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2019-2020年高中物理 第18章 原子結(jié)構(gòu)限時測試題 新人教版選修3-5 一、選擇題(共10小題，每小題4分，共40分，在每小題給出的四個選項中，第1～6小題只有一個選項符合題目要求，第7～10小題有多個選項符合題目要求，全部選對的得4分，選不全的得2分，有選錯或不答的得0分) 1．(襄州一中、棗陽一中、宜城一中、曾都一中xx～xx學年高二下學期期中聯(lián)考)下列四幅圖涉及到不同的物理知識，其中說法不正確的是(　　) A．圖甲：普朗克通過研究黑體輻射提出能量子的概念，成為量子力學的奠基人之一 B．圖乙：玻爾理論指出氫原子能級是分立的，所以原子發(fā)射光子的頻率是不連續(xù)的 C．圖丙：盧瑟福通過分析α粒子散射實驗結(jié)果，提出了原子的核式結(jié)構(gòu)模型 D．圖丁：根據(jù)電子束通過鋁箔后的衍射圖樣，可以說明電子具有粒子性 答案：D 解析：根據(jù)物理學史可知A、B、C正確；根據(jù)電子束通過鋁箔后的衍射圖樣，說明電子具有波動性，故D錯誤。 2．(毫州xx～xx學年高二下學期檢測)如圖所示為α粒子散射實驗裝置，粒子打到熒光屏上都會引起閃爍，若將帶有熒光屏的顯微鏡分別放在圖中A、B、C、D四處位置。則這四處位置在相等時間內(nèi)統(tǒng)計的閃爍次數(shù)符合事實的是(　　) A．1305、25、7、1　　　　 B．202、405、625、825 C．1202、1010、723、203 D．1202、1305、723、203 答案：A 解析：根據(jù)α粒子散射實驗的統(tǒng)計結(jié)果，大多數(shù)粒子能按原來方向前進，少數(shù)粒子方向發(fā)生了偏轉(zhuǎn)，極少數(shù)粒子偏轉(zhuǎn)超過90，甚至有的被反向彈回。所以在相等時間內(nèi)A處閃爍次數(shù)最多，其次是B、C、D三處，并且數(shù)據(jù)相差比較大，所以只有選項A符合事實。 3．如圖所示，實線表示金原子核電場的等勢線，虛線表示α粒子在金核電場中散射時的運動軌跡。設(shè)α粒子通 過a、b、c三點時速度分別為va、vb、vc，電勢能分別為Ea、Eb、Ec，則(　　) A．va>vb>vc，Eb>Ea>Ec B．vb>vc>va，Eb>Ea>Ec C．vb>va>vc，Eb>Ea>Ec D．vbEa>Ec 答案：D 解析：金原子核和α粒子都帶正電，α粒子在接近金核過程中需不斷克服庫侖力做功，它的動能減小，速度減小，電勢能增加；α粒子在遠離金核過程中庫侖力不斷對它做功，它的動能增大，速度增大，電勢能減小。因此這三個位置的速度大小關(guān)系和電勢能大小關(guān)系為vbEa>Ec。 4．原子能級的示意圖如圖所示，大量氫原子從n＝4的能級向n＝2的能級躍遷時輻射出可見光a，從n＝3的能級向n＝2的能級躍遷時輻射出可見光b，則(　　) A．氫原子從高能級向低能級躍遷時可能會輻射出γ射線 B．氫原子從n＝4的能級向n＝3的能級躍遷時會輻射出紫外線 C．在水中傳播時，a光較b光的速度小 D．氫原子在n＝2的能級時可吸收任意頻率的光而發(fā)生電離 答案：C 解析：本題考查氫原子的能級躍遷問題，氫原子從高能級向低能級躍遷時不會輻射出γ射線，A錯，氫原子從n＝4的能級向n＝2的能級躍遷時輻射出可見光，則從n＝4能級向n＝3躍遷時不會輻射出紫外線，B錯。由題意知，a光頻率高于b光頻率，所以在水中a光較b光速度小，C正確，氫原子躍遷時可吸收的光的能量是量子化的，D錯，正確答案C。 5．如圖(1)所示為氫原子的能級，圖(2)為氫原子的光譜。