2023春新教材高中物理第5章原子与原子核第1节原子核和核能课后提升训练粤教版选择性

第五章第一节A组·基础达标1．关于电子的发现，下列叙述中不正确的是()A．电子的发现，说明原子是由电子和原子核组成的B．电子的发现，说明原子具有一定的结构C．电子是第一种被人类发现的微观粒子D．电子的发现，比较好地解释了物体的带电现象【答案】A【解析】发现电子之前，人们认为原子是不可再分的最小粒子，电子的发现，说明原子有一定的结构，B正确；电子是人类发现的第一种微观粒子，C正确；物体带电的过程，就是电子的得失和转移的过程，D正确．2．(多选)对α粒子散射实验装置的描述，你认为正确的有()A．实验器材有放射源、金箔、带有荧光屏的显微镜B．金箔的厚度对实验无影响C．如果不用金箔改用铝箔，仍会发生散射现象D．实验装置必须放在真空中【答案】ACD【解析】若金箔的厚度过大，α粒子穿过金箔时必然受较大的阻碍而影响实验效果，B错误．若改用铝箔，铝核的质量仍远大于α粒子的质量，散射现象仍能发生，C正确．若放置在空气中，空气中的尘埃对α粒子的运动会产生影响，故D正确．3．关于玻尔的原子模型理论，下列说法正确的是()A．原子可以处于连续的能量状态中B．原子的能量状态不是连续的C．原子中的核外电子绕核做变速运动一定向外辐射能量D．原子中的电子绕核运动的轨道半径是连续的【答案】B【解析】玻尔依据经典物理在原子结构问题上遇到了困难，引入量子化观念建立了新的原子模型理论，主要内容为：电子轨道是量子化的，原子的能量是量子化的，处在定态的原子不向外辐射能量．由此可知B正确．4．(多选)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．卢瑟福通过α粒子散射实验证实了在原子核内部存在质子D．卢瑟福通过α粒子散射实验证明了原子核是由质子和中子组成的【答案】AB【解析】α粒子散射实验现象与汤姆生的枣糕模型相矛盾，卢瑟福的原子核式结构模型合理解释了该实验现象，并通过实验数据估算出了原子核的半径的数量级为10－15m，A、B正确；卢瑟福通过α粒子散射实验，提出了原子是由原子核和核外电子组成的，但不能说明原子核内存在质子，故C错误；卢瑟福的α粒子散射实验提出了原子的核式结构模型，但不能证明原子核是由质子和中子组成的，故D错误．5．汞原子的能级图如图所示，现让一束单色光照射到大量处于基态的汞原子上，汞原子只发出三种不同频率的单色光，那么，关于入射光的能量，下列说法正确的是()A．可能大于或等于7.7eV B．可能大于或等于8.8eVC．一定等于7.7eV D．包含2.8eV，5eV，7.7eV三种【答案】C【解析】由玻尔理论可知，轨道是量子化的，能级是不连续的，只能发射不连续的单色光，于是要发出三种不同频率的光，只有从基态跃迁到n＝3的激发态上，其能量差ΔE＝E3－E1＝7.7eV，C正确，A、B、D错误．6．如图为卢瑟福的α粒子散射实验，①、②两条线表示实验中α粒子运动的轨迹，则沿③所示方向射向金原子核的α粒子可能的运动轨迹为()A．轨迹a B．轨迹bC．轨迹c D．轨迹d【答案】A【解析】α粒子散射实验表明正电荷全部集中在原子核内，α粒子带正电，同种电荷相互排斥，离原子核越近，受到的库仑斥力越强，则偏转程度越强，沿题图中③所示方向射向金原子核的α粒子可能的运动轨迹为a，A正确．7．关于α粒子散射实验，下列说法不正确的是()A．该实验在真空环境中进行B．带有荧光屏的显微镜可以在水平面内的不同方向上移动C．荧光屏上的闪光是散射的α粒子打在荧光屏上形成的D．