2022-2022学年高中物理第十八章原子结构测试卷含解析新人教版选修3-5.doc

第十八章　原子结构测试卷
(时间：90分钟　总分值：100分)
第一卷(选择题　共48分)
一、选择题 (第1～9题为单项选择题，第10～12题为多项选择题，每题4分，选对但不全得2分，共48分)
1．[2022·石家庄一模]某金属的极限频率为νc，普朗克常量为h.现用频率为4νc的光照射该金属，产生光电子的最大初动能为(　　)
A．hνc　　　　　　　　　　B．2hνc
C．3hνc D．4hνc
解析：该金属的逸出功为W0＝hνc，由光电效应方程可知Ekm＝4hνc－W0＝3hνc，C正确．
答案：C
2．[2022·河源模拟]用频率为ν0的光照射大量处于基态的氢原子，在所发射的光谱中仅能观测到频率分别为ν1、ν2和ν3的三条谱线，且ν3>ν2>ν1，那么(　　)
A．ν0<ν1 B．ν3＝ν2＋ν1
C．ν0＝ν1＋ν2＋ν3 D.＝＋
解析：在所发射光谱中仅能观测到三条谱线，是吸收了hν0的光子能量跃迁到3能级，那么ν0＝ν3，由于ν3>ν2>ν1，那么有hν3＝hν2＋hν1，即ν3＝ν2＋ν1，B正确．
答案：B
3．[2022·深圳调研]以下说法中正确的选项是(　　)
A．在光电效应的实验中，只要入射光足够强，时间足够长，金属外表就会逸出光电子
B．在光电效应的实验中，饱和光电流大小取决于入射光的频率，频率越大，饱和光电流越大
C．根据玻尔的原子理论，氢原子从n＝5的激发态跃迁到n＝2的激发态时，原子能量减小，电势能增加
D．根据玻尔的原子理论，大量处于基态的氢原子吸收波长为λ0的光子后，如果辐射出3种频率的光子，那么其中波长最小的为λ0
解析：在光电效应实验中，只有入射光频率大于金属的极限频率，才能发生光电效应现象，A错误；饱和光电流取决于入射光强度，与入射光频率无关，B错误；氢原子由高能级跃迁到低能级时，库仑力做正功，电势能减小，C错误；吸收光子后能辐射3种频率的光子，说明基态氢原子跃迁到第3能级，之后向基态跃迁时产生的光子频率最高，波长最小，且与吸收的光子频率、波长均相等，D正确．
答案：D
4．[2022·全国卷Ⅰ]氢原子能级示意图如下图．光子能量在1.63 eV～3.10 eV的光为可见光．要使处于基态(n＝1)的氢原子被激发后可辐射出可见光光子，最少应给氢原子提供的能量为(　　)
A．12.09 eV B．10.20 eV
C．1.89 eV D．1.51 eV
解析：因为可见光光子的能量范围是1.63 eV～3.10 eV，所以氢原子至少要被激发到n＝3能级，要给氢原子提供的能量最少为E＝(－1.51＋13.60) eV＝12.09 eV，选项A正确．
答案：A
5．[2022·唐山二模]如下图为氢原子能级示意图，现有大量的氢原子处于n＝4的激发态，当向低能级跃迁时辐射出假设干不同频率的光，照射逸出功为2.5 eV的金属，能发生光电效应的有(　　)
A．2种 B．3种
C．4种 D．5种
解析：从n＝4向低能级跃迁共能产生6种不同频率的光，光子能量大于2.5 eV的有4种，所以能发生光电效应的有4种，C正确．
答案：C
6．[2022·河北名校模拟]一群氢原子处于基态时能量为E1，由于吸收某种单色光后氢原子产生能级跃迁，最多能产生3种不同波长的光。那么在这3种不同波长的光中，最小波长为(普朗克常量为h，光速为c，激发态与基态之间的能量关系为En＝)(　　)
A．－ B．－
C．－ D．－
解析：由题意可知氢原子最多只能跃迁到第3能级，其中跃迁过程能产生光的最小波长λmin＝＝－，D正确．
答案：D
7．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移给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俄歇电子，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是正的常数，上述俄歇电子的动能是(　　)
A.A B.A
C.A D.A
解析：根据题意可以知道n＝1能级能量E1＝－A，n＝2能级能量E2＝－，从n＝2能级跃迁到n＝1能级释放的能量为ΔE＝E2－E1＝，处于n＝4能级的能量为E4＝－，电离需要能量为：E′4＝0－E4＝A，因此俄歇电子的动能Ek＝ΔE－E′4＝－＝，应选项C正确．
答案：C
8．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，那么(　　)
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：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．
答案：D
9．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，那么ε等于(　　)
A．hν1 B．hν6
C．h(ν5－ν1) D．h(ν1＋ν2＋…＋ν6)
解析：对于量子数n＝4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＝6，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．
答案：A
10．[2022·成都市摸底](多项选择)以下说法正确的选项是(　　)
A．卢瑟福通过α粒子散射实验，提出了原子的核式结构模型
B．大量处于n＝3激发态的氢原子向基态跃迁时，最多能辐射出2种频率的光子
C．α射线的穿透本领比β射线强
D．光照射金属时，只要光的频率大于金属的截止频率，无论光的强弱如何，都能发生光电效应
解析：卢瑟福通过α粒子散射实验，提出了原子的核式结构模型，A正确；根据玻尔理论，大量处于n＝3激发态的氢原子向基态跃迁时，最多能辐射出3种频率的光子，B错误；α射线的穿透本领比β射线弱，C错误；根据光电效应产生条件可知，D正确．
答案：AD
11．关于线状谱，以下说法中正确的选项是(　　)
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相同
C．每种原子在任何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：每种原子都有自己的结构，只能发出由内部结构决定的自己的特征谱线，不会因温度、所处物质不同而改变，B、C正确．
答案：BC
12．关于α粒子散射实验现象的分析，以下说法正确的选项是(　　)
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，说明原子内大局部空间是空的
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：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，原子内大局部空间是空的，故A错误，B正确；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．
答案：BC
第二卷(非选择题　共52分)
二、填空题(此题共2小题，共8分．请将答案写在题中的橫线上)
13．(4分)氢原子第n能级的能量为En＝，其中E1为基态能量．当氢原子由第4能级跃迁到第2能级时，发出光子的频率为ν1；假设氢原子由第2能级跃迁到基态，发出光子的频率为ν2，那么＝________.
