2020-2021學(xué)年高中物理人教版選修3-5第十八章　《原子結(jié)構(gòu)》綜合測(cè)試

1、第十八章原子結(jié)構(gòu)綜合測(cè)試時(shí)間：90分鐘滿分：100分一、選擇題(17為單選，810為多選，每小題4分，共40分)1英國(guó)物理學(xué)家湯姆孫因發(fā)現(xiàn)電子獲得1906年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)，關(guān)于電子發(fā)現(xiàn)的重大意義，下列說(shuō)法中正確的是(b)a它揭示了原子是由原子核和電子組成的b它揭示了原子是有內(nèi)部結(jié)構(gòu)的，打破了原子不可分割的結(jié)論c它揭示了電荷的量子化，即任何帶電體的電荷只能是電子電量的整數(shù)倍d它揭示了電子質(zhì)量?jī)H為原子質(zhì)量的倍解析：電子的發(fā)現(xiàn)說(shuō)明電子是原子的組成部分，即原子是有內(nèi)部結(jié)構(gòu)的，b正確2一群氫原子處于同一較高的激發(fā)態(tài)，它們?cè)谙蜉^低激發(fā)態(tài)或基態(tài)躍遷的過(guò)程中(b)a可能吸收一系列頻率不同的光子，形成光譜中的若

2、干條暗線b可能發(fā)出一系列頻率不同的光子，形成光譜中的若干條明線c只吸收頻率一定的光子，形成光譜中的一條暗線d只發(fā)出頻率一定的光子，形成光譜中的一條明線解析：因?yàn)橛幸蝗簹湓犹幱谕惠^高的激發(fā)態(tài)，而當(dāng)它們?cè)谙蜉^低激發(fā)態(tài)或基態(tài)躍遷時(shí)，會(huì)有能量的釋放，所以會(huì)發(fā)出光子形成明線光譜，而不是暗線光譜因?yàn)橛性S多氫原子，所以它們里面有的直接向基態(tài)躍遷，有的向較低一級(jí)的激發(fā)態(tài)躍遷，再由較低激發(fā)態(tài)向更低級(jí)激發(fā)態(tài)或基態(tài)躍遷，因此會(huì)發(fā)出一系列的頻率不同的光子3一個(gè)處于基態(tài)的氫原子吸收光子后，躍遷到另一定態(tài)，下列說(shuō)法中正確的是(d)a電子繞原子核運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能將會(huì)變大b電子繞原子核運(yùn)動(dòng)的頻率將會(huì)變大c向低能級(jí)躍遷時(shí)，發(fā)出光

3、子的頻率等于吸收光子的頻率d吸收光子屬于紫外線，發(fā)出的光子可能含有可見(jiàn)光解析：基態(tài)的氫原子吸收光子后，半徑變大，由k得ekmv2，即電子的動(dòng)能減小，a錯(cuò)誤；由42mf2r得f2，即電子繞核運(yùn)動(dòng)的頻率減小，b錯(cuò)誤；因基態(tài)與激發(fā)態(tài)能級(jí)差大，吸收光子屬于紫外線，若躍遷到n2的能級(jí)，發(fā)出的光子與吸收的光子頻率相同，若躍遷到其他能級(jí)，可能先躍遷到n2的能級(jí)，再躍遷到基態(tài)，故c錯(cuò)誤，d正確4已知氦離子(he)的能級(jí)圖如圖所示，根據(jù)能級(jí)躍遷理論可知(a)a氦離子(he)從n4能級(jí)躍遷到n3能級(jí)比從n3能級(jí)躍遷到n2能級(jí)輻射出光子的頻率低b大量處在n3能級(jí)的氦離子(he)向低能級(jí)躍遷，只能發(fā)出2種不同頻率的光

