山东省古交市第二高级中学2019-2020学年高中物理鲁科版选修3-5：原子结构 章末复习题（含解析）

原子结构
1．己知金属钙的逸出功为2.7eV，氢原子的能级图如图所示，一群氢原子处于量子数为n=4的能级状态，当它们自发地跃迁到较低能级时，则下列说法中正确的是（）
A．电子的动能与势能均减小
B．氢原子可能辐射5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．氢原子辐射的光子中能量最大的是l3.6eV
2．为卢瑟福提出原子核式结构模型提供依据的实验是（　　）
A．α粒子散射实验
B．光电效应实验
C．α粒子轰击氮核实验
D．α粒子轰击铍核实验
3．在氢原子光谱中，可见光区域中有4条，其颜色为一条红色，一条蓝色，两条紫色，它们分别是从n＝3、4、5、6能级向n＝2能级跃迁时产生的，则以下判断正确的是(　　)
A．红色光谱线是氢原子从n＝6能级到n＝2能级跃迁时产生的
B．紫色光谱线是氢原子从n＝6和n＝5能级向n＝2能级跃迁时产生的
C．若从n＝6能级跃迁到n＝1能级将产生红外线
D．若从n＝6能级跃迁到n＝2能级所辐射的光子不能使某金属产生光电效应，则从n＝6能级向n＝3能级跃迁时辐射的光子将可能使该金属产生光电效应
4．在α粒子散射实验中，使少数α粒子发生大角度偏转的作用力是
A．原子核对α粒子的万有引力
B．原子核对α粒子的磁场力
C．核外电子对α粒子的库仑引力
D．原子核对α粒子的库仑斥力
5．汤姆孙对阴极射线本质的研究,采用的科学方法是( )
A．用阴极射线轰击金箔,观察其散射情况
B．用“油滴实验”精确测定电子的带电量
C．用阴极射线轰击荧光物质,对荧光物质发出的光进行光谱分析
D．让阴极射线通过电场和磁场,通过阴极射线的偏转情况判断其电性和计算其比荷
6．下图为α粒子散射实验的原子核和两个α粒子的径迹,其中符合物理原理的是()
A． B． C．D．
7．氢原子能级如图所示，一群原处于n＝4 能级的氢原子回到n ＝1的状态过程中（ ）
A．放出三种频率不同的光子
B．放出五种频率不同的光子
C．放出的光能够使逸出功为13.0eV的金属发生光电效应
D．放出的光子的最大能量为其12.75ev ，最小能量是0.66eV
8．如图为玻尔为解释氢原子光谱而画出的氢原子能级示意图，一群氢原子处于n＝4的激发态，当它们自发地跃迁到较低能级时，以下说法符合玻尔理论的有(　　)
A．氢原子跃迁时，可发出连续不断的光谱线
B．基态氢原子能吸收14 eV的光子发生电离
C．基态氢原子能吸收11 eV的光子发生跃迁
D．在氢原子谱线中，从n＝2能级跃迁到基态辐射光子的波长最长
9．卢瑟福进行的α粒子散射实验现象表明
A．在原子的中心有一个很小的核
B．原子核具有复杂结构
C．原子核集中了原子所有的质量
D．核外电子在绕核旋转
10．一个处于基态的氢原子吸收光子后，跃迁到另一定态，下列说法中正确的是
A．电子绕原子核运动的动能将会变大
B．电子绕原子核运动的频率将会变大
C．向低能级跃迁时，发出光子的频率一定等于吸收光子的频率
D．吸收光子属于紫外线，发出的光子可能含有可见光
11．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．从n=4能级跃迁到n=2能级时，电子的电势能减小，氢原子的能量也减小
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．氢原子从高能级向低能级跃迁时可能会辐射出γ射线
D．氢原子在n=2的能级时可吸收任意频率的光而发生电离
12．下列叙述中符合物理学史的有（　　）
A．卢瑟福通过研究阴极射线实验，发现了电子
B．卢瑟福通过对粒子散射实验现象的分析，证实了原子核是可以再分的
C．巴耳末根据氢原子光谱分析，总结出氢原子光谱可见光区波长公式
D．玻尔提出的原子模型，彻底否定了卢瑟福的原子核式结构学说
13．下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，当同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．这些氢原子总共可辐射出3种不同频率的光
B．频率最小的光是由n=2能级跃迁到n=1能级产生
C．最容易表现出衍射现象的光是由n=4能级跃迁到n=1能级产生的
D．用由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
