第四章 原子结构　章末检测试卷

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第4章 原子结构　章末检测试卷(满分：100分)一、单项选择题(本题共7小题，每小题5分，共35分。在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的)1．下列关于原子模型及其建立过程叙述正确的是(　　)A．阴极射线是电子流，汤姆孙测出了电子的比荷，并精确测定了电子电荷量B．汤姆孙认为原子是一个球体，正电荷弥漫性地均匀分布于球内，电子镶嵌其中；该理论无法解释α粒子散射现象，后被卢瑟福核式结构模型所取代C．卢瑟福根据α粒子散射实验指出原子的全部正电荷和全部质量都集中在一个很小的区域——原子核D．玻尔的原子理论第一次将量子观念引入原子领域，提出了定态和跃迁的概念，该理论能解释大多数原子光谱的实验规律2．如图所示是物理学家卢瑟福用α粒子轰击金箔的实验装置示意图，下列关于该实验的描述正确的是(　　)A．该实验揭示了原子具有核式结构B．通过α粒子散射实验可以估算出原子核尺寸的数量级为10－10 mC．实验结果表明绝大多数α粒子穿过金箔后发生大角度偏转D．该实验证实了汤姆孙原子模型的正确性3.如图所示是某原子的能级图，a、b、c为原子跃迁所发出的三种波长的光。在下列该原子光谱的选项中，谱线从左向右的波长依次增大，则正确的是(　　)4．(2022·邯郸市高二期中)在氢原子光谱中，电子从较高轨道跃迁到n＝2轨道发出的谱线属于巴尔末系。若一群氢原子自发跃迁时发出的谱线中只有两条属于巴尔末系，则这群氢原子自发跃迁时最多可能发出多少条不同频率的谱线(　　)A．2 B．5 C．4 D．65.(2022·济宁市高二月考)如图所示为氢原子的能级图，当氢原子从n＝4能级跃迁到n＝2能级时，辐射出光子a，当氢原子从n＝3能级跃迁到n＝1能级时，辐射出光子b，则下列判断正确的是(　　)A．光子a的能量大于光子b的能量B．光子a的波长小于光子b的波长C．光子a不能使处于n＝4能级的氢原子电离D．若a为可见光，则b有可能为紫外线6．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轨道上的电子跃迁到n＝1轨道上时并不发射光子，而是将相应的能量转交给n＝4轨道上的电子，使之能脱离原子，这一现象叫俄歇效应，以这种方式脱离了原子的电子叫俄歇电子。已知铬原子的能级公式可表示为En＝－eq \f(A,n2)，式中n＝1,2,3，…表示不同能级，A是已知常量，上述俄歇电子脱离原子后的动能是(　　)A.eq \f(3,16)A B.eq \f(7,16)A C.eq \f(11,16)A D.eq \f(13,16)A7.(2022·梅州市高二期末)光谱分析仪能够灵敏、迅速地根据物质的光谱来鉴别物质，及确定它的化学组成和相对含量。如图所示为氢原子的能级示意图，则关于氢原子在能级跃迁过程中辐射或吸收光子的特征，下列说法中正确的是(　　)A．大量处于n＝4能级的氢原子向基态跃迁时，能辐射出3种不同频率的光子B．大量处于n＝3能级的氢原子吸收能量为0.9 eV的光子可以跃迁到n＝4能级C．处于基态的氢原子吸收能量为14 eV的光子可以发生电离D．氢原子发射光谱属于连续光谱二、多项选择题(本题共3小题，每小题6分，共18分。在每小题给出的四个选项中，有多项符合题目要求。全部选对的得6分，选对但不全的得3分，有选错的得0分)8．氢原子核外电子由一个轨道跃迁到另一个轨道时，可能发生的情况是(　　)A．放出光子，电子动能减少，原子势能增加B．