高中物理选修35章末检测8原子结构.docx
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高中物理选修35章末检测8原子结构
章末检测试卷（三）
（时间：
90分钟 满分：
100分）
一、选择题（本题共12小题，每小题4分，共48分．其中1～8题为单项选择题，9～12题为多项选择题）
1．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，发现了电子和质子的存在
B．卢瑟福通过对α粒子散射实验现象的分析，证实了原子是可以再分的
C．巴耳末根据氢原子光谱分析，总结出了氢原子光谱可见光区波长公式
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学说
[答案] C
[解析] 汤姆孙通过研究阴极射线发现了电子，A错误；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模型，B错误；巴耳末根据氢原子光谱在可见光区的四条谱线得出巴耳末公式，C正确；玻尔的原子模型是在核式结构模型的基础上提出的几条假设，并没有否定核式结构学说，D错误．
2．α粒子散射实验中，少数α粒子发生了大角度偏转，这些α粒子（ ）
A．受到了重金属原子核的斥力作用
B．动能不断减小
C．电势能不断增大
D．出现大角度偏转是与电子碰撞的结果
[答案] A
[解析] 少数发生大角度偏转的α粒子受到了重金属原子核的斥力作用，斥力先做负功后做正功，α粒子的动能先减小后增大，电势能先增大后减小．α粒子的质量远大于电子的质量，与电子碰撞后其运动状态基本不变．
3．（2018·南京市高二检测）关于线状谱，下列说法中正确的是（ ）
A．每种原子处在不同温度下发光的线状谱不同
B．每种原子处在不同的物质中的线状谱不同
C．每种原子在任何外界条件下发光的线状谱都相同
D．两种不同的原子发光的线状谱可能相同
[答案] C
4．氢原子从能级m跃迁到能级n时辐射红光的频率为ν1，从能级n跃迁到能级k时吸收紫光的频率为ν2，已知普朗克常量为h，若氢原子从能级k跃迁到能级m，则（ ）
A．吸收光子的能量为hν1＋hν2
B．辐射光子的能量为hν1＋hν2
C．吸收光子的能量为hν2－hν1
D．辐射光子的能量为hν2－hν1
[答案] D
[解析] hν1＝Em－En①
hν2＝Ek－En②
设从k能级跃迁到m能级，辐射光子的频率为ν3，
则hν3＝Ek－Em③
由①②③得hν3＝hν2－hν1，选项D正确，A、B、C错误．
5．氦原子被电离失去一个核外电子，形成类氢结构的氦离子．已知基态的氦离子能量为E1＝－54.4eV，氦离子的能级示意图如图1所示．以下关于该基态氦离子的说法中正确的是（ ）
图1
A．该基态氦离子吸收某种光子发生跃迁，当能量为E4＝－3.4eV时，氦离子最稳定
B．能量为48.4eV的光子，能被该基态氦离子吸收而发生跃迁
C．一个该基态氦离子吸收能量为51.0eV的光子后，向低能级跃迁能辐射出6种不同频率的光子
D．该基态氦离子吸收一个光子后，核外电子的动能增大
[答案] B
[解析] 原子处于最低能量状态时最稳定，选项A错误；吸收能量为48.4eV的光子，则氦离子能量为－6.0eV，能跃迁到n＝3能级，选项B正确；一个处于基态的氦离子吸收能量为51.0eV的光子后，能量为－3.4eV，然后从n＝4能级跃迁到n＝1能级，最多可释放3种不同频率的光子，选项C错误；基态氦离子吸收一个光子后，由低能级向高能级跃迁，核外电子的轨道半径增大，根据k
＝m
得v＝
，轨道半径增大，则核外电子的速度减小，动能减小，选项D错误．
