上海市丰华高中2019-2020学年高中物理沪科版选修3-5：原子世界探秘 章末综合复习题（含解析）

原子世界探秘
1．下列关于元电荷的说法中正确的是(　　)
A．元电荷实质上是指电子和质子本身
B．一个带电体的带电荷量可以为205.5倍的元电荷
C．元电荷有正负之分
D．元电荷e的值最早是由美国物理学家密立根通过实验测定的
2．氢原子基态的能量为E1，激发态能量为，其中n=2,3,4，……．大量氢原子处于某一激发态，由这些氢原子可能发出6种不同频率的光子，这些光子中频率最大光子的能量为
A． B． C． D．
3．下列说法中正确的是（ ）
A．铀核裂变的某种核反应方程是
B．已知质子、中子、α粒子的质量分别为m1、m2、m3，那么2个质子和2个中子结合成一个α粒子，释放的能量是
C．卢瑟福通过α粒子散射实验验证了在原子核内部存在质子
D．一群处于能级态的氢原子，自发向低能级跃迁的过程中能辐射12种不同频率的电磁波
4．太阳光谱是吸收光谱，这是因为太阳内部发出的白光(　　)
A．经过太阳大气层时某些特定频率的光子被吸收后的结果
B．穿过宇宙空间时部分频率的光子被吸收的结果
C．进入地球的大气层后，部分频率的光子被吸收的结果
D．本身发出时就缺少某些频率的光子
5．红外热象仪是利用被测物体的红外辐射进行探测成像的一种器材。它可以作为对电力系统线路状态进行监测的一种手段。红外热象仪可通过红外线遥感测出架空高压输电线各处的温度高低，根据发热点（一般在电线接头处）相对周围环境温度的温升来判断线路缺陷。请思考：红外热象仪为什么要选择红外线来进行遥感呢？线路中有缺陷的地方温度为什么高呢？以下几种答案中正确的是
A．红外线光子能量小，红外热象仪发射红外线时消耗能量少；线路中温度高的地方电流大
B．红外线光子能量小，红外热象仪发射红外线时消耗能量少；线路中温度高的地方电阻大
C．一切物体都在不停地发射红外线，不同的物体在不同的温度下发射红外线的频率和强度不同，线路中温度高的地方电流大
D．一切物体都在不停地发射红外线，不同的物体在不同的温度下发射红外线的频率和强度不同，线路中温度高的地方电阻大
6．2002 年诺贝尔物理学奖中的一项是奖励美国科学家贾科尼和日本科学家小柴晶俊发现了宇宙 X 射线源． X 射线是一种高频电磁波，若 X 射线在真空中的波长为λ，以 h 表示普朗克常量，c表示真空中的光速，以 E 和 p 分别表示 X 射线每个光子的能量和动量，则
A．E=,p=0 B．E= ,p= C．E= ,p=0, D．E=,p=
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．贝克勒尔通过对天然放射性现象的研究，发现了原子中存在原子核
B．居里夫妇从沥青铀矿中分离出了钋（P0）和镭（Ra）两种新元素
C．卢瑟福通过粒子散射实验，证实了在原子核内存在质子
D．汤姆孙通过阴极射线在电场和在磁场中的偏转实验，发现了阴极射线是由带负电的粒子组成，并测出了该粒子的比荷
8．有关氢原子光谱的说法正确的是 ( )
A．氢原子的光谱是连续谱
B．氢原子光谱说明氢原子只发出特定频率的光
C．氢原子光谱说明氢原子能级是分立的
D．巴耳末公式反映了氢原子辐射电磁波波长的分立特性
9．关于α粒子散射实验，下列说法正确的是
A．在实验中观察到的现象是：绝大多数α粒子穿过金箔后仍沿原来方向前进，少数发生了较大偏转，极少数偏转角度超过90°，有的甚至被弹回
B．使α粒子发生明显偏转的力是来自带正电的核及核外电子，当α粒子接近核时是核的斥力使α粒子偏转，当α粒子接近电子时是电子的吸引力使之偏转
C．实验表明：原子中心有一个极小的核，它占有原子体积的极小部分
D．实验表明：原子中心的核带有原子的全部正电荷和原子的全部质量
10．关于玻尔的原子模型，下述说法中正确的有
A．它彻底否定了经典的电磁理论 B．它发展了卢瑟福的核式结构学说
C．它完全抛弃了经典的电磁理论 D．它引入了普朗克的量子观念
11．a光经过某干涉仪形成的光的干涉图样如图甲所示，若只将a光换成b光照射同一干涉仪，形成的光的干涉图样如图乙所示.则下述正确的是：
A．a光光子的能量较大
B．在水中a光传播的速度较大
C．b光光子的能量较大
D．若用a光照射某金属时不能发生光电效应，则用b 光照射该金属时也不能发生光电效应
