山东省怀仁县巨子高中2019-2020学年高中物理鲁科版选修3-5：原子结构 单元复习题（含解析）

原子结构
1．如图所示为氢原子的部分能级图，以下判断正确的是
A．处于n=3能级的氢原子可以吸收任意频率的光子
B．欲使处于基态的氢原子被激发，可用12.09eV的光子照射
C．一个氢原子从n=4的状态跃迁到基态时，最多可以辐射出6种不同频率的光子
D．用n=2能级跃迁到n=1能级辐射出的光照射金属铂(逸出功为6.34eV)时不能发生光电效应
2．图中画出了氢原子的4个能级,并注明了相应的能量E.处在的能级的1200个氢原子向低能级跃迁时,能够发出若干种不同频率的光子.若这些受激氢原子最后都回到基态,假定处在量子数为n的激发态的氢原子跃迁到各较低能级的原子数都是处在该激发态能级上的原子总数的,已知金属钾的逸出功为.则在此过程中发出的光子,能够从金属钾的表面打出光电子的光子数为
A．2200 B．2000 C．1600 D．2400
3．关于近代物理，下列说法正确的是()
A．汤姆孙认为实物粒子也具有波动性
B．卢瑟福根据实验断定阴极射线是带负电的粒子流，并求出了这种粒子的比荷
C．根据玻尔原子理论，氢原子的核外电子由能量较高的定态轨道跃迁到能量较低的定态轨道时，核外电子的动能增大，电势能减小
D．玻尔将量子观念引入原子领域，成功地解释了所有氢原子和氨原子光谱的实验规律
4．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．氢原子从高能级向低能级跃迁时可能会辐射出 射线
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．从n=3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
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
5．如图所示，氢原子在不同能级间发生a、b、c三种跃迁时，释放光子的波长分别是、、，则下列说法正确的是（　　）
A．从n＝3能级跃迁到n＝1能级时，释放光子的波长可表示为
B．从n＝3能级跃迁到n＝2能级时，电子的势能减小，氢原子的能量增加
C．若用波长为λc的光照射某金属时恰好能发生光电效应，则用波长为的光照射该金属时也能发生光电效应
D．用12.09eV的光子照射大量处于基态的氢原子时，可以发出4种频率的光
6．如图所示为氢原子能级示意图的一部分，根据波尔理论，下列说法正确的是
A．氢原子从n=4能级跃迁到n=3能级，原子的能量增加
B．氢原子从n=4能级跃迁到n=3能级，需吸收光子
C．一个氢原子从n=3能级向低能级跃迁，能辐射出3种不同频率的光子
D．氢原子从高能态向低能态跃迁时放出的光子的能量等于前后两个能级之差
7．通过α粒子的散射实验，发现了(　　)
A．电子
B．原子的核式结构
C．原子核的结构
D．电子绕核运动的轨道是不连续的
8．如图是氢原子的能级示意图．当氢原子从n=4的能级跃迁到n=3的能级时，辐射出光子a；从n=3的能级跃迁到n=2的能级时，辐射出光子b．以下判断正确的是（　　）
A．在真空中光子a的波长大于光子b的波长
B．当氢原子从4能级跃迁到3能级时，原子核外电子动能增大，电势能减小，原子系统能量增大．
C．光子a可使处于n=4能级的氢原子电离
D．一个处于n=3能级上的氢原子向低能级跃迁时最多辐射3种不同谱线
9．根据α粒子散射实验，卢瑟福提出了原子的核式结构模型．如图所示为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)，下列判断正确的是(　 　)
A．α粒子不带电或带负电
B．α粒子的加速度先变小后变大
C．电场力对α粒子先做正功后做负功
D．α粒子的动能先减小后增大
10．关于光谱和光谱分析的下列说法中正确的是：　 （ ）
A．光谱包括发射光谱、连续光谱、明线光谱、原子光谱、吸收光谱等五种光谱
B．往酒精灯的火焰上撒精盐，可以用分光镜观察到钠的明线光谱
C．利用太阳光谱可以分析太阳的化学组成
D．明线光谱又叫原子光谱
11．下列关于原子结构的说法正确的是（ ?）
A．电子的发现说明了原子内部还有复杂结构
B．α粒子散射实验揭示了原子的核式结构
C．α?粒子散射实验中绝大多数都发生了较大偏转
