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第3章 原子世界探秘 章末檢測試卷(三) (時(shí)間：90分鐘　滿分：100分) 一、選擇題(本題共12小題，每小題4分，共48分；其中1～6題為單項(xiàng)選擇題，7～12題為多項(xiàng)選擇題) 1．下列敘述中符合物理學(xué)史的有(　　) A．湯姆生通過研究陰極射線實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)了電子和質(zhì)子的存在 B．盧瑟福通過對α粒子散射實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的分析，證實(shí)了原子核是可以再分的 C．牛頓發(fā)現(xiàn)了日光通過三棱鏡后的色散現(xiàn)象，并把得到的彩色光帶叫做光譜 D．玻爾提出的原子模型，徹底否定了盧瑟福的原子核式結(jié)構(gòu)學(xué)說 答案　C 解析　湯姆生通過研究陰極射線發(fā)現(xiàn)了電子，A錯(cuò)誤；盧瑟福通過對α粒子散射實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的分析，得出了原子的核式結(jié)構(gòu)模型，B錯(cuò)；17世紀(jì)，牛頓發(fā)現(xiàn)了日光通過三棱鏡后的色散現(xiàn)象，并將實(shí)驗(yàn)得到的彩色光帶叫做光譜，C正確；玻爾的原子模型是在核式結(jié)構(gòu)模型的基礎(chǔ)上提出的幾條假設(shè)，并沒有徹底否定核式結(jié)構(gòu)學(xué)說，D錯(cuò)誤． 2．當(dāng)α粒子穿過金箔發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)的過程中，下列說法正確的是(　　) A．α粒子先受到原子核的斥力作用，后受原子核的引力作用 B．α粒子一直受到原子核的斥力作用 C．α粒子先受到原子核的引力作用，后受到原子核的斥力作用 D．α粒子一直受到庫侖斥力，速度一直減小 答案　B 解析　α粒子與金原子核帶同種電荷，兩者相互排斥，故A、C錯(cuò)誤，B正確；α粒子在靠近金原子核時(shí)斥力做負(fù)功，速度減小，遠(yuǎn)離時(shí)斥力做正功，速度增大，故D錯(cuò)誤． 3．仔細(xì)觀察氫原子的光譜，發(fā)現(xiàn)它只有幾條分離的不連續(xù)的亮線，其原因是(　　) A．氫原子只有幾個(gè)能級 B．氫原子只能發(fā)出平行光 C．氫原子有時(shí)發(fā)光，有時(shí)不發(fā)光 D．氫原子輻射的光子的能量是不連續(xù)的，所以對應(yīng)的光的頻率也是不連續(xù)的 答案　D 解析　氫原子在不同的能級之間躍遷時(shí)，輻射出不同能量的光子，并且滿足E＝hν.能量不同，相應(yīng)光子頻率不同，體現(xiàn)在光譜上是一些不連續(xù)的亮線． 4．關(guān)于線狀譜，下列說法中正確的是(　　) 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)中的線狀譜不同 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 答案　C 解析　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，不會因溫度、物質(zhì)不同而改變，選項(xiàng)C正確． 5．根據(jù)玻爾的氫原子理論，當(dāng)某個(gè)氫原子吸收一個(gè)光子后(　　) A．氫原子所在的能級下降 B．氫原子的電勢能增加 C．電子繞核運(yùn)動的半徑減小 D．電子繞核運(yùn)動的動能增加 答案　B 解析　根據(jù)玻爾的氫原子理論，當(dāng)某個(gè)氫原子吸收一個(gè)光子后，氫原子的能級上升，電子繞核運(yùn)動的半徑增大，A、C錯(cuò)誤；電子與原子核間的距離增大，庫侖力做負(fù)功，電勢能增大，B正確；電子圍繞原子核做圓周運(yùn)動，庫侖力提供向心力，由＝，可得Ek＝mv2＝，半徑增大，動能減小，故D錯(cuò)誤． 6．已知?dú)湓拥幕鶓B(tài)能量為E1，不同能級的能量En＝，其中n＝1,2,3，….用h表示普朗克常量，c表示真空中的光速．能使氫原子從第一激發(fā)態(tài)電離的光子的最大波長為(　　) A．－ B．－ C．－ D．－ 答案　C 解析　依題意可知第一激發(fā)態(tài)能量為E2＝，要將其電離，需要的能量至少為ΔE＝0－E2＝hν，根據(jù)波長、頻率與波速的關(guān)系c＝νλ，聯(lián)立解得最大波長λ＝－，選項(xiàng)C正確． 7．