2024-2025學(xué)年高中物理第十八章原子結(jié)構(gòu)單元檢測(cè)含解析新人教版選修3-5

PAGE10-單元素養(yǎng)檢測(cè)(三)(第十八章)(90分鐘100分)一、選擇題(本大題共12小題，每小題5分，共60分。其中1～6題為單選，7～12題為多選)1.下列敘述中符合物理學(xué)史的有 ()A.湯姆孫通過(guò)探討陰極射線，發(fā)覺(jué)了電子和質(zhì)子的存在B.盧瑟福通過(guò)對(duì)α粒子散射試驗(yàn)現(xiàn)象的分析，證明白原子是可以再分的C.巴耳末依據(jù)氫原子光譜分析，總結(jié)出了氫原子光譜可見(jiàn)光區(qū)波長(zhǎng)公式D.玻爾提出的原子模型，徹底否定了盧瑟福的原子核式結(jié)構(gòu)學(xué)說(shuō)【解析】選C。湯姆孫通過(guò)探討陰極射線發(fā)覺(jué)了電子，A錯(cuò)誤；盧瑟福通過(guò)對(duì)α粒子散射試驗(yàn)現(xiàn)象的分析，得出了原子的核式結(jié)構(gòu)模型，B錯(cuò)誤；巴耳末依據(jù)氫原子光譜在可見(jiàn)光區(qū)的四條譜線得出巴耳末公式，C正確；玻爾的原子模型是在核式結(jié)構(gòu)模型的基礎(chǔ)上提出的幾條假設(shè)，并沒(méi)有否定核式結(jié)構(gòu)學(xué)說(shuō)，D錯(cuò)誤。【補(bǔ)償訓(xùn)練】盧瑟福提出了原子的核式結(jié)構(gòu)模型，這一模型建立的基礎(chǔ)是()A.α粒子的散射試驗(yàn) B.對(duì)陰極射線的探討C.光電效應(yīng)試驗(yàn) D.氫原子光譜試驗(yàn)【解析】選A。盧瑟福在α粒子散射試驗(yàn)的基礎(chǔ)上提出了原子的核式結(jié)構(gòu)模型。湯姆孫通過(guò)對(duì)陰極射線的探討，發(fā)覺(jué)了電子。光電效應(yīng)，揭示了光的粒子性。氫原子光譜試驗(yàn)說(shuō)明白能量量子化的觀念，故A正確，B、C、D錯(cuò)誤。2.依據(jù)玻爾理論，關(guān)于氫原子的能量，下列說(shuō)法中正確的是()A.是一系列不連續(xù)的隨意值B.是一系列不連續(xù)的特定值C.可以取隨意值D.可以在某一范圍內(nèi)取隨意值【解析】選B。依據(jù)玻爾模型，氫原子的能量是量子化的，是一系列不連續(xù)的特定值，另外我們也可以從氫原子的能級(jí)圖上，得出氫原子的能級(jí)是一系列的特定值，而不是隨意取值的結(jié)論，故A、C、D錯(cuò)，B對(duì)。3.如圖所示是氫原子的能級(jí)圖，大量處于n=4激發(fā)態(tài)的氫原子向低能級(jí)躍遷時(shí)，一共可以輻射出6種不同頻率的光子，其中巴耳末系是指氫原子由高能級(jí)向n=2能級(jí)躍遷時(shí)釋放的光子，則 ()A.6種光子中有3種屬于巴耳末系B.6種光子中頻率最小的是n=2激發(fā)態(tài)躍遷到基態(tài)時(shí)產(chǎn)生的C.從n=2能級(jí)躍遷到基態(tài)所釋放的光子頻率大于從基態(tài)躍遷到n=2能級(jí)所汲取的光子頻率D.使n=4能級(jí)的氫原子電離至少要0.85eV的能量【解析】選D。