新教材2023-2024学年高中物理第4章原子结构测评选择性

第4章测评(时间:75分钟满分:100分)一、单项选择题:本题共4小题,每小题4分,共16分。在每小题给出的四个选项中,只有一项是符合题目要求的。1.下列说法正确的是()A.原子的核式结构模型是汤姆孙建立起来的B.在α粒子散射实验中,绝大多数粒子发生了大角度偏转C.玻尔模型能够解释所有原子的光谱现象D.玻尔认为,电子的轨道是量子化的,原子的能量也是量子化的2.下列对于氢原子光谱实验规律的认识正确的是()A.因为氢原子核外只有一个电子,所以氢原子只能产生一种波长的光B.氢原子产生的光谱是一系列波长不连续的谱线C.氢原子产生的光谱是一系列亮度不连续的谱线D.氢原子产生的光的波长大小与氢气放电管放电强弱有关3.某原子的部分能级图如图所示,a、b、c为原子跃迁所发出的三种波长的光。在下列该原子光谱的各选项中,谱线从左向右的波长依次增大,则可能正确的谱线是()4.有两个质量为m、均处于基态的氢原子A、B,A静止,B以速度v0与A发生碰撞。已知碰撞前后二者的速度均在一条直线上,碰撞过程中部分动能有可能被某一氢原子吸收,从而使该原子由基态跃迁到激发态,然后此原子向低能级跃迁,并放出光子。若氢原子碰撞后放出一个光子,已知氢原子的基态能量为E1(E1<0),则速度v0至少为()A.-E1m B.-2E1二、多项选择题:本题共4小题,每小题6分,共24分。每小题有多项符合题目要求,全部选对的得6分,选对但不全的得3分,有错选的得0分。5.卢瑟福的原子核式结构学说可以解决的问题是()A.解释α粒子散射现象B.用α粒子散射的实验数据估算原子核的大小C.结合经典电磁理论,解释原子的稳定性D.结合经典电磁理论,解释氢原子光谱6.氢原子的能级图如图所示,一群处于某激发态的氢原子向低能级跃迁时可辐射出3种频率的光子。下列给出的不同光子能量的入射光,可以让处于该激发态的氢原子电离的是()A.0.66eV B.0.85eV C.3.4eV D.13.6eV7.已知类氢结构氦离子(He+)的能级图如图所示,根据能级跃迁理论可知()A.氦离子(He+)处于n=1能级时,能吸收45eV的能量跃迁到n=2能级B.大量处在n=3能级的氦离子(He+)向低能级跃迁,只能发出3种不同频率的光子C.氦离子(He+)从n=4能级跃迁到n=3能级比从n=3能级跃迁到n=2能级辐射出光子的波长大D.若氦离子(He+)从n=2能级跃迁到基态,释放的光子能使某金属板发生光电效应,则从n=4能级跃迁到n=2能级释放的光子一定也能使该金属板发生光电效应8.用具有一定动能的电子轰击大量处于基态的氢原子,使这些氢原子被激发到量子数为n(n>2)的激发态,此时出现的氢光谱中有N条谱线,其中波长的最大值为λ。现逐渐提高入射电子的动能,当动能达到某一值时,氢光谱中谱线数增加到N'条,其中波长的最大值变为λ'。下列各式可能正确的是()A.N'=N+n B.N'=N+n1C.λ'>λ D.λ'<λ三、非选择题:共60分。考生根据要求作答。9.(4分)一个处于基态的氢原子吸收光子后,跃迁到另一定态,电子绕原子核运动的动能将会,电子绕原子核运动的频率将会。(均选填“增大”或“减小”)

10.(4分)氢原子的核外电子由离核较远的轨道跃迁到离核较近的轨道上时,核外电子受力变(选填“大”或“小”),原子的能量(选填“减少”或“增加”),电子的动能(选填“减少”或“增加”),氢原子要(选填“吸收”或“辐射”)一定频率的光子。

11.(6分)一群氢原子处于n=4的能级状态,氢原子的能级图如图所示。(1)氢原子由量子数n=4的能级跃迁到n=2的能级时辐射光子的能量是eV;

