上海市龙柏高中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．下列表述正确的是　　
A．密立根通过著名的油滴实验测出了电子的电量
B．玻尔理论可以解释所有原子光谱的实验规律
C．汤姆孙通过对阴极射线的研究发现了电子，并提出了原子核式结构模型
D．爱因斯坦发现的光电效应现象，有力的证明了光的粒子性
2．按照玻尔理论，大量氢原子从n＝3的激发态向低能级跃迁时，最多能向外辐射(　　)
A．2种不同频率的光子 B．3种不同频率的光子
C．4种不同频率的光子 D．5种不同频率的光子
3．下列说法正确的是（ ）
A．太阳辐射的能量主要来自太阳内部的核裂变反应
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．一束光照射某种金属，其频率低于该金属的截止频率时不能发生光电效应
D．氢原子从较低能级跃迁到较高能级时，核外电子的动能增大
4．如图所示为氢原子的能级图．用大量能量为12.76eV的光子照射一群处于基态的氢原子，氢原子发射出不同波长的光波，其中最多包含有几种不同波长的光波(　　)
A．3种 B．4种 C．5种 D．6种
5．阴极射线是（　　）
A．光子流 B．电子流? C．质子流 D．中子流
6．关于α粒子散射实验和卢瑟福的原子核式结构，下列说法正确的是（）
A．α粒子散射实验揭示了原子核的组成
B．少数α粒子发生了较大偏转，卢瑟福认为是环境的影响
C．利用α粒子散射实验可以估算原子核的半径
D．原子的核式结构模型很好地解释了氢原子光谱的实验
7．已知，基态氢原子能量E1=﹣13.6eV，欲使处于基态的氢原子激发或电离，下列措施不可行的是（?? ）
A．用10.2eV的光子照射? B．用14eV的光子照射?????? C．用11eV的光子照射?????? D．用11eV的电子碰撞
8．图示为氢原子的能级图，下列说法正确的是（?? ）
A．氢原子从较高能级跃迁到较低能级时，释放一定频率的光子，核外电子动能增加，电势能减小
B．氢原子从n=3能级跃迁到n=4能级时，需要吸收的光子能量必须大于0.66eV
C．氢原子处于不同能级时，核外电子在各处出现的频率相同
D．一个处于n=4能级的氢原子向低能级跃迁时，可以释放6种频率的光子
9．关于原子结构和玻尔理论，下列说法中正确的是（ ）
A．汤姆孙发现电子，表明原子具有核式结构
B．玻尔在研究原子结构中提出了电子云的观念
C．卢瑟福通过α粒子散射实验，提出原子的核式结构模型
D．按照玻尔理论，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，电子的动能减小，原子总能量减小
10．根据玻尔理论，氢原子的能级公式为En＝ (n为能级，A为基态能量)，一个氢原子中的电子从n＝4的能级直接跃迁到基态，在此过程中(　　)
A．氢原子辐射一个能量为的光子
B．氢原子辐射一个能量为－的光子
C．氢原子辐射一系列频率的光子，其中频率最大的光子能量为
D．氢原子辐射一系列频率的光子，其中频率最大的光子能量为－
11．氢原子能级如图所示，已知可见光的光子能量在1.62eV到3.11eV之间，当氢原子从n=3跃迁到n=2的能级时，辐射光的波长为656nm．以下判断正确的是（ ）
A．氢原子从n=3能级向n=2能级跃迁时发出的光为可见光
B．用波长为502nm的光照射，能使氢原子从n=2跃迁到n=3的能级
C．氢原子从n=3能级跃迁到n=2能级时，氢原子的电势能增大
D．大量处于n=3能级的氢原子向低能级跃迁时，最多可产生3种不同频率的光子
12．如图为氢原子的能级示意图，欲使处于基态的氢原子激发，下列措施可行的是（ ）
A．用的光子照射
B．用的光子照射
C．用的光子照射
D．用的电子照射
13．氢原子从A能级跃迁到B能级时，辐射出波长为λ1的光子，从A能级跃迁到C能级时，辐射出波长为λ2的光子，已知λ1＞λ2 ， 则氢原子从B能级跃迁到C能级时，将________（填“辐射”或“吸收”）光子，该光的波长为________．
14．根据所学知识完成填空：
(1)钠金属中的电子吸收光子的能量，从金属表面逸出，这就是光电子．光电子从金属表面逸出的过程中，其动量的大小________（选填“增大”、“减小”或“不变”），原因是________．
(2)已知氢原子处在第一、第二激发态的能级分别为-3.40eV和-1.51eV，金属钠的截止频率为5.53×1014 Hz，普朗克常量h=6.63×10﹣34 J?s．请通过计算判断，氢原子从第二激发态跃迁到第一激发态过程中发出的光照射金属钠板，能否发生光电效应________．
15．氦氖激光器能产生三种波长的激光，其中两种波长分别为λ1＝0.6328 μm，λ2＝3.39 μm，已知波长为λ1的激光是氖原子在能级间隔为ΔE1＝1.96 eV的两个能级之间跃迁产生的．用ΔE2表示产生波长为λ2的激光所对应的跃迁的能级间隔，则ΔE2的近似值为________．
16．某个光子是氢原子核外电子从n=4跃迁到n=1时所发出的，已知普朗克常量h=6.63×10﹣34J?s，求：
(1)该光子的能量为多少eV？
(2)频率为多少Hz？
17．已知氢原子在基态时能级值E1=﹣13.6eV，氢原子光谱中除巴尔末系以外，还有赖曼系赖、帕刑系、布喇开系、普丰德系、哈弗莱系．其中赖曼系是指所氢原子从高能级的激发态跃迁至基态时的一组谱线．求赖曼系中能量最大的光子和能量最小的光子的波长各是多少？
参考答案
1．A
【解析】
【详解】
密立根通过著名的油滴实验测出了电子的电量，A正确；玻尔理论可以解释氢原子光谱的实验规律，但不能解释所有原子光谱的实验规律，B错误；汤姆孙通过对阴极射线的研究发现了电子，卢瑟福提出原子核式结构，C错误；光电现象由德国物理学家赫兹于1887年发现，而正确的解释为爱因斯坦所提出；光电效应现象说明了光具有粒子性，故D错误；故选A.
