资源简介

章末测评验收卷(四)　原子结构
(满分：100分)
一、单项选择题(本题共6小题，每小题4分，共24分。在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的。)
1.如图所示为卢瑟福α粒子散射实验装置的示意图，图中的显微镜可在圆周轨道上转动，通过显微镜前的荧光屏可观察α粒子在各个角度的散射情况，下列说法正确的是(　　)
在图中的A、B两位置分别进行观察，相同时间内观察到屏上的闪光次数一样多
在图中B位置进行观察，屏上观察不到任何闪光
卢瑟福选用不同金属箔片作为α粒子散射的靶，观察到的实验结果基本相似
α粒子发生散射的主要原因是α粒子撞击到金原子核后发生反弹
2.关于原子结构的认识历程，下列说法正确的有(　　)
汤姆孙发现电子后猜想出原子内的正电荷集中在很小的核内
玻尔提出了原子能级结构假说，成功地解释了各种原子的光谱
卢瑟福的原子的核式结构模型能够很好地解释光谱的分立特征和原子的稳定性
α粒子散射实验中少数α粒子发生了较大偏转是卢瑟福猜想原子的核式结构模型的主要依据
3.(2023·湖北卷，1)2022年10月，我国自主研发的“夸父一号”太阳探测卫星成功发射。该卫星搭载的莱曼阿尔法太阳望远镜可用于探测波长为121.6 nm的氢原子谱线(对应的光子能量为10.2 eV)。根据如图所示的氢原子能级图，可知此谱线来源于太阳中氢原子(　　)
n＝2和n＝1能级之间的跃迁
n＝3和n＝1能级之间的跃迁
n＝3和n＝2能级之间的跃迁
n＝4和n＝2能级之间的跃迁
4.如图所示是某原子的能级图，a、b、c为原子跃迁所发出的三种波长的光。在下列该原子光谱的选项中，谱线从左向右的波长依次增大，则正确的是(　　)
A B
C D
5.1885年，巴尔末对当时已知的氢气放电管获得的四条可见光谱进行研究，发现这些谱线满足＝RH(n＝3，4，5，6)，这个公式称为巴尔末公式。巴尔末公式反映了氢原子的线状光谱的特征，如图所示是氢原子能级图，已知可见光能量在1.64～3.19 eV之间，巴尔末研究的四条可见光波中波长最长的是氢原子在哪两个能级之间跃迁辐射的(　　)
3到2 4到2
5到2 6到2
6.已知氢原子的基态能量为E1，激发态能量为En＝E1，其中n＝2，3，4，…。已知普朗克常量为h，电子的质量为m，则下列说法正确的是(　　)
氢原子从基态跃迁到激发态后，核外电子动能减小，原子的电势能增大，动能和电势能之和不变
基态氢原子中的电子吸收一频率为ν的光子被电离后，电子速度大小为
一个处于n＝4的激发态的氢原子，向低能级跃迁时最多可辐射出6种不同频率的光
第一激发态氢原子的电离能等于E1
二、多项选择题(本题共4小题，每小题6分，共24分。在每小题给出的四个选项中，有多项符合题目要求。全部选对的得6分，选对但不全的得3分，有选错的得0分。)
7.对原子的认识，正确的是(　　)
原子由原子核和核外电子组成
原子核的质量就是原子的质量
原子核的电荷数就是核中的质子数
原子序数等于核电荷与电子电荷量大小的比值
8.氢原子能级图如图所示，a、b、c分别表示原子在不同能级之间的三种跃迁途径，设a、b、c在跃迁过程中，放出光子的能量和波长分别是Ea、Eb、Ec和λa、λb、λc，则(　　)
λa＝λb＋λc ＝＋
Eb＝Ea＋Ec Ea＝Eb＋Ec
9.氢原子的能级如图所示，下列说法正确的是(　　)
处于n＝3能级的氢原子可以吸收任意频率的光子
氢原子从n＝3能级向n＝2能级跃迁时，发出的光子能量为1.89 eV
大量处于n＝3能级的氢原子向低能级跃迁时，可能发出3种不同频率的光
处于n＝1能级的氢原子可以吸收能量为10 eV的电子的能量
10.丹麦物理学家玻尔意识到了经典理论在解释原子结构方面的困难。在普朗克关于黑体辐射的量子论和爱因斯坦关于光子的概念的启发下，他在1913年提出了自己的原子结构假说。如图为氢原子的电子轨道示意图，下列说法正确的是(　　)
电子离原子核越远，原子的总能量越大，氢原子的总能量是负值
电子从n＝3能级跃迁到n＝4能级，电子的电势能增加，动能减少
电子从n＝5能级跃迁到n＝4能级，电子电势能的减少量大于动能的增加量
电子从n＝5能级跃迁到n＝4能级辐射的光子的能量比电子从n＝3能级跃迁到n＝4能级吸收的光子的能量大
三、非选择题(本题共6小题，共52分。)
