限时规范训练(54) 第16章 第2讲 原子结构（word课时作业）-【高考领航】2025年高考物理大一轮复习

限时规范训练(54) [基础巩固题组] 1．(2024·北京丰台一模)卢瑟福通过对α粒子散射实验的结果分析，提出的理论是(　　) A．原子的核式结构模型 B．电子是原子的组成部分 C．原子核由质子和中子组成 D．电子在不同的轨道运动时，原子具有不同的能量 解析：A　卢瑟福通过对α粒子散射实验的结果分析，提出原子核式结构模型，故A正确；该模型说明了原子的中心有个很小的核叫原子核，原子核集中了全部正电荷和几乎全部质量，带负电的电子在核外空间里绕着核旋转；卢瑟福通过对α粒子散射实验的结果分析，提出原子核式结构模型，无法说明电子是原子的组成部分，故B错误；原子核式结构模型并没有指明原子核由质子和中子组成，故C错误；玻尔的原子理论认为，电子在不同的轨道上运动时，原子处在不同的能量状态；原子核式结构模型虽然指出了核外电子绕核高速旋转，但并没有提出轨道的概念，也没有指出电子在不同轨道的能量关系，故D错误。 2．(2024·湖北宜昌高三质检)如图所示是α粒子散射实验装置的示意图。从α粒子源发射的α粒子射向金箔，利用观测装置观测发现，绝大多数α粒子穿过金箔后，基本上仍沿原来的方向前进，但有少数α粒子(约占八千分之一)发生了大角度偏转，极少数α粒子偏转的角度甚至大于90°。下列说法正确的是(　　) A．α粒子束是快速运动的质子流 B．实验结果说明原子中的正电荷弥漫性地均匀分布在原子内 C．α粒子发生大角度偏转是金箔中的电子对α粒子的作用引起的 D．α粒子散射实验装置的内部需要抽成真空 解析：D　α粒子是氦的原子核，因此不是质子流，选项A错误；实验结果说明占原子质量绝大部分的带正电的物质集中在很小的空间范围，选项B错误；α粒子发生大角度偏转是金箔中的带正电的原子核对α粒子的库仑斥力引起的，选项C错误；为避免空气分子的影响，内部需要抽成真空，选项D正确。 3．(2024·北京石景山一模)在卢瑟福α粒子散射实验中，金箔中的原子核可以看作静止不动，下列各图画出的是其中两个α粒子经历金箔散射过程的径迹，其中正确的是(　　) 解析：C　金箔原子核带正电，与α粒子带同种电荷，彼此间相互排斥，又由曲线运动特征可知，α粒子所受金箔的排斥力应指向曲线的凹侧。 4．(2023·全国新课标卷)铯原子基态的两个超精细能级之间跃迁发射的光子具有稳定的频率，铯原子钟利用的两能级的能量差量级为10－5eV，跃迁发射的光子的频率量级为(普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s，元电荷e＝1.60×10－19 C)(　　) A．103Hz　　　　　　 B．106Hz C．109Hz D．1012Hz 解析：C　铯原子利用的两能级的能量差量级对应的能量为E＝10－5 eV＝10－5×1.6×10－19 J＝1.6×10－24 J，由光子能量的表达式E＝hν可得，跃迁发射的光子的频率量级为ν＝＝ Hz≈2.4×109 Hz，跃迁发射的光子的频率量级为109 Hz。故选C。 5．(2024·北京通州一模)如图为氢原子能级图，大量处于n＝4激发态的氢原子，当它们自发地跃迁到较低能级时，下列说法正确的是(　　) A．这些氢原子跃迁时最多可产生3种不同频率的光子 B．由n＝4能级跃迁到n＝1能级时发出光子的波长最长 C．核外电子动能减少，电势能增加 D．该氢原子放出光子，能量减少 解析：D　大量氢原子处于n＝4的激发态，由C42＝6知，最多能放出6种不同频率的光子，A错误；从n＝4能级跃迁到n＝1能级，放出光子，能级差最大，由ΔE＝hν＝h，辐射光子频率最高，波长最短， B错误；当原子从第4能级自发地跃迁到较低能级时，放出光子，原子的能量减小，轨道半径减小，电子的动能增大，电势能减小，C错误，D正确。 6．(2023·辽宁卷)原子处于磁场中，某些能级会发生劈裂。某种原子能级劈裂前后的部分能级图如图所示，相应能级跃迁放出的光子分别设为①②③④。若用①照射某金属表面时能发生光电效应，且逸出光电子的最大初动能为Ek，则(　　) A．①和③的能量相等 B．②的频率大于④的频率 C．用②照射该金属一定能发生光电效应 D．