2．B
【解析】
【详解】
根据=3知，最多向外辐射3种不同频率的光子．故B正确，ACD错误．故选B．
3．C
【解析】
太阳辐射的能量主要来源于轻核聚变，A正确；贝克勒尔发现了天然放射性现象，但没有发现原子中存在原子核，卢瑟福通过а粒子散射实验，证实了原子中存在原子核，故B错误；波长越小，频率越大，所以波长小于该金属的截止波长，即频率大于该金属的极限频率，故一定会发生光电效应，C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，原子能量增大，根据知，动能减小，D错误．
4．D
【解析】
用大量能量为12.76eV的光子照射一群处于基态的氢原子知E=-13.61+12.76ev=-0.85ev 电子被激发到第4能级，发生跃迁，4-3、4-2、4-1、3-2、3-1、2-1 共6种，故D正确，ABC错误．
5．B
【解析】
【详解】
阴极射线是电子流．
A．光子流，与结论不相符，选项A错误；
B．电子流，与结论相符，选项B正确；
C．质子流 ，与结论不相符，选项C错误；
D．中子流，与结论不相符，选项D错误；
故选B.
6．C
【解析】
【详解】
α粒子散射实验的内容是：绝大多数α粒子几乎不发生偏转；少数α粒子发生了较大的角度偏转；极少数α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）是由于斥力，且质量较大，α粒子散射实验是原子核式结构理论的基础，并没有揭示原子核的组成，故A B错误；利用α粒子散射实验现象，极少数大角度偏转，可以估算原子核的半径，故C正确；α粒子散射实验现象卢瑟福提出了原子核式结构模型的假设，而玻尔的原子模型很好地解释了氢原子光谱的实验，故D错误．故选C．
【点睛】
明确α粒子散射实验现象的内容以及造成这种现象的原因，正确利用物体受力和运动的关系判断．
7．C
【解析】
【详解】
用10.2eV的光子照射，即﹣13.6+10.2eV=﹣3.4eV，跃迁到第二能级．故A不符合题意．用14eV的光子照射，即﹣13.6+14eV＞0，氢原子被电离．故B不符合题意．因为﹣13.6+11eV=﹣2.6eV，不能被吸收．故C符合题意．用11eV的动能的电子碰撞，可能吸收10.2eV能量产生跃迁，故D不符合题意；本题选择不能使处于基态的氢原子激发或电离，故选C.
【点睛】
此题关键要知道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，或吸收的能量大于基态氢原子能量，会发生电离，吸收电子时只需电子的动能大于能级差．
8．A
【解析】
氢原子的核外电子由较高能级跃迁到较低能级时，轨道半径减小，能量减小，释放一定频率的光子，根据知，电子动能增大，则电势能减小，故A正确；根据辐射的光子能量等于两能级间的能级差，可知，E4-E3=△E，因此氢原子从n=3能级跃迁到n=4能级时，需要吸收的光子能量必须等于0.66eV．故B错误；处于不同能级时，核外电子在各处出现的概率不同．故C错误；根据 ，可知，大量处于n=4能级的氢原子跃迁到基态的过程中最多可释放出6种频率的光子，但如今只有一个氢原子，则n=4能级的氢原子向低能级跃迁时，可以释放3种频率的光子，故D错误；故选A．
点睛：解决本题的关键知道光电效应的条件以及知道能级间跃迁时辐射或吸收的光子能量等于两能级间的能级差，注意电离时，吸引能量可以大于能级之差，而跃迁必须是两能级之差，否则不会发生，注意大量氢原子与一个氢原子跃迁种类的区别．
9．C
【解析】
【详解】
汤姆孙发现电子，表明原子具有复杂结构，卢瑟福的α粒子散射实验表明了原子的核式结构模型，选项A错误，C正确；玻尔在研究原子结构中运用了量子化观点，并没有提出电子云的观念，选项B错误；按照玻尔理论，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，电子的动能减小，原子总能量增加，选项D错误；故选C.
