济南济北中学2019-2020学年高中物理鲁科版选修3-5：原子结构 单元测试（含解析）

原子结构
1．下列说法正确的是( )
A．烧红的煤块和白炽灯发出的都是连续光谱
B．生活中试电笔内氖管和霓红灯发光都连续是光谱
C．用光谱管观察酒精灯火焰上钠盐的光谱可以看到钠的吸收光谱
D．神舟七号三名宇航员在绕着地球飞行中能够观察到太阳的连续光谱
2．人们平时所用的钟表，精度高的每年大约会有1分钟的误差，这对日常生活是没有影响的，但在要求很高的生产、科研中就需要更准确的计时工具。原子钟是利用原子吸收或释放能量时发出的电磁波来计时的，精度可以达到每2000万年误差1秒。某种原子钟利用氢原子从高能级向低能级跃迁发出的电磁波来计时，一群处于n=3能级的氢原子向低能级跃迁，已知普朗克常量h=6．63×10-34J·s，电子的电荷量e=1．6×10-19C，辐射出的电磁波的最小频率约为
A．4.6×1015Hz B．4.6×1014Hz
C．2.4×1015Hz D．2.9×1016Hz
3．子与氢原子核(质子)构成的原子称为氢原子，它在原子核物理的研究中有重要作用。如图为氢原子的能级示意图，假定光子能量为E的一束光照射容器中大量处于能级的氢原子，氢原子吸收光子后，发出频率为和的光子，且频率依次增大，则等于
A． B． C． D．
4．关于粒子散射实验，下列说法中正确的是
A．绝大多数粒子经过金箔后，发生了角度很大的偏转
B．粒子离开原子核的过程中,电势能增加
C．粒子在接近原子的过程中，动能减少
D．对粒子散射实验数据进行分析，可以估算出粒子的大小
5．一个氢放电管发光，在其光谱中测得一条谱线的波长为1.22×10﹣7m，已知氢原子的能级的示意图如图所示，普朗克常量为h＝6.63×10﹣34J?s，电子电量为e＝1.60×10﹣19C，则该谱线所对应的氢原子的能级跃迁是（取三位有效数字）（　　）
A．从n＝5的能级跃迁到n＝3的能级
B．从n＝4的能级跃迁到n＝2的能级
C．从n＝3的能级跃迁到n=1的能级
D．从n＝2的能级跃迁到n＝1的能级
6．白炽灯发光产生的光谱是( )
A．明线光谱 B．连续光谱 C．原子光谱 D．吸收光谱
7．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，氢原子具有不同的能量。如图所示，为氢原子的能级示意图，一群氢原子（称为a群）处于n=3的激发态，他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2.29eV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．a群氢原子辐射的光子都能使金属钠产生光电效应
B．a群氢原子辐射的光子都能被b群氢原子吸收
C．a群氢原子能辐射出三种不同频率的光，其中从能级跃迁到能级所发出的光波长最短
D．a群氢原子辐射光子过程中，围绕质子做圆周运动的电子动能增大，电势能减小
8．如图为氢原子能级示意图的一部分，则氢原子
A．从能级跃迁到能级比从能级跃迁到能级辐射出电磁波的波长长
B．从能级跃迁到能级比从能级跃迁到能级辐射出电磁波的速度大
C．由n=2能级跃迁到n=1能级产生的光频率最小
D．从高能级向低能级跃迁时，氢原子核一定向外放出能量
9．在卢瑟福的a粒子散射实验中，有少数a粒子发生大角度偏转，其原因是
A．正电荷在原子中是均匀分布的
B．原子的正电荷和绝大部分质量集中在一个很小的核上
C．原子中存在着带负电的电子
D．原子只能处于一系列不连续的能量状态中
10．已知氢原子的能级规律为E1＝－13.6 eV、E2＝－3.4 eV、E3＝－1.51 eV、E4＝－0.85 eV.现用光子能量介于11～12.5 eV范围内的光去照射一大群处于基态的氢原子，则下列说法中正确的是(　　)
A．照射光中可能被基态氢原子吸收的光子只有1种
B．照射光中可能被基态氢原子吸收的光子有无数种
C．激发后的氢原子发射的不同能量的光子最多有3种
D．激发后的氢原子发射的不同能量的光子最多有2种
11．氢原子从基态向n=2能级跃迁时，吸收的光子频率为，从n=2能级向n=3能级跃迁时，吸收的光子频率为，则大量氢原子从n=3能级向低能级跃迁时，所辐射光子的频率可能为
