2020-2021物理3-5章末综合测评3

学必求其心得，业必贵于专精学必求其心得，业必贵于专精学必求其心得，业必贵于专精2020-2021学年人教版物理选修3-5章末综合测评3章末综合测评（三)（时间：90分钟分值:100分)一、选择题（本题包括10小题,每小题4分，共40分，在每小题给出的4个选项中，第1～6题只有一个选项符合要求，第7～10题有多个选项符合要求．全选对的得4分，选对但不全的得2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；电子带电荷量与氢原子相同,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．根据α粒子散射实验，卢瑟福提出了原子的核式结构模型．如图所示为原子核式结构模型的α粒子散射图景．图中实线表示α粒子的运动轨迹．则关于α粒子散射实验，下列说法正确的是（)A．图中大角度偏转的α粒子的电势能先减小后增大B．图中的α粒子反弹是因为α粒子与金原子核发生了碰撞C．绝大多数α粒子沿原方向继续前进说明了带正电的原子核占据原子的空间很小D．根据α粒子散射实验可以估算原子大小［解析］题图中大角度偏转的α粒子所受的电场力先做负功，后做正功，则其电势能先增大后减小，故A错误；题图中的α粒子反弹是因为α粒子与金原子核之间的库仑斥力作用，阻碍α粒子运动,但是并没有发生碰撞，B错误;绝大多数α粒子沿原方向继续前进说明了带正电的原子核占据原子的空间很小，C正确；根据α粒子散射实验可以估算原子核大小，D错误．[答案]C4．如图所示，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（）A．aB．bC．cD．d[解析]hνa＝E2－E1＝10.2eV,hνb＝E3－E1＝12.09eV，hνc＝E3－E2＝1.89eV，hνd＝E4－E3＝0。66eV，故频率最大的是b光子，选项B正确．[答案]B5．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(）[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]A6．许多物质在紫外线照射下能发出荧光，紫外线照射时，这些物质的原子先后发生两次跃迁,其能量变化分别为ΔE1和ΔE2，则下列说法正确的是(）A．两次跃迁均向高能级跃迁,且ΔE1>ΔE2B．两次跃迁均向低能级跃迁，且ΔE1<ΔE2C．先向高能级跃迁，再向低能级跃迁,且ΔE1>ΔE2D．先向低能级跃迁，再向高能级跃迁，且ΔE1〈ΔE2[解析]第一次跃迁是吸收紫外线光子，第二次跃迁是放出可见光光子,由于hν1〉hν2，故ΔE1〉ΔE2，选项C正确．［答案］C7．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．处于基态的氢原子吸收一个光子后,则下列说法正确的是（)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］ACD9．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)）＝meq\b\lc\（\rc\）（\a\vs4\al\co1（\f(2π，T）））eq\s\up12（2）rn，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)）)eq\s\up12(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]ACD10．(多选）如图所示的氢原子能级图,可见光的能量范围为1.62～3。11eV，用可见光照射大量处于n＝2能级的氢原子，可观察到多条谱线,若是用能量为E的实物粒子轰击大量处于n＝2能级的氢原子，至少可观察到两条具有显著热效应的红外线，则（)A．一定有4。73eV>E>1。62eVB．E的值可能使处于基态的氢原子电离C．E一定大于2。86eVD．E的值可能使基态氢原子产生可见光[解析］红外线光子能量小于可见光光子能量，由实物粒子轰击大量处于n＝2能级的氢原子,至少可观察到两种红外线光子，说明处于n＝2能级的氢原子受激发后至少跃迁到n＝5,所以实物粒子的最小能量为E＝E5－E2＝2。86eV，所以选项AC错误；因为E可以为大于或等于2。