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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.关于原子模型及其建立过程叙述正确的是 (　　)
阴极射线是电子,汤姆孙测出了电子的比荷,并精确测定了电子电荷量
汤姆孙认为原子是实心球体,电子均匀镶嵌在实心球内,正电荷是弥漫性分布于球内;该理论无法解释α粒子散射现象,后被卢瑟福核式结构模型所取代
α粒子散射实验可以估测出原子核尺度数量级为10-10 m
卢瑟福根据α粒子散射实验指出原子的全部正电荷和全部质量都集中在一个很小的区域——原子核,电子绕核做圆周运动,库仑力提供向心力
2.下列有关光谱问题的论述正确的是 (　　)
熔化的钢水发出的光通过分光镜所得到的是线状光谱
气体发出的光只能产生线状光谱
光谱分析的优点是非常灵敏与迅速
进行光谱分析,可以用连续光谱,也可以用吸收光谱
3.核磁共振成像(缩写为MRI)是一种人体不接触放射线,可进行人体多部位检查的医疗影像技术。基本原理是:外来电磁波满足一定条件时,可使处于强磁场中的人体内含量最多的氢原子吸收电磁波的能量,去掉外来电磁波后,吸收了能量的氢原子又把这部分能量以电磁波的形式释放出来,形成核磁共振信号。关于人体内氢原子吸收的电磁波能量,正确的是 (　　)
电磁波的频率越高具有的能量越低
吸收了电磁波的氢原子处于的状态叫基态
氢原子吸收的电磁波与释放的电磁波频率不相等
氢原子只能吸收某些特定频率的电磁波
4.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
5.氢原子能级示意图如图所示。大量处于n=4能级的氢原子,向低能级跃迁会辐射多种波长的光子,这些光子的最长和最短波长分别为λ1、λ2,则λ1与λ2的比值约为 (　　)
4 15
18 19
6.μ子与氢原子核(质子)构成的原子称为μ氢原子,它在原子核物理的研究中有重要作用。如图为μ氢原子的能级结构示意图,假定光子能量为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的光子,且频率依次增大,则E等于 (　　)
h(ν3-ν1) h(ν3+ν1)
hν3 hν4
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.卢瑟福通过α粒子散射现象的研究,提出了原子的核式结构模型,把原子结构的研究引上了正确的轨道。下列说法正确的是 (　　)
在α粒子散射实验中,大多数α粒子在穿过金箔后几乎没有偏转
在α粒子散射实验中,有些α粒子发生大角度偏转是受到了核外电子的引力
玻尔将量子概念引入原子模型,比较圆满地解释了所有原子的光谱
根据玻尔的原子理论,核外电子绕核运动的不同轨道对应原子的各能量状态
8.2022年5月,我国多家公司宣布已研制出猴痘病毒核酸检测(PCR—荧光探针法)试剂盒,该试剂盒可以快速检测出猴痘病毒。荧光探针发出荧光的原理是:当荧光探针被一定波长的光照射时,荧光探针中的原子被激发,由低能级跃迁到较高能级,经过较短时间后荧光探针便可发出荧光。下列说法正确的是 (　　)
荧光光谱是线状光谱
荧光波长可能大于入射光的波长
荧光光子能量一定小于入射光光子的能量
红外线可使荧光探针发光
9.(2024·山东济南高二期末)如图所示为氢原子能级图,大量处于第3能级的氢原子跃迁时发出三种不同波长的光,其中两种光的波长分别为λ1和λ2,且λ1<λ2,则第三种光的波长可能是 (　　)
10.(2024·河南驻马店市期末)如图为氢原子的能级示意图,则下列说法正确的是 (　　)
一个氢原子由激发态跃迁到基态后,该原子的能量一定减少
一群处于n=5能级的氢原子最多能放出10种不同频率的光
处于n=2能级的氢原子吸收2.10 eV的光子可以跃迁到n=3能级
用能量为14.0 eV的光子照射,不能使处于基态的氢原子电离
三、非选择题(本题共5小题,共52分)
