高中物理第18章《原子结构》测试题

1高中精品试题《原子结构》测试题本试卷分为第Ⅰ卷(选择题)和第Ⅱ卷(非选择题)两部分，满分100，考试时间60分钟。第Ⅰ卷(选择题共40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，选对但不全的得2分，有选错或不选的得0分。)1．关于α粒子散射实验的下列说法中正确的是()A．在实验中观察到的现象是绝大多数α粒子穿过金箔后，仍沿原来方向前进，少数发生了较大偏转，极少数偏转超过90°，有的甚至被弹回接近180°B．使α粒子发生明显偏转的力是来自带负电的核外电子，当α粒子接近电子时，是电子的吸引力使之发生明显偏转C．实验表明原子中心有一个极小的核，它占有原子体积的极小部分D．实验表明原子中心的核带有原子的全部正电荷及全部质量解析：A项是对该实验现象的正确描述，正确；B项，使α粒子偏转的力是原子核对它的静电排斥力，而不是电子对它的吸引力，故B错；C项是对实验结论之一的正确分析；原子核集中了全部正电荷和几乎全部质量，因核外还有电子，故D错。答案：A、C2．关于太阳光谱，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，会被太阳大气层中某些元素的原子吸收，因此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。故选A、B。2答案：A、B3．有关氢原子光谱的说法正确的是()A．氢原子的发射光谱是连续谱B．氢原子光谱说明氢原子只发出特定频率的光C．氢原子光谱说明氢原子能级是分立的D．氢原子光谱的频率与氢原子能级的能量差无关解析：氢原子的发射光谱是不连续的，只能发出特定频率的光，说明氢原子的能级是分立的，选项B、C正确，根据玻尔理论可知，选项D错误。答案：B、C4．下列关于巴耳末公式1λ＝R122－1n2的理解，正确的是()A．此公式是巴耳末在研究氢光谱特征时发现的B．公式中n可取任意值，故氢光谱是连续谱C．公式中n只能取不小于3的整数值，故氢光谱是线状谱D．公式不仅适用于氢光谱的分析，也适用于其他原子的光谱分析解析：巴耳末公式只适用于氢原子光谱的分析，且n只能取大于等于3的整数，即λ不能取连续值，故氢原子光谱是线状谱。答案：A、C5．英国物理学家卢瑟福用α粒子轰击金箔，为了解释实验结果，他提出了原子的核式结构学说。下面中O表示金原子核的位置，曲线ab和cd分别表示经过金原子核附近的α粒子的运动轨迹，其中能正确反映实验结果的是()图(十八)－1解析：3答案：B、D6.根据α粒子散射实验，卢瑟福提出了原子的核式结构模型，图(十八)－2中虚线表示原子核所形成的电场的等势线，实线表示一个α粒子的运动轨迹。在α粒子从a运动到b、再运动到c的过程中，下列说法中正确的是()图(十八)－2A．动能先增大，后减小B．电势能先减小，后增大C．电场力先做负功，后做正功，总功等于零D．加速度先变小，后变大解析：α粒子从a点经b点到达等势点c的过程中电场力先做负功、后做正功，α粒子的电势能先增加，后减小，回到同一等势线上时，电场力做的总功为零。故C项正确。答案：C7.如图(十八)－3所示为氢原子的四个能级，其中E1为基态，若氢原子A处于激发态E2，氢原子B处于激发态E3，则下列说法正确的是()图(十八)－3A．原子A可能辐射出3种频率的光子B．原子B可能辐射出3种频率的光子C．原子A能够吸收原子B发出的光子并跃迁到能级E4D．原子B能够吸收原子A发出的光子并跃迁到能级E4解析：原子A处于激发态E2，它只能辐射一种频率的光子；原子B处于激发态E3，它可能由E3到E2，由E2到E1，由E3到E1，发射三种频率的光子；原子由低能级跃迁到高能级时，只能吸收具有能级差的能量的光子，由以上分析可知，只有B项是正确的。