2019_2020学年高中物理第18章原子结构章末跟踪测评含解析新人教版选修3_5.doc

第十八章章末跟踪测评(时间：90分钟满分：110分)题型选择题填空题计算题总分得分一、选择题(本题共10小题，每小题4分，共40分在每小题给出的四个选项中，有的只有一个选项正确，有的有多个选项正确，全部选对的得4分，选不全的得2分，错选的或不选的不得分)1下列说法正确的是()A卢瑟福提出“枣糕”原子模型B汤姆孙发现电子，表明原子具有核式结构C一束光照射到某金属上不能发生光电效应，是因为该束光的波长太短D按照玻尔理论，氢原子核外电子从半径较小的轨道跃迁到半径较大的轨道时，电子的动能减小，原子总能量增加D解析卢瑟福提出核式结构，汤姆孙提出的是“枣糕”原子模型，选项A错误；汤姆孙发现电子证明了原子具有复杂结构，而卢瑟福的粒子散射实验证明了核式结构，选项B错误；能使金属发生光电效应的光，波长相对较短，选项C错误2已知处于某一能级n上的一群氢原子向低能级跃迁时，能够发出10种不同频率的光，下列能表示辐射光波长最长的那种跃迁的示意图的是()A解析由C10解得n5.由Eh可知，波长最长对应的E最小，选项A正确3卢瑟福通过粒子散射实验判断出原子的中心有一个很小的核，并由此提出了原子的核式结构如图所示的示意图中，、两条表示实验中粒子的运动径迹，则沿所示的方向射向原子核的粒子可能的运动径迹为()A轨迹aB轨迹bC轨迹cD轨迹dA解析由于粒子偏转的原因是原子核对粒子的库仑斥力作用，所以粒子可能的径迹为a，选项A正确4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 eVB可能大于或等于8.8 eVC一定等于7.7 eVD包含2.8 eV,5 eV, 7.7 eV三种C解析由玻尔理论可知，轨道是量子化的，能级是不连续的，只能发射不连续的单色光，于是要只发出三种不同频率的光，只有从基态跃迁到n3的激发态上，其能量差EE3E17.7 eV，选项C正确，A、B、D错误5红宝石激光器的工作物质红宝石是含有铬离子的三氧化二铝晶体，利用其中的铬离子产生激光铬离子的能级如图所示，E1是基态，E2是亚稳态，E3是激发态，若以脉冲氙灯发出波长为1的绿光照射晶体，处于基态的铬离子受激发跃迁到E3，然后自发跃迁到E2，释放波长为2的光子，处于亚稳态E2的离子跃迁到基态时辐射出的光就是激光，这种激光的波长为()ABCDA解析由，解得，选项A正确6现有k个氢原子被激发到量子数为3的能级上，若这些受激氢原子最后都回到基态，则在此过程中发出的光子总数是(假定处在量子数为n的激发态的氢原子跃迁到各较低能级的原子数都是处在该激发态能级上的原子总数的)()ABk CD2kC解析由题意可知，k个处于n3能级的氢原子向n2和n1两个能级跃迁的原子数均为，而处于n2能级的个氢原子向n1中跃迁的原子数为，故此过程发出的光子总数为2×k，选项C正确7氢原子第一能级是13.6 eV，第二能级是3.4 eV，第三能级是1.51 eV.如果一个处于基态的氢原子受到一个能量为11 eV的光子的照射，则这个氢原子()A吸收这个光子，跃迁到第二能级，放出多余的能量B吸收这个光子，跃迁到比第二能级能量稍高的状态C吸收这个光子，跃迁到比第二能级能量稍低的状态D不吸收这个光子D解析该光子能量不恰好等于氢原子两能级差，也不大于氢原子的电离能(13.6 