高中同步测试卷·人教物理选修3－5：高中同步测试卷（四） word版含解析

高中同步测试卷(四)

第四单元　原子的核式结构和能级跃迁

(时间：90分钟，满分：100分)

一、选择题(本题共12小题，每小题5分，共60分．在每小题给出的四个选项中，至少有一个选项正确．全部选对的得5分，选对但不全的得3分，有错选或不答的得0分．)

1．卢瑟福的α粒子散射实验的结果(　　)

A．证明原子中绝大部分是空的

B．证明了质子的存在

C．证明了原子核是由质子和中子组成的

D．说明了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

2．卢瑟福对α粒子散射实验的解释是(　　)

A．使α粒子产生偏转的力主要是原子中电子对α粒子的作用力

B．使α粒子产生偏转的力是库仑力

C．原子核很小，α粒子接近它的机会很小，所以绝大多数的α粒子仍沿原来的方向前进

D．能产生大角度偏转的α粒子是穿过原子时离原子核近的α粒子

3．在α粒子散射实验中，当在α粒子最接近原子核时，关于描述α粒子的有关物理量符合下列哪些情况(　　)

A．动能最小  B．势能最小

C．α粒子与金原子核组成的系统能量最小  D．α粒子所受金原子核的斥力最大

4．关于原子结构理论与α粒子散射实验的关系，下列说法正确的是(　　)

A．α粒子穿过原子时，只有少数粒子发生大角度偏转的原因是原子核很小，α粒子接近原子核的机会很小

B．使α粒子发生大角度偏转的原因是α粒子穿过原子时，原子内部两侧的正电荷对α粒子的斥力不相等

C．卢瑟福的α粒子散射实验是为了验证核式结构理论的正确性

D．卢瑟福依据α粒子散射实验的现象提出了原子的核式结构理论

5．如图所示，X表示金原子核，α粒子射向金核被散射，设入射的动能相同，其偏转轨道可能是图中的(　　)

6．根据α粒子散射实验，卢瑟福提出了原子的核式结构模型，图中虚线表示原子核所形成的电场的等势面，实线表示一个α粒子的运动轨迹．在α粒子从A运动到B、再运动到C的过程中，下列说法中正确的是(　　)

A．动能先增大，后减小

B．电势能先减小，后增大

C．电场力先做负功，后做正功，总功等于零

D．加速度先变小，后变大 

7．关于α粒子散射实验的下列说法中正确的是(　　)

A．在实验中观察到的现象是绝大多数α粒子穿过金箔后，仍沿原来方向前进，少数发生了较大偏转，极少数偏转超过90°，有的甚至被弹回，接近180°

B．使α粒子发生明显偏转的力是来自带负电的核外电子；当α粒子接近电子时，是电子的吸引力使之发生明显偏转

C．实验表明原子中心有一个极小的核，它占有原子体积的极小部分

D．实验表明原子中心的核带有原子的全部正电荷及全部质量

8.氢原子的核外电子从距核较近的轨道跃迁到距核较远的轨道的过程中  (　　)

A．原子要吸收光子，电子的动能增大，原子的电势能增大

B．原子要放出光子，电子的动能减小，原子的电势能减小

C．原子要吸收光子，电子的动能增大，原子的电势能减小

D．原子要吸收光子，电子的动能减小，原子的电势能增大

9．下列叙述中，符合玻尔理论的是(　　)

A．电子可能轨道的分布是不连续的

B．电子从一个轨道跃迁到另一个轨道上时，原子将辐射或吸收一定的能量

C．电子在可能的轨道上绕核做圆周运动，不向外辐射能量

D．电子没有确定的轨道，只存在电子云

10．已知氢原子处于激发态的能量En＝，式中E1为基态的能量，E1＝－13.6 eV.对于处于n＝4激发态的一群氢原子来说，可能发生的辐射是(　　)

