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 单元复习题（含解析）

原子世界探秘
1．汤姆生发现了电子并由此提出了原子结构的葡萄干蛋糕模型，他发现电子的实验基础是（ ）
A．α粒子散射实验
B．阴极射线实验
C．α粒子轰击铍核实验
D．α粒子轰击氮核实验
2．日光灯正常工作时，灯管内的稀薄汞蒸气由于气体放电而发射几种特定的光子．而汞的明线光谱中既有可见光，又有紫外线．其中只有紫外线全部管壁上的荧光粉吸收，并使荧光粉受到激发而发射波长几乎连续分布的可见光．日光灯灯光经过分光镜后形成的光谱是（ ）
A．与白炽灯灯光的光谱相同的连续光谱
B．与太阳光光谱相同的光谱
C．连续光谱与汞的明线光谱（除紫外线外）相加的光谱
D．是吸收光谱
3．氢原子的能级图如图所示．用某种单色光照射容器中大量处于n=2能级的氢原子，氢原子吸收这种光子后，能发出波长分别为 λ1、λ2、λ3的三种光子（λ1 >λ2 >λ3）．则照射光光子的波长为（ ）
A．λ1 B．λ3 C．λ1-λ2 D．λ2 +λ3
4．秒是国际单位制中的时间单位，它等于133Cs原子基态的两个超精细能级之间跃迁时所辐射的电磁波周期的9192631770倍．据此可知，该两能级之间的能量差为（普朗克常量h=6. 63×10-34J·s) (　　)
A．7. 21×10-24eV B．6. 09×10-24eV
C．3. 81×10-5eV D．4. 50×10-5eV
5．图甲为氢原子的能级图，图乙为某金属在光的照射下，发生光电效应时产生的光电子的最大初动能Ek与入射光频率ν的关系图象．若氢原子从n=3能级跃迁到n=2能级放出的光子刚好使该金属发生光电效应，普朗克常数h=6.63×10–34 J·s，1 eV=1.6×10–19 J，则下列说法正确的是
A．由乙图知普朗克常量h=–
B．乙图中E=hν0=1.89 eV
C．该金属的极限频率为5.4×1014 Hz
D．用氢原子从n=2能级跃迁到n=1能级释放的光子去照射该金属，打出光电子的最大初动能为10.2 eV
6．物理学家通过对实验的深入观察和研究，获得正确的科学认知，推动物理学的发展，下列说法符合事实的是（ ）
A．库仑通过一系列实验证实了麦克斯韦关于光的电磁理论
B．查德威克用α粒子轰击获得反冲核，发现了中子
C．贝克勒尔发现的天然放射性向下，说明原子核有复杂结构
D．波尔利用氢原子能级量子化解释了氢原子光谱，从而创建了量子力学
7．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．汤姆逊通过阴极射线在电场和磁场中偏转的实验，发现了原子的核式结构
B．卢瑟福通过α粒子散射实验证实了在原子核内部存在质子
C．查德威克发现了中子，证实了中子是原子核的组成部分
D．爱因斯坦发现的质能方程解释了光电效应产生的原因
8．根据玻尔理论，氢原子的电子由外层轨道跃迁到内层轨道时（ ）
A．放出光子，电子的动能减小
B．放出光子，电子的动能增大
C．吸收光子，电子的动能减小
D．吸收光子，电子的动能增大
9．氢原子的能级图如图所示，一群氢原子处于n=4的能级状态．关于这群氢原子，下列说法中正确的是（ ）
A．这群氢原子向低能级跃迁时最多能辐射出4种频率的光
B．由n=4能级向基态跃迁时辐射光的波长最短
C．处于n=4能级的氢原子电离至少需要12.75eV的能量
D．从n=4能级跃迁到n=3能级释放光子的能量大于从n=3能级跃迁到n=2能级释放光子的能量
10．氢原子的能级图如图所示,关于氢原子的说法正确的是（ ）
A．氢原子的发射光谱是连续的
B．一群氢原子处于的能级,向低能级跃迁时可以辐射出三种频率的光子
C．若用的光子照射处于基态的氢原子,可以使它电离
D．若用的光子照射处于基态的氢原子,可以使它跃迁到的能级
11．氢原子从能量为的能级跃迁到能量为的能级时，辆射出波长为的光子．已知普朗克常量为，光在真空中的速度为．则等于（ ）
A． B． C． D．
12．如图为氢原子的能级图．大量氢原子处在n=3的能级，能够辐射出N种频率的光，其中波长最长的光，光子能量为E，则
A．N=3，E=1.89 eV
