选修3-5第十八单元原子结构 单元双基精品试卷(A）（含答案）

-1106805339725此卷只装订不密封
班级 姓名 准考证号 考场号 座位号
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2020-2021学年度高中物理单元双基精品试卷
选修3-5第十八单元原子结构（A）
注意事项：
1．答题前，先将自己的姓名、准考证号填写在试题卷和答题卡上，并将准考证号条形码粘贴在答题卡上的指定位置。
2．选择题的作答：每小题选出答案后，用2B铅笔把答题卡上对应题目的答案标号涂黑，写在试题卷、草稿纸和答题卡上的非答题区域均无效。
3．非选择题的作答：用签字笔直接答在答题卡上对应的答题区域内。写在试题卷、草稿纸和答题卡上的非答题区域均无效。
4．考试结束后，请将本试题卷和答题卡一并上交。
一、选择题（本大题共10小题，每小题4分。在每小题给出的四个选项中，第1～6题只有一项是符合题目要求，第7～10题有多项符合题目要求，全部选对的得4分，选对但不全的得2分，有选错的得0分）
1．以下说法符合物理学史的是( )
A．德布罗意把光的波粒二象性推广到实物粒子，认为实物粒子也具有波动性
B．为了解释黑体辐射规律，康普顿提出了电磁辐射的能量是量子化的
C．汤姆孙通过α粒子散射实验，提出了原子具有核式结构
D．普朗克将量子观念引入原子领域，其理论能够解释氢原子光谱的特征
2．下列有关原子核式结构理论的理解，不正确的是( )
A．原子的中心有原子核，包括带正电的质子和不带电的中子
B．原子的正电荷均匀分布在整个原子中
C．原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核里
D．带负电的电子在核外绕着核在不同轨道上旋转
3．玻尔的原子模型在解释原子的下列问题时，与卢瑟福的核式结构学说观点是不相同的( )
A．电子绕核运动的向心力，就是电子与核之间的静电引力
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时能量不同
D．电子在不同轨道上运动时静电引力不同
4．一个氢原子从n＝3能级跃迁到n＝2能级，该氢原子( )
A．吸收光子，能量增加 B．吸收光子，能量减少
C．放出光子，能量增加 D．放出光子，能量减少
5．如图所示是某原子的能级图，a、b、c为原子跃迁所发出的三种波长的光，在下列该原子光谱的各选项中，谱线从左向右的波长依次增大，则正确的是( )

6．氢原子中核外电子从第2能级跃迁到基态时，辐射的光照射到某金属上时能产生光电效应。那么，处于第3能级的氢原子向低能级跃迁时，辐射出各种频率的光可能使此金属发生光电效应的至少有( )
A．1种 B．2种 C．3种 D．4种
7．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
8．根据光谱的特征谱线，可以确定物质的化学组成和鉴别物质，以下说法正确的是( )
A．线状谱中的明线是特征谱线，吸收光谱中的暗线不是特征谱线
B．线状谱中的明线不是特征谱线，吸收光谱中的暗线是特征谱线
C．线状谱中的明线与吸收光谱中的暗线是特征谱线
D．同一元素的线状谱的明线与吸收光谱中的暗线都是一一对应的
9．氢原子的核外电子由离核较远的轨道跃迁到离核较近的轨道上时，下列说法中正确的是( )

A．核外电子受力变小 B．原子的能量减少，电子的动能增加
C．氢原子要吸收一定频率的光子 D．氢原子要放出一定频率的光子
10．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 eV＜E＜13.32 eV
B．Δn＝2，13.22 eV＜E＜13.32 eV
C．Δn＝1，12.75 eV＜E＜13.06 eV
D．Δn＝2，12.75 eV＜E＜13.06 eV
二、非选择题(本题共6小题，共60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，有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位)
11．(6分)如图所示是世纪初伟大的物理学家卢瑟福在研究物质结构时的实验装置。图中的放射源发出的是____________粒子， 如图位置的四个显微镜中，闪光频率最高的是________显微镜。

12．(8分)根据玻尔理论，某种原子处于激发态的能量与轨道量子数n的关系为En＝E1n2（E1表示处于基态原子的能量，具体数值未知）。一群处于n＝4能级的该原子，向低能级跃迁时发出几种光，其中只有两种频率的光能使极限波长为λ0的某种金属发生光电效应，这两种光中频率中较低的为ν。用频率中为ν的光照射该金属产生的光电子的最大初动能为________，该原子处于基态的原子能量E1为________。(已知普朗克常量为h，真空中的光速为c)
13．(10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＝0.53×10－10 m。En＝E1n2，rn＝n2r，已知静电力常量k＝9.0×109 kg·m2/C2，电子电荷量e＝1.6×10－19 C，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？




14．(10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，氢原子各能级关系为En＝1n2E1(n＝1，2，3…)，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)




15．(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？





16．(14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。
(1)若要使处于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）


