阶段检测练（4）原子结构（Word练习）-【优化指导】2024-2025学年高中物理选择性必修第三册（鲁科版2019）

阶段检测练(四)　原子结构 [对应学生用书P160] 一、选择题(本题12个小题，共40分。在每小题给出的四个选项中，1～8题只有一项符合题目要求，每小题3分；9～12题有多项符合题目要求，全部选对得4分，选对但不全的得2分，有选错的得0分) 1．(2022·黑龙江哈尔滨三中高二期末)下列说法正确的是(　　) A．电子的发现说明了原子核内部还有复杂结构 B．卢瑟福根据α粒子散射实验提出了原子的核式结构 C．密立根用摩擦起电的实验发现了电子 D．在可见光中，红光的能量子最强 B　解析：电子的发现，说明了原子不是组成物质的最小粒子，说明原子有一定的结构，A错误；卢瑟福根据α粒子散射实验提出了原子的核式结构，B正确；汤姆孙根据阴极射线在电场和磁场中的偏转情况断定阴极射线本质上是带负电的电子流，并求出了比荷，从而发现了电子，C错误；由光子的能量公式ε＝hν可知，在可见光中，红光的频率最小，红光能量子最弱，D错误。 2． (2022·山东泰安基础教育研究室高二期末)根据α粒子散射实验，卢瑟福提出了原子的核式结构模型。如图所示的是α粒子散射图景，图中实线表示α粒子的运动轨迹，则关于α粒子散射实验，下列说法正确的是(　　) A．根据α粒子散射实验可以估算原子大小 B．图中的α粒子反弹是因为α粒子与金原子核发生了直接碰撞 C．绝大多数α粒子沿原方向继续前进说明了带正电的原子核占据原子的空间很小 D．图中大角度偏转的α粒子的电势能先减小后增大 C　解析：根据α粒子散射实验可以估算原子核的大小，A错误；图中的α粒子反弹是因为α粒子与金原子核之间的库仑斥力作用，并没有发生碰撞，B错误；绝大多数α粒子沿原方向继续前进说明了带正电的原子核占据原子的空间很小，C正确；图中大角度偏转的α粒子，库仑斥力先做负功后做正功，故电势能先增大后减小，D错误。 3．(2021·黑龙江牡丹江第十五中学高二期中改编)关于光谱，下列说法错误的是(　　) A．炽热的液体发射连续光谱 B．发射光谱一定是连续光谱 C．线状光谱和吸收光谱都可以对物质成分进行分析 D．霓虹灯发光形成的光谱是线状光谱 B　解析：炽热的液体发射的光谱为连续光谱，故A正确；发射光谱可以是连续光谱也可以是线状光谱，故B错误；线状光谱和吸收光谱都对应某种元素的光谱，都可以对物质成分进行分析，故C正确；霓虹灯发光形成的光谱是线状光谱，故D正确。 4．(2022·福建厦门高二期末)如图所示的是氢原子的能级示意图，用某一频率为ν的光照射大量处于n＝2能级的氢原子，氢原子吸收光子后，最多能发出3种频率的光子，频率由小到大分别为ν1、ν2、ν3，则照射光频率ν为(　　) A．ν1 B．ν2 C．ν3 D．ν3－ν1 A　解析：因为氢原子发出3种不同频率的光子，根据＝3知n＝3，氢原子处于第3能级，所以吸收的光子能量E＝E3－E2，因为ν1、ν2、ν3的光频率依次增大，知分别由 n＝3到n＝2，n＝2到n＝1，n＝3到n＝1跃迁所辐射的光子，所以E＝E3－E2＝hν1，故选A。 5． (2021·福建宁德高二期末)氢原子的能级图如图所示，现有一群氢原子处于n＝4的激发态，关于这群氢原子下列说法正确的是(　　) A．向低能级跃迁时最多能发出4种不同频率的光 B．由n＝4能级跃迁到n＝3能级时发出的光子频率最高 C．用光子能量为0.32 eV的光照射，能跃迁到n＝5的激发态 D．