2020-2021学年高中物理-第2章-原子结构-单元素养评价鲁科版选修3-5.doc

2020-2021学年高中物理 第2章 原子结构 单元素养评价鲁科版选修3-5

2020-2021学年高中物理 第2章 原子结构 单元素养评价鲁科版选修3-5

年级：
姓名：

- 9 -

单元素养评价(二)
(第2章)
(90分钟　100分)
一、选择题(本大题共12小题,每小题5分,共60分,1～9为单选,10～12为多选)
1.下面是历史上的几个著名实验的装置图,其中发现电子的装置是 (　　)

【解析】选A。汤姆孙利用气体放电管研究阴极射线,发现了电子。故选A。
2.卢瑟福在解释α粒子散射实验的现象时,不考虑α粒子与电子的碰撞影响,这是因为 (　　)
A.α粒子与电子之间有相互斥力,但斥力很小,可忽略
B.α粒子虽受电子作用,但电子对α粒子的合力为零
C.电子体积极小,α粒子不可能碰撞到电子
D.电子质量极小,α粒子与电子碰撞时能量损失可忽略
【解析】选D。α粒子与电子间有库仑引力,电子的质量很小,α粒子与电子相碰,运动方向不会发生明显的改变,所以α粒子和电子的碰撞可以忽略。A、B、C错误,D正确。
3.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.卢瑟福做α粒子散射实验是为了验证汤姆孙的“葡萄干面包模型”是错误的
B.卢瑟福认识到汤姆孙“葡萄干面包模型”的错误后提出了“核式结构”理论
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
【解析】选D。卢瑟福设计的α粒子散射实验是为了探究原子内电荷的分布,并非为了验证汤姆孙模型是错误的,A错误;卢瑟福并不是认识到“葡萄干面包模型”的错误而提出“核式结构”理论的,B错误;卢瑟福做了α粒子散射实验后,由实验现象提出了“核式结构”理论,C错误,D正确。
4.下列关于光谱的说法正确的是 (　　)
A.月光是连续光谱
B.日光灯产生的光谱是连续光谱
C.酒精灯中燃烧的钠蒸气所产生的光谱是线状谱
D.白光通过温度较低的钠蒸气,所产生的光谱是线状谱
【解析】选C。月光是反射的太阳光,是吸收光谱,故选项A错。日光灯是低压蒸气发光,所以产生的是线状谱,故选项B错。酒精灯中燃烧的钠蒸气属于低压气体,发光产生线状谱,故选项C正确,白光通过温度较低的钠蒸气,产生的是吸收光谱,选项D错。
5.氢原子中巴尔末系中最短波长是 (　　)
A.　　　　 B.R　　　　 C.R　　　　 D.
【解析】选A。根据巴尔末公式有
=R(-),λ=,
当n→∞时,最短波长为=,A选项正确。
6.氢原子的能级图如图所示。欲使一处于基态的氢原子释放出一个电子而变成氢离子,氢原子需要吸收的能量至少是 (　　)

A.13.60 eV　　　　　　 B.10.20 eV
C.0.54 eV D.27.20 eV
【解析】选A。要使氢原子变成氢离子,使氢原子由低能级向高能级跃迁,需要吸收的能量大于等于ΔE=E∞-E1=[0-(-13.60)]eV=13.60 eV。
7.(2020·龙岩高二检测)如图所示为氢原子能级示意图的一部分,一群原来处于n=4能级的氢原子跃迁到n=1能级的过程中 (　　)

A.放出三种频率不同的光子
B.放出六种频率不同的光子
C.氢原子放出光子后,核外电子运动的动能将减小
D.从n=4的能级跃迁到n=3的能级时,辐射出的光子的波长最短
【解析】选B。根据=6知,氢原子可能辐射6种频率的光子,故A错误,B正确;核外电子从高轨道跃迁到低轨道运转动能增大,C错误;根据ΔE=h可知选项D错误。
8.如图甲所示是a、b、c、d四种元素的线状谱,图乙是某矿物质的线状谱,通过光谱分析可以了解该矿物质中缺乏的是 (　　)