物 理（A）答 案
一、选择题（本大题共10小题，每小题4分。在每小题给出的四个选项中，第1～6题只有一项是符合题目要求，第7～10题有多项符合题目要求，全部选对的得4分，选对但不全的得2分，有选错的得0分）
1．【答案】A
【解析】德布罗意把光的波粒二象性推广到实物粒子，认为实物粒子也具有波动性，A正确；为了解释黑体辐射规律，普朗克提出电磁辐射的能量是量子化的，B错误；卢瑟福通过α粒子散射实验，提出原子核式结构学说，C错误；玻尔将量子观念引入原子领域，其理论能够解释氢原子光谱的特征，D错误。
2．【答案】B
【解析】原子的中心有原子核，包括带正电的质子和不带电的中子，A正确；原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核里，故B错误，C正确；带负电的电子在核外绕着核在不同轨道上旋转，D正确。
3．【答案】B
【解析】玻尔和卢瑟福的原子模型都提出了电子绕原子核运动，是电子与核之间的静电引力提供向心力，观点相同，故A错误；玻尔的原子模型提出电子只能在一些不连续的轨道上运动，而卢瑟福的原子模型没有，观点不同，故B正确；玻尔的原子模型继承了卢瑟福的原子模型，对原子能量和轨道引入了量子化的假设，电子在不同轨道上运动时的能量不同，静电力也不同，故C、D错误。
4．【答案】D
【解析】氢原子从高能级向低能级跃迁时，放出光子，能量减少，故D正确。
5．【答案】C
【解析】根据ΔE＝hν，ν＝cλ，可知λ＝cν＝hcΔE，能级差越大，波长越小，所以a的波长最小，b的波长最大，答案选C。
6．【答案】B
【解析】发生光电效应的条件是照射光的频率要大于该金属的极限频率．氢原子由第3能级向低能级跃迁的可能情形为3→1，3→2，2→1，共3种。其中3→1发出的光子频率大于2→1发出的光子频率，3→2发出的光子频率小于2→1发出的光子频率，已知2→1发出的光子能发生光电效应，则3→1发出的光子一定能使该金属发生光电效应，而3→2发出的光子无法判定是否能发生光电效应。因此辐射出的3种频率的光能使此金属发生光电效应的至少有2种。
7．【答案】AC
【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ke2r2＝mv2r及Ek＝12mv2知Ek＝ke22r，电子绕核运动的动能增大，A、C正确，B、D错误。
8．【答案】CD
【解析】根据光谱理论知，明线光谱与吸收光谱都能表示元素的特点，都是元素的特征谱线，而同一元素的线状谱与吸收光谱都是一一对应的，C、D正确。
9．【答案】BD
【解析】氢原子的核外电子由离核较远的轨道跃迁到离核较近的轨道上时，r减小，由库仑定律知核外电子受力变大，A错；由ke2r2＝mv2r得Ek＝12mv2＝ke22r知电子的动能变大，由En＝－13.6n2 eV知n减小时原子能量减少，B对；电子由高能级向低能级跃迁时放出一定频率的光子，C错，D对。
10．【答案】AD
【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 eV＜E＜13.06 eV，D正确；也可能调高能量后处于n＝6的能级，原来处于n＝5的能级，增加的谱线应为从n＝6跃迁到n＝5、4、3、2、1共5条谱线，而E7＝－0.28 eV，ΔE17＝13.32 eV，E6＝－0.38 eV，ΔE16＝－13.22 eV，则13.22 eV＜E＜13.32 eV，A正确。
二、非选择题(本题共6小题，共60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，有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位)
11．(6分)
【答案】α A
【解析】该图显示的是卢瑟福的α粒子散射实验，因此放射源发出的是α粒子。放在A位置时，相同时间内观察到屏上的闪光次数最多，大多数射线基本不偏折，金箔原子内部很空旷，因此A位置的显微镜闪光频率最高。
(8分)
【答案】hν－
【解析】根据光电效应方程得，光电子的最大初动能Ekm＝hν－W0＝hν－；从n＝4能级的该原子，向低能级跃迁时发出几种光，其中只有两种频率的光能使极限波长为λ0的某种金属发生光电效应，可知是从n＝4跃迁到n＝1，n＝3跃迁到n＝1，较低频率的光子是从n＝3跃迁到n＝1时释放的，则有E3－E1＝hv，即19E1－E1＝hv，解得E1＝。
13．(10分)
【解析】(1)由En＝E1n2可得E2＝－13.622 eV＝－3.4 eV，即为原子系统的能量。
(2)由F＝＝mv2r2得，Ek2＝12mv2＝ke22r2＝ke28r1
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。
(10分)
【解析】据跃迁理论hν＝E3－E1
而E3＝19E1，所以ν＝E3－E1h＝－8E19h
由于是大量氢原子，可从n＝3直接跃迁到n＝1，或从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－89E1，－536E1，－34E1。
15．(12分)
【解析】(1)根据玻尔理论E3－E1＝hcλ
解得λ≈1.03×10－7 m。
(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≥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3种
由于E2＝E122＝－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hcλ′＝E3－E2
解得λ′≈6.58×10－7 m。
16．(14分)
【解析】(1)n＝2时，E2＝－13.622 eV＝－3.4 eV，所谓电离，就是使处于基态或激发态的原子的核外电子跃迁到n＝∞的轨道，n＝∞时，E∞＝0。所以要使处于n＝2激发态的原子电离，电离能为
ΔE＝E∞－E2＝3.4 eV
又ΔE＝hv
解得ν≈8.21×1014 Hz。
(2)波长为200 nm的紫外线一个光子所具有的能量
E0＝hν＝9.945×10－19 J
电离能ΔE＝3.4×1.6×10－19 J＝5.44×10－19 J
由能量守恒与转化得E0－ΔE＝12mev2
代入数值解得v≈9.95×105 m/s。