6．氢原子能级的示意图如图2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可见光a，从n＝3的能级向n＝2的能级跃迁时辐射出可见光b，则（ ）
图2
A．a光的光子能量大于b光的光子能量
B．氢原子从n＝4的能级向n＝3的能级跃迁时会辐射出紫外线
C．处于能级n＝4的电子的动能大于能级n＝2的动能
D．在真空中传播时，b光的波长较短
[答案] A
[解析] 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．公式：
hν＝Em－En，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，则可见光a的光子能量大于b，又根据光子能量E＝hν可得a光子的频率大于b，由λ＝
，则a光的波长小于b光，故A正确，D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，因为紫外线的能量大于可见光，所以不可能为紫外线，故B错误；根据玻尔理论，库仑力提供向心力k
＝m
，可知，越靠近原子核的速度越大，动能越大，那么处于n＝4的能级电子的动能小于n＝2能级电子的动能，故C错误．
7.如图3所示为玻尔提出的氢原子能级图，现有一个装有大量处于n＝3能级氢原子的发光管，利用该发光管发出的光线照射金属钙表面．已知金属钙的逸出功为3.2eV，可见光光子的能量范围介于1.61～3.10eV之间，则下列结论正确的是（ ）
图3
A．氢原子向外辐射的不同频率的光子有6种
B．能够看到发光管发出的两种光
C．发光管发出的所有光子均能使金属钙发生光电效应
D．氢原子辐射光子后电子绕核运动的动能增大，电势能减小
[答案] D
[解析] 氢原子从n＝3能级跃迁到n＝2能级释放的光子能量为－1.51eV－（－3.40eV）＝
1.89eV，从n＝3能级跃迁到n＝1能级释放的光子的能量为－1.51eV－（－13.60eV）＝12.09eV，从n＝2能级跃迁到n＝1能级释放的光子的能量为－3.40eV－（－13.60eV）＝10.20eV，故氢原子向外辐射3种频率的光子，其中光子能量介于1.61～3.10eV之间的只有一种，发光管只能发出一种可见光，光子能量大于钙的逸出功的有两种，所以不是发光管发出的所有光子都能使钙发生光电效应，故A、B、C错误；氢原子向外辐射光子后，核外电子运动轨道半径减小，动能增大，库仑力做正功，电势能减小，故D正确．
8．氢原子部分能级的示意图如图4所示，不同色光的光子能量如下表所示：
图4
色光
红
橙
黄
绿
蓝—靛
紫
光子能量范围（eV）
1.61～2.00
2.00～2.07
2.07～2.14
2.14～2.53
2.53～2.76
2.76～3.10
处于某激发态的氢原子，发射的光的谱线在可见光范围内仅有2条，其颜色分别为（ ）
A．红、蓝—靛B．黄、绿
C．红、紫D．蓝—靛、紫
[答案] A
[解析] 根据玻尔理论，如果激发态的氢原子处于n＝2能级，只能够发出10.2eV的光子，不属于可见光范围；如果激发态的氢原子处于n＝3能级，能够发出12.09eV、10.2eV、1.89eV的三种光子，只有1.89eV的光子属于可见光；如果激发态的氢原子处于n＝4能级，能够发出12.75eV、12.09eV、10.2eV、2.55eV、1.89eV、0.66eV的六种光子，1.89eV和2.55eV的光子属于可见光，1.89eV的光子为红光，2.55eV的光子为蓝－靛光，所以选项A正确．
9．根据光谱的特征谱线，可以确定物质的化学组成和鉴别物质，以下说法正确的是（ ）
A．线状谱中的亮线是特征谱线，吸收光谱中的暗线不是特征谱线
B．线状谱中的亮线不是特征谱线，吸收光谱中的暗线是特征谱线
