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 单元复习题（含解析）

原子世界探秘
1．根据玻尔理论，氢原子有一系列能级，以下说法正确的是（?? ）
A．当氢原子处于第二能级且不发生跃迁时，会向外辐射光子
B．电子绕核旋转的轨道半径可取任意值
C．处于基态的氢原子可以吸收10eV的光子
D．大量氢原子处于第四能级向下跃迁时会出现6条谱线
2．下列观点不属于原子核式结构理论的有（?? ）
A．原子的正电荷均匀分布在整个原子中
B．原子的中心有原子核，包括带正电的质子和不带电的中子
C．原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核里
D．带负电的电子在核外绕着核在不同轨道上旋转
3．μ子与氢原子核(质子)构成的原子称为μ原子，它在原子核物理的研究中有重要作用．如图所示为μ氢原子的能级图．假定用动能为E的电子束照射容器中大量处于n＝1能级的μ氢原子，μ氢原子吸收能量后，至多发出6种不同频率的光，则关于E的取值是(　　)
A．E＝158.1 eV
B．E>158.1 eV
C．2 371.5 eV≤E<2 428.4 eV
D．只能等于2 371.5 eV
4．现有k个氢原子被激发到量子数为3的能级上，若这些受激氢原子最后都回到基态，则在此过程中发出的光子总数是(假定处在量子数为n的激发态的氢原子跃迁到各较低能级的原子数都是处在该激发态能级上的原子总数的 )(　　)
A．
B．k
C．
D．2k
5．如图所示为氢原子的能级示意图，一群氢原子处于n＝3的激发态，在向较低能级跃迁的过程中向外发出光子，用这些光照射逸出功为2.49eV的金属钠．下列说法正确的是
A．这群氢原子能发出3种不同频率的光，其中从n＝3跃迁到n＝2所发出的光波长最短
B．这群氢原子能发出2种不同频率的光，其中从n＝3跃迁到n＝1所发出的光频率最小
C．金属钠表面发出的光电子的最大初动能为9.60eV
D．这群氢原子发出不同频率的光，只有一种频率的光可使金属钠发生光电效应
6．二十世纪初，为了研究物质内部的结构，物理学家做了大量的实验，揭示了原子内部的结构，发现了电子、中子和质子，右图是（ ）
A．卢瑟福的α粒子散射实验装置
B．卢瑟福发现质子的实验装置
C．汤姆逊发现电子的实验装置
D．查德威克发现中子的实验装置
7．如右图所示, 为氢原子的能级图, 若用能量为11.0eV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＝2的激发态上去
B．能跃迁到n＝3激发态上去
C．能跃迁到n＝4的激发态上去
D．氢原子不会发生跃迁
8．下列说法正确的是（?? ）
A．汤姆生发现电子并提出了原子的核式结构模型 B．卢瑟福通过α粒子的散射实验发现质子
C．贝克勒尔发现天然放射现象 D．玻尔发现电子并提出了原子的核式结构模型
9．我国科学家潘建伟院士预言十年左右量子通信将“飞”入千家万户．在通往量子论的道路上，一大批物理学家做出了卓越的贡献，下列有关说法正确的是 ( )
A．玻尔在1900年把能量子引入物理学，破除了“能量连续变化”的传统观念
B．爱因斯坦最早认识到了能量子的意义，提出光子说，并成功地解释了光电效应现象
C．德布罗意第一次将量子观念引入原子领域，提出了定态和跃迁的概念
D．普朗克大胆地把光的波粒二象性推广到实物粒子，预言实物粒子也具有波动性
10．氢原子的能级图如图所示，已知可见光的光子能量范围约为1.62～3.11 eV．下列说法中正确的是（ ）
A．一个处于n＝3能级的氢原子向低能级跃迁时，最多可能发出3种不同频率的光
B．大量氢原子从高能级向n＝3能级跃迁时，可能发出可见光
C．用一群处于n＝3能级的氢原子向低能级跃迁时，所发出的光照射逸出功为2.49?eV的金属钠，则从金属钠表面所发出的光电子的最大初动能可能为9.60?eV
D．大量处于n＝4能级的氢原子向低能级跃迁时，可能发出5种不同频率的光
11．在人类对微观世界进行探索的过程中，科学实验起到了非常重要的作用．下列说法符合历史事实的是
A．为了得出同实验相符的黑体辐射公式，爱因斯坦提出了能量子假说
B．密立根通过油滴实验，说明了原子核外电子的轨道是不连续的
C．汤姆孙通过阴极射线在电场和磁场中的偏转，发现阴极射线由带负电的粒子组成
D．卢瑟福通过粒子散射实验，发现原子核是由质子和中子组成
12．在氢原子光谱中，把氢原子从n=3、4、5、6……能级跃迁到m=2能级时发出的光子光谱线系称为巴耳末线系．若一群氢原子自发跃迁时发出的谱线中只有2条属于巴耳末线系，则这群氢原子自发跃迁时最多可发出不同频率的谱线条数为( 　　)
A．2条 B．3条 C．6条 D．10条
13．阴极射线是从阴极射线管的阴极发出的粒子流,这些粒子是_____．若加在阴极射线管内两个电极的电压为U,电子离开阴极表面时的速度为零,则电子到达阳极时的速度v=_____．
14．一群处于激发态的氢原子发生跃迁时最多能放出三种不同能量的光子，其能量值分别是：1.89eV、10.2eV、12.09eV．跃迁发生前这些原子处在n=____激发态能级上，其中最高能级的能量值是____eV（氢原子基态能量为-13.6eV）．
15．假设用通过电场加速的电子来轰击氢原子使其脱离基态跃迁到激发态，电子的加速电压至少为_________V；要使氢原子从基态发生电离，电子的加速电压至少为________V.
