上海市丰华高中2019-2020学年高中物理沪科版选修3-5：原子世界探秘 单元测试题（含解析）

原子世界探秘
1．下列说法正确的是
A．太阳内部发生的核反应是重核裂变
B．光电效应说明光具有粒子性、康普顿效应说明光具有波动性
C．氢原子核外电子从半径较小的轨道跃迁到半径较大的轨道时，由于电子的动能减少，所以原子总能量减少
D．碳14的半衰期为5730年，若测得一古生物遗骸中碳14含量只有活体中的1/8，则此遗骸距今约有17190年
2．核磁共振成像(缩写为MRI)是一种人体不接触放射线，可进行人体多部位检查的医疗影像技术．基本原理是：外来电磁波满足一定条件时，可使处于强磁场中的人体内含量最多的氢原子吸收电磁波的能量，去掉外来电磁波后，吸收了能量的氢原子又把这部分能量以电磁波的形式释放出来，形成核磁共振信号．关于人体内氢原子吸收的电磁波能量，正确的是(　　)
A．任何频率的电磁波氢原子均可吸收
B．频率足够高的电磁波氢原子才吸收
C．能量大于13.6 eV的光子氢原子才能吸收
D．氢原子只能吸收某些频率的电磁波
3．在人类对微观世界的探索中科学实验起到了非常重要的作用。下列说法符合史实的是
A．密立根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
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．居里夫妇从沥青铀矿中分离出了钋（Po）和镭（Ra）两种新元素
D．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
4．如图所示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，当向低能级跃迁时辐射出若干个不同频率的光，关于这些光，下列说法正确的是（　）
A．波长最大的光是由n=4能级跃迁到n=1能级产生的
B．频率最小的光是由n=4能级跃迁到n=3能级产生的
C．这些氢原子总共可辐射出3种不同的频率的光
D．从n=2能级跃迁到n=1能级电子动能减小
5．下列实验中，深入地揭示了光的粒子性一面的有(　　)
①X射线被石墨散射后部分波长增大
②锌板被紫外线照射时有电子逸出但被可见光照射时没有电子逸出
③轰击金箔的α粒子中有少数运动方向发生较大偏转
④氢原子发射的光经三棱镜分光后，呈现线状光谱
A．①② B．①②③ C．②③ D．②③④
6．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n=4的能级向n=3的能级跃迁时，会辐射出紫外线
B．在水中传播时，a光比b光的速度小
C．用动能11 eV的外来电子轰击处于基态的氢原子，氢原子不能发生能级跃迁
D．氢原子从高能级向低能级跃迁时，可能会辐射出γ射线
7．关于下列四幅图的说法正确的是____
A．甲图中A处能观察到大量的闪光点，B处能看到较多的闪光点，C处观察不到闪光点
B．乙图中用弧光灯照射原来就带电的锌板时，发现验电器的张角变大，说明锌板原来带正电
C．丙图中处于基态的氢原子能吸收能量为10.4eV的光子而发生跃迁
D．丙图中处于基态的氢原子能吸收动能为10.4eV的电子的能量而发生跃迁E．丁图中1为α射线，它的电离作用很强，可消除静电
8．如图所示为氢原子能级图示意图的一部分，则氢原子（ ）
A．处于不同能级时，核外电子在各处出现的概率是不一样的
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．从能级跃迁到能级比从能级跃迁到能级辐射出电磁波的速度大
D．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
9．频率为v的光子，德布罗意波长为λ=h/p，能量为E，则光的速度为
A．Eλ/h B．pE C．E/p D．h2/Ep
10．氢原子从n=3跃迁到n=2时放出的光能使某金属发生光电效应，则以下跃迁中放出的光也一定能使此金属产生光电效应的是（ ）
A．从n=2跃至n=1. B．从n=4跃至n=2.
C．从n=5跃至n=3. D．从n=6跃至n=5.