4、子c氦離子(he)處于n1能級(jí)時(shí)，能吸收45 ev的能量躍遷到n2能級(jí)d氦離子(he)從n4能級(jí)躍遷到n3能級(jí)，需要吸收能量解析：氦離子由高能級(jí)向低能級(jí)躍遷，輻射光子的能量等于能級(jí)差，對(duì)應(yīng)光子頻率滿足：henem(n>m)，a正確大量處于n3能級(jí)的氦離子向低能級(jí)躍遷，能發(fā)出3種不同頻率的光子，b錯(cuò)誤氦離子只能吸收能量等于能級(jí)差的光子才能躍遷到高能級(jí)，c錯(cuò)誤氦離子從高能級(jí)躍遷到低能級(jí)，以光子的形式輻射能量，d錯(cuò)誤5處于n3的激發(fā)態(tài)的大量氫原子向基態(tài)躍遷的過(guò)程中，只有一種光子不能使某金屬w產(chǎn)生光電效應(yīng)，則下列說(shuō)法正確的是(c)a不能使金屬w產(chǎn)生光電效應(yīng)的是從n3激發(fā)態(tài)躍遷到基態(tài)發(fā)出的光子b不

5、能使金屬w產(chǎn)生光電效應(yīng)的是從n2激發(fā)態(tài)躍遷到基態(tài)發(fā)出的光子c若光子從n4激發(fā)態(tài)躍遷到n3激發(fā)態(tài)，一定不能使金屬w產(chǎn)生光電效應(yīng)d若光子從n4激發(fā)態(tài)躍遷到n2激發(fā)態(tài)，一定不能使金屬w產(chǎn)生光電效應(yīng)解析：只有光子能量大于金屬逸出功時(shí)才能發(fā)生光電效應(yīng)，從n3能級(jí)向n2能級(jí)躍遷時(shí)光子能量最小，a、b錯(cuò)誤；因e42>e32，故可能發(fā)生光電效應(yīng)，d錯(cuò)誤；e43<e32，不能發(fā)生光電效應(yīng)，c正確6核磁共振成像是一種人體不接觸放射線，對(duì)人體無(wú)損害，可進(jìn)行人體多部位檢查的醫(yī)療影像技術(shù)基本原理：當(dāng)外來(lái)電磁波滿足一定條件時(shí)，可使處于強(qiáng)磁場(chǎng)中的人體內(nèi)含量最多的氫原子吸收電磁波的能量，去掉外來(lái)電磁波后，吸收了能

6、量的氫原子又把這部分能量以電磁波的形式釋放出來(lái)，形成核磁共振信號(hào)由于人體內(nèi)各種組織所含氫原子數(shù)量不同，或同種組織正常與病變時(shí)所含氫原子數(shù)量不同，釋放的能量亦不同，將這種能量信號(hào)通過(guò)計(jì)算機(jī)轉(zhuǎn)換成圖像，就可以用來(lái)診斷疾病下列關(guān)于人體內(nèi)氫原子吸收的電磁波能量的說(shuō)法正確的是(d)a任何頻率的電磁波氫原子均可吸收b頻率足夠高的電磁波氫原子才吸收c能量大于13.6 ev的電磁波氫原子才能吸收d氫原子只能吸收某些頻率的電磁波解析：根據(jù)玻爾理論，只有能量剛好等于氫原子兩個(gè)能級(jí)差的光子(電磁波)才能被氫原子吸收，故選項(xiàng)d正確，a、b、c錯(cuò)誤7原子從一個(gè)能級(jí)躍遷到一個(gè)較低的能級(jí)時(shí)，有可能不發(fā)射光子例如，在某種條件