11.(6分)如图所示为汤姆孙做阴极射线实验时用到的气体放电管，在K、A之间加高电压，便有阴极射线射出；C、D间不加电压时，光屏上O点出现亮点，当C、D之间加如图所示电压时，光屏上P点出现亮点。
(1)要使K、A之间有阴极射线射出，则K应接高压电源________(2分)(填“正极”或“负极”)；要使光屏上P处的亮点再回到O点，可以在C、D间加垂直纸面________(2分)(填“向里”或“向外”)的匀强磁场；
(2)汤姆孙换用不同材料的阴极做实验，发现不同阴极发出的射线的比荷是________(2分)(填“相同”或“不同”)的。
12.(8分)密立根实验的原理图如图所示，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，已知小油滴静止时所处的电场强度大小是1.92×105 N/C，小油滴半径是1.64×10－4 cm，油的密度是0.851 g/cm3，g取9.8 N/kg，小油滴所带的电荷量为________(4分)C，这个电荷量是电子电荷量的________(4分)倍。
13.(7分)如图甲为氢原子能级示意图的一部分，若处于基态的氢原子由于原子间的碰撞而激发，且发射出6条光谱线，则：
(1)(3分)求6条光谱线中最长的波长λm(已知普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s，光速c＝3.0×108 m/s，结果保留2位有效数字)；
(2)(4分)若基态氢原子受激发射出6条光谱线，是由于运动的氢原子a与静止的氢原子b碰撞导致，如图乙所示，求氢原子a的最小动能Ek。
14.(7分)已知氢原子量子数为n的能级能量值为En＝－ eV(n＝1，2，3，…)，试计算处于基态的氢原子吸收频率为多少的光子，电子可以跃迁到n＝2的轨道上(普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s，结果保留3位有效数字)？
15.(10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r1＝0.53×10－10 m，电子质量me＝9.1×10－31 kg，电荷量为1.6×10－19 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为多大？(已知rn＝n2r1，静电力常量k＝9.0×109 N·m2/C2)
16.(14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)(6分)求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)(8分)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3位有效数字)。
章末测评验收卷(四)　原子结构
1.C　[α粒子散射实验现象：绝大多数α粒子沿原方向前进，少数α粒子有大角度散射，所以A处观察到的闪光次数多，B处观察到的闪光次数少，A、B错误；α粒子发生散射的主要原因是受到金原子核库仑斥力的作用，C正确，D错误。]
2.D　[汤姆孙发现电子后猜想出原子核内的正电荷是均匀分布的，故A错误；玻尔提出了原子能级结构假说，成功地解释了氢原子的光谱，但不能解释其他原子的光谱，故B错误；卢瑟福提出的原子的核式结构模型，无法解释原子的稳定性和原子光谱的分立特征，故C错误；α粒子散射实验中少数α粒子发生了较大偏转是卢瑟福猜想原子的核式结构模型的主要依据，故D正确。]
3.A　[由题图可知n＝2和n＝1的能级之间的能量差值为ΔE＝E2－E1＝－3.4 eV－(－13.6 eV)＝10.2 eV，与探测器探测到的谱线能量相等，可知此谱线来源于太阳中氢原子n＝2和n＝1能级之间的跃迁，故A正确。]
4.C　[根据ΔE＝hν，ν＝，可得λ＝，则能级差越大，波长越小，所以a的波长最短，b的波长最长，C正确。]
5.A　[巴尔末系是指氢原子由高能级向n＝2能级跃迁时形成的谱线，巴尔末研究的四条可见光谱中波长最长的光谱，对应的是两个能级之间能量差值最小的能级，为3到2，故A正确，B、C、D错误。]
6.B　[氢原子由基态跃迁到激发态时，氢原子吸收光子，则能量增大，即动能和电势能之和增大，故A错误；根据能量守恒定律得hν＋E1＝mv2，解得电离后电子的速度大小为v＝，故B正确；一个处于n＝4的激发态的氢原子，向低能级跃迁时最多可辐射出3种不同频率的光，故C错误；第一激发态氢原子的能量为，若刚好发生电离，则其电离能等于－，故D错误。]
