专题11 原子结构——高二年级物理下学期期末专题复习知识点清单+训练学案+期末模拟卷（人教版2019）

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专题11 原子结构【专项训练】-2020-2021学年高二年级物理下学期期末专项复习（2019新人教版）


一、 单项选择题：

1．图1所示为氢原子的能级，图2为氢原子的光谱．已知谱线a是氢原子从n＝4的能级跃迁到n＝2的能级时的辐射光，则谱线b是氢原子(　　)

图1

图2
A．从n＝3的能级跃迁到n＝2的能级时的辐射光
B．从n＝5的能级跃迁到n＝2的能级时的辐射光
C．从n＝4的能级跃迁到n＝3的能级时的辐射光
D．从n＝1的能级跃迁到n＝2的能级时的辐射光

【答案】B
【解析】由题图2看出b谱线对应的光的频率大于a谱线对应的光的频率，而a是氢原子从n＝4能级跃迁到n＝2能级时的辐射光，所以b谱线对应的能级差应大于n＝4与n＝2中间的能级差，故选项B正确．
故选B。

2．(2016·北京卷)处于n＝3能级的大量氢原子，向低能级跃迁时，辐射光的频率有(　　)
A．1种　　　　　　 B．2种
C．3种 D．4种

【答案】C
【解析】处于能级为n的大量氢原子向低能级跃迁能辐射光的种类为C，所以处于n＝3能级的大量氢原子向低能级跃迁，辐射光的频率有C＝3种，故C项正确．
故选C。

3．(2020·湖北省孝感一中、应城一中等五校高三上学期期末)下列关于玻尔原子理论及氢原子能级的说法，正确的是(　　)
A．原子中的电子在某一定态时，电子做加速运动，向外辐射能量
B．原子中的电子运行轨道分布是连续的
C．一群氢原子从n＝3能级向n＝1能级跃迁，最多能发出两种不同颜色的光子
D．氢原子的核外电子由一个能级跃迁到另一个能级吸收光子时，氢原子的能量增大

【答案】D
【解析】原子处于定态的能量状态时，虽然电子做加速运动，但并不向外辐射能量，故A错误；原子的能量是量子化的，所以原子中的电子运行轨道分布是不连续的，故B错误；一群氢原子从n＝3能级向n＝1能级跃迁，最多能发出3种不同颜色的光子，故C错误；氢原子的核外电子由一个能级跃迁到另一个能级吸收光子时，氢原子的能量增大，故D正确。
故选D。

4．如图所示，实线表示金原子核电场的等势线，虚线表示α粒子在金核电场中散射时的运动轨迹。设α粒子通过a、b、c三点时速度分别为va、vb、vc，电势能分别为Ea、Eb、Ec，则(　　)

A．va>vb>vc，Eb>Ea>Ec B．vb>vc>va，Eb>Ea>Ec
C．vb>va>vc，Eb>Ea>Ec D．vbEa>Ec

【答案】D
【解析】金原子核和α粒子都带正电，α粒子在接近金核过程中需不断克服库仑力做功，它的动能减小，速度减小，电势能增加；α粒子在远离金核过程中库仑力不断对它做功，它的动能增大，速度增大，电势能减小。因此这三个位置的速度大小关系和电势能大小关系为vbEa>Ec。
故选D。

5．(2020·大庆市铁人中学高二下学期期中)如图为氢原子能级图，欲使处于基态的氢原子激发或电离，下列措施不可行的是(　　)

A．用10.2eV的光子照射 B．用11eV的光子照射
C．用14eV的光子照射 D．用动能为11eV的电子撞击

【答案】B
【解析】用10.2eV的光子照射，即－13.6eV＋10.2eV＝－3.4eV跃迁到第二能级，故A正确；因为－13.6eV ＋11eV＝－2.6eV不能被吸收，故B错误；用14eV的光子照射，即－13.6eV＋14eV>0氢原子被电离，故C正确；用11eV的动能的电子碰撞，氢原子可能吸收10.2eV能量，跃迁到第二能级，故D正确。
故选B。

6．α粒子散射实验中，不考虑电子和α粒子的碰撞影响，是因为(　　)
A．α粒子与电子根本无相互作用
B．α粒子受电子作用的合力为零，是因为电子是均匀分布的
C．α粒子和电子碰撞损失能量极少，可忽略不计
D．电子很小，α粒子碰撞不到电子