A．能够发出五种能量不同的光子

B．能够发出六种能量不同的光子

C．发出的光子的最大能量是12.75 eV，最小能量是0.66 eV

D．发出的光子的最大能量是13.6 eV，最小能量是0.85 eV

11．处于基态的氢原子在某单色光束照射下，只能发出频率分别为ν1、ν2、ν3的三种光，且ν1<ν2<ν3，则该照射光的光子能量为(　　)

A．hν1  B．hν2

C．hν3  D．h(ν1＋ν2＋ν3)

12．氢原子的能级如图所示，已知可见光的光子能量范围约为1.62～3.11 eV.下列说法正确的是(　　)

A．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

B．大量氢原子从高能级向n＝3能级跃迁时，可能发出可见光

C．大量处于n＝4能级的氢原子向低能级跃迁时，可能发出6种不同频率的光

D．一个处于n＝3能级的氢原子向低能级跃迁时，最多可能发出3种不同频率的光

二、非选择题(本题共4小题，共40分．解答时应写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤，只写出最后答案的不能得分，有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位．)

13．(8分)大量氢原子处于不同能量激发态，发生跃迁时放出三种不同能量的光子，其能量值分别是：1.89 eV、10.2 eV、12.09 eV.跃迁发生前这些原子分布在几个激发态能级上，其中最高能级的能量值是多少(基态能量为－13.6 eV)?

14．(8分)如图给出氢原子最低的四个能级．氢原子在这些能级之间跃迁所辐射的光子的频率最多有几种，其中最低的频率为多少(保留两位有效数字)?

15．(10分)1911年前后，物理学家卢瑟福用α粒子轰击金箔，获得惊人的发现．试由此实验并根据下面所给的公式或数据估算金原子核的大小．

点电荷的电势φ＝，k＝9.0×109 N·m2/C2.金原子序数为79，α粒子的质量mα＝6.64×10－27 kg，质子的质量mp＝1.67×10－27 kg，α粒子的速度vα＝1.60×107 m/s，电子电荷量e＝1.60×10－19 C.

16.(14分)在α粒子散射实验中，测得α粒子与金核Au对心正碰所能达到的最近距离为2.0×10－14 m，以此为依据，估算金核的平均密度是多少？(阿伏加德罗常数N＝6.0×1023 mol－1)

参考答案与解析

1．[导学号13050049]　【解析】选AD.卢瑟福的α粒子散射实验的结果只能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，原子中绝大部分是空的，不能证明质子的存在、原子核是由质子和中子组成的和电子只能在某些不连续的轨道上运动，所以选项A、D正确．

2．[导学号13050050]　【解析】选BCD.原子核带正电，与α粒子间存在库仑力，当α粒子靠近原子核时受库仑力而偏转，故B对，A错；由于原子核非常小，绝大多数粒子经过时离核较远，因而运动方向几乎不变，只有离核很近的α粒子受到的库仑力较大，方向改变较多，故C、D对．

3．[导学号13050051]　【解析】选AD.α粒子和金原子核都带正电，库仑力表现为斥力，两者距离减小，库仑力做负功，故α粒子动能减少，电势能增加；系统的能量守恒，由库仑定律可知，随着距离的减小，库仑斥力逐渐增大．

4．[导学号13050052]　【解析】选AD.α粒子穿过原子时，只有少数α粒子发生大角度偏转的原因是原子核很小，α粒子接近原子核的机会很小，故A正确；造成α粒子散射角度大的原因是在原子中极小的区域内存在对α粒子产生库仑力的正电荷，α粒子受到的斥力比较大，故B错误；卢瑟福依据α粒子散射实验的现象提出了原子的核式结构理论，C错误，D正确；故选A、D.

5．[导学号13050053]　【解析】选D.离金核越远的α粒子受到的斥力越小，偏转角度也就越小，离核较近的粒子方向变化较大，故D正确，A、B、C均错．

6．[导学号13050054]　【解析】选C.α粒子从A点经B点到达等势点C的过程中电场力先做负功，后做正功，α粒子的电势能先增加，后减少，回到同一等势线上时，电场力做的总功为零，故C项正确．

7．[导学号13050055]　【解析】选AC.A项是对该实验现象的正确描述，正确；B项中，使α粒子偏转的力是原子核对它的静电排斥力，而不是电子对它的吸引力，故B错；C项是对实验结论之一的正确表述；原子核集中了全部正电荷和几乎全部质量，因核外还有电子，故D错．故正确选项为A、C.

