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

原子世界探秘
1．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．乙图中处于基态的氢原子能吸收能量为10.4 eV的光子而发生跃迁
C．丙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，则锌板原来带负电
D．丁图中1为α射线，它的电离作用很强可消除静电
2．光子能量为的一束光照射容器中的氢（设氢原子处于的能级），氢原子吸收光子后，能发出频率、、、、、六种光谱线，且，且等于（ ）
A． B．
C． D．
3．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=2能级跃迁到n=1能级产生的
C．这些氢原子总共可辐射出3种不同频率的光
D．从n=2能级跃迁到n=1能级电子动能增加
4．已知氦离子能级与量子数的关系和氢原子能级公式类似（氢原子能级公式），氦离子处于基态时的能量为．若处于激发态的氦离子自发地直接向基态跃迁，放出的光子能量可能为（ ）
A． B． C． D．
5．用能量为的光子去照射一群处于基态的氢原子，受光子照射后，下列的说法正确的是（ ）
A．原子能跃迁到的轨道上去 B．原子能跃迁到的轨道上去
C．原子能跃迁到的轨道上去 D．原子不能跃迁到其他轨道上去
6．在粒子散射实验中，不考虑电子和粒子碰撞的影响，这是因为（ ）
A．粒子和电子根本无相互作用
B．电子是均匀分布的，粒子受电子作用的合力为零
C．粒子在和电子碰撞中动量的改变量极小，可忽略不计
D．电子体积很小，粒子碰撞不到电子
7．下列关于近代物理学的结论中，正确的是（?? ）
A．宏观物体的物质波波长非常小，极易观察到它的波动性
B．光的干涉现象中，干涉亮条纹部分是光子到达几率多的地方
C．光电效应现象中，光电子的最大初动能与照射光的频率成正比
D．氢原子的能级是不连续的，但辐射光子的能量却是连续的
8．当α粒子被重核散射时，如图所示的运动轨迹中不可能存在的是（?? ）
A．A B．B C．C D．D
9．按照玻尔理论，在氢原子中，当电子从半径为的轨道跃迁到半径为的轨道时，它的能量变化是（ ）
A．电势能减少，动能增加 B．电势能减少，动能减少
C．电势能的减少等于动能的增加 D．电势能的减少大于动能的增加
10．下列说法正确的是(　　)
A．爱因斯坦在光的粒子性的基础上,建立了光电效应方程
B．康普顿效应表明光子只具有能量,不具有动量．德布罗意指出微观粒子的动量越大,其对应的波长就越长．
C．玻尔的原子理论成功地解释了氢原子光谱的实验规律
D．卢瑟福根据α粒子散射实验提出了原子的核式结构模型
11．有一群氢原子处于量子数n=4的激发态,当它们跃迁时（ ）
A．有可能放出6种能量的光子
B．从n=4向n=1跃迁能级差最大,光子的波长最长
C．由n=4向n=3跃迁能级差最小,光子的波长最长
D．由n=4向n=3跃迁能级差为0.66 eV
12．氢原子的部分能级如图所示，大量处于激发态的氢原子从一束单一频率的光中吸收了能量后，跃迁到某较高激发态，再向低能级跃迁时，可以发出10种不同频率的光子，则下列说法中正确的是
A．跃迁到的高激发态
B．从跃迁到产生的光子能量最大
C．从跃迁到产生的光子能量最小
D．从跃迁到产生的光子能量大于从跃迁到产生的光子能量
13．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为氢离子，该氢原子需要吸收的能量至少是________eV，一群处于n＝4能级的氢原子回到n＝2的状态过程中，可能辐射________种不同频率的光子．
14．一群处于量子数n＝3的激发态氢原子向低能级跃迁时，可能发出的光谱线种类最多有______，其中最小的频率等于_________Hz．
15．氢原子从能级跃迁到能级时，辐射出波长为的光，从能级跃迁到能级时，辐射出波长为的光，若，则氢原子从能级跃迁到能级时，将__________光子，光子的波长为__________．
16．在汤姆孙发现电子后，对于原子中正负电荷的分布的问题，科学家们提出了许多模型，最后他们认定：占原子质量绝大部分的正电荷集中在很小的空间范围内，电子绕正电荷旋转．此模型称原子的有核模型．最先提出原子有核模型的科学家是谁？他所根据的实验是什么？
17．在α粒子散射实验中，根据α粒子与原子核发生对心碰撞时所能达到的最小距离可以估算原子核的大小．现有一个α粒子以2.0×107 m/s的速度去轰击金箔，若金原子的核电荷数为79，求该α粒子与金原子核间的最近距离(已知带电粒子在点电荷电场中的电势能表达式为ε＝k，α粒子质量为6.64×10－27 kg)．
参考答案
1．D
【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，故A错误；乙图：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，B错误．丙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，C错误．对丁图，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，D正确．
2．A
【解析】
根据题意知，光子吸收的能量等于和之间的能级差，氢原子吸收光子后，能发出频率为、、、、、的六种光谱线，且，因为最小，知频率为的光子能量等于和之间的能级差，即，故A正确，B、C、D错误．
故选：A．
3．D
【解析】
A.由n=4能级跃迁到n=3能级产生的光，能量最小，波长最长，因此最容易表现出衍射现象，故A错误；
B.由能级差可知能量最小的光频率最小，是由n=4能级跃迁到n=3能级产生的，故B错误；
C.处于n=4能级的氢原子能发射种频率的光，故C错误；
D. 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，即，可知，电势能减小，但动能增加，故D正确。
故选D。
4．B
【解析】
处于基态的氦离子能量为，
第能级，．
则直接向基态跃迁放出的光子最小能量，
故B正确，A、C、D错误．
故选：B
5．D
【解析】
根据玻尔理论，原子的能量是不连续的，即能量是量子化的，因此只有那些能量刚好等于两能级间的能量差的光子才能被气原子所吸收，使氢原子发生跃迁，当氢原子由基态向、、轨道跃迁时吸收的光子能量分别为：
而外来光子的能量不等于某两能级间的能量差，故不能被氢原子所吸收而发生能级跃迁，故D正确，ABC错误．
故选：D
6．C
【解析】
粒子与电子之间存在着相互作用力，这个作用力是库仑引力，但由于电子质量很小，只有粒子质量的，碰撞时对粒子的运动影响极小，几乎不改变运动方向，就像一颗子弹撞上一颗尘埃一样，故C正确，ABD错误．
故选C
7．B
【解析】
根据德布罗意波长λ=h/p知，宏观物体的动量较大，德布罗意波长较短，波长越短，波动性越不明显．故A错误．在光的干涉现象中，光子到达几率大的地方出现明条纹，几率小的地方出现暗条纹．故B正确．根据光电效应方程EKm=hγ-W0知，最大初动能与光的频率成一次函数关系，不是正比关系．故C错误．氢原子能级不连续，能级差也不连续，根据E2-E1=hγ知，光子能量不连续．故D错误．故选B.
