上海市中原中学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．氦原子的一个核外电子被电离，形成类氢结构的氮离子，如图所示为氦离子能级的示意图．现有一群这样的氦离子从n=3能级向低能级跃迁的过程中向外发出光子，用该光照射逸出功为4.54eV的金属钠，则()
A．这些氦离子总共可辐射出6种不同频率的光子
B．由n=3能级跃迁到n=1能级产生的光子频率最小
C．若发生光电效应，则光电子的最小初动能为3.06eV
D．若发生光电效应，则光电子的最大初动能为43.86eV
2．氢原子能级如图所示，一群处于n=4能级的氢原子在跃迁到n=l能级的过程中
A．最多可放出三种频率不同的光子
B．最多可放出五种频率不同的光子
C．其中从n=4能级跃迁到n=l能级放出光子的波长最长
D．放出光子的最大能量为12. 75 eV，最小能量为0.66 eV
3．某原子M层的一个电子吸收频率为的X射线后被电离，电离成为自由电子后的动能是，已知普朗克常量为h，则电子处于M层时原子的能级（即能量值）为（ ）
A．
B．
C．
D．
4．如图所示,大量氢原子处于能级n=4的激发态,当它们向较低能级跃迁时,对于多种可能的跃迁,下面说法中正确的是（ ）
A．从n=4能级跃迁到n=2能级放出的光子的频率等于从n=2能级跃迁到n=1能级放出的光子的频率
B．最多只能放出3种不同频率的光子
C．从n=4能级跃迁到n=1能级放出的光子频率最高
D．吸收光子，能量增加
5．在矿物勘探中，勘探人员经常会用光谱分析的方法来确定矿物的成分．如图甲所示的a、b、c、d为四种元素的特征谱线，图乙是某矿物的线状谱，通过光谱分析可以确定该矿物中缺少的元素为
A．a元素 B．b元素
C．c元素 D．d元素
6．右图画出了氢原子的4个能级，并注明了相应的能量 E．处在 n＝4的能级的一群氢原子向低能级跃迁时，能够发出的光波总共有
A．三种 B．四种 C．五种 D．六种
7．如图所示为氢原子的能级图，若用能量为12.09eV的光子去照射一群处于基态的氢原子，则氢原子
A．能跃迁到n=3的激发态
B．能跃迁到n=4的激发态
C．氢原子将被电离
D．氢原子不能吸收光子而发生跃迁
8．关于α粒子散射实验和原子结构模型，下列说法正确的是
A．α粒子散射实验完全否定了汤姆孙关于原子的“枣糕模型”
B．卢瑟福的“核式结构模型”很好地解释了α粒子散射实验
C．少数α粒子发生大角度散射是因为受到很强的引力作用
D．大多数α粒子不发生偏转的原因是正电荷均匀分布在原子内
9．氦原子被电离出一个核外电子，形成类氢结构的离子，其能能级示意图如图所示，当分别用能量均为的电子和光子作用于处在基态的氦离子时
A．当用能量为光子作用于处在基态的氦离子时可能辐射能量为40.8 eV的光子
B．当用能量为光子作用于处在基态的氦离子时一定不能辐射能量为40.8 eV的光子
C．当用能量为电子作用于处在基态的氦离子时可能辐射能量为40.8 eV的光子
D．当用能量为电子作用于处在基态的氦离子时一定不能辐射能量为40.8 eV的光子
10．如图为波尔为解释氢原子光谱画出的氢原子能级示意图，一群氢原子处于n=4的激发状态，当他们自发的跃到较低能级时，以下说法正确的有（ ）．
A．电子轨道半径减小，动能增大
B．可发出连续不断的光谱线
C．由n=4跃迁到n=1时发出光子的频率最高
D．由n=4跃迁到n=1时发出光子的波长最长
11．关于原子光谱，下列说法中正确的是
A．稀薄气体发光的光谱只有几条分立的亮线
B．稀薄气体发光的光谱是一条连续的彩带
C．不同原子的光谱线不同
D．利用光谱分析可以确定物质的化学成份
12．处于基态的氢原子被某外来单色光激发后跃迁到能级,然后发出光线．已知普朗克常量,则
