C释放频率 v2的光子，若 v2＞v1则当它从能级C跃迁到能级A将
A．放出频率为 的光子 B．放出频率为的光子
C．吸收频率为 的光子 D．吸收频率为 的光子
7．氢原子能级示意图如图所示，处于n=4能级的静止氢原子，辐射出光子后，能使金属钨发生光电效应，已知钨的逸出功为4.54eV，下述说法中正确的是
A．氢原子辐射的光子都能使钨发生光电效应
B．光电子的最大初动能为8.21eV
C．钨能吸收两个从n=4向n=2能级跃迁的光子而发生光电效应
D．氢原子辐射一个光子后，氢原子核外电子的速率减小
8．1909年英国物理学家卢瑟福用粒子轰击金箔，下列关于该实验的描述错误的是（ ）
A．粒子轰击金箔的实验需在真空条件下完成
B．粒子的散射实验揭示了原子核有复杂的结构
C．实验结果表明绝大多数粒子穿过金箔后没有发生散射
D．粒子从金原子内部穿出后携带了原子内部结构的信息
9．如图所示为氢原子能级示意图，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，下列说法正确的是
A．这些氢原子总共可辐射出3种不同频率的光
B．由n＝2能级跃迁到n＝1能级产生的光频率最小
C．由n＝4能级跃迁到n＝1能级产生的光频率最小
D．用n＝2能级跃迁到n＝1能级辐射出的光照射逸出功为6.34eV的金属铂能发生光电效应
10．下列说法正确的是(　　)
A．牛顿发现了万有引力定律并最早测出了引力常量
B．当原子由高能级向低能级跃迁时会辐射光子
C．光电效应证实了光的波动性
D．卢瑟福通过α粒子散射实验确定了原子核是由质子和中子构成的
11．氢原子光谱在可见光部分只有四条谱线，它们分别是从n为3、4、5、6的能级直接向n=2能级跃迁时产生的．四条谱线中，一条红色、一条蓝色、两条紫色，则下列说法不正确的是（ ）
A．红色光谱是氢原子从n=3能级向n=2能级跃迁时产生的
B．若氢原子从n=6能级直接向n=1能级跃迁，则能够产生红外线
C．若氢原子从n=6能级直接向n=3能级跃迁时所产生的辐射不能使某金属发生光电效应，则氢原子从n=6能级直接向n=2能级跃迁时所产生的辐射将可能使该金属发生光电效应
D．若氢原子从n=3能级向n=2能级跃迁时所产生的辐射能使某金属发生光电效应，则氢原子从n=6能级直接向n=2能级跃迁时所产生的辐射一定能使该金属发生光电效应
12．氢原子能级图如图所示，当氢原子从n＝3跃迁到n＝2的能级时，辐射光的波长为656 nm.以下判断正确的是(　 　)
A．氢原子从n＝2跃迁到n＝1的能级时，辐射光的波长大于656 nm
B．氢原子从n＝4跃迁到n＝3的能级辐射光的波长小于656 nm
C．用波长为633 nm的光照射，能使氢原子从n＝2跃迁到n＝3的能级
D．一群处于n＝3能级上的氢原子向低能级跃迁时最多产生3种谱线
13．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大
C．原子能量越大
D．电势能越小
14．下列说法正确的是（ ）
A．电子的发现使人们认识到原子是可以再分的
B．普朗克在研究黑体辐射问题时提出了能量子假说
C．卢瑟福通过粒子散射实验提出了原子的核式结构模型
D．康普顿效应为物质波理论提供了实验支持
15．下列有关玻尔原子理论及氢原子能级的说法，正确的是（ ）
A．原子中的电子在某一定态时，电子绕原子核运动，但不向外辐射能量
B．原子中的电子运行轨道分布是连续的
C．氢原子的核外电子由一个能级跃迁到另一个能级吸收光子后，氢原子的能量增大
D．原子从低能级能级向高能级跃迁时，可吸收任何频率的光子
16．氢原子的能级如图所示，下列说法正确的是(??? ?)