C．线状谱中的亮线与吸收光谱中的暗线都是特征谱线
D．同一元素的线状谱的亮线与吸收光谱中的暗线都是一一对应的
[答案] CD
[解析] 根据光谱理论知，线状谱与吸收光谱都能表示元素的特点，都是元素的特征谱线，而同一元素的线状谱与吸收光谱都是一一对应的，C、D正确．
10.μ子与氢原子核（质子）构成的原子称为μ氢原子（hydrogenmuonatom）．它在原子核物理的研究中有重要作用．图5为μ氢原子的能级示意图，假定光子能量为E的一束光照射容器中大量处于n＝2能级的μ氢原子，μ氢原子吸收光子后，发出频率为ν1、ν2、ν3、ν4、ν5和ν6的光，且频率依次增大，则（ ）
图5
A．μ氢原子吸收光子后处于n＝5能级
B．μ氢原子吸收光子后处于n＝4能级
C．E等于h（ν6－ν4）
D．E等于h（ν5－ν2）
[答案] BC
[解析] 大量μ氢原子吸收光子后发出6种频率的光子，则由C
＝6，解得n＝4，因此μ氢原子吸收光子后处于n＝4能级，选项A错误，B正确；hν1＝E4－E3，hν2＝E3－E2，hν3＝E4－E2，hν4＝E2－E1，hν5＝E3－E1，hν6＝E4－E1，由能级跃迁规律得，E＝E4－E2＝h（ν6－ν4），选项C正确，D错误．
11.已知氢原子的能级图如图6所示，现用光子能量介于10～12.9eV范围内的光去照射一群处于基态的氢原子，则下列说法中正确的是（ ）
图6
A．在照射光中可能被吸收的光子能量有无数种
B．在照射光中可能被吸收的光子能量只有3种
C．照射后可能观测到氢原子发射不同波长的光有6种
D．照射后可能观测到氢原子发射不同波长的光有3种
[答案] BC
[解析] 根据跃迁规律hν＝Em－En和能级图，可知A错，B对；氢原子吸收光子后能跃迁到最高为n＝4的能级，能发射的光子的波长有C
＝6种，故C对，D错．
12．如图7所示是氢原子光谱的两条谱线，图中给出了谱线对应的波长及氢原子的能级图，已知普朗克常量h＝6.63×10－34J·s，则（ ）
图7
A．Hα谱线对应光子的能量小于Hβ谱线对应光子的能量
B．若两种谱线对应光子都能使某种金属发生光电效应，则Hα谱线对应光子照射到该金属表面时，形成的光电流较小
C．Hα谱线对应光子的能量为1.89eV
D．Hα谱线对应的光子是氢原子从n＝4能级跃迁到n＝3能级发出的
[答案] AC
[解析] Hα谱线的波长大于Hβ谱线的波长，故Hα谱线的频率较小，Hα谱线对应光子的能量小于Hβ谱线对应光子的能量，选项A正确；光电流与光的强度有关，与光的频率无关，选项B错误；Hα谱线对应光子的能量为E＝h
≈3.03×10－19J≈1.89eV，选项C正确；E4－E3＝0.66eV，选项D错误．
二、填空题（本题共2小题，共12分）
13.（6分）氢原子的能级图如图8所示，一群氢原子处在n＝4的能级上，向低能级跃迁时，最多能辐射出______种光子；用这些光子照射逸出功为W0＝4.54eV的金属钨时，能使其发生光电效应的有______种光子．
图8
[答案] 6（3分） 3（3分）
[解析] 处在n＝4能级上的氢原子最多能辐射出N＝
＝6种光子，能量大于4.54eV的有4→1、3→1、2→1跃迁时发出的3种光子．
14.（6分）根据玻尔原子结构理论，氦离子（He＋）的能级图如图9所示．电子处在n＝3轨道上比处在n＝5轨道上离氦核的距离____（选填“近”或“远”）．当He＋处在n＝4的激发态向基态跃迁时辐射光子的能量为______eV.
图9
[答案] 近（3分） 51（3分）
[解析] 量子数越大，轨道越远，电子处在n＝3轨道上比处在n＝5轨道上离氦核的距离要近；由ΔE＝E4－E1知：
ΔE＝－3.40eV－（－54.4）eV＝51eV.
