2022-2023學(xué)年高中物理 第十八章 原子結(jié)構(gòu)單元質(zhì)量評(píng)估 新人教版選修3-5

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1、2022-2023學(xué)年高中物理 第十八章 原子結(jié)構(gòu)單元質(zhì)量評(píng)估 新人教版選修3-5 一、選擇題(本題共12小題,每小題5分,共60分。其中1～8題為單選題,9～12題為多選題) 1.下列能揭示原子具有核式結(jié)構(gòu)的實(shí)驗(yàn)是(　　) A.光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)　 B.倫琴射線的發(fā)現(xiàn) C.α粒子散射實(shí)驗(yàn) D.氫原子光譜的發(fā)現(xiàn) 【解析】選C。光電效應(yīng)現(xiàn)象證明了光的粒子性本質(zhì),與原子結(jié)構(gòu)無(wú)關(guān),選項(xiàng)A錯(cuò)誤;倫琴射線的發(fā)現(xiàn)以及氫原子光譜的發(fā)現(xiàn)都與原子的能級(jí)結(jié)構(gòu)有關(guān),都是原子能級(jí)躍遷的結(jié)論,選項(xiàng)B、D錯(cuò)誤;盧瑟福的α粒子散射實(shí)驗(yàn)證實(shí)了原子的核式結(jié)構(gòu)模型,選項(xiàng)C正確。 2.如圖所示,Q為金原子核,M、N為兩個(gè)

2、等勢(shì)面,虛線為α粒子經(jīng)過(guò)原子核附近的運(yùn)動(dòng)軌跡,關(guān)于α粒子,下列說(shuō)法正確的是(　　) A.α粒子從K到R的過(guò)程中動(dòng)能逐漸增加 B.α粒子從K到R的過(guò)程中動(dòng)能逐漸減小 C.α粒子從K到R的過(guò)程中動(dòng)能先減小后增加 D.α粒子從K到R的過(guò)程中電勢(shì)能先減小后增加 【解題指南】解答本題要把握以下兩點(diǎn): (1)α粒子與原子核都帶正電,它們之間存在相互作用的斥力。 (2)當(dāng)α粒子靠近原子核時(shí),斥力做負(fù)功,動(dòng)能減小,電勢(shì)能增大,當(dāng)α粒子遠(yuǎn)離原子核時(shí),斥力做正功,動(dòng)能增大,電勢(shì)能減小。 【解析】選C。由題意可獲取以下信息:金原子核外有兩個(gè)等勢(shì)面。α粒子經(jīng)過(guò)原子核附近的過(guò)程可分為α粒子靠近原子核

3、和遠(yuǎn)離原子核兩個(gè)過(guò)程,由動(dòng)能定理依據(jù)庫(kù)侖斥力做功的情況判斷動(dòng)能的變化,同樣由庫(kù)侖斥力做功的情況判斷電勢(shì)能的變化。在α粒子從K到離原子核最近的過(guò)程中,庫(kù)侖力做負(fù)功,動(dòng)能逐漸減小,電勢(shì)能逐漸增加;在α粒子從離原子核最近處到R的過(guò)程中,庫(kù)侖斥力做正功,動(dòng)能增加,電勢(shì)能減小,由此可知C選項(xiàng)正確。 3.太陽(yáng)光譜是吸收光譜,這是因?yàn)樘?yáng)內(nèi)部發(fā)出的白光(　　) A.經(jīng)過(guò)太陽(yáng)大氣層時(shí)某些特定頻率的光子被吸收后的結(jié)果 B.穿過(guò)宇宙空間時(shí)部分頻率的光子被吸收的結(jié)果 C.進(jìn)入地球的大氣層后,部分頻率的光子被吸收的結(jié)果 D.本身發(fā)出時(shí)就缺少某些頻率的光子 【解析】選A。太陽(yáng)光譜是一種吸收光譜,是因?yàn)樘?yáng)發(fā)

4、出的光穿過(guò)溫度比太陽(yáng)本身低得多的太陽(yáng)大氣層,而在這大氣層里存在著從太陽(yáng)里蒸發(fā)出來(lái)的許多元素的氣體,太陽(yáng)光穿過(guò)它們的時(shí)候跟這些元素的特征譜線相同的光都被這些氣體吸收掉了。 4.根據(jù)玻爾理論,氫原子的電子由n=2軌道躍遷到n=1軌道(　　) A.原子的能量減少,電子的動(dòng)能增加 B.原子的能量增加,電子的動(dòng)能減少 C.原子要放出一系列頻率不同的光子 D.原子要吸收某一頻率的光子 【解析】選A。氫原子的電子由n=2軌道躍遷到n=1軌道時(shí)電子的軌道半徑減小,勢(shì)能減小,庫(kù)侖力增大,電子的向心力增大,電子繞原子核運(yùn)轉(zhuǎn)的速度加快,動(dòng)能增大,釋放一定頻率的光子,原子的能量減小,選項(xiàng)A正確,B、C、D

