高中物理人教版5第十八章原子结构单元测试 2023版第18章章末分层突破3

章末综合测评(三)(时间：60分钟满分：100分)一、选择题(本题包括8小题，每小题6分，共48分，在每小题给出的4个选项中，第1～4题只有一个选项符合要求，第5～8题有多个选项符合要求．全选对的得6分，选对但不全的得3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．查德威克通过对α粒子散射实验现象的分析，提出了原子的核式结构模型D．玻尔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【解析】汤姆孙通过研究阴极射线发现了电子，A对；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、C错；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错误．【答案】A2．关于阴极射线的性质，下列说法正确的是()A．阴极射线是电子打在玻璃管壁上产生的B．阴极射线本质是电子C．阴极射线在电磁场中的偏转表明阴极射线带正电D．阴极射线的比荷比氢原子核小【解析】阴极射线是原子受激发射出的电子流，故A、C错，B对；电子带电量与氢原子相同，但质量是氢原子的eq\f(1,1836)，故阴极射线的比荷比氢原子大，D错．【答案】B3．如图1所示，a、b、c、d分别表示氢原子在不同能级间的四种跃迁，辐射光子频率最大的是()【导学号：54472066】图1A．a B．bC．c D．d【解析】hνa＝E2－E1＝eV，hνb＝E3－E1＝eV，hνc＝E3－E2＝eV，hνd＝E4－E3＝eV，故频率最大的是b光子，选项B正确．【答案】B4．已知处于某一能级n上的一群氢原子向低能级跃迁时，能够发出10种不同频率的光，下列表示辐射光波长最长的那种跃迁的示意图是()【导学号：54472067】【解析】根据能级图可知，从n＝5到n＝4时能级差最小，辐射光子的能量最小，所以其波长最长．【答案】A5．处于基态的氢原子吸收一个光子后，则下列说法正确的是()【导学号：54472064】A．电子绕核旋转半径增大B．电子的动能增大C．氢原子的电势能增大D．氢原子的总能量增加【解析】由玻尔理论可知，氢原子吸收光子后，应从离核较近的轨道跃迁到离核较远的轨道，在此跃迁过程中，电场力对电子做负功，电势能增加．另由经典电磁理论知，电子绕核做匀速圆周运动的向心力即为氢核对电子的库仑力，故eq\f(ke2,r2)＝eq\f(mv2,r)，所以Ek＝eq\f(1,2)mv2＝eq\f(ke2,2r).可见，电子运动轨道半径增大，动能减小，再结合能量守恒定律，氢原子吸收光子，总能量增加，故正确选项为A、C、D.【答案】ACD6．根据氢原子的玻尔模型，氢原子核外电子在第一轨道和第二轨道运行时()A．轨道半径之比为1∶4 B．速度之比为4∶1C．周期之比为1∶8 D．动能之比为4∶1【解析】由玻尔公式rn＝n2r1，所以轨道半径之比为r1∶r2＝12∶22＝1∶4，故A对．根据库仑定律和牛顿第二定律有：keq\f(e2,r\o\al(2,n))＝meq\f(v\o\al(2,n),rn)，vn＝eq\r(\f(ke2,mrn))，所以速度之比为eq\f(v1,v2)＝eq\r(\f(r2,r1))＝2∶1，故B错．根据库仑定律和牛顿第二定律有：keq\f(e2,r\o\al(2,n))＝m(eq\f(2π,T))2rn，T＝eq\r(\f(4π2mr\o\al(3,n),ke2))，所以周期之比为eq\f(T1,T2)＝eq\r(\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(r1,r2)))3)＝1∶8，故C对．根据eq\f(1,2)mveq\o\al(2,n)＝eq\f(1,2)keq\f(e2,rn)，所以动能之比为eq\f(Ek1,Ek2)＝eq\f(r2,r1)＝4∶1，故D对．【答案】ACD7．关于光谱，下列说法正确的是()A．太阳光谱是吸收光谱B．太阳光谱中的暗线，是太阳光经过太阳大气层时某些特定频率的光被吸收后而产生的C．根据太阳光谱中的暗线，可以分析太阳的物质组成D．根据太阳光谱中的暗线，可以分析地球大气层中含有哪些元素【解析】太阳光谱是吸收光谱．因为太阳是一个高温物体，它发出的白光通过温度较低的太阳大气层时，会被太阳大气层中的某些元素的原子吸收，从而使我们观察到的太阳光谱是吸收光谱，所以分析太阳的吸收光谱，可知太阳大气层的物质组成，而某种物质要观察到它的吸收光谱，要求它的温度不能太低，但也不能太高，否则会直接发光，由于地球大气层的温度很低，所以太阳光通过地球大气层时不会被地球大气层中的物质原子吸收．上述选项中正确的是A、B.【答案】AB8．关于氢原子能级的跃迁，下列叙述中正确的是()A．用波长为60nm的X射线照射，可使处于基态的氢原子电离出自由电子B．