16．自从1897年英国物理学家谁发现了电子以后？人们认识到，原子不是组成物质的最小单元，1919年卢瑟福依据α粒子散射实验中，发现α粒子发生了大角度散射现象，提出了原子的什么结构模型？
17．已知氢原子处于基态时的能级值为-13.6eV，普朗克常量h=6.63×10-34J·s，如果大量氢原子处在n=4的能级：
(1)会辐射出几种频率的光?
(2)其中波长最长的光是在哪两个能级之间跃迁时发出的?
(3)金属钠的截止频率为5.53×1014Hz，请通过计算判断，让这些氢原子辐射的光照射金属钠板，能发生光电效应的光共有几种?
参考答案
1．D
【解析】
能级差是不连续的，吸收或辐射的光子能量等于两能级的能级差，所以光子能量不连续．轨道半径越小，原子能量越小．
【详解】
A．氢原子处于第二能级且向基态，发生跃迁时，才会向外辐射光子．故A错误．
B．根据玻尔原子理论可知，电子绕核旋转的轨道半径是不连续的特定值．故B错误．
C．10eV的能量不等于基态与其它能级间的能级差，所以该光子能量不能被吸收而发生跃迁．故C错误．
D．根据 =6知，大量处于n=4能级的氢原子跃迁时能辐射出6种不同频率的光子．故D正确．
故选D．
【点睛】
解决本题的关键知道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，光子只有等于两能级差的能量才能被氢原子吸收．
2．A
【解析】
正确理解卢瑟福的原子核式结构模型：在原子的中心有一个很小的核，叫原子核，原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核里，带负电的电子在核外空间里绕着核旋转．
【详解】
当α粒子穿过原子时，电子对α粒子影响很小，影响α粒子运动的主要是原子核，离核远则α粒子受到的库仑斥力很小，运动方向改变小．只有当α粒子与核十分接近时，才会受到很大库仑斥力，而原子核很小，所以α粒子接近它的机会就很少，所以只有极少数大角度的偏转，而绝大多数基本按直线方向前进，因此为了解释α粒子散射实验，卢瑟福提出了原子核式结构模型：在原子的中心有一个很小的核，叫原子核，原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核里，电子在核外绕原子核旋转．故BCD正确，不符合题意，A错误，符合题意．
故选A．
【点睛】
本题比较简单考查了卢瑟福的原子核式结构模型，要了解α粒子散射实验的现象以及该模型提出的历史背景，知道该模型的具体内容．
3．C
【解析】μ子吸收能量后从n=1能级跃迁到较高m能级，然后从m能级向较低能级跃迁，若从m能级向低能级跃迁时如果直接跃迁到基态n=1能级，则辐射的能量最大，否则跃迁到其它较低的激发态时μ子仍不稳定，将继续向基态和更低的激发态跃迁，即1、2、3…m任意两个轨道之间都可以产生一种频率的辐射光，故总共可以产生的辐射光子的种类，解得：m=4，即μ子吸收能量后先从n=1能级跃迁到n=4能级，然后从n=4能级向低能级跃迁．因为是吸收电子发生跃迁故吸收电子能量的最小值为（-158.1eV）-（-2529.6eV）=2371.5 eV；最大值为：（-101.2eV）-（-2529.6eV）=2428.4 eV，故C正确，ABD错误，故选C；
点睛：本题需要同学们理解μ子吸收能量后从较低能级跃迁到较高能级，而较高能级不稳定会自发的向较低能级跃迁，只有跃迁到基态后才能稳定，故辐射光子的种类 ，这是高考的重点，我们一定要熟练掌握．
4．C
【解析】
【详解】
由题意知量子数为3的能级上的氢原子分别向量子数为2、1的能级上跃迁的氢原子数占总氢原子数的二分之一，产生总共产生k个光子．此时处于量子数为2的能级上氢原子总共有个，向基态跃迁时辐射的光子个数为个．则总个数为
k+=
故C正确，ABD错误．故选C．
5．C
【解析】
一群氢原子处于n=3的激发态，可能发出3中不同频率的光子，因为n=3和n=2间能级差最小，所以从n=3跃迁到n=2发出的光子频率最低，根据，所以波长最长，故AB错误；所以从n=3跃迁到n=1发出的光子频率最高，发出的光子能量为△E=13.60-1.51eV=12.09eV．根据光电效应方程EKm=hv-W0得，最大初动能EKm=12.09-2.49eV=9.60Ev，故C正确；从n=2到n=1和n=3到n=1能级发出的光均可以使金属钠发生光电效应，故D错误．所以C正确，ABD错误．
6．A
【解析】
【分析】
【详解】
由图可知，放射源放出α粒子，高速运动的α粒子轰击金箔，产生散射现象，这是卢瑟福的α粒子散射实验装置，所以A正确；B、C、D错误．
7．D
【解析】
若用能量为11.0eV的光子去照射一群处于基态的氢原子，
原子能量为E=?13.6+11.0eV=?2.6eV，
依据氢原子的能级图得处于基态的氢原子不能发生跃迁，故ABC错误，D正确．
故选D.