D．α?粒子散射实验中有的α粒子发生较大偏转是α粒子与原子核之间存在库仑力的作用
12．一群氢原子从n=3的能级向低能级跃迁时，放出光子的最大能量为E，则这群氢原子（　　）
A．跃迁时可以放出6种不同能量的光子
B．由n=2的能级向基态跃迁时放出光子的能量小于E
C．从n=3能级跃迁到n=1能级发出的光最不容易发生衍射现象
D．由n=2的能级向基态跃迁时吸收光子的能量为
13．如图所示为氢原子的能级图，若用能量为的光子去照射大量处于基态的氢原子，则（ ）
A．氢原子能从基态跃迁到n＝4的激发态上去
B．有的氢原子能从基态跃迁到的激发态上去
C．氢原子最多能发射3种波长不同的光
D．氢原子最多能发射6种波长不同的光
14．氢原子能级如图所示，则要使一个处于基态的氢原子释放出一个电子而变成为氢离子

A．该氢离子需要吸收的能量至少是13.6eV
B．该氢离子需要吸收的能量至少是-13.6eV
C．一群处于n=4能级的氢原子跃迁到n=2的状态过程中，可能辐射3种不同频率的光子
D．—群处于n=4能级的氢取子跃迁到n=2的状态过程中,可能辐射2种不同频率的光子
15．氦原子被电离出一个核外电子，形成类氢结构的氦离子，其能级示意图如图所示，当分别用能量均为48.4eV的电子和光子作用于处在基态的氦离子时
A．氦离子可能辐射能量为40.8eV的光子
B．氦离子可能从基态跃迁到n=3的能级
C．氦离子一定能从基态跃迁到n=2的能级
D．若仅以能量为60eV的电子入射，氦离子一定不会辐射光子
16．如图所示为氢原子的能级图．已知氢原子从n＝2能级跃迁到n＝1能级时，辐射出A光，则以下判断正确的是
A．氢原子从n＝2跃迁到 n＝3吸收光的波长小于A光波长
B．氢原子从n＝3跃迁到 n＝2辐射的光在相同介质中的全反射临界角比A光大
C．氢原子从n＝3跃迁到 n＝2辐射的光在同一种介质中的传播速度比A光大
D．只要用波长小于A光波长的光照射，都能使氢原子从n＝1跃迁到n＝2
17．关于粒子散射实验的说法正确的是（ ）
A．少数粒子发生大偏转，说明金原子内部是实心的
B．绝大多数粒子穿过金箔后按原方向运动，少数发生较大偏转，极少数发生大角度偏转有的甚至被弹回，说明这些粒子更接近原子核
C．原子的全部正电荷和全部的质量都集中在原子核里
D．核外电子的体积很小，但粒子会跟电子相碰，只是粒子跟电子相碰时，粒子质量大，撞击时损失的能量极少，可忽略
18．氢原子处于基态时，原子的能量为E1=-13.6eV，当处于激发态时，能量为（普朗克常量h=6.63×l0-34Js，真空中光速c=3.0×l08m/s）
（1）若有大量的氢原子处于n=4的激发态则在跃迀过程中可能释放出几种频率的光子？
（2）当氢原子从n=3的激发态跃迁到n=l的基态时，向外辐射光子的波长是多少？（结果保留3位有效数字）
（3）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？（结果保留3位有效数字）
19．如图所示，氢原子从n＞2的某一能级跃迁到的能级上，辐射出能量为的光子；
（1）跃迁过程中电子动能和原子能量如何变化？
（2）要给基态的氢原子最少提供多少电子伏特的能量，オ能使它辐射出上述能量的光子？
（3）在图中画出获得该能量后氢原子可能的跃迁情况．
20．已知氢原子基态的电子轨道半径为 ，量子数为n的能级值．
(1)有一群氢原子处于量子数n=3的激发态．画一能级图，在图上用箭头标明这些氢原子能发出哪几条光谱线．
(2)计算这几条光谱线中波长最短的一条的波长．
(其中静电力恒量K=9.0×109N·m2/C2，电子电量e=1.6×10-19C，普朗克恒量h=6.63×10-34J·s，真空中光速c=3.0×108m/s)．
参考答案
1．B
【解析】
A．要使n=3能级的氢原子发生跃迁，吸收的光子能量必须等于两能级间的能级差，或大于1.51eV能量的任意频率的光子．故A错误；
B．根据玻尔理论，用12.09eV电子照射时，吸收光子后电子的能量：12.09+（-13.6）=-1.51eV，所以能从基态发生跃迁，跃迁到第3能级，故B正确；
C．一个氢原子从n=4的状态跃迁到基态时，最多可以辐射出3种不同频率的光子，选项C错误；
D．从n=2能级跃迁到n=1能级辐射出的光子的能量E=E2-E1=-3.4eV-（-13.6）eV=10.2eV＞6.34eV，而使金属发生光电效应的条件是光子的能量大于电子的逸出功，故可以发生光电效应．故D错误．