8．BC
【解析】
【详解】
在α粒子的散射现象中绝大多数的α粒子都照直穿过薄金箔,偏转很小，但有少数α粒子发生角度很大的偏转，个别的α粒子偏转角大于90?，极少数的α粒子偏转角大于150?，甚至个别粒子沿原方向弹回．原因在α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AD正确，BC不可能存在．
9．AD
【解析】
氢原子的核外电子由半径较大的轨道跃迁到半径较小的轨道上运转，总能量减少，库仑力做正功，电势能减少，库仑引力提供电子作圆周运动的向心力，得：，动能增加，总能量减少，所以电势能的减少量大于动能的增加量．故AD正确，BC错误．
故选：AD．
【点睛】
氢原子的核外电子由半径较大的轨道跃迁到半径较小的轨道上运转，总能量减小，根据库仑引力提供向心力判断电子动能的变化，通过库仑力做功判断电势能的变化，根据总能量变化比较和电势能变化的多少．
10．ACD
【解析】
【详解】
A、爱因斯坦提出了光子假说，建立了光电效应方程，故A正确．B、康普顿效应表明光子有能量，也有动量，依据德布罗意波长公式，可知微观粒子的动量越大，其对应的波长就越短，故B错误．C、玻尔的原子理论只能成功地解释了氢原子光谱的实验规律，故C正确．D、卢瑟福根据α粒子散射实验，提出了原子的核式结构模型，故D正确．故选ACD．
【点睛】
考查光电效应方程、康普顿效应的作用、波尔的原子理论的意义、及α粒子散射实验等等知识，理解德布罗意波，即为物质波．
11．ACD
【解析】
【分析】
【详解】
A、一群氢原子向低能级跃迁满足数学组合公式种，知这群氢原子最多能发出6种频率的光，故A正确．B、因为放出的光子能量满足hv=Em-En，知从n=4能级跃迁到n=1能级发出光的频率最大，由知其波长最短，故B错误．C、D、由，从n=4能级跃迁到n=3能级发出光的频率最小，由知其波长最长，故C、D均正确．故选ACD．
【点睛】
解决本题的关键知道能级间跃迁放出或吸收光子的能量满足hv=Em-En．
12．BC
【解析】
【分析】
【详解】
A．能发出10种不同频率的光子的最高激发态，故A错误；
B．由公式可知，从跃迁到产生的光子能量最大，从跃迁到产生的光子能量最小，选项B、C正确；
D．从跃迁到产生的光子能量为-0.54eV-（-1.51eV）=0.97eV，从跃迁到产生的光子能量为-1.51eV-（-3.4eV）=1.89eV，故D错误．
故选BC．
【点睛】
根据向低能级跃迁时，可以发出6种不同频率的光子，求出原子吸收光子后跃迁的最高能级，能级差最小的放出的光子能量最小．
13．13.6 3
【解析】
【详解】
[1]．因为基态的氢原子能量为，则基态氢原子发生电离，吸收的能量需大于等于；
[2]．一群处于n=4能级的氢原子回到n=2的状态过程中，可能由n=4跃迁到n=2，可能由n=4跃迁到n=3，再由n=3跃迁到n=2，知可能辐射3种不同频率的光子．
点睛：当原子吸收能量大于等于，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，辐射的光子频率不同．
14．3 4.56×1014Hz
【解析】
【分析】
【详解】
根据=3，知这群氢原子最多能发出3种频率的光．
三种谱线中能量最小的是从n=3到n=2，能量是1.89eV，根据E=hν，ν= 4.56×1014Hz．
15．辐射； ；
【解析】
因为，根据，知．到辐射光子的能量小于到辐射光子的能量，所以能级能量比能级能量大，跃迁时辐射光子，、间的能级差，
又知，解得．
16．卢瑟福；α粒子散射实验
【解析】
【详解】
卢瑟福根据α粒子散射实验提出了原子的核式结构理论；
17．2.7×10－14 m
【解析】
当α粒子靠近原子核运动时，α粒子的动能转化为电势能，达到最近距离时，动能全部转化为电势能，设α粒子与原子核发生对心碰撞时所能达到的最小距离为d，则，
点睛：本题实际上是估算原子核半径的一种方法，建立物理模型是解题的关键，搞清能量守恒关系，即动能逐渐转化为电势能，从而进行解答．