A．用能量为12.11?eV的光照射一个基态氢原子，最多能辐射出2种不同频率的光子
B．用能量为12.09?eV的光照射一群基态氢原子，最多能辐射出3种不同频率的光子
C．用能量为12.75?eV的光照射一个基态氢原子，最多能辐射出3种不同频率的光子
D．用能量为12.75?eV的光照射一群基态氢原子，最多能辐射出5种不同频率的光子
17．（1）如图所示为卢瑟福和他的同事们做α粒子散射实验的装置示意图，荧光屏和显微镜一起分别放在图中的A、B、C、D四个位置时，观察到的现象描述正确的是__________
A．在A位置时，相同时间内观察到屏上的闪光次数最多
B．在B位置时，相同时间内观察到屏上的闪光次数比在A位置时稍多些
C．在C、D位置时，屏上观察不到闪光
D．在D位置时，屏上仍能观察到一些闪光，但次数极少
（2）在演示光电效应的实验中，原来不带电的一块锌板与灵敏验电器相连，用弧光灯照射锌板时，验电器指针张开一个角度，如图所示，这时_______?
A．锌板带正电，指针带负电
B．锌板带正电，指针带正电
C．锌板带负电，指针带正电
D．锌板带负电，指针带负电
（3）某种频率的光射到金属表面上时，金属表面有电子逸出，如光的频率不变而强度减弱，那么下述结论中正确的是________
A．光的强度减弱到某一数值时，就没有电子逸出
B．逸出的电子数减少
C．逸出的电子数和最大初动能都减小
D．逸出的电子最大初动能不变．
18．氢原子的能级如图所示，一群氢原子受激发后处于n=3能级．当它们向基态跃迁时，辐射的光照射光电管阴极K，电子在极短时间内吸收光子形成光电效应．实验测得其遏止电压为10.92V．求：
（1）氢原子从n=3能级向基态跃迁，辐射光子的能量；
（2）逸出光电子的最大初动能Ek初；
（3）写出该光电效应方程，并求出逸出功．（能量单位用eV表示）
19．根据波尔理论，氢原子处于激发态的能量与轨道量子数n的关系为（E1表示处于基态原子的能量，具体值未知）．一群处于n=4能级的该原子，向低能级跃迁时发出几种光，其中只有两种频率的光能使某种金属发生光电效应，这两种光的频率中较低的为．已知普朗克常量为h，真空中的光速为c，电子质量为m，不考虑相对论效应．求：
（1）频率为的光子的动量大小；
（2）该原子处于基态的原子能量E1（用已知物理量符号表示）；
（3）若频率为的光子与静止电子发生正碰，碰后电子获得的速度为v，碰后光子速度方向没有改变，求碰后光子的动量．
20．下图为氢原子的能级图，氢原子从某一能级跃迁到n=2的能级，辐射出能量为2.55 eV的光子．
（1）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?
（2）请在图中画出获得该能量后的氢原子可能的辐射跃迁图．
（3）若用波长为200 nm的紫外线照射n＝2激发态的氢原子，则电子飞到离核无穷远处时的德布罗意波长为多少？(电子电荷量e＝1.6×10－19C，普朗克常量h＝6.63×10－34J·s，电子质量me＝9.1×10－31kg) (该结果保留两位有效数字)
参考答案
1．A
【解析】
根据玻尔的跃迁理论，一群出去n=4能级的氢原子，向低能级跃迁可以辐射出6种不同频率的光子，其中从n=4直接跃迁到n=3的光子能量最小，波长最长，由跃迁理论可求该光子的能量为hυ=E4-E3=0.66eV，所以A正确；B、C、D错误。
2．B
【解析】
A.当α粒子与核十分接近时，会受到很大库仑斥力，会发生大角度的偏转，故A错误；
BCD.当α粒子穿过原子时，电子对α粒子影响很小，影响α粒子运动的主要是原子核，离核较远的α粒子受到的库仑斥力很小，运动方向改变小，故B正确，CD错误．
