（全國通用版）2019版高考物理一輪復習 第十二章 波粒二象性 原子結構 原子核 課時分層作業(yè) 三十四 12.2 原子結構 氫原子光譜.doc
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課時分層作業(yè) 三十四原子結構 氫原子光譜 (45分鐘 100分) 選擇題(本題共16小題,共100分。1～10題為單選題,11～16題為多選題,1～12題每小題6分,13～16題每小題7分) 1.由盧瑟福的原子核式結構模型不能得出的結論是 ( ) A.原子中心有一個很小的原子核 B.原子核是由質子和中子組成的 C.原子質量幾乎全部集中在原子核內 D.原子的正電荷全部集中在原子核內 【解析】選B。當α粒子穿過原子時,電子對α粒子影響很小,影響α粒子運動的主要是原子核,離核遠則α粒子受到的庫侖斥力很小,運動方向改變小。只有當α粒子與核十分接近時,才會受到很大庫侖斥力,而原子核很小,所以α粒子接近它的機會就很少,所以只有極少數(shù)大角度的偏轉,而絕大多數(shù)基本按直線方向前進,因此為了解釋α粒子散射實驗,盧瑟福提出了原子核式結構模型:在原子的中心有一個很小的核,叫原子核,原子的全部正電荷和幾乎全部質量都集中在原子核里,但不能得到原子核內的組成,故B項是不能用盧瑟福原子核式結構模型得出的結論,A、C、D項可以。本題選擇不能得出結論的,故選B。 2.(2018秦皇島模擬)如圖所示,+Q表示金原子核,α粒子射向金核時被散射,其偏轉軌道可能是圖中的 ( ) A.b B.c C.d D.e 【解析】選B。在α粒子的散射現(xiàn)象中粒子所受金原子核的作用力是斥力,故斥力指向軌跡的內側,顯然只有c符合要求,而b是不帶電的,對于e則是帶負電,而d是不可能出現(xiàn)此軌跡的,故B項正確,A、C、D項錯誤。 3.在分析α粒子散射實驗現(xiàn)象時,不考慮電子對α粒子運動軌跡的影響,這是因為α粒子與電子 ( ) A.不會相遇 B.不發(fā)生相互作用 C.發(fā)生的相互作用可以忽略 D.發(fā)生的相互作用可以相互抵消 【解析】選C。盧瑟福在分析α粒子散射實驗現(xiàn)象時,認為電子不會對α粒子偏轉產生影響,其主要原因是電子的質量很小,α粒子與電子發(fā)生的相互作用可以忽略,就算碰到,也不會引起明顯的偏轉;故C項正確,A、B、D項錯誤。 【加固訓練】 根據(jù)盧瑟福提出的原子核式結構模型解釋α粒子散射實驗,使極少數(shù)α粒子發(fā)生大角度偏轉的作用力是 ( ) A.原子核對α粒子的庫侖引力 B.原子核對α粒子的庫侖斥力 C.核外電子對α粒子的庫侖引力 D.核外電子對α粒子的庫侖斥力 【解析】選B。α粒子和電子之間有相互作用力,它們接近時就有庫侖引力作用,但由于電子的質量只有α粒子質量的,粒子與電子碰撞就像一顆子彈與一個灰塵碰撞一樣,α粒子質量大,其運動方向幾乎不改變,只有是原子核對α粒子的庫侖斥力,其力較大,且原子核質量較大,導致極少數(shù)α粒子發(fā)生大角度偏轉,故B項正確,A、C、D項錯誤。 4.不同元素都有自己獨特的光譜線,這是因為各元素的 ( ) A.原子序數(shù)不同 B.原子質量數(shù)不同 C.激發(fā)源能量不同 D.原子能級不同 【解析】選D。當原子從高能態(tài)向低能態(tài)躍遷時放出光子的能量等于前后兩個能級之差。由于原子的能級是分立的,所以放出光子的能量也是分立的,這就是產生原子光譜的原因;由于不同元素的能級差不同,故每種元素都有自己獨特的光譜線,故A、B、C項錯誤,D項正確。 