7、下，鉻原子由n2能級(jí)躍遷到n1能級(jí)上時(shí)并不發(fā)射光子，而是將相應(yīng)的能量轉(zhuǎn)交給n4能級(jí)上的電子，使之能脫離原子，這一現(xiàn)象叫做俄歇效應(yīng)以這種方式脫離了原子的電子叫俄歇電子已知鉻原子的能級(jí)公式可簡(jiǎn)化表示en，式中n1,2,3表示不同能級(jí)，a是正的已知常數(shù)則上述俄歇電子的動(dòng)能是(c)a.a b.ac.a d.a解析：鉻原子從n2的能級(jí)躍遷到n1的能級(jí)上，釋放的能量e(a)a，n4能級(jí)上的電子獲得這一能量后脫離原子，電子脫離原子后的動(dòng)能為a()a，c正確8關(guān)于氫原子能級(jí)的躍遷，下列敘述中正確的是(ab)a用能量為20.75 ev的x射線照射，可使處于基態(tài)的氫原子電離出自由電子b用能量為10.2 ev的光子

8、照射，可使處于基態(tài)的氫原子躍遷到激發(fā)態(tài)c用能量為11.0 ev的光子照射，可使處于基態(tài)的氫原子躍遷到激發(fā)態(tài)d用能量為12.5 ev的光子照射，可使處于基態(tài)的氫原子躍遷到激發(fā)態(tài)解析：氫原子的電離能e0(13.6) ev13.6 ev<20.75 ev所以可使氫原子電離，a正確由heme1得em1he110.2 ev(13.6) ev3.4 evem211.0 ev(13.6) ev2.6 evem312.5 ev(13.6) ev1.1 ev由e得，只有em13.4 ev對(duì)應(yīng)于n2的狀態(tài)由于電子繞核運(yùn)動(dòng)時(shí)只能吸收恰好為兩能級(jí)能量差的光子，所以只有b可使氫原子從基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)9關(guān)于粒子散射

9、實(shí)驗(yàn)，下列說(shuō)法正確的是(ac)a在實(shí)驗(yàn)中觀察到的現(xiàn)象是：絕大多數(shù)粒子穿過(guò)金箔后仍沿原來(lái)方向前進(jìn)，少數(shù)發(fā)生了較大偏轉(zhuǎn)，極少數(shù)偏轉(zhuǎn)超過(guò)90°，有的甚至被彈回b使粒子發(fā)生明顯偏轉(zhuǎn)的力是來(lái)自帶正電的核及核外電子，當(dāng)粒子接近核時(shí)是核的斥力使粒子偏轉(zhuǎn)，當(dāng)粒子接近電子時(shí)是電子的吸引力使之偏轉(zhuǎn)c實(shí)驗(yàn)表明：原子中心有一個(gè)極小的核，它占有原子體積的極小部分d實(shí)驗(yàn)表明：原子中心的核帶有原子的全部正電荷和原子的全部質(zhì)量解析：由粒子散射實(shí)驗(yàn)結(jié)果知，a正確；由于電子質(zhì)量遠(yuǎn)小于粒子質(zhì)量，對(duì)粒子的運(yùn)動(dòng)影響極小，使粒子發(fā)生明顯偏轉(zhuǎn)的是原子核的斥力，b錯(cuò)誤；實(shí)驗(yàn)表明：原子具有核式結(jié)構(gòu)，核極小，但含有全部的正電荷和幾乎所

10、有的質(zhì)量，c正確，d錯(cuò)誤10如圖所示的是湯姆孫的氣體放電管的示意圖，下列說(shuō)法中正確的是(不考慮電子重力)(ac)a若d1、d2之間不加電場(chǎng)和磁場(chǎng)，則陰極射線應(yīng)打到最右端的p1點(diǎn)b若d1、d2之間加豎直向下的電場(chǎng)，則陰極射線應(yīng)向下偏轉(zhuǎn)c若d1、d2之間加豎直向下的電場(chǎng)，則陰極射線應(yīng)向上偏轉(zhuǎn)d若d1、d2之間加垂直紙面向里的磁場(chǎng)，則陰極射線不偏轉(zhuǎn)解析：實(shí)驗(yàn)證明，陰極射線是電子，它在電場(chǎng)中偏轉(zhuǎn)時(shí)應(yīng)偏向帶正電的極板一側(cè)，可知c正確，b錯(cuò)誤；加上磁場(chǎng)時(shí)，電子在磁場(chǎng)中受洛倫茲力，要發(fā)生偏轉(zhuǎn)，因而d錯(cuò)誤；當(dāng)不加電場(chǎng)和磁場(chǎng)時(shí)，電子所受的重力可忽略不計(jì)，故打在p1點(diǎn)，a正確二、填空題(每小題9分，共18分)11