B．N=3，E=12.09 eV
C．N=2，E=1.51 eV
D．N=2，E=1.89 eV
13．已知氢原子基态能量为—13.6eV，则氢原子处于n=4激发态的能量为_____eV ;大量处于n=4激发态的氢原子跃迁时，发出多种不同能量的光子，若用能量最大的光子照射到逸出功为2.75eV的光电管上，加在该光电管上的反向遏止电压为_____V．
14．如图为氢原子的能级图，大量处于n=4激发态的氢原子跃迁时，发出_____种频率不同的光子．若用其中频率最大的光照射到逸出功为2.75eV的光电管上，则加在该光电管上的遏止电压为______V．
15．氢原子的能级如图所示，有一群处于n=4能级的S原子，发出的光子照射某金属能产生光电效应现象，则该金属的逸出功应小于________eV；若用其中发光频率最大的光子照射到逸出功为2.75eV的光电管上，则加在该光电管上的反向遏止电压为_______V。
16．氢原子第n能级的能量为，其中6是基态能量，而n=1，2?...．若一氢原子发射能量为 的光子后处于比基态能理高出的激发态，则氢原子发射光子前后分别处于第几能级？
17．氢原子的能级图如图所示,氢原子的能级跃迁到的能级时,辐射出能量为2.55eV的光子．
（1）最少要给基态的氢原子提供多少能量,才能使它跃迁到的能级
（2）请画出处于一群能级的氢原子可能的辐射跃迁图
参考答案
1．B
【解析】
【详解】
A．卢瑟福通过对α粒子散射实验现象的分析，提出了原子核式结构模型，证实了原子是可以再分的，故A错误．
B．汤姆孙通过研究阴极射线实验，发现了电子的存在，故B正确．
CD．由上分析可知，故CD错误．
故选B．
2．C
【解析】
A．日光灯灯光经过分光镜后形成的光谱是线状谱，而白炽灯灯光的光谱是连续光谱，故A错误；
B．太阳光光谱也是连续光谱，故B错误；
C．连续光谱与汞的明线光谱（除紫外线外）相加的光谱，属于线状谱，故C正确；
D．不是吸收光谱，故D错误．
故选：C
3．A
【解析】
处于激发态的氢原子并不稳定，能够自发向低能级跃迁并发射光子，氢原子只发出三种不同频率的色光，知氢原子处于n=3能级．所以某种单色光照射容器中大量处于n=2能级的氢原子，跃迁到氢原子处于n=3能级．氢原子吸收这种光子后，能发出波长分别为λ1、λ2、λ3，的三种光子，（λ1＞λ2＞λ3）．根据光子频率得光子波长越小，频率越大．显然从n=3直接跃迁到n=2能级时辐射光子的能量等于入射光子的能量，故入射光子的能量E=hv1，所以照射光光子的波长为λ1．故选A．
4．C
【解析】
设133Cs原子在两个超精细能级之间跃迁时所辐射的电磁波的周期为T0，由题意知：s，故该电磁波的频率为，则两能级之间的能量差E=hv=6.63×10-34×9192631770 J=6.09×10-24J=3.81×10-5eV.，选项B正确．
5．B
【解析】
由爱因斯坦光电效应方程Ek=hv-hv0知，结合图象可知，图线的斜率k=h=，故A错误．纵轴截距的大小等于逸出功，即E=hv0，氢原子从n=3能级跃迁到n=2能级放出的光子刚好使该金属发生光电效应，则逸出功W0=-1.51-（-3.40）eV=1.89eV，则E=hv0=1.89eV，故B正确．金属的极限频率，故C错误．氢原子从n=2能级跃迁到n=1能级，辐射的光子能量等于10.2eV，根据光电效应方程知，光电子的最大初动能Ekm=hv-W0=10.2eV-1.89eV=8.31eV，故D错误．故选B．
6．C
【解析】赫兹通过一系列实猃，证实了麦克斯韦关于光的电磁理论，A错误；查德威克用α粒子轰击铍核，产生中子和碳12原子核，B错误；贝克勒尔发现天然放射性现象，说明原子核有复杂结构，C正确；玻尔把量子概念成功地应用于氢原子系统，并根据卢瑟福的核型原子模型创立了玻尔原子理论，但不是波尔创建了量子力学，D错误；
7．C
【解析】
汤姆逊通过阴极射线在电场和磁场中偏转的实验，发现了电子，选项A错误；卢瑟福通过α粒子散射实验证实了在原子的核式结构理论，选项B错误； 查德威克发现了中子，证实了中子是原子核的组成部分，选项C正确； 爱因斯坦发现的光电效应方程解释了光电效应产生的原因，选项D错误；故选C.