已知譜線a是氫原子從n＝4的能級躍遷到n＝2的能級時的輻射光，則譜線b是氫原子(　　) A．從n＝3的能級躍遷到n＝2的能級時的輻射光 B．從n＝5的能級躍遷到n＝2的能級時的輻射光 C．從n＝4的能級躍遷到n＝3的能級時的輻射光 D．從n＝1的能級躍遷到n＝2的能級時的輻射光 答案：B 解析：由圖(2)看出b譜線對應(yīng)的光的頻率大于a譜線對應(yīng)的光的頻率，而a譜線是氫原子從n＝4能級躍遷到n＝2能級時的輻射光，所以b譜線對應(yīng)的能級差應(yīng)大于n＝4與n＝2間的能級差，故選項B正確。 6．紅寶石激光器的工作物質(zhì)紅寶石含有鉻離子的三氧化二鋁晶體，利用其中的鉻離子產(chǎn)生激光。鉻離子的能級圖如圖所示，E1是基態(tài)，E2是亞穩(wěn)態(tài)，E3是激發(fā)態(tài)，若以脈沖氙燈發(fā)出的波長為λ1的綠光照射晶體，處于基態(tài)的鉻離子受到激發(fā)而躍遷到E3，然后自發(fā)地躍遷到E2，釋放波長為λ2的光子，處于亞穩(wěn)態(tài)E2的離子躍遷到基態(tài)時輻射出的光就是激光，這種激光的波長為(　　) A. B. C. D． 答案：A 解析：由題意知E3－E1＝h① E3－E2＝h② E2－E1＝h③ 由①②③式解得λ＝，故A選項正確。 7．以下說法正確的是(　　) A．進行光譜分析可以用連續(xù)光譜，也可以用吸收光譜 B．光譜分析的優(yōu)點是非常靈敏而且迅速 C．線狀光譜和吸收光譜都可以對物質(zhì)進行分析 D．攝下月球的光譜可以分析出月球上有哪些元素 答案：BC 解析：光譜分析既可以用線狀譜也可以用吸收光譜，但不能用連續(xù)譜，A錯，C對；利用光譜分析時，樣品中元素達到10－10g就可以被檢測到，靈敏度很高，B對；月亮本身不發(fā)光，它的光是反射的太陽光，故通過分析月亮的光譜可以分析太陽的大氣中所含的元素，但分析不出月球上有哪些元素，D錯。 8.圖示為氫原子的部分能級圖。關(guān)于氫原子能級的躍遷，下列敘述中正確的是(　　) A．用能量為10.2eV的光子照射，可使處于基態(tài)的氫原子躍遷到激發(fā)態(tài) B．用能量為11.0eV的光子照射，可使處于基態(tài)的氫原子躍遷到激發(fā)態(tài) C．用能量為14.0eV的光子照射，可使處于基態(tài)的氫原子電離 D．大量處于基態(tài)的氫原子吸收了能量為12.09eV的光子后，能輻射3種不同頻率的光 答案：ACD 解析：用能量為10.2eV的光子照射，可使處于基態(tài)的氫原子躍遷到n＝2的激發(fā)態(tài)，A對；用12.09eV的光子照射，可使處于基態(tài)的氫原子躍遷到n＝3的激發(fā)態(tài)，所以可判D正確，B錯誤；若用14.0eV的光子照射，可使基態(tài)氫原子電離，C正確。 9．(黃岡中學xx～xx學年高二下學期期中)如圖所示為氫原子的能級結(jié)構(gòu)示意圖，一群氫原子處于n＝3的激發(fā)態(tài)，在向較低能級躍遷的過程中向外輻射出光子，用這些光子照射逸出功為2.49eV的金屬鈉，下列說法正確的是(　　) A．這群氫原子能輻射出三種不同頻率的光，其中從n＝3能級躍遷到n＝2能級所發(fā)出的光波長最長 B．這群氫原子在輻射光子的過程中電子繞核運動的動能減小，電勢能增大 C．能發(fā)生光電效應(yīng)的光有三種 D．