第二章 原子结构 单元测试卷 Word版含解析

单元素养评价（二)
(第二章)
(90分钟　100分)
一、选择题(本大题共13小题,1～9为单选,10～13为多选,每小题4分,共52分)
1.下列说法不正确的是 (　　)
A.电子的发现表明原子核有复杂结构
B.阴极射线的发现表明原子有复杂结构
C.α粒子散射实验证明了原子的核式结构
D.氢原子光谱表明氢原子的能量是不连续的
【解析】选A。电子的发现说明电子是原子的组成部分,A错、B对;由α粒子散射实验建立了原子的核式结构模型,C对;氢原子光谱是明线光谱,说明氢原子的能量是分立的,D对。故选A。
2.在α粒子轰击金箔发生大角度散射的过程中,下列说法正确的是 (　　)
A.α粒子一直受到金原子核的斥力作用
B.α粒子的动能不断减小
C.α粒子的电势能不断增大
D.α粒子发生散射是与电子碰撞的结果
【解析】选A。α粒子在运动的过程中一直受到库仑力的作用,α粒子与原子核都带正电,因此它们之间始终是斥力,故A正确;在α粒子靠近原子核的过程中,库仑力做负功,动能减小,电势能增大,在远离原子核的过程中,库仑力做正功,动能增加,电势能减小,故B、C错;α粒子发生散射是原子核的库仑力作用的结果,故D错。
3.向荧光屏上看去,电子向我们飞来,在偏转线圈中通以如图所示的电流,电子的偏转方向为 (　　)
A.向下　　　B.向上　　　C.向左　　　D.向右
【解析】选B。根据安培定则,环形磁铁右侧为N极、左侧为S极,在环内产生水平向左的匀强磁场,利用左手定则可知,电子向上偏转,选项B正确。
【加固训练】
　　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】选B。阴极射线是原子受激发射出的电子流,故A、C错,B对;电子带电量与氢原子相同,但质量是氢原子的,故阴极射线的比荷比氢原子大,D错。
4.玻尔的原子模型解释原子的下列问题时,和卢瑟福的核式结构学说观点不同的是 (　　)
A.电子绕核运动的向心力,就是电子与核间的静电引力
B.电子只能在一些不连续的轨道上运动
C.电子在不同轨道上运动的能量不同
D.电子在不同轨道上运动时,静电引力不同
【解析】选B。选项A、C、D的内容在卢瑟福的核式结构学说中也有提及,而玻尔在他的基础上引入了量子学说,假设电子位于不连续的轨道上,故选B。
5.太阳光谱是吸收光谱,这是因为太阳内部发出的白光 (　　)
A.经过太阳大气层时,某些特定频率的光子被吸收后的结果
B.穿过宇宙空间时,部分频率的光子被吸收的结果
C.进入地球的大气层后,部分频率的光子被吸收的结果
D.本身发出时就缺少某些频率的光子
【解析】选A。太阳光谱是一种吸收光谱,因为太阳发出的光穿过温度比太阳本身低得多的太阳大气层,而在大气层里存在着从太阳里蒸发出来的许多元素的气体,太阳光穿过它们的时候,跟这些元素的特征谱线相同的光都被这些气体吸收掉了。
6.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】选D。由玻尔理论的跃迁假设知,当氢原子由较高的能级向较低的能级跃迁时辐射光子,由关系式hν=E1-E2得ν= 。又有λ= ,故辐射光子的波长为λ=,D选项正确。
【加固训练】
　　氢原子辐射出一个光子后,根据玻尔理论,下述说法中正确的是 (　　)
A.电子绕核做圆周运动的半径增大
B.氢原子的能级增大
C.氢原子的电势能增大
D.氢原子核外电子的速率增大
【解析】选D。氢原子辐射出一个光子是由于绕核转动的电子由外层轨道向内层轨道跃迁产生的,即由高能级向低能级跃迁产生的。因此选项A、B、C都是错误的。电子和氢原子核之间的库仑力提供电子绕核做圆周运动的向心力,即k=m,所以v=e。由于k、e、m都为定值,所以r减小时,v增大,故选D。
7.氢原子光谱巴耳末系是指氢原子从n=3、4、5、6…能级跃迁到n=2能级时发出的光子光谱线系,因瑞士数学教师巴耳末于1885年总结出其波长公式(巴耳末公式)而得名。巴耳末公式为:=R(-),其中λ为谱线波长,R为里德伯常量,n为量子数。则氢原子光谱巴耳末系谱线最小波长与最大波长之比为 (　　)