巴耳末系是指氫原子由高能級(jí)向n=2能級(jí)躍遷時(shí)釋放的光子，6種光子中從n=4→2與n=3→2的屬于巴耳末系，即2種，故A錯(cuò)誤；6種光子中，n=4能級(jí)躍遷到n=3能級(jí)釋放的光子能量最小，頻率最小，故B錯(cuò)誤；依據(jù)玻爾理論可知，從n=2能級(jí)躍遷到基態(tài)所釋放的光子頻率等于從基態(tài)躍遷到n=2能級(jí)所汲取的光子頻率，故C錯(cuò)誤；n=4能級(jí)的氫原子具有的能量為-0.85eV，故要使其發(fā)生電離能量變?yōu)?，至少須要0.85eV的能量，故D正確。【補(bǔ)償訓(xùn)練】如圖為氫原子能級(jí)示意圖的一部分，則氫原子 ()A.從n=4能級(jí)躍遷到n=3能級(jí)比從n=3能級(jí)躍遷到n=2能級(jí)輻射出電磁波的波長(zhǎng)長(zhǎng)B.從n=5能級(jí)躍遷到n=1能級(jí)比從n=5能級(jí)躍遷到n=4能級(jí)輻射出電磁波的速度大C.處于不同能級(jí)時(shí)，核外電子在各處出現(xiàn)的概率是一樣的D.從高能級(jí)向低能級(jí)躍遷時(shí)，氫原子核肯定向外放出能量【解析】選A。依據(jù)ΔE=hν，ν=可知ν=，λ==，從n=4能級(jí)躍遷到n=3能級(jí)的能量差比從n=3能級(jí)躍遷到n=2能級(jí)的能量差小，所以從n=4能級(jí)躍遷到n=3能級(jí)比從n=3能級(jí)躍遷到n=2能級(jí)輻射出電磁波的波長(zhǎng)長(zhǎng)，選項(xiàng)A正確；電磁波的速度是光速，與電磁波的波長(zhǎng)、頻率無(wú)關(guān)，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；處于不同能級(jí)時(shí)，核外電子在各處出現(xiàn)的概率并不相同，C錯(cuò)誤；從高能級(jí)向低能級(jí)躍遷時(shí)，氫原子肯定向外放出能量，而不是氫原子核放出能量，D錯(cuò)誤。4.光子能量為ε的一束光照耀容器中的氫原子(設(shè)氫原子處于n=3的能級(jí))，氫原子汲取光子后，能發(fā)出頻率為ν1、ν2、…、ν6的六種光譜線，且ν1<ν2<…<ν6，則ε等于 ()A.hν1 B.hν6C.h(ν5-ν1) D.h(ν1+ν2+…+ν6)【解析】選A。對(duì)于量子數(shù)n=3的一群氫原子，當(dāng)它們向較低的激發(fā)態(tài)或基態(tài)躍遷時(shí)，可能產(chǎn)生的譜線條數(shù)為=3，由此可判定氫原子汲取光子能量后的能級(jí)是n=4，且從n=4到n=3放出的光子能量最小，頻率最低即為ν1，因此，處于n=3能級(jí)的氫原子汲取頻率為ν1的光子(能量ε=hν1)，從n=3能級(jí)躍遷到n=4能級(jí)后，方可發(fā)出6種頻率的光譜線，選項(xiàng)A正確。5.現(xiàn)有k個(gè)氫原子被激發(fā)到量子數(shù)為3的能級(jí)上，若這些受激發(fā)的氫原子最終都回到基態(tài)，則在此過(guò)程中發(fā)出的光子總數(shù)是(假定處在量子數(shù)為n的激發(fā)態(tài)的氫原子躍遷到各較低能級(jí)的原子數(shù)都是處在該激發(fā)態(tài)能級(jí)上的原子總數(shù)的)()A. B.kC. D.2k【解析】選C。處在量子數(shù)為3的k個(gè)氫原子躍遷到量子數(shù)為2和量子數(shù)為1的氫原子個(gè)數(shù)各為，而處于量子數(shù)為2的個(gè)氫原子還會(huì)向量子數(shù)為1的基態(tài)躍遷，故發(fā)出的光子總數(shù)為k。6.μ子與氫原子核(質(zhì)子)構(gòu)成的原子稱為μ氫原子，它在原子核物理的探討中有重要作用。