解析：根据En＝及hν＝Em－En可得hν1＝－，hν2＝－E1，两式联立解得＝.
答案：
14．(4分)能量为Ei的光子照射基态氢原子，刚好可使氢原子中的电子成为自由电子．这一能量Ei称为氢原子的电离能．现用一频率为ν的光子从基态氢原子中击出了一电子，该电子在远离核以后速度的大小为________(用光子频率ν、电子质量m、氢原子的电离能Ei和普朗克常量h表示)．
解析：由能量守恒定律得mv2＝hν－Ei，解得电子速度大小为v＝.
答案：
三、计算题(此题有4小题，共44分．解容许写出必要文字说明、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)
15．(10分)氢原子第n能级的能量为En＝，其中E1是基态能量，而n＝1,2，….假设一氢原子发射能量为－E1的光子后处于比基态能量高出－E1的激发态，那么氢原子发射光子前后分别处于第几能级？
解析：设发射光子前氢原子处于量子数为n1的能级，发射光子后氢原子处于量子数为n2的能级，那么有
－E1＝－　①
－E1＝－E1　②
由②式得n2＝2，代入①式得n1＝4
所以氢原子发射光子前后分别处于第4能级和第2能级．
答案：分别处于第4能级和第2能级
16．(10分)氢原子处在第一、第二激发态的能量分别为－3.40 eV和－1.51 eV，金属钠的截止频率为5.53×1014 Hz，普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s.请通过计算判断，用氢原子从第二激发态跃迁到第一激发态过程中发出的光照射金属钠板，能否发生光电效应．
解析：氢原子放出的光子能量E＝E3－E2，代入数据得E＝1.89 eV.金属钠的逸出功W0＝hν0，代入数据得W0＝2.3 eV.因为E<W0，所以不能发生光电效应．
答案：不能发生光电效应
17．(12分)氢原子的基态电子轨道半径为r1＝0.528×10－10 m，量子数为n的能级值为En＝ eV.
(1)求电子在基态轨道上运动的动能．
(2)有一群氢原子处于量子数n＝3的激发态，画一张能级图，在图上用箭头标明这些氢原子能发出哪几种光谱线．
(静电力常量k＝9×109 N·m2/C2，电子电荷量e＝1.6×10－19 C)
解析：(1)核外电子绕核做匀速圆周运动，静电引力提供向心力，那么：＝，又知Ek＝mv2
故电子在基态轨道的动能为：
Ek＝＝ J＝13.6 eV
(2)当n＝1时，能级值为E1＝ eV＝－13.6 eV；
当n＝2时，能级值为E2＝ eV＝－3.4 eV；
当n＝3时，能级值为E3＝ eV＝－1.51 eV；
散发出光谱线分别为3→2,2→1,3→1共三种，能级图如下图．
答案：(1)13.6 eV　(2)见解析
18．(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13.6 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．
(1)是否可以使基态氢原子发生能级跃迁(氢原子能级如下图)?
(2)假设上述碰撞中可以使基态氢原子发生电离，那么氢原子的初动能至少为多少？
解析：(1)设运动氢原子的速度为v0，完全非弹性碰撞后两者的速度为v，损失的动能ΔE被基态氢原子吸收．
假设ΔE＝10.2 eV，那么基态氢原子可由n＝1跃迁到n＝2
由动量守恒和能量守恒有：mv0＝2mv①
mv＝mv2＋mv2＋ΔE②
mv＝Ek③
Ek＝13.6 eV④
解①②③④得，ΔE＝×mv＝6.8 eV.
因为 ΔE＝6.8 eV<10.2 eV，所以不能使基态氢原子发生跃迁．
(2)假设使基态氢原子电离，那么ΔE＝13.6 eV
代入①②③得Ek＝27.2 eV
答案：(1)不能　(2)27.2 eV