2021年新课标版物理选修3-5-《原子结构》章末测试.docx

《原子结构》章末测试
(时间：60分钟　满分：100分)
一、选择题(每小题4分，共40分，把正确选项前的字母填在题后的括号内)
1．在α粒子穿过金箔发生大角度散射的过程中，下列哪些说法是正确的(　　)
A．α粒子始终受到原子核的斥力作用
B．α粒子的动能不断减小
C．α粒子的电势能不断增大
D．α粒子发生散射，是与电子碰撞的结果
解析　α粒子始终受到原子核的斥力作用，动能先削减后增大，电势能先增大后减小，α粒子的质量远大于电子的质量，与电子碰撞后运动状态基本保持不变，故A选项正确．
答案　A
2．(多选题)以下论断中正确的是(　　)
A．按经典电磁理论，核外电子受原子核库仑引力，不能静止只能绕核运转，电子绕核加速运转，不断地向外辐射电磁波
B．按经典理论，绕核运转的电子不断向外辐射能量，电子将渐渐接近原子核，最终落入原子核内
C．依据卢瑟福的核式结构理论，原子核外电子绕核旋转，原子是不稳定的，说明该理论不正确
D．经典电磁理论可以很好地应用于宏观物体，但不能用于解释原子世界的现象
解析　卢瑟福的核式结构没有问题，主要问题出在经典电磁理论不能用来解释原子世界的现象．
答案　ABD
3．(多选题)关于太阳光谱，下列说法正确的是(　　)
A．太阳光谱是吸取光谱
B．太阳光谱中的暗线是太阳光经过太阳大气层时某些特定频率的光被吸取后而产生的
C．依据太阳光谱中的暗线，可以分析太阳的物质组成
D．依据太阳光谱中的暗线，可以分析地球大气层中含有的元素种类
解析　由于太阳是一个高温物体，它发出的白光通过温度较低的太阳大气层时，会被太阳大气层中的某些元素的原子吸取，从而使我们观看到的太阳光谱是吸取光谱，分析太阳的吸取光谱，可知太阳大气层的物质组成，而要观看到某种物质的吸取光谱，要求它的温度不能太低，但也不能太高，否则会直接发光．由于地球大气层的温度很低，所以太阳光通过地球大气层时不会被地球大气层中的某些物质的原子吸取．故选项A、B正确．
答案　AB

4．μ子与氢原子核(质子)构成的原子称为μ氢原子(hydrogen muon atom)，它在原子核物理的争辩中有重要作用．右图为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氢原子吸取光子后，发出频率为ν1、ν2、ν3、ν4、ν5和ν6的光，且频率依次增大，则E等于(　　)
A．h(ν3－ν1)　　　　　 B．h(ν5＋ν6)
C．hν3 D．hν4
解析　μ氢原子吸取能量为E的光子后能发出6种频率的光，即μ氢原子从n＝2跃迁到n＝4的能级．从n＝4能级向低能级跃迁发出光的能量由小到大为E43、E32、E42、E21、E31、E41，能量为E42的光子的频率为ν3，故光子能量为hν3，C选项正确．
答案　C
5．可见光光子的能量在1.61～3.10 eV范围内，若氢原子从高能级跃迁到量子数为n的低能级的谱线中有可见光，依据氢原子能级图可推断n为(　　)

A．1　　　　　　　　　 B．2
C．3 D．4
解析　若从高能级跃迁到n＝1，则Emin＝10.20 eV；若从高能级跃迁到n＝2，则Emin＝1.89 eV；若从高能级跃迁到n＝3时，Emin＝0.66 eV，Emax＝1.51 eV，由此可知跃迁到n＝1和n＝3不行能产生可见光，同理，若氢原子从较高能级跃迁到n＝4能级时，Emax＝0.85 eV，不是可见光，故B选项正确．
答案　B
6．(多选题)已知氢原子的能级规律为En＝(其中E1＝－13.6 eV，n＝1,2,3…)，现用光子能量为12.75 eV的光子去照射一群处于基态的氢原子，则下列说法正确的是(　　)
A．照射时不能被基态的氢原子吸取
B．可能观测到氢原子放射不同波长的光有3种
C．氢原子放射不同频率的光，可见光有2种
D．可能观测到氢原子放射不同波长的光有6种
解析　由题E41＝12.75 eV，故基态氢原子吸取12.7 eV的能量跃迁到n＝4的能级，可放射6种波长的光，其中从n＝4、n＝3跃迁到n＝2的能级发出可见光，故C、D选项正确．
答案　CD
7．(多选题)如图所示，O点表示金原子核的位置，曲线ab和cd表示经过该原子核四周的α粒子的运动轨迹，其中可能正确的是(　　)

