鲁科版（2019）高中物理 选择性必修第三册 第4章 章末检测（四）word含解析

章末检测(四)
(时间：90分钟　满分：100分)
一、选择题(本题共12小题，每小题5分，共60分。其中1～7题为单项选择题，8～12题为多项选择题)
1.下列叙述中符合物理学史的有(　　)
A.汤姆孙通过研究阴极射线实验，发现了电子和质子的存在
B.卢瑟福通过对α粒子散射实验现象的分析，证实了原子是可以再分的
C.巴耳末根据氢原子光谱分析，总结出了氢原子光谱可见光区波长公式
D.玻尔提出的原子模型，彻底否定了卢瑟福的原子核式结构学说
解析　汤姆孙通过研究阴极射线发现了电子，A错误；卢瑟福通过对α粒子散射实验现象的分析，得出了原子的核式结构模型，B错误；巴耳末根据氢原子光谱在可见光区的四条谱线得出巴耳末公式，C正确；玻尔的原子模型是在核式结构模型的基础上提出的几条假设，并没有否定核式结构学说，D错误。
答案　C
2.关于阴极射线的性质，下列说法正确的是(　　)
A.阴极射线是电子打在玻璃管壁上产生的
B.阴极射线本质是电子
C.阴极射线在电磁场中的偏转，表明阴极射线带正电
D.阴极射线的比荷比氢原子核小
解析　在阴极射线管的管壁上出现荧光是由于阴极射线撞击的结果，并不是电子打在管壁上形成阴极射线，A错误；通过实验，证明阴极射线本质上是电子，通过在电场、磁场中偏转的情况证明阴极射线带负电，B正确，C错误；由于电子与氢原子核的带电荷量相等，但电子质量远小于氢原子核的质量，故D错误。
答案　B
3.利用氢气光谱管发光，可以产生氢原子的特征谱线，这些谱线的产生是由于(　　)
A.大量氢原子处于不同的激发状态，从而辐射不同频率的光子
B.大量氢原子从较高的激发态向较低的激发态或基态跃迁，从而辐射不同频率的光子
C.大量氢原子从基态或较低的激发态向较高的激发态跃迁，从而辐射不同频率的光子
D.大量氢原子从基态或较低的激发态向较高的激发态跃迁，从而吸收不同频率的光子
解析　大量氢原子从较高的能级向较低的能级跃迁时，辐射出不同频率的光子，从而产生氢原子的特征谱线，B正确。
答案　B
4.关于线状谱，下列说法中正确的是(　　)
A.每种原子处在不同温度下发光的线状谱不同
B.每种原子处在不同的物质中的线状谱不同
C.每种原子在任何外界条件下发光的线状谱都相同
D.两种不同的原子发光的线状谱可能相同
解析　每种原子在任何外界条件下的线状谱都相同，不同原子的线状谱不同。
答案　C
5.如图为氢原子能级示意图的一部分，则氢原子(　　)
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.从n＝5能级跃迁到n＝1能级比从n＝5能级跃迁到n＝4能级辐射出电磁波的速度大
C.处于不同能级时，核外电子在各处出现的概率是一样的
D.从高能级向低能级跃迁时，氢原子核一定向外放出能量
解析　根据Em－En＝hν＝h可得λ＝h，则从n＝4能级跃迁到n＝3能级比从n＝3能级跃迁到n＝2能级辐射出的电磁波的波长要长，故A选项正确；由于电磁波在空气中的传播速度都是相同的，接近光速，故B选项错误；根据氢原子的电子云图可知，处于不同能级时，核外电子在各处出现的概率是不一样的，故C选项错误；从高能级向低能级跃迁时，原子一定向外以光子的形式释放能量，故D选项错误。
答案　A
6.原子从一个能级跃迁到一个较低的能级时，有可能不发射光子。例如在某种条件下，铬原子的n＝2能级上的电子跃迁到n＝1能级上时并不发射光子，而是将相应的能量转交给n＝4能级上的电子，使之能脱离原子，这一现象叫作俄歇效应。以这种方式脱离了原子的电子叫作俄歇电子。已知铬原子的能级公式可简化表示为En＝－，式中n＝1，2，3，…表示不同能级，A是正的已知常数。上述俄歇电子的动能是(　　)