A. B. C. D.
【解析】选C。由巴耳末公式知,最小波长λ1满足:=R(n取无穷大),最大波长λ2满足:=R(-)(n=3),两式相比得:=,故C正确,A、B、D错误;故选C。
8.氢原子的四个能级如图所示,其中E1为基态。若一群氢原子A处于激发态E3,另一群氢原子B处于激发态E4,则下列说法正确的是 (　　)
A.A可能辐射出4种频率的光子
B.B可能辐射出8种频率的光子
C.A能够吸收B发出的某种光子并跃迁到能级E4
D.B能够吸收A发出的某种光子并跃迁到能级E3
【解析】选C。原子A可能辐射出=3种频率的光子,故A错误;原子B可能辐射出=6种频率的光子,故B错误;原子吸收的能量应为从低能级跃迁到高能级的能量差,故C正确,D错误。
9.氢原子能级结构如图所示,以下说法中正确的是 (　　)
A.用一群动能为12.78 eV的电子轰击大量处于基态的氢原子后,最多能辐射出3种不同频率的光子
B.用一群动能为12.78 eV的电子轰击大量处于基态的氢原子后,最多能辐射出6种不同频率的光子
C.用一群能量为12.78 eV的光子照射大量处于基态的氢原子后,最多能辐射出3种不同频率的光子
D.用一群能量为12.78 eV的光子照射大量处于基态的氢原子后,最多能辐射出6种不同频率的光子
【解析】选B。E2-E1=10.2 eV,E3-E1=12.09 eV,E4-E1=12.75 eV,E5-E1=13.06 eV,所以当用12.78 eV的光子照射氢原子时,不能被氢原子吸收,也就不能向外辐射光子,C、D错。当用12.78 eV的电子轰击基态氢原子时,能使基态的氢原子跃迁至n=4的激发态,当氢原子再向基态或较低激发态跃迁时,就能辐射出6种不同频率的光子,B对、A错。
10.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,使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,说明原子内大部分空间是空的
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】选B、C。在α粒子散射实验中,绝大多数α粒子沿原方向运动,说明这些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α粒子发生大角度偏转,说明会受到原子核明显的力的作用的空间在原子内很小,α粒子偏转而原子核未动,说明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粒子的质量,α粒子打在电子上,不会有明显偏转,故C对,D错。
11.根据玻尔理论,推导出了氢原子光谱谱线的波长公式:=R(-),m与n都是正整数,且n>m。当m取定一个数值时,不同数值的n得出的谱线属于同一个线系。如:m=1,n=2、3、4…组成的线系叫赖曼系,m=2,n=3、4、5…组成的线系叫巴耳末系,则 (　　)
A.赖曼系中n=2对应的谱线波长最长
B.赖曼系中n=2对应的谱线频率最大
C.巴耳末系中n=3对应的谱线波长最长
D.赖曼系中所有谱线频率都比巴耳末系谱线频率大
【解析】选A、C、D。在赖曼系中m=1,n=2、3、4…利用氢原子光谱谱线的波长公式=R(-)可知n值越小,波长λ就越长,频率f就越小,则A正确,B错误;在巴耳末系中m=2,n=3、4、5…利用氢原子光谱谱线的波长公式=R(-)可知,n值越小,波长λ就越长,频率f就越小,则C正确;由m和n的取值可知,赖曼系中(-)一定大于巴耳末系中(-),则赖曼系中所有谱线波长小于巴耳末系谱线波长,所以在赖曼系中所有谱线频率都比巴耳末系谱线频率大,故D正确。
12.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=λa-λc D.Eb=Ea+Ec
【解析】选B、D。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。
13.根据玻尔理论,氢原子核外电子在n=1和n=2的轨道上运动时,其运动的 (　　)
A.轨道半径之比为1∶4　　　 B.动能之比为1∶4
C.速度大小之比为4∶1 D.周期之比为1∶8
【解析】选A、D。玻尔的原子理论表明:氢原子核外电子绕核做匀速圆周运动,其向心力由原子核对它的库仑引力来提供。
因为rn=n2r1,所以r1∶r2=1∶4
由=得,电子在某条轨道上运动时,电子运动的动能Ekn=,则Ek1∶Ek2=4∶1
电子运动的速度vn=e得v1∶v2=2∶1
由电子绕核做圆周运动的周期Tn==
得T1∶T2=1∶8
故选项A、D正确。
二、计算题(本大题共5小题,共48分,要有必要的文字说明和解题步骤,有数值计算的要注明单位)
14.(9分)已知氢原子基态的能量是E1,一群处于n=4能级的氢原子自发跃迁,能释放6种光子,求其中频率最小的光子的能量。
【解析】从量子数n=4能级自发跃迁,能量最小的光子是由n=4能级跃迁到n=3能级放出的光子。 (2分)
由能级公式En=, (1分)
得:E4=,E3= ①(2分)