三、计算题（本题共4小题，共40分）
15．（8分）氢原子的基态能量E1＝－13.6eV，电子绕核运动的半径r1＝0.53×10－10m，已知电子电荷量e＝1.6×10－19C，静电力常量k＝9.0×109N·m2/C2.则氢原子处于n＝2的激发态时，
（1）原子系统具有的能量是多少？
（2）电子轨道上运动的动能为多少？
（3）电子具有的电势能为多少？
[答案]
（1）－3.4eV
（2）3.4eV （3）－6.8eV
[解析]
（1）由En＝
可得E2＝－
eV＝－3.4eV，即为原子系统的能量．（2分）
（2）由F＝
＝
得，Ek2＝
mv2＝
＝
，（3分）
代入数据，解得Ek2≈3.4eV，（1分）
即电子在轨道上的动能为3.4eV.
（3）由Epn＝En－Ekn，得Ep2＝E2－Ek2＝－6.8eV，即电子具有的电势能为－6.8eV.（2分）
16.（10分）一群氢原子处于n＝4的能级状态，氢原子的能级图如图10所示，则：
图10
（1）这群氢原子最多能发射几种频率的光子？
（2）氢原子由量子数n＝4的能级跃迁到n＝2的能级时辐射光子的能量是多少？
（单位：
eV）
（3）用
（2）中的光子照射下表中几种金属，哪些金属能发生光电效应？
发生光电效应时，发射光电子的最大初动能是多大？
（单位：
eV）
金属
铯
钙
镁
钛
逸出功W0/eV
1.9
2.7
3.7
4.1
[答案]
（1）6种
（2）2.55eV （3）铯 0.65eV
[解析]
（1）因为C
＝6，知这群氢原子最多能发射6种频率的光子．（2分）
（2）氢原子由n＝4的能级跃迁到n＝2的能级时辐射光子的能量等于两级间的能级差，（2分）
即E＝E4－E2＝－0.85eV－（－3.4eV）＝2.55eV.（2分）
（3）E只大于铯的逸出功，故光子只有照射铯金属才能发生光电效应．（1分）
根据光电效应方程得，Ekm＝hν－W0＝2.55eV－1.9eV＝0.65eV.（3分）
17．（11分）将氢原子电离，就是从外部给电子以能量，使其从基态或激发态脱离原子核的束缚而成为自由电子．（电子电荷量e＝1.6×10－19C，电子质量m＝0.91×10－30kg，普朗克常量h＝6.63×10－34J·s）
（1）若要使n＝2激发态的氢原子电离，至少要用多大频率的电磁波照射该氢原子？
（2）若用波长为200nm的紫外线照射n＝2激发态的氢原子，则电子飞到离核无穷远处时的速度为多大？
[答案]
（1）8.21×1014Hz
（2）106m/s
[解析]
（1）n＝2时，E2＝
eV＝－3.4eV.（1分）
n＝∞时，E∞＝0.（1分）
所以，要使处于n＝2激发态的氢原子电离，电离能为ΔE＝E∞－E2＝3.4eV，（1分）
ν＝
＝
Hz
＝8.21×1014Hz.（2分）
（2）波长为200nm的紫外线一个光子所具有的能量
E0＝hν＝h
＝6.63×10－34×
J
＝9.945×10－19J，（2分）
电离能ΔE＝3.4×1.6×10－19J
＝5.44×10－19J，（1分）
由能量守恒E0－ΔE＝
mv2，（2分）
代入数值解得v≈106m/s.（1分）
18．（11分）氢原子处于基态时，原子的能量为E1＝－13.6eV，当处于n＝3的激发态时，能量为E3＝－1.51eV，则：
（普朗克常量h＝6.63×10－34J·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）1.03×10－7m
（2）3.28×1015Hz （3）3种 6.58×10－7m
[解析]
（1）根据玻尔理论
E3－E1＝h
（1分）
λ＝
＝
m
≈1.03×10－7m（2分）
（2）要使处于基态的氢原子电离，入射光子须满足
hν≥0－E1（1分）
解得ν≥－
＝
Hz
≈3.28×1015Hz.（2分）
（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（1分）
由于E2＝
＝－
＝－3.4eV（1分）
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
（1分）
所以λ′＝
＝
m
≈6.58×10－7m（2分）
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