故选B。
3．C
【解析】
A．因为11.0eV不是基态与任何一个能级的能级差，故用能量为11.0eV的光子照射氢原子，不可使处于基态的氢原子跃迁到激发态，选项A错误；
B．处于n＝2能级的氢原子只能吸收能量大于3.11eV的紫外线，即只能吸收能量为3.4eV的紫外线而发生电离，选项B错误；
C．紫外线光子的最小能量为3.11eV，处于n=3能级的氢原子的电离能为1.51eV，故处于n=3能级的氢原子可以吸收任意频率的紫外线，并且使氢原子电离，故C正确；
D．氢原子在基态时所具有的能量为-13.6eV，将其电离变是使电子跃迁到无穷远需要13.6eV能量，波长为60nm的伦琴射线的光子的能量为
所以用波长为60nm的伦琴射线照射，能使处于基态的氢原子电离出自由电子，故D错误；
故选C。
【点睛】
此题是对波尔理论的考查；解决本题的关键知道什么是电离，以及能级的跃迁满足，注意吸收光子是向高能级跃迁，释放光子是向低能级跃迁，同时掌握吸收或释放能量要正好等于能级之差。
4．A
【解析】
根据玻尔理论，原子处于定态时，虽然电子做变速运动，但并不向外辐射能量，选项A正确； 氢原子的核外电子由较高能级跃迁到较低能级时，要释放一定频率的光子，总能量减小，电势能的减少，动能的增加量，则电势能的减少量大于动能的增加量，选项B错误；氢原子只能吸收小于使氢原子电离能量的一定能量频率的光子，轨道半径不是连续增大，原子的不同能量状态与电子沿不同的圆轨道绕核运动相对应，而电子的可能轨道的分布是不连续的，选项C错误；电子有确定轨道，选项D错误；故选A．
点睛：解答此题关键是掌握玻尔原子模型的三个假设：
（1）轨道假设：原子中的电子在库仑引力的作用下，绕原子核做圆周运动，电子绕核运动的可能轨道是不连续的．
（2）定态假设：电子在不同的轨道上运动时，原子处于不同的状态，因而具有不同的能量，即原子的能量是不连续的．这些具有确定能量的稳定状态称为定态，在各个定态中，原子是稳定的，不向外辐射能量．
（3）跃迁假设：原子从一个能量状态向另一个能量状态跃迁时要吸收或放出一定频率的光子，光子的能量等于两个状态的 能级差，即hν=Em-En．
5．B
【解析】
根据得由n=4跃迁到n=1时，由于两能级间能级差最大，则光子能量最大，由n=4跃迁到n=1发出光子的能量为，n=4跃迁到n=2发出的能量为，两者能量不是六倍关系，所以发出的光子的频率不是六倍关系，AD错误；能级跃迁时，由于高能级轨道半径较大，速度较小，电势能较大，故氢原子的核外电子由较高能级跃迁到较低能级时，要释放一定频率的光子，同时电子的动能增大，电势能减小，B正确；根据知，一群处于n=4能级的氢原子向较低能级跃迁，能产生6种不同频率的光子，故C错误．
6．D
【解析】
【详解】
氢原子从能级A跃迁到能级B吸收光子，则B能级的能量大于A能级的能量，由玻尔理论有：EB-EA=hv1．从能级A跃迁到能级C，释放光子，则A能级的能量大于C能级的能量，由玻尔理论有：EA-EC=hv2．由以上两式得：EB-EC=hv1+hv2，所以氢原子由C能级跃迁到B能级要吸收光子，由 hv=hv1+hv2，所吸收的光子频率为 v=v1+v2．故D正确，ABC错误．
故选D．
7．B
【解析】A、根据波尔的氢原子结构理论，n=4能级的氢原子向低能级跃迁可发出6种光子，这六种光子中由n=4、3、2向基态跃迁的放出的光子能力大于钨的逸出功，可发生光电效应，A错误；B、最大的光子能力为E=E4-E1=12.75eV，根据光电效应放出Ekm=hv-W0=8.21eV，B正确；C、金属只吸收大于极限频率的光子，发生光电效应，C错误；D、氢原子辐射一个光子后，氢原子核外电子到较低的轨道上运动，运动的速率增大，D错误。故选B。
