上海市甘泉高中2019-2020学年高中物理沪科版选修3-5：原子世界探秘 综合复习题（含解析）

原子世界探秘
1．欲使处于基态的氢原子激发，下列措施可行的是( )
①用10.2 eV的光子照射
②用11 eV的光子照射
③用14 eV的光子照射
④用13.6 eV的电子碰撞
A．① ② B．② ③
C．① ③ ④ D．② ③ ④
2．下列说法正确的是
A．铀核裂变时释放的能量等于它俘获中子时得到的能量
B．发生光电效应时，入射光越强，则光子的能量就越大，光电子的最大初动能就越大
C．用α粒子轰击氮、氟、钠、铝等元素的原子核，都可以打出质子，因此人们断定质子是原子核的组成部分
D．用能量为11.0 eV的光子照射处于基态的氢原子，可使其跃迁到激发态
3．关于近代物理实验，下列说法正确的是（ ）
A．黑体辐射的实验规律可用光的波动性解释
B．利用α粒子散射实验可以估算核外电子的运动半径
C．电子束通过双缝实验装置后可以形成干涉图样说明实物粒子也具有波动性
D．汤姆逊研究阴极射线发现了电子，提出了原子核式结构模型
4．处于基态的氢原子吸收一个光子后，则下列说法错误的是(　　)
A．电子绕核旋转半径增大 B．电子的动能增大
C．氢原子的电势能增大 D．氢原子的总能量增加
5．下列叙述中符合物理学史的有( )
A．汤姆生通过研究阴极射线实验，发现了电子
B．卢瑟福通过对α粒子散射实验现象的分析，证实了原子是可以再分的
C．卢瑟福通过对α粒子散射实验现象的分析，提出了原子的枣糕模型
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
6．随着科技的发展，大量的科学实验促进了人们对微观领域的认识,下列说法正确的是（ ）
A．汤姆孙通过对阴极射线的研究发现了电子，从而揭示了原子核是有复杂结构的
B．卢瑟福通过a粒子轰击氮核实验的研究,发现了质子
C．普朗克通过对黑体辐射的研究，第一次提出了光子的概念
D．德布罗意首先提出了物质波的猜想，而电子衍射实验证实了他的猜想
E.玻尔建立了量子理论,成功解释了各种原子发光现象
7．下列史实正确的是（　　）
A．贝克勒尔首先发现某些元素能发出射线并与居里夫妇分享了1903年的诺贝尔物理学奖
B．卢瑟福用α粒子轰击氮核，打出了质子，并由此发现了质子
C．查德威克通过实验证实了原子核内存在质子
D．玻尔提出了自己的原子结构假说，并由此解释了所有的原子发光现象
8．下列关于光谱的说法正确的是 ( )
A．炽热固体、液体和高压气体发出的光谱是连续光谱
B．太阳光谱中的暗线说明太阳上缺少与这些暗线相对应的元素
C．连续光谱是不能用来作光谱分析的
D．我们能通过月光的光谱分析鉴别月球的物质成份
9．关于特征谱线的说法正确的是（　　）
A．明线光谱中的明线和吸收光谱中的暗线都是特征谱线
B．明线光谱中的明线是特征谱线，吸收光谱中的暗线不是特征谱线
C．明线光谱中的明线不是特征谱线，吸收光谱中的暗线是特征谱线
D．同一元素的明线光谱的明线与吸收光谱的暗线是相对应的
10．电子的运动受波动性的支配，对于氢原子的核外电子，下列说法正确的是(　　)
A．氢原子的核外电子可以用确定的坐标描述它们在原子中的位置
B．电子绕核运动时，可以运用牛顿运动定律确定它的轨道
C．电子绕核运动时，不遵从牛顿运动定律
D．电子绕核运动的“轨道”其实是没有意义的
11．以下关于玻尔原子理论的说法正确的是(　　)
A．电子绕原子核做圆周运动的轨道半径不是任意的
B．电子在绕原子核做圆周运动时，稳定地产生电磁辐射
C．电子从量子数为2的能级跃迁到量子数为3的能级时要辐射光子
D．不同频率的光照射处于基态的氢原子时，只有某些频率的光可以被氢原子吸收
12．氢原子的能级如图所示．氢原子从n＝4能级直接向n＝1能级跃迁所放出的光子，恰能使某金属产生光电效应，下列判断正确的是( )
A．氢原子辐射出光子后，氢原子能量变大
B．该金属的逸出功W0＝12.75 eV
C．用一群处于n＝3能级的氢原子向低能级跃迁时所发出的光照射该金属，该金属仍有光电子逸出
D．该金属的截止频率为3.1×1015 Hz
13．氢原子的能级如图所示.有一群处于n=4能级的氢原子,这群氢原子能发出____种谱线,发出的光子照射某金属能产生光电效应现象,则该金属的逸出功应小于____eV.?