11．如图所示为氢原子的能级图，一群氢原子处于n=3能级，下列说法中正确的是
A．这群氢原子发出的光子中，能量最大为10.2 eV
B．从n=3能级跃迁到n=2能级时发出的光波长最长
C．这群氢原子能够吸收任意光子的能量而向更高能级跃迁
D．如果发出的光子中只有一种能使某金属产生光电效应，那一定是由n=3能级跃迁到n=1能级发出的
12．根据国家科技部2017年3月6日报道，迄今为止，科学家已经成功检测定位了纳米晶体结构中氢原子，按波尔氢原子理论，氢原子的能级如图所示，下列判断正确的是（ ）
A．用光子能量为的光照射一群处于基态的氢原子，可观测到多种不同频率的光
B．大量处于n=4激发态的氢原子向基态跃迁时，可能发出6订光谱线
C．氢原子从第4激发态跃迁到第2激发态需要吸收光子
D．氢原子的核外电子由高能能跃迁到低能级时，氢原子的电势能减小，电子的动能增大
13．原子半径的数量级是_________m，原子核半径的数量级是_________m，由此可知，原子核的半径相当于原子半径的_________分之一．
14．1911年,英国物理学家卢瑟福用____________________轰击金原子,通过这个实验他提出了原子的核式结构模型。目前我们认为原子核是由两种基本粒子组成的,本别是带正电的___________和不带电的中子。
15．如图所示，是1909年英国物理学家卢瑟福和他的同事们所做的粒子散射实验装置示意图，此实验否定了__________的原子结构模型，据此实验卢瑟福提出了原子的___________式结构模型。
16．氢原子核的半径大约为．试估算氢原子核的密度，若氢核与氢核紧密排列到，则质量约为多大？（已知氢原子的质量约为，球的体积公式）
17．近百年前英国科学家汤姆逊以及他所带领的一批学者对原子结构的研究奠定了近代物理学的基石，其中他对阴极射线粒子比荷测定实验最为著名，装置如图（1）所示。阜宁中学某班的学生在实验室重做该实验，装置如图（2）所示，在玻璃管内的阴极K 发射的射线被加速后，沿直线到达画有正方形方格的荧光屏上。在上下正对的平行金属极板上加上电压，在板间形成电场强度为 E 的匀强电场，射线向上偏转；再给玻璃管前后的励磁线圈加上适当的电压，在线圈之间形成磁感应强度为 B 的匀强磁场，射线沿直线运动，不发生偏转。之后再去掉平行板间的电压，射线向下偏转，经过屏上 A 点，如图（3）所示。
（不计射线的重力，匀强电场、匀强磁场范围限定在刻度“1”和“7”所在的竖直直线之间，且射线由刻度“1”所在位置进入该区域）。求：
（1）求该射线进入场区域时的初速度v ；
（2）已知正方形方格边长为d ，求该射线粒子的比.
（3）带电粒子在磁场中运动到A点的时间？
参考答案
1．D
【解析】
太阳内部发生的核反应是轻核聚变，A错误；光电效应与康普顿效应都说明光具有粒子性，光 的干涉与衍射才说明光具有波动性，B错误；氢原子核外电子从半径较小的轨道跃迁到半径较大的轨道时需要吸收一定的能量，所以原子总能量增加，C错误；测得一古生物遗骸中的含量只有活体中的，知经过了3个半衰期，则此遗骸距今约有5730×3=17190年，D正确。
2．D
【解析】
【详解】
根据波尔理论可知，氢原子只能吸收某些特定频率的电磁波然后才能发生跃迁，最后以电磁波的形式释放出来，选项D正确，AB错误；吸收的能量等于氢原子能级的能级差，故应小于13.6V，选项C错误；故选D.
3．C
【解析】
【详解】
A、汤姆孙通过对阴极射线在电场及在磁场中偏转的实验，发现了阴极射线是由带负电的粒子组成，并测定了粒子的比荷，故A错误；B、贝克勒尔通过对天然放射性现象的研究，证明原子核有复杂结构，故B错误；C、居里夫妇从沥青铀矿中分离出了钋（Po）和镭（Ra）两种新元素，故C正确；D、卢瑟福通过а粒子散射实验，证实了原子是由原子核和核外电子组成的，故D错误。本题选C。
4．B
【解析】
【详解】
由n=4能级跃迁到n=1能级的能级差最大，所以辐射的光子频率最大，波长最小，故A错误；由n=4能级跃迁到n=3能级的能级差最小，所以辐射的光子频率最小，故B正确；由可知这些氢原子总共可辐射6种不同频率的光子，故C错误；电子从n=2能级跃迁到n=1能级辐射出的光子的能量，根据引力提供向心力，可知，电势能减小，但动能增加，故D错误。所以B正确，ACD错误。
5．A
【解析】
①为康普顿散射，②为光电效应，康普顿散射和光电效应都深入揭示了光的粒子性； ③为α粒子散射，不是光子，揭示了原子的核式结构模型．④为光的折射，揭示了氢原子能级的不连续；故深入地揭示了光的粒子性一面的有①②，故选A.
【点睛】
本题考查的知识点较多，在平时学习中要多注意积累一些特殊的光学现象，尤其是课本上涉及到的图片，更要认真理解现象的原理．
6．B
【解析】
A.根据跃迁规律可知从n=4向n=2跃迁时辐射光子的能量大于从n=4向n=3跃迁时辐射光子的能量，从n=4的能级向n=2的能级跃迁时辐射出的是可见光，从n=4的能级向n=3的能级跃迁时,辐射出的光子频率低于可见光a的频率，不会是紫外线，故A错误；
B. 根据跃迁规律可知从n=4向n=2跃迁时辐射光子的能量大于从n=3向n=2跃迁时辐射光子的能量，则可见光a的光子能量大于b，又根据光子能量E=hγ可得a光子的频率大于b，则a的折射率大于b，由c=nv，可得：在水中传播时,a光比b光的速度小，故B正确；
B. 用动能11eV的外来电子轰击处于基态的氢原子，氢原子获得的能量可能等于n=1能级与n=2能级之间的能量差10.2eV，可能发生能级跃迁，故C错误；
D. γ射线是原子核发生衰变时释放出的，来自于原子核内部，故D错误．
故选B.
