新教材同步辅导2023年高中物理课时评价作业十五原子的结构粤教版选择性必修第三册

课时评价作业(十五)原子的结构A级基础巩固1．(2023·北京海淀101中学高二期末)右图是阴极射线管的示意图．接通电源后，会有电子从阴极K射向阳极A，并在荧光屏上形成一条亮线．要使荧光屏上的亮线向下偏转，下列措施中可行的是()A．加一方向平行纸面向上的磁场B．加一方向平行纸面向下的磁场C．加一方向垂直纸面向里的磁场D．加一方向垂直纸面向外的磁场解析：要使电子向下偏转，则电子受到向下的洛伦兹力，故根据左手定则可施加一个方向垂直纸面向里的磁场．故选C.答案：C2．(多选)α粒子散射实验又称金箔实验或Geiger－Marsden实验，是1909年汉斯·盖革和恩斯特·马斯登在欧内斯特·卢瑟福指导下于英国曼彻斯特大学做的一个著名物理实验．α粒子轰击金箔的轨迹如图所示．下列说法正确的是()A．使α粒子发生明显偏转的力是原子核对α粒子的静电引力FB．大多数α粒子穿过金箔后，仍沿原来方向前进C．实验表明原子中心的核带有原子的全部正电荷及全部质量D．实验表明原子中心有一个极小的核，它占有原子体积的极小部分解析：在α粒子的散射实验中，大多数α粒子穿过金箔后，仍沿原来方向前进，使α粒子发生明显偏转的力是原子核对α粒子的静电斥力，故A错误，B正确；实验表明原子中心有一个极小的核，它占有原子体积的极小部分，原子中心的核带有原子的全部正电荷及几乎全部质量(不是全部质量，核外电子也有质量)，故C错误，D正确．答案：BD3.(多选)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粒子运动轨迹．下列说法正确的是()A．卢瑟福在α粒子散射实验中发现了电子B．α粒子出现较大角度偏转的原因是α粒子接近原子核时受到的库仑斥力较大C．α粒子出现较大角度偏转的过程中电势能先变小后变大D．α粒子出现较大角度偏转的过程中加速度先变大后变小解析：汤姆孙对阴极射线的探究发现了电子，A错误；α粒子出现较大角度偏转的原因是α粒子接近原子核时受到较大的库仑斥力，B正确；α粒子在运动过程中，一直受到斥力，靠近原子核过程中库仑力做负功，电势能增大，远离原子核过程中库仑力做正功，电势能减小，C错误；靠近原子核过程中库仑力增大，加速度增大，远离原子核过程中库仑力减小，加速度减小，D正确．答案：BD4.图中画出了氢原子的4个能级，并注明了相应的能量E.处在n＝4的能级的一群氢原子向低能级跃迁时，能够发出若干种不同频率的光波．已知金属钾的逸出功为2.22eV.在这些光波中，能够从金属钾的表面打出光电子的总共有()A．2种 B．3种C．4种 D．5种解析：由爱因斯坦的光电效应方程hν＝W0＋Ekm，能够从金属钾的表面打出光电子，则光子的能量hν≥W0，E4－E2＝2.55eV，E4－E1＝12.75eV，E3－E1＝12.09eV，E2－E1＝10.2eV，都能满足条件，选项C正确．答案：C5．欲使处于基态的氢原子激发，下列措施不可行的是()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的电子碰撞解析：由玻尔理论可知，氢原子在各能级间，只能吸收能量值刚好等于两能级能量之差的光子．由氢原子能级关系不难算出，10.2eV刚好为氢原子n＝1和n＝2两能级能量之差，而11eV则不是氢原子基态和任一激发态的能量之差，因而氢原子只能吸收前者被激发，而不能吸收后者．对14eV的光子，其能量大于氢原子的电离能，足可使氢原子电离，因而不受氢原子能级间跃迁条件限制．由能的转化和守恒定律不难知道，氢原子吸收14eV的光子电离后产生的自由电子还应具有0.4eV动能．另外，用电子去碰撞氢原子时，入射电子的动能可全部或部分地被氢原子吸收，所以只要入射电子的动能大于或等于基态和某个激发态能量之差，也可以使氢原子激发．结合前面的分析可知，B正确．答案：B6．(2022·四川绵阳南山中学高二期末)我国自主研发的氢原子钟现已运用于北斗导航系统中，高性能的原子钟对导航精度的提高极为重要．氢原子能级如图所示，大量处于n＝4能级的氢原子，下列正确的是()A．氢原子向低能级跃迁时最多发出3种不同频率的光B．