上海市大境中学2019-2020学年高中物理沪科版选修3-5：原子世界探秘 单元测评（含解析）

原子世界探秘
1．原子核式结构学说是根据下列哪个实验或现象提出来的( )
A．光电效应实验 B．α粒子散射实验 C．氢原子光谱实验 D．天然放射现象
2．据报道，到2020年，我国“北斗三号”将完成其35颗卫星组网．这些卫星都采用星载氢原子钟．图示为氢原子的能级图，下列判断正确的是
A．一个氢原子从n=3能级向低能级跃迁时，能产生3种频率的光子
B．氢原子从半径较小的轨道跃迁到半径较大的轨道时，其能量减少
C．从氢原子的能级图可知，氢原子发射光子的频率是连续的
D．氢原子从n=3能级跃迁到n=5能级时，要吸收一定频率的光子
3．关于原子结构，下列说法错误的是（ ）
A．汤姆孙根据气体放电管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
B．卢瑟福α粒子散射实验表明：原子中带正电部分的体积很小，但几乎占有全部质量，电子在正电体的外面运动
C．各种原子的发射光谱都是连续谱
D．玻尔在原子核式结构模型的基础上，结合普朗克的量子概念提出了玻尔的原子模型
4．氢原子从能级n向基态跃迁比从能级n+1向基态跃迁少发出5种不同频率的光子，则（　　）
A．n=3 B．n=4 C．n=5 D．n=6
5．光子能量为E的一束光照射容器中的氢(设氢原子处于n＝3的能级)，氢原子吸收光子后，能发出频率为ν1、ν2、ν3、ν4、ν5、ν6、ν7、ν8、ν9、ν10、的十种光谱线，且ν1＜ν2＜ν3＜ν4＜ν5＜ν6＜ν7＜ν8＜ν9＜ν10，已知朗克常量为h，则E等于( )
A．hν1 B．hν10 C．h(ν10－ν1) D．hν3
6．物理学理论总是建立在对事实观察的基础上．下列说法正确的是(　 　)
A．电子的发现使人们认识到电荷是量子化的
B．密立根油滴实验表明核外电子的轨道是不连续的
C．氢原子从高能级向低能级跃迁时能辐射出γ射线
D．氢原子辐射光子后，其绕核运动的电子动能增大
7．下列说法正确的是
A．在光电效应实验中，只要入射光足够强，时间足够长，金属表面就会逸出光电子
B．在光电效应的实验中，饱和光电流大小取决于入射光的频率，频率越大，饱和光电流越大
C．根据波尔的原子理论，大量处于基态的氢原子吸收波长为的光子后，如果辐射出3种频率的光子，则其中波长最小的为
D．根据波尔的原子理论，氢原子从n=5的激发态跃迁多n=2的激发态时，原子能量减小，电势能增加
8．假定光子能量为E的一束光照射容器中大量处于n=2能级的氢原子，氢原子吸收光子后，发出频率为ν1、ν2和ν3的光，且频率依次增大，则E等于：
A．h(ν3－ν1) B．h(ν3－ν2) C．hν3 D．hν1
9．如图为氢原子的能级示意图，锌的逸出功是，那么对氢原子在能级跃迁过程中发射或吸收光子的特征认识正确的是　　
A．一群处于能级的氢原子向基态跃迁时，能放出3种不同频率的光
B．一群处于能级的氢原子向基态跃迁时，发出的光照射锌板，锌板表面所发出的光电子的最大初动能为eV
C．用能量为eV的光子照射，可使处于基态的氢原子跃迁到激发态
D．用能量为eV的光子照射，可使处于基态的氢原子电离
10．下列说法正确的是（ ）
A．普朗克通过研究黑体辐射提出能量子的概念，成为量子力学的奠基人之一
B．波尔原子理论第一次将量子观念引入原子领域，提出了定态和跃迁的概念，成功地解释了各种原子光谱的实验规律
C．单缝衍射实验的结果表明：微观粒子的位置和动量不能够同时确定
D．电磁波频率越高，相同的时间能传递的信息量越大
11．以下有关物理学史的说法正确的有（ ）
A．爱因斯坦首先发现了光电效应，并做出了解释．
B．法拉第第一个提出了场的概念，并用电场线来描述场的强弱和方向
C．玻尔提出的原子理论认为原子处在具有一定能量的定态中，虽然电子做变速运动，但不向外辐射能量．
D．根据玻尔理论，一个处于n=4能级的氢原子回到n=1的状态过程中，最多可放出6种频率不同的光子．
12．某原子的部分能级图如图所示，大量处于某激发态的该原子向低能级跃迁时，发出三种波长的光如图所示，它们的波长分别为、、．下列说法正确的是
A．在同种均匀介质中传播时，b光的速度最大
B．用同一套装置做双缝干涉实验，a光相邻亮纹的间距最大
C．若b光照射某种金属能发生光电效应，c光照射该金属也能发生光电效应
D．三种光的波长关系为
13．阴极射线是从阴极射线管的阴极发出的高速运动的粒子流,这些微观粒子是____.若在如图所示的阴极射线管中部加上垂直于纸面向里的磁场,阴极射线将____(选填“向上”“向下”“向里”或“向外”)偏转.

