高中物理粤教版选修3-5自测题 第三章 原子结构之谜 章末质量评估 Word版含解析

章末质量评估
一、单项选择题(本大题共10小题，每小题3分，共30分．在每小题给出的四个选项中，只有一个选项符合题目要求，选对的得3分，选错或不答的得0分)
1．下列说法不正确的是(　　)
A．密立根通过对阴极射线研究发现了电子
B．卢瑟福通过α粒子散射实验的研究发现了原子的核式结构
C．普朗克在研究黑体辐射问题提出了能量子假说
D．玻尔的理论假设之一是原子能量的量子化
解析：汤姆生通过对阴极射线的研究发现了电子，而密立根测出了电子电量，故A错误；卢瑟福通过α粒子散射实验的研究发现了原子的核式结构，故B正确；普朗克在研究黑体辐射问题时提出了能量子假说，认为能量是一份份的，故C正确；玻尔的理论假设包括：轨道半径的量子化和原子能量的量子化，故D正确．
答案：A
2．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．伦琴射线的发现
C．α粒子散射实验 D．氢原子光谱的发现
解析：光电效应实验说明了光的粒子性，伦琴射线的发现说明X射线是一种比光波波长更短的电磁波，氢原子光谱的发现促进了氢原子模型的提出．C正确．
答案：C
3．仔细观察氢原子的光谱，发现它只有几条分离的不连续的亮线，其原因是 (　　)
A．氢原子只有几个能级
B．氢原子只能发出平行光
C．氢原子有时发光，有时不发光
D．氢原子辐射的光子的能量是不连续的，所以对应的光的频率也是不连续的
解析：氢原子在不同的能级之间跃迁时，辐射出不同能量的光子，并且满足E＝hν.能量不同，相应光子频率不同，体现在光谱上是一些不连续的亮线．
答案：D
4．在卢瑟福提出原子核式结构的实验基础α粒子散射实验中，大多数α粒子穿越金箔后仍然沿着原来的方向运动，其较为合理的解释是 (　　)
A．α粒子穿越金箔时距离原子核较近
B．α粒子穿越金箔时距离原子核较远
C．α粒子穿越金箔时没有受到原子核的作用力
D．α粒子穿越金箔时受到原子与电子的作用力构成平衡力
解析：根据α粒子散射实验现象，卢瑟福提出了原子的核式结构，认为原子的中心有一个很小的核，聚集了原子的全部正电荷和几乎全部质量，当大多数α粒子穿越金箔时距离金原子核较远，所以受到原子核的作用力较小，大多数α粒子仍然沿着原来的方向运动，选项B正确．
答案：B
5．根据玻尔理论，在氢原子中，量子数n越大，则(　　)
A．电子轨道半径越小 B．核外电子运动速度越大
C．原子能量越大 D．电势能越小
解析：由rn＝n2r1可知A错误；氢原子在n能级的能量En与基态能量E1关系为En＝.因为能量E1为负值，所以n越大，则En越大，所以C正确；核外电子绕核运动所需的向心力由库仑力提供k)＝,rn).可知rn越大，速度越小，则B错误；由E＝Ek＋Ep可知D错误．
答案：C
6．人们在研究原子结构时提出过许多模型，其中比较有名的是枣糕模型和核式结构模型，它们的模型示意图如图所示．下列说法中正确的是(　　)
A．α粒子散射实验与枣糕模型和核式结构模型的建立无关
B．科学家通过α粒子散射实验否定了枣糕模型，建立了核式结构模型
C．科学家通过α粒子散射实验否定了核式结构模型，建立了枣糕模型
D．科学家通过α粒子散射实验否定了枣糕模型和核式结构模型，建立了玻尔的原子模型
解析：α粒子散射实验与核式结构模型的建立有关，通过该实验，否定了枣糕模型，建立了核式结构模型，故B正确．
答案：B
7．关于α粒子散射实验，下列说法中正确的是(　　)
A．绝大多数α粒子经过金箔后，发生了角度不太大的偏转
B．α粒子在接近原子核的过程中，动能减少，电势能减少
C．α粒子离开原子核的过程中，动能增大，电势能也增大
D．对α粒子散射实验的数据进行分析，可以估算出原子核的大小
解析：由于原子核很小，α粒子十分接近它的机会很少，所以绝大多数α粒子基本上仍按直线方向前进，只有极少数发生大角度的偏转．从α粒子散射实验数据可以估计出原子核的大小约为10－15 m．由此可知A错误，D正确．
用极端法，设α粒子向金核射去，如图所示．可知α粒子接近原子核时，克服电场力做功，所以其动能减少，电势能增加；当α粒子远离原子核时，电场力做功，其动能增加，电势能减少，所以选项B、C都错．
答案：D
8．用紫外线照射一些物质时，会发生荧光效应，即物质发出可见光．这些物质中的原子先后发生两次跃迁，其能量变化分别为ΔE1和ΔE2.下列关于原子这两次跃迁的说法中正确的是(　　)
A．先向高能级跃迁，再向低能级跃迁，且|ΔE1|<|ΔE2|
