上海市大境中学2019-2020学年高中物理沪科版选修3-5：原子世界探秘 章末复习题（含解析）

原子世界探秘
1．下列叙述中符合历史史实的是 （ ）
A．卢瑟福的α粒子散射实验揭示了原子核有复杂结构
B．玻尔理论成功地解释了各种原子的发光现象
C．爱因斯坦成功地解释了光电效应现象
D．赫兹从理论上预言了电磁波的存在
2．如图所示为氢原子的能级图，已知某金属的逸出功为，则下列说法正确的是（ ）
A．处于基态的氢原子可以吸收能量为的光子而被激发
B．用能量为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
C．用能级跃迁到能级辐射的光子照射金属，从金属表面逸出的光电子最大初动能为
D．一群处于能级上的氢原子向低能级跃迁时最多产生4种谱线
3．下列说法中正确的是
A．β衰变所释放的电子是原子核外电子电离所形成的
B．大量氢原子从n=3能级向低能级跃迁时最多辐射两种不同频率的光
C．紫外线照射锌板表面发生光电效应，则增大紫外线的照射强度时，从锌板表面逸出光电子的最大初动能也随之增大
D．氢原子从较高的激发态跃迁到较低的激发态时，核外电子动能增大，氢原子总能量减少
4．氢原子辐射出一个光子后，根据玻尔理论，下列判断正确的是
A．电子绕核旋转的轨道半径增大 B．电子的动能减少
C．氢原子的电势能增大 D．氢原子的能级减小
5．如图所示，为氢原子的能级示意图，一群氢原子处于n=4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1.90 ev 的金属铯，下列说法正确的是
A．这群氢原子能发出六种频率不同的光，其中从n=4跃迁到n=3所发出的光波长最长
B．这群氢原子能发出频率不同的光，其中从n=4跃迁到n=1所发出的光频率最高
C．金属铯表面所发出的光电子的初动能最大值为12.75 ev
D．金属铯表面所发出的光电子的初动能最大值为10.19 ev
6．如图所示为氢原子的能级图，已知氢原子从n=2能级跃迁到n=1能级时，辐射出A光，则以下判断正确的是
A．氢原子从n=2跃迁到n=3吸收光的波长小于A光波长
B．只要用波长小于A光波长的光照射，都能使氢原子从n=1跃迁到n=2
C．氢原子从n=3跃迁到n=2辐射的光在相同介质中的全反射临界角比A光大
D．氢原子从n=3跃迁到n=2辐射的光在同一种介质中的传播速度比A光大
7．已知氢原子处于激发态的能量En＝，式中E1为基态的能量E1＝－13.6 eV.对于处于n＝4激发态的一群氢原子来说，可能发生的辐射是 (　　)．
A．能够发出五种能量不同的光子
B．能够发出六种能量不同的光子
C．发出的光子的最大能量是12.75 eV，最小能量是0.66 eV
D．发出的光子的最大能量是13.6 eV，最小能量是0.85 eV
8．如图所示是氢原子的能级图,大量处于n=4激发态的氢原子向低能级跃迁时,一共可以辐射出6种不同频率的光子,其中巴耳末系是指氢原子由高能级向n=2能级跃迁时释放的光子,则(　　)
A．6种光子中波长最长的是n=4激发态跃迁到基态时产生的
B．在6种光子中,从n=4能级跃迁到n=1能级释放的光子康普顿效应最明显
C．使n=4能级的氢原子电离至少要0.85 eV的能量
D．若从n=2能级跃迁到基态释放的光子能使某金属板发生光电效应,则从n=3能级跃迁到n=2能级释放的光子也一定能使该板发生光电效应
9．氢原子的部分能级如图所示，现有大量的氢原子处于n=4的激发态，当向低能级跃迁时辐射出不同频率的光．已知可见光的光子能量在1.62eV到3.11eV之间．由此可推知，氢原子（　　）
A．从高能级向n=3能级跃迁时发出的光子频率比可见光的高
B．从高能级向n=2能级跃迁时发出的光均为可见光