用光子能量为1.00 eV的光照射，可以使其电离 D　解析：一群氢原子处于n＝4的激发态向低能级跃迁时最多能发出C42＝6种不同频率的光，故A错误；由ε＝hν可知n＝4能级跃迁到n＝1能级时发出的光子频率最高，故B错误；由E5－E4＝0.31 eV≠0.32 eV可知用光子能量为0.32 eV的光照射，不能跃迁到n＝5的激发态，故C错误；因为En－E4＝0.85 eV<1 eV，所以用光子能量为1.00 eV的光照射，可以使其电离，故D正确。 6．(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 A　解析：要使处于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，则需要吸收光子的能量为E＝0－() eV＝0.034 eV，则被吸收的光子是红外线波段的光子。 7．(2022·吉林长春十一高模拟)光子能量为E的一束光照射容器中的氢(设所有氢原子处于n＝3的能级)，氢原子吸收光子后，最多能发出频率为ν1、ν2、ν3、ν4、ν5、ν6、ν7、ν8、ν9、ν10的十种光谱线，且ν1＜ν2＜ν3＜ν4＜ν5＜ν6＜ν7＜ν8＜ν9＜ν10，已知朗克常量为h，则E的数值可能等于(　　) A．h(ν1＋ν2) B．h(ν4－ν1) C．h(ν10－ν7) D．hν10 A　解析：氢原子吸收光子后，最多能发出10种不同频率的光子，可知氢原子跃迁到了n＝5的能级，根据辐射出光子的频率关系，由n＝3到n＝5吸收光子的能量应该为E＝hν3＝h(ν1＋ν2)＝h(ν6－ν4)＝h(ν10－ν8)，故选A。 8．(2022·河南临颍高二质检)μ子与氢原子核(质子)构成的原子称为μ氢原子，它在原子核物理的研究中有重要作用。μ氢原子的能级示意图如图所示，假定频率为ν的一束光照射大量处于n＝1能级的μ氢原子，μ氢原子吸收光子后，发出6种不同频率的光，下列说法正确的是(　　) A．μ氢原子吸收光子后处于n＝5能级 B．μ氢原子从n＝2能级跃迁到n＝1能级时释放的光的频率大于ν C．普朗克常量h＝ D．一个被激发的μ氢原子最多能发出3种不同频率的光 D　解析：大量激发后的μ氢原子从m能级向低能级跃迁时总共可以产生的辐射光子的种类Cm2＝6，则m＝4，A错误；基态μ氢原子吸收频率为ν的能量后从n＝1能级跃迁到 n＝4能级，则有hν＝E4－E1，从n＝2能级跃迁到n＝1能级释放的能量较小，故发出光的频率小于ν，B错误；根据能级规律有hν＝－158.1 eV－(－2 529.6 eV)＝2 371.5 eV，解得普朗克常量为h＝，C错误；一个被激发的μ氢原子从n＝4能级跃迁至低能级时若逐级跃迁，最多能发出3种不同频率的光，D正确。 9．(2021·黑龙江实验中学高二月考)如图所示的是α粒子散射实验的装置图，关于这个实验，以下说法正确的是(　　) A.整个实验装置需在真空中完成 B．大多数α粒子穿过金箔后，运动方向发生了大角度偏转 C．卢瑟福分析了实验现象和数据后，提出了原子核的结构模型 D．根据α粒子散射实验的数据可以估算原子核的大小 AD　解析：为避免空气的影响，整个实验装置需在真空中完成，A正确；大多数α粒子穿过金箔后，仍沿原来方向继续前进，不改变运动方向，B错误；卢瑟福分析了实验现象和数据后，提出了原子的核式结构模型，C错误；只有极少数α粒子发生大角度的偏转，说明原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在一个很小的核上，故根据α粒子散射实验的数据可以估算原子核的大小，D正确。 