7．BDE
【解析】
甲图中A处能观察到大量的闪光点，B处能看到较多的闪光点，在C处也可以观察到很少的闪光点，A正确；乙图中用弧光灯照射锌板，锌板上的电子逸出，锌板带上正电，发现验电器的张角变大，说明原来就带正电，B正确；吸收光子能量发生跃迁，吸收的光子能量需等于两能级间的能级差，从基态氢原子发生跃迁到n=2能级，需要吸收的能量最小，吸收的能量为-3.4eV-（-13.6eV）=10.2eV，即受10.2eV光子照射，可以从基态氢原子发生跃迁到n=2能级．10.4eV的光子不能被吸收，不能发生跃迁，C错误；与动能为10.4eV的电子碰撞，基态的氢原子吸收的能量可能为10.2eV，所以能从n=1能级跃迁到n=2能级，D正确；根据左手定则可知，1带正电，为射线，射线的电离作用很强，可消除静电，E正确．
8．AD
【解析】
A、处于不同能级时，核外电子在各处出现的概率是不一样的，故A正确；
B、由高能级向低能级跃迁，氢原子向外辐射能量，不是原子核辐射能量，故B错误；
C、电磁波的速度是相等的，故C错误；
D、和间的能级差小于和间的能级差，则从能级跃迁到能级比从能级跃迁到能级辐射出光子能量小，频率小，波长长，所以D正确。
点睛：解决本题的关键知道辐射或吸收的光子能量等于两能级间的能级差，能级差越大，辐射或吸收的光子频率越大，波长越小。
9．AC
【解析】
【详解】
根据，可得，又因为，代入可得，AC正确．
10．AB
【解析】
【详解】
n=2跃迁到n=1以及n=4跃至n=2辐射的光子能量大于n=3跃迁到n=2辐射的光子能量，根据光电效应产生的条件知，一定能使该金属发生光电效应。故AB正确。从n=5跃迁到n=3，从n=6跃迁到n=5辐射的光子能量均小于n=3跃迁到n=2辐射的光子能量，都不一定能使金属发生光电效应。故CD错误。故选AB。
【点睛】
解决本题的关键知道发生光电效应的条件是入射光的频率大于金属的极限频率，以及知道能级间跃迁所满足的规律：能级间跃迁辐射的光子能量等于两能级间的能级差．
11．BD
【解析】
【详解】
A、由n=3跃迁到n=1，辐射的光子能量最大，，故A错误；
B、从n=3跃迁到n=2辐射的光子能量最小，频率最小，则波长最长，故B正确；
C、一群处于n=3的氢原子发生跃迁，吸收的能量必须等于两能级的能级差，故C错误；
D、如果发出的光子只有一种能使某金属产生光电效应，知这种光子为能量最大的一种，即为n=3跃迁到n=1能级发出的，故D正确；
故选BD．
【点睛】
能级间跃迁辐射或吸收的光子能量必须等于两能级间的能级差，能级差越大，辐射的光子能量越大，频率越大，波长越小．
12．BD
【解析】氢原子发生能级跃迁吸收或放出的光子能量等于两能级的能量差，A错误；大量处于在n=4激发态的氢原子向基态跃迁时可发出的光谱线条数为种，B正确；第4激发态是n=5的能级态，第2激发态为n=3的能级态，氢原子由高能级态向低能级态跃迁时辐射光子，C错误；氢原子的核外电子由高能级跃迁到低能级时，轨道半径减小，因电场力做正功，故氢原子电势能减小，电子的动能增大，D正确；选BD.
13． 十万
【解析】
【详解】
[1]原子半径的数量级为
[2]原子核半径的数量级为
[3]由[1]、[2]可知两者半径比值大约为，即原子核半径约为原子半径的十万分之一。
14．α粒子 质子
【解析】
【详解】
[1][2]1911年,英国物理学家卢瑟福用α粒子轰击金原子,提出卢瑟福核式结构模型:原子是由位于原子中心的原子核和核外绕原子核做圆周运动的电子组成的,原子核由质子和中子组成,质子带正电,电子带负电;原子核几乎集中了原子所有质量.
15．汤姆逊 核
【解析】
【详解】
[1[2] 卢瑟福和他的同事们所做的粒子散射实验装置示意图，此实验否定了汤姆逊的枣糕模型，据此实验卢瑟福提出了原子的核式结构模型．
16．
【解析】
【详解】
原子的质量几乎全部集中在原子核上，故有氢原子核的质量约等于氢原子的质量，即
且由题意，原子核的半径
根据公式
解得：
的氢原子核的数目为
则质量为
代入数据解得：
17．(1) (2) (3)
【解析】
【详解】
(1)射线被加速后在电场力和洛伦兹力共同作用匀速直线运动，根据平衡得：
qE=qvB
解得：射线被加速后的速度为
(2)去掉金属板间电压后，粒子不再受到电场力，只在洛伦兹力作用下做匀速圆周运动，经过A点，则圆心为O点，半径为r，如图所示
则有
解得：
因为洛伦兹力提供向心力，则
联立解得：
(3)设粒子轨迹对应的圆心角为θ，根据几何关系可得
解得
带电粒子在磁场中运动到A点的时间为：