14．某金属的逸出功为3.50eV，用光子能量为5.0eV的一束光照到该金属上，光电子的最大初动能为______ eV。氢原子的能级如图所示，现有一群处于n=3能级的氢原子向低能级跃迁，在辐射出的各种频率的光子中，能使该金属发生光电效应的频率共有______种。
15．氢原子基态能量E1=-13.6eV，电子绕核运动半径r1=0.53×10-10m．求氢原子处于n=4激发态时：(电子的质量m=0.9×10-30kg)
（1）原子系统具有的能量；
（2）电子在轨道上运动的动能；
（3）电子具有的电势能；
（4）向低能级跃迁辐射的光子频率最多有多少种？其中最低频率为多少（保留两位有效数字）？
16．19世纪后期，对阴极射线的本质的认识有两种观点．一种观点认为阴极射线是电磁辐射，另一种观点认为阴极射线是带电粒子．1897年，汤姆孙判断出该射线的电性，并求出了这种粒子的比荷，为确定阴极射线的本质做出了重要贡献．假设你是当年“阴极射线是带电粒子”观点的支持者，请回答下列问题：
(1)如图所示的真空玻璃管内，阴极K发出的粒子经加速后形成一细束射线，以平行于金属板CD的速度进入该区域，射在屏上O点．如何判断射线粒子的电性？
(2)已知C、D间的距离为d，在C、D间施加电压U，使极板D的电势高于极板C，同时施加一个磁感应强度为B的匀强磁场，可以保持射线依然射到O点．求该匀强磁场的方向和此时阴极射线的速度v．
(3)撤去磁场，射线射在屏上P点．已知极板的长度为l1，极板区的中点M到荧光屏中点O的距离为l2，磁感应强度为B，P到O的距离为y．试求该粒子的比荷．
参考答案
1．B
【解析】
原子核式结构学说是卢瑟福根据α粒子散射实验现象提出来的，故选B.
2．D
【解析】
A. 一个氢原子从n=3能级向低能级跃迁时，只可能产生从n=3能级跃迁到n=1能级一种频率的光子；或者产生从n=3能级跃迁到n=2能级，再从n=2能级跃迁到n=1能级两种频率的光子．故A错误；
B. 氢原子的核外电子从半径较小的轨道跃迁到半径较大的轨道时，属于低能级向高能级跃迁，将吸收能量，原子的能量增大，故B错误；
C. 从氢原子的能级图可知原子发射光子的能量是不连续的，所以光子的频率也是不连续的，故C错误；
D. 当氢原子从n=3的状态跃迁到n=5的状态时，属于低能级向高能级跃迁，将吸收能量．要吸收一定频率的光子．故D正确．
故选D
3．C
【解析】汤姆孙根据气体放电管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，选项A正确； 卢瑟福α粒子散射实验表明：原子中带正电部分的体积很小，但几乎占有全部质量，电子在正电体的外面运动，选项B正确； 各种原子的发射光谱都是线状谱，选项C错误； 玻尔在原子核式结构模型的基础上，结合普朗克的量子概念提出了玻尔的原子模型，选项D正确；此题选择错误的选项，故选C.
4．C
【解析】
根据数学组合公式，有，，由于从能级n向基态跃迁比从能级n+1向基态跃迁少发出5种不同频率的光子，即解得n=5，C正确．
5．D
【解析】
【详解】
根据题意：氢原子处于n=3的能级，氢原子吸收光子后，能发出十种频率的光谱线，可知，光子吸收的能量等于n=3和n=5之间的能级差，氢原子吸收光子后，能发出频率为ν1、ν2、ν3、ν4、ν5、ν6、ν7、ν8、ν9、ν10、的十种光谱线，且ν1＜ν2＜ν3＜ν4＜ν5＜ν6＜ν7＜ν8＜ν9＜ν10，因为v3到数第三小，知频率为v3的光子能量等于等于n=3和n=5之间的能级差，即E=hv3;故D正确，A,B,C错误.故选D.