【点睛】解决本题的关键知道能级间跃迁辐射或吸收光子的能量等于两能级间的能级差，以及掌握光电效应方程EKm=hv-W0．
8．B
【解析】
【分析】
【详解】
当粒子穿过原子时，电子对粒子影响很小，影响粒子运动的主要是原子核，离核远则粒子受到的库仑斥力很小，运动方向改变小。只有当粒子与核十分接近时，才会受到很大库仑斥力，而原子核很小，所以粒子接近它的机会就很少，所以只有极少数大角度的偏转，而绝大多数基本按直线方向前进。
A．粒子轰击金箔的实验需在真空条件下完成，故A正确，不符合题意；
B．粒子的散射实验揭示了原子具有复杂的核式结构，故B错误，符合题意；
C．实验结果表明绝大多数粒子穿过金箔后不发生了散射，故C正确，不符合题意；
D．从金原子内部出来后携带了原子内部的信息，故D正确，不符合题意。
故选B。
9．D
【解析】
【详解】
A、根据知这些氢原子总共可辐射6种不同频率的光子，故选项A错误；
BC、和间的能级差最小，辐射的光子频率最小；和间的能级差最大，辐射的光子频率最大，波长最小，故选项B、C错误；
D、用能级跃迁到能级辐射出的光子能量为10.2eV，大于金属的逸出功，可知能发生光电效应，故选项D正确。
10．B
【解析】
【详解】
牛顿发现了万有引力定律，卡文迪许最早测出了引力常量，选项A错误；根据玻尔理论，当原子由高能级向低能级跃迁时会辐射光子，选项B正确；光电效应证实了光的粒子性，选项C错误；卢瑟福通过α粒子散射实验确定了原子的核式结构理论，选项D错误.
11．B
【解析】
【详解】
A.根据波尔理论可以得出，红色光的波长最长，所以红色光跃迁释放能量最小，是从n=3能级向n=2能级跃迁时产生的，A正确．
B.从n=6能级直接向n=1能级跃迁释放能量比从n=6能级向n=2能级跃迁时能量大，不可能产生红外线，B错误．
C.从n=6能级直接向n=2能级跃迁时所产生的辐射能量大于从n=6能级直接向n=3能级跃迁时所产生的辐射能量，频率更高，可能使该金属发生光电效应，C正确．
D.从n=6能级直接向n=2能级跃迁时所产生的辐射能量大于从n=3能级向n=2能级跃迁时所产生的辐射能量，频率更高，一定能使该金属发生光电效应，D正确．
12．D
【解析】
【详解】
A.根据波尔理论有：，所以能量差越大，波长越短，从从n＝2跃迁到n＝1的能级差大于n＝3跃迁到n＝2的能级差，所以波长小于656 nm；从n＝4跃迁到n＝3的能级差小于n＝3跃迁到n＝2的能级差，所以波长大于656 nm，AB错误
C.根据波尔理论：氢原子从n＝3跃迁到n＝2的能级时，辐射光的波长为656 nm.，从n＝2跃迁到n＝3的能级需吸收波长为656 nm的光子，C错误
D.一群处于n＝3能级上的氢原子向低能级跃迁时最多产生种谱线，D正确
13．C
【解析】
【分析】
在氢原子中，量子数n越大，轨道半径越大，根据库仑引力提供向心力，判断核外电子运动的速度的变化，从而判断出电子动能的变化，根据能量的变化得出电势能的变化．
【详解】
在氢原子中，量子数n越大，电子的轨道半径越大，根据知，r越大，v越小，则电子的动能减小。因为量子数增大，原子能级的能量增大，动能减小，则电势能增大，C正确．
【点睛】
解决本题的关键知道量子数越大，轨道半径越大，原子能级的能量越大，以及知道原子能量等于电子动能和势能的总和．
14．ABC
【解析】
【详解】
电子的发现使人们认识到原子是可以再分的，选项A正确；普朗克在研究黑体辐射问题时提出了能量子假说，选项B正确；卢瑟福通过粒子散射实验提出了原子的核式结构模型，选项C正确；康普顿效应表明光子有能量，也有动量，为光的粒子性理论提供了实验支撑，故D错误.