5、錯(cuò)誤。 5.關(guān)于陰極射線的性質(zhì),下列說(shuō)法正確的是(　　) A.陰極射線是電子打在玻璃管壁上產(chǎn)生的 B.陰極射線本質(zhì)是電子 C.陰極射線在電磁場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)表明陰極射線帶正電 D.陰極射線的比荷比氫原子核小 【解析】選B。陰極射線是原子受激發(fā)射出的電子流,故A、C錯(cuò),B對(duì);電子帶電量與氫原子相同,但質(zhì)量是氫原子的,故陰極射線的比荷比氫原子大,D錯(cuò)。 6.(2017·承德高二檢測(cè))原子從一個(gè)能級(jí)躍遷到一個(gè)較低的能級(jí)時(shí),有可能不發(fā)射光子,例如在某種條件下,鉻原子的n=2能級(jí)上的電子躍遷到n=1能級(jí)上時(shí)并不發(fā)射光子,而是將相應(yīng)的能量轉(zhuǎn)移給n=4能級(jí)上的電子,使之能脫離原子,這一現(xiàn)象叫作俄歇效

6、應(yīng),以這種方式脫離了原子的電子叫俄歇電子,已知鉻原子的能級(jí)公式可簡(jiǎn)化表示為En=-,式中,n=1,2,3…表示不同能級(jí),A是正的已知常數(shù),上述俄歇電子的動(dòng)能是(　　) A.A　　　 B.A　　　 C.A　　　 D.A 【解題指南】(1)根據(jù)能級(jí)公式算出第1能級(jí)和第2能級(jí)能量,從而算出原子從第2能級(jí)向第1能級(jí)躍遷時(shí)釋放的能量。 (2)躍遷釋放的能量,使n=4能級(jí)上的電子電離后剩余的能量即為俄歇電子的動(dòng)能。 【解析】選C。根據(jù)題意可以知道n=1能級(jí)能量E1=-A,n=2能級(jí)能量E2=-,從n=2能級(jí)躍遷到n=1能級(jí)釋放的能量為ΔE=E2-E1=,處于n=4能級(jí)的能量為E4=-,電離需

7、要能量為:E′4=0-E4=A,因此俄歇電子的動(dòng)能Ek=ΔE-E′4=-=,故選項(xiàng)C正確。 7.紅寶石激光器的工作物質(zhì)紅寶石是含有鉻離子的三氧化二鋁晶體,利用其中的鉻離子產(chǎn)生激光。鉻離子的能級(jí)圖如圖所示,E1是基態(tài),E2是亞穩(wěn)態(tài),E3是激發(fā)態(tài),若以脈沖氙燈發(fā)出的波長(zhǎng)為λ1的綠光照射晶體,處于基態(tài)的鉻離子受到激發(fā)而躍遷到E3,然后自發(fā)地躍遷到E2,釋放波長(zhǎng)為λ2的光子,處于亞穩(wěn)態(tài)E2的離子躍遷到基態(tài)時(shí)輻射出的光就是激光,這種激光的波長(zhǎng)為(　　) A.　　　　　　 B. C. D. 【解析】選A。E3-E1=,E3-E2=,E2-E1=,根據(jù)E3-E1=(E3-E2)+(E

8、2-E1),可得-=,則λ=。 8.光子能量為ε的一束光照射容器中的氫(設(shè)氫原子處于n=3的能級(jí)),氫原子吸收光子后,能發(fā)出頻率為ν1、ν2、…、ν6的六種光譜線,且ν1<ν2<…<ν6,則ε等于(　　) A.hν1　　　　　　　　 B.hν6 C.h(ν5-ν1) D.h(ν1+ν2+…+ν6) 【解析】選A。對(duì)于量子數(shù)n=3的一群氫原子,當(dāng)它們向較低的激發(fā)態(tài)或基態(tài)躍遷時(shí),可能產(chǎn)生的譜線條數(shù)為=3,由此可判定氫原子吸收光子后的能量的能級(jí)是n=4,且從n=4到n=3放出的光子能量最小,頻率最低即為ν1,因此,處于n=3能級(jí)的氫原子吸收頻率為ν1的光子(能量ε=hν1),從n=3