【点睛】
解决本题的关键知道能级间跃迁所满足的规律，即Em-En=hv．
6．D
【解析】
【详解】
电子的发现使人们认识到原子具有复杂的结构，密立根油滴实验测出了电子的电量，人们从而知道电荷是量子化的，但是不能表明核外电子的轨道是不连续的，选项AB错误；γ射线伴随衰变产生，氢原子从高能级向低能级跃迁时，不可能会辐射出γ射线，故C错误；氢原子辐射光子后，其绕核运动的电子的轨道半径减小，根据可知，电子的动能增大，选项D正确；故选D.
7．C
【解析】
【详解】
A、在光电效应实验中，只要入射光频率足够大，金属表面就会逸出光电子，与入射光的强度及光照时间无关，故A错误；
B、在光电效应的实验中，饱和光电流大小取决于入射光的强度，入射光越强，光子数目越多，则饱和光电流越大，故B错误；
?C、根据波尔的原子理论，大量处于基态的氢原子吸收波长为λ0的光子后，如果辐射出3种频率的光子，则辐射出的3种频率的光子中，波长为λ0光子的能量最大，等于氢原子吸收的能量，所以波长最小的为λ0，故C正确；
D、根据波尔的原子理论，氢原子从n=5的激发态跃迁多n=2的激发态时辐射光子，原子能量减小，该过程中电子轨道半径减小，库仑力做正功，所以电势能减小，故D错误；
故选C。
【点睛】
发生光电效应的条件是入射光频率大于极限频率，遏制电压与最大初动能有关，入射光的频率越大，最大初动能越大，用光子能量为E的一束单色光照射处于基态的一群氢原子，发出3种不同频率的光，知氢原子从基态跃迁到n=3的激发态，根据去进行判断。
8．BD
【解析】
【分析】
根据氢原子发出的光子频率种数，得出氢原子处于第几能级，抓住能级间跃迁吸收或辐射的光子能量等于两能级间的能级差求出吸收的光子能量E．
【详解】
因为氢原子发出3种不同频率的光子，根据，知n=3．氢原子处于第3能级，所以吸收的光子能量E=E3-E2，因为v1、v2、v3的光，且频率依次增大，知分别由n=3到n=2，n=2到n=1，n=3到n=1跃迁所辐射的光子，所以E=E3-E2=hv1= h(ν3－ν2)．故BD正确，AC错误。故选BD。
9．ABD
【解析】
【详解】
一群处于n=3能级的氢原子向基态跃迁时，根据可知，能放出3种不同频率的光，故A正确；一群氢原子从n=3向n=1的能级发出的光子的能量最大为，因锌的逸出功是3.34ev，锌板表面所发出的光电子的最大初动能为EKm=12.09-3.34=8.75eV；故B正确；没有能级差是10.3eV，所以用能量为10.3eV的光子照射，可使处于基态的氢原子不能跃迁到激发态；能量为14.0eV大于电离能13.6eV，因此此光子照射能使处于基态的氢原子电离，故D正确。故选ABD。
【点睛】
解决本题的关键知道什么是电离，以及能级的跃迁满足hγ=Em-En，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．
10．ACD
【解析】
【详解】
普朗克通过研究黑体辐射提出能量子的概念，成为量子力学的奠基人之一，选项A正确；波尔原子理论第一次将量子观念引入原子领域，提出了定态和跃迁的概念，成功地解释了氢原子光谱的实验规律，但是不能成功地解释其它原子光谱的实验规律，选项B错误；单缝衍射实验的结果表明：微观粒子的位置和动量不能够同时确定，选项C正确；电磁波频率越高，能量越大，则相同的时间能传递的信息量越大，选项D正确；故选ACD.