A． B． C． D．
12．氢原子能级图如图所示，当氢原子从n=3的能级跃迁到n=2的能级时，辐射光子的波长为，下列判断正确的是
A．氢原子从n=2的能级跃迁到n=l的能级时，辐射光的波长大于
B．—个处于n=4的能级上的氢原子向低能级跃迁时最多放出6种光子
C．用能量为l.0eV的光子照射处于n=4能级的氢原子，可以使氢原子电离
D．用能量为11eV电子轰击处于基态的氢原子，可能使氢原子跃迁到激发态
13．图为卢瑟福和他的同事们做的α粒子散射实验装置示意图，以下说法中正确的是
A．选择金箔的理由是“金”这种原子具有较大的核电荷数和优良的延展性能
B．观察到α粒子多数进入A，少数进入B，没有进入C和D的
C．原子的直径大小约为原子核的直径大小的10万倍
D．实验装置可以不抽成真空
14．在人类对微观世界进行探索的过程中，科学实验起到了非常重要的作用。下列说法符合历史事实的是(　　)
A．密立根通过油滴实验测出了基本电荷的数值
B．贝克勒尔通过对天然放射现象的研究，发现了原子中存在原子核
C．卢瑟福通过α粒子散射实验证实了在原子核内部存在质子
D．汤姆逊通过阴极射线在电场和磁场中偏转的实验，发现了阴极射线是由带负电的粒子组成的，并测出了该粒子的比荷
15．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
16．下列四个图中，有关说法正确的是（　　）
A．链式反应属于重核的裂变
B．发现少数α粒子发生了较大偏转，证明原子是枣糕式结构模型
C．光电效应实验说明了光具有粒子性
D．射线甲由α粒子组成，每个粒子带两个单位正电荷
17．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，则(　 　)
A．ν0=ν3 B．ν3＝ν2＋ν1
C．ν0＝ν1＋ν2＋ν3 D．
18．氢原子的能级图如图所示，已知可见光光子的能量范围约为1.62eV～3.11eV，下列说法中正确的是（　　）
A．一个处于n＝4能级的氢原子向低能级跃迁时，可能发出2种不同频率的可见光
B．大量氢原子从高能级向n＝3能级跃迁时，产生的光具有显著的热效应
C．处于n＝3能级的氢原子吸收任意频率的紫外线，一定能够发生电离
D．处于n＝2能级的氢原子向n＝4能级跃迁时，核外电子的动能增大
19．如果大量氢原子处在n=3的能级,会辐射出________种频率的光? 其中波长最短的光是在________两个能级之间跃迁时发出的?
20．已知氢原子基态的电子轨道半径r1=5.30×10-11 m，量子数为 n的能级值为，静电力常量k=9.0×109 N·m2/C，元电荷e=1.60×10-19 C，普朗克常量h=6.63×10-34 J·s，1eV=1.60×10-19 J．问：
（1）求电子在基态轨道上做匀速圆周运动时的动能Ek1；（计算结果取3位有效数字）
（2）处于量子数n = 3激发态的一群氢原子能发出几种频率的光，画一能级图在图上用带有箭头的线表示出来（要求能级图上要标出量子数及所对应的能量值，能量单位要用eV）；
（3）求（2）问中频率最高的光的频率νm．（计算结果取2位有效数字）
参考答案
1．A
【解析】
连续分布的包含有从红光到紫光各种色光的光谱叫做连续光谱，如烧红的煤块和白炽灯出的都是连续光谱，A正确；生活中试电笔内氖管和霓虹灯发光光谱属于明线光谱，属于线状谱，B错误；在燃烧的酒精灯芯上放上少许食盐，用光谱管观察得到的光谱是钠的发射光谱，也是钠的线状光谱，C错误；太阳光谱是吸收光谱，其中的暗线，说明太阳表面的气体中存在与这些暗线相对应的元素，D错误．
2．B
【解析】
一群氢原子处于n=3的激发态向低能级跃迁，则辐射出光子的最小能量为：E小=3.4-1.51=1.89eV；依据：；故B正确，ACD错误。
3．B
【解析】
μ子吸收能量后从n=2能级跃迁到较高m能级，然后从m能级向较低能级跃迁，若从m能级向低能级跃迁时如果直接跃迁到基态n=1能级，则辐射的能量最大，否则跃迁到其它较低的激发态时μ子仍不稳定，将继续向基态和更低的激发态跃迁，即1、2、3…m任意两个轨道之间都可以产生一种频率的辐射光，故总共可以产生的辐射光子的种类为，解得m=4，即μ子吸收能量后先从n=2能级跃迁到n=4能级，然后从n=4能级向低能级跃迁。辐射光子的按能量从小到大的顺序排列为4能级到3能级，能级3到能级2，能级4到能级2，能级2到能级1，能级3到能级1，能级4到能级1．所以能量E与hν3相等。故B正确，ACD错误。