用能量为eV的光子照射，可使处于基态的氢原子跃迁到激发态C．用能量为eV的光子照射，可使处于基态的氢原子跃迁到激发态D．用能量为eV的光子照射，可使处于基态的氢原子跃迁到激发态【解析】根据玻尔理论，只有那些能量刚好等于两能级间的能量差的光子才能被氢原子所吸收(即hν＝Em－En)，使氢原子发生跃迁．当氢原子由基态向n＝2、3、4…轨道跃迁时应吸收的光子能量分别为：ΔE21＝E2－E1＝eq\f(E1,22)－E1＝－eq\f,4)eV－(－eV＝eV，ΔE31＝E3－E1＝eq\f(E1,32)－E1＝－eq\f,9)eV－(－eV＝eV，ΔE41＝E4－E1＝eq\f(E1,42)－E1＝－eq\f,16)eV－(－eV＝eV，ΔE∞1＝0－E1＝－(－eV)＝eV(电离)．波长为λ＝60nm的X射线，其光子能量E＝h·eq\f(c,λ)＝×10－34×eq\f(3×108,60×10－9)J＝×10－18J＝eV>ΔE∞1.所以可使氢原子电离，A正确；比较B、C、D选项中的光子能量与各能级与基态的能量差，知道只有B项中光子可使氢原子从基态跃迁到n＝2的激发态，B正确．【答案】AB二、非选择题(本题共5小题，共52分．按题目要求作答．)9．(6分)如图2是教材中的实验插图，该图是著名的α粒子散射实验示意图，由此科学家卢瑟福提出了________模型．图2【解析】卢瑟福根据α粒子散射实验，提出了原子核式结构模型．【答案】原子核式结构10．(6分)氢原子从n＝3的能级跃迁到n＝2的能级放出光子的频率为ν，则它从基态跃迁到n＝4的能级吸收的光子频率为________.【导学号：54472241】【解析】设氢原子基态能量为E1，则由玻尔理论可得：eq\f(1,9)E1－eq\f(1,4)E1＝hν，eq\f(1,16)E1－E1＝hν41，解得：吸收的光子频率ν41＝eq\f(27,4)ν.【答案】eq\f(27,4)ν11．(12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，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？【导学号：54472242】【解析】据跃迁理论hν＝E3－E1，而E3＝eq\f(1,9)E1，所以ν＝eq\f(E3－E1,h)＝－eq\f(8E1,9h).由于是大量原子，可从n＝3跃迁到n＝1，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－eq\f(8,9)E1，－eq\f(5,36)E1，－eq\f(3,4)E1.【答案】见解析12．(12分)氢原子的能级图如图3所示．原子从能级n＝3向n＝1跃迁所放出的光子，正好使某种金属材料产生光电效应．有一群处于n＝4能级的氢原子向较低能级跃迁时所发出的光照射该金属．普朗克常量h＝×10－34J·s，求：图3(1)氢原子向较低能级跃迁时共能发出几种频率的光；(2)该金属的逸出功和截止频率．【解析】(1)处于n＝4能级的氢原子向低能级跃迁时可产生的光的频率的种数为N＝eq\f(nn－1,2)＝eq\f(4×3,2)＝6(种)．(2)W＝E3－E1＝eV，E3－E1＝hν解得ν＝×1015Hz.【答案】(1)6(2)eV×1015Hz13．(16分)处在激发态的氢原子向能量较低的状态跃迁时会发出一系列不同频率的光，称为氢光谱．氢光谱线的波长λ可以用下面的巴耳末—里德伯公式表示：eq\f(1,λ)＝Req\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,k2)－\f(1,n2)))，n、k分别表示氢原子跃迁前后所处状态的量子数，k＝1,2,3…对每一个k，有n＝k＋1，k＋2，k＋3…R称为里德伯常量，是一个已知量．对于k＝1的一系列谱线其波长处在紫外光区，称为莱曼系；k＝2的一系列谱线其中四条谱线的波长处在可见光区，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．当用莱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.【导学号：54472243】【解析】设金属的逸出功为W0，光电效应所产生的光电子最大初动能为Ekm由动能定理知：Ekm＝eUc对于莱曼系，当n＝2时对应的光波长最长，设为λ1由题中所给公式有：eq\f(1,λ1)＝Req\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,12)－\f(1,22)))＝eq\f(3,4)R波长λ1的光对应的频率ν1＝eq\f(c,λ1)＝eq\f(3,4)cR对于巴耳末线系，当n＝∞时对应的光波长最短，设为λ2，由题中所给公式有：eq\f(1,λ2)＝Req\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\