答案：B8．氢原子在某三个相邻能级之间跃迁时，可发出三种不同波长的辐射光。已知其中的两个波长分别为λ1和λ2，用λ1＞λ2则另一个波长可能是()4A．λ1＋λ2B．λ1－λ2C.λ1λ2λ1＋λ2D.λ1λ2λ1－λ2解析：各种可能情况如图所示，由E＝hν＝hcλ知①：λ3＝hcE3－E1＝1E3－E2＋E2－E1hc＝11λ1＋1λ2＝λ1λ2λ1＋λ2②：λ3＝hcE2－E1＝1E3－E1－E3＋E2hc＝11λ2－1λ1＝λ1λ2λ1－λ2③：λ3＝hcE3－E2＝1E3－E1－E2＋E1hc＝11λ2－1λ1＝λ1λ2λ1－λ2综上可知C、D正确。答案：C、D9.如图(十八)－4所示为氢原子能级的示意图，现有大量的氢原子处于n＝4的激发态，当向低能级跃迁时辐射出若干不同频率的光。关于这些光下列说法正确的是()图(十八)－4A．最容易表现出衍射现象的光是由n＝4能级跃迁到n＝1能级产生的B．频率最小的光是由n＝2能级跃迁到n＝1能级产生的C．这些氢原子总共可辐射出3种不同频率的光D．用n＝2能级跃迁到n＝1能级辐射出的光照射逸出功为6.34eV的金属铂能发生光电效应解析：最容易发生衍射的应是波长最长而频率最小、能量最低的光波，hν＝hc/λ＝Em－En，对应跃迁中能级差最小的应为n＝4到n＝3，故A、B错。由C2n可知处于n＝4能级上的氢原子共可辐射出C26＝6种不同频率的光，故C错。根据hν＝E2－E1及发生光电效应的5条件hν≥W可知D正确。答案：D10．μ子与氢原子核(质子)构成的原子称为μ氢原子(hydrogenmuonatom)，它在原子核物理的研究中有重要作用。如图(十八)－5为μ氢原子的能级示意图。假定用光子能量为E的一束光照射容器中大量处于n＝2能级的μ氢原子，μ氢原子吸收光子后，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()图(十八)－5A．h(ν3－ν1)B．h(ν5＋ν6)C．hν3D．hν4解析：μ氢原子吸收光子后，能发出六种频率的光，说明μ氢原子是从n＝4能级向低能级跃迁，则吸收的光子的能量为ΔE＝E4－E2，E4－E2恰好对应着频率为ν3的光子，故光子的能量为hν3。答案：C第Ⅱ卷(非选择题共60分)二、填空题。(共4小题，每小题5分，共20分。把答案直接填写在题中横线上，不要求写出演算过程。)11．(5分)大量的氢原子处于n＝3的能级，可辐射出________种光子。若辐射的光子波长λ1λ2…，谱线强度与光子数目成正比，从第n能级向低能级跃迁时发出的光子数均为该能级上原子数的1n－1，则谱线的强度之比是________。解析：氢原子处于n＝3的能级，设原子数为N，共有三种跃迁方式，可辐射三种光子，如图所示。从n＝3的能级跃迁时有两种跃迁方式，各放出N2个光子；6处于n＝2能级的原子数为N2，向第一能级跃迁时只有一种跃迁方式，放出N2个光子，故谱线强度之比为1:1:1。答案：31:1:112．(5分)密立根用喷雾的方法获得了带电液滴，然后把这些带有不同电荷量和质量的液滴置于电场中，通过电场力和重力平衡的方法最终测得了带电液滴带的电荷量。某次测量中，他得到了如下数据，则可得出结论为：________。液滴编号电荷量/C16.41×10－1929.70×10－1931.6×10－1944.82×10－19……解析：由表格中的数值可得q1e＝4，q2e＝6，q3e＝1，q4e＝3，因此可得，电荷是量子化的，电荷的电荷量都是元电荷e的整数倍。答案：电荷是量子化的，电荷的电荷量都是元电荷的整数倍。13．(5分)如图(十八)－6所示，图甲是a、b、c、d四种元素的线状谱，图乙是某矿物的线状谱，通过光谱分析可以了解该矿物中缺乏的是________。