人教版 (新课标)选修3第十八章 原子结构综合与测试巩固练习

这是一份人教版 (新课标)选修3第十八章 原子结构综合与测试巩固练习，共8页。试卷主要包含了选择题，非选择题等内容，欢迎下载使用。

一、选择题(本题包括10小题，每小题4分，共40分，在每小题给出的4个选项中，第1～6题只有一个选项符合要求，第7～10题有多个选项符合要求．全选对的得4分，选对但不全的得2分，有选错的得0分．)
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
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．查德威克通过对α粒子散射实验现象的分析，提出了原子的核式结构模型
D．玻尔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
[解析] 汤姆孙通过研究阴极射线发现了电子，A对；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、C错；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，D错误．
[答案] A
2．关于阴极射线的性质，下列说法正确的是( )
A．阴极射线是电子打在玻璃管壁上产生的
B．阴极射线本质是电子
C．阴极射线在电磁场中的偏转表明阴极射线带正电
D．阴极射线的比荷比氢原子核小
[解析] 阴极射线是原子受激发射出的电子流，故A、C错，B对；电子带电荷量与氢原子相同，但质量是氢原子的eq \f(1,1 836)，故阴极射线的比荷比氢原子大，D错．
[答案] B
3．根据α粒子散射实验，卢瑟福提出了原子的核式结构模型．如图所示为原子核式结构模型的α粒子散射图景．图中实线表示α粒子的运动轨迹．则关于α粒子散射实验，下列说法正确的是( )
A．图中大角度偏转的α粒子的电势能先减小后增大
B．图中的α粒子反弹是因为α粒子与金原子核发生了碰撞
C．绝大多数α粒子沿原方向继续前进说明了带正电的原子核占据原子的空间很小
D．根据α粒子散射实验可以估算原子大小
[解析] 题图中大角度偏转的α粒子所受的电场力先做负功，后做正功，则其电势能先增大后减小，故A错误；题图中的α粒子反弹是因为α粒子与金原子核之间的库仑斥力作用，阻碍α粒子运动，但是并没有发生碰撞，B错误；绝大多数α粒子沿原方向继续前进说明了带正电的原子核占据原子的空间很小，C正确；根据α粒子散射实验可以估算原子核大小，D错误．
[答案] C
4．如图所示，a、b、c、d分别表示氢原子在不同能级间的四种跃迁，辐射光子频率最大的是( )
A．a B．b C．c D．d
[解析] hνa＝E2－E1＝10.2 eV，hνb＝E3－E1＝12.09 eV，hνc＝E3－E2＝1.89 eV，hνd＝E4－E3＝0.66 eV，
故频率最大的是b光子，选项B正确．
[答案] B
5．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，下列表示辐射光波长最长的那种跃迁的示意图是( )
[解析] 根据能级图可知，从n＝5到n＝4时能级差最小，辐射光子的能量最小，所以其波长最长．
[答案] A
6．许多物质在紫外线照射下能发出荧光，紫外线照射时，这些物质的原子先后发生两次跃迁，其能量变化分别为ΔE1和ΔE2，则下列说法正确的是( )
A．两次跃迁均向高能级跃迁，且ΔE1>ΔE2
B．两次跃迁均向低能级跃迁，且ΔE1<ΔE2
C．先向高能级跃迁，再向低能级跃迁，且ΔE1>ΔE2
D．先向低能级跃迁，再向高能级跃迁，且ΔE1<ΔE2
[解析] 第一次跃迁是吸收紫外线光子，第二次跃迁是放出可见光光子，由于hν1>hν2，故ΔE1>ΔE2，选项C正确．
[答案] C
7．关于光谱，下列说法正确的是( )
A．太阳光谱是吸收光谱
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收后而产生的
C．根据太阳光谱中的暗线，可以分析太阳的物质组成
D．根据太阳光谱中的暗线，可以分析地球大气层中含有哪些元素
[解析] 太阳光谱是吸收光谱．因为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收，从而使我们观察到的太阳光谱是吸收光谱，所以分析太阳的吸收光谱，可知太阳大气层的物质组成，而某种物质要观察到它的吸收光谱，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物质原子吸收．上述选项中正确的是A、B.