A．该外来单色光的能量为
B．该氢原子发射的所有谱线中,最长的波长为
C．该氢原子发射的所有谱线中,最短波长的光子动量为
D．该氢原子发射的光照射逸出功为的金属锌,最大光电子动能约为
13．氢原子的能级图如图3所示．原子从能级n＝3向n＝1跃迁所放出的光子，正好使某种金属材料产生光电效应．有一群处于n＝4能级的氢原子向较低能级跃迁时所发出的光照射该金属．普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s，：
(1)氢原子向较低能级跃迁时共能发出____________种频率的光；
(2)该金属的逸出功______________
(3)截止频率___________________（保留一位小数）
14．设氢原子的基态能量为E1。某激发态的能量为E，则当氢原子从这一激发态跃迁到基态时，所________________（填“辐射”或“吸收”）的光子在真空中的波长为________。
15．氢原子基态能量E1=-13.6eV，则氢原子处于量子数n=4的能级时的能量为_______eV。 当氢原子在n=4能级以下这四个能级间跃迁时,有可能放出_______种能量的光子。
16．氢原子的能级图如图所示．一群处于量子数n＝4的能态的氢原子，若向低能态跃迁，则：
(1)氢原子至多可发射几种频率的光子？
(2)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多少电子伏？
(3)用(2)中的光子照射下表中几种金属．发生光电效应时，逸出的光电子的初动能最大值为多少电子伏？
17．已知氢原子基态的电子轨道半径为 ，量子数为n的能级值．
(1)有一群氢原子处于量子数n=3的激发态．画一能级图，在图上用箭头标明这些氢原子能发出哪几条光谱线．
(2)计算这几条光谱线中波长最短的一条的波长．
(其中静电力恒量K=9.0×109N·m2/C2，电子电量e=1.6×10-19C，普朗克恒量h=6.63×10-34J·s，真空中光速c=3.0×108m/s)．
参考答案
1．D
【解析】
A．根据=3可知能发出3种不同频率的光，选项A错误；
B．由n=3能级跃迁到n=1能级产生的光子能量最大，根据可知频率最大，B错误；
CD．由n=3能级跃迁到n=1能级产生的光子照射金属钠时，光电子最大初动能最大为(54.4?6.0?4.54)eV=43.86eV，最小初动能为0，C错误，D正确．
故选D。
2．D
【解析】
【详解】
AB：一群处于n=4能级的氢原子在跃迁到n=l能级的过程中，能放出光子频率的种数为．故AB两项错误．
C：从n=4能级跃迁到n=l能级放出光子能量最大；据可知从n=4能级跃迁到n=l能级放出光子的波长最短．故C项错误．
D：一群处于n=4能级的氢原子在跃迁到n=l能级的过程中，放出光子的最大能量，放出光子的最小能量．故D项正确．
3．C
【解析】
设M层电子的能级为EM，由能量守恒可知，解得?，故C正确，A、B、D错误；
故选C．
4．C
【解析】
A．n=4和n=2间的能级差小于n=2和n=1间的能级差，则从n=4能级跃迁到n=2能级放出的光子的频率小于从n=2能级跃迁到n=1能级放出的光子的频率，故A错误．
B．由由知，最多只能放出6种不同频率的光子，故B错误．
C．n=4能级跃迁到n=1能级，能极差最大，辐射光子频率最高，故C正确．
D．电子从高能级跃迁到低能级时，能量减少，故放出光子，D错误；
故选C．
【点睛】
解决本题的关键知道原子能级间的能极差与光子频率的关系，以及知道频率越大，波长越小．
5．B
【解析】
由特征谱线与线光谱对比可知，特征谱线中缺少b元素的特征谱线，可知可以确定该矿物中缺少的元素为b，故选B.