故选B．
2．C
【解析】根据题中所给信息，处在量子数为4的激发态的氢原子跃迁到各较低能级的原子数都是处在该激发态能级上的原子总数的，即向量子数为2、3的激发态和基态各跃迁1200×=400个，发出光子400×3=1200个；同理，处在量子数为3的激发态的400个氢原子跃迁到量子数为2的激发态和基态的原子数都是400×=200个，发出光子200×2=400个；处在量子数为2的激发态的400+200=600个氢原子跃迁到基态的原子数是600×1=600个，发出光子600个．处在n=4的能级的一群氢原子向低能级跃迁时能发出不同光电子的数目为=6种，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，均小于2.22eV，不能使金属钾发生光电效应，其它四种光子能量都大于2.22eV．所以在此过程中能够从金属钾的表面打出光电子的光子数为1600个．故选C．
3．C
【解析】德布罗意大胆提出假设，认为实物粒子也具有波动性，选项A错误；汤姆孙通过研究求出了阴极射线的比荷，明确阴极射线是电子，选项B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，选项C正确；玻尔原子理论第一次将量子观念引入原子领域，成功地解释了氢原子光谱的实验规律，但不能很好的解释氦原子光谱的实验规律，选项D错误。
4．C
【解析】
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，故A错误；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a光子的能量、不可能为紫外线，故B错误；根据库仑引力提供向心力，结合牛顿第二定律，可知，，从n=3能级跃迁到n=2能级时，半径变小，电子的动能增大，那么电子的电势能减小，由于向外界辐射能量，氢原子的能量也减小，故C正确；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，故D错误．
5．A
【解析】
A．因为，知，所以
得
A正确；
B．n=3能级跃迁到n=2能级时，释放能量，则电子的势能减小，动能增加，而氢原子的能量减小，B错误；
C．用波长为的光照射某金属时恰好能发生光电效应，根据能级图可知，，则波长为的光照射该金属时一定不能发生光电效应，C错误；
D．12.09eV的光子照射大量处于基态的氢原子时，电子能从n=1能级跃迁到n=3能级，则可以发出三种频率的光，D错误．
故选A.
6．D
【解析】
氢原子从n=4能级跃迁到n=3能级，原子的能量减小，选项A错误；氢原子从n=4能级跃迁到n=3能级，放出光子，选项B错误；一个氢原子从n=3能级向低能级跃迁，能辐射出2种不同频率的光子，即3→2,2→1，选项C错误； 根据波尔理论，氢原子从高能态向低能态跃迁时放出的光子的能量等于前后两个能级之差，选项D正确；故选D.
7．B
【解析】
A、卢瑟福通过α粒子散射实验得出了原子的核式结构模型，而汤姆生发现了电子，故选项AC错误，B正确；
D、根据波尔的轨道量子化的理论可知，电子绕核运动的轨道是不连续的，但是它不是通过α粒子的散射实验发现，故选项D错误．
点睛：正确解答本题需要掌握了解卢瑟福提出原子的核式结构的历史背景和过程以及汤姆生发现电子以及波尔的相关理论．
8．A
【解析】
A．根据玻尔理论得知，光子a的能量
Ea=E4-E3=-0.85eV-（-1.51eV）=0.66eV
光子a的能量
Eb=E3-E2=-1.51eV-（-3.4eV）=1.89eV
所以光子a的能量小于光子b的能量，光子的能量E=hc/λ，则光子a的波长大于光子b的波长．故A正确．
B．当氢原子从4能级跃迁到3能级时，原子的能级降低，核外电子的轨道半径减小，根据可知，原子核外电子动能增大，电势能减小，原子系统能量减小，选项B错误；
C．光子a的能量是
E=-0.85eV-（-1.51eV）=0.66eV＜0.85eV
所以光子a不可使处于n=4能级的氢原子电离，故C错误；
D．一个处于n=3能级上的氢原子向低能级跃迁时最多产生2种谱线，即3→2和2→1，故D错误；
故选A．
点睛：此题关键要理解波尔理论的要点，从高能级跃迁到低能级要辐射光子，能量等于能级差；注意辐射不同光子的种数要看是“一群”还是“一个”.