【答案】C
【解析】α粒子与电子之间存在着相互作用力，这个作用力是库仑引力，但由于电子质量很小，只有α粒子质量的1/7 300，碰撞时对α粒子的运动影响极小，几乎不改变运动方向，就像一颗子弹撞上一颗尘埃一样。
故选C。

7．(2020·辽宁省大连市高二下学期期中)下列四幅图涉及不同的物理知识，其中说法不正确的是(　　)

A．图甲：普朗克通过研究黑体辐射提出能量子的概念，成为量子力学的奠基人之一
B．图乙：玻尔理论指出氢原子能级是分立的，所以原子发射光子的频率是不连续的
C．图丙：卢瑟福通过分析α粒子散射实验结果，提出了原子的核式结构模型
D．图丁：根据电子束通过铝箔后的衍射图样，可以说明电子具有粒子性

【答案】D
【解析】根据物理学史可知A、B、C正确；根据电子束通过铝箔后的衍射图样，说明电子具有波动性，故D错误。
故选D。

8．关于玻尔理论，下列说法中不正确的是(　　)
A．继承了卢瑟福的原子模型，但对原子能量和电子轨道引入了量子化假设
B．原子只能处于一系列不连续的状态中，每个状态都对应一定的能量
C．用能量转化与守恒建立了原子发光频率与原子能量变化之间的定量关系
D．氢原子中，量子数N越大，核外电子的速率越大

【答案】D
【解析】玻尔的原子模型对应的是电子轨道的量子化，卢瑟福的原子模型核外电子可在任意轨道上运动，故A正确；玻尔的原子结构模型中，原子的能量是量子化的，卢瑟福的原子结构模型中，原子的能量是连续的，故B正确；玻尔的原子结构模型中，核外电子从高能级向低能级跃迁后，原子的能量减小，从而建立了hν＝E2－E1，故C正确；氢原子中，量子数N越大，核外电子的速率越小，而电子的电势能越大，故D不正确；本题选择不正确的.
故选D。

9.太阳光谱是吸收光谱，这是因为太阳内部发出的白光(　　)
A．经过太阳大气层时某些特定频率的光子被吸收后的结果
B．穿过宇宙空间时部分频率的光子被吸收的结果
C．进入地球的大气层后，部分频率的光子被吸收的结果
D．本身发出时就缺少某些频率的光子

【答案】A
【解析】太阳光谱是一种吸收光谱，是因为太阳发出的光穿过温度比太阳本身低得多的太阳大气层，而在这大气层里存在着从太阳里蒸发出来的许多元素的气体，太阳光穿过它们的时候跟这些元素的特征谱线相同的光都被这些气体吸收掉了．
故选A。

二、 多项选择题：

10．(2014·山东卷)(多选)氢原子能级如图，当氢原子从n＝3跃迁到n＝2的能级时，辐射光的波长为656 nm.以下判断正确的是(　　)

A．氢原子从n＝2跃迁到n＝1的能级时，辐射光的波长大于656 nm
B．用波长为325 nm的光照射，可使氢原子从n＝1跃迁到n＝2的能级
C．一群处于n＝3能级上的氢原子向低能级跃迁时最多产生3种谱线
D．用波长为633 nm的光照射，不能使氢原子从n＝2跃迁到n＝3的能级

【答案】CD
【解析】根据氢原子的能级图和能级跃迁规律，当氢原子从n＝2能级跃迁到n＝1的能级时，辐射光的波长一定小于656 nm，因此A选项错误；根据发生跃迁只能吸收和辐射一定频率的光子，可知B选项错误，D选项正确；一群处于n＝3能级上的氢原子向低能级跃迁时可以产生3种频率的光子，所以C选项正确．
故选CD。

11．根据玻尔理论，推导出了氢原子光谱谱线的波长公式：＝R，m与n都是正整数，且n>m.当m取定一个数值时，不同数值的n得出的谱线属于同一个线系.如：m＝1，n＝2，3，4，…组成的线系叫莱曼系，m＝2，n＝3，4，5，…组成的线系叫巴耳末系，则 （　　）
A.莱曼系中n＝2对应的谱线波长最长
B.莱曼系中n＝2对应的谱线频率最大
C.巴耳末系中n＝3对应的谱线波长最长
D.巴耳末系中n＝3对应的谱线的光子能量最小