氢原子由n＝4能级跃迁到n＝3能级时发出光子的频率大于由n＝3能级跃迁至n＝2能级时发出光子的频率C．氢原子跃迁时发出的光子中能量最大的为0.85eVD．动能为10.4eV的电子射向大量处于基态的氢原子，氢原子会发生跃迁解析：大量处于n＝4能级的氢原子，氢原子向低能级跃迁时最多发出Ceq\o\al(2,4)＝6种不同频率的光，A错误；氢原子由n＝4能级跃迁到n＝3能级时发出光子的频率hν43＝E43＝(－0.85eV)－(1.51eV)＝0.66eV，ν43＝eq\f(0.66eV,h)，由n＝3能级跃迁至n＝2能级时发出光子的频率hν32＝(－1.51eV)－(－3.4eV)＝1.89eV，ν32＝eq\f(1.89eV,h)，则有eq\f(0.66eV,h)<eq\f(1.89eV,h)，即有ν43<ν32，氢原子由n＝4能级跃迁到n＝3能级时发出光子的频率小于由n＝3能级跃迁至n＝2能级时发出光子的频率，B错误；从n＝4能级跃迁到n＝1能级时，辐射光子的能量最大，氢原子跃迁时发出的光子中能量最大的为E41＝(－0.85eV)－(－13.6eV)＝12.75eV，C错误；因为实物粒子的动能可全部或部分地被原子吸收，所以只要入射粒子的能量大于或等于两能级的能量差值，均可使原子产生能级跃迁，因此动能为10.4eV的电子射向大量处于基态的氢原子，氢原子会发生跃迁，D正确．答案：DB级能力提升7．(2022·四川南充高二统考期末)据科技部报道，迄今为止，科学家已经成功检测定位了纳米晶体结构中的氢原子．如图为氢原子能级的示意图，已知可见光光子的能量在1.61～3.10eV范围内，则()A．处于n＝1能级的基态氢原子可吸收一个可见光光子，发生电离B．处于n＝5能级的一个氢原子向低能级跃迁时，最多可辐射10种不同频率的光子C．处于n＝2能级的氢原子可吸收能量为2.55eV的可见光光子跃迁到更高能级D．处于n＝3能级的氢原子向n＝1能级跃迁时，所辐射的光子为可见光解析：基态氢原子的电离能为13.6eV，高于可见光光子能量范围，所以基态氢原子不可能吸收一个可见光光子而发生电离，故A错误；处于n＝5能级的一个氢原子向低能级跃迁时，最多可辐射4种不同频率的光子，故B错误；由图可知n＝2和n＝4的能量差为2.55eV，所以处于n＝2能级的氢原子可吸收能量为2.55eV的可见光光子跃迁到n＝4能级，故C正确；处于n＝3能级的氢原子向n＝1能级跃迁时，所辐射的光子能量为12.09eV，不可能为可见光，故D错误．答案：C8.根据氢原子的能级图，现让一束单色光照射到大量处于基态(量子数n＝1)的氢原子上，受激的氢原子能自发地发出10种不同频率的光，则照射氢原子的单色光的光子能量为()A．10.2eV B．3.4eVC．13.06eV D．12.75eV解析：由题可知大量受激的氢原子能自发地发出10种不同频率的光，由10＝eq\f(n（n－1）,2)，可得n＝5.可知受激后的氢原子处于n＝5能级，则照射氢原子光的能量为E＝E5－E1＝13.06eV.答案：C9．(2022·全国高三专题练习)图甲为氢原子能级图，图乙为氢原子光谱，Hα、Hβ、Hγ、Hδ是可见光区的四条谱线，其中Hβ谱线是氢原子从n＝4能级跃迁到n＝2能级辐射产生的．下列说法正确的是()A．这四条谱线中，Hα谱线光子能量最大B．Hα谱线是氢原子从n＝5能级跃迁到n＝2能级辐射产生的C．处于n＝2能级的氢原子电离至少需要吸收13.6eV的能量D．若Hα、Hβ、Hγ、Hδ中只有一种光能使某金属产生光电效应，那一定是Hδ解析：由图乙可知Hα谱线对应的波长最大，由E＝heq\f(c,λ)可知，波长越大，能量越小，A错误；Hα谱线光子的能量最小，氢原子从n＝5能级跃迁到n＝2能级辐射的能量不是最小的，最小的是从n＝5能级跃迁到n＝4能级产生的，B错误；处于n＝2能级的氢原子电离至少需要吸收3.4eV的能量，C错误；频率越大的光子越容易使金属产生光电效应，图中Hδ谱线波长最小，频率最大，E＝heq\f(c,λ)可知，Hδ光能量最大，若Hα、Hβ、Hγ、Hδ中只有一种光能使某金属产生光电效应，那一定是Hδ，D正确．答案：D10．(2022·浙江温州高二校联考期末)下列四幅图涉及不同的物理知识，其中说法不正确的是()A．