12．1924年法国物理学家德布罗意提出物质波的概念，任何一个运动着的物体，小到电子，大到行星、恒星都有一种波与之对应，波长为λ=h/p，p为物体运动的动量，h是普朗克常数．同样光也具有粒子性，光子的动量为：p=h/λ．根据上述观点可以证明一个静止的自由电子如果完全吸收一个γ光子会发生下列情况：设光子频率为ν，则E＝hν，p=h/λ=hν/c，被电子吸收后有hν/c = meV，hν=，解得：v = 2c，电子的速度为光速的二倍，显然这是不可能的。关于上述过程以下说法正确的是
A．因为在微观世界动量守恒定律不适用，上述论证错误，所以电子有可能完全吸收一个γ光子
B．因为在微观世界能量守恒定律不适用，上述论证错误，所以电子有可能完全吸收一个γ光子
C．动量守恒定律、能量守恒定律是自然界中普遍适用规律，所以唯一结论是电子不可能完全吸收一个γ光子
D．若γ光子与一个静止的自由电子发生作用，则γ光子被电子散射后频率会减小
13．1897年,英国物理学家汤姆孙发现了_______________,使人们进一步认识到原子不是组成物质的最小单位,它是有内部结构的。
14．根据卢瑟福的原子___________________可知，____________是非常小的，其半径只有原子半径的十万分之一。
15．1909年,英国物理学家_________和他的同事们用高速飞行的粒子去轰击金箔,根据粒子飞行路径的改变,得出如下结果：（1）_____________________________________________；（2）_____________________________________________;（3）___________________________。
16．将氢原子电离，就是从外部给电子能量，使其从基态或激发态脱离原子核的束缚而成为自由电子。已知氢原子处于基态时，原子的能量为E1=－13.6Ev，求：
（1）若要使n=2激发态的氢原子电离，至少要用多大频率的电磁波照射该氢原子？
（2）若用波长为200nm的紫外线照射氢原子，则电子飞到离核无穷远处时的速度为多大？（电子电荷量E=1.6×10－19C，普朗克常量h=6.63×10－34J·s，电子质量mE=9.1×10－3kg）
17．如图所示为汤姆孙用来测定电子比荷的装置.当极板P和间不加偏转电压时，电子束打在荧光屏的中心O点处，形成一个亮点；加上偏转电压U后，亮点偏离到点，点到O点的竖直距离为d，水平距离可忽略不计；此时在P与之间的区域里再加上一个方向垂直于纸面向里的匀强磁场，调节磁感应强度，当其大小为B时，亮点重新回到O点，已知极板水平方向长度为，极板间距为b，极板右端到荧光屏的距离为；
（1）求打在荧光屏O点的电子速度的大小；
（2）推导出电子比荷的表达式。
参考答案
1．D
【解析】
【详解】
元电荷是指最小的电荷量，不是指质子或者是电子，故A错误；带电体的带电量一定是元电荷的整数倍；故B错误；元电荷是一个电荷量，不分正负；故C错误；电荷量e的数值最早是由美国科学家密立根用实验测得的，元电荷的值通常取作e=1.60×10-19C，故D正确。故选D。
2．B
【解析】
大量处于某一激发态的氢原子可能发出6种不同频率的光子，可知是从n=4的能级向低能级跃迁产生的，则频率最大的光子由n=4到n=1跃迁产生，最大能量为，故选B.
3．B
【解析】
【详解】
A. 铀核裂变的核反应是：是，两边中子不能约。故A错误；
B. 质子、中子、α粒子质量分别为m1、m2、m3，质子和中子结合成一个α粒子，释放能量是(2m1+2m2?m3)c2.故B正确；
C. 卢瑟福通过α粒子轰击氮核得到质子，实验验证了在原子核内部存在质子，故C错误；
D. 根据波尔理论，一群处于n=4能级态的氢原子，自发向低能级跃迁的过程中能辐射6种不同频率的电磁波，故D错误。
故选：B。
4．A
【解析】
【详解】
太阳光谱是一种吸收光谱，是因为太阳发出的光穿过温度比太阳本身低得多的太阳大气层，而在这大气层里存在着从太阳里蒸发出来的许多元素的气体，太阳光穿过它们的时候跟这些元素的特征谱线相同的光都被这些气体吸收掉了，故A正确，BCD错误。
5．D
【解析】
【分析】
用红外热成像技术，探测目标物体的红外辐射，并通过光电转换、信号处理等手段，将目标物体的温度分布图象转换成视频图象的设备，我们称为红外热成像仪．
【详解】
红外线光子能量小，波长长，容易绕过障碍物；一切物体都在不停地发射红外线，不同的物体在不同的温度下发射红外线的频率和强度不同；线路中温度高的地方电阻大，发热多，温度高，D正确．
6．D
【解析】
【详解】
光子的能量．根据可得，D正确．
7．BD