[答案] AB
8．处于基态的氢原子吸收一个光子后，则下列说法正确的是( )
A．电子绕核旋转半径增大
B．电子的动能增大
C．氢原子的电势能增大
D．氢原子的总能量增加
[解析] 由玻尔理论可知，氢原子吸收光子后，应从离核较近的轨道跃迁到离核较远的轨道，在此跃迁过程中，电场力对电子做负功，电势能增加．另由经典电磁理论知，电子绕核做匀速圆周运动的向心力即为氢核对电子的库仑力，故eq \f(ke2,r2)＝eq \f(mv2,r)，所以Ek＝eq \f(1,2)mv2＝eq \f(ke2,2r).可见，电子运动轨道半径增大，动能减小，再结合能量守恒定律，氢原子吸收光子，总能量增加，故正确选项为A、C、D.
[答案] ACD
9．根据氢原子的玻尔模型，氢原子核外电子在第一轨道和第二轨道运行时( )
A．轨道半径之比为1∶4 B．速度之比为4∶1
C．周期之比为1∶8D．动能之比为4∶1
[解析] 由玻尔公式rn＝n2r1，所以轨道半径之比为r1∶r2＝12∶22＝1∶4，故A对；根据库仑定律和牛顿第二定律有：keq \f(e2,r\\al(2,n))＝meq \f(v\\al(2,n),rn)，vn＝eq \r(\f(ke2,mrn))，所以速度之比为eq \f(v1,v2)＝eq \r(\f(r2,r1))＝2∶1，故B错；根据库仑定律和牛顿第二定律有：keq \f(e2,r\\al(2,n))＝meq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(2π,T)))eq \s\up12(2)rn，T＝eq \r(\f(4π2mr\\al(3,n),ke2))，所以周期之比为eq \f(T1,T2)＝eq \r(\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(r1,r2)))eq \s\up12(3))＝1∶8，故C对；根据eq \f(1,2)mveq \\al(2,n)＝eq \f(1,2)keq \f(e2,rn)，所以动能之比为eq \f(Ek1,Ek2)＝eq \f(r2,r1)＝4∶1，故D对．
[答案] ACD
10．(多选)如图所示的氢原子能级图，可见光的能量范围为1.62～3.11 eV，用可见光照射大量处于n＝2能级的氢原子，可观察到多条谱线，若是用能量为E的实物粒子轰击大量处于n＝2能级的氢原子，至少可观察到两条具有显著热效应的红外线，则( )
A．一定有4.73 eV>E>1.62 eV
B．E的值可能使处于基态的氢原子电离
C．E一定大于2.86 eV
D．E的值可能使基态氢原子产生可见光
[解析] 红外线光子能量小于可见光光子能量，由实物粒子轰击大量处于n＝2能级的氢原子，至少可观察到两种红外线光子，说明处于n＝2能级的氢原子受激发后至少跃迁到n＝5，所以实物粒子的最小能量为E＝E5－E2＝2.86 eV，所以选项AC错误；因为E可以为大于或等于2.86 eV的任意值，则选项BD正确．
[答案] BD
二、非选择题(本题共6小题，共60分．按题目要求作答)
11．(8分)卢瑟福的原子核式结构模型认为，核外电子绕核运动．设想氢原子的核外电子绕核做匀速圆周运动，氢原子中电子离核最近的轨道半径r1＝0.53×10－10 m，已知电子的质量m＝9.11×10－31 kg，电荷量e＝1.60×10－19 C．用经典物理学知识，试计算在此轨道上电子绕核运动的加速度的大小．
[解析] 电子在原子核外绕核高速运动，所需的向心力恰好由电子和原子核的库仑力来提供．根据牛顿第二定律有keq \f(e2,r\\al(2,1))＝ma
解得a＝eq \f(ke2,mr\\al(2,1))＝9.0×1022 m/s2.