4．C
【解析】
对α粒子散射实验数据进行分析可知，绝大多数α粒子经过金箔后，方向不发生改变，仍按原来方向运动，选项A错误；α粒子离开原子核的过程中，库仑力做正功，则电势能减小，选项B错误；α粒子在接近原子的过程中，库仑力做负功，则动能减少，选项C正确；对α粒子散射实验的数据分析，可以估算出原子核的大小数量级，但不能估算出α粒子的大小，故D错误；
5．D
【解析】
光子能量为：，等于n=2和n=1间的能级差，所以该谱线所对应的氢原子的能级跃迁是从n=2的能级跃迁到n=1的能级．故D正确，ABC错误．
故选D。
6．B
【解析】
白炽灯发光产生的光谱是炽热的灯丝发射的连续光谱，故B正确，ACD错误．
7．D
【解析】
A、a群氢原子能发出三种频率不同的光，根据玻尔理论△E=Em-En（m＞n）得知，从n=3跃迁到n=1所发出的光能量最大，为12.09eV；从n=2跃迁到n=1辐射的光子能量为10.2eV，这两种光子的能量都大于逸出功，而从n=3跃迁到n=2所发出的光的能量为1.89eV，小于逸出功，所以能发生光电效应的光有两种。故A错误；
B、由△E=Em-En（m＞n）得知，b群的氢原子只能吸收特定频率的光子，其中由n=3向n=2辐射的光子不能被吸收。故B错误；
C、由E=hv=h得知，频率最高，波长最短，而从n=3跃迁到n=2所发出的光能量最小，发出的光波长最长。故C错误；
D、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。故D正确。
8．A
【解析】
从n=4能级跃迁到n=3能级比从n=3能级跃迁到n=2能级辐射的能量小，则辐射的光子频率小，波长大。故A正确。电磁波在真空中的传播速度相等，则从n=5能级跃迁到n=1能级与从n=5能级跃迁到n=4能级辐射出电磁波的速度相等。故B错误。由n=2能级跃迁到n=1能级，能级差不是最小的，则产生的光频率也不是最小的，选项C错误；从高能级向低能级跃迁时，氢原子一定向外放出能量，而不是氢原子核放出能量，选项D错误。
9．B
【解析】
【详解】
α粒子和电子之间有相互作用力，它们接近时就有库仑引力作用，但由于电子的质量只有α粒子质量的1/7300，粒子与电子碰撞就像一颗子弹与一个灰尘碰撞一样，α粒子质量大，其运动方向几乎不改变。α粒子散射实验中，有少数α粒子发生大角度偏转说明三点：一是原子内有一质量很大的粒子存在；二是这一粒子带有较大的正电荷；三是这一粒子的体积很小，则选项B正确，ACD错误。
10．AC
【解析】
光子能量介于11～12.5eV，只有光子能量为12.09eV的光子被吸收，跃迁到第三能级．故A正确，B错误．光子能量介于11～12.5eV，吸收光子能量，跃迁的最高能级为第3能级，第三能级向基态跃迁最多放出3种不同频率的光子．故C正确，D错误．
11．ABC
【解析】
【分析】
【详解】
氢原子从基态向 n=2 能级跃迁时，吸收的光子频率为，知n=1和n=2之间的能级差为，n=2 能级向 n=3 能级跃迁，吸收的光子频率为，知n=2和n=3之间的能级差为，则n=3与n=1之间的能级差，n=3向n=1跃迁辐射的光子频率为，n=3向n=2跃迁辐射的光子频率为，n=2向n=1跃迁辐射的光子频率为，故ABC正确．
12．CD
【解析】
【详解】
由能级图可知n=2和n=1的能级差大于n=3和n=2的能级差，则氢原子从n=2的能级跃迁到n=l的能级时辐射光的频率大于从n=3的能级跃迁到n=2的能级时辐射光子的频率，则氢原子从n=2的能级跃迁到n=l的能级时辐射光的波长小于从n=3的能级跃迁到n=2的能级时辐射光子的波长，选项A错误；—个处于n=4的能级上的氢原子向低能级跃迁时最多放出3种光子，分别对应4→3，3→2，2→1，选项B错误；n=4能级与n=∞的能级差为0.85eV，则用能量为l.0eV的光子照射处于n=4能级的氢原子，可以使氢原子电离，选项C正确；用能量为lleV电子轰击处于基态的氢原子，可能使氢原子跃迁到n=2的激发态，选项D正确.
