上海市海滨高中2019-2020学年高中物理沪科版选修3-5：原子世界探秘 章末综合复习题（含解析）

原子世界探秘
1．已知氢原子的基态能量为，激发态能量，其中n=2，3…．用h表示普朗克常量，c表示真空中的光速．能使氢原子从第一激发态电离的光子的最大波长为（　　）
A． B． C． D．
2．以下是有关近代物理内容的若干叙述，其中正确的是　　
A．粒子散射实验揭示了原子核内部的复杂性
B．光电效应现象揭示了光具有粒子性
C．紫外线照射到金属锌板表面时能产生光电效应，则当增大紫外线的照射强度时，从锌板表面逸出的光电子的最大初动能也随之增大
D．处于基态的氢原子最不稳定
3．如图为示波管中电子枪的原理示意图，A为发射电子的阴极，K为接在高电势的加速极，A、K之间电压为U，电子离开阴极时的速度可以忽略，电子经加速后从K的小孔中射出的速度大小为v，下列说法正确的是（ ）
A．如果A、K之间距离减半而电压仍为U，那么电子离开K的速度为2v
B．如果A、K间距离减半电压仍为U，那么电子经过K时的速度为v
C．如果A、K间距离保持不变而电压减半，那么电子离开K时的速度为v
D．如果A、K间距离保持不变而电压减半，那么电子离开K时的速度为
4．图中是氢原子可能的能级，下列说法正确的是（ ）
A．处于第3能级的氢原子向下跃迁可能发出6中不同频率光子
B．用能量为15eV的光子照射处于基态的氢原子能电离出能量为3.4eV的电子
C．某金属逸出功为15eV，n=2能级的氢原子向下跃迁发出的光子照射该金属面能发生光电效应．
D．氢原子在辐射出一个光子后，电子的动能增大，电势能减小
5．下列有关物理史实的叙述中正确的是 ( )
A．奥斯特最早提出了电荷周围存在着由它产生的电场
B．密立根发现电子并通过油滴实验精确测定了其电荷量
C．法拉第发现电磁感应现象并得出法拉第电磁感应定律
D．库仑通过库仑扭秤实验得出了两点电荷之间的作用力与其间距的二次方成反比
6．卢瑟福的粒子散射实验的结果显示了下列哪些情况（ ）
A．原子内存在电子
B．原子的大小为m
C．原子的正电荷和几乎全部质量都集中在原子核里
D．原子的正电荷均匀分布在它的全部体积上
7．对于巴耳末公式=R(-)的理解，下列说法错误的是( )
A．所有氢原子光谱的波长都可由巴耳末公式求出
B．公式中的n可取任意值，故氢原子光谱是连续谱
C．公式中的n只能取不小于3的整数值，故氢原子光谱是线状谱
D．公式不但适用于氢原子光谱的分析，也适用于其他原子光谱的分析
8．关于原子结构和原子核，下列说法中正确的是　　
A．利用粒子散射实验可以估算原子核的半径
B．原子核经过衰变生成新核，则新核的总质量等于原核的总质量
C．原子的核式结构模型很好地解释了氢原子光谱的实验
D．处于激发态的氢原子放出光子后，核外电子运动的动能将增大
9．如图为卢瑟福和他的同事们做?粒子散射实验装置的示意图，荧光屏和显微镜一起分别放在图中的A、B、C、D四个位置时，关于观察到的现象，下述说法中正确的是　　
A．相同时间内放在A位置时观察到屏上的闪光次数最少
B．放在D位置时屏上仍能观察到一些闪光，但次数极少
C．相同时间内放在B位置时观察到屏上的闪光次数比放在A位置时稍少些
D．放在C、D位置时屏上观察不到闪光
10．英国物理学家卢瑟福用粒子轰击金箔，发现了粒子的散射现象图中O表示金原子核的位置，则能正确表示该实验中经过金原子核附近的粒子的运动轨迹的图是　　
A． B．
C． D．
11．氢原子的能级如图所示．氢原子从n＝2能级向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＝10.2 eV
C．用一群处于n＝4能级的氢原子向低能级跃迁时，所发出的光照射该金属，所有的光都能发生光电效应
D．用一群处于n＝4能级的氢原子向低能级跃迁时，所发出的光照射该金属，产生的所有光电子中，其中最大的初动能为2.55 eV
12．下列关于物理史实的说法中正确的是 ．
A．普朗克根据黑体辐射的规律，提出了能量子的观点
B．贝克勒尔通过研究铀矿石，发现了天然放射现象
C．玻尔根据粒子散射实验，提出了原子的核式结构模型
D．汤姆逊通过研究阴极射线发现了电子，并精确测量出点子的电荷量