如圖為μ氫原子的能級(jí)示意圖。假定光子能量為E的一束光照耀容器中大量處于n=2能級(jí)的μ氫原子，μ氫原子汲取光子后，發(fā)出頻率為ν1、ν2、ν3、ν4、ν5和ν6的光，且頻率依次增大，則E等于()A.h(ν3-ν1) B.h(ν5+ν6)C.hν3 D.hν4【解析】選C。μ氫原子汲取能量為E的光子后能發(fā)出6種頻率的光，即μ氫原子從n=2躍遷到n=4的能級(jí)。從n=4能級(jí)向低能級(jí)躍遷發(fā)出光的能量由小到大為E43、E32、E42、E21、E31、E41，能量為E42的光子的頻率為ν3，故光子能量為hν3，C選項(xiàng)正確。7.(2024·海南高考)下列說(shuō)法正確的是 ()A.愛(ài)因斯坦在光的粒子性的基礎(chǔ)上，建立了光電效應(yīng)方程B.康普頓效應(yīng)表明光子只具有能量，不具有動(dòng)量C.玻爾的原子理論勝利地說(shuō)明白氫原子光譜的試驗(yàn)規(guī)律D.盧瑟福依據(jù)α粒子散射試驗(yàn)提出了原子的核式結(jié)構(gòu)模型【解析】選A、C、D。愛(ài)因斯坦提出了光子假說(shuō)，建立了光電效應(yīng)方程，故選項(xiàng)A正確；康普頓效應(yīng)表明光不僅具有能量，還具有動(dòng)量，故選項(xiàng)B錯(cuò)誤；玻爾的原子理論勝利地說(shuō)明白氫原子光譜的試驗(yàn)規(guī)律，故選項(xiàng)C正確；盧瑟福依據(jù)α粒子散射試驗(yàn)提出了原子的核式結(jié)構(gòu)模型，故選項(xiàng)D正確。8.下列說(shuō)法中正確的是()A.湯姆孫精確地測(cè)出了電子電荷量e=1.60217733(49)×10-19B.電子電荷量的精確值是密立根通過(guò)“油滴試驗(yàn)”測(cè)出的C.湯姆孫油滴試驗(yàn)更重要的發(fā)覺(jué)是：電荷是量子化的，即任何帶電體帶的電荷量只能是e的整數(shù)倍D.通過(guò)試驗(yàn)測(cè)出電子的比荷及電子電荷量e的值，就可以確定電子的質(zhì)量【解析】選B、D。電子電荷量的精確測(cè)定是密立根通過(guò)“油滴試驗(yàn)”做出的，密立根油滴試驗(yàn)更重要的發(fā)覺(jué)是：電荷是量子化的，即任何帶電體帶的電荷量只能是e的整數(shù)倍，A、C錯(cuò)誤，B正確；由電子的比荷和電子電荷量e的值，可以確定電子的質(zhì)量，故D正確。9.如圖所示為氫原子的能級(jí)圖，A、B、C分別表示電子在三種不同能級(jí)躍遷時(shí)放出的光子，則下列推斷中正確的是 ()A.能量和頻率最大、波長(zhǎng)最短的是B光子B.能量和頻率最小、波長(zhǎng)最長(zhǎng)的是C光子C.頻率關(guān)系為νB>νA>νC，所以B的粒子性最強(qiáng)D.波長(zhǎng)關(guān)系為λB>λA>λC【解析】選A、B、C。從圖中可以看出電子在三種不同能級(jí)躍遷時(shí)，能級(jí)差由大到小依次是B、A、C，所以B光子的能量和頻率最大，波長(zhǎng)最短，能量和頻率最小、波長(zhǎng)最長(zhǎng)的是C光子，所以頻率關(guān)系是νB>νA>νC，波長(zhǎng)關(guān)系是λB<λA<λC，所以B光子的粒子性最強(qiáng)，故選項(xiàng)A、B、C正確，D錯(cuò)誤。10.在α粒子散射試驗(yàn)中，當(dāng)α粒子最接近金核時(shí)()A.