13．AC
【解析】
【分析】
【详解】
A项：α粒子散射实验中,选用金箔是因为金具有很好的延展性,可以做成很薄的箔，α粒子很容易穿过，还有其原子序数大，粒子与金核间的库仑力大，发生偏转时明显，故A正确；
B项：大多数射线基本不偏折，少射线发生大角度的偏折，所以有α粒子进放C和D，故B错误；
C项：原子直径的数量级为，原子核直径的数量级为：，所以原子的直径大小约为原子核的直径大小的10万倍，故C正确；
D项：实验装置一定要抽成真空，原因主要是由于粒子的电离作用，若在空气中由于电离粒子只能前进几厘米，故D错误．
14．AD
【解析】密立根通过油滴实验测得了基本电荷的数值，故A正确；贝克勒尔发现了天然放射性现象，但没有发现原子中存在原子核，故B错误；卢瑟福通过α粒子散射实验，提出了原子核式结构模型，卢瑟福α粒子轰击氮核，证实了在原子核内存在质子，故C错误；汤姆逊通过阴极射线在电场和磁场中偏转的实验，发现了阴极射线是由带负电的粒子组成的，并测出了该粒子的比荷，故D正确．
15．BD
【解析】
【详解】
A、麦克斯韦提出光的电磁说，认为光是一种电磁波，故选项A错误；
B、卢瑟福根据粒子散射实验的研究结果，提出原子核式结构模型，故选项B正确；
C、爱因斯坦提出光子说，成功解释了光电效应，故选项C错误；
D、汤姆孙研究阴极射线时发现了电子，故选项D正确。
16．AC
【解析】
【分析】
少数α粒子发生了较大偏转，说明原子的所有正电荷都集中在很小空间；光电效应说明了光具有粒子性；根据左手定则可知，射线甲带负电；链式反应属于重核的裂变。
【详解】
A项：链式反应属于重核的裂变，故A正确；
B项：少数α粒子发生了较大偏转，说明原子的几乎全部质量和所有正电荷主要集中在很小的核上，否则不可能发生大角度偏转，该处要强调“所有正电荷主要集中在很小的核上”，故B错误；
C项：光电效应实验说明了光具有粒子性，故C正确；
D项：根据带电粒子在磁场中偏转，结合左手定则可知，射线丙带正电，由α粒子组成，每个粒子带两个单位正电荷，故D错误。
故选：AC。
【点睛】
解决本题的关键要掌握α粒子散射现象的意义，理解光电效应的作用，认识裂变与聚变的区别。同时掌握左手定则的应用。
17．AB
【解析】
【详解】
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。n=3能级向n=1能级跃迁时，hv3=E3-E1；n=2能级向n=1能级跃迁时，hv2=E2-E1；n=3能级向n=2能级跃迁时，hv1=E3-E2；将以上三式变形可得 hv3=hv2+hv1；解得 v3=v2+v1，入射光频率v0=v3，v0=v1+v2，故A B正确，CD错误。
18．ABC
【解析】
【详解】
A、根据知，大量处于能级的氢原子向低能级跃迁时，可能发出6种不同频率的光子。因为可见光的光子能量范围约为1.62eV～3.11eV，满足此范围的有：从能级到能级，从到，所以可将有2种不同频率的可见光。故A确
B、氢原子从高能级向能级跃迁时发出的光子能量小于1.51eV，小于可见光的频率，有可能是红外线，红外线有显著的热效应。故B正确。
C、紫外线的能量大于3.11eV，能级的氢原子可以吸收紫外线后，能量大于0，所以氢原子发生电离。故C确。
D、氢原子的电子由能级的氢原子向能级跃迁时，轨道半径增大，原子能量增大，吸收光子。根据，化简后可得，所以知轨道半径越大，动能越小，知电子的动能减小。故D错误
19．3 第三和第一
【解析】
【详解】
如果大量氢原子处在n=3的能级,会辐射出种频率的光，其中波长最短的光对应着能级差最大的跃迁，即是在第三和第一两个能级之间跃迁时发出的.
20．（1）或
（2）
（3）
【解析】
【分析】
【详解】
（1）电子绕核做匀速圆周运动，由圆周运动规律得
解得
或
（2）画图如图
（3）从3激发态跃迁至基态发出的光频率最高，由玻尔理论得

解得