6．D
【解析】
处在 n＝4 的能级的一群氢原子向低能级跃迁时，能够发出的光波种类为．故D项正确，ABC三项错误．
7．A
【解析】
【详解】
ABD．因为﹣13.6 eV +12.09 eV =﹣1.51eV，可知氢原子能够跃迁到第3能级，所以A正确，BD错误．
C．氢原子要想被电离至少得需要13.6 eV的能量，所以氢原子不会被电离．C错误．
故选A．
【点睛】
能级间跃迁吸收会辐射的光子能量等于两能级间的能级差，通过该规律判断基态的氢原子跃迁到第几能级
8．AB
【解析】
【详解】
A．α粒子散射实验完全否定了汤姆孙关于原子的“枣糕模型”，故A项正确．
B．卢瑟福的“核式结构模型”很好地解释了α粒子散射实验，故B项正确．
C．原子核集中了原子的全部正电荷和几乎全部质量，少数α粒子运动过程中靠近原子核时会受到很强的库仑斥力作用发生大角度偏转．故C项错误．
D．绝大多数的α粒子穿过原子时离核较远，受到的库仑斥力很小，运动方向几乎没有改变．故D项错误．
故选AB
9．BC
【解析】
【详解】
AB、当用能量为光子作用于处在基态的氦离子时，能量为，不能跃迁，一定不能辐射能量为的光子，故A错误，B正确；
CD、当用能量为电子作用于处在基态的氦离子时，基态的氦离子吸收部分的电子能量，能跃迁到第二能级，可以辐射能量为的光子，故C正确，D错误；
故选BC．
10．AC
【解析】
【详解】
A．当氢原子中电子从高能级向低能级跃迁时，电子轨道半径变小，跃迁过程中，原子核对电子的库仑力做正功，根据动能定理，电子动能增大，A正确；
B．根据玻尔理论，原子能量是量子化的，故原子中电子跃迁时，能级差也是量子化的，只能是一些特定的数值，根据，发光频率也只能是一些特定的频率，故不能产生连续谱，而是线状谱，B错误；
CD．电子由n=4跃迁到n=1时，能级差最大，根据，产生的光子频率最高，波长最短，C正确，D错误．
故选AC.
11．ACD
【解析】
【详解】
AB.稀薄气体发光的光谱只有几条分立的亮线，是明线光谱．故A项正确，B项错误．
C.同一种原子的明线谱和吸收谱谱线位置相同，不同原子的光谱线不同．故C项正确．
D.不同原子的光谱线不同，利用光谱分析可以确定物质的化学成份．故D项正确．
故选ACD
12．BCD
【解析】
【详解】
A．根据跃迁理论，处于基态的氢原子被某外来单色光激发后跃迁到能级，需要吸收的能量为
= -0.54-(-13.6)eV=13.06eV
A错误；
B．波长最长的谱线来自第5能级向第4能级的跃迁，根据，解得：
B正确；
C．波长最短的谱线来自第5能级向第1能级的跃迁，根据，解得：
又根据，代入解得：
C正确；
D．根据爱因斯坦光电效应方程，得：
=9.72eV
D正确；
故本题选BCD．
13． 6 12.09 eV 2.9×1015 Hz
【解析】（1）根据知，氢原子向低能级跃迁时共能发出6种频率的光；
（2）原子从能级3向跃迁所放出的光子，正好使某种金属材料产生光电效应，知辐射的光子能量等于逸出功，则
；
（3）根据得，截止频率：;
故答案为：（1）6，（2）12.09 eV，（3）2.9×1015 Hz．
14． 辐射
【解析】根据可得当氢原子从这一激发态跃迁到基态时辐射的光子在真空中的波长为
15． -0.85 6
【解析】氢原子处于量子数n=4的能级时的能量 ．根据 ＝6知，当氢原子在n=4能级以下这四个能级间跃迁时，有可能放出6种不同频率的光子．
16．(1) 6种 (2) 2.55 eV (3) 铯0.65 eV
【解析】
试题分析：根据数学组合公式求出氢原子可能发射的光子频率种数．能级间跃迁辐射或吸收的光子能量等于两能级间的能级差．根据光电效应的条件判断能否发生光电效应，通过光电效应方程求出光电子的最大初动能．
（1）因为，知氢原子可能发射6种频率的光子．
（2）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等于两能级间的能级差，即E=E4－E2=－0.85+3.40eV=2.55eV．
（3）E只大于铯的逸出功，故光子只有照射铯金属才能发生光电效应．
根据光电效应方程得，
【点睛】解决本题的关键知道能级间跃迁所满足的规律，以及掌握光电效应的条件和光电效应方程．
17．（1）当氢原子从量子数n=3的能级跃迁到较低能级时， 可以得到3条光谱线
（2）
【解析】
试题分析：一群氢原子处于量子数n=3的激发态从低能级跃迁时，发出不同频率的光谱线；根据跃迁的能级差值，结合即可求解；
（1）当氢原子从量子数n=3的能级跃迁到较低能级时，可以得到3条光谱线．如图所示．
（3）波长最短的一条光谱线对应的能级差为，得
代入数据得：