15．AC
【解析】
【详解】
根据玻尔原子理论，原子中的电子在某一定态时，电子绕原子核运动，但不向外辐射能量，选项A正确；原子中的电子运行轨道分布是不连续的，选项B错误；氢原子的核外电子由一个能级跃迁到另一个能级吸收光子后，氢原子的能量增大，选项C正确；从低能级向高能级跃迁时，可吸收特定频率的光子，故D错误。
16．BC
【解析】
【详解】
用能量为12.11?eV的光照射一个基态氢原子，不能被氢原子吸收，则也就不能辐射光子，选项A错误；因为-13.6+12.09=-1.51eV，可知用能量为12.09?eV的光照射一群基态氢原子，原子的能量升高到n=3能级，该原子在自发地向基态跃迁的过程中，最多能辐射出=3种不同频率的光子。故B正确；因为-13.6+12.75=-0.85eV，可知用能量为12.09?eV的光照射一个基态氢原子，原子的能量升高到n=4能级，该原子在自发地向基态跃迁的过程中，辐射的情况最多为从4→3→2→1的途径。可知一个n=4能量态的氢原子，最多能辐射出3种不同频率的光子。故C正确；结合C的分析可知，用能量为12.75?eV的光照射一群基态氢原子，原子的能量升高到n=4能级，最多能辐射出＝6种不同频率的光子。故D错误。
17．AD B BD
【解析】
【详解】
（1)A.放在位置时，相同时间内观察到屏上的闪光次数最多，说明大多数射线基本不偏折，可知金箔原子内部很空旷，故A正确
B.放在位置时，相同时间内观察到屏上的闪光次数较少，说明较少射线发生偏折，知原子内部带正电的体积小。故B错误。
C.放在、位置时，屏上仍能观察一些闪光，但次数极少，说明极少数射线较大偏折，可知原子内部带正电的体积小且质量大。故C错误；
D.放在位置时，屏上可以观察到闪光，只不过很少很少，说明很少很少的射线发生大角度的偏折。故D正确。
（2）用紫外线照射锌板时，发生光电效应，有电子从锌板逸出，锌板失去电子带正电，所以验电器带正电而张开一定角度，锌板、指针均带正电，故ACD错误，B正确。
（3)A.光照强度减弱，单位时间内照射到金属表面的光子数目减小，因此单位时间内产生的光电子数目减小，但是仍能发生光电效应。故A错误
B.光照强度减弱，单位时间内照射到金属表面的光子数目减小，因此单位时间内产生
的光电子数目减小。故B正确
C.发生光电效应时，根据爱因斯坦光电效应方程可知，光电子的最大初动能为：，为逸出功，由此可知光电子的最大初动能随着入射光的频率增大而增大，与光照强度无关。故C错误。
D. 根据爱因斯坦光电效应方程可知，光电子的最大初动能为：，由于光的频率不变，所以逸出的电子最大初动能不变。故D正确。
18．（1）氢原子从n=3能级向基态跃迁，辐射光子的能量为12.09eV；（2）逸出光电子的最大初动能为10.92eV；（3）逸出功为1.17eV
【解析】
【详解】
(1) 氢原子从n=3能级向基态跃迁，辐射光子的能量为：
；
(2) 逸出光电子的最大初动能为：；
(3) 根据光电效应方程得：，代入数据解得：。
19．（1）（2）（3）．
【解析】
【详解】
（1）由，，可得：
（2）从n=4能级向低能级跃迁时发出6种频率的光，其中最大的两种频率分别是从n=4能级跃迁到n=1能级、从n=3能级跃迁到n=1能级，较低的为从n=3能级跃迁到n=1能级过程发出的光．，
解得：，
（3）由动量守恒：，
解得：
20．（1）12.75 eV　
（2）跃迁图：
（3） =7.3×10-10m（或=7.4×10-10m）
【解析】
【详解】
(1)氢原子从某一能级跃迁到n=2的能级，辐射出光子一定是从大于n=2的能级跃迁的，辐射光子的频率满足：hν=Em-E2 ，则Em=hν+E2=-0.85 eV，结合题图知m=4 基态氢原子要跃迁到m=4的能级，应吸收的能量为ΔE=E4-E1，ΔE=12.75 eV，所以最少给基态氢原子提供12.75 eV的能量．
(2)辐射跃迁图如图所示．
(3)波长为200 nm的紫外线一个光子所具有的能量：E0＝＝9.945×10－19J ，由能量守恒得电子飞到离核无穷远处时的动能 EK＝E0－E1，电子动量 ，电子的德布罗意波长 ，代入数值解得=7.3×10-10m（或=7.4×10-10m）