9、能級(jí)躍遷到n=4能級(jí)后,方可發(fā)出6種頻率的光譜線,選項(xiàng)A正確。 9.關(guān)于α粒子散射實(shí)驗(yàn)的下述說(shuō)法中正確的是(　　) A.在實(shí)驗(yàn)中觀察到的現(xiàn)象是絕大多數(shù)α粒子穿過(guò)金箔后,仍沿原來(lái)方向前進(jìn),少數(shù)發(fā)生了較大偏轉(zhuǎn),極少數(shù)偏轉(zhuǎn)超過(guò)90°,有的甚至被彈回接近180° B.使α粒子發(fā)生明顯偏轉(zhuǎn)的力是來(lái)自帶負(fù)電的核外電子;當(dāng)α粒子接近電子時(shí),電子的吸引力使之發(fā)生明顯偏轉(zhuǎn) C.實(shí)驗(yàn)表明原子中心有一個(gè)極小的核,它占有原子體積的極小部分 D.實(shí)驗(yàn)表明原子中心的核帶有原子的全部正電荷及全部質(zhì)量 【解析】選A、C。A項(xiàng)是對(duì)該實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的正確描述;使α粒子偏轉(zhuǎn)的力是原子核對(duì)它的靜電排斥力,而不是電子對(duì)它的吸引力

10、,故B錯(cuò);C項(xiàng)是對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)論之一的正確分析;原子核集中了全部正電荷和幾乎全部質(zhì)量,因核外還有電子,故D錯(cuò)。 10.關(guān)于線狀譜,下列說(shuō)法中正確的是(　　) A.每種原子處在不同溫度下發(fā)光的線狀譜不同 B.每種原子處在不同的物質(zhì)中的線狀譜相同 C.每種原子在任何條件下發(fā)光的線狀譜都相同 D.兩種不同的原子發(fā)光的線狀譜可能相同 【解析】選B、C。每種原子都有自己的結(jié)構(gòu),只能發(fā)出由內(nèi)部結(jié)構(gòu)決定的自己的特征譜線,不會(huì)因溫度、所處物質(zhì)不同而改變,B、C正確。 11.氫原子的能級(jí)如圖所示,下列說(shuō)法正確的是(　　) A.處于n=3能級(jí)的氫原子可以吸收任意頻率的光子 B.氫原子從n=3能級(jí)向n=

11、2能級(jí)躍遷時(shí),發(fā)出的光子能量為1.89eV C.大量處于n=4能級(jí)的氫原子向低能級(jí)躍遷時(shí),可能發(fā)出6種不同頻率的光 D.處于n=1能級(jí)的氫原子可以吸收能量為13eV的電子的能量 【解題指南】解答本題應(yīng)注意以下兩點(diǎn): (1)當(dāng)原子躍遷時(shí),只能吸收或放出特定頻率的光子,吸收或放出的能量等于兩個(gè)能級(jí)之間的能量差。 (2)處于n=4能級(jí)的氫原子向低能級(jí)躍遷時(shí),發(fā)出光子頻率的數(shù)量可以由公式來(lái)計(jì)算。 【解析】選B、C、D。當(dāng)原子躍遷時(shí),只能吸收特定頻率的光子,A項(xiàng)錯(cuò)誤;氫原子從n=3能級(jí)向n=2能級(jí)躍遷時(shí),發(fā)出的光子能量為E3-E2=-1.51eV- (-3.40)eV=1.89 eV,B項(xiàng)正

12、確;大量處于n=4能級(jí)的氫原子向低能級(jí)躍遷時(shí),發(fā)出光子頻率的數(shù)量可以由公式來(lái)計(jì)算,=6,C項(xiàng)正確;用電子去碰撞氫原子時(shí),入射電子的動(dòng)能可全部或部分被氫原子吸收,所以只要入射電子的動(dòng)能大于或等于基態(tài)和某個(gè)激發(fā)態(tài)的能量差,也可使氫原子激發(fā),故處于n=1能級(jí)的氫原子能吸收能量為13eV的電子的能量,D項(xiàng)正確。 12.如圖所示為氫原子的能級(jí)圖,一群氫原子處于n=4的激發(fā)態(tài),在向較低能級(jí)躍遷的過(guò)程中向外發(fā)出光子,用這些光照射逸出功為1.90eV的金屬銫,下列說(shuō)法正確的是(　　) A.這群氫原子能發(fā)出6種頻率不同的光,其中從n=4躍遷到n=3所發(fā)出的光波長(zhǎng)最長(zhǎng) B.這群氫原子能發(fā)出3種頻率不同的