9．D
【解析】A、由于原子核带正电，原子核对粒子有排斥作用，故可知粒子带正电，故选项A错误；
B、根据点电荷周围电场可知，距离原子核近的地方电场强度大，故越靠近原子核加速度越大，因此粒子加速度先增大后减小，故B错误；
C、粒子受到斥力作用，根据电场力做功特点可知：从a运动b过程中电场力做负功，电势能增加，动能减小，从b运动到c过程中，电场力做正功，电势能减小，动能增加，故C错误，D正确。
点睛：本题借助粒子散射实验考查了带电粒子在电场中运动时动能、势能、加速度等物理量的变化情况，根据电场有关知识即可解答。
10．BD
【解析】发射光谱有两种类型：连续光谱和明线光谱；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，如炽热的液体发射连续光谱；高温物体发出的白光（其中包含连续分布的一切波长的光）通过物质时，某些波长的光被物质吸收后产生的光谱．由狭窄谱线组成的光谱．单原子气体或金属蒸气所发的光波均有线状光谱，故线状光谱又称原子光谱；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，选项A错误，D正确； 往酒精灯的火焰上撒精盐，可以用分光镜观察到钠的明线光谱，选项B正确；太阳光谱是吸收光谱，其中的暗线，是太阳光经过太阳大气层时某些特定频率的光被吸收后而产生的，说明太阳大气中存在与这些暗线相对应的元素，但是不能分析太阳的化学组成，故C错误．故选BD.
11．ABD
【解析】
电子的发现说明了原子内部还有复杂结构，选项A正确；α粒子散射实验揭示了原子的核式结构，选项B正确；α?粒子散射实验中绝大多数不发生偏转，少数发生了较大偏转，选项C错误； α?粒子散射实验中有的α粒子发生较大偏转是α粒子与原子核之间存在库仑力的作用，选项D正确；故选ABD.
12．BC
【解析】
大量处于第3能级的氢原子向低能级跃迁放出若干频率的光子，能产生3种不同频率的光子，故A错误；从n=3的能级向n=1跃迁时能级差大于由n=2的能级向n=1跃迁时的能级差，则由n=2的能级向基态跃迁时放出光子的能量小于E，选项B正确；从n=3能级跃迁到n=1能级发出的光频率最大，波长最短，则最不容易发生衍射现象，选项C正确；由n=2的能级向基态跃迁时要放出光子，选项D错误；故选BC．
13．AD
【解析】
【分析】
由氢原子的能级图得到，n=4的激发态与基态的能级差为△E=E4-E1=-0.85eV-（-13.6eV）=12.75eV，所以用能量为12.75eV的光子去照射大量处于基态的氢原子，氢原子能从基态跃迁到n=4的激发态上去．故A正确，B错误．氢原子吸收光子的能量跃迁到n=4的激发态后，向低能级跃迁时，任意两个能级之间发生一次跃迁，共发射=6种波长不同的光．故C错误，D正确．故选AD．
点睛：注意当入射光的能量小于氢原子的电离能时，只能吸收能量恰好等于两个能级之差的光子；从高能级向低能级跃迁时最多能辐射的光子种类是．
【详解】
请在此输入详解！
14．AC
【解析】
AB、因为基态的氢原子能量为-13.6eV ,则基态氢原子发生电离,吸收的能量需大于等于13.6eV，故A正确;B错误；
CD. 一群处于n=4能级的氢原子跃迁到n=2的状态过程中，可能由n=4跃迁到n=2，也可能由n=4跃迁到n=3，在由n=3跃迁到n=2,所以可能辐射3种不同频率的光子，故C正确；
D错误；
故选AC
点睛：当原子吸收能量大于等于电离能时,则氢原子发生电离.能级跃迁时辐射的光子能量等于两能级间的能级差,不同的能级差,辐射的光子频率不一样的．
15．AB