13．当每个具有5.0eV的光子束射入金属表面后，从金属表面逸出的电子具有最大初动能是1.5eV，为了使这种金属产生光电效应，入射光子的最低能量是______，为了使从金属表面逸出的电子具有的最大初动能加倍，入射光子的能量是______．
14．如图给出了氢原子的四个能级、大量氢原子在这些能级之间跃迁所辐射的光子的频率最多有_____种，其中能量最高的光子能量为__eV
15．用同样的直流电压加速原来静止的一价氢离子和二价氧离子，加速后的氢离子和氧离子的德布罗意波的波长之比将为______________。
16．一束向上射出的激光束功率为100W，截面积为1mm2，射向一个水平放置的铝箔，设铝箔的面积也为1mm2，铝的密度为2.7×103kg/m3，光线全部被铝箔吸收，求最多能托起的铝箔厚度？
17．有大量的氢原子吸收某种频率的光子后从基态跃迁到n＝3的激发态，已知氢原子处于基态时的能量为E1，则吸收光子的频率ν是多少？当这些处于激发态的氢原子向低能级跃迁发光时，可发出几条谱线？辐射光子的能量分别为多少？
参考答案
1．C
【解析】试题分析：最大波长对应着光子的最小能量，即只要使使氢原子从第一激发态恰好电离即可．根据题意求出第一激发态的能量值，恰好电离时能量为0，然后求解即可．
第一激发态即第二能级，是能量最低的激发态，则有，电离是氢原子从第一激发态跃迁到最高能级0的过程，需要吸收的光子能量最小为，所以有，解得，故C正确．
2．B
【解析】
卢瑟福的α粒子散射实验，让α粒子穿越原子，少数α粒子发生偏转，极少数α粒子发生大角度偏转，揭示了原子的核式结构，故A错误；光电效应现象揭示了光具有粒子性，故B正确；紫外线照射到金属锌板表面时能产生光电效应，则当增大紫外线的照射强度时，从锌板表面逸出的光电子的最大初动能不变，故C错误；处于基态的氢原子最稳定，故D错误．所以B正确，ACD错误．
3．C
【解析】
由动能定理可知，电子在加速电场中被加速，eU＝mv2，所以当电压减半后，速度为v，故C选项正确。
4．D
【解析】
A．处于第3能级的氢原子向下跃迁可能发出种不同频率光子，故A错误；
B．用能量为15eV的光子照射处于基态的氢原子能电离出能量为1.4eV的电子，故B错误；
C．n=2能级的氢原子向下跃迁到n=1能级发出光子的能量为：E=-3.4eV-（-13.6eV）=10.2eV，因为10.2eV小于金属逸出功为15eV，所以不能发生光电效应，故C错误；
D．根据玻尔理论可知，氢原子辐射出一个光子后，电子的轨道半径减小，电子的动能增大，由于能量减小，则电势能减小，故D正确．
故选D．
5．D
【解析】
法拉第提出了电荷周围存在着由它产生的电场，故A错误；美国科学家密立根最先测出电子的电量，而英国科学家汤姆孙最先发现了电子，B错误；法拉第发现了电磁感应现象，纽曼和韦伯得出法拉第电磁感应定律，C错误；库仑通过库仑扭秤实验得出了两点电荷之间的作用力与其间距的二次方成反比，D正确．
6．C
【解析】
此实验不能说明原子内存在电子，故A错误；α粒子数射实验的结果，可知，原子核大小数量级为10-15m，故B错误；卢瑟福根据α粒子散射实验现象提出了原子具有核式结构，原子的正电荷和几乎全部质量都集中在原子核里．故C正确．由于极少数α粒子发生了大角度偏转，原子全部正电荷集中在原子中央很小的体积内，即原子核内．故D错误．故选C．
7．ABD
【解析】试题分析：此公式是巴耳末在可见光的14条谱线分析时发现的，式中的n只能取整数，不能连线取值，且从3，4，…开始取，只能适用于氢光谱，及红外与紫外区．
公式=R(-)中的n只能取整数，不能连线取值，且从3，4，…开始取，故A错误；此公式中n不可以取任意值，只能取整数，且从3，4，…开始取，氢原子光谱是不连续的，故B错误；公式中n只能取整数，故氢原子光谱是线状谱，故C正确；公式只能适用于氢原子光谱，及氢光谱在红外与紫外区的其他谱线，故D错误；
8．AD
【解析】
卢瑟福根据a粒子轰击金箔的实验，提出原子核式结构学说，通过实验可以估算原子核的半径，故A正确；原子核经过衰变生成新核的过程中要向外放出大量的能量，所以新核的总质量小于原核的总质量，故B错误；玻尔的原子模型与原子的核式结构模型本质上是不同的，玻尔的原子模型很好地解释了氢原子光谱的实验，故C错误；处于激发态的氢原子放出光子后，向低能级跃迁，核外电子的运动半径减小，根据可知，其动能增大，电势能减小，总能量也减小，故D正确；故选AD．
9．BC
【解析】