放出光子，电子动能增加，原子势能减少C．吸收光子，电子动能减少，原子势能增加D．吸收光子，电子动能增加，原子势能减少9．(2022·黑龙江大庆高二期末)如图所示为氢原子能级图。下列说法正确的是(　　)A．氢原子从n＝2跃迁到n＝1能级时辐射的光子频率最大B．氢原子从n＝5跃迁到n＝1能级时，氢原子吸收13.06 eV的光子C．用光子能量为13.06 eV的光照射一群基态的氢原子，氢原子可以发出10种不同波长的光D．用光子能量为13.06 eV的光照射一群基态的氢原子，氢原子辐射光中光子能量为0.31 eV的光波波长最长10.(2022·大连市高二期中)如图所示为氢原子的能级示意图，假设氢原子从n能级向较低的各能级跃迁的概率均为eq \f(1,n－1)。则对3 000个处于n＝4能级的氢原子，下列说法正确的是(　　)A．向低能级跃迁时，向外辐射的光子的能量可以是任意值B．向低能级跃迁时，向外辐射的光子能量的最大值为12.75 eVC．辐射的光子的总数为5 500个D．吸收能量大于1 eV的光子时能电离三、非选择题(本题共4小题，共47分)11．(6分)(2022·驻马店市高二月考)已知氢原子的基态能量为E1，激发态能量En＝eq \f(E1,n2)，其中n＝2,3，…。用h表示普朗克常量，c表示真空中的光速。能使氢原子从第一激发态电离的光子的最大波长为________。12．(12分)(2022·漳州市高二期中)物理学家密立根通过研究带电油滴在平行金属板间的运动，比较准确地测定了元电荷。其实验原理可简化为如图所示的模型，置于真空中的油滴室内有两块水平放置的平行金属板A、B与电压为U的恒定电源两极相连，平行金属板A、B间距为d，两板间存在竖直方向的匀强电场，喷雾器喷出带同种电荷的油滴，少数油滴通过金属板A的小孔进入平行金属板间，油滴进入金属板间后，有的油滴刚好悬浮不动。(1)已知金属板A带正电，金属板B带负电，则平行金属板A、B间的电场方向__________(填“竖直向上”或“竖直向下”)，油滴带__________(填“正电”或“负电”)。(2)若已知两板间的电场强度大小为eq \f(U,d)，悬浮油滴的质量为m，重力加速度大小为g，忽略空气对油滴的影响，则悬浮油滴带的电荷量为__________。(3)现在公认的元电荷的值e＝__________C。13．(14分)已知氢原子的基态能量为E1＝－13.6 eV，核外电子的第一轨道半径为r1＝0.53×10－10 m，电子质量me＝9.1×10－31 kg，电荷量为1.6×10－19 C，静电力常量k＝9.0×109 N·m2/C2，求电子跃迁到第三轨道时，氢原子的能量、电子的动能和电子的电势能各为多大？[已知En＝eq \f(E1,n2)，rn＝n2r1(n＝1,2,3，…)]14．(15分)(2022·南通市高二期末)如图甲为氢原子能级示意图的一部分，若处于基态的氢原子由于原子间的碰撞而激发，且发射出6条光谱线，则：(1)求6条光谱线中最长的波长λm(已知普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s，光速c＝3.0×108 m/s，结果保留2位有效数字)。(2)若基态氢原子受激发射出6条光谱线，是由于运动的氢原子a与静止的氢原子b碰撞导致，如图乙所示，求氢原子a的最小动能Ek。参考答案：1．B　[阴极射线是电子流，汤姆孙测出了电子的比荷，密立根精确测定了电子电荷量，故A错误。汤姆孙认为原子是一个球体，正电荷弥漫性地均匀分布于整个球内；该理论无法解释α粒子散射现象，后被卢瑟福核式结构模型所取代，故B正确。