【解析】贝克勒尔通过对天然放射性现象的研究，证明原子核有复杂结构，并不是说明原子中存在原子核．α粒子散射实验说明原子中存在原子核；AC错误；居里夫妇从沥青铀矿中分离出了钋（P0）和镭（Ra）两种新元素，B正确；汤姆孙通过阴极射线在电场和在磁场中的偏转实验，发现了阴极射线是由带负电的粒子组成，并测出该粒子的比荷，D正确．
8．BC
【解析】由于氢原子发射的光子的能量：E=En-Em，所以发射的光子的能量值E是不连续的，只能是一些特殊频率的谱线，故A错误B正确；由于氢原子的轨道是不连续的，故氢原子的能级是不连续的即是分立的，故C正确；由于跃迁时吸收或发射的光子的能量是两个能级的能量差，所以氢原子光谱的频率与氢原子能级的能量差有关，巴耳末公式反映了氢原子辐射光子频率的分立特性，D错误；
9．AC
【解析】
【分析】
【详解】
AB. α粒子散射实验的内容是：绝大多数α粒子几乎不发生偏转；少数α粒子发生了较大的角度偏转；极少数α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），故A正确B错误；
CD. 实验表明：原子中心有一个极小的核，它占有原子体积的极小部分，原子中心的核带有原子的全部正电荷和原子几乎全部的质量，故C正确D错误；
故选AC。
10．BD
【解析】
【详解】
玻尔的原子理论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，成功地解释了氢原子光谱实验规律；但对于稍微复杂一点的原子如氦原子，玻尔理论就无法解释它的光谱现象。这说明玻尔理论还没有完全揭示微观粒子运动的规律；它的不足之处在于保留了经典粒子的观念，仍然把电子的运动看做经典力学描述下的轨道运动，AC错误；玻尔首先把普朗克的量子假说推广到原子内部的能量，来解决卢瑟福原子模型在稳定性方面的困难，BD正确．
11．BC
【解析】
【分析】
根据双缝干涉条纹的间距公式比较出两束光的波长大小关系，从而得出频率关系和折射率关系，根据，去判断光子能量的大小以及在介质中的速度大小．根据光子能量的大小判断是否能够发生光电效应．
【详解】
a光的间距大于b光，由得a光的波长大于b光的波长，根据知，a光的频率小于b光的频率，根据公式可知b光光子的能量大，A错误C正确；a光的频率小于b光的频率，a光的折射率小于b光的折射率，根据得，a光的折射率小，则a光在水中的传播速度大，B正确；若用a光照射某金属没有光电子逸出，因为a光的频率小于b光，所以b光照射该金属时不一定没有光电子逸出，D正确．
12．CD
【解析】
【详解】
根据常识“动量守恒定律、能量守恒定律是自然界中普遍适用的规律”从而可判断AB错误，光电效应中金属内部电子在吸收一定能量的光子后克服逸出功从而成为自由电子、以及玻尔能级跃迁中基态的电子吸收一定频率的光子后能跃迁到较高能级的印象，在这两个例子中，都是电子吸收光子的，C正确；同时学生头脑中有康普顿效应的印象，所以能判断光子被电子散射后因能量变小从而频率降低，D正确．
13．电子
【解析】
【详解】
[1]1897年,英国物理学家汤姆孙通过对阴极射线的研究发现了电子，使人们进一步认识到原子不是组成物质的最小单位,它是有内部结构的。
14．核式结构模型 原子核
【解析】
【详解】
[1][2]根据卢瑟福的原子核式结构模型可知，原子核是非常小的，其半径只有原子半径的十万分之一。
15．卢瑟福 绝大多数α粒子穿过金销后，与原来的运动方向偏离不多 少数α粒子产生较大角度的偏转 极少数α粒子产生超过的大角度偏转，个别α粒子甚至被弹回
【解析】
【详解】
(1)1909年,英国物理学家卢瑟福和他的同事们完成了α粒子散射实验；
[2][3][4]根据粒子飞行路径的改变,得出如下结果：绝大多数α粒子穿过金销后，与原来的运动方向偏离不多、少数α粒子产生较大角度的偏转、极少数α粒子产生超过的大角度偏转，个别α粒子甚至被弹回
16．（1）8.21×1014Hz（2）9.95×105m/s
【解析】
【详解】
（1）n=2时，
eV
要使处于n=2激发态的原子电离，电离能为ΔE=E∞－E2=3.4eV
Hz
（2）波长为300nm的紫外线一个光子所具有的能量
J
电离能ΔE=3.4×1.6×10－19J=5.44×10－19J
由能量守恒
代入数值解得v≈9.95×105m/s。
17．（1） （2）
【解析】
【详解】
（1）电子在正交的匀强电场和匀强磁场中做匀速直线运动，有:
得:，即打到荧光屏O点的电子速度的大小为；
（2）P与之间只有偏转电场时，电子的加速度为a，运动时间为t，电子离开偏转电场的偏移量为y，速度偏转角为，根据运动学公式：
根据牛顿第二定律有：
运动时间：
解得：
由于：
可得：。