C．用n=2能级跃迁到n=1能级辐射出的光照射逸出功为6.34eV的金属铂能发生光电效应
D．频率最小的光是由n=4能级跃迁到n=3能级产生的
10．大量处于基态的氢原子，在某种单色光的照射下，只能辐射出3种不同频率的光子，其中两种光子频率为v1、v2，且vlA．该单色光的能量可能为hv2
B．该单色光的能量可能为h（v2－vl）
C．第三种光子的频率可能为v1＋v2
D．第三种光子的频率一定为v1－v2
11．北斗二期导航系统的“心脏”是上海天文台自主研发的星载氢原子钟，它是利用氢原子能级跃迁时辐射出来的电磁波去控制校准石英钟．如图为氢原子能级图，则( )
A．13eV的光子可以使基态氢原子发生跃迁
B．13eV的电子可以使基态氢原子发生跃迁
C．氢原子从n=4能能跃迁到n=2能级辐射出紫外线
D．大量处于n=4能级的氢原子向低能级跃迁时可辐射6种不同频率的光子
12．普朗克在1900年将“能量子”引入物理学，开创了物理学的新纪元．人们在解释下列哪组实验现象时，利用了“量子化”的观点的是( )
A．光电效应现象 B．α粒子散射实验
C．氢原子光谱实验 D．黑体辐射现象
13．卢瑟福通过_________实验，发现了原子中间有一个很小的核，并由此提出了原子的核式结构模型，图中的四条线表示粒子运动的可能轨迹，在图中完成中间两条粒子的运动轨迹（_______）
14．卢瑟福提出的原子核式结构学说能很好地解释粒子散射实验，当粒子在离核较远处穿过原子时，因为________________，所以它们几乎不发生偏转；而当粒子在离核较近处穿过原子且核很小时，因为________________，所以它们会发生大角度的偏转；如果粒子碰到电子，因为________________，所以几乎不影响粒子的运动轨迹.
15．原子半径约________m，从粒子散射实验的数据可以估计出原子核的半径约为原子半径的_________．
16．在再现汤姆孙测阴极射线比荷的实验中，采用了如图所示的阴极射线管，从出来的阴极射线经过、间的电场加速后，水平射入长度为的、平行板间，接着在荧光屏中心出现荧光斑．若在、间加上方向向下、场强为的匀强电场，阴极射线将向下偏转；如果再利用通电线圈在、电场区加上一垂直纸面的磁感应强度为的匀强磁场（图中未画），荧光斑恰好回到荧光屏中心，接着再去掉电场，阴极射线向上偏转，偏转角为，试解决下列问题：
（1）说明阴极射线的电性．
（2）说明图中磁场沿什么方向．
（3）根据、、和，求出阴极射线的比荷．
17．粒子与金核发生正碰时，如果粒子能接近金核的最小距离为，求金核的密度。（结果保留两位有效数字）
参考答案
1．C
【解析】
A．卢瑟福的α粒子散射实验提出原子核式结构学说，A错误；
B．玻尔建立了量子理论，成功解释了氢原子发光现象，B错误；
C．爱因斯坦成功地解释了光电效应现象，C正确；
D．麦克斯韦从理论上预言了电磁波的存在，赫兹证实了电磁波的存在，D错误．
故选C。
2．C
【解析】
（-13.6eV）+（12.1eV）=1.50eV不等于任何能级差，则处于基态的氢原子吸收能量为 12.1eV 的光子不能被激发，选项A错误；12.5eV大于1、2和1、3之间的能级差，则用能量为 12.5eV 的电子轰击处于基态的氢原子，能使氢原子发生能级跃迁，选项B错误；从 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，则用它照射金属，从金属表面逸出的光电子最大初动能为 12.75eV-6.44eV=6.31eV，选项C正确；一群处于 n=4 能级上的氢原子向低能级跃迁时最多产生种谱线，选项D错误；故选C.
点睛：要知道原子吸收光子时，光子的能量必须等于两个能级的能级差，否则不能吸收；而当电子的能量大于或等于两个能级的能级差时都能被吸收.