用④照射该金属逸出光电子的最大初动能小于Ek 解析：A　由图可知①和③对应的跃迁能级差相同，可知①和③的能量相等，选项A正确；因②对应的能级差小于④对应的能级差，可知②的能量小于④的能量，根据E＝hν可知②的频率小于④的频率，选项B错误；因②对应的能级差小于①对应的能级差，可知②的能量小于①，②的频率小于①，则若用①照射某金属表面时能发生光电效应，用②照射该金属不一定能发生光电效应，选项C错误；因④对应的能级差大于①对应的能级差，可知④的能量大于①，即④的频率大于①，因用①照射某金属表面时能逸出光电子的最大初动能为Ek，根据Ekm＝hν－W逸出功，则用④照射该金属逸出光电子的最大初动能大于Ek，选项D错误。 7．(2022·广东卷)目前科学家已经能够制备出能量量子数n较大的氢原子。氢原子第n能级的能量为En＝，其中E1＝－13.6 eV。图是按能量排列的电磁波谱，要使n＝20的氢原子吸收一个光子后，恰好失去一个电子变成氢离子，被吸收的光子是(　　) A．红外线波段的光子 B．可见光波段的光子 C．紫外线波段的光子 D．X射线波段的光子 解析：A　n＝20的氢原子能量为E20＝＝－0.034 eV，该氢原子的电离能为0.034 eV。吸收一个光子，恰好失去一个电子变成氢离子，由题图所示按能量排列的电磁波谱可知，被吸收的光子是红外线波段的光子，A项正确。 [能力提升题组] 8．(2024·山东临沂一模)图甲为研究光电效应的电路，K极为金属钠(截止频率为5.53×1014 Hz，逸出功为2.29 eV)。图乙为氢原子能级图。氢原子光谱中有四种可见光，分别是从n＝6、5、4、3能级跃迁到n＝2能级产生的。下列说法正确的是(　　) 　 甲　　　　　　　　　　乙 A．氢原子光谱中有三种可见光能够让图甲K极金属发生光电效应 B．大量处于n＝5能级的氢原子最多能辐射出8种不同频率的光 C．仅将图甲中P向右滑动，电流计示数一定变大 D．仅将图甲中电源的正负极颠倒，电流计示数一定为0 解析：A　从n＝6、5、4、3能级跃迁到n＝2能级产生的光的能量分别为3.02 eV、2.86 eV、2.55 eV、1.89 eV，大于2.29 eV的跃迁有三种，即氢原子光谱中有三种可见光能够让图甲K极金属发生光电效应，选项A正确；大量处于n＝5能级的氢原子最多能辐射出C52＝10种不同频率的光，选项B错误；仅将图甲中P向右滑动，正向电压变大，则开始阶段电流计示数变大，当达到饱和光电流时，电流不再增加，选项C错误；仅将图甲中电源的正负极颠倒，光电管加反向电压，仍有可能光电子到达A极，即电流计示数不一定为0，选项D错误。 9．原子从一个能级跃迁到一个较低的能级时，有可能不发射光子。例如在某种条件下，铬原子的n＝2能级上的电子跃迁到n＝1能级上时并不发射光子，而是将相应的能量转交给n＝4能级上的电子，使之能脱离原子，这一现象叫作俄歇效应，以这种方式脱离了原子的电子叫作俄歇电子，已知铬原子的能级公式可简化表示为En＝－，式中n＝1，2，3，…表示不同能级，A是正的已知常数，上述俄歇电子的动能是(　　) A．A　　　　　　 B．A C．A D．A 解析：C　由题意可知n＝1能级能量为E1＝－A，n＝2能级能量为E2＝－，从n＝2能级跃迁到n＝1能级释放的能量为ΔE＝E2－E1＝，从n＝4能级能量为E4＝－，电离需要能量为E＝0－E4＝，所以从n＝4能级电离后的动能为Ek＝ΔE－E＝－＝，C正确。 10．1909年，物理学家卢瑟福和他的学生用α粒子轰击金箔，研究α粒子被散射的情况，其实验装置如图所示。关于α粒子散射实验，下列说法正确的是(　　) A．α粒子发生偏转是由于它跟电子发生了碰撞 B．α粒子大角度散射是由于它跟电子发生了碰撞 C．α粒子散射实验说明原子中有一个带正电的核几乎占有原子的全部质量 D．通过α粒子散射实验还可以估计原子核半径的数量级是10－10 m 解析：C　α粒子发生偏转是由于它受到原子核的斥力，并不是跟电子发生了碰撞，A错误；造成α粒子散射角度大的原因是受到的原子核的斥力比较大，B错误；从绝大多数α粒子几乎不发生偏转，可以推测使粒子受到排斥力的核体积极小，实验表明原子中心的核带有原子的全部正电和几乎全部质量，C正确；α粒子散射实验可以估算出原子核半径的数量级是10－15 m，D错误。 11．处于激发态的原子，如果在入射光子的电磁场的影响下，从高能态向低能态跃迁，同时两个状态之间的能量差以光子的形式辐射出去，这种辐射被称为受激辐射。