荧光屏只有正对α粒子源发出的射线方向上才有闪光【答案】D【解析】本题考查α粒子散射实验装置及其作用，荧光屏不只有正对α粒子源发出的射线方向上才有闪光，所以D错误．8．密立根油滴实验装置如图所示，两块水平放置的金属板分别与电源的正负极相接，板间电压为U，形成竖直向下、场强为E的匀强电场．用喷雾器从上板中间的小孔喷入大小、质量和电荷量各不相同的油滴．通过显微镜可找到悬浮不动的油滴，若此悬浮油滴的质量为m，重力加速度为g，则下列说法正确的是()A．悬浮油滴带正电B．悬浮油滴的电荷量为eq\f(mg,U)C．增大场强，悬浮油滴将向上运动D．油滴的电荷量不一定是电子电荷量的整数倍【答案】C【解析】带电油滴在两板间静止时，受竖直向下的重力和竖直向上的电场力，则油滴应带负电，A错误；qE＝mg，即qeq\f(U,d)＝mg，所以q＝eq\f(mgd,U)，B错误；当E变大时，qE变大，原来悬浮的油滴所受合力向上，油滴向上运动，C正确；任何带电物体的电荷量都是电子电荷量的整数倍，D错误．9．如图所示是阴极射线显像管及其偏转线圈的示意图．显像管中有一个阴极，工作时它能发射阴极射线，荧光屏被阴极射线轰击就能发光．安装在管颈的偏转线圈产生偏转磁场，可以使阴极射线发生偏转．下列说法中正确的是()A．如果偏转线圈中没有电流，则阴极射线应该打在荧光屏正中的O点B．如果要使阴极射线在竖直方向偏离中心，打在荧光屏上A点，则偏转磁场的方向应该垂直纸面向里C．如果要使阴极射线在竖直方向偏离中心，打在荧光屏上B点，则偏转磁场的方向应该垂直纸面向外D．如果要使阴极射线在荧光屏上的位置由B点向A点移动，则偏转磁场强度应该先由小到大，再由大到小【答案】A【解析】偏转线圈中没有电流，阴极射线沿直线运动，打在O点，A正确．由阴极射线的电性及左手定则可知B、C错误；由R＝eq\f(mv,qB)可知，B越小，R越大，故磁感应强度应先由大变小，再由小变大，故D错误．B组·能力提升10．(多选)有关氢原子光谱的说法正确的是()A．氢原子的发射光谱是连续谱B．氢原子光谱说明氢原子只发出特定频率的光C．氢原子光谱说明氢原子能级是分立的D．氢原子光谱的频率与氢原子能级的能量差无关【答案】BC【解析】由于氢原子发射的光子的能量E＝En－Em＝eq\f(1,n2)E1－eq\f(1,m2)E1＝eq\f(m2－n2,n2m2)E1，所以发射的光子的能量值E是不连续的，只能是一些特殊频率的谱线，故A错误，B正确．由于氢原子的轨道是不连续的，而氢原子在不同的轨道上的能级En＝eq\f(1,n2)E1，故氢原子的能级是不连续的即是分立的，故C正确．当氢原子从较高轨道第n能级跃迁到较低轨道第m能级时，发射的光子的能量为E＝En－Em＝eq\f(1,n2)E1－eq\f(1,m2)E1＝eq\f(m2－n2,n2m2)E1＝hν，显然n、m的取值不同，发射光子的频率就不同，故氢原子光谱线的频率与氢原子能级的能量差有关，故D错误．11．氢原子部分能级的示意图如图所示，不同色光的光子能量如下表所示．色光光子能量范围(eV)红1.61～2.00橙2.00～2.07黄2.07～2.14绿2.14～2.53蓝—靛2.53～2.76紫2.76～3.10处于某激发态的氢原子，发射的光的谱线在可见光范围内仅有2条，其颜色分别为()A．红、蓝—靛 B．黄、绿C．红、紫 D．蓝—靛、紫【答案】A【解析】根据跃迁假设，发射光子的能量hν＝Em－En．