B．先向高能级跃迁，再向低能级跃迁，且|ΔE1|>|ΔE2|
C．两次均向高能级跃迁，且|ΔE1|>|ΔE2|
D．两次均向低能级跃迁，且|ΔE1|<|ΔE2|
解析：物质原子吸收紫外线，由低能级向高能级跃迁，处于高能级的原子再向低能级跃迁，发出可见光，因紫外线光子能量大于可见光的光子能量，故|ΔE1|>|ΔE2|，B正确．
答案：B
9．氢原子从能量为E1的较高激发态跃迁到能量为E2的较低激发态，设真空中的光速为c，则(　　)
A．吸收光子的波长为
B．辐射光子的波长为
C．吸收光子的波长为
D．辐射光子的波长为
解析：由玻尔理论的跃迁假设，当氢原子由较高的能级向较低的能级跃迁时辐射光子，故A、C错；由关系式ν＝和λ＝，得辐射光子的波长λ＝，故B错，D对．
答案：D
10．处于n＝3的激发态的大量氢原子向基态跃迁的过程中，只有一种光子不能使某金属W产生光电效应，则下列说法正确的是(　　)
A．不能使金属W产生光电效应的是从n＝3激发态跃迁到基态发出的光子
B．不能使金属W产生光电效应的是从n＝2激发态跃迁到基态发出的光子
C．若光子从n＝4激发态跃迁到n＝3激发态，一定不能使金属W产生光电效应
D．若光子从n＝4激发态跃迁到n＝2激发态，一定不能使金属W产生光电效应
解析：只有光子能量大于金属逸出功时才能发生光电效应，从n＝3能级向n＝2能级跃迁时光子能量最小，A、B错误；因E42>E32，故可能发生光电效应，D错误；E43答案：C
二、多项选择题(本大题共4小题，每小题4分，共16分．在每小题给出的四个选项中，有多个选项符合题目要求，全部选对的得4分，选对但不全的得2分，有选错或不答的得0分)
11．下列说法中，正确的是(　　)
A．汤姆生精确地测出了电子电荷量e＝1.602 177 33×10－19 C
B．电子电荷量的精确值是密立根通过“油滴实验”测出的
C．汤姆生油滴实验更重要的发现是：电荷量是量子化的，即任何电荷量只能是e的整数倍
D．通过实验测得电子的荷质比及电子电荷量e的值，就可以确定电子的质量
解析：密立根油滴实验测出了电子的电量，故A错误，B正确；元电荷一个电量的单位，所有带电物体的电荷量均为元电荷电量的整数倍，是密立根发现的，故C错误，D正确．
答案：BD
12．19世纪初，爱因斯坦提出光子理论，使得光电效应现象得以完美解释，玻尔的氢原子模型也是在光子概念的启发下提出的．关于光电效应和氢原子模型，下列说法正确的是 (　　)
A．光电效应实验中，入射光足够强就可以有光电流
B．若某金属的逸出功为W0，该金属的截止频率为
C．保持入射光强度不变，增大入射光频率，金属在单位时间内逸出的光电子数将减小
D．一群处于第四能级的氢原子向基态跃迁时，将向外辐射六种不同频率的光子
解析：发生光电效应的条件是入射光频率大于极限频率，并不是光足够强，就能发生光电效应，故A错误；金属的逸出功W0＝hν，得ν＝，故B正确；一定强度的入射光照射某金属发生光电效应时，入射光的频率越高，单个光子的能量值越大，光子的个数越少，单位时间内逸出的光电子数就越少，故C正确；一群处于第四能级的氢原子向基态跃迁的过程中，根据C＝6，可知最多将向外辐射六种不同频率的光子，故D正确．
答案：BCD
13．如图所示为氢原子能级示意图的一部分，根据玻尔理论，下列说法中正确的是(　　)
A．从n＝4能级跃迁到n＝3能级比从n＝3能级跃迁到n＝2能级辐射出电磁波的波长长
B．处于n＝4的定态时电子的轨道半径r4比处于n＝3的定态时电子的轨道半径r3小
C．从n＝4能级跃迁到n＝3能级，氢原子的能量减小，电子的动能增大
D．从n＝3能级跃迁到n＝2能级时辐射的光子可以使逸出功为2.5 eV的金属发生光电效应
解析：由题图可知，从n＝4能级跃迁到n＝3能级辐射出的光子能量E1＝0.66 eV，从n＝3能级跃迁到n＝2能级辐射出光子能量E2＝1.89 eV，根据E＝hν可知光子能量越小，光子频率小，光子的波长越大，其中E2＝1.89 eV<2.5 eV，所以从n＝3能级跃迁到n＝2能级时辐射的光子不能使得逸出功为2.5 eV的金属发生光电效应，故A正确、D错误；根据玻尔理论，能级越高，半径越大，所以处于n＝4的定态时电子的轨道半径r4比处于n＝3的定态时电子的轨道半径r3大，故B错误；从n＝4能级跃迁到n＝3能级，氢原子向外发射电子，能量减小，根据＝可知，氢原子越大的半径减小，则电子的动能增大，故C正确．
答案：AC
14.氢原子能级图的一部分如图所示，a、b、c分别表示氢原子在不同能级间的三种跃迁途径，设在a、b、c三种跃迁过程中，放出光子的能量和波长分别是Ea、Eb、Ec和λa、λb、λc，则(　　)
