上海市南汇中学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．关于下列四幅图说法正确的是
A．玻尔原子理论的基本假设认为，电子绕核运转轨道的半径是任意的；
B．光电效应产生的条件为：入射光的频率大于或等于某个临界值；
C．电子束通过铝箔时的衍射图样证实了运动电子具有粒子性；
D．发现少数α粒子发生了较大偏转，说明原子核质量和体积都很大．
2．如图是氢原子能级图．有一群氢原子由n=4能级向低能级跃迁，这群氢原子的光谱共有( )种谱线.
A．3种 B．4种 C．5种 D．6种
3．物理学的发展极大地丰富了人类对物质世界的认识，推动了科学技术的创新和革命，促进了人类文明的进步，关于物理学发展历史，下列说法中正确的是( )
A．伽利略通过“理想实验”得出结论：一旦物体具有某一速度，如果它不受力，它将永远运动下去，速度大小不变，方向可能改变，也可能不变
B．人类从首次观察到阴极射线到了解认识阴极射线，经历了近40年．阴极射线微粒的比荷，最早是由汤姆孙测出的
C．1896年，法国物理学家贝可勒尔发现，铀和含铀的矿物质能够发出看不见的射线，这种射线可以穿透黑纸使照相底版感光
D．1895年末，德国物理学家居里夫人发现了一种新的射线——X射线
4．如图所示为氢原子的能级图，下列说法正确的是
A．从n=3能级跃迁到n=2能级时，电子的动能会变大，电势能会减小
B．氢原子从高能级向低能级跃迁时可能会辐射出γ射线
C．一个处于n=4激发态的氢原子向基态跃迁时，最多可能发出6条光谱线
D．用能量为12.5eV的电子轰击处于基态的氢原子，一定不能使氢原子发生能级跃迁
5．关于原了结构和玻尔理论，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．卢瑟福通过ɑ粒子散射实验，提出原子的核式结构模型
C．玻尔在研究原子结构中提出了电子云的观念
D．按照玻尔理论，氧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
6．如图所示，某原子的三个能级的能量分别为、和，a、b、c为原子跃迁所发出的三种波长的光，下列判断正确的是

A．>>
B．-=-
C．a光的频率最小
D．c光的波长最长
7．如图是玻尔为解释氢原子光谱画出的氢原子能级示意图,大量氢原子处于的激发态,当它们自发地跃迁到较低能级时，以下说法符合玻尔理论的有（ ）
A．电子轨道半径减小,动能减小
B．发出的光组成连续光谱
C．出的能级跃迁到的能级时发出的光波长最小
D．由的能级跃迁到的能级时发出的光频率最小
8．关于光谱分析，下列说法中不正确的是（ ）
A．进行光谱分析时，既可以利用连续光谱，也可以利用线状光谱
B．进行光谱分析时，必须利用线状光谱或吸收光谱
C．利用光谱分析可以鉴别物质和确定物质的组成成分
D．利用光谱分析不可以深入了解原子的内部结构
9．一群氢原子处于量子数n=3的能级，当这些氢原子向低能级跃迁时，发出的光的频率有三个值：γ1，γ2，γ3，且γ1>γ2>γ3 ,则n=3能级和n=1能级的能量差为：
A．hγ1 B．h(γ2－γ3) C．h(γ1+γ2+γ3) D．h (γ1—γ3)
10．下列说法中正确的是( 　　)
A．汤姆孙发现电子揭示了原子是由原子核和电子组成的
B．α粒子散射实验中，α粒子穿过原子时，只有少数α粒子发生大角度偏转的原因是原子核很小，α粒子接近原子核的机会很少
C．进行光谱分析，可以利用线状谱也可利用吸收光谱
D．高温物体发出的光通过低温物质后的光谱上的暗线反映了高温物体的组成成分
11．如图所示为氢原子能级示意图的一部分，下列说法中正确的是
A．从n=4能级跃迁到n=3能级时电子的轨道半径减小，电势能减小，动能增大
B．处于n=4能级跃迁到n=1能级辐射的光子能使逸出功为10.2eV的金属发生光电效应
C．一个处于n=4能级的氢原子跃迁时最多辐射出3种频率的光子
D．带有13.9eV能量的电子撞击处于基态能级的氢原子不能使其跃迁到n=2能级
12．2017年度中国10项重大科学进展中，位列榜首的是实现千公里级量子纠缠和密钥分发，创新性地突破了多项国际领先的关键技术．下列与量子理论有关的说法正确的是
A．德布罗意首先提出了量子理论
B．玻尔在研究氢原子结构时引入了量子理论
C．爱因斯坦认为光子能量是量子化的，光子能量E=hv
D．根据量子理论，增大光的照射强度光电子的最大初动能增加
13．如图所示为氢原子的能级图，莱曼线系是氢原子从n=2，3，4，5……激发态跃迁到基态时辐射的光谱线系，辐射出光子的最小频率为______，该光子被某种金属吸收后，逸出的光电子最大初动能为Ek，则该金属的逸出功为_________．已知普朗克常量为h，氢原子处于基态时的能级为E1．
14．一群氢原子处于量子数n=4能级状态，氢原子的能级图如图所示，氢原子可能发射______种频率的光子；氢原子由量子数n=4的能级跃迁到n=2的能级时辐射光子的能量是_______eV；用n=4的能级跃迁到n=2的能级时辐射的光子照射下表中几种金属，_______金属能发生光电效应．