(2)用(1)中的光子照射下表中几种金属,金属能发生光电效应,发生光电效应时,发射光电子的最大初动能是eV。

金属铯钙镁钛逸出功W0/eV1.92.73.74.112.(6分)美国物理学家密立根利用实验最先测出了电子的电荷量,该实验被称为密立根油滴实验。如图所示,两块水平放置的金属板A、B分别与电源的正、负极相连接,板间产生匀强电场,方向竖直向下,板间油滴P由于带负电悬浮在两板间保持静止。(1)若要测出该油滴的电荷量,需要测出的物理量有。

A.两板的长度L B.油滴质量mC.两板间的电压U D.两板间的距离d(2)用所选择的物理量表示出该油滴的电荷量q=(已知重力加速度为g)。

(3)若要使原本静止的油滴落到下极板,则下列做法可以达到目的的有。

A.保持两极板电压不变,把下极板向下移B.断开电源,把下极板向右移C.断开电源,把下极板向下移D.断开电源,把下极板向上移13.(10分)汤姆孙1897年用阴极射线管测量了电子的比荷(电子电荷量与质量之比),其实验原理如图所示。电子流平行于极板射入,极板P、P'间同时存在匀强电场E和垂直纸面向里的匀强磁场B时,电子流不会发生偏转;极板间只存在垂直纸面向里的匀强磁场B时,电子流穿出平行板电容器时的偏转角θ=115rad。已知极板长L=3.0×102m,电场强度大小为E=1.5×104V/m,磁感应强度大小为B=5.0×10414.(12分)将氢原子电离,就是从外部给电子能量,使其从基态或激发态脱离原子核的束缚而成为自由电子。(电子电荷量e=1.6×1019C,电子质量me=0.91×1030kg)(1)若要使n=2激发态的氢原子电离,至少要用多大频率的电磁波照射该氢原子?(2)若用波长为200nm的紫外线照射(1)中的氢原子,求氢原子电离后电子的速度。15.(18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,普朗克常量h=6.63×1034J·s。(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射原子?(3)若有大量的氢原子处于n=3的激发态,则在跃迁过程中最多能释放出几种频率的光子?其中波长最长是多少?