点睛：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，依据氢原子的能级图进行求解．
8．C
【解析】汤姆生发现电子，卢瑟福提出了原子的核式结构模型，选项A错误；卢瑟福做了α粒子散射实验并提出了原子核式结构模型．故B错误；贝克勒尔发现天然放射现象．故C正确；汤姆生发现电子，卢瑟福提出了原子核式结构模型，故D错误；故选C.
9．B
【解析】
普朗克在1900年把能量子引入物理学，破除了“能量连续变化”的传统观念，故A错误；爱因斯坦最早认识到了能量子的意义，为解释光电效应的实验规律提出了光子说，并成功地解释了光电效应现象，故B正确；玻尔第一次将量子观念引入原子领域，提出了定态和跃迁的概念，故C错误；德布罗意大胆地把光的波粒二象性推广到实物粒子，预言实物粒子也具有波动性，故D错误；故选B.
10．C
【解析】
【分析】
【详解】
一个处于n=3能级的氢原子向低能级跃迁时，最多可能发出2种不同频率的光，即n=3能级到n=2能级，n=2能级到n=1能级，故A错误；氢原子从高能级向n=3能级跃迁时发出的光子能量小于1.51eV，小于可见光的频率，故B错误；从n=3跃迁到n=1所发出的光能量最大，光照射逸出功为2.49eV的金属钠，所发出的光电子的初动能最大，根据爱因斯坦光电效应方程得，，故C 正确．大量处于n＝4能级的氢原子向低能级跃迁时，可能发出种不同频率的光，故D错误，故选C．
【点睛】
根据判断辐射的光子的种类；根据氢原子从高能级向n=3能级跃迁时发出的光子能量是否小于1.62eV，能级的跃迁满足：．
11．C
【解析】
为了得出同实验相符的黑体辐射公式，普朗克提出了能量子假说，选项A错误；密立根通过油滴实验，测量的电子的电量；波尔根据氢光谱的特点，提出了核外电子的轨道是不连续的，故B错误；汤姆孙通过阴极射线在电场和磁场中的偏转，发现阴极射线由带负电的粒子组成，选项C正确；卢瑟福通过粒子散射实验，得出了原子的核式结构理论，选项D错误；故选C.
12．C
【解析】
一群氢原子自发跃迁时发出的谱线中只有2条属于巴耳末线系，可知分别从n=4跃迁到n=2和n=3跃迁到n=2，则氢原子处于第4能级，根据=6知，这群氢原子自发跃迁时最多可发出不同频率的谱线的条数为6条．故选C．
13．电子
【解析】
【分析】
【详解】
由阴极射线管射出的为高速电子流；电子在阳极的作用下高速向阳极运动．
由动能定理
解得：
【点睛】
本题考查带电粒子在电场中的加速问题，电场中加速根据动能定理求解获得的速度.
14．3 -1.51
【解析】
根据向低能级跃迁时，可以发出种不同频率的光子，解得，跃迁发生前这些原子分布在激发态能级上；
处于基态氢原子能量为?13.6eV，最高能级的能量值是?13.6eV+12.09eV=?1.51eV；
故答案为(1). 3 (2). -1.51；
【点睛】根据向低能级跃迁时，可以发出3种不同频率的光子，求解问题．最高能级的能量值对应放出最大的能量光子．
15．10.2； 13.6
【解析】
要使处于基态的氢原子使其脱离基态跃迁到激发态，需要的能量最小为：（-3.40）-（-13.6）=10.2eV，则电子的加速电压ΔU至少为10.2V；要使氢原子从基态发生电离，需要吸收的能量为13.6eV，则电子的加速电压ΔU至少为13.6V.
16．汤姆孙，核式
【解析】
【详解】
汤姆逊发现了电子，卢瑟福和他的同事们所做的α粒子散射实验装置示意图，此实验否定了汤姆逊的枣糕模型，据此实验卢瑟福提出了原子的核式结构模型．
17．(1)6种(2)从第四能级向第三能级跃迁时：光子的能量最小，波长最长(3) 4种
【解析】
【分析】
【详解】
(1)大量处在n=4能级的氢原子向低能级跃迁时能辐射的不同频率的光子数为=6种；
(2)从第四能级向第三能级跃迁时：光子的能量最小，波长最长．
(3)由可得：



故能发生光电效应的共有四种