【解析】AB、若基态吸收48.4eV的光子，则跃迁到的能级的能量应该为，所以氦粒子可以吸收这样的能量跃迁到E3的能级，然后在自发的向下跃迁，从能级E2跃迁到能级E1可释放出 能量为40.8eV的光子，故AB正确；
C、若吸收的电子的能量也为48.4eV，则氦离子从基态跃迁到n=3的能级，所以氦离子不一定能从基态跃迁到n=2的能级，故C错误；
D、以能量为60eV的电子入射，氦离子可以吸收相应的能量发生跃迁并辐射出光子，故D错误；
故选AB
点睛：在能级跃迁的问题中，原子吸收光子的能量必须是整份的吸收，当吸收电子的能量时可以吸收全部也可以吸收一部分。
16．BC
【解析】
【分析】
【详解】
根据Em-En=hγ，知氢原子从n=2的能级跃迁到n=3的能级的能级差小于从n=2的能级跃迁到n=l的能级时的能级差，再由λ＝，则有从n=2跃进到n=3吸收光的波长大于A光波长，故A错误．氢原子从n=2能级跃进到n=1能级差大于氢原子从n=3跃进到n=2的能级差，因此从n=3跃进到n=2辐射的光的频率较低，折射率较小，依据sinC=1/n，那么在相同介质中的全反射临界角比A光大．故B正确．氢原子从n=2能级跃进到n=1能级差大于氢原子从n=3跃进到n=2的能级差，因此从n=3跃进到n=2辐射的光的频率较低，折射率较小，依据v=c/n，则有光在同一种介质中的传播速度比A光大．故C正确．要使氢原子从n=1跃迁到n=2，则光子能量必须是两能级的差值，即为△E=13.6-3.4=10.2eV．故D错误．故选BC．
【点睛】
考查能级间跃迁辐射光子的能量等于能级之差，掌握公式v=c/n与sinC=1/n的应用，解决本题的突破口是比较出光子和光子A的频率大小，从而得知折射率、在介质中速度等大小关系．
17．BD
【解析】
【分析】
【详解】
A．少数粒子发生大偏转，说明金原子内部有一个质量和电量很大的原子核，选项A错误；
B．绝大多数粒子穿过金箔后按原方向运动，少数发生较大偏转，极少数发生大角度偏转有的甚至被弹回，说明这些粒子更接近原子核，选项B正确；
C．原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核里，因为电子也有质量．故C错误．
D．核外电子的体积很小，但粒子会跟电子相碰，只是粒子跟电子相碰时，粒子质量大，撞击时损失的能量极少，可忽略，选项D正确；
故选BD.
18．（1）6种-（2） (3)
【解析】
解：（1）有大量的氢原子处于n=4的激发态则在跃迀过程中可能释放出种频率的光子；
（2）由跃迁方程得
又有
联立解得向外辐射光子的波长是
（3）要使处于基态的氢原子电离，入射光子必须满足
代入数据解得
19．（1）动能增大，原子能量减小（2）
（3）跃迁图如图所示：
【解析】
（1）氢原子从高能级到n=2能级跃迁时，要辐射光子，则原子的总能量要减小，电子的轨道半径减小，根据可得，则电子的动能变大；
（2）氢原子从n＞2的某一能级跃迁到n=2的能级，辐射光子的频率应满足：hν=En-E2=2.55?eV??，则En=hν+E2=-0.85?eV?
解得：n=4????????
基态氢原子要跃迁到n=4的能级，应提供的能量为：△E=E4-E1=12.75?eV．
（3）如图所示；
??
20．（1）当氢原子从量子数n=3的能级跃迁到较低能级时， 可以得到3条光谱线
（2）
【解析】
试题分析：一群氢原子处于量子数n=3的激发态从低能级跃迁时，发出不同频率的光谱线；根据跃迁的能级差值，结合即可求解；
（1）当氢原子从量子数n=3的能级跃迁到较低能级时，可以得到3条光谱线．如图所示．
（3）波长最短的一条光谱线对应的能级差为，得
代入数据得：