10．(2022·甘肃庆阳高二期末)如图所示的是玻尔氢原子能级图，一群处于n＝4激发态的氢原子会自发地或受光照后发生跃迁，下列说法正确的是(　　) A．氢原子跃迁时，发出的光谱线是不连续的 B．这群氢原子自发跃迁时最多可发出三种不同频率的光子 C．这群氢原子跃迁到较低能级后，其核外电子的动能增大，电势能减小 D．若用0.31 eV的光子照射，可使这群处于n＝4激发态的氢原子发生电离 AC　解析：由于能级差是量子化的，可知辐射的光子能量是量子化的，氢原子跃迁时，只能发出特定频率的线状光谱，即发出的光谱线是不连续的，故A正确；由C4 2＝＝6，可知这群氢原子自发跃迁时最多可发出6种不同频率的光子，故B错误；这群氢原子跃迁到较低能级的过程，电子受到的库仑力做正功，其核外电子的动能增大，电势能减小，故C正确；使这群处于n＝4激发态的氢原子发生电离需要吸收E＝0－(－0.85 eV)＝0.85 eV，故D错误。 11．(2022·广西桂平高二期中)氢原子的能级示意图如图所示，当氢原子从n＝3能级跃迁到n＝2能级时，辐射光的波长为657 nm。以下判断正确的是(　　) A．处于基态的氢原子可以吸收波长为633 nm的光子 B．氢原子从n＝2能级跃迁到n＝1能级时辐射光的波长为122 nm C.用电子轰击n＝3能级的氢原子，可能使氢原子向更高的能级跃迁 D．一个处于n＝3能级上的氢原子向低能级跃迁时最多产生3种谱线 BC　解析：氢原子从n＝3能级跃迁到n＝2能级时，辐射光的波长为657 nm，由辐射条件，光子的能量hν＝E3－E2有hν＝h＝h＝1.89 eV ①，则波长为633 nm的光子能量为E，E＝h ②，由①②式得E≈1.96 eV，观察能级图可知，没有一个能级与基态能级差值等于1.96 eV，所以基态氢原子不可以吸收波长为633 nm 的光子，故A错误；氢原子从n＝2能级跃迁到n＝1能级时辐射光的波长为λ21，根据辐射条件有h＝10.2 eV ③，由①③式解得λ21＝122 nm，故B正确；用电子轰击n＝3能级的氢原子，氢原子获得能量，可能使氢原子向更高能级跃迁，故C正确；一个处于n＝3能级上的氢原子向低能级跃迁时最多产生2种谱线，一群处于n＝3 能级上的氢原子向低能级跃迁时最多可产生3种谱线，故D错误。 12．(2022·北京海淀高二期末)氦原子的1个核外电子发生电离后，就形成了类似氢原子结构的氦离子(He＋)。氦离子能级的示意图如图所示，其中E1＝－54.4 eV为氮离子的基态能量。在具有下列能量的光子中，能被基态氦离子吸收而发生跃迁的是(　　) A．40.8 eV B．10.2 eV C．51.0 eV D．48.4 eV ACD　解析：因40.8 eV＋(－54.4 eV)＝－13.6 eV故结合题图可知，基态氦离子吸收能量为40.8 eV的光子后能跃迁到n＝2能级，故A正确；因10.2 eV＋(－54.4 eV)＝－44.2 eV，故结合题图可知，基态氦离子不能吸收能量为10.2 eV的光子，故B错误；因51.0 eV＋ (－54.4 eV)＝－3.4 eV，故结合题图可知，基态氦离子吸收能量为51.0 eV的光子后能跃迁到n＝4能级，故C正确；因48.4 eV＋(－54.4 eV)＝－6.0 eV，故结合题图可知，基态氦离子吸收能量为48.4 eV的光子后能跃迁到n＝3能级，故D正确。 二、非选择题(共60分) 13．(8分)1909年英国科学家卢瑟福进行了著名的α粒子(带正电)轰击金箔实验。