86eV的任意值，则选项BD正确．［答案］BD二、非选择题(本题共6小题，共60分．按题目要求作答)11．(8分)卢瑟福的原子核式结构模型认为，核外电子绕核运动．设想氢原子的核外电子绕核做匀速圆周运动，氢原子中电子离核最近的轨道半径r1＝0.53×10－10m，已知电子的质量m＝9.11×10－31kg，电荷量e＝1.60×10－19C．用经典物理学知识，试计算在此轨道上电子绕核运动的加速度的大小．［解析]电子在原子核外绕核高速运动，所需的向心力恰好由电子和原子核的库仑力来提供．根据牛顿第二定律有keq\f(e2，r\o\al（2，1））＝ma解得a＝eq\f(ke2，mr\o\al（2,1))＝9.0×1022m/s2。[答案]9.0×1022m/s212．(10分)如果α粒子以速度v与电子发生弹性正碰（假设电子原来是静止的)，已知α粒子的质量为电子质量的7300倍，碰撞后α粒子的速度变化了多少?并由此说明为什么原子中的电子不能使α粒子发生明显的偏转．[解析］设α粒子初速度为v，质量为M,与电子碰后速度为v1，电子质量为m,与α粒子碰后速度为v2，由动量守恒定律可得Mv＝Mv1＋mv2由能量守恒定律可得eq\f（1,2)Mv2＝eq\f（1，2)Mveq\o\al(2,1）＋eq\f(1，2）mveq\o\al（2,2）联立解得碰撞后α粒子速度为v1＝eq\f（M－m,M＋m）vα粒子速度变化量为Δv＝v1－v＝－eq\f(2mv，M＋m)把M＝7300m代入上式得Δv＝－0。0003v可见α粒子的速度变化只有万分之三，说明原子中的电子不能使α粒子发生明显的偏转．［答案]－0.0003v（v为α粒子与电子碰撞前的速度）α粒子的速度变化只有万分之三13．（12分)氢原子基态能量E1＝－13。6eV，电子绕核做圆周运动的半径r1＝0。53×10－10m．求氢原子处于n＝4激发态时：(已知能量关系En＝eq\f(E1,n2)，半径关系rn＝n2r1,k＝9.0×109N·m2/C2，e＝1。6×10－19C，普朗克常量h＝6.63×10－34J·s)（1)原子系统具有的能量；（2）电子在n＝4轨道上运动的动能；(3)若要使处于n＝2能级的氢原子电离，至少要用频率多大的电磁波照射氢原子？[解析］（1)由En＝eq\f(E1,n2）得E4＝eq\f（E1,42)＝－0。85eV。（2)因为rn＝n2r1，所以r4＝42r1，由圆周运动知识得keq\f（e2，r\o\al（2，4))＝meq\f（v2，r4）所以Ek4＝eq\f（1，2)mv2＝eq\f（ke2，32r1)＝eq\f(9。0×109×1。6×10－192，32×0。53×10－10）J≈0.85eV.(3）要使处于n＝2能级的氢原子电离，照射光光子的能量应能使电子从第2能级跃迁到无限远处，最小频率的电磁波的光子能量为hν＝0－eq\f(E1，4），得ν≈8。21×1014Hz.［答案］（1)－0。85eV(2）0。85eV（3）8。21×1014Hz14．(10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？［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15．（10分)氢原子的能级图如图所示．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＝6.63×10－34J·s,求：（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＝12.09eV，E3－E1＝hν解得ν＝2。9×1015Hz。[答案］（1）6(2)12。09eV2。9×1015Hz16．(10分）实验室考查氢原子跃迁时的微观效应．已知氢原子能级图如图所示，氢原子质量为mH＝1。67×10－27kg。设原来处于静止状态的大量激发态氢原子处于n＝5的能级状态．(1)这些氢原子由高能级向低能级跃迁时，可能发射出多少种不同频率的光？(2）若跃迁后光子沿某一方向飞出，且光子的动量可以用p＝eq\f（hν，c)表示（h为普朗克常量,ν为光子频率,c为真空中光速),求发生电子跃迁后氢原子的最大反冲速率．(保留3位有效数字，1eV＝1。60×10－19J）［解析］(1）不同频率的光的种类为N＝Ceq\o\al(2,5）＝eq\f(5×4，2）＝10（2)由动量