高中物理鲁科版 (2019)选择性必修 第三册第4章 原子结构本章综合与测试课时练习

第4章　原子结构

本章达标检测

(满分:100分;时间:90分钟)

一、选择题(共12小题,每小题7分,共84分)

1.(2020山西吕梁高二期末)下列叙述中符合物理学史的有(　　)

A.汤姆孙通过研究阴极射线实验,发现了电子

B.卢瑟福通过对α粒子散射实验现象的分析,证实了原子核是可以再分的

C.法国物理学家库仑测出元电荷e的电荷量

D.玻尔提出的原子模型,彻底否定了卢瑟福的原子核式结构模型

2.(2020河北唐山第十一中学高二期中)(多选)关于α粒子散射实验,下列说法正确的是(　　)

A.该实验在真空环境中进行

B.带有荧光屏的显微镜可以在水平面内的不同方向上移动

C.荧光屏上的闪光是散射的α粒子打在荧光屏上形成的

D.荧光屏只有正对α粒子源发出的射线方向上才有闪光

3.(2020河北唐山第十一中学高二期中)(多选)下列关于光谱和光谱分析的说法正确的是(　　)

A.太阳光谱和白炽灯光谱都是线状谱

B.煤气灯火焰中燃烧的钠蒸气或霓虹灯产生的光谱都是线状谱

C.进行光谱分析时,可以用线状谱,不能用连续光谱

D.我们能通过光谱分析鉴别月球的物质成分

4.(2020上海高三二模)卢瑟福α粒子散射实验的结果表明(　　)

A.原子中除了质子外还存在中子

B.原子中的质量和正电荷是均匀分布的

C.原子的结构类似于太阳系的球形结构

D.原子中几乎全部的质量和全部正电荷都集中在很小的区域内

5.(2020山东泰安第二中学高二月考)汞原子的能级图如图所示。现让一束单色光照射到大量处于基态的汞原子上,汞原子只发出三种不同频率的单色光。那么,关于入射光的能量,下列说法正确的是(　　)

A.可能大于或等于7.7 eV

B.可能大于或等于8.8 eV

C.一定等于7.7 eV

D.包含2.8 eV、4.9 eV、7.7 eV三种

6.(2020河北唐山第十一中学高二期中)如图所示是氢原子能级示意图的一部分,则下列说法正确的是　(　　)

A.用波长为600 nm的X射线照射,可以使稳定的氢原子电离

B.用能量是10.2 eV的光子可以激发处于基态的氢原子

C.用能量是2.5 eV的光子入射,可以使基态的氢原子激发

D.用能量是11.0 eV的光子入射,可以使处于基态的氢原子激发

7.(2020黑龙江大庆实验中学高二下期中)如图所示为氢原子的能级示意图。氢原子可在下列各能级间发生跃迁,设从n=4能级跃迁到n=1能级辐射的电磁波的波长为λ1,从n=4能级跃迁到n=2能级辐射的电磁波的波长为λ2,从n=2能级跃迁到n=1能级辐射的电磁波的波长为λ3,则下列关系式中正确的是(　　)

A.λ3>λ2 B.λ1>λ2

C.λ1<λ3 D.=+

8.(2020江苏徐州高三检测)氢原子能级示意图如图所示。光子能量在1.63 ~3.10 eV的光为可见光。要使处于基态(n=1)的氢原子被激发后可辐射出可见光光子,最少应给氢原子提供的能量为(　　)

A.12.09 eV B.10.2 eV

C.1.89 eV D.1.51 eV

9.(2020四川泸县第二中学高二期中)氢原子能级示意图如图所示,大量氢原子从n=4的能级向 n=2 的能级跃迁时辐射出光a,从n=3的能级向n=2的能级跃迁时辐射出光b,光a和b都是可见光,则(　　)

A.光a的频率小于光b的频率

B.从n=4的能级向n=3的能级跃迁时会辐射出紫外线

C.n=1能级的氢原子吸收14 eV的光子后将电离

D.n=2能级的氢原子吸收10.2 eV的光子可跃迁到n=1能级

10.(2020湖南长沙长郡中学高三模拟)为了做好疫情防控工作,小区物业利用红外测温仪对出入人员进行体温检测。红外测温仪的原理是:被测物体辐射的光线中只有红外线可被捕捉,并转变成电信号。下图为氢原子能级示意图,已知红外线单个光子能量的最大值为1.63 eV,要使氢原子辐射出的光子可被红外测温仪捕捉,最少应给处于n=2激发态的氢原子提供的能量为　(　　)