5.(2018石家莊模擬)以下說法中,不屬于玻爾所提出的原子模型理論的是 ( ) A.原子處在具有一定能量的定態(tài)中,雖然電子做圓周運動,但不向外輻射能量 B.原子的不同能量狀態(tài)與電子沿不同的圓軌道繞核運動相對應,而電子的可能軌道分布是不連續(xù)的 C.電子從一個軌道躍遷到另一個軌道時,輻射(或吸收)一定頻率的光子 D.電子躍遷時輻射的光子的頻率等于電子繞核做圓周運動的頻率 【解析】選D。原子處于稱為定態(tài)的能量狀態(tài)時,雖然電子做加速運動,但并不向外輻射能量,故A項正確;原子的不同能量狀態(tài)與電子沿不同的圓軌道繞核運動相對應,而電子的可能軌道的分布是不連續(xù)的,故B項正確;電子從一個軌道躍遷到另一軌道時,輻射(或吸收)一定頻率的光子,故C項正確;電子躍遷時輻射的光子的頻率等于能級差值,與電子繞核做圓周運動的頻率無關,故D項錯誤;本題選不屬于玻爾所提出的原子模型理論的,故選D。 6.一個氫原子從n=3能級躍遷到n=2能級,則關于氫原子判斷正確的是( ) A.吸收光子,能量增加 B.吸收光子,能量減少 C.放出光子,能量增加 D.放出光子,能量減少 【解析】選D。氫原子從n=3能級躍遷到n=2能級,原子能量減小,向外輻射光子,輻射的光子能量等于兩能級間的能級差,故D項正確,A、B、C項錯誤。 7.(2018武漢模擬)根據(jù)玻爾理論,氫原子的能級公式為En=(n為能級,A為基態(tài)能量),一個氫原子中的電子從n=4的能級直接躍遷到基態(tài),在此過程中 ( ) A.氫原子輻射一個能量為的光子 B.氫原子輻射一個能量為-的光子 C.氫原子輻射一系列頻率的光子其中頻率最大的光子能量為 D.氫原子輻射一系列頻率的光子,其中頻率最大的光子能量為- 【解析】選B。一個氫原子中的電子從n=4的能級直接躍遷到基態(tài)的過程中,只能向外輻射一個光子;由玻爾理論可知輻射的光子的能量:ΔE=E4-E1=-A=-,故B項正確,A、C、D項錯誤。 8.用波長為λ0的光照射大量處于基態(tài)的氫原子,在所發(fā)射的光譜中僅有波長分別為λ1、λ2、λ3的三條譜線,且λ1>λ2>λ3,則 ( ) A.λ0=λ1 B.λ0=λ2+λ3 C.=+ D.=+ 【解析】選C。用波長為λ0的光照射大量處于基態(tài)的氫原子,在所發(fā)射的光譜中僅能觀測到波長分別為λ1,λ2,λ3的三條譜線,因λ1>λ2>λ3,則三條譜線中的λ1最大,則頻率最小,且λ3=λ0,h+h=h=h,化簡,則有:=+,故A、B、D項錯誤,C項正確。 【加固訓練】 (2018青島模擬)原子從a能級狀態(tài)躍遷到b能級狀態(tài)時發(fā)射波長為λ1的光子;原子從b能級狀態(tài)躍遷到c能級狀態(tài)時吸收波長為λ2的光子,已知λ1>λ2。那么原子從a能級狀態(tài)躍遷到c能級狀態(tài)時將要 ( ) A.發(fā)出波長為λ1-λ2的光子 B.發(fā)出波長為的光子 C.吸收波長為λ1-λ2的光子 D.吸收波長為的光子 【解析】選D。由題意,原子從a能級狀態(tài)躍遷到b能級狀態(tài)時發(fā)射光子,說明a能級高于b能級;原子從b能級狀態(tài)躍遷到c能級狀態(tài)時吸收光子,說明c能級高于b能級;據(jù)題意,λ1>λ2,根據(jù)光子能量公式E=h得知,從a能級躍遷到b能級時發(fā)射的光子能量小于從b能級躍遷到c能級時吸收的光子,根據(jù)玻爾理論可知,c能級高于a能級,所以原子從a能級狀態(tài)躍遷到c能級狀態(tài)時將要吸收光子。