金屬鈉表面所發(fā)出的光電子的最大初動能是9.60eV 答案：AD 解析：由3躍遷到2的光子能量1.89eV，由3躍遷到1的光子能量12.09eV，由2躍遷到1的光子能量10.2eV，故一共有3種頻率的光；由光子能量hν 可知由3躍遷 到2的光子頻率最小，波長最大，故選項A正確；由＝m可知：距離減小，動能變大，電勢能減小，故選項B錯誤；發(fā)生光電效應(yīng)，必須使入射光能量大于逸出功，故有兩種光可以發(fā)生光電效應(yīng)，選項C錯誤；光電子最大初動能為最大光子能量減去逸出功，即12.09eV－2.49eV＝9.60eV，故選項D正確。 10.如圖所示為氫原子能級的示意圖，現(xiàn)有大量的氫原子處于n＝4的激發(fā)態(tài)，當向低能級躍遷時輻射出若干不同頻率的光。關(guān)于這些光下列說法正確的是(　　) A．最容易表現(xiàn)出衍射現(xiàn)象的光是由n＝4能級躍遷到n＝1能級產(chǎn)生的 B．頻率最小的光是由n＝2能級躍遷到n＝1能級產(chǎn)生的 C．這些氫原子總共可輻射出6種不同頻率的光 D．用由n＝2能級躍遷到n＝1能級輻射出的光照射逸出功為6.34eV的金屬鉑能發(fā)生光電效應(yīng) 答案：CD 解析：由hν＝＝Em－En知，從n＝4能級躍遷到n＝1能級時，波長最短，頻率最大，衍射現(xiàn)象最不明顯，故A、B錯誤；躍遷過程中，共能發(fā)出＝6種不同頻率的光，C正確；由n＝2躍遷到n＝1的能級時，輻射光子的能量E21＝E2－E1＝10.2eV>6.34eV，故D正確。 第Ⅱ卷(非選擇題　共60分) 二、填空題(共3小題，每小題6分，共18分。把答案直接填在橫線上) 11.陰極射線是從陰極射線管的陰極發(fā)出的高速運動的粒子流。若在如圖所示的陰極射線管中部加上豎直向上的勻強電場，陰極射線將向________(外、里、上、下)偏轉(zhuǎn)；若使陰極射線不偏轉(zhuǎn)，可在勻強電場區(qū)域再加一大小合適、方向垂直紙面向________(外、里)的勻強磁場。 答案：下　外 解析：陰極射線帶負電，在豎直向上的勻強電場中受向下的庫侖力作用，將向下偏轉(zhuǎn)；要使陰極射線不偏轉(zhuǎn)，應(yīng)使其再受一豎直向上的洛倫茲力與庫侖力平衡，由左手定則可判斷磁場方向垂直紙面向外。 12．(黃岡中學xx～xx學年高二下學期期中)盧瑟福和他的助手做α粒子轟擊金箔實驗，獲得了重要發(fā)現(xiàn)： (1)關(guān)于α粒子散射實驗的結(jié)果，下列說法正確的是________。 A．證明了質(zhì)子的存在 B．證明了原子核是由質(zhì)子和中子組成的 C．證明了原子的全部正電荷和幾乎全部質(zhì)量都集中在一個很小的核里 D．說明了原子中的電子只能在某些軌道上運動 (2)英國物理學家盧瑟福用α粒子轟擊金箔，發(fā)現(xiàn)了α粒子的散射實驗。下列圖中，O表示金原子核的位置，則能正確表示該實驗中經(jīng)過金原子核附近的α粒子的運動軌跡的是圖中的________。 答案：(1)C　(2)B 解析：(1)由α粒子散射實驗的實驗現(xiàn)象盧瑟福提出了原子核式結(jié)構(gòu)模型，即認為原子的全部正電荷和幾乎全部質(zhì)量都集中在一個很小的核里，故選項C正確。 (2)速度方向與原子核共線的α粒子原路返回，兩側(cè)的發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)，但是不會從一側(cè)跨向另一側(cè)，故選項B正確。 13．(揚州市xx～xx學年高二下學期期末)一群氫原子處于量子數(shù)n＝4的能級狀態(tài)，氫原子的能級圖如圖所示，氫原子可能發(fā)射________種頻率的光于；氫原子由量子數(shù)n＝4的能級躍遷到n＝2的能級時輻射光子的能量是________eV; 用n＝4的能級躍遷到n＝2的能級時輻射的光子照射下表中幾種金屬，________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/eV 1.9 2.7 3.7 4.1 答案：6　2.55　銫 解析：從n＝4的能級躍遷，可能發(fā)射6種頻率的光子；從n＝4的能級躍遷到n＝2的能級，發(fā)出的光子能量hν＝E4－E2＝2.55eV，此值大于銫的逸出功，所以可使金屬銫發(fā)生光電效應(yīng)。 