①a元素　②b元素　③c元素
④d元素
A.①②　　　　　　　　 B.③④
C.①③ D.②④
【解析】选D。对比图甲和图乙可知,图乙中没有b、d对应的特征谱线,所以在矿物质中缺乏b、d两种元素。
9.如图为玻尔为解释氢原子光谱画出的氢原子能级示意图,一群氢原子处于n=4的激发状态,当它们自发地跃迁到较低能级时,以下说法正确的有 (　　)

A.电子轨道半径减小,动能减小
B.可发出连续不断的光谱线
C.由n=4跃迁到n=1时发出光子的频率最高
D.由n=4跃迁到n=1时发出光子的波长最长
【解析】选C。当氢原子中电子从高能级向低能级跃迁时,电子轨道半径变小,跃迁过程中,原子核对电子的库仑力做正功,根据动能定理,电子动能增大,A错误;根据玻尔理论,原子能量是量子化的,故原子中电子跃迁时,能级差ΔE也是量子化的,只能是一些特定的数值,根据ΔE=hν,发光频率也只能是一些特定的频率,故不能产生连续谱,而是线状谱,B错误;电子由n=4跃迁到n=1时,能级差最大,根据ΔE=hν,产生的光子频率最高,波长最短,C正确,D错误。故本题选C。
10.氢原子光谱如甲图所示,图中给出了谱线对应的波长,已知普朗克常量h=6.63×10-34 J·s,玻尔的氢原子能级图如乙图所示,则下列说法正确的是
(　　)

A.Hα谱线对应光子的能量小于Hβ谱线对应光子的能量
B.甲图所示的四种光均属于可见光范畴
C.Hβ对应光子的能量约为10.2 eV
D.Hα谱线对应的跃迁是从n=3能级到n=2能级
【解析】选A、B、D。Hα波长大于Hβ波长,故Hα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,故A正确;可见光的波长范围在380～780 nm左右,则选项B正确;Hβ谱线对应光子的能量E== J=4.09× 10-19 J=2.56 eV,故C错误;Hα谱线对应光子的能量为:E==3.03×10-19 J=1.89 eV,从n =3能级到n =2能级释放的光子能量为(-1.51)eV-(-3.4)eV=1.89 eV,则Hα谱线对应的跃迁是从n =3能级到n =2能级,故D正确;故选A、B、D。
11.关于氢原子能级的跃迁,下列叙述中正确的是 (　　)
A.用波长为60 nm的X射线照射,可使处于基态的氢原子电离出自由电子
B.用能量为10.2 eV的光子照射,可使处于基态的氢原子跃迁到激发态
C.用能量为11.0 eV的光子照射,可使处于基态的氢原子跃迁到激发态
D.用动能为12.5 eV的电子撞击氢原子,可使处于基态的氢原子跃迁到激发态
【解析】选A、B、D。波长为60 nm的X射线,光子能量E=h=6.63×10-34× J=3.32×10-18 J=20.7 eV
氢原子电离能:ΔE=0-(-13.6) eV=13.6 eV<E=20.7 eV,所以可使氢原子电离,A项正确。据hν=Em-En得,Em1=hν+E1=10.2 eV+(-13.6) eV=-3.4 eV,Em2=11.0 eV+(-13.6) eV=-2.6 eV。只有Em1=-3.4 eV对应n=2的状态,因电子绕核运动时,吸收光子只能吸收能量恰好为两能级差的光子,所以只有能量为10.2 eV的光子可使氢原子从基态跃迁到激发态,B项正确,C错误。电子的动能大于10.2 eV,因此与处于基态的氢原子撞击时,可以使氢原子吸收10.2 eV的能量跃迁到第二能级态,故D正确。
12.(2020·福州高二检测)如图所示为氢原子能级图,下列说法正确的是 (　　)

