高中物理 第2章 原子结构章末综合测评 鲁科版选修3-5

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第2章 原子结构 (时间：60分钟　满分：100分) 一、选择题(本题共6小题，每小题6分．在每小题给出的五个选项中，有三项是符合题目要求的，选对1个得3分，选对2个得4分，选对3个得6分，每选错1个扣3分，最低得分为0分．) 1．如图1所示为α粒子散射实验装置，粒子打到荧光屏上都会引起闪烁，若将带有荧光屏的显微镜分别放在图中A、B、C、D四处位置．则这四处位置在相等时间内统计的闪烁次数一定不符合事实的是(　　) 图1 A．1 305、25、7、1 B．202、405、625、825 C．1 202、1 010、723、203 D．1 202、1 305、723、203 E．1 202、26、5、0 【解析】　根据α粒子散射实验的统计结果，大多数粒子能按原来方向前进，少数粒子方向发生了偏移，极少数粒子偏转超过90，甚至有的被反向弹回．所以在相等时间内A处闪烁次数最多，其次是B、C、D三处，并且数据相差比较大，所以只有选项A、E符合事实． 【答案】　BCD 2．氢原子的核外电子由离核较远的轨道跃迁到离核较近的轨道上时，下列说法中正确的是(　　) A．核外电子受力变小 B．原子的能量减少，电子的动能增加 C．氢原子要吸收一定频率的光子 D．氢原子要放出一定频率的光子 E．库仑力做正功，电子的电势能减少 【解析】　氢原子的核外电子由离核较远的轨道跃迁到离核较近的轨道上时，r减小，由库仑定律知核外电子受力变大，A错；由k＝m得Ek＝mv2＝知电子的动能变大，由En＝－ eV知n减小时原子能量减少，B对；电子由高能级向低能级跃迁时放出一定频率的光子，C错，D对；电子在发生跃迁过程中，库仑力做正功，电势能减少，E对． 【答案】　BDE 3．下列叙述正确的是(　　) A．卢瑟福通过分析α粒子散射实验结果，发现了质子和中子 B．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也是不连续的 C．原子中的电子绕原子核高速运转时，运行轨道的半径不是任意的，有特定的轨道 D．玻尔将量子观念引入原子领域，其理论能够解释氢原子光谱的特征 E．原子从较高的激发态向较低的激发态或基态跃迁的过程，是吸收能量的过程 【解析】　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，A错误；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也是不连续的，B正确；电子绕核运转的轨道半径是特定的，C正确；玻尔将量子观念引入原子领域，其理论能够解释氢原子光谱的特征，故D正确；原子从较高的激发态向较低的激发态或基态跃迁的过程，是释放能量的过程，E错误． 【答案】　BCD 4．物理学家在微观领域的研究中发现了“电子偶素”这一现象．所谓“电子偶素”就是由一个负电子和一个正电子绕它们连线的中点，做匀速圆周运动形成相对稳定的系统．类比玻尔的原子量子化模型可知：两电子做圆周运动可能的轨道半径的取值是不连续的，所以“电子偶素”系统对应的能量状态(能级)也是不连续的．若规定两电子相距无限远时该系统的引力势能为零，则该系统的最低能量值为E(E<0)，称为“电子偶素”的基态，基态对应的电子运动的轨道半径为r.已知正、负电子的质量均为m，电荷量均为e，但符号相反；静电力常量为k，普朗克常量为h.则下列说法中正确的是(　　) A．“电子偶素”系统处于基态时，一个电子运动的动能为 B．“电子偶素”系统吸收特定频率的光子发生能级跃迁后，电子做圆周运动的动能增大 C．处于激发态的“电子偶素”系统向外辐射光子的最小波长为－ D．处于激发态的“电子偶素”系统向外辐射光子的最小频率为－ E．“电子偶素”系统吸收特定频率的光子发生能级跃迁后，电子做圆周运动的动能减小 【解析】　由题设条件可知：＝，可得：一个电子的动能Ek＝mv2＝，选项A正确；“电子偶素”系统吸收特定频率的光子发生能级跃迁后，电子轨道半径变大，由Ek＝可知电子做圆周运动的动能减小，选项B错误，E正确；处于激发态的“电子偶素”系统向外辐射光子最大能量为－E，对应光子的波长最小，为－，对应光子的频率最大，为－，故选项C正确，D错误． 【答案】　ACE 5．如图2所示，氢原子可在下列各能级间发生跃迁，设从n＝4跃迁到n＝1能级辐射的电磁波的波长为λ1，从n＝4跃迁到n＝2能级辐射的电磁波的波长为λ2，从n＝2跃迁到n＝1能级辐射的电磁波的波长为λ3，则下列关系式中正确的是(　　) 【导学号：18850037】 图2 A．λ1<λ3　　　　　　　　 B．λ3<λ2 C．λ3>λ2 D.＝＋ E.＝－ 【解析】　由题意知h＝E4－E1、h＝E4－E2、h＝E2－E1，可见h＝h＋h，＝＋，知D错误，E正确．由能级图可以看出，E4－E1最大、E4－E2最小，故λ1最小、λ2最大，A、B正确，C错误． 