根據(jù)玻爾理論得:a→b:Ea-Eb=h;b→c:Ec-Eb=h;a→c:Ec-Ea=h;聯(lián)立三式得, λ=。 9.(2018上饒模擬)圖中畫出了氫原子的4個能級,并注明了相應的能量E。處在n=4的能級的1 200個氫原子向低能級躍遷時,能夠發(fā)出若干種不同頻率的光子。若這些受激氫原子最后都回到基態(tài),假定處在量子數(shù)為n的激發(fā)態(tài)的氫原子躍遷到各較低能級的原子數(shù)都是處在該激發(fā)態(tài)能級上的原子總數(shù)的,已知金屬鉀的逸出功為2.22 eV。則在此過程中發(fā)出的光子,能夠從金屬鉀的表面打出光電子的光子數(shù)為 ( ) A.2 200 B.2 000 C.1 600 D.2 400 【解析】選C。根據(jù)題中所給信息,處在量子數(shù)為4的激發(fā)態(tài)的氫原子躍遷到各較低能級的原子數(shù)都是處在該激發(fā)態(tài)能級上的原子總數(shù)的,即向量子數(shù)為2、3的激發(fā)態(tài)和基態(tài)各躍遷1 200=400個,發(fā)出光子4003=1 200個;同理,處在量子數(shù)為3的激發(fā)態(tài)的400個氫原子躍遷到量子數(shù)為2的激發(fā)態(tài)和基態(tài)的原子數(shù)都是400=200個,發(fā)出光子2002=400個;處在量子數(shù)為2的激發(fā)態(tài)的400+200=600個氫原子躍遷到基態(tài)的原子數(shù)是6001=600個,發(fā)出光子600個。處在n=4的能級的一群氫原子向低能級躍遷時能發(fā)出不同光電子的數(shù)目為=6種,n=4躍遷到n=3輻射的光子能量為0.66 eV,n=3躍遷到n=2輻射的光子能量為1.89 eV,均小于2.22 eV,不能使金屬鉀發(fā)生光電效應,其他四種光子能量都大于2.22 eV,所以在此過程中能夠從金屬鉀的表面打出光電子的光子數(shù)為1 600個,故C項正確。 【加固訓練】 氫原子能級如圖,當氫原子從n=3躍遷到n=2的能級時,輻射光的波長為656 nm。以下判斷正確的是 ( ) A.氫原子從n=2躍遷到n=1的能級時,輻射光的波長大于656 nm B.用波長為325 nm的光照射,可使氫原子從n=1躍遷到n=2的能級 C.一個處于n=3能級上的氫原子向低能級躍遷時最多產生3種譜線 D.用波長為633 nm的光照射,不能使氫原子從n=2躍遷到n=3的能級 【解析】選D。能級間躍遷輻射的光子能量等于兩能級間的能級差,能級差越大,輻射的光子頻率越大,波長越小,故A項錯誤;由Em-En=h可知,故B項錯誤,D項正確;一個處于n=3能級上的氫原子向低能級躍遷時最多產生2種譜線,故C項錯誤。 10.不同色光的光子能量如表所示。氫原子部分能級的示意圖如圖所示。 色光 紅 橙 黃 綠 藍-靛 紫 光子能量范圍(eV) 1.61～ 2.00 2.00～ 2.07 2.07～ 2.14 2.14～ 2.53 2.53～ 2.76 2.76～ 3.10 大量處于n=4能級的氫原子,發(fā)射出的光的譜線在可見光范圍內,其顏色分別為 ( ) A.紅、藍-靛 B.紅、紫 C.橙、綠 D.藍-靛、紫 【解析】選A。大量處于n=4激發(fā)態(tài)的氫原子,能夠發(fā)出12.75 eV、12.09 eV、10.2 eV、2.55 eV、1.89 eV、0.66 eV的六種光子,對照表格,1.89 eV和2.55 eV屬于可見光,則1.89 eV的光子為紅光,2.55 eV的光子為藍-靛,故A項正確,B、C、D項錯誤。 