14．如图甲所示为研究发生光电效应时通过光电管上的电流随电压变化的电路，用频率为υ的单色光照射阴极K时，能发生光电效应，改变光电管两端的电压，测得电流随电压变化的图象如图乙所示，已知电子的带电荷量为e，真空中的光速为c，普朗克常量为h．
①阴极K的极限频率υ0＝______；
②若用上述单色光照射一群处于基态的氢原子，恰能使氢原子跃迁到n＝4的激发态，氢原子处于基态时的能量E1＝______．
15．设想利用金属晶格（大小约10-10m）作为观察电子波动性的障碍物，可以用电场来加速电子，使其动量足够大，对应的物质波的波长也等于10-10m，这时就应该能观察到明显的衍射现象。这个加速电压应该是________V。（电子质量为m=0.91×10-30kg，基本电荷为e=1.6×10-19C）
16．波长为的单色光，问：（1）这一单色光的频率是多大？（2）此单色光的1个光子的能量是多少J？合多少eV?（普朗克常量 = 6.6310-34 J.s）
17．右图是原子的核式结构模型。下面平面示意图中的四条线表示α粒子运动的可能轨迹，在图中完成中间两条α粒子的运动轨迹。（α粒子散射，见图）
参考答案
1．C
【解析】
①用10.2 eV的光子照射，，可使基态的氢原子跃迁到的能级。②用11 eV的光子照射，，没有相应能级，不能被吸收，基态的氢原子不会激发。③用14 eV的光子照射，，基态的氢原子被电离。④用13.6 eV的电子碰撞，氢原子可吸收10.2 eV的能量，跃迁到的能级。综上，能使基态的氢原子激发的措施是① ③ ④。故C项正确。
【点睛】
光子照射使氢原子激发时，光子的能量必须等于激发后与激发前的氢原子能级差；电子碰撞使氢原子激发时，电子能量需大于等于激发后与激发前的氢原子能级差。
2．C
【解析】
根据爱因斯坦质能方程可知，裂变时释放能量是因为发生了亏损质量，△E=△mC2，故A错误；发生光电效应时，入射光的频率越高，光子的能量越大，由：Ekm=hγ-W逸出功得，逸出的光电子的最大初动能就越大，而与入射光的强度无关，故B错误；用α粒子轰击氮、氟、钠、铝等元素的原子核，都可以打出质子，因此人们断定质子是原子核的组成部分，选项C正确；11.0eV的能量不等于基态与其它能级间的能级差，所以不能吸收而发生跃迁，故D错误；故选C．
3．C
【解析】黑体辐射的实验规律不能使用光的波动性解释，而普朗克借助于能量子假说，完美的解释了黑体辐射规律，破除了“能量连续变化”的传统观念．故A错误；利用α粒子散射实验可以估算原子核的大小，选项B错误； 电子束通过双缝实验装置后可以形成干涉图样说明实物粒子也具有波动性，选项C正确； 汤姆逊研究阴极射线发现了电子，提出了原子糟糕式结构模型，选项D错误；故选C.
4．B
【解析】
试题分析：氢原子辐射出一个光子后，从高能级向低能级跃迁，轨道半径减小，能级减小，根据库仑引力提供向心力判断电子动能的变化，通过原子能量变化和电子动能的变化确定电势能的变化．
氢原子辐射出一个光子后，从高能级向低能级跃迁，轨道半径减小，能级减小，根据，知动能增大，AD正确B错误；因为原子能量等于电势能和电子动能之和，因为能量减小，动能增大，则电势能减小，C正确．
5．A
【解析】
【详解】
汤姆生通过研究阴极射线发现了电子，A对；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模型，B、C错；玻尔的原子模型是在核式结构模型的基础上提出的几条假设，并没有否定核式结构学说，D错．故选A.
