高中物理粤教版选修3-5自测题 第三章 原子结构之谜 章末复习课 Word版含解析

章末复习课
【知识体系】
[答案填写]　①汤姆生　②卢瑟福　③α粒子散射　④光谱分析　⑤＝R(－)，n＝3，4，5，…　⑥能量　⑦轨道　⑧hν＝Em－En
主题1　对α粒子散射实验及核式结构模型的理解
1．实验现象．
(1)α粒子通过金箔时，绝大多数不发生偏转，仍沿原来的方向前进．
(2)少数发生较大的偏转，极少数偏转角超过90°.
(3)有的甚至被弹回，偏转角几乎达到180°.
2．核式结构学说．
在原子的中心有一个很小的原子核，原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核内，电子绕核运转．
【典例1】　下列选项中，不能由α粒子散射实验得出的结论是(　　)
A．原子中绝大部分是空的
B．原子中全部正电荷集中在原子核上
C．原子内有中子
D．原子的质量几乎全部集中在原子核上
解析：卢瑟福由α粒子散射实验得到结论有：在原子中心有一个很小的核叫原子核，原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核内，带负电的电子在核外的空间运动．
答案：C
针对训练
1．α粒子散射实验首次表明了(　　)
A．α粒子带正电
B．电子是原子的组成部分
C．原子是一个正、负电荷均匀分布的球
D．原子中带正电的部分体积很小
解析：卢瑟福根据该实验现象提出了原子的核式结构模型：原子中心有一很小的核，集中着全部正电荷及几乎全部质量，电子绕核旋转，故D正确．
答案：D
主题2　玻尔的原子结构模型
1．玻尔的原子结构模型可概括为三个要点．
(1)能量的量子化En＝E1(En为动能、电势能之和)．
(2)轨道的量子化rn＝n2r1.
(3)能级跃迁量子化hν＝Em－En(吸收或辐射一定频率的光子)．
2．氢原子的能级．
(1)对氢原子而言，核外的一个电子绕核运行时，若半径不同，则对应的原子能量也不同．原子各能级的关系为En＝ (n＝1，2，3…)对于氢原子而言，基态能级：E1＝－13.6 eV.
(2)氢原子的能级图如图所示．
【典例2】　(多选) 按照玻尔理论，下列关于氢原子的论述正确的是(　　)
A．第m个定态和第n个定态的轨道半径rm和rn之比为：rm∶rn＝m2∶n2
B．第m个定态和第n个定态的能量Em和En之比为：Em∶En＝n2∶m2
C．电子沿某一轨道绕核运动，若其圆周运动的频率是ν，则其发光频率也是ν
D．若氢原子处于能量为E的定态，则其发光频率为ν＝
解析：由氢原子核外电子轨道半径公式：rn＝n2r1，轨道半径与量子数的平方成正比，所以rm∶rn＝m2∶n2，A选项正确．氢原子的能量公式：En＝E1，可见氢原子的能量与量子数的平方成反比，所以Em∶En＝n2∶m2，B选项正确．根据玻尔的原子理论，只有核外电子发生能级跃迁时，才能发射某一频率的光，所以C、D选项不正确．
答案：AB
针对训练
2．(多选)以下关于玻尔原子理论的说法正确的是(　　)
A．电子绕原子核做圆周运动的轨道半径不是任意的
B．电子在绕原子核做圆周运动时，稳定地产生电磁辐射
C．电子从量子数为2的能级跃迁到量子数为3的能级时要辐射光子
D．不同频率的光照射处于基态的氢原子时，只有某些频率的光可以被氢原子吸收
解析：根据玻尔理论知，电子绕核做圆周运动的半径是一些分立值，故A正确；电子绕核做圆周运动时，不发生电磁辐射，故B错误；从低能级向高能级跃迁时，需吸收光子，故C错误；当吸收的光子能量等于两能级间的能级差，才能被氢原子吸收，所以不同频率的光照射处于基态的氢原子时，只有某些频率的光可以被氢原子吸收，故D正确．
答案：AD
主题3　原子能级的跃迁与电离
1．在正常状态下，原子处于最低能级，这时电子在离核最近的轨道上运动，即基态．原子处于较高能级时，电子在离核较远的轨道上运动，即激发态．原子从基态向激发态跃迁的过程是吸收能量的过程；原子从较高的激发态向较低的激发态或基态跃迁的过程，是辐射能量的过程，这个能量以光子的形式被吸收或辐射出去，吸收或辐射的能量恰等于发生跃迁的两能级的能量之差．
2．直接跃迁与间接跃迁．
原子从一种能量状态跃迁到另一种能量状态时，有时可能是直接跃迁，有时可能是间接跃迁，两种情况辐射(或吸收)光子的频率可能不同．
3．电离与跃迁．
原子跃迁时，不管吸收还是辐射光子，其光子能量都必须等于这两个能级的能量差，若想把某一定态上的原子的电子电离出去，就需要给原子的能量大于等于电离能．
[典例?]　(多选)如图给出氢原子最低的4个能级，大量氢原子在这些能级之间跃迁，下列说法正确的是(　　)
A．辐射光子最小频率为第2能级跃迁到第1能级
B．处于第4能级的原子所辐射的光子的频率最多有6种
C．为使基态氢原子电离应用能量至少为13.6 eV的光照射氢原子
D．11 eV的光子能将基态的氢原子激发到第2能级