11.關于α粒子散射實驗和盧瑟福的原子核式結構,下列說法正確的是 ( ) A.α粒子散射實驗揭示了原子核的組成 B.利用α粒子散射實驗可以估算原子核的半徑 C.少數(shù)α粒子發(fā)生了較大偏轉,盧瑟福認為是環(huán)境的影響 D.能發(fā)生大角度偏轉的α粒子是穿過原子時離原子核較近的α粒子 【解析】選B、D。α粒子散射實驗現(xiàn)象盧瑟福提出了原子核式結構模型的假設,而并不是揭示了原子核的組成,故A項錯誤;利用α粒子散射實驗現(xiàn)象,極少數(shù)大角度偏轉,可以估算原子核的半徑,故B項正確;能發(fā)生大角度偏轉的α粒子是穿過原子時離原子核較近的α粒子,故C項錯誤,D項正確。 【加固訓練】 (多選)(2018張掖模擬)α粒子散射實驗結果表明 ( ) A.原子中絕大部分是空的 B.原子中全部正電荷都集中在原子核上 C.原子內有中子 D.原子的質量幾乎全部都集中在原子核上 【解析】選A、B、D。α粒子散射實驗現(xiàn)象為:絕大多數(shù)α粒子穿過金箔后仍沿原來的方向前進,但有少數(shù)α粒子發(fā)生了較大的偏轉,并有極少數(shù)α粒子的偏轉超過90,有的甚至幾乎達到180而被反彈回來。盧瑟福根據(jù)該實驗現(xiàn)象提出了原子具有核式結構模型:原子中絕大部分是空的,全部正電荷都集中在原子核上,質量幾乎全部都集中在原子核上,故A、B、D項正確,C項錯誤。 12.(2018福州模擬)氫原子的核外電子由離核較遠的軌道躍遷到離核較近的軌 道上時,下列說法中正確的是 ( ) A.核外電子受力變小 B.原子的能量減少,電子的動能增加 C.氫原子要吸收一定頻率的光子 D.氫原子要放出一定頻率的光子 【解析】選B、D。根據(jù)F=得,軌道半徑減小,則核外電子受力變大,故A項錯誤;從距核較遠的軌道躍遷到離核較近的軌道過程中,能級減小,總能量減小,根據(jù)=知,電子的動能增加,故B項正確;從距核較遠的軌道躍遷到離核較近的軌道過程中,總能量減小,要放出一定頻率的光子,故C項錯誤,D項正確。 13.μ子與氫原子核(質子)構成的原子稱為μ氫原子(bydrogen muonatom)。它在原子核物理的研究中有重要作用。圖為μ氫原子的能級示意圖,假定光子能量為E的一束光照射容器中大量處于n=2能級的μ氫原子,μ氫原子吸收光子后,發(fā)出頻率為ν1、ν2、ν3、ν4、ν5和ν6的光,且頻率依次增大,則 ( ) A.μ氫原子吸收光子后處于n=5能級 B.μ氫原子吸收光子后處于n=4能級 C.E等于h(ν6-ν4) D.E等于h(ν5-ν2) 【解析】選B、C。μ子吸收能量后從n=2能級躍遷到較高m能級,然后從m能級向較低能級躍遷,若從m能級向低能級躍遷時如果直接躍遷到基態(tài)n=1能級,則輻射的能量最大,否則躍遷到其他較低的激發(fā)態(tài)時μ子仍不穩(wěn)定,將繼續(xù)向基態(tài)和更低的激發(fā)態(tài)躍遷,即1、2、3…m任意兩個軌道之間都可以產生一種頻率的輻射光,故總共可以產生的輻射光子的種類n==6,解得:m=4,即μ子吸收能量后先從n=2能級躍遷到n=4能級,然后從n=4能級向低能級躍遷,故A項錯誤,B項正確;輻射的光子按能量從小到大的順序排列為能級4到能級3,能級3到能級2,能級4到能級2,能級2到能級1,能級3到能級1,能級4到能級1。