A.A B.A
C.A D.A
解析　俄歇电子的动能是铬原子从n＝2能级跃迁到n＝1能级上释放的能量与电子从n＝4能级上电离所需的能量之差。可以认为n＝4能级上的能量就是电子从该能级上电离所需的能量。故可进行如下计算E电子＝E2－E1－|E4|＝－＋A－＝A，故选项C正确。
答案　C
7.如图所示为氢原子能级的示意图。现有大量处于n＝4激发态的氢原子，向低能级跃迁时将辐射出若干不同频率的光。关于这些光，下列说法正确的是(　　)
A.最容易发生衍射现象的光是由n＝4能级跃迁到n＝1能级产生的
B.频率最小的光是由n＝2能级跃迁到n＝1能级产生的
C.这些氢原子总共可辐射出3种不同频率的光
D.用n＝2能级跃迁到n＝1能级辐射出的光子能被处于基态的氢原子吸收
解析　从n＝4的激发态跃迁到基态的能级差最大，即辐射出的光子能量最大，频率最大，对应波长最小，是最不容易发生衍射现象的，A错误；从n＝4的激发态跃迁到n＝3的激发态的能级差最小，辐射出的光子的频率最小，B错误；可辐射出的光子频率的种类为C＝6种，C错误；从n＝2的激发态跃迁到基态时，辐射出的光子能被处于基态的氢原子吸收，并使氢原子跃迁到n＝2的激发态，D正确。
答案　D
8.根据玻尔理论，氢原子的电子由n＝2轨道跃迁到n＝1轨道时，下列说法正确的是(　　)
A.原子的能量减少，电子的动能增加
B.原子的能量增加，电子的动能减少
C.电子绕核运动的半径减小
D.原子要吸收某一频率的光子
解析　氢原子的电子从n＝2轨道跃迁到n＝1的轨道时，电子绕核运动的半径减小，原子辐射出某一频率的光子，原子的能量减小。由k＝m及Ek＝mv2知Ek＝，电子绕核运动的动能增大，A、C正确，B、D错误。
答案　AC
9.如图所示为α粒子散射实验装置，粒子打到荧光屏上都会引起闪烁，若将带有荧光屏的显微镜分别放在图中A、B、C、D四处位置。则这四处位置在相等时间内统计的闪烁次数一定不符合事实的是(　　)
A.1 305、25、7、1
B.202、405、625、825
C.1 202、1 010、723、203
D.1 202、1 305、723、203
解析　根据α粒子散射实验的统计结果，大多数粒子能按原方向前进，少数粒子方向发生了偏转，极少数粒子偏转超过90°，甚至有的被反向弹回。所以在相等时间内A处闪烁次数最多，其次是B、C、D三处，并且数据相差的较大，所以只有选项A符合事实。
答案　BCD
10.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
11.已知氢原子的能级图如图所示，现用光子能量介于10～12.9 eV范围内的光去照射一群处于基态的氢原子，则下列说法中正确的是(　　)
A.在照射光中可能被吸收的光子能量有无数种
B.在照射光中可能被吸收的光子能量只有3种
C.照射后可能观测到氢原子发射不同波长的光有6种
D.照射后可能观测到氢原子发射不同波长的光有3种
解析　根据跃迁规律hν＝Em－En和能级图，可知A错误，B正确；氢原子吸收光子后能跃迁到最高为n＝4的能级，能发射的光子的波长有C＝6种，故C正确，D错误。
答案　BC
12.用大量具有一定能量的电子轰击大量处于基态的氢原子，观测到了一定数目的光谱线。调高电子能量再次进行观测，发现光谱线的数目比原来增加了5条。用Δn表示两次观测中最高激发态的量子数n之差，E表示调高后电子的能量。根据氢原子的能级图(如图所示)可以判断，Δn和E的可能值为(　　)