11、一群氫原子處于量子數(shù)n4能級(jí)狀態(tài)，氫原子的能級(jí)圖如圖所示，氫原子可能發(fā)射6種頻率的光子；氫原子由量子數(shù)n4的能級(jí)躍遷到n2的能級(jí)時(shí)輻射光子的能量是2.55 ev；用從n4的能級(jí)躍遷到n2的能級(jí)時(shí)輻射的光子照射下表中幾種金屬，銫金屬能發(fā)生光電效應(yīng)幾種金屬的逸出功金屬銫鈣鎂鈦逸出功w/ev1.92.73.74.1解析：氫原子從量子數(shù)n4的能級(jí)躍遷時(shí)產(chǎn)生的光子的頻率數(shù)目為nc6；由量子數(shù)n4的能級(jí)躍遷到n2的能級(jí)時(shí)輻射光子的能量是ee4e20.85 ev(3.4 ev)2.55 ev；由光電效應(yīng)的條件可知量子數(shù)n4的能級(jí)躍遷到n2的能級(jí)時(shí)輻射光子可以使銫發(fā)生光電效應(yīng)12一群處于n4激發(fā)態(tài)的氫原子，躍

12、遷時(shí)可能發(fā)出的譜線分屬3個(gè)譜線系，其中最長(zhǎng)的波長(zhǎng)等于1.884×106_m，最短的波長(zhǎng)等于9.750×108_m.解析：由于大量原子激發(fā)后會(huì)發(fā)生各種可能的躍遷，因此，如圖所示，能發(fā)出6條譜線其中躍遷到同一個(gè)低能級(jí)的光屬于同一譜線系因此這6條譜線分屬三個(gè)譜線系每個(gè)譜線系的光依次為a；b、d；c、e、f.由玻爾理論可知，輻射光的波長(zhǎng).躍遷時(shí)的能量變化e越大，輻射光的波長(zhǎng)越短；e越小，則波長(zhǎng)越長(zhǎng)因此光線c波長(zhǎng)最短，光線a波長(zhǎng)最長(zhǎng)它們的波長(zhǎng)分別是a m1.884×106 m，c m9.750×108 m.三、計(jì)算題(共42分)13(10分)氫原子光譜譜線波長(zhǎng)遵循

13、公式r()，r為里德伯常量，賴曼系是從高能級(jí)向基態(tài)躍遷時(shí)產(chǎn)生的，巴耳末系是從高能級(jí)向第二能級(jí)躍遷時(shí)產(chǎn)生的，帕邢系是從高能級(jí)向第三能級(jí)躍遷時(shí)產(chǎn)生的，求各線系的第一條譜線(波長(zhǎng)最長(zhǎng)的譜線)的波長(zhǎng)之比答案：35189540解析：賴曼系的第一條譜線r(1)r，巴耳末系的第一條譜線r()r，帕邢系的第一條譜線r()r，故波長(zhǎng)之比12335189540.14(10分)氫原子處于基態(tài)時(shí)，原子能級(jí)e113.6 ev，普朗克常量h6.63×1034 j·s，現(xiàn)用光子能量介于1112.5 ev范圍內(nèi)的光去照射一大群處于基態(tài)的氫原子(1)照射光中可能被基態(tài)氫原子吸收的光子有幾種？激發(fā)后的氫原子發(fā)

