鲁科版（2019）高中物理 选择性必修第三册 章末综合测评4　原子结构word版含答案

章末综合测评(四)　原子结构
(时间：90分钟　分值：100分)
1．(4分)下列叙述符合史实的是(　　)
A．玻尔理论很好地解释了氢原子的光谱
B．汤姆孙发现了电子，提出了原子具有核式结构
C．卢瑟福根据α粒子散射实验的现象，提出了原子的能级假设
D．贝可勒尔发现了天然放射现象，并提出了原子的核式结构模型
A　[玻尔理论很好地解释了氢原子的光谱，选项A正确；汤姆孙发现了电子，提出了原子具有“葡萄干面包模型”结构，选项B错误；卢瑟福根据α粒子散射实验的现象，提出了原子的核式结构模型，选项C错误；贝可勒尔发现了天然放射现象，卢瑟福提出了原子的核式结构模型，选项D错误．]
2．(4分)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
A　[根据α粒子散射实验的统计结果，大多数粒子能按原来方向前进，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，并且数据相差比较大，所以只有选项A符合事实．]
3．(4分)氢原子辐射出一个光子后，据玻尔理论，正确的判断是(　　)
A．电子绕核旋转的半径增大
B．电子的动能增大
C．氢原子的电势能增大
D．氢原子的能量增大
B　[辐射光子的过程氢原子的能级降低，能量减小，D错；氢原子由较高能级向较低能级跃迁才会辐射光子，轨道半径减小，A错；核对核外电子的库仑引力做正功，电势能一定减小，C错；根据库仑定律、牛顿第二定律有＝，动能Ek＝mv2，所以Ek＝，动能增大，B正确．]
4．(4分)如图甲所示为氢原子的能级图，图乙为氢原子的光谱．已知谱线a对应氢原子从n＝4能级跃迁到n＝2能级时的辐射光，则谱线b可能对应氢原子(　　)
甲　　　　　　　　　　　乙
A．从n＝5能级跃迁到n＝3能级时的辐射光
B．从n＝4能级跃迁到n＝3能级时的辐射光
C．从n＝5能级跃迁到n＝2能级时的辐射光
D．从n＝3能级跃迁到n＝2能级时的辐射光
C　[从题图乙中可以看出，谱线a对应的光子的波长大于谱线b对应的光子的波长，所以谱线a对应的光子的频率小于谱线b对应的光子的频率，谱线a对应的光子的能量小于谱线b对应的光子的能量，因谱线a对应氢原子从n＝4能级跃迁到n＝2能级时的辐射光，所以谱线b对应的光子的能量大于n＝4与n＝2能级间的能量差，结合各选项分析可知C项可能，故选C．]
5．(4分)氢原子从第4能级跃迁到第2能级发出蓝光，那么当氢原子从第5能级跃迁到第2能级应发出(　　)
A．X射线 B．红光
C．黄光 D．紫光
D　[氢原子从第5能级跃迁到第2能级发出的光在可见光范围内，且比蓝光的频率更大．E5－E2＝hν2>E4－E2＝hν1，由此可知，只能是紫光，故D正确．]
6．(4分)已知氢原子的能级规律为En＝(其中E1＝－13.6 eV，n＝1,2,3…)，现用光子能量为12.75 eV的光子去照射一群处于基态的氢原子，则下列说法正确的是(　　)
A．照射时不能被基态的氢原子吸收
B．可能观测到氢原子发射不同波长的光有3种
C．氢原子发射不同频率的光，可见光有3种
D．可能观测到氢原子发射不同波长的光有6种
D　[由题E41＝12.75 eV，故基态氢原子吸收12.75 eV的能量跃迁到n＝4的能级，可发射6种波长的光，其中从n＝4、n＝3跃迁到n＝2的能级发出可见光，可见光有2种，故D选项正确．]
7．(4分)光子能量为ε的一束光照射容器中的氢(设氢原子处于n＝3的能级)，氢原子吸收光子后，能发出频率为ν1，ν2，…，ν6的六种光谱线，且ν1＜ν2＜…＜ν6，则ε等于(　　)
A．hν1 B．hν6
C．h(ν5－ν1) D．h(ν1＋ν2＋…＋ν6)