14．如图所示为氢原子的能级示意图，大量氢原子处于n＝3的激发态，在向较低能级跃迁的过程中向外发出光子，用这些光照射逸出功为2.29 eV的金属钠，下列说法中正确的是
A．这些氢原子能发出两种不同频率的光子
B．从n＝3跃迁到n＝2所发出光子的波长最短
C．金属钠发出的光电子的最大初动能为9.80 eV
D．从n＝3跃迁到n＝1所发出的光子频率最低
15．如图所示是氢原子的能级图，一群处于n=4能级的氢原子发生跃迁，释放出不同频率的光子，利用这些光子照射逸出功为3.20eV的金属钙，则下列说法中正确的是
A．随能级n的增加氢原子能量减小
B．电子发生跃迁时，可放出3种不同频率的光
C．释放出最大频率的光子照射金属钙，电子的最大初动能为12.75eV
D．释放出最大频率的光子照射金属钙，发生光电效应的遏止电压为9.55V
16．下列说法正确的是(　　)
A．爱因斯坦在对光电效应的研究中，提出了光子说
B．卢瑟福通过α粒子散射实验建立了原子核式结构模型
C．对于任何一种金属都存在一个“最大波长”，入射光的波长必须小于这个波长，才能产生光电效应
D．根据玻尔理论可知，氢原子辐射出一个光子后，氢原子的电势能增大，核外电子的运动加速度增大
17．如图所示，是汞原子的能级图，一个自由电子的总能量为8.0ev，与处于基态的汞原子碰撞后（不计汞原子的动量变化），则电子剩余的能量可能为（碰撞无能量损失）（ ）
A．0.3ev B．3.1ev C．4.9ev D．8.8ev
18．关于光谱的产生，下列说法正确的是(　　)
A．正常发光的霓虹灯属稀薄气体发光，产生的是线状谱
B．白光通过某种温度较低的蒸气后将产生吸收光谱
C．撒上食盐的酒精灯火焰发出的光是线状谱
D．炽热高压气体发光产生的是线状谱
19．如图所示为氢原子能级示意图的一部分，根据波尔理论，下列说法中正确的是（　　）
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．从高能级向低能级跃迁时，氢原子核一定向外放出能量
C．从能级跃迁到能级，氢原子的能量减小，电子的动能增大
D．处于不同能级时，核外电子在各处出现的概率是一样的
20．氢原子处于基态时，原子的能量为E1＝－13.6 eV，当处于n＝3的激发态时，能量为E3＝－1.51 eV，则：
(1)当氢原子从n＝3的激发态跃迁到n＝1的基态时，向外辐射的光子的波长是多少？
(2)若要使处于基态的氢原子电离，至少要用多大频率的电磁波照射原子？
(3)若有大量的氢原子处于n＝3的激发态，则在跃迁过程中可能释放出几种不同频率的光子？
参考答案
1．C
【解析】
【详解】
当它们自发地跃迁到较低能级时，电子的轨道半径减小，依据可知，动能增大，电势能减小，故A错误；根据可知，这群氢原子能够发出6种不同频率的光子，故B错误；n=4跃迁到n=3辐射的光子能量为0.66eV，n=3跃迁到n=2辐射的光子能量为1.89eV，n=4跃迁到n=2辐射的光子能量为2.55eV，均小于逸出功，不能发生光电效应，其余3种光子能量均大于2.7eV，所以这群氢原子辐射的光中有3种频率的光子能使钙发生光电效应。氢原子辐射的光子中能量最大的是l2.75eV，故C正确，D错误。
2．A
【解析】
为卢瑟福提出原子核式结构模型提供依据的实验是α粒子散射实验，故选A.
3．B
【解析】
【详解】
A．从n=3、4、5、6能级向n=2能级跃迁，从n=6向n=2能级跃迁，辐射的光子能量最大，频率最大，而红光的频率最小，故选项A错误；
B．在四条谱线中，紫光的频大于蓝光的频率，蓝光的频率大于红光，所以两条紫色光谱线是氢原子从n=6和n=5能级向n=2能级跃迁时产生的，故选项B正确；
C．因为n=6向n=1能级跃迁产生的光子频率大于n=6向n=2能级跃迁产生的紫光的光子频率，所以从n=6能级向n=1能级跃迁时，则能够产生紫外线，故选项C错误；
D．因为n=6向n=2能级跃迁产生的光子频率大于n=6向n=3能级跃迁产生的光子频率，所以原子从n=6能级向n=2能级跃迁时所产生的辐射不能使某金属发生光电效应，则原子从n=6能级向n=3能级跃迁时一定不能使该金属发生光电效应，故选项D错误。
4．D
【解析】
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，只有是原子核对α粒子的库仑斥力，其力较大，且原子核质量较大，导致极少数α粒子发生大角度偏转，故D正确，ABC错误.故选D.