14、射的不同能量的光子最多有幾種？能放出的光子的最大能量是多少？(2)要使處于n3的激發(fā)態(tài)的氫原子電離，入射光子的最小頻率是多少？答案：(1)1312.09 ev(2)3.64×1014 hz解析：(1)由en可算出e23.4 ev，e31.51 ev，e40.85 ev，分別計(jì)算出處于基態(tài)的氫原子躍遷到第二、第三、第四激發(fā)態(tài)過(guò)程中吸收的能量，分別是10.2 ev，12.09 ev,12.75 ev.因此，用光子能量介于1112.5 ev范圍內(nèi)的光去照射一大群處于基態(tài)的氫原子時(shí)，照射光中可能被基態(tài)氫原子吸收的光子只有1種，當(dāng)處于第三激發(fā)態(tài)的氫原子向低能級(jí)躍遷時(shí)，對(duì)應(yīng)有3種頻率的光子；從n

15、3躍遷到n1能級(jí)時(shí)，輻射的光子能量最大，ee3e112.09 ev.(2)要使氫原子電離，即將電子移到離核無(wú)窮遠(yuǎn)處，此時(shí)e0，則hee30(1.51) ev1.51 ev最小頻率3.64×1014 hz.15(10分)在研究原子物理時(shí)，科學(xué)家經(jīng)常借用宏觀模型進(jìn)行模擬在玻爾原子模型中，完全可用衛(wèi)星繞行星運(yùn)動(dòng)來(lái)模擬研究電子繞原子核的運(yùn)動(dòng)當(dāng)然這時(shí)的向心力不是粒子間的萬(wàn)有引力(可忽略不計(jì))，而是粒子間的靜電力在氫原子中，電子和原子核的帶電荷量大小都是e1.60×1019 c，電子在第1、2可能軌道運(yùn)行時(shí)，其運(yùn)動(dòng)半徑分別為r10.53×1010 m、r24r1.(靜電力常量

16、k9.0×109 n·m2/c2)(1)求電子分別在第1、2可能軌道運(yùn)行時(shí)的動(dòng)能(以ev為單位)；(2)當(dāng)電子從第1可能軌道躍遷到第2可能軌道時(shí)，原子還需吸收10.2 ev的光子，那么電子的電勢(shì)能增加了多少？答案：(1)13.6 ev3.4 ev(2)20.4 ev解析：(1)電子所受靜電力提供向心力，有km故ekmv2ek1 j13.6 evek2ek13.4 ev.(2)根據(jù)能量守恒定律，有epe(ek1ek2)故ep20.4 ev.16(12分)光電效應(yīng)和康普頓效應(yīng)深入地揭示了光的粒子性的一面前者表明光子具有能量，后者表明光子除了具有能量之外還具有動(dòng)量由狹義相對(duì)論可知

17、，一定的質(zhì)量m與一定的能量e相對(duì)應(yīng)emc2，其中c為真空中光速(1)已知某單色光的頻率為，波長(zhǎng)為，該單色光光子的能量eh，其中h為普朗克常量試借用質(zhì)子、電子等粒子動(dòng)量的定義動(dòng)量質(zhì)量×速度，推導(dǎo)該單色光光子的動(dòng)量p.(2)光照射到物體表面時(shí)，如同大量氣體分子與器壁的頻繁碰撞一樣，將產(chǎn)生持續(xù)均勻的壓力，這種壓力會(huì)對(duì)物體表面產(chǎn)生壓強(qiáng)，這就是“光壓”，用i表示一臺(tái)發(fā)光功率為p0的激光器發(fā)出一束某頻率的激光，光束的橫截面積為s.當(dāng)該激光束垂直照射到某物體表面時(shí)，假設(shè)光全部被吸收，試寫(xiě)出其在物體表面引起的光壓的表達(dá)式(3)設(shè)想利用太陽(yáng)光的“光壓”為探測(cè)器提供動(dòng)力，將太陽(yáng)系中的探測(cè)器送到太陽(yáng)系以外，這就需要為探測(cè)器制作一個(gè)很大的光帆，以使太陽(yáng)光對(duì)光帆的壓力超過(guò)太陽(yáng)對(duì)探測(cè)器的引力，不考慮行星對(duì)探測(cè)器的引力一個(gè)質(zhì)量為m的探測(cè)器