如圖1為氫原子能級示意圖的一部分，則氫原子(　　) 圖1 A．從n＝4能級躍遷到n＝3能級比從n＝3能級躍遷到n＝2能級輻射出電磁波的波長長 B．處于不同能級時(shí)，核外電子在各處出現(xiàn)的概率是一樣的 C．從高能級向低能級躍遷時(shí)，氫原子一定向外放出能量 D．處于n＝5能級的一群氫原子躍遷時(shí)，最多可以發(fā)出6種不同頻率的光子 答案　AC 解析　根據(jù)ΔE＝hν，ν＝，可知λ＝＝，從n＝4能級躍遷到n＝3能級比從n＝3能級躍遷到n＝2能級放出的能量少，所以從n＝4能級躍遷到n＝3能級比從n＝3能級躍遷到n＝2能級輻射出電磁波的波長長，選項(xiàng)A正確；處于不同能級時(shí)，核外電子在各處出現(xiàn)的概率不相同，B錯(cuò)誤；從高能級向低能級躍遷時(shí)，氫原子一定向外放出能量，C正確；處于n＝5能級的一群氫原子躍遷時(shí)，最多可以發(fā)出10種不同頻率的光子，D錯(cuò)誤． 8．關(guān)于α粒子散射實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的分析，下列說法正確的是(　　) A．絕大多數(shù)α粒子沿原方向運(yùn)動，說明正電荷在原子內(nèi)均勻分布，使α粒子受力平衡的結(jié)果 B．絕大多數(shù)α粒子沿原方向運(yùn)動，說明這些α粒子未受到明顯的力的作用，說明原子內(nèi)大部分空間是空的 C．極少數(shù)α粒子發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)，說明原子內(nèi)質(zhì)量和電荷量比α粒子大得多的粒子在原子內(nèi)分布空間很小 D．極少數(shù)α粒子發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)，說明原子內(nèi)的電子對α粒子的吸引力很大 答案　BC 解析　在α粒子散射實(shí)驗(yàn)中，絕大多數(shù)α粒子沿原方向運(yùn)動，說明這些α粒子未受到原子核明顯的力的作用，也說明原子核相對原子來講很小，原子內(nèi)大部分空間是空的，故A錯(cuò)，B對；極少數(shù)α粒子發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)，說明會受到原子核明顯的力的作用的空間在原子內(nèi)很小，α粒子偏轉(zhuǎn)而原子核未動，說明原子核的質(zhì)量和電荷量遠(yuǎn)大于α粒子的質(zhì)量和電荷量，因電子的質(zhì)量遠(yuǎn)小于α粒子的質(zhì)量，α粒子打在電子上，不會有明顯偏轉(zhuǎn)，故C對，D錯(cuò)． 9．已知基態(tài)氫原子能量E1＝－13.6eV，欲使處于基態(tài)的氫原子激發(fā)，下列措施可行的是(　　) A．用10.2eV的光子照射 B．用11eV的光子照射 C．用14eV的光子照射 D．用11eV的電子碰撞 答案　ACD 解析　10.2 eV＝E2－E1＝－3.4 eV－(－13.6 eV)，A正確.11 eV不等于任何其他能級與基態(tài)的能級差，B錯(cuò)誤.14 eV>13.6 eV，可使其電離，C正確．若用電子碰撞，只需大于E2－E1＝ 10.2 eV即可，D正確． 10．已知金屬鈣的逸出功為2.7eV，氫原子的能級圖如圖2所示，一群氫原子處于量子數(shù)n＝4的能級狀態(tài)，則(　　) 圖2 A．氫原子可能輻射6種頻率的光子 B．氫原子可能輻射8種頻率的光子 C．有3種頻率的輻射光子能使鈣發(fā)生光電效應(yīng) D．有4種頻率的輻射光子能使鈣發(fā)生光電效應(yīng) 答案　AC 解析　由N＝知，氫原子可能放出6種頻率的光子，選項(xiàng)A正確，B錯(cuò)誤；原子由n＝4能級向低能級躍遷放出的6種頻率的光子中，由hν＝Em－En知有3種頻率的光子能量大于金屬鈣的逸出功2.7eV，所以選項(xiàng)C正確，D錯(cuò)誤． 11．氫原子的核外電子由離核較遠(yuǎn)的軌道躍遷到離核較近的軌道上時(shí)，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 答案　BD 解析　氫原子的核外電子由離核較遠(yuǎn)的軌道躍遷到離核較近的軌道上時(shí)，r減小，由庫侖定律知核外電子受力變大，A錯(cuò)；由k＝m得Ek＝mv2＝，知電子的動能變大，由En＝－eV知n減小時(shí)原子能量減少，B對；電子由高能級向低能級躍遷時(shí)要放出一定頻率的光子，C錯(cuò)，D對． 12．氫原子能級圖的一部分如圖3所示，a、b、c分別表示氫原子在不同能級間的三種躍遷途徑，設(shè)在a、b、c三種躍遷過程中，放出光子的能量和波長分別是Ea、Eb、Ec和λa、λb、λc，則(　　) 圖3 A．