7.ACD　[原子由原子核和核外电子组成，故A正确；原子核的质量与电子的质量之和就是原子的质量，故B错误；原子核的电荷数就是核中的质子数，故C正确；原子序数等于核电荷与电子电荷量大小的比值，故D正确。]
8.BC　[Ea＝E2－E1，Eb＝E3－E1，Ec＝E3－E2，故Eb＝Ea＋Ec，C正确，D错误；又因为E＝hν＝h，故＝＋，A错误，B正确。]
9.BC　[氢原子向高能级跃迁时，只能吸收特定频率的光子，选项A错误；氢原子从n＝3能级向n＝2能级跃迁时，发出的光子能量为ΔE＝E3－E2＝－1.51 eV－(－3.4 eV)＝1.89 eV，选项B正确；大量处于n＝3能级的氢原子向低能级跃迁时，可能发出C＝3种光子，选项C正确；处于n＝1能级的氢原子不能吸收能量为10 eV的电子的能量，选项D错误。]
10.BC　[电子离原子核越远，原子的总能量越大，当规定离原子核无穷远处的电势能为零时，氢原子的总能量是负值，当没有规定零电势能的位置时，无法判断氢原子总能量的正负，A错误；电子从n＝3能级跃迁到n＝4能级，库仑力做负功，电子的电势能增加，动能减少，B正确；电子从n＝5能级跃迁到n＝4能级，库仑力做正功，电子的电势能减少，动能增加，向外辐射出光子，故总能量减少，因此电子电势能的减少量大于动能的增加量，C正确；根据玻尔理论，可知跃迁时辐射和吸收光子的能量由前后两个能级的能级差决定，由于n＝5与n＝4的能级差小于n＝4与n＝3的能级差，故电子从n＝5能级跃迁到n＝4能级辐射的光子的能量小于电子从n＝3能级跃迁到n＝4能级吸收的光子的能量，D错误。]
11.(1)负极　向外　(2)相同
解析　(1)要使K、A之间有阴极射线射出，则K应接高压电源负极，A接高压电源正极，从玻璃管内阴极K释放出电子被高压加速后射出；要使光屏上P处的亮点再回到O点，则洛伦兹力应向上，根据左手定则可知，C、D间加垂直纸面向外的匀强磁场。
(2)汤姆孙换用不同材料的阴极做实验，发现不同阴极发出的射线的比荷是相同的，是因为阴极射线的本质均为电子流。
12.8.02×10－19　5
解析　小油滴的质量m＝ρV＝ρ·πR3
由题意知mg＝qE
联立两式可得q＝
＝ C
＝8.02×10－19 C
＝＝5
即小油滴所带的电荷量q是电子电荷量e的5倍。
13.(1)1.9×10－6 m　(2)25.5 eV
解析　(1)处于基态的氢原子由于原子间的碰撞而激发，且发射出6条光谱线，根据C＝6，可知处于基态的氢原子由于原子间的碰撞而激发跃迁到n＝4能级，则n＝4能级向n＝3能级跃迁产生的光谱线的波长最长，则有E4－E3＝h，解得λm＝1.9×10－6 m。
(2)令氢原子a的初速度为v0，则有Ek＝mv
氢原子a与氢原子b发生完全非弹性碰撞时，系统损失的动能最大，
根据动量守恒定律可得mv0＝2mv
解得v＝v0
根据题意及能量守恒定律有
E4－E1＝mv－×2mv2，
即mv＝12.75 eV
联立解得Ek＝25.5 eV。
14.2.46×1015 Hz
解析　氢原子处于基态时能量为E1＝－13.6 eV
氢原子在n＝2能级时能量为E2＝－3.4 eV
氢原子从基态跃迁到n＝2能级需要吸收的能量为
ΔE＝E2－E1
代入数据解得ΔE＝10.2 eV＝1.632×10－18 J
根据玻尔理论有hν＝ΔE
代入数据解得ν≈2.46×1015 Hz。
15.－1.51 eV　1.51 eV　－3.02 eV
解析　该电子在第三轨道时的能量为
E3＝E1＝－1.51 eV
电子在第三轨道时半径为r3＝32r1＝9r1
电子绕核转动时，库仑力提供向心力，则有k＝m
电子的动能Ek3＝mv
联立得Ek3＝
＝ eV＝1.51 eV
由能量守恒定律有E3＝Ek3＋Ep3，可得电子电势能
Ep3＝E3－Ek3＝－1.51 eV－1.51 eV＝－3.02 eV。
16.(1)10　(2)4.17 m/s
解析　(1)可能有N＝C＝10种不同频率的光射出。
(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，
由动量守恒定律可得m原v原－p光＝0
光子的动量p＝
氢原子速度为vH＝
所以v原＝4.17 m/s。(共28张PPT)
章末测评验收卷(四)
(时间：75分钟　满分：100分)