如果激发态的氢原子处于第二能级，能够发出－3.4eV－(－13.6eV)＝10.2eV的光子，由表格数据判断出它不属于可见光；如果激发态的氢原子处于第三能级，能够发出12.09eV、10.2eV、1.89eV的三种光子，只有1.89eV的光属于可见光；若激发态的氢原子处于第四能级，可发出12.75eV、12.09eV、10.2eV、2.55eV、1.89eV、0.66eV等六种光子，1.89eV和2.55eV的光属于可见光，1.89eV的光为红光，2.55eV的光为蓝—靛光，选项A正确．12．氢原子处于基态时，原子的能量为E1＝－13.6eV，问：(1)氢原子在n＝4的定态上时，可放出几种光子？(2)若要使处于基态的氢原子电离，要用多大频率的电磁波照射此原子．解：(1)原子处于n＝1的定态，这时原子对应的能量最低，这一定态是基态，其他的定态均是激发态．原子处于激发态时不稳定，会自动地向基态跃迁，而跃迁的方式多种多样，当氢原子从n＝4的定态向基态跃迁时，可释放出6种不同频率的光子．(2)要使处于基态的氢原子电离，就是要使氢原子第一条可能轨道上的电子获得能量脱离原子核的引力束缚，则hν≥E∞－E1＝13.6eV＝2.176×10－18J，即ν≥eq\f(E∞－E1,h)＝eq\f(2.176×1018,6.63×1034)Hz＝3.28×1015Hz．13．氢原子能级跃迁如图所示，由图求：(1)如果有很多氢原子处于n＝3的能级，在原子回到基态时，可能产生哪几种跃迁？出现几种不同光谱线？(2)如果用动能为11eV的外来电子去激发处于基态的氢原子，可使氢原子激发到哪一个能级上？(3)如果用能量为11eV的外来光去激发处于基态的氢原子，结果又如何？解：(1)对于处于n＝3的很多氢原子而言，在它们回到n＝1的基态时，可能观测到三种不同频率的光谱线，其频率分别为2.92×1015Hz、4.51×1014Hz、2.47×1015Hz．(2)从氢原子能级图可以推算出：氢原子从n＝1的能级激发到n＝2的能级时所需吸收的能量ΔE21＝E2－E1＝－3.4eV－(－13.6eV)＝10.2eV，如果氢原子从n＝1的能级激发到n＝3的能级，那么所需吸收的能量为ΔE31＝E3－E1＝1.51eV－(－13.6eV)＝12.09eV．因为外来电子的能量E电＝11eV，和上述计算结果相比较可知ΔE21<E电<ΔE31，所以具有11eV能量的外来电子，只能使处于基态的氢原子激发到n＝2的能级，这时外来电子剩余的动能为E外－ΔE21＝(11－10.2)eV＝0.8eV．(3)如果外来光子的能量E光＝11eV，由于光子能量是一个不能再分割的最小能量单元，当外来光子能量不等于某两级能量差时，则不能被氢原子所吸收，自然，氢原子也不能从基态激发到任一激发态．14．带电粒子的电荷量与质量的比值(eq\f(q,m))称为荷质比．汤姆孙当年用来测定电子荷质比的实验装置如图所示．真空玻璃管内的阴极K发出的电子经过加速电压加速后，形成细细的一束电子流．当极板C、D间不加偏转电压时，电子束将打在荧光屏上的O点；若在C、D间加上电压U，则电子束将打在荧光屏上的P点，P点与O点的竖直距离为h；若再在C、D极板间加一方向垂直于纸面向里、磁感应强度为B的匀强磁场，电子束又重新打在了O点．已知极板C、D的长度为L1，C、D间的距离为d，极板右端到荧光屏的距离为L2．不计电子重力影响．(1)求电子打在荧光屏O点时速度的大小；(2)①推导出电子荷质比的表达式(结果用题中给定的已知量的字母表示)；②若L1＝5.00cm，d＝1.50cm，L2＝10.00cm，偏转电压U＝200V，磁感应强度B＝6.3×10－4T，h＝3.0cm．估算电子荷质比的数量级．解：(1)加上磁场后，电子做匀速直线运动evB＝eE，其中U＝Ed，联立解得v＝eq\f(U,Bd)．(2)①极板间只加电场时，电子在电场中做类平抛运动．水平方