3．D
【解析】
A、发生β衰变的过程是：一个中子变为质子同时放出一个电子，并非原子核外的电子电离形成的，故A错误；
B、大量氢原子从n=3能级向低能级跃迁时最多辐射种不同频率的光，故B错误；
C、紫外线照射到金属锌板表面时能够发生光电效应，则当增大紫外线的照射强度时，从锌板表面逸出的光电子的最大初动能不变，而光电子数目可能增加，故C错误；
D、氢原子从较高的激发态跃迁到较低的激发态时，电子的轨道半径变小，根据?知核外电子动能增大，氢原子总能量减少，故D正确；
故选D。
4．D
【解析】
氢原子辐射出光子后，由高能级跃迁到低能级，轨道半径减小，电子动能增大，此过程中库仑力做正功，电势能减小.故D对；ABC错；
故选D
5．AB
【解析】
A、一群氢原子处于n=4的激发态，可能发出==6种不同频率的光子，从n=4跃迁到n=3间的能级差最小，所以从n=4跃迁到n=3发出的光子频率最低，波长最长，故A正确。
B、因为n=4和n=1间能级差最大，所以从n=4跃迁到n=1发出的光子频率最高，波长最短，故B正确。
C、从n=4跃迁到n=1发出的光子频率最高，发出的光子能量为13.6ev-0.85eV=12.75ev，根据光电效应方程EKm=hv-W0得，金属铯表面所发出的光电子的最大初动能Ekm=12.75ev-1.90ev=10.85ev，故C、D错误。
故选：A、B
6．CD
【解析】
【详解】
根据Em-En=hγ，知氢原子从n=2的能级跃迁到n=3的能级的能级差小于从n=2的能级跃迁到n=l的能级时的能级差，再由λ＝，则有从n=2跃进到n=3吸收光的波长大于A光波长，故A错误。要使氢原子从n=1跃迁到n=2，则光子能量必须是两能级的差值，即为△E=13.6-3.4=10.2eV．故B错误。氢原子从n=2能级跃进到n=1能级差大于氢原子从n=3跃进到n=2的能级差，因此从n=3跃进到n=2辐射的光的频率较低，折射率较小，依据sinC=1/n，那么在相同介质中的全反射临界角比A光大。故C正确。氢原子从n=2能级跃进到n=1能级差大于氢原子从n=3跃进到n=2的能级差，因此从n=3跃进到n=2辐射的光的频率较低，折射率较小，依据v=c/n，则有光在同一种介质中的传播速度比A光大。故D正确。故选CD。
【点睛】
考查能级间跃迁辐射光子的能量等于能级之差，掌握公式v=c/n与sinC=1/n的应用，解决本题的突破口是比较出光子和光子A的频率大小，从而得知折射率、在介质中速度等大小关系．
7．BC
【解析】
【详解】
根据=6知，一群处于n=4能级的氢原子向较低能级跃迁，能产生6种不同频率的光子，故A错误，B正确。由第4能级向第3能级跃迁时辐射的光子能量最小，即为：△E=E4-E3==0.66eV，最大能量是从n=4的激发态跃迁到基态，即为：△E′=-+13.6=12.75eV，故C正确，D错误；故选BC。
【点睛】
解决本题的关键知道能级间跃迁满足的规律，知道能级差越大，释放的光子能量越大．以及掌握如何求跃迁的种类．
8．BC
【解析】
n=4激发态跃迁到n=3激发态时产生光子的能量最小，根据E=hc/λ知，波长最长，故A错误；根据氢光谱的特点可知，从n=4激发态跃迁到基态时产生光子的能量最大，根据E=hc/λ知，波长最短，粒子性最明显，康普顿效应最明显．故B正确．n=4能级的氢原子具有的能量为-0.85ev，故要使其发生电离能量变为0，至少需要0.85eV的能量，故C正确；从n=2能级跃迁到基态释放的光子能量为13.6-3.4=10.2ev，若能使某金属板发生光电效应，从n=3能级跃迁到n=2能级释放的光子能量3.4-1.51=1.89ev＜10.2ev，不一定能使该板发生光电效应，D错误．故选BC．
点睛：本题考查了波尔原子理论：从高轨道向低轨道跃迁时减少的能量以光子的形式辐射出去；所有的激发态都是不稳定的，都会继续向基态跃迁，故辐射光子的种类；E=hc/λ 判断光子能量与波长的关系．只有入射光子的能量大于金属的逸出功才会发生光电效应．判断是否电离，看处于激发态的氢原子吸收能量后的总能量是否大于等于0，一旦大于等于0，说明发生电离．
9．BCD
【解析】试题分析：能级间跃迁时辐射的光子能量等于两能级间的能级差，即．
从高能级向n=3能级跃迁时发出的光的频率最大为1.51eV，小于可见光的光子能量，A错误；从高能级向n=2能级跃迁时辐射的光子能量最大为3.40eV，大于可见光的能量，故B错误；从n=2能级跃迁到n=1能级辐射出的光子的能量，而使金属发生光电效应的条件是光子的能量大于电子的逸出功，故可以发生光电效应，故C正确；由n=4能级跃迁到n=3能级产生的光，能量最小，频率最小，故D正确；
请在此填写本题解析!