【答案】　ABE 6．氢原子能级如图3所示，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.已知可见光的波长范围在400 nm到760 nm之间，以下判断正确的是(　　) 图3 A．从n＝4的能级跃迁到n＝3的能级时，辐射光的波长比可见光长 B．用波长为328 nm的光照射，可使氢原子从n＝1的能级跃迁到n＝2的能级 C．用波长为164 nm的光照射，可使处于n＝2能级的氢原子电离 D．一群处于n＝4能级的氢原子向低能级跃迁时辐射3种不同波长的光 E．用可见光照射，可能使氢原子从n＝2的能级跃迁到n＝3的能级 【解析】　从能级3向能级2跃迁时，E3－E2＝h① 从能级4向能级3跃迁时，E4－E3＝h② 联立①②得λ2＝1878.5 nm，故A正确． E＝h(λ3＝328 nm)③ 联立①③得E＝3.78 eV，而E2－E1＝10.2 eV，即E≠E2－E1，故B错误．由E′＝h(λ4＝164 nm)得E′＝7.56 eV，即E′>－E2，所以可以使处于n＝2的氢原子电离，C正确．处于n＝4的一群氢原子向基态跃迁时，辐射光子种类为C＝＝6种，D错误．氢原子从能级3跃迁到能级2时辐射光子波长为656 nm，位于可见光区，所以可见光可能使处于能级2的氢原子跃迁到能级3，E正确． 【答案】　ACE 二、非选择题(本题共5小题，共64分，按题目要求作答) 7．(8分)原子从一个能级跃迁到一个较低的能级时，有可能不发射光子．例如在某种条件下，铬原子的n＝2能级上的电子跃迁到n＝1能级上时并不发射光子，而是将相应的能量转交给n＝4能级上的电子，使之能脱离原子，这一现象叫做俄歇效应．以这种方式脱离了原子的电子叫做俄歇电子．已知铬原子的能级公式可简化表示为En＝－，式中n＝1,2,3，…表示不同能级，A是正的已知常数．上述俄歇电子的动能等于________． 【解析】　俄歇电子的动能是铬原子从n＝2能级跃迁到n＝1能级上释放的能量与电子从n＝4能级上电离所需的能量之差．可以认为n＝4能级上的能量就是电子从该能级上电离所需的能量．故可进行如下计算E电子＝E2－E1－|En|＝－＋A－＝A. 【答案】　A 8．(8分)已知氢原子基态的轨道半径为R0，基态能量为－E0，将该原子置于静电场中使其电离，已知静电力常量为k，电子电荷量为q.则静电场提供的能量至少为________，静电场场强大小至少为________． 【解析】　氢原子电离时是核外电子脱离原子核的束缚，消耗能量最少的情况是电子与原子核恰好分离，此时消耗的能量恰好等于其基态能量的绝对值，故静电场提供的能量至少为E0.从力的角度来看，电子与氢原子核分离时电场力不小于它们之间的静电力，即qE≥，故静电场场强大小至少为. 【答案】　E0　 9．(14分)氢原子处于基态时，原子能量E1＝－13.6 eV，普朗克常量取h＝6.610－34 Js. (1)处于n＝2激发态的氢原子，至少要吸收多大能量的光子才能电离？ (2)今有一群处于n＝4激发态的氢原子，可以辐射几种不同频率的光？其中最小的频率是多少？(结果保留2位有效数字) 【解析】　(1)E2＝＝－3.4 eV E＝E∞－E2＝3.4 eV. (2)N＝C＝＝6(种) E4＝＝－0.85 eV E3＝＝－1.51 eV E4－E3＝hνmin νmin＝1.61014 Hz. 【答案】　(1)3.4 eV　(2)6种　1.61014 Hz 10．(16分)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13.60 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4所示) 【导学号：18850038】 图4 【解析】　设运动氢原子的速度为v0，发生完全非弹性碰撞后两者的合速度为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能级跃迁到n＝2能级，由动量守恒和能量守恒得 mv0＝2mv① mv＝mv22＋ΔE② mv＝13.60 eV③ 由①②③得ΔE＝6.8 eV<10.2 eV，所以不能使基态氢原子发生跃迁． 【答案】　不能 11．(18分)已知氢原子的基态能量为－13.6 eV，核外电子的第一轨道半径为0.5310－10 m，电子质量me＝9.110－31 kg，电荷量为1.610－19 C，求电子跃迁到第三轨道时，氢原子的能量、电子的动能和电子的电势能各多大？ 【解析】　氢原子能级公式En＝E1， 氢原子能量 E3＝E1≈－1.51 eV. 电子在第三轨道时半径为r3＝n2r1＝32r1＝9r1， 电子绕核做圆周运动时的向心力由库仑力提供，所以＝， 由上面两式可得电子动能为 Ek3＝mev＝ ＝ eV ≈1.51 eV. 由于E3＝Ek3＋Ep3， 故电子电势能为Ep3＝E3－Ek3＝－1.51 eV－1.51 eV＝－3.02 eV. 【答案】　－1.51 eV　1.51 eV　－3.02 eV