三、論述計算題(共4小題，共42分。解答應(yīng)寫出必要的文字說明、方程式和重要演算步驟，只寫出最后答案不能得分，有數(shù)值計算的題，答案中必須明確寫出數(shù)值和單位) 14．(10分)為了測定帶電粒子的比荷，讓這個帶電粒子垂直電場飛進平行金屬板間，已知勻強電場的場強為E，在通過長為L的兩金屬板間后，測得偏離入射方向的距離為d，如果在兩板間加垂直電場方向的勻強磁場，磁場方向垂直粒子的入射方向，磁感應(yīng)強度為B，則粒子恰好不偏離原來方向(如圖)，求q/m的值。 答案： 解析：僅加電場時d＝()()2，加復(fù)合場時Bqv0＝Eq。 由以上兩式可得＝。 15．(10分)氫原子處于n＝2的激發(fā)態(tài)，能量E2＝－3.4eV，則 (1)若要使處于n＝2的激發(fā)態(tài)的氫原子電離，要用多大頻率的電磁波照射該原子？ (2)若用波長為200nm的紫外線照射處于n＝2的激發(fā)態(tài)的氫原子，則電子飛到無窮遠處時的動能是多少？ 答案：(1)8.211014Hz　(2)4.5110－19J 解析：(1)由E＝hν知ν＝＝Hz＝8.211014Hz (2)由能量守恒可知，電子飛到無窮遠處時的動能為 Ek＝h－E2＝J－3.41.610－19J≈4.5110－19J 16．(11分)原子可以從原子間的碰撞中獲得能量，從而發(fā)生能級躍遷(在碰撞中，動能損失最大的是完全非彈性碰撞)。一個具有13.6eV動能、處于基態(tài)的氫原子與另一個靜止的、也處于基態(tài)的氫原子發(fā)生對心正碰，問是否可以使基態(tài)氫原子發(fā)生能級躍遷？(氫原子能級如圖所示) 答案：不能 解析：設(shè)運動氫原子的速度為v0，完全非彈性碰撞后兩者的速度為v，損失的動能ΔE被基態(tài)氫原于吸收。 若ΔE＝10.2eV，則基態(tài)氫原子可由n＝1躍遷到n＝2，由動量守恒和能量守恒有： mv0＝2mv① mv＝mv2＋mv2＋ΔE② mv＝Ek＝13.6eV③ 由①②③得，ΔE＝mv＝6.8eV 因為ΔE＝6.8eV<10.2eV 所以不能使基態(tài)氫原子發(fā)生躍遷。 17．(11分)(濰坊市xx～xx學年高二下學期質(zhì)檢)已知氫原子能級圖如圖所示，氫原子質(zhì)量為mH＝1.6710－24kg。設(shè)原來處于靜止狀態(tài)的大量激發(fā)態(tài)氫原子處于n＝5的能級狀態(tài)。 (1)求大量氫原子由高能級向低能級躍遷時，可能發(fā)射出多少種不同頻率的光； (2)若躍遷后光子沿某一方向飛出，且光子的動量可以用p＝表示(h為普朗克常量，ν為光子頻率，c為真空中光速)，求發(fā)生電子躍遷后氫原子的最大反沖速率。(保留三位有效數(shù)字) 答案：(1)10　(2)4.17m/s 解析：(1)可以有n＝C＝10種不同頻率的光輻射。 (2)由題意知氫原子從n＝5能級躍遷到n＝1能級時，氫原子具有最大反沖速率。 氫原于發(fā)生躍遷時輻射出的光子能量為 E＝ΔE＝|E5－E1| 開始時，將原子(含核外電子)和即將輻射出去的光子作為一個系統(tǒng)， 由動量守恒定律可得：mHvH－p光＝0 光子的動量p光＝，E＝hν 氫原子速度為vH＝，代入數(shù)據(jù)解得vH＝4.17m/s。