【答案】ACD
【解析】在莱曼系中m＝1，n＝2，3，4，…，利用氢原子光谱谱线的波长公式＝R可知n值越大，波长λ越短，频率f越大，则A正确，B错误；在巴耳末系中m＝2，n＝3，4，5，…，利用氢原子光谱谱线的波长公式＝R可知，n值越大，波长λ越短，频率f越大，光子能量就越大，则C、D正确.
故选ACD。

12．如图所示是汤姆孙的气体放电管的示意图，下列说法中正确的是(　 　)

A．若在D1、D2之间不加电场和磁场，则阴极射线应打到最右端的P1点
B．若在D1、D2之间加上竖直向下的电场，则阴极射线应向下偏转
C．若在D1、D2之间加上竖直向下的电场，则阴极射线应向上偏转
D．若在D1、D2之间加上垂直纸面向里的磁场，则阴极射线向上偏转

【答案】AC
【解析】实验证明，阴极射线是电子，它在电场中偏转时应偏向带正电的极板一侧，可知选项C正确，选项B的说法错误；加上垂直纸面向里的磁场时，电子在磁场中受洛伦兹力作用，要向下偏转，因而选项D错误；当不加电场和磁场时，电子所受的重力可以忽略不计，因而不发生偏转，选项A的说法正确。
故选AC。

13．氢原子的能级图如图甲所示，一群处于基态的氢原子受到光子能量为12.75 eV的紫外线照射后而发光。从这一群氢原子所发出的光中取一细束平行光经玻璃三棱镜折射后分解为相互分离的x束光，这x束光都照射到逸出功为4.8 eV的金属板上(如图乙所示)，在金属板上有y处有光电子射出，则有(　 　)

A．x＝3　 B．x＝6
C．y＝3　 D．y＝6

【答案】BC
【解析】处于基态的氢原子吸收能量为12.75 eV紫外线光子后跃迁到n＝4的激发态，这样氢原子将辐射出6种能量的光子，其中有3种光子的能量大于该金属板的逸出功(4.8 eV)，所以x＝6，y＝3，故选项B、C正确。
故选BC。

14．有两个质量为m的均处于基态的氢原子A、B，A静止，B以速度v0与它发生碰撞。已知碰撞前后二者的速度均在一条直线上，碰撞过程中部分动能有可能被某一氢原子吸收，从而使该原子由基态跃迁到激发态，然后此原子向低能级跃迁，并放出光子。若氢原子碰撞后放出一个光子，已知氢原子的基态能量为E1(E1＜0)。则速度v0可能为(　 　)
A． B．
C． D．

【答案】CD
【解析】由动量守恒定律有mv0＝2mv，碰撞过程损失的动能为ΔE＝mv－·2mv2，由能级跃迁知识有ΔE至少为由n＝2的能级跃迁至基态时的能量变化，则ΔE＝E2－E1＝－E1，联立解得v0＝，故选项C、D正确。
故选CD。

15．关于氢原子能级跃迁，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．用能量为12.5 eV的光子照射，可使处于基态的氢原子跃迁到激发态


【答案】AB
【解析】波长为60 nm的X射线的能量为：
ε＝h＝6.63×10－34× J＝3.32×10－18 J＝20.75 eV，
氢原子的电离能ΔE＝0－(－13.6)eV＝13.6 eV＜E＝20.75 eV，
所以可使氢原子电离，A正确．
由hν＝Em－E，得
Em1＝hν＋E＝10.2 eV＋(－13.6)eV＝－3.4 eV ，
Em2＝11.0 eV＋(－13.6)eV＝－2.6 eV，
Em3＝12.5 eV＋(－13.6)eV＝－1.1 eV.
由En＝可知，只有Em1＝－3.4 eV对应于n＝2的状态．由于原子发生跃迁时吸收光子只能吸收恰好为两能级差能量的光子，所以B选项正确．
故选AB。