原子发生受激辐射时，发出的光子的频率、发射方向等都跟入射光子完全一样，这样使光得到加强，这就是激光产生的机理。发生受激辐射时，产生激光的原子的总能量En、电子的电势能Ep、电子的动能Ek的变化情况是(　　) A．En减小、Ep增大、Ek减小 B．En减小、Ep减小、Ek增大 C．En增大、Ep减小、Ek减小 D．En增大、Ep增大、Ek增大 解析：B　原子发生受激辐射时，向外辐射能量，可知原子的总能量En减小。根据玻尔理论可知，氢原子的高能级轨道距离原子核比较远，所以氢原子发生辐射时，电子的运动轨道半径变小。由k＝m和Ek＝mv2得Ek＝k，可知轨道半径变小，则电子的动能Ek变大，又En减小，则电子的势能Ep＝En－Ek减小。故选项B正确。 12.(多选)玻尔为解释氢原子光谱画出的氢原子能级示意图如图所示。大量处于n＝3能级的氢原子向低能级跃迁放出若干频率的光子，设普朗克常量为h，下列说法正确的是(　　) A．能产生3种不同频率的光子 B．产生的光子的最大频率为 C．当氢原子从能级n＝2跃迁到n＝1时，氢原子的能量变大 D．若氢原子从能级n＝2跃迁到n＝1时放出的光子恰好能使某金属发生光电效应，则当氢原子从能级n＝3跃迁到n＝1时放出的光子照到该金属表面时，逸出的光电子的最大初动能为E3－E2 解析：ABD　从n＝3能级向低能级跃迁能产生C＝3种不同频率的光子，A正确；产生的光子有最大能量的是从n＝3能级向n＝1能级跃迁时产生的，根据公式hν＝E3－E1，解得ν＝，B正确；从高能级向低能级跃迁，释放光子，氢原子能量变小，C错误；若氢原子从能级n＝2跃迁到n＝1时放出的光子恰好能使某金属发生光电效应，则当氢原子从能级n＝3跃迁到n＝1时放出的光子照到该金属表面时，逸出的光电子的最大初动能为Ek＝hν－W0＝(E3－E1)－(E2－E1)＝E3－E2，故D正确。 13．(多选)由玻尔原子模型求得氢原子能级如图所示，已知可见光的光子能量在1.62 eV到3.11 eV之间，则(　　) A．氢原子从高能级向低能级跃迁时可能辐射出γ射线 B．氢原子从n＝3能级向n＝2能级跃迁时会辐射出红外线 C．处于n＝3能级的氢原子可以吸收任意频率的紫外线并发生电离 D．大量氢原子从n＝4能级向低能级跃迁时可辐射出2种频率的可见光 解析：CD　γ射线是放射性元素的原子核从高能级向低能级跃迁时辐射出来的，氢原子跃迁不能辐射出γ射线，A错误；氢原子从n＝3能级向n＝2能级跃迁时辐射出的光子的能量E＝E3－E2＝－1.51 eV－(－3.4 eV)＝1.89 eV，1.62 eV<1.89 eV<3.11 eV，故氢原子从n＝3能级向n＝2能级跃迁时辐射出的光为可见光，B错误；根据E＝hν及题给条件可知，紫外线光子的能量大于3.11 eV，要使处于n＝3能级的氢原子发生电离，需要的能量至少为1.51 eV，故C正确；大量氢原子从n＝4能级向低能级跃迁时辐射出的光子能量有0.66 eV、2.55 eV、12.75 eV、1.89 eV、12.09 eV、10.2 eV，故大量氢原子从n＝4能级向低能级跃迁时可辐射出2种频率的可见光，D正确。 14．(2024·辽宁沈阳一模)(多选)已知氢原子的能级图如图甲所示，一群处于n＝3能级的氢原子，用其向低能级跃迁过程中发出的光照射图乙电路阴极K的金属，只能测得1条电流随电压变化的图像如图丙所示。电子电荷量为1.6×10－19 C，则下列说法正确的是(　　) 甲　　　　　　　　　乙 丙 A．阴极金属的逸出功为12.09 eV B．题述光电子能使处于n＝3能级的氢原子电离 C．若图丙中饱和电流为I0＝1.6 μA，则1 s 内最少有1016个氢原子发生跃迁 D．当电压表示数为3 V时，到达A极的光电子的动能Ek≥3 eV 解析：BD　由题可知，该群氢原子只有从第3能级跃迁到第一能级的光子照射金属发生光电效应，所以光子能量为12.09 eV，结合光电流图像，其遏止电压为1.6 V，所以光电子的最大初动能为1.6 eV，根据光电效应方程得W0＝hν－Ekm＝12.09 eV－1.6 eV＝10.49 eV，A错误；光电子的最大初动能大于使处于n＝3能级的氢原子电离所需要的能量，B正确；1 s内发出的光电子数目为n＝＝＝1013，C错误；因为光电子具有初动能，所以当正向电压为3 V时，到达阳极的动能不小于3 eV，D正确。 学科网（北京）股份有限公司 $$