卢瑟福根据α粒子散射实验指出原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在一很小的区域——原子核，故C错误。玻尔理论较好地解释了氢原子光谱，但不能解释大多数原子光谱的实验规律，故D错误。]2．A　[α粒子的散射实验说明原子中绝大部分是空的，揭示了原子具有核式结构，故A正确；通过α粒子散射实验可以估算出原子核尺寸的数量级为10－15 m，B错误；α粒子的散射实验观测到的现象是绝大多数α粒子穿过金箔后仍沿原方向前进，故C错误；通过该试验，卢瑟福提出了原子的核式结构模型，同时否定了汤姆孙原子模型，故D错误。]3．C　[根据ΔE＝hν，ν＝eq \f(c,λ)，可知λ＝eq \f(hc,ΔE)，能级差越大，波长越小，所以a的波长最短，b的波长最长，C正确。]4．D　[只有两条巴尔末系，说明是由n＝3、n＝4轨道跃迁到n＝2轨道形成的，故电子所处的最高能级为n＝4，则可能发出不同频率的谱线条数为Ceq \o\al(2,4)＝6种，故最多能发出6种不同频率的谱线。故选D。]5．D　[氢原子从n＝4能级跃迁到n＝2能级时辐射出的光子能量为ΔEa＝－0.85 eV－(－3.4 eV)＝2.55 eV，从n＝3能级跃迁到n＝1能级时辐射出的光子能量为ΔEb＝－1.51 eV－(－13.6 eV)＝12.09 eV，可知光子a的能量小于光子b的能量，A错误；由ΔE＝hν＝heq \f(c,λ)，可知光子a的频率小于光子b的频率，光子a的波长大于光子b的波长，B错误；由于ΔEa>0.85 eV，光子a的能量大于处于n＝4能级的氢原子的电离能，能使处于n＝4能级的氢原子电离，C错误；由于光子a的频率小于光子b的频率，若a为可见光，则b有可能为紫外线，D正确。]6．C　[由铬原子的能级公式得n＝1、n＝2、n＝4能级上的电子的能量分别为E1＝－A、E2＝－eq \f(A,4)、E4＝－eq \f(A,16)，铬原子的n＝2轨道上的电子跃迁到n＝1轨道，释放的能量为ΔE1＝E2－E1＝eq \f(3,4)A；n＝4轨道上的电子脱离原子发生电离，即跃迁到无穷远处需吸收的能量为ΔE2＝E∞－E4＝eq \f(A,16)，发生俄歇效应时，设俄歇电子的动能为Ek，则它应等于电子所吸收的能量减去脱离原子所需能量，即Ek＝ΔE1－ΔE2，所以Ek＝eq \f(11,16)A，故C正确。]7．C　[大量处于n＝4能级的氢原子向基态跃迁时，由eq \f(nn－1,2)＝6知可以辐射出6种不同频率的光子，A错误；氢原子从n＝3能级跃迁到n＝4能级要吸收的光子能量为ΔE＝－0.85 eV－(－1.51 eV)＝0.66 eV，所以该光子不能被吸收，B错误；处于基态的氢原子吸收能量为14 eV的光子可以发生电离，剩余的能量变为光电子的动能，C正确；氢原子的能级是不连续的，发射的光子的能量值是不连续的，氢原子发射光谱只能是一些特殊频率的谱线，D错误。]8．BC　[当吸收光子时，总能量增大，轨道半径应增大，所以电子动能减少，原子势能增加；当放出光子时，总能量减小，轨道半径应减小，所以电子动能增加，原子势能减少，选项B、C正确。]9．CD　[两能级间的能级差越大，辐射的光子能量越大，频率越大，可知从n＝2跃迁到n＝1辐射的光子频率不是最大的，故A错误；氢原子从n＝5跃迁到n＝1能级时，向外辐射能量，故B错误；用光子能量为13.06 eV的光照射一群基态的氢原子，氢原子吸收光子能量后原子的能量为－0.54 eV，跃迁到第5能级，根据Ceq \o\al(2,5)＝10，可知氢原子可以发出10种不同波长的光，故C正确；用光子能量为13.06 eV的光照射一群基态的氢原子，跃迁到第5能级，从n＝5跃迁到n＝4辐射的光子能量最小，波长最长，光子能量为－0.54 eV－(－0.85 eV)＝0.31 eV，故D正确。]