A　[对于量子数n＝3的一群氢原子，当它们向较低的激发态或基态跃迁时，可能产生的谱线条数为＝3，由此可判定氢原子吸收光子后的能量的能级是n＝4，且从n＝4到n＝3放出的光子能量最小，频率最低即为ν1，因此，处于n＝3能级的氢原子吸收频率为ν1的光子(能量ε＝hν1)，从n＝3能级跃迁到n＝4能级后，方可发出6种频率的光谱线，选项A正确．]
8．(12分)氢原子处于基态时，原子能量E1＝－13.6 eV，普朗克常量取h＝6.6×10－34 J·s．
(1)处于n＝2激发态的氢原子，至少要吸收多少能量的光子才能发生电离？
(2)今有一群处于n＝4激发态的氢原子，可以辐射几种不同频率的光？其中最小的频率是多少？(结果保留2位有效数字)
[解析]　(1)E2＝＝－3.4 eV，
E＝E∞－E2＝3.4 eV．
(2)N＝C＝＝6(种) ，
E4＝＝－0.85 eV，
E3＝＝－1.51 eV，
E4－E3＝hνmin，
νmin＝1.6×1014 Hz．
[答案]　(1)3.4 eV　(2)6种　1.6×1014 Hz
9．(12分)原子可以从原子间的碰撞中获得能量，从而发生能级跃迁(在碰撞中，动能损失最大的是完全非弹性碰撞)．一个具有13.60 eV动能、处于基态的氢原子与另一个静止的、也处于基态的氢原子发生对心正碰：问是否可以使基态氢原子发生能级跃迁？(氢原子能级如图所示)
[解析]　设运动氢原子的速度为v0，发生完全非弹性碰撞后两者的合速度为v，损失的动能ΔE被基态氢原子吸收．若ΔE＝10.2 eV，则基态氢原子可由n＝1能级跃迁到n＝2能级，由动量守恒定律和能量守恒定律得
mv0＝2mv，　　 ①
mv＝mv2×2＋ΔE，　　 ②
mv＝13.60 eV，　　 ③
由①②③得ΔE＝6.8 eV<10.2 eV，所以不能使处于基态氢原子发生跃迁．
[答案]　不能
10．(4分)(多选)关于光谱和光谱分析，下列说法正确的是(　　)
A．光谱包括连续谱和线状谱
B．太阳光谱是连续谱，氢光谱是线状谱
C．线状谱和吸收光谱都可用作光谱分析
D．光谱分析帮助人们发现了许多新元素
ACD　[光谱包括连续谱和线状谱，线状谱可用作光谱分析．太阳光谱是吸收光谱，光谱分析可以发现新元素和鉴定物质成分，故选A、C、D． ]
11．(4分)关于密立根“油滴实验”的科学意义，下列说法正确的是(　　)
A．证明电子是原子的组成部分，是比原子更基本的物质单元
B．提出了电荷分布的量子化观念
C．证明了电子在原子核外绕核旋转
D．为电子质量的最终获得做出了突出贡献
BD　[该实验第一次测定了电子的电荷量，由电子的比荷就可确定电子的质量，D正确；因带电体的电荷量均为某一个电荷量值(电子电荷量)的整数倍，故提出了电荷分布的量子化概念，B正确．]
12．(4分)(多选)如图所示，氢原子可在下列各能级间发生跃迁，设从n＝4跃迁到n＝1能级辐射的电磁波的波长为λ1，从n＝4跃迁到n＝2能级辐射的电磁波的波长为λ2，从n＝2跃迁到n＝1能级辐射的电磁波的波长为λ3，则下列关系式正确的是(　　)
A．λ1<λ3 B．λ3<λ2
C．λ3>λ2 D．＝＋
AB　[由题意知h＝E4－E1、h＝E4－E2、h＝E2－E1，可见h＝h＋h，＝＋，D错误；由能级图可以看出，E4－E1最大、E4－E2最小，故λ1最小、λ2最大，A、B正确，C错误．]
13．(4分)物理学家在微观领域的研究中发现了“电子偶素”这一现象．所谓“电子偶素”就是由一个负电子和一个正电子绕它们连线的中点，做匀速圆周运动形成相对稳定的系统．类比玻尔的原子量子化模型可知：两电子做圆周运动可能的轨道半径的取值是不连续的，所以“电子偶素”系统对应的能量状态(能级)也是不连续的．若规定两电子相距无限远时该系统的引力势能为零，则该系统的最低能量值为E(E<0)，称为“电子偶素”的基态，基态对应的电子运动的轨道半径为r．已知正、负电子的质量均为m，电荷量均为e，但符号相反；静电力常量为k，普朗克常量为h．则下列说法正确的是(　　)