eV)，所以不能被吸收8利用氢气光谱管发光，可以产生氢的明线光谱，这些谱线的产生是由于()A大量氢原子处于不同的激发状态，从而辐射不同频率的光子B大量氢原子从较高的激发态向较低的激发态或基态跃迁，从而辐射不同频率的光子C大量氢原子从基态或较低的激发态向较高的激发态跃迁，从而辐射不同频率的光子D大量氢原子从基态或较低的激发态向较高的激发态跃迁，从而吸收不同频率的光子B解析大量氢原子从较高的能级向较低的能级跃迁时，发出不同频率的光，从而产生明线光谱9(多选)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n4的激发态，当它们自发地跃迁到较低能级时，以下说法符合玻尔理论的有()A电子轨道半径减小，动能要增大B氢原子跃迁时，可发出连续不断的光谱线C由n4跃迁到n1时放出光子的频率最小D金属钾的逸出功为2.21 eV，能使金属钾发生光电效应的光谱线有4条AD解析根据玻尔理论，氢原子从n4的激发态自发地跃迁到较低能级时，其原子轨道半径要减小，电子的动能要增大，选项A正确；原子跃迁辐射或吸收的光子能量必须等于两能级间的能量差，氢原子跃迁时，可发出不连续的光谱线，选项B错误；由n4跃迁到n1时，能级差最大，则辐射的光子能量最大，放出光子的频率最大，选项C错误；从第四能级向低能级跃迁时可以发出6条光谱线，其放出的光子能量分别为E10.85 eV(1.51 eV)0.66 eV，E20.85 eV(3.4 eV)2.55 eV，E30.85 eV(13.6 eV)12.75 eV，E41.51 eV(3.4 eV)1.89 eV，E51.51 eV(13.6 eV)12.09 eV，E63.4 eV(13.6 eV)10.20 eV，光子能量大于2.21 eV的光谱线有4条，选项D正确10(多选)如图所示为氢原子的能级示意图，一群氢原子处于n3的激发态，在自发跃迁中放出一些光子，用这些光子照射逸出功为2.25 eV的钾，下列说法正确的是()A这群氢原子能发出三种不同频率的光 B这群氢原子发出光子均能使金属钾发生光电效应 C金属钾表面逸出的光电子最大初动能一定小于12.09 eVD金属钾表面逸出的光电子最大初动能可能等于9.84 eVACD解析一群氢原子处于n3的激发态，这群氢原子能发出三种不同频率的光，选项A正确；根据发生光电效应的条件，只有能量大于2.25 eV的光子才能使金属钾发生光电效应，从n3跃迁到n2发射的光子能量只有(1.51 eV)(3.4 eV)1.89 eV，选项B错误；能量最大的光子为从n3跃迁到n1发射的光子，能量为(1.51 eV)(13.6 eV)12.09 eV，金属钾表面逸出的光电子最大初动能等于12.09 eV2.25 eV9.84 eV，选项C、D正确. 二、填空题(共2小题，共16分)11(6分)氢原子基态的能量为E113.6 eV.大量氢原子处于某一激发态，由这些氢原子可能发出的所有光子中，频率最大的光子能量为0.96E1，频率最小的光子的能量为_eV(保留两位有效数字)，这些光子可具有_种不同的频率解析频率最小的光子是从n2跃迁，即频率最小的光子的能量为 Emin3.4 eV(13.6 eV)10 eV，频率最大的光子能量为0.96E1，即En(13.6 eV)0.96×(13.6 eV)，解得En0.54 eV即n5，从n5能级开始，共有C10种不同频率的光子答案101012(10分)(1)研究光电效应的电路如下图所示用频率相同、强度不同的光分别照射密封真空管的钠极板(阴极K)，钠极板发射出的光电子被阳极A吸收，在电路中形成光电流下列光电流I与A、K之间的电压UAK的关系图象中，正确的是()(2)钠金属中的电子吸收光子的能量，从金属表面逸出，这就是光电子光电子从金属表面逸出的过程中，其动量的大小_(选填“增大”“减小”或“不变”)，原因是_；(3)已知氢原子处在第一、第二激发态的能级分别为3.4 eV和1.51 eV，金属钠的截止频率为5.53×1014 Hz，普朗克常量h6.63×1034 J·s.