10．BCD　[向低能级跃迁时，向外辐射的光子的能量一定等于两个能级间的能量差，A错误；当氢原子由第4能级跃迁到第1能级时，向外辐射的光子能量最大，其值为12.75 eV，B正确；这3 000个氢原子向低能级跃迁时，根据跃迁的概率均为eq \f(1,n－1)计算，第4能级向第3、2、1能级各跃迁1 000个，第3能级的1 000个氢原子分别向第2、1能级跃迁500个，第2能级的1 500个氢原子全部跃迁到第1能级，因此总共向外辐射5 500个光子，C正确；处于n＝4能级的氢原子只要吸收的光子的能量大于等于0.85 eV就能电离，D正确。]11．－eq \f(4hc,E1)(6分)解析　第一激发态即为第二能级，是能量最低的激发态，则有E2＝eq \f(E1,22)，电离是氢原子从第一激发态跃迁到最高能级的过程，需要吸收光子的能量最小值为0－E2＝－eq \f(E1,4)，此时波长最大，所以有－eq \f(E1,4)＝eq \f(hc,λ)，解得λ＝－eq \f(4hc,E1)。12．(1)竖直向下　负电　(2)eq \f(mgd,U)　(3)1.6×10－19(1.60×10－19也正确)(每空3分)解析　(1)根据电场线起于正电荷终于负电荷可知，平行金属板A、B间的电场方向竖直向下。悬浮油滴在两极板间受力平衡，则油滴所受的电场力方向竖直向上，与电场方向相反，所以油滴带负电。(2)悬浮油滴在两极板间受力平衡，则有Eq＝eq \f(Uq,d)＝mg，即q＝eq \f(mgd,U)。(3)在密立根之后，人们又做了许多测量，现在公认的元电荷的值e＝1.6×10－19 C。13．－1.51 eV　1.51 eV　－3.02 eV解析　该电子在第三轨道时氢原子的能量为E3＝eq \f(1,n2)E1＝eq \f(1,32)E1≈－1.51 eV(3分)电子在第三轨道时半径为r3＝32r1＝9r1(3分)电子绕核转动时库仑力提供向心力，有eq \f(ke2,r32)＝eq \f(mv32,r3)(2分)解得电子在第三轨道时的动能Ek3＝eq \f(1,2)mv32＝eq \f(ke2,2×9r1)＝eq \f(9.0×109×1.6×10－192,2×9×0.53×10－10×1.6×10－19) eV≈1.51 eV(3分)由于E3＝Ek3＋Ep3，可见电子电势能Ep3＝E3－Ek3＝－1.51 eV－1.51 eV＝－3.02 eV。(3分)14．(1)1.9×10－6 m　(2)25.5 eV解析　(1)处于基态的氢原子由于原子间的碰撞而激发，且发射出6条光谱线，根据Ceq \o\al(2,4)＝6，可知处于基态的氢原子由于原子间的碰撞而激发跃迁到n＝4能级，可知n＝4能级向n＝3能级跃迁的光谱线的波长最长，则有E4－E3＝heq \f(c,λm)＝0.66 eV，解得λm＝1.9×10－6 m(6分)(2)令氢原子a的初速度为v0，则有Ek＝eq \f(1,2)mv02，氢原子a与氢原子b发生完全非弹性碰撞时，系统损失的动能最大，根据动量守恒可得mv0＝2mv，解得v＝eq \f(1,2)v0(3分)根据题意及能量守恒有E4－E1＝eq \f(1,2)mv02－eq \f(1,2)×2mv2＝eq \f(1,4)mv02＝12.75 eV(3分)联立解得Ek＝25.5 eV。(3分)