A．“电子偶素”系统处于基态时，一个电子运动的动能为
B．“电子偶素”系统吸收特定频率的光子发生能级跃迁后，电子做圆周运动的动能增大
C．处于激发态的“电子偶素”系统向外辐射光子的最小波长为－
D．处于激发态的“电子偶素”系统向外辐射光子的最小频率为－
AC　[由题设条件可知：＝，可得：一个电子的动能Ek＝mv2＝，选项A正确；“电子偶素”系统吸收特定频率的光子发生能级跃迁后，电子轨道半径变大，由Ek＝可知电子做圆周运动的动能减小，选项B错误；处于激发态的“电子偶素”系统向外辐射光子最大能量为－E，对应光子的波长最小，为－，对应光子的频率最大，为－，故选项C正确，D错误．]
14．(4分)关于氢原子能级跃迁，下列叙述正确的是(　　)
A．用波长为 60 nm的X射线照射，可使处于基态的氢原子电离出自由电子
B．用能量为10.2 eV的光子照射，可使处于基态的氢原子跃迁到激发态
C．用能量为11.0 eV的光子照射，可使处于基态的氢原子跃迁到激发态
D．用能量为12.5 eV的光子照射，可使处于基态的氢原子跃迁到激发态
AB　[波长为60 nm的X射线的能量为：
E＝h＝6.63×10－34× J＝3.32×10－18 J＝20.75 eV，氢原子的电离能ΔE＝0－(－13.6)eV＝13.6 eV＜E＝20.75 eV，所以可使氢原子发生电离，A正确．
由hν＝Em－E，得
Em1＝hν＋E＝10.2 eV＋(－13.6)eV＝－3.4 eV ，
Em2＝11.0 eV＋(－13.6)eV＝－2.6 eV，
Em3＝12.5 eV＋(－13.6)eV＝－1.1 eV．
由En＝可知，只有Em1＝－3.4 eV对应于n＝2的能级．由于原子发生跃迁时吸收光子只能吸收恰好为两能级差能量的光子，B正确．]
15．(14分)处于n＝3的氢原子能够自发地向低能级跃迁，
(1)跃迁过程中电子动能和原子能量如何变化？
(2)可能辐射的光子波长是多少？(普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s)
[解析]　(1)由于电子从外轨道进入内轨道，半径变小，由于＝，则Ek＝mv2＝，由此可知动能增大；在此过程中，原子向外辐射光子，因此原子能量减少．
(2)原子的可能跃迁及相应波长：
①从n＝3到n＝2，
而E3＝－1.51 eV，E2＝－3.4 eV，
由hν＝h＝Em－En得
λ1＝＝ m＝6.58×10－7m．
②从n＝3到n＝1而E1＝－13.60 eV，
λ2＝＝ m＝1.03×10－7m．
③从n＝2到n＝1，
则λ3＝＝ m
＝1.22×10－7m．
[答案]　(1)电子动能增大，原子能量减少
(2)6.58×10－7m　1.03×10－7m　1.22×10－7m
16．(14分)已知氢原子的基态能量为－13.6 eV，核外电子的第一轨道半径为0.53×10－10 m，电子质量me＝9.1×10－31 kg，电荷量为1.6×10－19 C，电子跃迁到第三轨道时，氢原子的能量、电子的动能和电子的电势能各多大？
[解析]　氢原子能级公式En＝E1，
氢原子能量
E3＝E1≈－1.51 eV，
电子在第三轨道时半径为r3＝n2r1＝32r1＝9r1，
电子绕核做圆周运动时的向心力由库仑力提供，
所以＝，
由上面两式可得电子动能为
Ek3＝mev＝
＝ eV
≈1.51 eV，
由于E3＝Ek3＋Ep3，
故电子电势能为
Ep3＝E3－Ek3＝－1.51 eV－1.51 eV＝－3.02 eV．
[答案]　－1.51 eV　1.51 eV　－3.02 eV
8/8