15．汤姆孙通过测定组成阴极射线的粒子的比荷发现了________，从而说明原子内部有复杂的结构。密立根通过油滴实验测定了电子的________。
16．氢原子处于基态时，原子能量E1=－13.6eV，已知电子电量e =1.6×10—19C，
（1）若要使处于n=2的氢原子电离，至少要用频率多大的电磁波照射氢原子？
（2）若已知钠的极限频率为6.00×1014Hz，今用一群处于n=4的激发态的氢原子发射的光谱照射钠，试通过计算说明有几条谱线可使钠发生光电效应？
17．有一群氢原子处于量子数n=3的激发态．已知量子数为n的能级为，氢原子基态的电子轨道半径为r，静电力常量为k，电子的电荷量为e，普朗克常量为h，真空中的光速为c．
（1）求这群原子发出光谱线的条数，并画出原子跃迁能级示意图；
（2）求这群原子跃迁发出的光子中，频率最大的光子波长；
（3）假设电子在基态轨道上做匀速圆周运动，求电子的动能．
参考答案
1．B
【解析】
根据玻尔理论知道，电子的轨道不是任意的，电子有确定的轨道，且轨道是量子化的，故A错误；光电效应实验产生的条件为：光的频率大于或等于极限频率，B正确；电子束通过铝箔时的衍射图样证实了电子具有波动性，C错误；发现少数粒子发生了较大偏转，说明原子的质量绝大部分集中在很小空间范围，D错误．
2．D
【解析】
一群氢原子由n=4能级向低能级跃迁时，这群氢原子能辐射出种不同频率的光子，则产生的光谱共有6种，故选D.
3．C
【解析】
A、伽利略通过“理想实验”得出结论：一旦物体具有某一速度，如果它不受力，它将永远运动下去，速度大小、方向均不变，故A错误；
B、人类从首次观察到阴极射线到了解认识阴极射线，经历了近40年，阴极射线微粒的比荷，最早是由考夫曼测出的，他在1897年测得值比汤姆逊的更精确，故B错误；
C、1896年，法国物理学家贝可勒尔发现，铀和含铀的矿物质能够发出看不见的射线，这种射线可以穿透黑纸使照相底版感光，故C正确；
D、1895年末，德国物理学家伦琴发现了一种新的射线X射线，故D错误；
故选C．
4．A
【解析】
从n=3能级跃迁到n=2能级时，电子的轨道半径减小，根据解得，则动能会变大，电势能会减小，选项A正确；γ射线的产生机理是原子核受激发，是原子核变化才产生的，则氢原子从高能级向低能级跃迁时不可能会辐射出γ射线，故B错误；一个处于n=4激发态的氢原子向基态跃迁时，最多可能发出3条光谱线，即4→3，3→2，2→1，选项C错误；用能量为12.5eV的电子轰击处于基态的氢原子，由于：E2-E1=-3.4-（-13.6）=10.2eV，可知氢原子可以吸收电子的一部分能量发生能级跃迁．故D错误；故选A.
点睛：解决本题的关键掌握光电效应的条件，以及能级的跃迁满足hγ=Em-En，注意吸收光子是向高能级跃迁，释放光子是向低能级跃迁，同时掌握吸收或释放能量要正好等于能级之差．注意“一个”与“一群”氢原子跃迁的区别．
5．B
【解析】
【分析】
【详解】
汤姆孙发现电子，卢瑟福通过粒子的散射实验提出原子具有核式结构，故A错误，B正确；玻尔在研究原子模型结构中，并没有提出了电子云的概念，故C错误；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，电势能增大，跃迁的过程需要吸收能量，所以原子总能量增大，故D错误；故选B．
【点睛】
汤姆孙发现电子，卢瑟福提出原子具有核式结构，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，原子总能量增大．
6．C
【解析】结合题图和电子跃迁时发出的光子的能量为可知，能量差等于光子a的能量，能量差等于光子b的能量，能量差等于光子c的能量，那么c对应的能量最大，而a对应的能量最小，即，且，则有，AB错误；又，c光的频率最高波长最小，a光的波长最长频率最小，C正确D错误．
【点睛】1．电子跃迁时发出的光子的能量为；
2．辐射光子能量越大，频率越大，波长越短，根据求出波长．
7．C
【解析】
当原子从第4能级向低能级跃迁时，原子的能量减小，轨道半径减小，电子的动能增大，电势能减小，A错误；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，氢原子跃迁时，可发出不连续的光谱线，B错误；根据可知由n=4跃迁到n=1时辐射的光子能量最大，发出光子的频率最大，波长最小，C正确D错误．
8．A
【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；观察固态或液态物质的原子光谱，可以把它们放到煤气灯的火焰或电弧中去烧，使它们气化后发光，就可以从分光镜中看到它们的明线光谱．光谱分析的基本原理是每种元素都有自己的特征谱线．
【详解】
AB．每种元素都有自己的特征谱线，光谱分析的基本原理是每种元素都有自己的特征谱线．明线光谱和吸收光谱都是元素的特征光谱，光谱分析时，既可用明线光谱也可用吸收光谱，但是不能用连续光谱．故A错误，符合题意，B正确，不符合题意；
CD．利用光谱分析可以鉴别物质和确定物质的组成成分，不可以深入了解原子的内部结构．故CD正确，不符合题意；
故选A.