A．λb＝λa＋λc B.＝＋
C．λb＝λaλc D．Eb＝Ea＋Ec
解析：Ea＝E3－E2，Eb＝E3－E1，Ec＝E2－E1，所以Eb＝Ea＋Ec，D正确；由ν＝得λa＝，λb＝，λc＝，取倒数后得到＝＋，B正确．
答案：BD
三、非选择题(本题共4小题，共54分．解答时应写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤．只写出最后答案的不能得分．答案中必须明确写出数值和单位)
15．(12分)已知氢原子的能级公式En＝－ eV(n＝1，2，3…)，某金属的极限波长恰等于氢原子由n＝4能级跃迁到n＝2能级所发出的光的波长，现在用氢原子由n＝2能级跃迁到n＝1能级时发出的光去照射，则从该金属表面逸出的光电子最大初动能是多少电子伏？
解析：由题意可知：
E1＝－13.6 eV，E2＝－3.4 eV，E4＝－0.85 eV，
金属的逸出功W0＝E4－E2＝－0.85 eV－(－3.4) eV＝2.55 eV，
氢原子由n＝2能级跃迁到n＝1的能级发出的光子能量
ΔE＝E2－E1＝－3.4 eV－(－13.6) eV＝10.2 eV，
故用光子照射金属时光电子的最大初动能
Ekm＝ΔE－W0＝10.2 eV－2.55 eV＝7.65 eV.
答案：7.65 eV
16．(14分)有大量的氢原子吸收某种频率的光子后从基态跃迁到n＝3的激发态，已知氢原子处于基态时的能量为E1，则吸收光子的频率ν是多少？当这些处于激发态的氢原子向低能级跃迁发光时，可发出几条谱线？辐射光子的能量分别为多少(答案用字母表示，已知普朗克常量h)?
解析：据跃迁理论hν＝E3－E1，
而E3＝E1，所以ν＝＝－.
由于是大量原子，可从n＝3跃迁到n＝1，从n＝3跃迁到n＝2，再从n＝2跃迁到n＝1，故应有三条谱线．
光子能量分别为E3－E1，E3－E2，E2－E1，即－E1，－E1，－E1.
答案：见解析
17.(14分)氦原子被电离一个核外电子，形成类氢结构的氦离子．已知基态的氦离子能量为E1＝－54.4 eV，氦离子能级的示意图如图所示，用一群处于第4能级的氦离子发出的光照射处于基态的氢原子．则
(1)氦离子发出的光子中，有几种能使氢原子发生光电效应？
(2)发生光电效应时，光电子的最大初动能最大是多少？
解析：一群处于n＝4能级的氦离子跃迁时，一共发出N＝＝6种光子．
由频率条件hν＝Em－En知6种光子的能量分别是
由n＝4到n＝3，hν1＝E4－E3＝2.6 eV，
由n＝4到n＝2，hν2＝E4－E2＝10.2 eV，
由n＝4到n＝1，hν3＝E4－E1＝51.0 eV，
由n＝3到n＝2，hν4＝E3－E2＝7.6 eV，
由n＝3到n＝1，hν5＝E3－E1＝48.4 eV，
由n＝2到n＝1，hν6＝E2－E1＝40.8 eV，
由发生光电效应的条件知，hν3、hν5、hν63种光子可使处于基态的氢原子发生光电效应．
(2)由光电效应方程Ek＝hν－W0知，能量为51.0 eV的光子使氢原子逸出的光电子最大初动能最大，将W0＝13.6 eV代入Ek＝hν－W0，得Ek＝37.4 eV.
答案：(1)3种　(2)37.4 eV
18．(14分)氢原子基态能量E1＝－13.6 eV，电子绕核运动半径r1＝0.53×10－10 m．En＝，rn＝n2r1，当氢原子处于n＝4激发态时：(普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s)
(1)求原子系统具有的能量；
(2)求电子在轨道上运动的动能；
(3)求电子具有的电势能；
(4)大量处于n＝4激发态的氢原子向低能级跃迁辐射的光子频率最多有多少种？其中最低频率为多少(结果保留两位有效数字)?
解析：(1)根据氢原子能级公式E4＝＝－0.85 eV.
(2)由题意知r4＝42r1，
根据库仑力提供向心力：)＝m，得
动能Ek4＝mv2＝＝1.36×10－19 J≈0.85 eV.
(3)由于E4＝Ek4＋Ep4，
所以电势能Ep4＝E4－Ek4＝－1.7 eV.
(4)辐射光子的频率最多有＝6种，即
n＝4→3，3→2，2→1，4→2，4→1，3→1.
能级差最小的是n＝4→n＝3，
所辐射的光子能量ΔE＝hν＝E4－E3＝0.66 eV，
解得ν≈1.6×1014 Hz.
答案：(1)－0.85 eV　(2)0.85 eV　(3)－1.7 eV
(4)6种　1.6×1014 Hz