请通过计算判断，氢原子从第二激发态跃迁到第一激发态过程中发出的光照射金属钠板，能否发生光电效应解析(1)入射光的频率相同，则光电子的最大初动能相同，由eUmv知，两种情况下遏止电压相同，选项A、B错误；光电流的强度与入射光的强度成正比，所以强光的光电流比弱光的光电流大，选项C正确，D错误(2)光电子动量的大小减小，因为光电子受到金属表面层中力的阻碍作用(3)氢原子放出的光子能量EE2E1，代入数据得E1.89 eV金属钠的逸出功W0hc，代入数据得W02.3 eV因为E<W0，所以不能发生光电效应答案(1)C(2)减小光电子从金属表面逸出的过程中，其动量的大小减小，造成这一现象的原因是光电子受金属表面层中力的阻碍作用(3)见解析三、计算题(本题共4小题，共54分，解答应写出必要的文字说明、方程式和演算步骤，有数值计算的要注明单位)13(12分)已知氢原子能级图如图所示，氢原子质量为mH1.67×1027 kg.设原来处于静止状态的大量激发态氢原子处于n5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，为光子频率，c为真空中光速)，求发生电子跃迁后氢原子的最大反冲速率(保留三位有效数字)解析(1)可以有nC10种不同频率的光辐射(2)由题意知氢原子从n5能级跃迁到n1能级时，氢原子具有最大反冲速率氢原子发生跃迁时辐射出的光子能量为EE|E5E1|，开始时，将原子(含核外电子)和即将辐射出去的光子作为一个系统，由动量守恒定律可得mHvHp光0，光子的动量p光，Eh，氢原子速度为vH，所以vH4.17 m/s答案(1)10(2)4.17 m/s14(12分)氢原子第n能级的能量为En，其中E1是基态能量，而n1,2，.若一氢原子发射能量为E1的光子后处于比基态能量高出E1的激发态，则氢原子发射光子前后分别处于第几能级？解析设发射光子前氢原子处于量子数为n1的能级，发射光子后氢原子处于量子数为n2的能级，则根据玻尔第二条假设有E1，E1E1，由式得n22，代入式得n14所以氢原子发射光子前后分别处于第4能级和第2能级答案见解析15(14分)一个运动的处于基态的氢原子与另一个静止的处于基态的氢原子发生完全非弹性碰撞时，可使这两个氢原子发生相同的能级跃迁，则运动的氢原子碰撞前的最小动能是多少？已知氢原子的电离能E13.6 eV解析设氢原子的质量为m，运动氢原子的动能为Ek由动量守恒得故碰后的总动能Ek，动能的损失EkEkEk要使两个基态的原子同时跃迁，至少Ek2(E2E1)，即2(E2E1)又E1E，所以Ek4(E2E1)4(E1)3E13×(13.6 eV)40.8 eV故碰前氢原子的最小动能为40.8 eV答案40.8 eV16(16分)已知氢原子处于基态时，原子的能量E113.6 eV，电子的轨道半径为r10.53×1010 m；而量子数为n的能级的能量值为EnE1，半径rnn2r1.试问(结果保留两位有效数字)：(1)若要使处于n3的激发态的氢原子电离，至少要用频率多大的光照射氢原子？(2)氢原子处于n3能级时，电子在轨道上运动的动能和电子的电势能各为多少？(静电力常量k9×109 N·m2/C2，电子电荷量e1.6×1019C，普朗克常量h6.63×1034 J·s)解析(1)氢原子处于n3激发态时，原子的能量为E3E11.5 eV，要使其发生电离，至少要吸收能量hmin0E3，则最小频率min Hz3.6×1014Hz(2)氢原子处于n3激发态时，有kme，r332r1，则电子的动能为Ek3mev2J2.4×1019 J(或1.5 eV)，电子的势能为Ep3E3Ek31.5 eV1.5 eV3.0 eV4.8×1019 J答案(1)3.6×1014 Hz(2)2.4×1019 J(或1.5 eV)4.8×1019 J或(3.0 eV)8