5．D
【解析】
【详解】
汤姆孙对阴极射线本质的研究采用的主要方法是：让阴极射线通过电磁场，通过偏转情况判断其电性，结合类平抛运动与圆周运动的公式，即可计算其比荷，故D正确。
6．C
【解析】
【详解】
α粒子在靠近金原子核时，离核越近，所受库仑斥力越大，偏转角度越大，根据这个特点可以判断出只有C正确，ABD错误。
7．D
【解析】
【详解】
AB．根据知，放出6种不同频率的光子，故A B错误．
CD．从能级4跃迁到能级1放出的光子能量最大，从能级4跃迁到能级3放出的光子能量最小．根据hγ=Em-En，最大能量为12.75eV，最小能量是0.66eV．根据光电效应的条件，只有放出的光子能量大于13.0eV的光子，才能使该金属发生光电效应．故C错误，D正确．
8．B
【解析】
【详解】
由于能级差是量子化的，可知辐射的光子能量是量子化的，氢原子跃迁时，只能发出特定频率的光谱线，故A错误。基态氢原子的能量为-13.6eV，吸收14eV的能量会发生电离，故B正确。基态氢原子吸收11eV的能量后，能量为-2.6eV，可知不能被吸收而发生跃迁，故C错误。在氢原子谱线中，从n=4跃迁到n=3辐射的光子能量最小，频率最小，波长最长，故D错误。
9．A
【解析】
【分析】
【详解】
B．汤姆孙发现了电子标志原子结构研究的开始，卢瑟福的α粒子散射实验揭示了原子的核式结构，而天然放射现象，说明原子核具有复杂的结构；故B错误.
A、C．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，离核远则α粒子受到的库仑斥力很小，运动方向改变小．只有当α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α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，因此为了解释α粒子散射实验，卢瑟福提出了原子核式结构模型：在原子的中心有一个很小的核，叫原子核，原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核里；故A正确，C错误.
D．实验现象不能说明电子的运动规律；故D错误.
10．D
【解析】
A、基态氢原子吸收光子后，运动半径增大，由，可得，由此可知动能减少，故A错误；
B、由可得，即r变大，f变小，故B错误；
C、处于激发态的氢原子向低能级跃迁时可能放出多种频率的光，故吸收光子频率不一定等于放出光子的频率，故C错误；
D、处于激发态的氢原子向低能级跃迁时可能放出多种频率的光，可能有可见光，故D正确；
故选D．
11．A
【解析】
【详解】
从n=4能级跃迁到n=2能级时，电子的轨道半径减小且要释放能量，则电子的电势能减小，氢原子的能量也减小，选项A正确；根据跃迁规律可知高能级向低能级跃迁时辐射光子的能量等于这两个能级差，从n=4的能级向n=3的能级跃迁时会辐射出的光子能量小于可见光a光子的能量、不可能为紫外线，选项B错误；γ射线的产生机理是原子核受激发，是原子核变化才产生的，选项C错误；欲使在n=2的能级的氢原子发生电离，吸收的能量一定不小于3.4eV，选项D错误。
12．C
【解析】
汤姆逊通过研究阴极射线实验，发现了电子，选项A错误；卢瑟福通过对α粒子散射实验现象的分析，得出了原子的核式结构理论，选项B错误；巴耳末根据氢原子光谱分析，总结出氢原子光谱可见光区波长公式，选项C正确；玻尔在卢瑟福的原子核式结构学说的基础上，引入了量子理论，提出的原子模型，并没有完全否定卢瑟福的原子核式结构学说．故D错误．故选C.
13．D
【解析】
【详解】
根据=6知，这些氢原子可辐射出6种不同频率的光子，故A错误。n=4和n=3间的能级差最小，则频率最小的光子是由n=4跃迁到n=3能级产生的，故B错误。最容易表现出衍射现象的光的波长最大，频率最小，是由n=4能级跃迁到n=3能级产生的，选项C错误；n=2能级跃迁到n=1能级辐射出的光子能量为10.2eV，大于金属铂的逸出功，可以发生光电效应，故D正确。故选D。
【点睛】
本题考查了能级跃迁与光电效应的综合，知道辐射或吸收的光子能量等于两能级间的能级差，掌握光电效应的条件，难度不大．
14．C
【解析】大量氢原子处于n＝3的激发态向较低能级跃迁的过程中向外发出光子数为种，选项A错误；从n＝3跃迁到n＝2能级差最小，所发出光子的频率最小，波长最长，选项B错误；从n＝3跃迁到n＝1能级差最大，所发出的光子频率最高，选项D错误；从n＝3跃迁到n＝1所发出的光子的能量最大，其值为（-1.51）-（-13.6）=12.09eV，则金属钠发出的光电子的最大初动能为12.09eV -2.29Ev=9.80 eV，选项C正确；故选C.