16．图示为氢原子能级图以及从n＝3、4、5、6能级跃迁到n＝2能级时辐射的四条光谱线.已知从n＝3跃迁到n＝2的能级时辐射光的波长为656 nm，下列叙述正确的有（　　）

A.四条谱线中频率最大的是Hδ
B.用633 nm的光照射能使氢原子从n＝2跃迁到n＝3的能级
C.一群处于n＝3能级上的氢原子向低能级跃迁时，最多产生3种谱线
D.如果Hδ可以使某种金属发生光电效应，只要照射时间足够长，光的强度足够大，Hβ也可以使该金属发生光电效应

【答案】AC
【解析】四种跃迁中，由n＝6到n＝2两能级间能级差最大，辐射的光子能量最大，辐射光子频率最大.即四条谱线中频率最大的是Hδ，故A正确；当从n＝2跃迁到n＝3的能级，需要吸收的能量为ΔE＝[－1.51－（－3.40）]×1.6×10－19 J＝h，解得λ＝658 nm，故B错误；根据C＝3，所以一群处于n＝3能级的氢原子向低能级跃迁时最多能辐射3种不同波长的光，故C正确；由图可知，Hδ的能量值大于Hβ的能量值，所以如果Hδ可以使某种金属发生光电效应，Hβ不一定能使该金属发生光电效应，与光的强度无关，故D错误.
故选AC。

17.图1所示为氢原子能级图，大量处于n＝4激发态的氢原子向低能级跃迁时能辐射出多种不同频率的光，其中用从n＝4能级向n＝2能级跃迁时辐射的光照射图2所示光电管的阴极K时，电路中有光电流产生，则(　　)

图1　　　　　图2
A．若将滑片右移，电路中光电流增大
B．若将电源反接，电路中可能有光电流产生
C．若阴极K的逸出功为1.05 eV，则逸出的光电子最大初动能为2.4×10－19 J
D．大量处于n＝4激发态的氢原子向低能级跃迁时辐射的光中只有4种光子能使阴极K发生光电效应

【答案】BC
【解析】将滑片右移，光电管两端的电压增大，但之前光电流是否达到饱和并不清楚，因此光电管两端的电压增大，光电流不一定增大，A错误；将电源极性反接，所加电压阻碍光电子向阳极运动，但若eU 故选BC。


三、 非选择性题：

18.(2015·海南卷)(1)氢原子基态的能量为E1＝－13.6 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2位有效数字)，这些光子可具有________种不同的频率．

【答案】10　10
【解析】频率最小的光子是从n＝2跃迁，即频率最小的光子的能量为
Emin＝－3.4 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
En＝－0.54 eV.
即n＝5，从n＝5能级开始，共有5→1，5→4，5→3，5→2，4→1，4→2，4→3，3→1，3→2，2→1，10种不同频率的光子．

19．(2020·哈尔滨第三十二中学高二下学期期中)如图所示，是20世纪初伟大的物理学家卢瑟福在研究物质结构时的实验装置，请根据物理学史的知识完成下题：

(1)卢瑟福用这个实验装置发现了____；
(2)图中的放射源发出的是____粒子；
(3)图中的金箔是____层分子膜(填“单”或“多”)；
(4)如图位置的四个显微镜中，闪光频率最高的是____显微镜；
(5)除上述实验成就外，卢瑟福还发现了____的存在；(填电子、质子、中子中的一项)
(6)最终卢瑟福____诺贝尔奖(填是否获得了)。

【答案】(1)核式结构模型 (2)α (3)单 (4)A (5)质子 (6)获得了
【解析】(1)该图显示的是卢瑟福的α粒子散射实验，该实验的结果推翻了原有的原子“枣糕状”模型概念，卢瑟福在其实验现象的基础上提出了“核式结构”的原子模型观点。
(2)该图显示的是卢瑟福的α粒子散射实验，因此放射源发出的是α粒子。
(3)选择单层分子膜的金箔是为了尽量保证α粒子只与一个金箔原子发生碰撞。
(4)放在A位置时，相同时间内观察到屏上的闪光次数最多，说明大多数射线基本不偏折，可知金箔原子内部很空旷，因此A位置的显微镜闪光频率最高。
(5)1919年，卢瑟福做了用α粒子轰击氮原子核的实验，发现了质子的存在。
(6)卢瑟福于1908年获得诺贝尔化学奖。