解析：由题能级图可知，3、4能级的能级差最小，则辐射光子最小频率为第4能级跃迁到第3能级，故A错误； 处于第4能级的原子所辐射的光子的频率最多有C＝6种，故B正确； 为使基态氢原子电离应用能量至少为13.6 eV的光照射氢原子，故C正确；10.2 eV的光子能将基态的氢原子激发到第2能级，而11 eV的光子不能被氢原子吸收，故D错误．
答案：BC
针对训练
3.(多选)如图所示是氢原子能级示意图的一部分，则下列说法正确的是(　　)
A．用波长为600 nm的X射线照射，可以使稳定的氢原子电离
B．用能量是10.2 eV的光子可以激发处于基态的氢原子
C．用能量是2.5 eV的光子入射，可以使基态的氢原子激发
D．用能量是11.0 eV的外来电子，可以使处于基态的氢原子激发
解析：“稳定的氢原子”指处于基态的氢原子，要使其电离，光子的能量必须大于或等于13.6 eV，而波长为600 nm的X射线的能量为E＝h＝6.63×10－34× eV≈2.07 eV<13.6 eV，A错误；因为ΔE＝E2－E1＝(－3.4 eV)－(－13.6 eV)＝10.2 eV，故10.2 eV的光子可以使氢原子从基态跃迁到n＝2的激发态，B正确；2.5 eV的光子能量不等于任何其他能级与基态的能级差，因此不能使氢原子发生跃迁，C错误；外来电子可以将10.2 eV的能量传递给氢原子，使它激发，外来电子还剩余11.0 eV－10.2 eV＝0.8 eV的能量，D正确．
答案：BD
统揽考情
核式结构、玻尔理论、能级公式、原子跃迁条件在选做题部分出现的几率将会增加，可能单独命题，也可能与其他知识结合出题，主要以选择题为主．
真题例析
(2015·安徽卷)图示是α粒子(氦原子核)被重金属原子核散射的运动轨迹，M、N、P、Q是轨迹上的四点，在散射过程中可以认为重金属原子核静止不动．图中所标出的α粒子在各点处的加速度方向正确的是(　　)
A．M点　　　B．N点　　　C．P点　　　D．Q点
解析：由库仑定律，可得两点电荷间的库仑力的方向在两者的连线上，同种电荷相互排斥，由牛顿第二定律，加速度的方向就是合外力的方向，故C正确，A、B、D错误．
答案：C
针对训练
(2016·北京卷)处于n＝3能级的大量氢原子，向低能级跃迁时，辐射光的频率有(　　)
A．1种 B．2种 C．3种 D．4种
解析：现有大量的氢原子处于n＝3的激发态，当这些氢原子向低能级跃迁时，辐射光子的频率为n＝C＝3种．选项C正确，A、B、D错误．
答案：C
1．(多选)关于α粒子散射实验现象的分析，下列说法正确的是(　　)
A．绝大多数α粒子沿原方向运动，说明正电荷在原子内均匀分布，是α粒子受力平衡的结果
B．绝大多数α粒子沿原方向运动，说明这些α粒子未受到明显的力的作用，说明原子是“中空”的
C．极少数α粒子发生大角度偏转，说明原子内质量和电荷量比α粒子大得多的粒子在原子内分布空间很小
D．极少数α粒子发生大角度偏转，说明原子内的电子对α粒子的吸引力很大
解析：在α粒子散射实验中，绝大多数α粒子沿原方向运动，说明α粒子未受到原子核明显的力的作用，也说明原子核相对原子来讲很小，原子内大部分空间是空的，故A错，B对；极少数发生大角度偏转，说明受到金原子核明显的力的作用的空间在原子内很小，α粒子偏转，而金原子核未动，说明金原子核的质量和电荷量远大于α粒子的质量和电荷量，电子的质量远小于α粒子，α粒子打在电子上，α粒子不会有明显偏转，故C对，D错．
答案：BC
2．氢原子从n＝4的激发态直接跃迁到n＝2的能态时，发出蓝色光，则氢原子从n＝5的激发态直接跃迁到n＝2的能态时，不可能发出的是(　　)
A．红外线　　　　　 B．红光
C．紫光 D．γ射线
解析：氢原子从n＝5的激发态直接跃迁到n＝2的能级时，辐射的光子能量大于从n＝4的激发态直接跃迁到n＝2的能级时辐射的光子能量，所以光子能量大于蓝光的光子能量，γ射线是原子核在发生α衰变和β衰变时产生的能量以γ光子的形式释放，是高频电磁波，而氢原子从n＝5的激发态直接跃迁到n＝2的能态时，所辐射的光子能量小于γ射线的光子能量．故C正确，A、B、D错误．
答案：C
3．(多选)如图所示，用光子能量为E的单色光照射容器中大量处于基态的氢原子，发现该容器内的氢能够释放出三种不同频率的光子，它们的频率由低到高依次为ν1、ν2、ν3，由此可知，开始用来照射容器的单色光的光子能量可以表示为(　　)
A．hν1 B．hν3
C．hν1＋hν2 D．hν1＋hν2＋hν3
解析：氢原子吸收光子能向外辐射三种不同频率的光子，可知氢原子被单色光照射后跃迁到第3能级，吸收的光子能量等于两能级间的能量差，即单色光的能量E＝hν3，又hν3＝hν1＋hν2，故B、C正确，A、D错误．
答案：BC
4．已知氢原子的基态能量为E1，激发态能量En＝，其中n＝2，3，….h表示普朗克常量，c表示真空中的光速. 能使氢原子从第1激发态电离的光子的最大波长为(　　)
A．－ B．－
C．－ D．－
解析：第1激发态即第2能级，是能量最低的激发态，则有E2＝，电离是氢原子从第1激发态跃迁到最高能级0的过程，需要吸收的光子能量最小为0－E2＝－，所以有－＝，解得λ＝－，故C正确.
答案：C