点睛：本题是玻尔理论、光子的能量、爱因斯坦光电效应方程的综合．根据玻尔理论分析氢原子发出的三种频率不同的光的波长、频率关系．能级差越大，则发出光子的频率越大，波长越短．
15．D
【解析】
【详解】
A、根据量子力学计算， 氢原子能级为，随能级n的增加氢原子能量增大，故选项A错误；
B、一群处于n=4能级的氢原子发生跃迁，可放出种不同频率的光，故选项B错误；
CD、从n=4跃迁到n=1辐射的光子频率最大，有：，照射金属钙时根据光电效应方程知光电子的最大初动能为：，发生光电效应的遏止电压，故选项D正确，C错误；
故选D。
16．ABC
【解析】
【详解】
爱因斯坦在对光电效应的研究中，提出了光子说，选项A正确；卢瑟福通过α粒子散射实验建立了原子核式结构模型，选项B正确；对于任何一种金属都存在一个“最大波长”，入射光的波长必须小于这个波长，才能产生光电效应，选项C正确；根据玻尔理论可知，氢原子辐射出一个光子后，氢原子核外电子的轨道半径减小，原子的电势能减小，根据可知，核外电子的运动加速度增大，选项D错误；故选ABC.
17．AB
【解析】试题分析：汞原子获得的能量等于能级差时，才会发生跃迁．电子与基态的汞原子发生碰撞，汞原子获得能量发生跃迁．
若电子剩下能量为0.3eV，则被汞原子吸收的能量为7.7eV，能量变为-2.7eV，能跃迁到n=3能级，A正确；若电子剩下能量为3.1eV，则被汞原子吸收的能量为5.9eV，能量变为-5.5eV，能跃迁跃迁到n=2能级，B正确；若电子剩下能量为4.9eV，则被汞原子吸收的能量为3.1eV，能量变为-7.3eV，不能跃迁，C错误；因为总能量为8.0eV，故电子不可能剩余8.8eV，D错误．
18．ABC
【解析】
【详解】
A．正常发光的霓虹灯属稀薄气体发光，产生的是线状谱．故A项正确．
B．白光通过某种温度较低的蒸气后将产生吸收光谱，故B项正确．
C．撒上食盐的酒精灯火焰发出的光是线状谱，故C项正确．
D．炽热的固体、液体和高压气体的光谱是连续谱，故D项错误．
故选ABC.
点睛：炽热的固体、液体及高压气体发光产生的光谱一般是连续谱，稀薄气体发光产生的光谱多为明线光谱，白光通过某种温度较低的蒸气后将产生吸收光谱．原子的发射光谱和吸收光谱都是线状谱，同一种原子，线状谱的位置相同．
19．AC
【解析】
【详解】
A、由氢原子能级图可知，从n=4能级跃迁到n=3能级比从n=3能级跃迁到n=2能级辐射出光子能量小，则辐射的光子频率小，根据可知，辐射的电磁波的波长长。故A正确。
B、由高能级向低能级跃迁时，氢原子向外辐射能量，不是氢原子核向外放出能量，故B错误；
C、由于高能级所对应的能量高，低能级所对应的能量低，故从n=4能级跃迁到n=3能级，氢原子的能量减小，电子的半径减小，根据能量守恒可知电子的动能变大，故C正确；
D、处于不同能级时，核外电子在各处出现的概率不同，能级越低，概率越大，故D错误。
20．（1） （2） （3）3种　
【解析】
(1)根据能级之间的能量差公式：，得；
光子的能量与波长之间的关系：
所以从n=3激发态跃迁到n=1发射光的波长：
(2)要使处于基态的氢原子电离，照射光光子的能量应能使电子从第1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：.
(3)当大量氢原子处于n=3能级时，可释放出的光子种类为种
【点睛】解决本题的关键知道能级间跃迁放出或吸收光子的能量满足；掌握公式的应用，知道电离与跃迁的区别，并理解频率与波长的关系，注意单位的转换．