一、单项选择题(本题共6小题，每小题4分，共24分。在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的。)
1.如图所示为卢瑟福α粒子散射实验装置的示意图，图中的显微镜可在圆周轨道上转动，通过显微镜前的荧光屏可观察α粒子在各个角度的散射情况，下列说法正确的是(　　)
C
A.在图中的A、B两位置分别进行观察，相同时间内观察到屏上的闪光次数一样多
B.在图中B位置进行观察，屏上观察不到任何闪光
C.卢瑟福选用不同金属箔片作为α粒子散射的靶，观察到的实验结果基本相似
D.α粒子发生散射的主要原因是α粒子撞击到金原子核后发生反弹
解析　α粒子散射实验现象：绝大多数α粒子沿原方向前进，少数α粒子有大角度散射，所以A处观察到的闪光次数多，B处观察到的闪光次数少，A、B错误；α粒子发生散射的主要原因是受到金原子核库仑斥力的作用，C正确，D错误。
2.关于原子结构的认识历程，下列说法正确的有(　　)
A.汤姆孙发现电子后猜想出原子内的正电荷集中在很小的核内
B.玻尔提出了原子能级结构假说，成功地解释了各种原子的光谱
C.卢瑟福的原子的核式结构模型能够很好地解释光谱的分立特征和原子的稳定性
D.α粒子散射实验中少数α粒子发生了较大偏转是卢瑟福猜想原子的核式结构模型的主要依据
解析　汤姆孙发现电子后猜想出原子核内的正电荷是均匀分布的，故A错误；玻尔提出了原子能级结构假说，成功地解释了氢原子的光谱，但不能解释其他原子的光谱，故B错误；卢瑟福提出的原子的核式结构模型，无法解释原子的稳定性和原子光谱的分立特征，故C错误；α粒子散射实验中少数α粒子发生了较大偏转是卢瑟福猜想原子的核式结构模型的主要依据，故D正确。
D
3.(2023·湖北卷，1)2022年10月，我国自主研发的“夸父一号”太阳探测卫星成功发射。该卫星搭载的莱曼阿尔法太阳望远镜可用于探测波长为121.6 nm的氢原子谱线(对应的光子能量为10.2 eV)。根据如图所示的氢原子能级图，可知此谱线来源于太阳中氢原子(　　)
A.n＝2和n＝1能级之间的跃迁
B.n＝3和n＝1能级之间的跃迁
C.n＝3和n＝2能级之间的跃迁
D.n＝4和n＝2能级之间的跃迁
A
解析　由题图可知n＝2和n＝1的能级之间的能量差值为ΔE＝E2－E1＝ －3.4 eV－(－13.6 eV)＝10.2 eV，与探测器探测到的谱线能量相等，可知此谱线来源于太阳中氢原子n＝2和n＝1能级之间的跃迁，故A正确。
C
4.如图所示是某原子的能级图，a、b、c为原子跃迁所发出的三种波长的光。在下列该原子光谱的选项中，谱线从左向右的波长依次增大，则正确的是(　　)
A
A.3到2 B.4到2 C.5到2 D.6到2
解析　巴尔末系是指氢原子由高能级向n＝2能级跃迁时形成的谱线，巴尔末研究的四条可见光谱中波长最长的光谱，对应的是两个能级之间能量差值最小的能级，为3到2，故A正确，B、C、D错误。
B
ACD
二、多项选择题(本题共4小题，每小题6分，共24分。在每小题给出的四个选项中，有多项符合题目要求。全部选对的得6分，选对但不全的得3分，有选错的得0分。)
7.对原子的认识，正确的是(　 　)
A.原子由原子核和核外电子组成
B.原子核的质量就是原子的质量
C.原子核的电荷数就是核中的质子数
D.原子序数等于核电荷与电子电荷量大小的比值
解析　原子由原子核和核外电子组成，故A正确；原子核的质量与电子的质量之和就是原子的质量，故B错误；原子核的电荷数就是核中的质子数，故C正确；原子序数等于核电荷与电子电荷量大小的比值，故D正确。
8.氢原子能级图如图所示，a、b、c分别表示原子在不同能级之间的三种跃迁途径，设a、b、c在跃迁过程中，放出光子的能量和波长分别是Ea、Eb、Ec和λa、λb、λc，则(　　)
BC
9.氢原子的能级如图所示，下列说法正确的是(　　)
A.处于n＝3能级的氢原子可以吸收任意频率的光子
B.氢原子从n＝3能级向n＝2能级跃迁时，发出的光子能量为1.89 eV
C.大量处于n＝3能级的氢原子向低能级跃迁时，可能发出3种不同频率的光
D.处于n＝1能级的氢原子可以吸收能量为10 eV的电子的能量
BC
10.丹麦物理学家玻尔意识到了经典理论在解释原子结构方面的困难。在普朗克关于黑体辐射的量子论和爱因斯坦关于光子的概念的启发下，他在1913年提出了自己的原子结构假说。如图为氢原子的电子轨道示意图，下列说法正确的是(　　)
BC