10．B
【解析】
一个氢原子中的电子从n=4的能级直接跃迁到基态的过程中，只能向外辐射一个光子；由玻尔理论可知辐射的光子的能量：△E＝E4?E1＝．故B正确，ACD错误．故选B．
点睛：解决本题的关键知道从高能级向低能级跃迁，辐射光子，从低能级向高能级跃迁，吸收光子；注意题中给的“一个氢原子”与“大量的氢原子”向低能级跃迁时辐射的光子是对应于“一个”与“一系列”．
11．AD
【解析】
氢原子从n=3能级向n=2能级跃迁时发出的光的能量：E=E3-E2=-1.51-（-3.4）=1.89eV，即为可见光，故A正确；波长为502nm的光的能量为：，不等于能使氢原子从n=2跃迁到n=3的能级的能量值，氢原子不能吸收该光子，故B错误；氢原子从n=3跃迁到n=2的能级时，动能增加，氢原子的电势能减小，故C错误；大量处于n=3能级的氢原子向低能级跃迁时，最多可产生种不同频率的光子，故D正确．所以AD正确，BC错误．
12．BC
【解析】A、基态的氢原子吸收光子，能量为，不能发生跃迁，所以该光子不能被吸收，故A错误；
B、基态的氢原子吸收光子，能量为，能从能级跃迁到能级，所以该光子能被吸收，故B正确；
C、对的光子，其有量大于氢原子电离能，足可使其电离，故而不受氢原子能级间跃迁条件限制．由能的转化和守恒定律知道，氢原子吸收的光子电离后产生的自由电子仍具有的动能，故C正确；
D、用电子，能级能量之差为，，不能发生跃迁，故D错误；
故选BC。
【点睛】基态的氢原子发生跃迁，只能吸收或辐射能量值刚好等于某两个能级之差的光子，即光子能量值为，多了或少了都不行；如果光子（或实物粒子）与氢原子作用而使氢原子电离（绕核电子脱离原子束缚而成为“自由电子”，即的状态）时，则不受跃迁条件限制，只要所吸收光子能量值（或从与实物粒子碰撞中获得能量）大于电离能即可。
13．辐射
【解析】
【详解】
因为λ1＞λ2，根据γ＝，知γ1＜γ2．A到B辐射光子的能量小于A到C辐射光子的能量，所以B能级能量比C能级能量大，跃迁时辐射光子，B、C间的能级差△E＝h?h．又知△E＝h，解得λ3＝．
【点睛】
解决本题的关键知道高能级向低能级跃迁，辐射光子，低能级向高能级跃迁，吸收光子，知道能级差与光子频率间的关系Em?En＝h．
14．减小 光电子受到金属表面层中力的阻碍作用（或需要克服逸出功） 不能
【解析】
【分析】
（1）光电子吸收能量后，克服金属束缚向外逸出，速度减小，动量减小．
（2）比较放出光子的能量与该金属逸出功的大小即可判断能否发生光电效应．
【详解】
（1）钠金属中的电子吸收光子的能量，从金属表面逸出的过程中，由于要克服金属束缚做功，速度减小，则动量减小．
（2）氢原子放出的光子能量E=E3-E2，代入数据得：E=1.89?eV；金属钠的逸出功W0=hνc，代入数据得：W0=2.3eV；因为E＜W0，所以不能发生光电效应．
【点睛】
解决本题的关键知道光电效应的产生过程，掌握光电效应方程，注意掌握光电效应发生条件，即吸收光子的能量必须要大于金属的逸出功．
15．0.36 eV
【解析】
根据ΔE＝hν，ν＝，可知当ΔE＝1.96 eV，λ＝0.6328 μm，当λ＝3.39 μm时，联立可知ΔE2＝0.36 eV.
16．(1)E= 12.75eV (2)
【解析】
【详解】
（1）根据玻尔的跃迁假说可得：E=E4-E1=（-0.85）-（-13.6）=12.75eV，
（2）光子的能量：E=hv，所以：
【点睛】
该题考查玻尔理论中的能级与跃迁，知道能级跃迁所满足的规律，能灵活运用，记住光子能量的表达式E=hv．基础题目．
17．赖曼系中能量最大的光子和能量最小的光子的波长各是91.4nm、121.9nm
【解析】
【分析】
在赖曼系中，从电离状态跃迁到基态，光子能量最大，光子波长最小，从n=2跃迁到基态，光子能量最小，光子波长最长，结合△E＝分析求解．
【详解】
从电离状态跃迁到基态，光子能量最大，根据Emax＝得，最小波长λmin＝=m=91.4nm．
由n=2的激发态跃迁到基态，光子能量最小，根据Emin＝得，最大波长λmax＝＝m=121.9nm．
【点睛】
解决本题的关键知道能级间跃迁辐射的光子能量等于两能级间的能级差，能级差越大，辐射的光子频率越大，波长越小．