13、光,其中從n=4躍遷到n=1所發(fā)出的光頻率最高 C.金屬銫表面所發(fā)出的光電子的初動(dòng)能最大值為12.75 eV D.金屬銫表面所發(fā)出的光電子的初動(dòng)能最大值為10.85 eV 【解題指南】解答本題應(yīng)注意以下三點(diǎn): (1)大量處于n能級(jí)的氫原子向低能級(jí)躍遷時(shí),發(fā)出光子頻率的數(shù)量可以由公式來(lái)計(jì)算。 (2)能級(jí)差越大,躍遷時(shí)發(fā)出光子的頻率越大,波長(zhǎng)越短,能級(jí)差越小,躍遷時(shí)發(fā)出光子的頻率越小,波長(zhǎng)越長(zhǎng)。 (3)光電子的最大初動(dòng)能等于光子的能量減去這種金屬的逸出功。 【解析】選A、D。這群粒子能發(fā)出=6種頻率的光子,從n=4躍遷到n=3所發(fā)出的光波的頻率最小,波長(zhǎng)最長(zhǎng),從n=4躍遷到n=1所發(fā)

14、出的光的頻率最高,A對(duì)、B錯(cuò);光電子的最大初動(dòng)能對(duì)應(yīng)入射光子的頻率最高時(shí),最大入射光能量對(duì)應(yīng)的入射光子的頻率最高,即ΔE=E4-E1=-0.85eV-(-13.6 eV)=12.75 eV,由光電效應(yīng)方程知Ek=ΔE-W0=10.85eV,C錯(cuò),D對(duì)。 二、計(jì)算題(本題共4小題,共40分。要有必要的文字說(shuō)明和解題步驟,有數(shù)值計(jì)算的要注明單位) 13.(10分)氫原子處于基態(tài)時(shí),原子能量E1=-13.6eV,普朗克常量取h=6.6×10-34J·s。 (1)處于n=2激發(fā)態(tài)的氫原子,至少要吸收多大能量的光子才能電離? (2)今有一群處于n=4激發(fā)態(tài)的氫原子,可以輻射幾種不同頻率的光?其中

15、最小的頻率是多少?(結(jié)果保留2位有效數(shù)字) 【解析】(1)E2==-3.4eV (2分) E=E∞-E2=3.4eV (2分) (2)N===6(種)　 (2分) E4==-0.85eV (1分) E3==-1.51eV (1分) E4-E3=hνmin　 (1分) νmin=1.6×1014Hz (1分) 答案:(1)3.4eV　(2)6種　1.6×1014Hz 【總結(jié)提升】

16、氫原子能級(jí)的躍遷與電離的對(duì)比 (1)氫原子從低能級(jí)到高能級(jí)躍遷時(shí),電子的能量變大,增大的能量等于高能級(jí)與低能級(jí)間的能量差。即ΔE=Em-En(m>n)。若此能量由光子提供,則氫原子要吸收光子,此光子的能量必須等于兩能級(jí)差,否則不被吸收。若此能量由實(shí)物粒子提供,實(shí)物粒子的動(dòng)能可全部或部分地被原子吸收,所以只要實(shí)物粒子動(dòng)能Ek≥ΔE就可使原子發(fā)生能級(jí)躍遷。 (2)氫原子中的電子克服原子核引力做功,逃逸到無(wú)窮遠(yuǎn)處,成為自由電子即氫原子的電離。所以要使處于某一定態(tài)(En)的氫原子電離,必須使電子逃逸到無(wú)窮遠(yuǎn)處,所需能量ΔE=E∞-En=-En,無(wú)論是光子還是實(shí)物粒子提供能量,只要能量大于等于ΔE即