α粒子動(dòng)能最小B.α粒子受到的庫(kù)侖力最大C.α粒子電勢(shì)能最小D.α粒子動(dòng)量的改變率最小【解析】選A、B。α粒子散射試驗(yàn)中，當(dāng)α粒子最接近金核時(shí)，庫(kù)侖斥力最大，B項(xiàng)正確，由于庫(kù)侖斥力始終做負(fù)功，動(dòng)能始終減小，當(dāng)α粒子最接近金核時(shí)，動(dòng)能最小，電勢(shì)能最大，A項(xiàng)正確，C項(xiàng)錯(cuò)誤，由沖量定理知I=FΔt=Δp，α粒子動(dòng)量的改變率F=最大，D項(xiàng)錯(cuò)誤。11.已知金屬鈣的逸出功為2.7eV，氫原子的能級(jí)圖如圖所示，一群氫原子處于(量子數(shù))為n=4的能級(jí)狀態(tài)，則下列說(shuō)法中正確的是 ()A.氫原子可能輻射6種頻率的光子B.氫原子可能輻射5種頻率的光子C.有3種頻率的輻射光子能使鈣發(fā)生光電效應(yīng)D.有4種頻率的輻射光子能使鈣發(fā)生光電效應(yīng)【解析】選A、C。從n=4能級(jí)躍遷可能產(chǎn)生的光子有6種；若產(chǎn)生光電效應(yīng)，則光子的能量須要大于2.7eV，此時(shí)只有第4能級(jí)躍遷到第1能級(jí)、第3能級(jí)躍遷到第1能級(jí)、第2能級(jí)躍遷到第1能級(jí)，這3種頻率的光子能使鈣發(fā)生光電效應(yīng)。12.關(guān)于氫原子能級(jí)躍遷，下列敘述中正確的是 ()A.用波長(zhǎng)為60nm的X射線照耀，可使處于基態(tài)的氫原子電離出自由電子B.用能量為10.2eV的光子照耀，可使處于基態(tài)的氫原子躍遷到激發(fā)態(tài)C.用能量為11.0eV的光子照耀，可使處于基態(tài)的氫原子躍遷到激發(fā)態(tài)D.用能量為12.5eV的光子照耀，可使處于基態(tài)的氫原子躍遷到激發(fā)態(tài)【解析】選A、B。波長(zhǎng)為60nm的X射線的能量：E0=h=6.63×10-34×J=3.32×10-18J=20.75eV，氫原子的電離能：ΔE=0-(-13.6)eV=13.6eV<E0=20.75eV所以可使氫原子電離，A正確。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對(duì)應(yīng)于n=2的狀態(tài)。由于原子發(fā)生躍遷時(shí)汲取光子只能汲取恰好為兩能級(jí)差能量的光子，所以只有B可使氫原子從基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)。二、計(jì)算題(本大題共4小題，共40分。要有必要的文字說(shuō)明和解題步驟，有數(shù)值計(jì)算的要注明單位)13.(10分)氫原子的電子在其次條軌道和第三條軌道上運(yùn)動(dòng)時(shí)，其動(dòng)能之比、動(dòng)量之比、周期之比分別為多少？【解析】電子繞核運(yùn)動(dòng)，庫(kù)侖引力供應(yīng)向心力，得Ek= (1分)則Ek2∶Ek3=r3∶r2 (1分)又rn=n2r1， (1分)故Ek2∶Ek3=9∶4 (1分)由動(dòng)能與動(dòng)量的關(guān)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)氫原子處于基態(tài)時(shí)，原子的能量為E1=-13.6eV，當(dāng)處于n=3的激發(fā)態(tài)時(shí)，能量為E3=-1.51eV，則：(1)當(dāng)氫原子從n=3的激發(fā)態(tài)躍遷到n=1的基態(tài)時(shí)，向外輻射的光子的波長(zhǎng)是多少？