上海市金山中学2019-2020学年高中物理沪科版选修3-5：原子世界探秘 单元综合检测题（含解析）

原子世界探秘
1．下列能揭示原子具有核式结构的实验是(　　)
A．光电效应实验 B．电子的发现 C．氢原子光谱的发现 D．α粒子散射实验
2．如图所示是某原子的能级图,abc为原子跃迁所发出的三种波长的光,已知三种光的波长分别为、、，则下列关系式正确的是（ ）
A． B．
C． D．
3．氢原子从n=4的激发态直接跃迁到n=2的激发态时，发出蓝色光，则当氢原子从n=5的激发态直接跃迁到n=2的激发态时，可能发出的是(　　)
A．红外线 B．红光 C．紫光 D．γ射线
4．根据氢原子的能级图，现让一束单色光照射到大量处于基态（量子数n=1）的氢原子上，受激的氢原子能自发地发出3种不同频率的光，则照射氢原子的单色光的光子能量为（ ）
A．10.2eV B．3.4eV
C．12.09eV D．13.6eV
5．关于原子和原子核的几种说法，正确的是
A．衰变说明原子核内部存在电子
B．天然放射现象说明原子核有复杂结构
C．原子光谱规律表明原子具有核式结构
D．粒子散射实验表明玻尔原子理论的正确
6．卢瑟福提出原子的核式结构学说的根据是粒子轰击金箔的实验，在实验中他发现粒子（ ）
A．全部穿过或发生很小的偏转
B．全部发生很大的偏转，甚至有的被反弹回
C．绝大多数不发生或只发生很小的偏转，有极少数发生很大的偏转，个别甚至被弹回
D．绝大多数发生很大的偏转，甚至被反弹回，只有少数穿过
7．如图所示，被激发的氢原子从较高能级向较低能级跃迁时，分别发出的波长为λ1、λ2、λ3?的三条谱线，则下列关系正确的是 （　　）
A． B．
C． D．
8．下列说法正确的是（）
A．光电效应是金属原子吸收光子向外逸出的现象
B．某元素的半衰期是5天，12g的该元素经过10天后大约还有3g未衰变
C．太阳辐射的能量主要来自太阳内部的重核裂变反应
D．氢原子核外电子从半径较小的轨道跃迁到半径较大轨道时，原子的总能量增大，电子的动能也增大
9．如图所示为氢原子的能级图，A、B、C分别表示电子在三种不同能级跃迁时放出的光子，则下列判断中正确的是　　
A．能量和频率最大、波长最短的是B光子
B．能量和频率最小、波长最长的是C光子
C．频率关系为：，所以B的粒子性最强
D．波长关系为：
10．氦原子被电离出一个核外电子，形成类氢结构的氦离子，已知基态的氦离子能量E1=一54.4ev，氦离子的能级示意图如图所示．在具有下列能量的光子或者电子中，能被基态氦离子吸收，而发生跃迁的是
A．42.8eV(光子）
B．40.8eV(光子）
C．31.0eV(电子）
D．43.2eV(电子)
11．如图所示为氢原子能级图，下列说法正确的是　　
A．氢原子从到能级跃迁时辐射的光子频率最大
B．氢原子从到能级跃迁时，氢原子吸收的光子
C．用光子能量为的光照射一群基态的氢原子，氢原子可以发出10种不同波长的光
D．用光子能量为的光照射一群基态的氢原子，辐射光中光子能量为的光波波长最长
E.用光子能量为的光照射基态的氢原子，能使氢原子电离
12．下图为氢原子的能级示意图．现有大量的氢原子处于n=4的激发态，当氢原子向低能级跃迁时辐射出若干不同频率的光．下列说法正确的是（ ）
A．频率最高的光是由n=4能级跃迁到n=1能级产生的
B．波长最长的光是由n=4能级跃迁到n=1能级产生的
C．这些氢原子总共可辐射出4种不同频率的光
D．共有4种不同频率的光可以让逸出功为2.22eV的金属发生光电效应
13．卢瑟福提出了原子的核式结构模型，这一模型建立的基础是________．
14．根据玻尔理论，某种原子处于激发态的能量与轨道量子数n的关系为（E1表示处于基态原子的能量，具体数值未知）．一群处于n=4能级的该原子，向低能级跃迁时发出几种光，其中只有两种频率的光能使极限波长为λ0的某种金属发生光电效应，这两种光中频率中较低的为ν．用频率中为ν的光照射该金属产生的光电子的最大初动能为________；该原子处于基态的原子能量E1为________．已知普朗克常量为h，真空中的光速为c．
