选修3-5第十八单元原子结构 单元双基精品试卷 (B）（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
此卷只装订不密封
班级 姓名 准考证号 考场号 座位号
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（B）
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．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．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
D．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
2．如图所示是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。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
3．仔细观察氢原子的光谱，发现它只有几条分离的不连续的亮线，其原因是( )
A．氢原子只有几个能级
B．氢原子只能发出平行光
C．氢原子有时发光，有时不发光
D．氢原子辐射的光子的能量是不连续的，所以对应的光的频率也是不连续的
4．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
5．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．2种 B．3种 C．4种 D．5种
6．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能级辐射出的光照射逸出功为6.34 eV的金属箔能发生光电效应
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．如图所示，是氢原子光谱的两条谱线，图中给出了谱线对应的波长及氢原子的能级图，已知普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s，则( )

A．Hα谱线对应光子的能量小于Hβ谱线对应光子的能量
B．若两种谱线对应光子都能使某种金属发生光电效应，则Hα谱线对应光子照射到该金属表面时，形成的光电流较小
C．Hα谱线对应光子的能量为1.89 eV
D．Hα谱线对应的光子是氢原子从n＝4能级跃迁到n＝3能级发出的
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．1λb＝1λa＋1λc
C．λb＝λaλc D．Eb＝Ea＋Ec
二、非选择题(本题共5小题，共40分。按题目要求作答。解答题应写出必要的文字说明、方程式和重要演算步骤，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)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。

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)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)













14．(10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？








15．(10分)氢原子基态能量E1＝－13.6 eV，电子绕核做圆周运动的半径r1＝0.53×10－10 m。求氢原子处于n＝4激发态时：
(1)原子系统具有的能量；
(2)电子在n＝4轨道上运动的动能；(已知能量关系En＝E1n2，半径关系rn＝n2r1，k＝9.0×109 N·m2/C2，e＝1.6×10－19 C)
(3)若要使处于n＝2轨道上的氢原子电离，至少要用频率为多大的电磁波照射氢原子？(普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s)











16．(14分)处在激发态的氢原子向能量较低的状态跃迁时发出一系列不同频率的光，称为氢原子光谱，氢原子光谱谱线对应的彼长λ可以用广义的巴耳未公式表示：1λ＝R(122－1n2)，n、m分别表示氢原子跃迁前、后所处状态的量子数，m＝1，2，3…，对每一个m，有n＝m＋1，m＋2，m＋3…，R称为里德伯常量，是一个已知量，对于m＝1的一系列谱线其波长处在紫外光区，称为赖曼系；m＝2的一系列谱线其波长处在可见光区，称为巴耳末系，用氢原子发出的光照射某种金属进行光电效应实验，当用赖曼系波长最长的光照射时，遏止电压的大小为U1；当用巴耳末系波长最短的光照射时，遏止电压的大小为U2。已知电子电荷量的大小为e，真空中的光速为c，试求：普朗克常量和该种金属的逸出功。


物 理（B）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】D
【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；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，C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，D正确。
2．【答案】C
【解析】α粒子(氦原子核)和重金属原子核都带正电，互相排斥，加速度方向与α粒子所受斥力方向相同。带电粒子加速度方向沿相应点与重金属原子核连线指向轨迹曲线的凹侧，故只有C正确。
3．【答案】D
【解析】氢原子在不同的能级之间跃迁时，辐射出不同能量的光子，并且满足E＝hν。能量不同，相应光子频率不同，体现在光谱上是一些不连续的亮线。
4．【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。
5．【答案】A
【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。
6．【答案】D
【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C24＝6种，C错误；从n＝2的激发态跃迁到基态时，辐射出光子的能量ΔE＝E2－E1＞6.34 eV，因而可以使逸出功为6.34 eV的金属箔发生光电效应，D正确。
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】AC
【解析】Hα谱线的波长大于Hβ谱线的波长，故Hα谱线的频率较小，Hα谱线对应光子的能量小于Hβ谱线对应光子的能量，A正确；光电流与光的强度有关，与光的频率无关，B错误；Hα谱线对应光子的能量为E＝hcλ≈3.03×10－19 J≈1.89 eV，C正确；E4－E3＝0.66 eV，D错误。
10．【答案】BD
【解析】Ea＝E3－E2，Eb＝E3－E1，Ec＝E2－E1，所以Eb＝Ea＋Ec，D正确；由ν＝cλ得λa＝hcE3－E2，λb＝hcE3－E1，λc＝hcE2－E1，取倒数后得到1λb＝1λa＋1λc，B正确。
二、非选择题(本题共5小题，共40分。按题目要求作答。解答题应写出必要的文字说明、方程式和重要演算步骤，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】近 51
【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＝－3.40 eV－(－54.4) eV＝51 eV。
(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＝。
(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。
14．(10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。
15．(10分)
【解析】(1)根据能级关系En＝E1n2
则有：eV。
(2)因为电子的轨道半径r4＝42r1
根据库仑引力提供向心力，得：
所以eV。
(3)要使n＝2激发态的电子电离，据波尔理论得，发出的光子的能量为：
解得：v≈8.21×1014 Hz。
16．(14分)
【解析】设该金属的逸出功为W0，光电效应所产生的光电子最大初动能为Ek，由动能定理知
Ek＝eU
对于赖曼系，当n＝2时对应的光波长最长，设为λ1，由题中所给公式有：
波长为λ1的光对应的频率
对于巴耳末系，当n→∞时对应的光波长最短，设为入λ2，由题中所给公式有：
波长为λ2的光对应的频率：
根据爱因斯坦光电效应方程Ek＝hv－W0知：
Ek1＝hv1－W0，E12＝hv2－W0
又Ek1＝eU1，Ek12＝eU2
联立可解得：，。