17、可,多余的能量變?yōu)殡娮觿?dòng)能,即用光子使處于En定態(tài)的氫原子電離,hν≥-En;用實(shí)物粒子使處于En定態(tài)的氫原子電離,實(shí)物粒子動(dòng)能Ek≥-En。 14.(10分)已知?dú)湓拥幕鶓B(tài)電子軌道半徑為r1=0.528×10-10m,量子數(shù)為n的能級(jí)值為En=eV。 (1)求電子在基態(tài)軌道上運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能。 (2)有一群氫原子處于量子數(shù)n=3的激發(fā)態(tài),畫(huà)一張能級(jí)圖,在圖上用箭頭標(biāo)明這些氫原子能發(fā)出哪幾種光譜線。 (靜電力常量k=9×109N·m2/C2,電子電荷量e=1.6×10-19C) 【解題指南】由=,可計(jì)算出電子在任意軌道上運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能Ekn=m=,由En=eV計(jì)算出相應(yīng)量子數(shù)n的能級(jí)值En。

18、 【解析】(1)核外電子繞核做勻速圓周運(yùn)動(dòng),靜電引力提供向心力,則:=　 (2分) 又知Ek=mv2　 (2分) 故電子在基態(tài)軌道的動(dòng)能為: Ek==J=13.6 eV (1分) (2)當(dāng)n=1時(shí),能級(jí)值為E1=eV=-13.6 eV; 當(dāng)n=2時(shí),能級(jí)值為E2=eV=-3.4 eV; 當(dāng)n=3時(shí),能級(jí)值為E3=eV=-1.51 eV;　 (3分) 能發(fā)出光譜線分別為3→2,2→1,3→1共三種,能級(jí)圖如圖所示?！? (2分) 答案:(1)13.6eV　(2)見(jiàn)解析 15.(10分)氫原子處于基態(tài)時(shí)

19、,原子的能量為E1=-13.6eV,當(dāng)處于n=3的激發(fā)態(tài)時(shí),能量為E3=-1.51eV,則: (1)當(dāng)氫原子從n=3的激發(fā)態(tài)躍遷到n=1的基態(tài)時(shí),向外輻射的光子的波長(zhǎng)是多少? (2)若要使處于基態(tài)的氫原子電離,至少要用多大頻率的電磁波照射原子? (3)若有大量的氫原子處于n=3的激發(fā)態(tài),則在躍遷過(guò)程中可能釋放出幾種頻率的光子?其中波長(zhǎng)最長(zhǎng)的是多少? 【解析】(1)根據(jù)玻爾理論E3-E1=h　 (2分) λ==m=1.03×10-7m (1分) (2)要使處于基態(tài)的氫原子電離,入射光子需滿足hν≥0-E1　 (1分) 解得ν≥=Hz=3.28×1

20、015Hz(1分) (3)當(dāng)大量氫原子處于n=3能級(jí)時(shí),可釋放出的光子頻率種類為N==3 (2分) 由于E2==-=-3.4eV (1分) 氫原子由n=3向n=2躍遷時(shí)放出的光子波長(zhǎng)最長(zhǎng),設(shè)為λ′,則h=E3-E2　(1分) 所以λ′==m=6.58×10-7m (1分) 答案:(1)1.03×10-7m　(2)3.28×1015Hz (3)3種　6.58×10-7m 16. (10分)原子可以從原子間的碰撞中獲得能量,從而發(fā)生能級(jí)躍遷(在碰撞中,動(dòng)能損失最大的是完全非彈性碰撞)。一個(gè)具有13.6eV動(dòng)能、處于基態(tài)的氫原子與另一個(gè)靜止的、也處于

21、基態(tài)的氫原子發(fā)生對(duì)心正碰。 (1)是否可以使基態(tài)氫原子發(fā)生能級(jí)躍遷(氫原子能級(jí)如圖所示)? (2)若上述碰撞中可以使基態(tài)氫原子發(fā)生電離,則氫原子的初動(dòng)能至少為多少? 【解析】(1)設(shè)運(yùn)動(dòng)氫原子的速度為v0,完全非彈性碰撞后兩者的速度為v,損失的動(dòng)能ΔE被基態(tài)氫原子吸收。 若ΔE=10.2eV,則基態(tài)氫原子可由n=1躍遷到n=2。 由動(dòng)量守恒和能量守恒有:mv0=2mv　 ①(1分) m=mv2+mv2+ΔE　 ②(1分) m=Ek ③(1分) Ek=13.6eV ④(1分) 解①②③④得,ΔE=×m=6.8eV?！? (1分) 因?yàn)棣=6.8eV<10.2eV,所以不能使基態(tài)氫原子發(fā)生躍遷。 　(1分) (2)若使基態(tài)氫原子電離,則ΔE=13.6eV (2分) 代入①②③得Ek=27.2eV (2分) 答案:(1)不能　(2)27.2eV