2024-2025学年高中物理第十八章原子结构单元检测含解析新人教版选修3-5

PAGE10-单元素养检测(三)(第十八章)(90分钟100分)一、选择题(本大题共12小题，每小题5分，共60分。其中1～6题为单选，7～12题为多选)1.下列叙述中符合物理学史的有 ()A.汤姆孙通过探讨阴极射线，发觉了电子和质子的存在B.卢瑟福通过对α粒子散射试验现象的分析，证明白原子是可以再分的C.巴耳末依据氢原子光谱分析，总结出了氢原子光谱可见光区波长公式D.玻尔提出的原子模型，彻底否定了卢瑟福的原子核式结构学说【解析】选C。汤姆孙通过探讨阴极射线发觉了电子，A错误；卢瑟福通过对α粒子散射试验现象的分析，得出了原子的核式结构模型，B错误；巴耳末依据氢原子光谱在可见光区的四条谱线得出巴耳末公式，C正确；玻尔的原子模型是在核式结构模型的基础上提出的几条假设，并没有否定核式结构学说，D错误。【补偿训练】卢瑟福提出了原子的核式结构模型，这一模型建立的基础是()A.α粒子的散射试验 B.对阴极射线的探讨C.光电效应试验 D.氢原子光谱试验【解析】选A。卢瑟福在α粒子散射试验的基础上提出了原子的核式结构模型。汤姆孙通过对阴极射线的探讨，发觉了电子。光电效应，揭示了光的粒子性。氢原子光谱试验说明白能量量子化的观念，故A正确，B、C、D错误。2.依据玻尔理论，关于氢原子的能量，下列说法中正确的是()A.是一系列不连续的随意值B.是一系列不连续的特定值C.可以取随意值D.可以在某一范围内取随意值【解析】选B。依据玻尔模型，氢原子的能量是量子化的，是一系列不连续的特定值，另外我们也可以从氢原子的能级图上，得出氢原子的能级是一系列的特定值，而不是随意取值的结论，故A、C、D错，B对。3.如图所示是氢原子的能级图，大量处于n=4激发态的氢原子向低能级跃迁时，一共可以辐射出6种不同频率的光子，其中巴耳末系是指氢原子由高能级向n=2能级跃迁时释放的光子，则 ()A.6种光子中有3种属于巴耳末系B.6种光子中频率最小的是n=2激发态跃迁到基态时产生的C.从n=2能级跃迁到基态所释放的光子频率大于从基态跃迁到n=2能级所汲取的光子频率D.使n=4能级的氢原子电离至少要0.85eV的能量【解析】选D。巴耳末系是指氢原子由高能级向n=2能级跃迁时释放的光子，6种光子中从n=4→2与n=3→2的属于巴耳末系，即2种，故A错误；6种光子中，n=4能级跃迁到n=3能级释放的光子能量最小，频率最小，故B错误；依据玻尔理论可知，从n=2能级跃迁到基态所释放的光子频率等于从基态跃迁到n=2能级所汲取的光子频率，故C错误；n=4能级的氢原子具有的能量为-0.85eV，故要使其发生电离能量变为0，至少须要0.85eV的能量，故D正确。【补偿训练】如图为氢原子能级示意图的一部分，则氢原子 ()A.从n=4能级跃迁到n=3能级比从n=3能级跃迁到n=2能级辐射出电磁波的波长长B.从n=5能级跃迁到n=1能级比从n=5能级跃迁到n=4能级辐射出电磁波的速度大C.处于不同能级时，核外电子在各处出现的概率是一样的D.从高能级向低能级跃迁时，氢原子核肯定向外放出能量【解析】选A。依据ΔE=hν，ν=可知ν=，λ==，从n=4能级跃迁到n=3能级的能量差比从n=3能级跃迁到n=2能级的能量差小，所以从n=4能级跃迁到n=3能级比从n=3能级跃迁到n=2能级辐射出电磁波的波长长，选项A正确；电磁波的速度是光速，与电磁波的波长、频率无关，选项B错误；处于不同能级时，核外电子在各处出现的概率并不相同，C错误；从高能级向低能级跃迁时，氢原子肯定向外放出能量，而不是氢原子核放出能量，D错误。4.光子能量为ε的一束光照耀容器中的氢原子(设氢原子处于n=3的能级)，氢原子汲取光子后，能发出频率为ν1、ν2、…、ν6的六种光谱线，且ν1<ν2<…<ν6，则ε等于 ()A.hν1 B.hν6C.h(ν5-ν1) D.h(ν1+ν2+…+ν6)【解析】选A。对于量子数n=3的一群氢原子，当它们向较低的激发态或基态跃迁时，可能产生的谱线条数为=3，由此可判定氢原子汲取光子能量后的能级是n=4，且从n=4到n=3放出的光子能量最小，频率最低即为ν1，因此，处于n=3能级的氢原子汲取频率为ν1的光子(能量ε=hν1)，从n=3能级跃迁到n=4能级后，方可发出6种频率的光谱线，选项A正确。5.