结果发现：绝大多数α粒子穿过金箔后仍沿原方向前进，但是有少数α粒子却发生了较大的偏转，并且有极少数α粒子的偏转超过90°，有的甚至几乎达到180°，像是被金箔弹了回来。 (1)根据实验现象，卢瑟福提出“原子的大部分质量集中到了一个很小的结构上”，卢瑟福所说的“很小的结构”指的是________。 (2)1 μm金箔包含了3 000层金原子，绝大多数α粒子穿过后方向不变，该现象可以说明下列两种说法中的________。 A．原子的质量是均匀分布的 B．原子内部绝大部分空间是空的 (3)科学家对原子结构的探究经历了三个过程，通过α粒子散射实验，你认为原子结构为图中的________。 答案：(1)原子核　(2)B　(3)C 解析：(1)若原子质量、正电荷在原子内均匀分布，则不会出现极少数α粒子大角度偏转，这里的“很小的结构”指的是原子核。 (2)原子核内部十分“空旷”，使绝大多数α粒子穿过后方向不变，所以A错误，B正确。 (3)通过上述实验，能说明原子结构是：原子核位于原子的中心，大部分质量集中在原子核上，所以C正确，A、B错误。 14．(8分)根据玻尔的氢原子模型，氢原子的核外电子在第1、3轨道上运动时，求它们的轨道半径之比、速率之比、周期之比及能量之比。 答案：1∶9　3∶1　1∶27　9∶1 解析：氢原子的玻尔模型中轨道半径公式rn＝n2r1核外电子在第1、3轨道上运动时，轨道半径之比1∶9；电子在某条轨道上运动时，由m＝得电子运动的速度为vn＝，得v1∶v3＝3∶1电子绕核做圆周运动的周期为Tn＝＝，得T1∶T3＝1∶27 根据玻尔的原子理论有En＝－，E1∶E3＝9∶1。 15．(8分)如图所示的是美国科学家密立根测量油滴所带电荷量装置的截面图，两块水平放置的平行金属板间距为d。油滴从喷雾器的喷嘴喷出时，由于与喷嘴摩擦而带负电。油滴散布在油滴室中，在重力作用下，少数油滴通过上面金属板的小孔进入平行金属板间。当平行金属板间不加电压时，由于受到气体阻力的作用，油滴最终以速度v1竖直向下匀速运动；当上板带正电，下板带负电，两板间的电压为U时，带电油滴恰好能以速度v2竖直向上匀速运动。已知油滴在极板间运动时所受气体阻力的大小与其速率成正比，油滴密度为ρ，重力加速度为g，已测量出油滴的直径为D(油滴体积公式V＝πD3)。 (1)设油滴受到气体的阻力f＝kv，其中k为阻力系数，求k的大小； (2)求油滴所带电荷量。 答案：(1)πρD3g　(2) 解析：(1)油滴的速度为v1时，所受气体阻力f1＝kv1油滴向下匀速运动时，重力与阻力平衡，有f1＝mg而m＝ρV＝πρD3则k＝πρD3g。 (2)设油滴所带电荷量为q，油滴受到的电场力F电＝qE＝q油滴向上匀速运动时，所受阻力向下，f2＝kv2，油滴受力平衡，有kv2＋mg＝q则油滴所带电荷量q＝。 16．(10分)在再现汤姆孙测阴极射线比荷的实验中，采用了如图所示的阴极射线管，从C出来的阴极射线经过A、B间的电场加速后，水平射入长度为L的D、G平行板间，接着在荧光屏F中心出现光斑。若在D、G间加上方向向上、场强为E的匀强电场，阴极射线将向下偏转；如果再利用通电线圈在D、G电场区加上一垂直纸面的磁感应强度为B的匀强磁场(图中未画出)，荧光斑恰好回到荧光屏中心，接着再去掉电场，阴极射线向上偏转，偏转角为θ，试解决下列问题： (1)说明阴极射线的电性； (2)说明图中磁场沿什么方向； (3)根据L、E、B和θ，求出阴极射线的比荷。 