所以能量E與hν3相等,也等于h(ν1+ν2),也等于h(ν6-ν4),故C項正確,D項錯誤。 14.(2018池州模擬)如圖是玻爾為解釋氫原子光譜畫出的氫原子能級示意圖。一群氫原子處于n=4的激發(fā)態(tài),當它們自發(fā)地躍遷到較低能級時,以下說法符合玻爾理論的有 ( ) A.電子軌道半徑減小,動能增大 B.氫原子躍遷時,可產生連續(xù)光譜 C.由n=4躍遷到n=1時發(fā)出光子的頻率最小 D.金屬鉀的逸出功為2.21 eV,能使金屬鉀發(fā)生光電效應的光譜線有4條 【解題指導】解答本題應注意以下三點: (1)根據(jù)電子軌道半徑的變化,結合庫侖引力提供向心力分析電子動能的變化; (2)能級躍遷時輻射的光子能量等于兩能級間的能級差,能級差越大,輻射的光子頻率越大; (3)根據(jù)輻射的光子能量與逸出功的關系,判斷能否發(fā)生光電效應。 【解析】選A、D。電子的軌道半徑減小,根據(jù)k=m知,電子的動能增大,故A項正確;氫原子躍遷時,輻射的光子能量等于兩能級的能級差,由于能級差是量子化的,則輻射的光子頻率是量子化的,不是連續(xù)光譜,故B項錯誤;由于n=4和n=1間的能級差最大,輻射的光子頻率最大,故C項錯誤;一群氫原子處于n=4的激發(fā)態(tài),能輻射6種不同頻率的光子,從n=4躍遷到n=1,n=3躍遷到n=1,n=2躍遷到n=1,n=4躍遷到n=2輻射的光子能量均大于金屬的逸出功,則能使金屬鉀發(fā)生光電效應的光譜線有4條,故D項正確。 15.如圖所示是氫原子的能級圖,大量處于n=4激發(fā)態(tài)的氫原子向低能級躍遷時,一共可以輻射出6種不同頻率的光子,其中巴耳末系是指氫原子由高能級向n=2能級躍遷時釋放的光子,則 ( ) A.6種光子中波長最長的是n=4激發(fā)態(tài)躍遷到n=3激發(fā)態(tài)時產生的 B.6種光子中有3種屬于巴耳末系 C.使n=4能級的氫原子電離至少要0.85 eV的能量 D.若從n=2能級躍遷到基態(tài)釋放的光子能使某金屬板發(fā)生光電效應,則從n=3能級躍遷到n=2能級釋放的光子也一定能使該金屬板發(fā)生光電效應 【解析】選A、C。n=4激發(fā)態(tài)躍遷到n=3激發(fā)態(tài)時產生光子的能量最小,根據(jù)E=h知,波長最長,故A項正確;巴耳末系是指氫原子由高能級向n=2能級躍遷時釋放的光子,6種光子中從n=4→2與n=3→2的屬于巴耳末系,即2種,故B項錯誤;n=4能級的氫原子具有的能量為-0.85 eV,故要使其發(fā)生電離能量變?yōu)?,至少需要0.85 eV的能量,故C項正確;從n=2能級躍遷到基態(tài)釋放的光子能量為 13.6 eV-3.4 eV=10.2 eV,若能使某金屬板發(fā)生光電效應,從n=3能級躍遷到n=2能級釋放的光子能量3.4 eV-1.51 eV=1.89 eV<10.2 eV,不一定能使該板發(fā)生光電效應,D項錯誤。 16.(2018襄陽模擬)用大量具有一定能量的電子轟擊大量處于基態(tài)的氫原子,觀測到了一定數(shù)目的光譜線。調高電子的能量再次進行觀測,發(fā)現(xiàn)光譜線的數(shù)目比原來增加了5條。用Δn表示兩次觀測中最高激發(fā)態(tài)的量子數(shù)n之差,E表示調高后電子的能量。根據(jù)氫原子的能級圖,可以判斷,Δn和E的可能值為 ( ) A.Δn=2,13.22 eV
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