现有k个氢原子被激发到量子数为3的能级上，若这些受激发的氢原子最终都回到基态，则在此过程中发出的光子总数是(假定处在量子数为n的激发态的氢原子跃迁到各较低能级的原子数都是处在该激发态能级上的原子总数的)()A. B.kC. D.2k【解析】选C。处在量子数为3的k个氢原子跃迁到量子数为2和量子数为1的氢原子个数各为，而处于量子数为2的个氢原子还会向量子数为1的基态跃迁，故发出的光子总数为k。6.μ子与氢原子核(质子)构成的原子称为μ氢原子，它在原子核物理的探讨中有重要作用。如图为μ氢原子的能级示意图。假定光子能量为E的一束光照耀容器中大量处于n=2能级的μ氢原子，μ氢原子汲取光子后，发出频率为ν1、ν2、ν3、ν4、ν5和ν6的光，且频率依次增大，则E等于()A.h(ν3-ν1) B.h(ν5+ν6)C.hν3 D.hν4【解析】选C。μ氢原子汲取能量为E的光子后能发出6种频率的光，即μ氢原子从n=2跃迁到n=4的能级。从n=4能级向低能级跃迁发出光的能量由小到大为E43、E32、E42、E21、E31、E41，能量为E42的光子的频率为ν3，故光子能量为hν3，C选项正确。7.(2024·海南高考)下列说法正确的是 ()A.爱因斯坦在光的粒子性的基础上，建立了光电效应方程B.康普顿效应表明光子只具有能量，不具有动量C.玻尔的原子理论胜利地说明白氢原子光谱的试验规律D.卢瑟福依据α粒子散射试验提出了原子的核式结构模型【解析】选A、C、D。爱因斯坦提出了光子假说，建立了光电效应方程，故选项A正确；康普顿效应表明光不仅具有能量，还具有动量，故选项B错误；玻尔的原子理论胜利地说明白氢原子光谱的试验规律，故选项C正确；卢瑟福依据α粒子散射试验提出了原子的核式结构模型，故选项D正确。8.下列说法中正确的是()A.汤姆孙精确地测出了电子电荷量e=1.60217733(49)×10-19B.电子电荷量的精确值是密立根通过“油滴试验”测出的C.汤姆孙油滴试验更重要的发觉是：电荷是量子化的，即任何带电体带的电荷量只能是e的整数倍D.通过试验测出电子的比荷及电子电荷量e的值，就可以确定电子的质量【解析】选B、D。电子电荷量的精确测定是密立根通过“油滴试验”做出的，密立根油滴试验更重要的发觉是：电荷是量子化的，即任何带电体带的电荷量只能是e的整数倍，A、C错误，B正确；由电子的比荷和电子电荷量e的值，可以确定电子的质量，故D正确。9.如图所示为氢原子的能级图，A、B、C分别表示电子在三种不同能级跃迁时放出的光子，则下列推断中正确的是 ()A.能量和频率最大、波长最短的是B光子B.能量和频率最小、波长最长的是C光子C.频率关系为νB>νA>νC，所以B的粒子性最强D.波长关系为λB>λA>λC【解析】选A、B、C。从图中可以看出电子在三种不同能级跃迁时，能级差由大到小依次是B、A、C，所以B光子的能量和频率最大，波长最短，能量和频率最小、波长最长的是C光子，所以频率关系是νB>νA>νC，波长关系是λB<λA<λC，所以B光子的粒子性最强，故选项A、B、C正确，D错误。10.在α粒子散射试验中，当α粒子最接近金核时()A.α粒子动能最小B.α粒子受到的库仑力最大C.α粒子电势能最小D.α粒子动量的改变率最小【解析】选A、B。α粒子散射试验中，当α粒子最接近金核时，库仑斥力最大，B项正确，由于库仑斥力始终做负功，动能始终减小，当α粒子最接近金核时，动能最小，电势能最大，A项正确，C项错误，由冲量定理知I=FΔt=Δp，α粒子动量的改变率F=最大，D项错误。11.已知金属钙的逸出功为2.7eV，氢原子的能级图如图所示，一群氢原子处于(量子数)为n=4的能级状态，则下列说法中正确的是 ()A.氢原子可能辐射6种频率的光子B.氢原子可能辐射5种频率的光子C.有3种频率的辐射光子能使钙发生光电效应D.有4种频率的辐射光子能使钙发生光电效应【解析】选A、C。从n=4能级跃迁可能产生的光子有6种；若产生光电效应，则光子的能量须要大于2.7eV，此时只有第4能级跃迁到第1能级、第3能级跃迁到第1能级、第2能级跃迁到第1能级，这3种频率的光子能使钙发生光电效应。12.关于氢原子能级跃迁，下列叙述中正确的是 ()A.用波长为60nm的X射线照耀，可使处于基态的氢原子电离出自由电子B.用能量为10.2eV的光子照耀，可使处于基态的氢原子跃迁到激发态C.