【详解】
放在A位置时，相同时间内观察到屏上的闪光次数最多，说明大多数射线基本不偏折，可知金箔原子内部很空旷，故A错误；放在D位置时，屏上可以观察到闪光，只不过很少很少，说明很少很少射线发生大角度的偏折，故B正确；放在B位置时，相同时间内观察到屏上的闪光次数较少，说明较少射线发生偏折，可知原子内部带正电的体积小，故C正确；放在CD位置时，屏上仍能观察一些闪光，但次数极少，说明极少数射线较大偏折，可知原子内部带正电的体积小且质量大，故D错误．故选BD．
【点睛】
该实验中，放射源放出一束射线轰击金箔，运用显微镜前荧光屏去观察射线的多少．课本中，该实验的结论是：多数射线基本不偏折，少数发生较大角度的偏转，个别的粒子几乎被反射回来．
10．BD
【解析】
在粒子的散射现象中粒子所受原子核的作用力是斥力，故斥力指向轨迹的内侧，显然A中下方粒子受力指向轨迹的外侧，故A错误；在粒子的散射现象中绝大多数的粒子都照直穿过薄金箔，偏转很小，但有少数粒子发生角度很大的偏转，个别的粒子偏转角大于，极少数的粒子偏转角大于，甚至个别粒子沿原方向弹回，原因在粒子的散射现象中粒子所受原子核的作用力是斥力，故越靠近原子核的粒子受到的斥力越大，轨迹的偏转角越大，故BD正确，C错误．故选BD．
11．BD
【解析】
A：氢原子辐射出光子后，氢原子能量变小．故A项错误．
B：氢原子从n=4能级直接向n=1能级跃迁所放出的光子能量，恰能使某金属产生光电效应，该金属的逸出功W0=12.75eV．故B项正确．
C：一群处于n=3能级的氢原子向低能级跃迁时所发出的光的光子能量最大值为，比该金属的逸出功小；照射金属不会有光电子逸出．故C项错误．
D：据，氢原子处于n=1能级时，其核外电子在最靠近原子核的轨道上运动．故D项正确．
12．AB
【解析】
普朗克为解释黑体辐射的规律，提出了能量子的观点，所以A正确；贝克勒尔通过研究铀矿石，发现了天然放射现象，故B正确；卢瑟福根据α粒子散射实验，提出了原子的核式结构模型，所以C错误；汤姆逊通过研究阴极射线发现了电子，密立根通过油滴实验精确测量出点子的电荷量，故D错误．
13．3.5eV6.5eV
【解析】
【详解】
由从金属表面逸出的电子具有最大的初动能是1.5eV．而入射光的能量为5.0eV．则该金属的逸出功为3.5eV．而不论入射光的能量如何变化，逸出功却不变．所以恰好发生光电效应时，入射光的能量最低为3.5eV．为了使从金属表面逸出的电子具有的最大初动能加倍，根据光电效应方程可知；则入射光子的能量是；
【点睛】
金属的逸出功是不变的，且逸出功是电子逃逸出来所克服引力做功的最小值，注意掌握光电效应方程的应用．
14．6；12.75
【解析】
【分析】
任意两个能级间产生一次跃迁，发出一种频率的光子，氢原子在这些能级之间跃迁所辐射的光子的频率最多共产生6种频率不同的光子；
【详解】
由于氢原子在这些能级之间跃迁所辐射的光子的频率最多有．
根据玻尔理论分析得知，氢原子从跃迁到能级时放出的光子能量最大，则能量最高的光子能量为 。
【点睛】
解决本题的关键知道能级跃迁能极差与光子能量的关系。
15．4∶1
【解析】
【分析】
根据动能定理求出离子的动能，然后结合德布罗意波长的表达式求出离子的波长，然后比较即可得出．
【详解】
离子加速后的动能，离子的德布罗意波波长：，所以．
【点睛】
该题结合动能定理考查对德布罗意波的理解以及德布罗意波波长的计算，关键是正确得出离子的波长的公式．
16．1.23×10-5m
【解析】
【分析】
固态铝球受重力和光波的支撑力而平衡，根据平衡条件和功率的公式P=Fv列式求解即可．
【详解】
由于，故，又，所以．
【点睛】
本题关键是明确铝球的受力情况，根据平衡条件列式，还要根据功率公式P=Fv列式，不需要考虑光子情况，基础题目．
17．ν＝－ ； 三条谱线 ； 光子能量分别为，，
【解析】
【详解】
据跃迁理论hν＝E3－E1，而E3＝E1，所以
.
由于是大量原子，可从n＝3跃迁到n＝1，从n＝3跃迁到n＝2，再从n＝2跃迁到n＝1，故应有三条谱线，光子能量分别为E3－E1，E3－E2，E2－E1，即－E1，－E1，－E1.
【点睛】
本题考查对玻尔理论的理解和应用能力，关键抓住光子能量与能级之间的关系：En=，解决本题的关键知道辐射或吸收光子的能量等于两能级间的能级差，即Em-En=hv．