10．AC
【解析】
试题分析：一群处于基态的氢原子被一束单色光照射后，跃迁到n=3的激发态，激发态不稳定，向低能级跃迁时辐射出三种频率的光子．根据玻尔理论分析可能的频率．
处于基态的氢原子在某单色光束照射下，只能发出频率三种光，知处于第3能级，因为为其中的两种光子，所以可能频率最大，故该单色光的能量可能为，A正确B错误；若第三种光子频率最大，则根据玻尔理论，，，，可见，C正确D错误
11．BD
【解析】
【分析】
【详解】
A．当吸收的光子能量等于两能级间的能级差，才能发生跃迁．n=1和n =4间的能级差为12.75eV，吸收13eV的光子能量，不能从n =1跃迁到n =4能级；n =1和n =5间的能级差为13.06eV，不能吸收13eV的光子能量，也不能从n =1跃迁到n =5能级．故A错误；
B．n=1和n=2间的能级差为10.2eV，n=1和n =3间的能级差为12.09eV，n =1和n =4间的能级差为12.75eV，由于用电子撞击基态的氢原子，部分电子动能被吸收，则用能量为13eV的电子撞击处于基态的氢原子，可以使氢原子跃迁到n =2或n =3、或n=4的能级．故B正确；
C．氢原子从n =4能能跃迁到n =2能级辐射出光子能量为：
光的频率
属于可见光(可见光频率范围为：)，故C错误；
D．根据C42=6知，大量处于量子数n =4的能级的氢原子向低能级跃迁时，最多辐射6不同频率的光，故D正确．
【点睛】
本题考查了能级的跃迁、光电效应等基础知识点，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，注意吸收的光子能量等于两能级间的能级差时才能被吸收，发生跃迁．
12．ACD
【解析】
【分析】
【详解】
普朗克最先提出能量的量子化，成功解释黑体辐射现象．爱因斯坦用量子理论解释光电效应．玻尔将量子理论引入原子理论，解释了氢原子光谱．故选ACD．
13．粒子散射 见解析
【解析】
【详解】
[1][2]卢瑟福通过粒子散射并由此提出了原子的核式结构模型，该实验的现象为：绝大多数粒子几乎不发生偏转，少数粒子发生了较大的角度偏转，极少数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）。据此可画出粒子的运动轨迹：
14．核对粒子的库仑力很小 核对粒子的库仑力很大 电子质量远小于粒子
【解析】
【详解】
[1]当粒子在离核较远处穿过原子时，根据库伦定律可知，核对粒子的库仑力很小，所以它们几乎不发生偏转；
[2]当粒子在离核较近处穿过原子且核很小时，因为原子的正电荷全部集中于原子核内部，故核对粒子的库仑力很大，所以它们会发生大角度的偏转；
[3]如果粒子碰到电子，因为粒子跟金箔中的电子相撞，满足动量守恒定律，因粒子的质量比电子大得多，尤如飞行的子弹碰撞灰尘一样，粒子的动能和动量几乎没有损失，所以几乎不影响粒子的运动轨迹。
15． 十万分之一
【解析】
【详解】
[1]原子直径的数量级为；
[2]卢瑟福根据粒子散射实验现象提出了原子具有核式结构，由于极少数粒子发生了大角度偏转，原子有全部正电荷集中在原子中央很小的体积内，即原子核内。此实验的数据，可以估算原子核直径的数量级为，故原子核的半径约为原子半径的十万分之一。
16．（1）负电（2）垂直纸面向外（3）
【解析】
【分析】
【详解】
(1)由于阴极射线在电场中向下偏转，因此阴极射线受电场力方向向下，又由于匀强电场方向向上，则电场力的方向与电场方向相反，所以阴极射线带负电；
(2)由于所加磁场使阴极射线受到向上的洛伦兹力，而与电场力平衡，由左手定则得磁场的方向垂直纸面向外；
(3)设此射线带电量为，质量为，当射线在、间做匀速直线运动时，有：
当射线在、间的磁场中偏转时，有：
同时又有，如图所示，解得：
17．
【解析】
【详解】
粗略地，可把金核看作一个球体，把α粒子接近它的最小距离作为它的半径r，则金核的体积表示为，而金核的质量
故其密度为