11．BC
【解析】
赫兹发现了光电效应现象，爱因斯坦成功解释了光电效应现象，故A错误；法拉第第一个提出了场的概念，并用电场线来描述场的强弱和方向，故B正确；玻尔提出的原子理论认为原子处在具有一定能量的定态中，虽然电子做变速运动，但不向外辐射能量，故C正确；根据玻尔理论，一个处于n=4能级的氢原子回到n=1的状态过程中，最多可放出3种频率不同的光子，故D错误．所以BC正确，AD错误．
12．AC
【解析】
由能级图可知，b光的频率最小，在介质中的折射率最小，根据 可知，在同种均匀介质中传播时，b光的速度最大，选项A正确；a光的频率最大，则波长最小，根据 可知，用同一套装置做双缝干涉实验，a光相邻亮纹的间距最小，选项B错误；b光的频率小于c光，则若b光照射某种金属能发生光电效应，c光照射该金属也能发生光电效应，选项C正确；根据波尔理论可知：，即 ，选项D错误；故选AC.
点睛：解决本题的关键知道能级间跃迁所满足的规律，即Em-En=hv，掌握干涉条纹间距公式的内容，注意波长与频率的关系，同时理解光电效应方程的应用．
13．电子　 向下
【解析】
阴极射线管的阴极和电源的负极相连，发出的高速运动的粒子流是电子流；由于电子带负电，所以运用左手定则时四指应指向电子运动的反方向，由左手定则可知阴极射线将向下偏转.
14．1.5 2
【解析】
【分析】
【详解】
[1]根据光电效应方程得光电子的最大初动能
[2]一群处于n=3能级的氢原子向低能级跃迁可能发射的光子种类有：
即该群氢原子可能发射3种不同频率的光子。
但是n=3能级跃迁到n=2能级的光子能量小于3.50eV，所以能使该金属发生光电效应的频率共有2种。
15．（1）（2）0.85eV（3）-1.7eV（4）0.66eV
【解析】
（1）
（2）
所以动能
（3）由于
所以电势能
（4）最多有六种．从n=4→3；3→2；2→1；4→2；4→1；3→1．能级差最小的是n=4→n=3，所辐射的光子能量为：
本题考查的是对氢原子光谱能级及跃迁辐射的理解，根据玻尔氢原子理论和能级关系计算出氢原子处于n=4激发态时具有的能量；根据电子轨道特点计算出其动能；根据总能量等于势能加动能得到电势能；根据跃迁方式得到光子能量；
16．(1) 根据带电粒子从电场的负极向正极加速的特点判断(2)垂直纸面向外，(3)
【解析】
【分析】
【详解】
(1) 根据带电粒子从电场的负极向正极加速的特点，所形成的电场方向由正极指向负极，即可判断射线粒子带负电；
(2) 极板D的电势高于极板C，形成的电场竖直向上，当电子受到的电场力与洛沦兹力平衡时，电子做匀速直线运动，亮点重新回复到中心O点，由左手定则可知，磁场方向应垂直纸面向外，设电子的速度为v，则
evB=eE
所以
(3) 通过长度为l1的极板区域所需的时间
当两极板之间加上电压时，设两极板间的场强为E，作用于电子的静电力的大小为qE，


因电子在垂直于极板方向的初速度为0，因而在时间t1内垂直于极板方向的位移

电子离开极板区域时，沿垂直于极板方向的末速度

设电子离开极板区域后，电子到达荧光屏上P点所需时间为t2：
在t2时间内，电子作匀速直线运动，在垂直于极板方向的位移
P点离开O点的距离等于电子在垂直于极板方向的总位移

由以上各式得电子的荷质比为

加上磁场B后，荧光屏上的光点重新回到O点，表示在电子通过平行板电容器的过程中电子所受电场力与磁场力相等，即：

联立解得：