第4章测评1.D汤姆孙首先发现了电子,提出了“葡萄干面包”原子模型,原子的核式结构模型是卢瑟福建立起来的,故A错误;卢瑟福做α粒子散射实验时发现绝大多数α粒子穿过金箔后基本上仍沿原来的方向前进,只有极少数α粒子发生大角度偏转,故B错误;玻尔模型只能够解释氢原子的光谱现象,故C错误;玻尔提出假设:电子的轨道是量子化的,原子的能量也是量子化的,故D正确。2.B氢原子核外只有一个电子,氢原子只能产生一些特殊频率的谱线,即产生一些特殊波长的光,A选项错误;氢原子产生的光谱是一系列波长不连续的谱线,B选项正确;氢原子光谱是氢原子发射光子时形成的发射光谱,光谱都不是连续的,与亮度无关,C选项错误;氢原子产生的光的波长大小与氢气放电管放电强弱无关,D选项错误。3.C根据ΔE=hν,ν=cλ,可知λ=cν=hc4.C由动量守恒定律有mv0=2mv,碰撞过程损失的动能为ΔE=12mv02-12·2mv2,由能级跃迁知识有ΔE至少为由n=2的能级跃迁至基态时的能量变化,则ΔE=E2E1=35.AB原子核很小,绝大多数α粒子穿过金箔后几乎沿原方向前进,极少数发生较大偏转,故A正确;影响α粒子运动的主要是带正电的原子核,而绝大多数的α粒子穿过原子时离核较远,受到的库仑斥力很小,运动方向几乎没有改变,只有极少数α粒子可能与核十分接近,受到较大的库仑斥力,才会发生大角度的偏转,根据α粒子散射实验,可以估算出原子核的直径为1015~1014m,故B正确;卢瑟福的模型在经典电磁理论下完全是不稳定的,电子绕核运转会辐射电磁波损失能量,故C错误;经典理论中能量是连续变化的,如此说来原子光谱就应该是连续谱,但是事实上原子光谱是线状谱,故D错误。6.CD由题意知,一群处于某激发态的氢原子向低能级跃迁时可辐射出3种频率的光子,则由氢原子跃迁时辐射光子的种数Cn2=3,可知这群氢原子处于第三能级,而要使处于该能级的氢原子发生电离,则所吸收的能量必须大于该能级能量的绝对值,即必须大于17.BC吸收的光子能量等于两能级间的能级差,才能发生跃迁,从n=1跃迁到n=2,吸收的光子能量为40.8eV,故A错误;大量处在n=3能级的氦离子(He+)向低能级跃迁,能发出3种不同频率的光子,故B正确;由题图可知,n=4和n=3的能级差小于n=3和n=2的能级差,则从n=4跃迁到n=3能级释放的光子能量小于从n=3跃迁到n=2能级辐射的光子能量,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能级辐射出光子的频率低,波长大,故C正确;从n=2能级跃迁到基态释放的光子能量为[13.6(54.4)]eV=40.8eV,若能使某金属板发生光电效应,从n=4能级跃迁到n=2能级释放的光子能量[3.4(13.6)]eV=10.2eV<40.8eV,不一定能使该板发生光电效应,故D错误。8.AC氢原子处于n能级向较低激发态或基态跃迁时,可能产生的光谱线条数的计算公式为N=Cn2=n(n-1)2,设氢原子被激发到量子数为n'的激发态时出现的氢光谱中有N'条谱线,若n'=n+1,N'=n(n+1)2=N+n,故A项正确。氢原子能级越高相邻能级差越小,由9.答案减小减小解析基态的氢原子吸收光子后,半径变大,由ke2r2=mv2r得Ek=12mv2=ke22r,即电子的动能减小;由k10.答案大减少增加辐射解析氢原子的核外电子由离核较远的轨道跃迁到离核较近的轨道上时,r减小,由库仑定律知核外电子受力变大;由ke2r2=mv2r得Ek=12mv2=ke211.答案(1)2.55(2)铯0.65解析(1)氢原子由n=4的能级跃迁到n=2的能级时辐射光子的能量等于两级间的能级差,即E=E4E2=[0.85(3.4)]eV=2.55eV。(2)E只大于铯的逸出功,故光子只有照射铯金属才能发生光电效应。根据光电效应方程得,Ekm=hνW0=(2.551.9)eV=0.65eV。12.答案(1)BCD(2)mgdU解析(1)平行金属板板间存在匀强电场,油滴恰好处于静止状态,静电力与重力平衡,则有mg=qE=qU所以需要测出的物理量有油滴质量m,两板间的电压U,两板间的距离d。故选B、C、D。(2)根据平衡条件可得mg=qE=qU则油滴的电荷量为q=mgdU(3)若要使原本静止的油滴落到下极板,减小静电力即可,保持两极板间电压U不变,把下极板向下移,则增大极板间距,根据E=Ud可知,电场强度减小,则静电力减小,因此油滴可落到下极板,A正确;断开电源,金属板所带电荷量Q不变,根据C=εrS4πkd,C=QU,E=13.答案1.3×1011C/kg解析无偏转时,洛伦兹力和静电力平衡,则eE=evB只存在磁场时,有evB=mv由几何关系r=L偏转角很小时,r=L联立上述各式并代入数据得电子的比荷em=EθB2L=114.答案(1)8.21×1014Hz(2)9.95×105m/s解析(1)n=2时,E2=-13.622所谓电离,就是使处于基态或激发态的原子的核外电子跃迁到n=∞的轨道,n=∞时,E∞=0所以,要使处于n=2激发态的氢原子电离,电离能为ΔE=E∞E2=3.4eVν=ΔEh=3.4×1.(2)波长为200nm的紫外线一个光子所具有的能量E0=h·ν0=6.63×1034×3×=9.945×1019J电离能ΔE=3.4×1.6×1019J=5.44×1019J由能量守恒有hν0ΔE=12mev代入数值解得v