答案　BD
8．(多选题)若原子的某内层电子被电离形成空位，其他层的电子跃迁到该空位上时，会将多余的能量以电磁辐射的形式释放出来，此电磁辐射就是原子的特征X射线．内层空位的产生有多种机制，其中一种称为内转换，即原子中处于激发态的核跃迁回基态时，将跃迁时释放的能量交给某一内层电子，使此内层电子电离而形成空位(被电离的电子称为内转换电子).214Po的原子核从某一激发态回到基态时，可将能量E0＝1.416 MeV交给内层电子(如K、L、M层电子，K、L、M标记原子中最靠近核的三个电子层)使其电离，试验测得从214Po原子的K、L、M层电离出的电子的动能分别为EK＝1.323 MeV、EL＝1.399 MeV、EM＝1.412 MeV.则可能放射的特征X射线的能量为(　　)
A．0.013 MeV B．0.017 MeV
C．0.076 MeV D．0.093 MeV
解析　原子的某内层电子被电离形成空位，其他层的电子跃迁到该空位上时，会将多余的能量以电磁辐射的形式释放出来，就是原子的特征X射线．由于能量守恒，电子在原能级上运动时所具有的能量是动能与获得能量之差，由于各能级获得的能量是相同的，所以各能级之差就是它们电离后具有的动能之差，E＝ΔEk，由此放出光子的可能能量值E1＝(1.412－1.323) MeV＝0.089 MeVE2＝(1.412－1.399) MeV＝0.013 MeV，E3＝(1.399－1.323) MeV＝0.076 MeV.
答案　AC
9．依据玻尔理论，某原子的电子从能量为E的轨道跃迁到能量为E′的轨道，辐射出波长为λ的光子，h表示普朗克常量，c表示真空中的光速，则E′等于(　　)
A．E－h B．E＋
C．E－h D．E＋
答案　C
10．(多选题)在金属中存在大量的价电子(可理解为原子的最外层电子)，价电子在原子核和核外的其他电子产生的电场中运动．电子在金属外部时的电势能比它在金属内部作为价电子时的电势能大，前后两者的电势能差值称为势垒，用符号V表示．价电子就像被关在深为V的方箱里的粒子，这个方箱叫做势阱，价电子在势阱内运动具有动能，但动能的取值是不连续的，价电子处于最高能级时的动能称为费米能，用Ef表示．用红宝石激光器向金属放射频率为ν的光子，具有费米能的电子假如吸取了一个频率为ν的光子而跳出势阱，则(　　)
A．具有费米能的电子跳出势阱时的动能Ek＝hν－V－Ef
B．具有费米能的电子跳出势阱时的动能Ek＝hν－V＋Ef
C．若增大激光器的发光强度，具有费米能的电子跳出势阱时的动能增大
D．若增大激光器的发光强度，具有费米能的电子跳出势阱时的动能不变
解析　依据能量守恒定律可得Ek－Ef＝hν－V，B正确；由B的结论，入射光的频率打算电子动能，与入射光的光强无关，D正确．
答案　BD
二、填空题(包括2小题，共16分)
11．(6分)在氢原子光谱中，电子从较高能级跃迁到n＝2能级发出的谱线属于巴耳末线系．若一群氢原子自发跃迁时发出的谱线中只有2条属于巴耳末线系，则这群氢原子自发跃迁时最多可发出________条不同频率的谱线．
解析　由巴耳末公式＝R(－)可知氢原子自发跃迁时发出的谱线只有两条属于巴耳末线系，则分别是由n＝3和n＝4能级的自发跃迁产生的，则该群氢原子的最高能级应处于n＝4的能级，则这群氢原子自发跃迁时最多可发出6条不同频率的谱线．
答案　6
12．(10分)氢原子第n能级的能量En＝，其中E1是基态能量，而n＝1、2、3….若一氢原子放射能量为－E1的光子后处于比基态能量高出－E1的激发态，则氢原子放射光子前处于第________能级，放射光子后处于第________能级．
解析　设氢原子放射光子前、后分别处于第m、l能级，依据题意－＝－E1，－E1＝－E1，联立解得m＝4，l＝2.
答案　4　2
三、计算题(包括3小题，共44分，解答题应写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤)
13．(14分)已知锌板的截止波长λ0＝372 nm.依据玻尔理论，氢原子基态能量为－13.6 eV，试通过计算说明利用氢原子光谱中的光能否使锌板发生光电效应(真空中的光速c＝3.00×108 m/s，普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s)
答案　氢原子光谱中，相应光子的最大能量为13.6 eV，最短波长λ＝＝ m＝91.4 nm＜λ.因此可以使锌板发生光电效应．
14．(14分)氢原子在基态时轨道半径r1＝0.53×10－10 m，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)设氢原子处于基态时核外电子的速度为v1则＝
电子的动能Ek＝ mv＝＝13.6 eV.
(2)E1＝Ep1＋Ek1
所以Ep1＝E1－Ek1＝－13.6 eV－13.6 eV＝－27.2 eV.
(3)设用波长λ的光照射可使基态氢原子电离
即＝0－E1
λ＝－＝－ m
＝0.914×10－7 m.
答案　(1)13.6 eV
(2)－27.2 eV
(3)0.914×10－7 m

15．(16分)氢原子的能级图如图所示．某金属的极限波长恰等于氢原子由n＝4能级跃迁到n＝2能级所发出的光的波长．现在用氢原子由n＝2能级跃迁到n＝1能级时发出的光去照射，则从该金属表面逸出的光电子的最大初动能为多少．
解析　设氢原子由n＝4能级跃迁到n＝2能级所发出的光子波长为λ0，由n＝2能级跃迁到n＝1能级所发出的光子波长为λ，则
E4－E2＝h，并且逸出功W0＝h
E2－E1＝h
依据爱因斯坦光电效应方程Ek＝hν－W0得，光子的最大初动能为：
Ek＝h－h＝hc(－)
＝hc(－)＝2E2－E1－E4
＝2×(－3.4) eV＋13.6 eV＋0.85 eV＝7.65 eV.
答案　7.65 eV