(2)若要使處于基態(tài)的氫原子電離，至少要用多大頻率的電磁波照耀原子？(3)若有大量的氫原子處于n=3的激發(fā)態(tài)，則在躍遷過(guò)程中可能釋放出幾種頻率的光子？其中波長(zhǎng)最長(zhǎng)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)據(jù)E3-E1=h (2分)得λ==m=1.03×10-7m(1(2)要使處于基態(tài)的氫原子電離，入射光子應(yīng)滿意hν≥0-E1，解得ν≥=Hz=3.28×1015Hz (3分)(3)當(dāng)大量氫原子處于n=3的激發(fā)態(tài)時(shí)，可釋放出的光子頻率種類為N==3(種) (1分)由于E2===-3.4eV氫原子由n=3能級(jí)向n=2能級(jí)躍遷時(shí)放出的光子能量最小，波長(zhǎng)最長(zhǎng)，設(shè)為λ′，則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種6.58×10-715.(10分)密立根試驗(yàn)的原理如圖所示，A、B是兩塊平行放置的水平金屬板，A板帶正電，B板帶負(fù)電。從噴霧器嘴噴出的小油滴，落到A、B兩板之間的電場(chǎng)中。小油滴由于摩擦而帶負(fù)電，調(diào)整A、B兩板間的電壓，可使小油滴受到的電場(chǎng)力和重力平衡。已知小油滴靜止處的電場(chǎng)強(qiáng)度是1.92×105N/C，油滴半徑是1.64×10-4cm，油的密度是0.851g/cm3，【解析】小油滴質(zhì)量m=ρV=ρ·πr3 ①(2分)由題意知mg-Eq=0 ②(2分)由①②兩式可得：q= (2分)代入數(shù)據(jù)q=C=8.0×10-19C。 (2分)小油滴所帶電量q是電子電量e的倍數(shù)為n==5倍。 (2分)答案：8.0×10-19C516.(10分)(2024·石家莊高二檢測(cè))氫原子的能級(jí)圖如圖所示，某金屬的極限頻率恰好等于氫原子由n=4能級(jí)躍遷到n=2能級(jí)所發(fā)出的光的頻率?，F(xiàn)在用氫原子由n=2能級(jí)躍遷到n=1能級(jí)時(shí)發(fā)出的光去照耀，則從該金屬表面逸出的光電子的最大初動(dòng)能是多少？【解析】依據(jù)玻爾理論可知，氫原子由n=4能級(jí)躍遷到n=2能級(jí)時(shí)，輻射出的光子能量為hν=E4-E2 ①(2分)據(jù)題意知，該金屬的逸出功為W0=hν ②(1分)氫原子從n=2能級(jí)躍遷到n=1能級(jí)時(shí)，所輻射出的光子能量為hν′=E2-E1 ③(2分)據(jù)愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)方程知，光電子的最大初動(dòng)能Ek滿意Ek=hν′-W0 ④(2分)①②③④聯(lián)立可得：Ek=2E2-E1-E4 (2分)將E1=-13.6eV，E2=-3.4eV和E4=-0.85eV代入可得Ek=7.65eV(1分)答案：7.65eV【總結(jié)提升】原子發(fā)光和光電效應(yīng)現(xiàn)象的綜合問(wèn)題辨析(1)原子發(fā)光是指原子從高能