图甲：爱因斯坦通过研究黑体辐射提出能量子的概念，成为量子力学的奠基人之一B．图乙：康普顿效应说明光子具有粒子性，光子不但具有能量，还有动量C．图丙：卢瑟福研究α粒子散射实验，提出了原子的核式结构模型D．图丁：汤姆生研究阴极射线管证实了阴极射线是带电粒子流解析：普朗克通过研究黑体辐射提出能量子的概念，成为量子力学的奠基人之一，故A说法错误，符合题意；康普顿效应、光电效应说明光具有粒子性，光子具有能量，康普顿效应还表明光子具有动量，故B说法正确，不符合题意；卢瑟福研究α粒子散射实验，提出了原子的核式结构模型，故C说法正确，不符合题意；汤姆生研究阴极射线管证实了阴极射线是带电粒子流，故D说法正确，不符合题意．答案：AC级拓展创新11．(2022·福建莆田高三校考阶段练习)19世纪后期，对阴极射线的本质的认识有两种观点．一种观点认为阴极射线是电磁辐射，另一种观点认为阴极射线是带电粒子.1897年，汤姆孙判断出该射线的电性，并求出了这种粒子的比荷，为确定阴极射线的本质做出了重要贡献．假设你是当年“阴极射线是带电粒子”观点的支持者，请回答下列问题：(1)如图所示的真空玻璃管内，阴极K发出的粒子经加速后形成一细束射线，以平行于金属板CD的速度进入该区域，射在屏上O点．如何判断射线粒子的电性？(2)已知C、D间的距离为d，在C、D间施加电压U，使极板D的电势高于极板C，同时施加一个磁感应强度为B的匀强磁场，可以保持射线依然射到O点．求该匀强磁场的方向和此时阴极射线的速度v.(3)撤去磁场，射线射在屏上P点．已知极板的长度为l1，极板区的中点M到荧光屏中点O的距离为l2，磁感应强度为B，P到O的距离为y.试求该粒子的比荷．解析：(1)根据带电粒子从电场的负极向正极加速的特点，所形成的电场方向由正极指向负极，即可判断射线粒子带负电．(2)极板D的电势高于极板C，形成的电场竖直向上，当电子受到的电场力与洛沦兹力平衡时，电子做匀速直线运动，亮点重新回复到中心O点，由左手定则可知，磁场方向应垂直纸面向外，设电子的速度为v，则evB＝eE，E＝eq\f(U,d)，所以v＝eq\f(U,Bd).(3)通过长度为l1的极板区域所需的时间t1＝eq\f(l1,v)，当两极板之间加上电压时，设两极板间的场强为E，作用于电子的静电力的大小为qE，E＝eq\f(U,d)，a＝eq\f(qE,m)，因电子在垂直于极板方向的初速度为0，因而在时间t1内垂直于极板方向的位移y1＝eq\f(1,2)ateq\o\al(2,1)，电子离开极板区域时，沿垂直于极板方向的末速度vy＝at1.设电子离开极板区域后，电子到达荧光屏上P点所需时间为t2：t2＝eq\f(l2－\f(l1,2),v).在t2时间内，电子做匀速直线运动，在垂直于极板方向的位移y2＝vyt2，P点离开O点的距离等于电子在垂直于极板方向的总位移y＝y1＋y2，由以上各式得电子的荷质比为eq\f(q,m)＝eq\f(v2dy,Ul1l2).加上磁场B后，荧光屏上的光点重新回到O点，表示在电子通过平行板电容器的过程中电子所受电场力与磁场力相等，即：qE＝qvB，联立解得：eq\f(q,m)＝eq\f(U,B2l1l2d)y.答案：(1)根据带电粒子从电场的负极向正极加速的特点判断(2)垂直纸面向外，v＝eq\f(U,Bd)(3)eq\f(q,m)＝eq\f(U,B2l1l2d)y12．(2022·陕西渭南高二统考期末)研究表明，用具有一定能量的电子轰击处于基态的氢原子，当电子能量大于等于氢原子的能级差时，氢原子就会发生跃迁，剩余能量仍保留为电子的动能．如图所示，甲为氢原子的能级图，乙为研究光电效应的实验电路图，用一束能量为12.79eV的电子束轰击一群处于基态的氢原子，被激发后的氢原子不稳定，向低能级跃迁，辐射出的光子照射到用钨做成K极的光电管上，已知金属钨的逸出功是4.54eV，电子的电荷量为1.6×10－19C，普朗克常量为h＝6.63×10－34J·s.求：(光速c＝3×108m/s)(1)处于激发态的氢原子能辐射出几种光子？这几种光子中最短波长为多少？(2)当电压表示数为多大时，微安表的示数刚好为零？解析：(1)由题意，由于12.79