8．[导学号13050056]　【解析】选D.根据玻尔理论，氢原子核外电子在离核较远的轨道上运动能量较大，必须吸收一定能量的光子后，电子才能从离核较近的轨道跃迁到离核较远的轨道，故B错；氢原子核外电子绕核做圆周运动，由原子核对电子的库仑力提供向心力，即：k＝m，又Ek＝mv2，所以Ek＝.由此式可知：电子离核越远，即r越大时，电子的动能越小，故A、C错；由r变大时，库仑力对核外电子做负功，因此电势能增大，从而判断D正确．

9．[导学号13050057]　【解析】选ABC.根据玻尔理论可知电子可能轨道的分布是不连续的，电子从一个轨道跃迁到另一个轨道上时，原子将辐射或吸收一定的能量，电子在可能的轨道上绕核做圆周运动，不向外辐射能量，所以选项A、B、C符合题意．

10．[导学号13050058]　【解析】选BC.最大能量是从n＝4的激发态跃迁到基态，最小能量是从n＝4的激发态跃迁到n＝3的激发态．

11．[导学号13050059]　【解析】选C.处于基态的氢原子吸收光子的能量跃迁到激发态后，能且只能向外辐射三种频率的光，由此可推出该激发态为第3轨道，因ν1<ν2<ν3，则可断定hν1为第3轨道向第2轨道跃迁时释放出的能量，hν2为第2轨道向第1轨道跃迁时释放的能量，hν3为第3轨道向第1轨道跃迁时释放的能量．那么从第1轨道向第3轨道跃迁需要吸收hν3的能量，故选项C正确．

12．[导学号13050060]　【解析】选AC.由于E3＝－1.51 eV，紫外线光子的能量大于可见光光子的能量，即E紫>E∞－E3＝1.51 eV，可以使氢原子电离，A正确；大量氢原子从高能级向n＝3能级跃迁时，最大能量为1.51 eV，即辐射出光子的能量最大为1.51 eV，小于可见光光子的能量，B错误；n＝4时跃迁发出的频率数为C＝6种，C正确；一个处于n＝3能级的氢原子向低能级跃迁时最多可能发出(3－1)＝2种不同频率的光，D错误．

13．[导学号13050061]　【解析】由题知x－(－13.6 eV)＝12.09 eV，解得x＝－1.51 eV.　

【答案】2　－1.51 eV

14．[导学号13050062]　【解析】法一：利用跃迁规律画出可能辐射光谱线条数，如图所示，共6种．

法二：利用数学中的组合公式计算辐射的光子的频率有：N＝＝＝6(种)

从n＝4跃迁到n＝3，能量差最小，辐射的光子的频率最低．由hν＝E4－E3，得其频率为ν＝＝Hz＝1.6×1014Hz.

【答案】6种　1.6×1014Hz

15．[导学号13050063]　【解析】设α粒子接近金原子核最近时的距离为R，则R可认为是金原子核的半径．由动能定理得mαv＝qαφ

又因为φ＝，Q为金原子核电荷量，则R＝，其中qα＝2e，Q＝79e，代入上式可得R＝＝4×10－14 m.

【答案】4×10－14 m

16．[导学号13050064]　【解析】把α粒子能够接近金箔的最小距离近似看做金原子核的半径R，金核的体积

V＝πR3＝×π×(2.0×10－14)3m3＝3.3×10－41 m3

一个原子的质量m0＝ kg＝3.3×10－25 kg

金原子核的平均密度

ρ＝＝ kg/m3＝1.0×1016 kg/m3

【答案】1.0×1016 kg/m3