用能量为11.0eV的光子照耀，可使处于基态的氢原子跃迁到激发态D.用能量为12.5eV的光子照耀，可使处于基态的氢原子跃迁到激发态【解析】选A、B。波长为60nm的X射线的能量：E0=h=6.63×10-34×J=3.32×10-18J=20.75eV，氢原子的电离能：ΔE=0-(-13.6)eV=13.6eV<E0=20.75eV所以可使氢原子电离，A正确。由hν=Em-E得：=hν+E=10.2eV+(-13.6)eV=-3.4eV；=11.0eV+(-13.6)eV=-2.6eV；=12.5eV+(-13.6)eV=-1.1eV。由En=得，只有=-3.4eV对应于n=2的状态。由于原子发生跃迁时汲取光子只能汲取恰好为两能级差能量的光子，所以只有B可使氢原子从基态跃迁到激发态。二、计算题(本大题共4小题，共40分。要有必要的文字说明和解题步骤，有数值计算的要注明单位)13.(10分)氢原子的电子在其次条轨道和第三条轨道上运动时，其动能之比、动量之比、周期之比分别为多少？【解析】电子绕核运动，库仑引力供应向心力，得Ek= (1分)则Ek2∶Ek3=r3∶r2 (1分)又rn=n2r1， (1分)故Ek2∶Ek3=9∶4 (1分)由动能与动量的关系知p=， (1分)故p2∶p3=3∶2， (1分)所以v2∶v3=3∶2 (1分)由T=知， (1分)周期之比T2∶T3=∶=×=8∶27。 (2分)答案：9∶43∶28∶2714.(10分)氢原子处于基态时，原子的能量为E1=-13.6eV，当处于n=3的激发态时，能量为E3=-1.51eV，则：(1)当氢原子从n=3的激发态跃迁到n=1的基态时，向外辐射的光子的波长是多少？(2)若要使处于基态的氢原子电离，至少要用多大频率的电磁波照耀原子？(3)若有大量的氢原子处于n=3的激发态，则在跃迁过程中可能释放出几种频率的光子？其中波长最长的是多少？(普朗克常量h=6.63×10-34J·s，真空中光速c=3.0×108【解析】(1)据E3-E1=h (2分)得λ==m=1.03×10-7m(1(2)要使处于基态的氢原子电离，入射光子应满意hν≥0-E1，解得ν≥=Hz=3.28×1015Hz (3分)(3)当大量氢原子处于n=3的激发态时，可释放出的光子频率种类为N==3(种) (1分)由于E2===-3.4eV氢原子由n=3能级向n=2能级跃迁时放出的光子能量最小，波长最长，设为λ′，则h=E3-E2 (2分)解得λ′==m=6.58×10-7m(1分)答案：(1)1.03×10-7m(2)3.28×1015(3)3种6.58×10-715.(10分)密立根试验的原理如图所示，A、B是两块平行放置的水平金属板，A板带正电，B板带负电。从喷雾器嘴喷出的小油滴，落到A、B两板之间的电场中。小油滴由于摩擦而带负电，调整A、B两板间的电压，可使小油滴受到的电场力和重力平衡。已知小油滴静止处的电场强度是1.92×105N/C，油滴半径是1.64×10-4cm，油的密度是0.851g/cm3，【解析】小油滴质量m=ρV=ρ·πr3 ①(2分)由题意知mg-Eq=0 ②(2分)由①②两式可得：q= (2分)代入数据q=C=8.0×10-19C。 (2分)小油滴所带电量q是电子电量e的倍数为n==5倍。 (2分)答案：8.0×10-19C516.(10分)(2024·石家庄高二检测)氢原子的能级图如图所示，某金属的极限频率恰好等于氢原子由n=4能级跃迁到n=2能级所发出的光的频率。现在用氢原子由n=2能级跃迁到n=1能级时发出的光去照耀，则从该金属表面逸出的光电子的最大初动能是多少？【解析】依据玻尔理论可知，氢原子由n=4能级跃迁到n=2能级时，辐射出的光子能量为hν=E4-E2 ①(2分)据题意知，该金属的逸出功为W0=hν ②(1分)氢原子从n=2能级跃迁到n=1能级时，所辐射出的光子能量为hν′=E2-E1 ③(2分)据爱因斯坦光电效应方程知，光电子的最大初动能Ek满意Ek=hν′-W0 ④(2分)①②③④联立可得：Ek=2E2-E1-E4 (2分)将E1=-13.6eV，E2=-3.4eV和E4=-0.85eV代入可得Ek=7.65eV(1分)答案：7.65eV【总结提升】原子发光和光电效应现象的综合问题辨析(1)原子发光是指原子从高能