图(十八)－6解析：将图甲中的a、b、c、d与图乙对比可以看出，a、c中的亮条纹在图乙中已出现，而b、d中的亮条纹在图乙中未出现，故该矿物质中缺乏b、d两种元素。答案：b元素和d元素14.(5分)氢原子的能级图如图(十八)－7所示。一群氢原子处在n＝4的能级上，向低能级跃迁时，一共辐射出________种光子；用这些光子照射逸出功为W0＝4.54eV的金属钨时，能使其发生光电效应的有________种光子。7图(十八)－7解析：处在n＝4能级上的氢原子一共辐射出N＝4×32种＝6种光子，能量大于4.54eV的光子有4→1、3→1、2→1的三种光子。答案：63三、计算题(共6小题，共40分。解答时应写出必要的文字说明、方程式和重要演算步骤。只写出最后答案的不能得分。有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位。)15．(6分)图(十八)－8中给出氢原子最低的四个能级，氢原子在这些能级之间跃迁所辐射的光子的频率最多有几种？其中最小的频率等于多少赫兹？(保留两位有效数字)图(十八)－8解析：不同频率光子数为N＝n(n－1)2＝4(4－1)2＝6种。ΔEmin＝E4－E3＝hνmin，νmin＝E4－E3h＝[－0.85－(－1.51)]×1.6×10－196.63×10－34Hz＝1.6×1014Hz。答案：6种1.6×1014Hz16．(6分)已知氢原子处在第一、第二激发态的能级分别为－3.40eV和－1.51eV，金属钠的截止频率为5.53×1014Hz，普朗克常量h＝6.63×10－34J·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：氢原子放出的光子能量E＝E3－E2，代入数据得E＝1.89eV金属钠的逸出功W0＝hνc，代入数据得W0＝2.3eV因为EW0，所以不能发生光电效应。答案：不能17．(7分)美国科学家密立根通过油滴实验首次测得电子的电量。油滴实验的原理如图(十八)－9所示，两块水平放置的平行金属板与电源相连，上、下板分别带正、负电荷。油滴从喷雾器喷出后，由于摩擦而带电，经上板中央小孔落到两板间的匀强电场中，通过显微镜可以观察到油滴的运动情况，两金属板间的距离为d，忽略空气对油滴的浮力和阻力作用。8图(十八)－9(1)调节两金属板间的电势差U，当U＝U0时，使得某个质量为m1的油滴恰好做匀速直线运动，求该油滴所带的电荷量；(2)若油滴进入电场时的初速度可以忽略，当两金属板间的电势差U＝U1时，观察到某个质量为m2的油滴进入电场后做匀加速直线运动，经过时间t运动到下极板，求此油滴所带的电荷量。解析：(1)质量为m1的油滴恰好做匀速直线运动，则其所受重力与库仑力平衡，则m1g＝qU0d，得q＝m1gdU0。(2)质量为m2的油滴向下做匀加速运动，d＝12at2，得a＝2dt2若油滴带正电，所受库仑力方向向下，由牛顿第二定律得a＝m2g＋qU1dm2g，到达下极板的时间很短，难以精确测量，与事实不符，则油滴带负电，受到库仑力的方向竖直向上，由牛顿第二定律m2g－qU1d＝m2a，解得q＝m2dU1g－2dt2。答案：(1)m1gdU0(2)m2dU1g－2dt218．(7分)根据巴耳末公式，指出氢原子光谱在可见光的范围内波长最长的2条谱线，其波长分别为654.55×10－9m和484.85×10－9m，求所对应的n。解析：根据巴耳末公式1λ＝R122－1n2得1654.55×10－9＝1.10×107×122－1n21，所以n1＝3，1484.85×10－9＝1.10×107×122－1n22，所以n2＝4。答案：3419．(7分)将氢原子电离，就是从外部给电子以能量，使其从基态或激发态脱离原子核的束缚而成为自由电子。(1)若要使n＝2激发态的氢原子电离，至少要用多大频率的电磁波照射该