A.电子离原子核越远，原子的总能量越大，氢原子的总能量是负值
B.电子从n＝3能级跃迁到n＝4能级，电子的电势能增加，动能减少
C.电子从n＝5能级跃迁到n＝4能级，电子电势能的减少量大于动能的增加量
D.电子从n＝5能级跃迁到n＝4能级辐射的光子的能量比电子从n＝3能级跃迁到n＝4能级吸收的光子的能量大
解析　电子离原子核越远，原子的总能量越大，当规定离原子核无穷远处的电势能为零时，氢原子的总能量是负值，当没有规定零电势能的位置时，无法判断氢原子总能量的正负，A错误；电子从n＝3能级跃迁到n＝4能级，库仑力做负功，电子的电势能增加，动能
减少，B正确；电子从n＝5能级跃迁到n＝4能级，库仑力做正功，电子的电势能减少，动能增加，向外辐射出光子，故总能量减少，因此电子电势能的减少量大于动能的增加量，C正确；根据玻尔理论，可知跃迁时辐射和吸收光子的能量由前后两个能级的能级差决定，由于n＝5与n＝4的能级差小于n＝4与n＝3的能级差，故电子从n＝5能级跃迁到n＝4能级辐射的光子的能量小于电子从n＝3能级跃迁到n＝4能级吸收的光子的能量，D错误。
三、非选择题(本题共6小题，共52分。)
11.(6分)如图所示为汤姆孙做阴极射线实验时用到的气体放电管，在K、A之间加高电压，便有阴极射线射出；C、D间不加电压时，光屏上O点出现亮点，当C、D之间加如图所示电压时，光屏上P点出现亮点。
(1)要使K、A之间有阴极射线射出，则K应接高压电源________(填“正极”或“负极”)；要使光屏上P处的亮点再回到O点，可以在C、D间加垂直纸面________(填“向里”或“向外”)的匀强磁场；
(2)汤姆孙换用不同材料的阴极做实验，发现不同阴极发出的射线的比荷是________(填“相同”或“不同”)的。
负极
向外
相同
解析　(1)要使K、A之间有阴极射线射出，则K应接高压电源负极，A接高压电源正极，从玻璃管内阴极K释放出电子被高压加速后射出；要使光屏上P处的亮点再回到O点，则洛伦兹力应向上，根据左手定则可知，C、D间加垂直纸面向外的匀强磁场。
(2)汤姆孙换用不同材料的阴极做实验，发现不同阴极发出的射线的比荷是相同的，是因为阴极射线的本质均为电子流。
12.(8分)密立根实验的原理图如图所示，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，已知小油滴静止时所处的电场强度大小是1.92×105 N/C，小油滴半径是1.64×10－4 cm，油的密度是0.851 g/cm3，g取9.8 N/kg，小油滴所带的电荷量为____________C，这个电荷量是电子电荷量的________倍。
8.02×10－19
5
13.(7分)如图甲为氢原子能级示意图的一部分，若处于基态的氢原子由于原子间的碰撞而激发，且发射出6条光谱线，则：
(1)求6条光谱线中最长的波长λm(已知普朗克常量
h＝6.63×10－34 J·s，光速c＝3.0×108 m/s，结果保
留2位有效数字)；
(2)若基态氢原子受激发射出6条光谱线，是由于运动的氢原子a与静止的氢原子b碰撞导致，如图乙所示，求氢原子a的最小动能Ek。
答案　(1)1.9×10－6 m　(2)25.5 eV
答案　2.46×1015 Hz
解析　氢原子处于基态时能量为E1＝－13.6 eV
氢原子在n＝2能级时能量为E2＝－3.4 eV
氢原子从基态跃迁到n＝2能级需要吸收的能量为ΔE＝E2－E1
代入数据解得ΔE＝10.2 eV＝1.632×10－18 J
根据玻尔理论有hν＝ΔE
代入数据解得ν≈2.46×1015 Hz。
15.(10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r1＝0.53×10－10 m，电子质量me＝9.1×10－31 kg，电荷量为1.6×10－19 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为多大？(已知rn＝n2r1，静电力常量k＝9.0×109 N·m2/C2)
答案　－1.51 eV　1.51 eV　－3.02 Ev
16.(14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)求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；

展开更多......

收起↑