8．B
【解析】
【详解】
根据玻尔跃迁理论，氢原子的电子由外层向内则轨道跃迁时，就会以光子的形式向外释放能量；根据动能定理，由于电子向原子核靠近，静电力做正功，所以电子的动能增加．
故本题选B
【点睛】
根据玻尔跃迁理论，可以知道电子从高能级向低能级跃迁是会以光子的形式释放能量；根据静电力正功，结合动能定理，可以判断电子动能变化情况．
9．B
【解析】
【详解】
（1）这群氢原子向低能级跃迁时最多可辐射出种不同频率的光，A错误；
（2）根据玻尔跃迁理论，可知，能级差越大，辐射出光频率越大，则波长越短．由题可知，该氢原子中电子从n=4能级跃迁到n=1能级的最大，故波长最短，B正确；
（3）要想将n=4能级的电子剥离原子，即让电子电离，至少需要吸收的能量，故C错误；
（4）从n=4能级跃迁到n=3能级释放光子的能量，从n=3能级跃迁到n=2能级释放光子的能量，则D错误；
故本题选B
10．B
【解析】
氢原子的发射光谱是不连续的，是线光谱，选项A错误；一群氢原子处于的能级，向低能级跃迁时可以辐射出=3种频率的光子，选项B正确；若用13.6eV的光子照射处于基态的氢原子，可以使它电离，选项C错误；11eV不等于任何两个能级的能级差，则若用11eV的光子照射处于基态的氢原子不能被吸收，则不可以使它跃迁到n=2的能级，选项D错误；故选B.
11．A
【解析】
由玻尔理论得：E-E′=hγ=h．所以E′=E-h，故A正确，BCD错误．故选A．
点睛：解决本题的关键知道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，并要掌握能级差与光子频率的关系，即可轻松解答．
12．A
【解析】
【分析】
【详解】
根据 知，这些氢原子可能辐射出三种不同频率的光子．波长最长的，则频率最小，因此氢原子由n=3向n=2能级跃迁时辐射的光子能量最小，则
故A正确，BCD错误；
故选A
13．-0.85 10
【解析】
则氢原子处于n=4激发态的能量为
能级间跃迁放出或吸收光子的能量满足hγ=Em-En．所以频率最大的光子能量为E=E4-E1=-0.85+13.60eV=12.75eV．
根据爱因斯坦光电效应方程，有Ekm=hv-E0
根据动能定理eU=Ekm
解得：U=10V
点睛：本题为3-5模块的综合题，模块间不综合，全面考查了选修3-5中的基础知识，对于该部分知识一是注意平时的积累与记忆，二是注意有关能级跃迁、最大初动能与遏止电压等知识的应用．
14． 6 10
【解析】大量处于n=4激发态的氢原子跃迁时，发出种频率不同的光子．若用其中频率最大的光子的能量E=（-0.85）-（-13.6）=12.75eV，光照射到逸出功为2.75eV的光电管上，最大初动能为12.75-2.75=10eV，根据Ekm=eU，可知加在该光电管上的遏止电压为10V．
15． 12.75 10
【解析】能级间跃迁放出或吸收光子的能量满足：hγ=Em-En．所以频率最大的光子能量为：E=E4-E1=-0.85+13.60eV=12.75eV．
发出的光子照射某金属能产生光电效应现象，则光电子的动能恰好为0时，该金属的逸出功最大，是12.75eV；若用此光照射到逸出功为2.75eV的光电管上，则光电子的最大初动能为：12.75eV-2.75eV=10eV，所以加在该光电管上的遏止电压为 10eV．
16．4和3
【解析】
【分析】
【详解】
设氢原子发射光子前后分别处于第l与第m能级，发射后的能量Em=，故
＝E1?E1
解得
m=3
发射前的能量
El=
根据题意知
El=Em?E1
即
将m=3代入上式解得：l=4??；?故氢原子发射光子前后分别处于第4与第3能级．
17．（1）12.75eV （2）
【解析】
（1）氢原子从的能级跃迁到的能级时，辐射光子的频率应满足：
；
解得：；
结合题图可知：，基态氢原子要跃迁到的能级应提供的能量为：
（2）辐射跃迁图如图所示：