20．一群氢原子处于量子数n＝4的能级状态，氢原子的能级图如图所示，氢原子可能发射____种频率的光子；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____eV; 用n＝4的能级跃迁到n＝2的能级时辐射的光子照射下表中几种金属，____金属能发生光电效应。
几种金属的逸出功
金属
铯
钙
镁
钛
逸出功W/eV
1.9
2.7
3.7
4.1


【答案】(1)6(2)2.55　(3)铯
【解析】从n＝4的能级跃迁，可能发射6种频率的光子；从n＝4的能级跃迁到n＝2的能级，发出的光子能量hν＝E4－E2＝2.55 eV，此值大于铯的逸出功，所以可使金属铯发生光电效应。

四、 计算题：

21．电子所带电荷量的精确数值最早是由美国物理学家密立根通过油滴实验测得的。他测定了数千个带电油滴的电荷量，发现这些电荷量都等于某个最小电荷量的整数倍。这个最小电荷量就是电子所带的电荷量。密立根实验的原理如图所示，A、B是两块平行放置的水平金属板。A板带正电，B板带负电，从喷雾器嘴喷出的小油滴，落到A、B两板之间的电场中。小油滴由于摩擦而带负电，调节A、B两板间的电压，可使小油滴受到的电场力和重力平衡。已知小油滴静止处的电场强度是1.92×105 N/C，油滴半径是1.64×10－4 cm，油的密度是0.851 g/cm3，求油滴所带的电荷量。这个电荷量是电子电荷量的多少倍？(g取9.8 m/s2)


【答案】8.02×10－19　5倍
【解析】小油滴质量，m＝ρV＝ρ·πr3 ①
由题意知，mg－Eq＝0 ②
由①②两式可得：
q＝＝C≈8.02×10－19C
小油滴所带电荷量q是电子电荷量e的倍数为
n＝≈5(倍)。


22. 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q/m的值。


【答案】
【解析】仅加电场时d＝()·()2，
加复合场时Bqv0＝Eq。
由以上两式可得＝

23.原子可以从原子间的碰撞中获得能量，从而发生能级跃迁(在碰撞中，动能损失最大的是完全非弹性碰撞)。一个具有13.6 eV动能、处于基态的氢原子与另一个静止的、也处于基态的氢原子发生对心正碰，问是否可以使基态氢原子发生能级跃迁？(氢原子能级如图所示)



【答案】不能
【解析】设运动氢原子的速度为v0，完全非弹性碰撞后两者的速度为v，损失的动能ΔE被基态氢原子吸收。
若ΔE＝10.2 eV，则基态氢原子可由n＝1跃迁到n＝2，由动量守恒和能量守恒有：
mv0＝2mv ①
mv＝mv2＋mv2＋ΔE ②
mv＝Ek＝13.6 eV ③
由①②③得，ΔE＝·mv＝6.8 eV
因为ΔE＝6.8 eV<10.2 eV
所以不能使基态氢原子发生跃迁

24.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)，求发生电子跃迁后氢原子的最大反冲速率。(保留三位有效数字)

【答案】(1)10　(2)4.17 m/s
【解析】(1)可以有n＝C＝10种不同频率的光辐射。
(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。
氢原子发生跃迁时辐射出的光子能量为
E＝ΔE＝|E5－E1|
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。
由动量守恒定律可知：mHvH－p光＝0
光子的动量p光＝，E＝hν
氢原子速度为vH＝，所以vH≈4.17 m/s。

25.如图所示，氢原子从n＞2的某一能级跃迁到n＝2的能级，辐射出能量为2.55 eV的光子．请问最少要给基态的氢原子提供多少电子伏特的能量，才能使它辐射上述能量的光子？请在图中画出获得该能量后的氢原子可能的辐射跃迁图．



【答案】12.75 eV



【解析】氢原子从n＞2的某一能级跃迁到n＝2的能级，满足hν＝En－E2＝2.55 eV，得
En＝hν＋E2＝－0.85 eV，所以n＝4.
基态氢原子要跃迁到n＝4的能级，应提供的能量为：
ΔE＝E4－E1＝12.75 eV.
跃迁图如下图所示．