15．如图是氢原子的能级示意图，已知基态氢原子能量为E1，普朗克常量为h，则氢原子从n=2能级跃迁到n=1能级时辐射出的光子的频率为________；若此光子恰好能使某金属发生光电效应，则当氢原子从n=3能级跃迁到n=1能级时放出的光子照到该金属表面时，逸出的光电子的最大初动能为________．
16．氢原子第n能级的能量为En＝，其中E1为基态能量，E1＝－13.6 eV。大量氢原子处于某一激发态，由这些氢原子可能发出的所有的光子中，可具有多少种不同的频率？其中频率最大的光子能量为－0.96E1，频率最小的光子的能量为多少eV？(保留两位有效数字)
17．氢原子电离，就是从外部给电子以能量，使其从基态或激发态脱离原子核的束缚而成为自由电子．
(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200nm的紫外线照射氢原子，则n=2的电子飞到离核无穷远处的动能为多少J?（h＝6.63×10—34J·s，e=1.6×10-19 C，me =0.9×10-31 Kg，C=λ?ν）
参考答案
1．D
【解析】
A：光电效应说明光具有粒子性，故A项错误．
B：电子的发现揭示了原子有复杂结构，故B项错误．
C：氢原子光谱的发现是玻尔模型提出的依据，故C项错误．
D：α粒子散射实验中少数α粒子能发生大角度偏转，说明原子中绝大部分质量和全部正电荷都集中在原子核上，卢瑟福据此提出了原子具有核式结构．故D项正确．
2．D
【解析】
因为，那么，依据，可知，结合，因此，AC错误；因为，知，所以得，B错误D正确．
3．C
【解析】
根据跃迁理论从从n=4的激发态直接跃迁到n=2的能态时，放出光子的能力
从n=5的激发态直接跃迁到n=2的能态时，放出光子的能力
光子能力变大，频率变大，故可能是紫光，射线是从原子核内发出的，所以C正确，A、B、D错误。
故选C。
4．C
【解析】
因为能自发地发出3种不同频率的光，根据可得n=3，即能跃迁到第3能级，则吸收的光子能量为，故C正确，ABD错误；
故选C．
【点睛】能级间跃迁吸收或辐射的能量等于两能级间的能级差，受激的氢原子能自发地发出3种不同频率的光，可知跃迁到第3能级，从而根据能级差求出照射的光子能量．
5．B
【解析】
衰变是原子核内的中子转化为质子同时释放出电子，不是证明原子核内部存在电子，A错误；天然放射现象说明原子核内部具有复杂结构，B正确；粒子散射实验说明原子具有核式结构，原子光谱规律没有表明原子具有核式结构，CD错误．
6．C
【解析】
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，即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，故C正确，ABD错误．
7．C
【解析】
吸收或辐射光子的能量等于两能级间的能级差，因为Em-En=hv，知E3=E1+E2，所以得：；由能级图可知：E3>E2>E1，则即 ；故选C．
8．B
【解析】
【详解】
A．光电效应是在光的照射下，某些物质内部的电子会被光子激发向外溢出的现象，故A错误；
B．经过10天，即两个半衰期，每个半衰期有一半原子核发生衰变，所以10天后约还有3g未衰变，故B正确；
C．太阳的能量来自于内部发生聚变反应。故C错误；
D．氢原子核外电子从半径较小的轨道跃迁到半径较大轨道时，库仑力做负功，原子的总能量增大，电子的动能减小。故D错误。
故选：B
9．ABC
【解析】
【分析】
根据玻尔理论光子的能量等于初末能级之差，可知B光子能量最大，频率最高，C光子能量最小，频率最小．光子频率越高，粒子性越强．由c=λγ可知，波长与频率成反比．
【详解】
根据玻尔理论可知：A光子的能量，B光子的能量，C光子的能量，所以B光子能量最大，频率最高，C光子能量最小，由可知，波长与频率成反比，则B光子波长最小，C光子波长最长，故AB正确．由上可知频率关系为：，光子频率越高，粒子性越强，则B的粒子性最强，故C正确．由可知，波长与频率成反比，波长关系为： ，故D错误．故选ABC．