λb＝λa＋λc B.＝＋ C．λb＝λaλc D．Eb＝Ea＋Ec 答案　BD 解析　Ea＝E3－E2，Eb＝E3－E1，Ec＝E2－E1，所以Eb＝Ea＋Ec，D正確；由ν＝得λa＝，λb＝，λc＝，取倒數(shù)后得到＝＋，B正確． 二、填空題(本題共2小題，共12分) 13．(6分)如圖所示，四個(gè)示意圖所表示的實(shí)驗(yàn)中能說明原子核式結(jié)構(gòu)的是________． 答案　A 解析　圖A是α粒子散射實(shí)驗(yàn)，反映了原子的核式結(jié)構(gòu)． 14．(6分)根據(jù)玻爾原子結(jié)構(gòu)理論，氦離子(He＋)的能級圖如圖4所示．電子處在n＝3軌道上比處在n＝5軌道上離氦核的距離________(選填“近”或“遠(yuǎn)”)．當(dāng)大量He＋處在n＝4的激發(fā)態(tài)時(shí)，由于躍遷所發(fā)出的譜線有________條． 圖4 答案　近　6 解析　量子數(shù)越大，軌道越遠(yuǎn)，電子處在n＝3軌道上比處在n＝5軌道上離氦核的距離要近；處在n＝4的激發(fā)態(tài)時(shí)，由于躍遷所發(fā)出譜線有C＝6條． 三、計(jì)算題(本題共4小題，共40分) 15．(8分)氫原子的基態(tài)能量E1＝－13.6eV，電子繞核運(yùn)動的半徑r1＝0.5310－10m，則氫原子處于n＝2的激發(fā)態(tài)時(shí)(普朗克常量h＝6.6310－34Js，k＝9109Nm2/C2，電子電荷量e＝1.610－19C) (1)原子系統(tǒng)具有的能量是多少？ (2)電子在軌道上運(yùn)動的動能為多少？ (3)電子具有的電勢能為多少？ 答案　(1)－3.4eV　(2)3.4eV　(3)－6.8eV 解析　(1)由En＝可得E2＝－eV＝－3.4eV，即為原子系統(tǒng)的能量． (2)由F＝＝得，Ek2＝mv2＝＝， 代入數(shù)據(jù)，解得Ek2≈3.4eV， 即電子在軌道上的動能為3.4eV. (3)由Epn＝En－Ekn，得Ep2＝2E2＝－6.8eV，即電子具有的電勢能為－6.8eV. 16．(10分)有大量的氫原子吸收某種頻率的光子后從基態(tài)躍遷到n＝3的激發(fā)態(tài)，已知?dú)湓犹幱诨鶓B(tài)時(shí)的能量為E1，氫原子各能級關(guān)系為En＝E1(n＝1,2,3，…)，則吸收光子的頻率ν是多少？當(dāng)這些處于激發(fā)態(tài)的氫原子向低能級躍遷發(fā)光時(shí)，最多可發(fā)出幾條譜線？輻射光子的能量分別為多少？(答案用字母表示) 答案　見解析 解析　據(jù)躍遷理論hν＝E3－E1， 而E3＝E1，所以ν＝＝－. 由于是大量原子，可從n＝3直接躍遷到n＝1，從n＝3躍遷到n＝2，再從n＝2躍遷到n＝1，故應(yīng)有三條譜線， 輻射光子的能量分別為E3－E1、E3－E2、E2－E1，即－E1、－E1、－E1. 17．(10分)如圖5所示，讓一束均勻的陰極射線從兩極板正中間垂直穿過正交的電磁場，選擇合適的磁感應(yīng)強(qiáng)度B和兩極之間的電壓U，帶電粒子將不發(fā)生偏轉(zhuǎn)，然后撤去電場，粒子將做勻速圓周運(yùn)動，并垂直打到極板上，兩極板之間的距離為d，則陰極射線中帶電粒子的比荷為多少？ 圖5 答案　 解析　設(shè)陰極射線粒子的電荷量為q，質(zhì)量為m，則在電磁場中由平衡條件得 q＝qvB① 撤去電場后，由牛頓第二定律得 qvB＝② R＝③ 解①②③得＝. 18．(12分)氫原子處于基態(tài)時(shí)，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：(h＝6.6310－34Js) (1)當(dāng)氫原子從n＝3的激發(fā)態(tài)躍遷到基態(tài)時(shí)，向外輻射的光子的波長是多少？ (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)，則在躍遷過程中可能釋放出幾種頻率的光子？其中最長波長是多少？ 答案　(1)1.0310－7m　(2)3.281015Hz (3)3種　6.5810－7m 解析　(1)根據(jù)玻爾理論 E3－E1＝h λ＝ ＝m ≈1.0310－7m (2)要使處于基態(tài)的氫原子電離，入射光子須滿足hν≥0－E1 解得ν≥－＝Hz ≈3.281015Hz. (3)當(dāng)大量氫原子處于n＝3能級時(shí)，可能釋放出的光子頻率種類為N＝＝3種 由于E2＝＝－＝－3.4eV 氫原子由n＝3能級向n＝2能級躍遷時(shí)放出的光子波長最長，設(shè)為λ′，則h＝E3－E2 所以λ′＝＝m ≈6.5810－7m.