9．A
【解析】
考点：氢原子的能级公式和跃迁．
专题：原子的能级结构专题．
分析：激发态不稳定，会向基态跃迁，从能级3可能跃迁到能级2，或从能级3跃迁到能级1，或从能级2跃迁到能级1．放出光子的能量满足hγ=Em-En．
解答：解：一群氢原子处于量子数n=3的能级，可能放出3种不同频率的光子，根据hγ=Em-En，知从能级3跃迁到能级1，放出的光子能量最大，为hγ1．所以n=3能级和n=1能级的能量差为hγ1．故A正确，B、C、D错误．
故选A．
点评：解决本题的关键知道能级跃迁放出或吸收光子的能量满足hγ=Em-En．
10．BC
【解析】
汤姆孙发现电子；卢瑟福的α粒子散射实验揭示了原子是由原子核和电子组成的，选项A错误；α粒子散射实验中，α粒子穿过原子时，只有少数α粒子发生大角度偏转的原因是原子核很小，α粒子接近原子核的机会很少，选项B正确；进行光谱分析，可以利用线状谱也可利用吸收光谱，选项C正确；高温物体发出的光通过低温物质后的光谱上的暗线反映了低温物体中含有与这些暗线对应的元素，选项D错误；故选BC.
11．ABC
【解析】
根据波尔理论，从n=4能级跃迁到n=3能级时电子的轨道半径减小，电势能减小，动能增大，选项A正确； 处于n=4能级跃迁到n=1能级辐射的光子能量为（-0.85eV）-（-13.6eV）=12.75eV，则能使逸出功为10.2eV的金属发生光电效应，选项B正确； 一个处于n=4能级的氢原子跃迁时最多辐射出3种频率的光子，其对应的跃迁方式分别是4→3，3→2，2→1，选项C正确；因n=1和n=2的能级差是10.2eV，则带有13.9eV能量的电子撞击处于基态能级的氢原子能使其跃迁到n=2能级，选项D错误；此题选项不正确的选项，故选D.
12．BC
【解析】
普朗克首先提出了量子理论，选项A错误；玻尔在研究氢原子结构时引入了量子理论，成功揭示了氢原子光谱，选项B正确；爱因斯坦认为光子能量是量子化的，光子能量E=hv，选项C正确；根据爱因斯坦光电效应理论，增大光的频率光电子的最大初动能增加，选项D错误；故选BC.
13．
【解析】
由激发态跃迁到基态的能级差越小，辐射出的光子能量越小，则从n=2跃迁到n=1辐射出的光子频率最小，，而，可得；根据爱因斯坦的光电效应方程，可得.
【点睛】解决本题的关键掌握光电效应的条件，以及知道能级间跃迁辐射的光子能量等于两能级间的能级差
14．6 2.55 铯
【解析】
试题分析：从n=4到基态的跃迁中，可能辐射的光子数为种；氢原子由量子数n=4的能级跃迁到n=2的能级时，辐射光子的能量是-0.85-（-3.4）=2.55eV，此光子的能量大于金属铯的逸出功，所以能使铯发生光电效应．
考点：玻尔理论；光电效应．
15．电子； 电荷量（或电荷）
【解析】汤姆孙发现了电子，密立根通过油滴实验测定了电子的电荷量
16．（1）8.21×1014Hz（2）四条
【解析】
【详解】
(1)要使处于n=2的氢原子电离，照射光光子的能量应能使电子从第2能级跃迁到无限远处，最小频率的电磁波的光子能量应为
代入数据解得
(2)由于钠的极限频率为，则使钠发生光电效应的光子的能量至少为：
一群处于n=4的激发态的氢原子发射的光子，要使钠发生光电效应,应使跃迁时两能级的差，所以在六条光谱线中有E41、E31、E21、E42四条谱线可使钠发生光电效应．
17．(1) 3条
(2) (3)
【解析】
【分析】
【详解】
（1）根据=3，这群原子发出光谱线的条数为3条，如图所示：
(2) 与频率最大的一条光谱线对应的能级差为E3-E1
，E3=
代入解得：
(3) 设电子的质量为m，在基态轨道上的速度为υ1，根据牛顿第二定律和库仑定律有

联立解得：
点睛：频率最大的对应原子从3能级跃迁到1能级，能级间发生跃迁时吸收或辐射的光子能量等于两能级间的能级差，由此确定辐射的最长波长．根据高能级跃迁到低能级画图，由能级公式计算各能级的能级值；根据库仑引力提供向心力求出电子在基态轨道上运动的速率，再求出动能．