A.10.20 eV B.2.89 eV

C.2.55 eV D.1.89 eV

11.(2020金太阳高三一模)氢原子的能级示意图如图所示,已知可见光的光子能量范围是1.63~3.10 eV。则大量氢原子从高能级向低能级跃迁时可产生不同能量的可见光光子的种类有(　　)

A.1种 B.2种 C.3种 D.4种

12.(2020天津静海三校联考)(多选)如图所示为氢原子的能级图,用光子能量为12.75 eV的光照射一群处于基态的氢原子,下列说法正确的是(　　)

A.氢原子可以辐射出6种波长的光

B.氢原子跃迁时辐射光的最大能量小于吸收的光子能量

C.辐射光中,光子能量为0.66 eV的光波长最长

D.用光子能量为14.2 eV的光照射基态的氢原子,能够使其电离

二、非选择题(共1小题,16分)

13.(2020湖北宜昌高二期中)(16分)如图所示为氢原子能级图,试回答下列问题:

(1)一群处于n=4能级的氢原子跃迁后可能辐射出几种频率的光子?

(2)通过计算判断:氢原子从n=4能级跃迁到n=2能级时辐射出的光子的最大频率有多大?(h=6.63×10-34 J·s)

(3)设氢原子处于基态时电子的轨道半径为r1,动能为Ek1;处于第n能级时电子的轨道半径为rn,动能为Ekn,已知rn=n2r1。试用库仑定律和牛顿运动定律证明:Ekn=。

答案全解全析

第4章　原子结构

本章达标检测

一、选择题

1.A　汤姆孙通过研究阴极射线实验,发现了电子,选项A正确;卢瑟福通过对α粒子散射实验现象的分析,得出了原子的核式结构理论,选项B错误; 密立根测出元电荷e的电荷量,选项C错误;玻尔提出的原子模型,没有否定卢瑟福的原子核式结构模型,选项D错误。

2.ABC　为了避免其他空气粒子的干扰,α粒子散射实验必须在真空环境中进行,故选项A正确;为了观察不同方向是否有散射的α粒子,因此带有荧光屏的显微镜可以在水平面内的不同方向上移动,故选项B正确;α粒子打在荧光屏上,会发出闪光,故选项C正确;因为会有少数α粒子靠近原子核而发生较大角度的偏转,所以荧光屏在其他方向也可以发现少数闪光,故选项D错误。

3.BC　太阳光谱是吸收光谱,白炽灯光谱是连续光谱,故选项A错误;炽热气体发光是线状光谱,霓虹灯和煤气灯火焰中燃烧的钠蒸气产生的光谱也是线状光谱,故选项B正确;光谱分析是利用元素的特征谱线与物体发光形成的光谱对比来分析物体的化学成分,可以用线状光谱也可以用吸收光谱,不能用连续光谱,故选项C正确;月亮是反射太阳光,是吸收光谱,观察月亮光谱只能确定月亮表面的化学组成,但不能确定月亮内部的化学组成,故选项D错误。

4.D　α粒子散射实验说明原子内存在一个集中了全部正电荷和几乎全部质量的核,数年后卢瑟福发现核内有质子并预测核内存在中子,所以α粒子散射实验不能证明原子核是由质子和中子组成的,故A、B错误,D正确;卢瑟福通过α粒子散射实验提出了原子核式结构模型,和太阳系类似,称为“行星模型”,但并非球形结构,故C错误。

5.C　只发出三种不同频率的单色光,说明被单色光照射后的汞原子处于第三能级,汞原子吸收的光子能量为E3-E1=7.7 eV,C正确,A、B、D错误。

6.B　“稳定的氢原子”指的是处于基态的氢原子,要使其电离,光子的能量必须大于或等于13.6 eV,而波长为600 nm的X射线的能量为E=hc/λ=6.63×10-34×(3×〖10〗^8)/(600×〖10〗^("-" 9)×1"." 6×〖10〗^("-" 19) ) eV≈2.07 eV<13.6 eV,故选项A错误;因ΔE=E2-E1=-3.4 eV-(-13.6 eV)=10.2 eV,故10.2 eV的光子可以使氢原子从基态跃迁到n=2的激发态,故选项B正确;2.5 eV的光子能量不等于任何其他能级与基态的能级差,因此不能使氢原子发生跃迁,故选项C错误;同理,选项D错误。