答案：(1)负电　(2)垂直于纸面向外　(3) 解析：(1)由于阴极射线在电场中向下偏转，因此阴极射线受电场力方向向下，又由于匀强电场方向向上，则电场力的方向与电场方向相反，所以阴极射线带负电。 (2) 由于所加磁场使阴极射线受到向上的洛伦兹力，而与电场力平衡，由左手定则得磁场的方向垂直于纸面向外。 (3) (3)设此射线带电荷量为q，质量为m，当射线在D、G间做匀速直线运动时，有qE＝Bqv。当射线在D、G间的磁场中偏转时，如图所示，有Bqv＝。同时又有L＝ r· sin θ，解得＝。 17． (12分)氢原子处于基态时，原子的能量为E1＝－13.6 eV，当处于n＝3的激发态时，能量为E3＝－1.51 eV，则(普朗克常量h＝6.63×10-34 J·s)： (1)当氢原子从n＝3的激发态跃迁到n＝1的基态时，向外辐射的光子的波长是多少？ (2)若要使处于基态的氢原子电离，至少要用多大频率的电磁波照射原子？ (3)若有大量的氢原子处于n＝3的激发态，则在跃迁过程中最多能释放出几种频率的光子？其中波长最长是多少？ 答案：(1)1.03×10-7 m　(2)3.28×1015 Hz (3)3　6.58×10-7 m 解析：(1)根据玻尔理论E3－E1＝h，向外辐射的光子的波长 λ＝＝ m≈1.03×10-7 m。 (2)要使处于基态的氢原子电离，入射光子须满足hν≥0－E1 解得ν≥－＝ Hz≈3.28×1015 Hz。 (3)当大量氢原子处于n＝3能级时，最多能释放出的光子频率种类为N＝＝3种 由于E2＝＝－＝－3.4 eV，氢原子由n＝3能级向n＝2能级跃迁时放出的光子波长最长，设为λ′，则h＝E3－E2，所以其中波长最长是 λ′＝＝ m≈6.58×10-7 m。 18．(14分)在弗兰克—赫兹实验中，电子碰撞原子，原子吸收电子的动能从低能级跃迁到高能级。假设改用质子碰撞氢原子来实现氢原子的能级跃迁，实验装置如图1所示。紧靠电极A的O点处的质子经电压为U1的电极AB加速后，进入两金属网电极B和C之间的等势区。在BC区质子与静止的氢原子发生碰撞，氢原子吸收能量由基态跃迁到激发态。质子在碰撞后继续运动进入CD减速区，若质子能够到达电极D，则在电流表上可以观测到电流脉冲。已知质子质量mp与氢原子质量mH均为m，质子的电荷量为e，氢原子能级图如图2所示，忽略质子在O点时的初速度，质子和氢原子只发生一次正碰。 (1)求质子到达电极B时的速度v0； (2)假定质子和氢原子碰撞时，质子初动能的被氢原子吸收用于能级跃迁。要出现电流脉冲，求CD间电压U2与U1应满足的关系式； (3)要使碰撞后氢原子从基态跃迁到第一激发态，求U1的最小值。 答案：(1) 　(2)U2≤U1　(3)20.4 V 解析：(1)根据动能定理eU1＝mv02 解得质子到达电极B时的速度v0＝ 。 (2)质子和氢原子碰撞，设碰后质子速度为v1，氢原子速度为v2，动量守恒mv0＝mv1＋mv2，能量守恒mv02＝mv12＋mv22＋×mv02，解得v1＝v0，v2＝v0，在减速区eU2＝mv12，联立解得U2＝U1，故CD间电压U2与U1应满足的关系式为U2≤U1。 (3)要使碰撞后氢原子从基态跃迁到第一激发态，则需要能量最小为 ΔE＝－3.4 eV－(－13.6 eV)＝10.2 eV 碰撞过程mv0′＝mv1′＋mv2′， mv0′2＝mv1′2＋mv2′2＋ΔE 分析可知，当v1′＝v2′时，损失机械能最大，被吸收的最大，此时对应的U1′最小，则有 eU1′＝mv0′2＝20.4 eV 解得U1′＝20.4 V。 学科网（北京）股份有限公司 $$