6．BD
【解析】
【分析】
【详解】
汤姆孙通过对阴极射线的研究发现了电子，从而揭示了原子是有复杂结构的，A错误；卢瑟福用α粒子轰击氮核,发现了质子.B正确；普朗克通过对黑体辐射的研究，第一次提出了量子理论的概念，C错误；德布罗意首先提出了物质波的猜想，而电子衍射实验证实了他的猜想，D正确；玻尔建立了量子理论，成功解释了氢原子发光现象，E错误．
7．AB
【解析】
【详解】
（1）贝克勒尔发现了天然放射现象，居里夫人与她丈夫皮埃尔?居里发现了放射性元素钋（Po）和镭（Ra），因此他们一起分享了1903年的诺贝尔物理学奖。故A正确；
（2）1919年卢瑟福用α粒子轰击氮核，发现质子。故B正确；
（3）1932年查德威克用α粒子轰击铍核，发现中子。故C错误；
（4）玻尔提出了自己的原子结构假说，并由此解释了氢光谱，并不是解释了所有的原子发光现象。故D错误。
故本题正确答案选AB。
8．AC
【解析】
【分析】
光谱是复色光经过色散系统（如棱镜、光栅）分光后，被色散开的单色光按波长（或频率）大小而依次排列的图案，发射光谱物体发光直接产生的光谱叫做发射光谱；
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；
【详解】
A．炽热的固体、液体和高压气体发出的光谱是连续光谱，故A正确；
B．太阳光谱是吸收光谱，其中的暗线，说明太阳中存在与这些暗线相对应的元素，故B错误；
C. 连续光谱是不能用来作光谱分析的，故选项C正确；
D、光谱分析要使用明线谱或吸收光谱，而月亮的光是反射的太阳光，故D错误；
【点睛】
本题是考查光谱与光谱分析，要求学生理解与掌握即可。
9．AD
【解析】
【详解】
ABC．明线光谱中的明线和吸收光谱中的暗线都是特征谱线，故A项正确，BC两项错误；
D．同一元素的明线光谱的明线与吸收光谱的暗线是相对应的，故D项正确。
故选AD。
【点睛】
同一元素的明线光谱的明线与吸收光谱的暗线是相对应的，借助线状谱可进行光谱分析。
10．CD
【解析】
A、B、微观粒子的波动性是一种概率波，对应微观粒子的运动，牛顿运动定律已经不适用了，所以氢原子的核外电子不能用确定的坐标描述它们在原子中的位置，A、B错误；
C、D、电子的“轨道”其实是没有意义的，电子轨道只不过是电子出现的概率比较大的位置，C、D正确；
故选CD．
11．AD
【解析】
A、根据玻尔理论知，电子绕核做圆周运动的半径是一些分立值，A正确；
B、电子绕核做圆周运动时，不发生电磁辐射，B错误；
C、从低能级向高能级跃迁时，需吸收光子，C错误；
D、当吸收的光子能量等于两能级间的能级差，才能被氢原子吸收，所以不同频率的光照射处于基态的氢原子时，只有某些频率的光可以被氢原子吸收，D正确；
故选AD．
12．BD
【解析】
【详解】
氢原子发生跃迁，辐射出光子后，氢原子能量变小，故A错误．根据恰能使某金属产生光电效应，由n＝4跃迁到n＝1，辐射的光子能量最大，ΔE＝13.6－0.85 eV＝12.75 eV.则逸出功W0＝12.75 eV，故B正确．一群处于n＝3的氢原子向低能级跃迁时，辐射的能量小于从n＝4能级直接向n＝1能级跃迁所放出的光子能量，则不会发生光电效应，故C错误．由W0＝hνc，可得知，D正确；故选BD．
【点睛】
解决本题的关键知道能级间跃迁满足的规律，即Em-En=hv．理解逸出功的含义，注意光电效应的产生条件．
13．6 12.75
【解析】
试题分析：一群处于n＝4能级的氢原子跃迁时共有＝6种谱线．能产生光电效应，说明能量最大的光子一定能产生光电效应，所以逸出功应小于ΔE＝E4－E1＝12.75eV.
考点：考查了氢原子跃迁
14．
【解析】
【详解】
①[1]由图乙，根据动能定理可知
-eUC=0-Ek
解得：
Ek=eUC
根据爱因斯坦光电效应有：
Ek=hυ-W0
又W0=hv0
解得：
v0=v- ．
②[2]在原子跃迁过程中，根据能量守恒定律有：
hv=△E=E4-E1=（-1）E1
解得：
E1=?hv．
【点睛】
本题考查了光电效应和能级跃迁的综合运用，知道最大初动能与遏止电压的关系，掌握光电效应方程，知道能级跃迁辐射或吸收的能量等于两能级间的能级差．
15．
【解析】
【详解】
电子加速后的动能，电子的德布罗意波波长：，故．
16．（1）、5.0×1014Hz （2）、3.315×10-19J、合2.07eV
【解析】
【详解】
（1）由，该单色光的频率为：；
（2）1个光子的能量为：；
17．α粒子散射
【解析】
【详解】
卢瑟福通过粒子散射并由此提出了原子的核式结构模型，该实验的现象为：绝大多数粒子几乎不发生偏转，少数粒子发生了较大的角度偏转，极少数粒子发生了大角度偏转（偏转角度超过90°，有的甚至几乎达到180°，被反弹回来），据此可画出粒子的运动轨迹．粒子的运动轨迹如图所示．