7.C　能级跃迁辐射光子能量为ΔE=hν=hc/λ,能级间的能量差越大,波长越短,因为ΔE41>ΔE21>ΔE42,所以λ2>λ3>λ1,A、B错误,C正确;因为ΔE41=ΔE21+ΔE42,即:hc/λ_1 =hc/λ_3 +hc/λ_2 ,所以1/λ_1 =1/λ_3 +1/λ_2 ,D错误。

8.A　由题意可知,基态(n=1)氢原子被激发后,至少被激发到n=3能级后,跃迁才可能产生能量在1.63~3.10 eV的可见光。故ΔE=-1.51 eV-(-13.6 eV)=12.09 eV,故本题选A。

9.C　根据跃迁规律可知从n=4向n=2跃迁时辐射光子的能量大于从n=3向n=2跃迁时辐射光子的能量,则光a的光子能量大于光b的光子能量,所以a的频率大于b的频率,A错误;根据跃迁规律可知高能级向低能级跃迁时辐射光子的能量等于这两个能级差,从n=4的能级向n=3的能级跃迁时辐射出的光子能量小于a光子的能量,不可能为紫外线,B错误;因为基态氢原子能量为-13.6 eV,所以n=1能级的氢原子吸收14 eV的光子后将电离,C正确;氢原子吸收光子后,会跃迁到高能级,所以不可能从n=2能级跃迁到n=1能级,D错误。

10.C　处于n=2能级的原子不能吸收10.20 eV、2.89 eV的能量,则选项A、B错误;处于n=2能级的原子能吸收2.55 eV的能量而跃迁到n=4的能级,然后向低能级跃迁时辐射光子,其中从n=4到n=3的跃迁辐射出的光子的能量小于1.63 eV,可被红外测温仪捕捉,选项C正确;处于n=2能级的原子能吸收1.89 eV的能量而跃迁到n=3的能级,从n=3到低能级跃迁时辐射光子的能量均大于1.63 eV,不能被红外测温仪捕捉,选项D错误。

11.D　大量氢原子从高能级向n=1能级跃迁时,辐射的光子能量都大于10.2 eV,不在1.63~3.10 eV范围之内,发出的光都是不可见光;大量氢原子从高能级向n=3能级跃迁时,辐射的光子能量都小于1.51 eV,不在1.63~3.10 eV范围之内,发出的光都是不可见光;n=3能级向n=2能级跃迁时,辐射的光子能量为1.89 eV,属于可见光;n=4能级向n=2能级跃迁时,辐射的光子能量为2.55 eV,属于可见光;n=5能级向n=2能级跃迁时,辐射的光子能量为2.86 eV,属于可见光;n=6能级向n=2能级跃迁时,辐射的光子能量为3.02 eV,属于可见光;n=7能级向n=2能级跃迁时,辐射的光子能量为3.12 eV,属于不可见光;可知只有4种可见光,故A、B、C错误,D正确。

12.ACD　用光子能量为12.75 eV的光照射一群处于基态的氢原子,氢原子跃迁到第4能级,根据C_4^2=6知,可以辐射出6种波长的光,故A正确;氢原子跃迁时辐射的光最大能量等于吸收的光子能量,故B错误;从n=4跃迁到n=3辐射的光子能量最小,波长最长,光子能量为0.66 eV,故C正确;用光子能量为14.2 eV的光照射基态的氢原子,因电离能为13.6 eV,则原子被电离,还剩下0.6 eV是自由电子的动能,故D正确。

二、非选择题

13.答案　(1)6种　(2)6.15×1014 Hz　(3)见解析

解析　(1)氢原子跃迁后最多可能辐射出C_4^2=6种频率不同的光子。(4分)

(2)由题中氢原子能级图可知,从n=4能级跃迁到n=2能级,辐射出的光子中,能量最大值为

ΔEmax=E4-E2=2.55 eV(2分)

所以辐射的光子的最大频率为

νmax=(ΔE_max)/h=(2"." 55×1"." 6×〖10〗^("-" 19))/(6"." 63×〖10〗^("-" 34) ) Hz=6.15×1014 Hz(2分)

(3)电子在轨道上受库仑引力作用做匀速圆周运动,由库仑定律和牛顿第二定律得,

ke^2/r^2 =mv^2/r(2分)

电子的动能:Ek=1/2mv2=ke^2/2r(2分)

又已知rn=n2r1

得:E_kn/E_k1 =r_1/r_n =1/n^2 ,即Ekn=E_k1/n^2 。(4分)