10．BD
【解析】
试题分析：氦离子吸收光子发生跃迁，光子能量需等于两能级间的能级差，否则不会被吸收．电子能量可以部分被吸收，发生跃迁．
吸收42.8eV的能量，则能量变为-11.6eV，不能发生跃迁，A错误；吸收40.8eV，则能量变为-13.6eV，可以跃迁到2能级，B正确；吸收31.0eV，则能量变为-23.4eV，不能发生跃迁，C错误；吸收43.2eV中的一部分能量，即吸收40.8eV的能量迁到第2能级，故D正确．
11．CDE
【解析】
【详解】
A.氢原子从高能级向低能级跃迁时，两能级间的能级差越大，辐射光子能量越大，频率越大，则从n=2到n=1能级跃迁辐射光子能量不是最大，故A项错误；
B.氢原子从n=5到n=1能级跃迁时，氢原子向外辐射能量，故B项错误；
C.用光子能量为的光照射一群基态的氢原子，氢原子吸收光子能量后原子的能量为，跃迁到第5能级，据知，氢原子可以发出10种不同波长的光，故C项正确；
D.用光子能量为的光照射一群基态的氢原子，氢原子吸收光子能量后原子的能量为，跃迁到第5能级；从n=5到n=4能级跃迁时，光子能量最小，波长最长，光子能量为，故D项正确；
E.因，所以用光子能量为的光照射基态的氢原子，能使氢原子电离，故E项正确。
故选CDE。
12．AD
【解析】
A、由n=4能级跃迁到n=1能级产生的光，能量最大，频率最大，故A正确；B、由n=4能级跃迁到n=3能级产生的光，能量最小，波长最长．故B错误；C、处于n=4能级的氢原子能发射频率的光，故C错误；D、由n=4能级跃迁到n=3能级和n=3能级跃迁到n=2能级辐射出的光的能量分为、，小于2.22eV，不能使该金属发生光电效应，故能发生光电效应的共四种光，故D正确．故选AD.
【点睛】本题涉及氢原子的能级公式和跃迁，光子的发射，光子能量的计算，光电效应等知识点，涉及面较广，有一定的综合性，比较全面考察了学生对近代物理掌握情况．
13．α粒子的散射实验
【解析】
【详解】
卢瑟福提出了原子的核式结构模型，这一模型建立的基础是α粒子散射实验.
14．
【解析】
【分析】
【详解】
根据光电效应方程得，光电子的最大初动能；
从n=4能级的该原子，向低能级跃迁时发出几种光，其中只有两种频率的光能使极限波长为λ0的某种金属发生光电效应，可知是从n=4跃迁到n=1，n=3跃迁到n=1，较低频率的光子是从n=3跃迁到n=1时释放的，则有：E3-E1=hv，即，解得.
【点睛】
本题考查了光电效应方程和能级跃迁的综合运用，知道能级跃迁时辐射的光子能量等于两能级间的能级差，掌握光电效应方程，并能灵活运用．
15．
【解析】
根据玻尔理论，处于n=2能级的能量为E1/4，当氢原子从能级n=2跃迁到n=1时，放出光子的频率为E1/4-E1=，；根据玻尔理论，处于n=3能级的能量为E1/9，当氢原子从能级n=3跃迁到n=1时，放出光子的能量为E1/9-E1=-8E1/9，照射到该金属表面时，逸出的光电子的最大初动能为Ek=-8E1/9-（-3E1/4）=-．
16．10种；0.31eV
【解析】
试题分析：根据公式：求出激发态所在的能级，根据求出这群氢原子能发出不同频率光的种数，根据能级的跃迁公式hv=Em-En求解频率最小的光子的能量。
由题意可知：氢原子可能发出的所有的光子中其中频率最大的光子能量为－0.96E1
根据公式：，其中：
联立可得：n=5
这些处于n=5能级的氢原子可能发出种不同的频率的光。
从n=5能级跃迁到n=4发出的光频率最小.
点睛：本题主要考查了能级间跃迁吸收或辐射光子所满足的规律，即hv=Em-En。
17．（1）3.4eV （2）
【解析】
（1）要使处于的氢原子电离，照射光光子的能量应能使电子从第2能级跃迁到无限远处，最小的电磁波的光子能量应为：；
（2）波长为的紫外线一个光子所具有的能量
电离能
由能量守恒
代入数据解得： ．
点睛：所谓电离，就是使处于基态或激发态的原子的核外电子跃迁到的轨道，时，，要使处于的氢原子电离，照射光光子的能量应能使电子从第2能级跃迁到无限远处，根据由能量守恒求解的电子飞到离核无穷远处的动能．