跃迁公式:ΔE=E4-E3, ②(2分)
由①②得ΔE=-E1。 (2分)
答案:-E1
15.(9分)将氢原子电离,就是从外部给电子能量,使其从基态或激发态脱离原子核的束缚而成为自由电子。已知氢原子处于基态时,原子的能量为E1=-13.6 eV,求:
(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)若用波长为200 nm的紫外线照射氢原子,则电子飞到离核无穷远处时的速度为多大。(电子电荷量e=1.6×10-19 C,普朗克常量h=6.63×10-34 J·s,电子质量me=9.1×10-31 kg)
【解析】(1)n=2时,E2=- eV=-3.4 eV(1分)
要使处于n=2激发态的原子电离,电离能为ΔE=E∞-E2=3.4 eV(1分)
ν== Hz≈8.21×1014 Hz(1分)
(2)波长为200 nm的紫外线一个光子所具有的能量
E0== J=9.945×10-19 J(2分)
电离能ΔE=3.4×1.6×10-19 J=5.44×10-19 J(1分)
由能量守恒hν-ΔE=mev2 (2分)
代入数值解得v≈9.95×105 m/s。 (1分)
答案:(1)8.21×1014 Hz　(2)9.95×105 m/s
【总结提升】求解氢原子由低能级到高能级跃迁与电离的方法
求解氢原子从低能级到高能级跃迁与电离问题应明确以下两点:
(1)氢原子从低能级到高能级跃迁时,原子的能量变大,增大的能量等于高能级与低能级间的能量差,即ΔE=En-Em(n>m)。若此能量由光子提供,则氢原子要吸收光子,此光子的能量必须等于两能级差,否则不被吸收。若此能量由实物粒子提供,实物粒子的动能可全部或部分地被原子吸收,所以只要实物粒子的动能Ek≥ΔE就可使原子发生能级跃迁。
(2)氢原子中的电子克服原子核引力做功,逃逸到无穷远处成为自由电子,即氢原子的电离。所以要使处于某一定态(Em)的氢原子电离,必须使电子逃逸到无穷远处,所需能量ΔE=E∞-Em=-Em,无论是光子还是实物粒子提供能量,只要能量大于等于ΔE即可,多余的能量变为电子的动能。用光子使处于定态Em的氢原子电离,则hν≥-Em。用实物粒子使处于Em定态的氢原子电离,则实物粒子动能Ek≥-Em。
16.(10分)已知电子质量为9.1×10-31 kg、带电荷量为-1.6×10-19 C,当氢原子核外电子绕核旋转时的轨道半径为0.53×10-10 m时,求电子绕核运动的速度、频率、动能和等效的电流。
【解析】根据库仑力提供电子绕核旋转的向心力,可知=m (2分)
v=e=1.6×10-19×
m/s=2.19×106 m/s(2分)
而v=2πfr0,即f== Hz=6.58×1015 Hz(2分)
Ek=mv2=·
=× J
=2.17×10-18 J(2分)
设电子运动周期为T,则
T== s=1.5×10-16 s(1分)
电子绕核运动的等效电流:
I=== A=1.07×10-3 A。 (1分)
答案:2.19×106 m/s　6.58×1015 Hz　2.17×10 -18 J　1.07×10-3 A
17.(10分)处于n=3能级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?(普朗克常数h=6.63×10-34 J·s)
【解析】(1)电子从外轨道进入内轨道,半径变小,由于= (2分)
则Ek=mv2=, (1分)
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。 (1分)
(2)原子的可能跃迁及相应波长①从n=3到n=2
E3=-1.51 eV,E2=-3.4 eV
由hν=h=En-Em得
λ1== m
=6.58×10-7 m(2分)
②从n=3到n=1
E1=-13.60 eV
λ2= (2分)
= m=1.03×10-7 m
③从n=2到n=1
λ3== m(2分)
=1.22×10-7 m
答案:(1)电子动能增大,原子能量减少
(2)6.58×10-7 m　1.03×10-7 m　1.22×10-7 m
18.(10分)汤姆孙在测定阴极射线比荷时采用的方法是利用电场、磁场偏转法,即测出阴极射线在匀强电场或匀强磁场中穿过一定距离时的偏角。设竖直向下的匀强电场的电场强度为E,阴极射线垂直电场射入,穿过水平距离L后的运动偏角为θ(θ较小,θ≈tanθ)(如图甲);以磁感应强度为B的匀强磁场代替电场,测出经过一段弧长L的运动偏角为φ(如图乙)。已知阴极射线入射的初速度相同,试以E、B、L、θ、φ表示阴极射线粒子的比荷的关系式。(重力不计)
【解析】电子在电场中偏转做类平抛运动,设电子入射的初速度为v0,则有
L=v0t ①(1分)
vy=at ②(1分)
a= ③(1分)
tanθ= ④(1分)
所以tanθ= ⑤(1分)
由于tanθ≈θ ⑥(1分)
所以θ= ⑦(1分)
电子在磁场中偏转,设电子在磁场中做匀速圆周运动的半径为R,
qv0B=m ⑧(1分)
L=R·φ ⑨(1分)
⑦⑧⑨联立消去v0整理得=。 (1分)
答案:=