A.玻尔理论也能很好地解释复杂原子的光谱
B.玻尔理论认为原子的能量是连续的,电子的轨道半径是不连续的
C.大量处在n=2能级的氢原子可以被2.00 eV的电子碰撞而发生跃迁
D.当氢原子从n=2能级跃迁到n=3能级时,吸收1.89 eV的光子
【解析】选C、D。玻尔理论只能解释氢原子的光谱,选项A错误;玻尔理论认为原子的能量是不连续的,电子的轨道半径也是不连续的,选项B错误;能量为
2.00 eV 的电子与氢原子发生碰撞时,氢原子吸收1.89 eV 的能量即可由n=2能级跃迁到n=3能级,选项C正确;当氢原子从n=2能级跃迁到n=3能级时,需吸收能量为1.89 eV的光子,选项D正确。
二、计算题(本大题共4小题,共40分。要有必要的文字说明和解题步骤,有数值计算的要注明单位)
13.(8分) (2020·福州高二检测)为了测定带电粒子的比荷,让这个带电粒子垂直电场飞进平行金属板间,已知匀强电场的场强为E,在通过长为L的两金属板间后,测得偏离入射方向的距离为d,如果在两板间加垂直电场方向的匀强磁场,磁场方向垂直粒子的入射方向,磁感应强度为B,则粒子恰好不偏离原来方向(如图),求的值。

【解析】仅加电场时d=()·()2, (3分)
加复合场时Bqv0=Eq。 (2分)
由以上两式可得= (3分)
答案:
14.(8分)氢原子在基态时轨道半径r1=0.53×10-10m,能量E1=-13.6 eV。求氢原子处于基态时:
(1)电子的动能。
(2)原子的电势能。
(3)用波长是多少的光照射可使其电离?
【解析】(1)设处于基态的氢原子核外电子速度为v1,则k=m (1分)
所以电子动能Ek1=m=k
=eV=13.6 eV。 (2分)
(2)由E1=Ek1+Ep1得
Ep1=E1-Ek1=-13.6 eV-13.6 eV=-27.2 eV(2分)
(3)设用波长λ的光照射可使氢原子电离:
=0-E1 (2分)
所以λ=-=m
=0.914 1×10-7m。 (1分)
答案:(1)13.6 eV　(2)-27.2 eV
(3)0.914 1×10-7m
15.(12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。
(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200 nm的紫外线照射n=2的氢原子,则电子飞到离核无穷远处时的速度为多大?(电子电荷量e=1.6×10-19 C,电子质量me=0.91×10-30 kg)
【解析】(1)当n=2时,E2=-3.4 eV(1分)
要使处于n=2激发态的原子电离,电离能为
ΔE=E∞-E2=3.4 eV(2分)
由ΔE =hν得
ν== Hz=8.21×1014 Hz。 (2分)
(2)波长为200 nm的紫外线的一个光子所具有的能量为E=hν=6.63×10-34× J=9.95×10-19 J(2分)
电离能为ΔE=3.4×1.6×10-19 J=5.44×10-19 J, (1分)
由能量守恒得E-ΔE=mv2 (2分)
代入数据解得v=9.96×105 m/s。 (2分)
答案:(1)8.21×1014 Hz　(2)9.96×105 m/s
16.(12分)已知氢原子能级图如图所示,氢原子质量为mH=1.67×10-27 kg。设原来处于静止状态的大量激发态氢原子处于n=5的能级状态。

(1)求大量氢原子由高能级向低能级跃迁时,可能发射出多少种不同频率的光;
(2)若跃迁后光子沿某一方向飞出,且光子的动量可以用p=表示(h为普朗克常量,ν为光子频率,c为真空中光速),求发生跃迁后氢原子的最大反冲速率。(保留三位有效数字)
【解析】(1)可能发射出n==10种不同频率的光。 (3分)
(2)由题意知氢原子从n=5能级跃迁到n=1能级时,氢原子具有最大反冲速率。 (1分)
氢原子发生跃迁时辐射出的光子能量为E=ΔE=E5-E1 (2分)
将氢原子(含核外电子)和即将辐射出去的光子作为一个系统。
由动量守恒定律可知:mHvH-p光=0 (2分)
光子的动量p光=,E=hν (2分)
氢原子速度为vH=,所以vH≈4.17 m/s。 (2分)
答案:(1)10种　(2)4.17 m/s