[答案] 9.0×1022 m/s2
12．(10分)如果α粒子以速度v与电子发生弹性正碰(假设电子原来是静止的)，已知α粒子的质量为电子质量的7 300倍，碰撞后α粒子的速度变化了多少？并由此说明为什么原子中的电子不能使α粒子发生明显的偏转．
[解析] 设α粒子初速度为v，质量为M，与电子碰后速度为v1，电子质量为m，与α粒子碰后速度为v2，由动量守恒定律可得
Mv＝Mv1＋mv2
由能量守恒定律可得eq \f(1,2)Mv2＝eq \f(1,2)Mveq \\al(2,1)＋eq \f(1,2)mveq \\al(2,2)
联立解得碰撞后α粒子速度为v1＝eq \f(M－m,M＋m)v
α粒子速度变化量为Δv＝v1－v＝－eq \f(2mv,M＋m)
把M＝7 300m代入上式得Δv＝－0.000 3v
可见α粒子的速度变化只有万分之三，说明原子中的电子不能使α粒子发生明显的偏转．
[答案] －0.000 3v(v为α粒子与电子碰撞前的速度) α粒子的速度变化只有万分之三
13．(12分)氢原子基态能量E1＝－13.6 eV，电子绕核做圆周运动的半径r1＝0.53×10－10 m．求氢原子处于n＝4激发态时：(已知能量关系En＝eq \f(E1,n2)，半径关系rn＝n2r1，k＝9.0×109 N·m2/C2，e＝1.6×10－19 C，普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s)
(1)原子系统具有的能量；
(2)电子在n＝4轨道上运动的动能；
(3)若要使处于n＝2能级的氢原子电离，至少要用频率多大的电磁波照射氢原子？
[解析] (1)由En＝eq \f(E1,n2)得E4＝eq \f(E1,42)＝－0.85 eV.
(2)因为rn＝n2r1，所以r4＝42r1，由圆周运动知识得keq \f(e2,r\\al(2,4))＝meq \f(v2,r4)所以Ek4＝eq \f(1,2)mv2＝eq \f(ke2,32r1)＝eq \f(9.0×109×1.6×10－192,32×0.53×10－10) J≈0.85 eV.
(3)要使处于n＝2能级的氢原子电离，照射光光子的能量应能使电子从第2能级跃迁到无限远处，最小频率的电磁波的光子能量为hν＝0－eq \f(E1,4)，得ν≈8.21×1014 Hz.
[答案] (1)－0.85 eV (2)0.85 eV (3)8.21×1014 Hz
14．(10分)有大量的氢原子吸收某种频率的光子后从基态跃迁到n＝3的激发态，已知氢原子处于基态时的能量为E1，则吸收光子的频率ν是多少？当这些处于激发态的氢原子向低能级跃迁发光时，可发出几条谱线？辐射光子的能量分别为多少？
[解析] 据跃迁理论hν＝E3－E1，而E3＝eq \f(1,9)E1，所以
ν＝eq \f(E3－E1,h)＝－eq \f(8E1,9h).
由于是大量原子，可从n＝3跃迁到n＝1，从n＝3跃迁到n＝2，再从n＝2跃迁到n＝1，故应有三条谱线，
光子能量分别为E3－E1，E3－E2，E2－E1，
即－eq \f(8,9)E1，－eq \f(5,36)E1，－eq \f(3,4)E1.
[答案] 见解析
15．(10分)氢原子的能级图如图所示．原子从能级n＝3向n＝1跃迁所放出的光子，正好使某种金属材料产生光电效应．有一群处于n＝4能级的氢原子向较低能级跃迁时所发出的光照射该金属．普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s，求：
(1)氢原子向较低能级跃迁时共能发出几种频率的光；
(2)该金属的逸出功和截止频率．
[解析] (1)处于n＝4能级的氢原子向低能级跃迁时可产生的光的频率的种数为N＝eq \f(nn－1,2)＝eq \f(4×3,2)＝6(种)．
(2)W＝E3－E1＝12.09 eV，E3－E1＝hν
解得ν＝2.9×1015 Hz.
[答案] (1)6 (2)12.09 eV 2.9×1015 Hz
16．(10分)实验室考查氢原子跃迁时的微观效应．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)这些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＝eq \f(hν,c)表示(h为普朗克常量，ν为光子频率，c为真空中光速)，求发生电子跃迁后氢原子的最大反冲速率．(保留3位有效数字，1 eV＝1.60×10－19 J)
[解析] (1)不同频率的光的种类为N＝Ceq \\al(2,5)＝eq \f(5×4,2)＝10
(2)由动量守恒mHvH＝p光子＝eq \f(hν,c)知：
当ν最大时，反冲速率vH最大
又hνmax＝E5－E1＝－0.54 eV－(－13.6 eV)＝13.06 eV＝2.09×10－18 J
故最大反冲速率
v′H＝eq \f(hνmax,cmH)＝eq \f(2.09×10－18,3.0×108×1.67×10－27) m/s＝4.17 m/s
[答案] (1)10 (2)4.17 m/s