A.Δn＝1，13.22 eVB.Δn＝2，13.22 eVC.Δn＝1，12.75 eVD.Δn＝2，12.75 eV解析　由于增加了5条光谱线，说明调高电子能量后氢原子可能处于n＝4的能级，而原来氢原子处于n＝2的能级，增加的谱线应为从n＝4跃迁到n＝3、2、1和从n＝3跃迁到n＝2、1共5条谱线，则Δn＝2；而E1＝－13.6 eV，E4＝－0.85 eV，E5＝－0.54 eV，ΔE14＝12.75 eV，ΔE15＝13.06 eV，则12.75 eV13.32 eV，E6＝－0.38 eV，ΔE16＝13.22 eV，则13.22 eV答案　AD
二、非选择题(共4个题，共40分)
13.(6分)根据玻尔原子结构理论，氦离子(He＋)的能级图如图所示。电子处在n＝3轨道上比处在n＝5轨道上离氦核的距离________(选填“近”或“远”)。当He＋处在n＝4的激发态向基态跃迁时辐射光子的能量为________ eV。
解析　量子数越大，轨道越远，电子处在n＝3轨道上比处在n＝5轨道上离氦核的距离要近；
由ΔE＝E4－E1知
ΔE＝－3.40 eV－(－54.4) eV＝51eV。
答案　近　51
14.(10分)已知氢原子量子数为n的能级值为En＝ eV，试计算处于基态的氢原子吸收频率为多少的光子，电子可以跃迁到n＝2轨道上？
解析　氢原子基态时的能量
E1＝ eV＝－13.6 eV，
氢原子在n＝2能级的能量
E2＝ eV＝－3.4 eV。
氢原子由基态跃迁到n＝2能级需要的能量
ΔE＝E2－E1＝[－3.4－(－13.6)] eV
＝10.2 eV＝1.632×10－18 J
根据玻尔理论hν＝ΔE
得ν＝＝ Hz≈2.46×1015 Hz。
答案　2.46×1015 Hz
15.(12分)氢原子的基态能量E1＝－13.6 eV，处于基态时电子绕核运动的半径r1＝0.53×10－10m。氢原子各能级的关系为En＝，rn＝n2r，已知静电力常量k＝9.0×109 kg·m2/C2，电子电荷量e＝1.6×10－19C，则氢原子处于n＝2的激发态时，
(1)原子系统具有的能量是多少？
(2)电子在轨道上运动的动能为多少？
(3)电子具有的电势能为多少？
解析　(1)由En＝可得E2＝－eV＝－3.4 eV，即为原子系统的能量。
(2)由F＝)＝得，Ek2＝mv2＝＝，
代入数据，解得Ek2＝3.4 eV，
即电子在轨道上的动能为3.4 eV。
(3)由Epn＝En－Ekn，得Ep2＝－6.8 eV，即电子具有的电势能为－6.8 eV。
答案　(1)－3.4 eV　(2)3.4 eV　(3)－6.8 eV
16.(12分)氢原子处于基态时，原子的能量为E1＝－13.6 eV，当处于n＝3的激发态时，能量为E3＝－1.51 eV，则：(普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s)
(1)当氢原子从n＝3的激发态跃迁到n＝1的基态时，向外辐射的光子的波长是多少？
(2)若要使处于基态的氢原子电离，至少要用多大频率的电磁波照射原子？
(3)若有大量的氢原子处于n＝3的激发态，则在跃迁过程中可能释放出几种频率的光子？其中波长最长是多少？(E2＝－3.4 eV)
解析　(1)根据玻尔理论
E3－E1＝h
λ＝
＝ m
≈1.03×10－7m
(2)要使处于基态的氢原子电离，入射光子须满足
hν≥0－E1
解得ν≥－＝ Hz≈3.28×1015 Hz。
(3)当大量氢原子处于n＝3能级时，可能释放出的光子频率种类为
N＝＝3种
由于E2＝－3.4 eV
氢原子由n＝3能级向n＝2能级跃迁时放出的光子波长最长，设为λ′，
则h＝E3－E2
所以λ′＝＝ m≈6.58×10－7 m
答案　(1)1.03×10－7 m　(2)3.28×1015 Hz (3)3种　6.58×10－7 m