11.(6分)(2024·福建宁德高二期中)氢原子能级的结构示意图如图所示,一群处于n=4能级的氢原子向低能级跃迁时,能　　　　(2分)(填“吸收”或“放出”)　　　(2分)种不同频率的光子,这些光子中最大的能量为　　　　(2分)eV。
12.(6分)美国物理学家密立根利用实验最先测出了电子的电荷量,该实验被称为密立根油滴实验。如图所示,两块水平放置的金属板A、B分别与电源的正、负极相连,板间产生匀强电场,方向竖直向下,板间油滴P由于带负电悬浮在两板间保持静止。
(1)若要测出该油滴的电荷量,需要测出的物理量有　　　　(2分)。
A.两板的长度L B.油滴质量m
C.两板间的电压U D.两板间的距离d
(2)用所测量的物理量表示出该油滴的电荷量　　　　(2分)(已知重力加速度为g)。
(3)若要使原本静止的油滴落到下极板,则下列做法可行的有　　　　(2分)。
A.保持两极板间电压不变,把下极板向下移
B.断开电源,把下极板向右移
C.断开电源,把下极板向下移
D.断开电源,把下极板向上移
13.(12分)氢原子光谱除了巴耳末系外,还有赖曼系、帕邢系等,其中帕邢系的公式为=R(-)(n=4,5,6,…),R=1.10×107 m-1。若已知帕邢系的氢原子光谱在红外线区域,则
(1)(6分)n=6时,对应的红外线波长为多少
(2)(6分)帕邢系形成的谱线所对应的红外线在真空中的波速为多少 n=6时,频率为多大
14.(12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,氢原子的能级示意图如图所示(电子电荷量e=1.6×10-19 C,电子质量m=0.91×10-30 kg,普朗克常量h=6.63×10-34 J·s)。
(1)(6分)若要使n=2能级的氢原子电离,至少要用多大频率的电磁波照射该氢原子
(2)(6分)若用波长为200 nm的紫外线照射n=2能级的氢原子,则电子飞到离核无穷远处时的速度为多大
15.(16分)在弗兰克—赫兹实验中,电子碰撞原子,原子吸收电子的动能从低能级跃迁到高能级。假设改用质子碰撞氢原子来实现氢原子的能级跃迁,实验装置如图甲所示。紧靠电极A的O点处的质子经电压为U1的电极AB加速后,进入两金属网电极B和C之间的等势区。在BC区质子与静止的氢原子发生碰撞,氢原子吸收能量由基态跃迁到激发态。质子在碰撞后继续运动进入CD减速区,若质子能够到达电极D,则在电流表上可以观测到电流脉冲。已知质子质量mp与氢原子质量mH均为m,质子的电荷量为e,氢原子能级示意图如图乙所示,忽略质子在O点时的初速度,质子和氢原子只发生一次正碰。
　　　　　　　　甲　　　　　　　　　　　　　　　　乙
(1)(5分)求质子到达电极B时的速度v0;
(2)(5分)假定质子和氢原子碰撞时,质子初动能的被氢原子吸收用于能级跃迁。要出现电流脉冲,求CD间电压U2与U1应满足的关系式;
(3)(6分)要使碰撞后氢原子从基态跃迁到第一激发态,求U1的最小值。
章末测评验收卷(四)　原子结构
1.B　[阴极射线是电子，汤姆孙测出了电子的比荷，密立根精确测定了电子电荷量，A错误；汤姆孙认为原子是实心球体，电子均匀镶嵌在实心球内，正电荷是弥漫性分布于球内；该理论无法解释α粒子散射现象，后被卢瑟福核式结构模型所取代，B正确；α粒子散射实验可以估测出原子核尺度数量级为10－15 m，C错误；卢瑟福根据α粒子散射实验指出原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在一个很小的区域——原子核，电子绕核做圆周运动，D错误。]
2.C　[根据连续光谱的产生，炽热的固体、液体和高压气体发出的光形成连续光谱，A错误；气体发光，若为高压气体则产生连续光谱，若为稀薄气体则产生线状光谱，B错误；光谱分析是用元素的特征谱线与光谱对比来分析物体的化学成分，故光谱分析非常灵敏与迅速，C正确；进行光谱分析，必须利用线状光谱和吸收光谱，连续光谱不行，D错误。]
3.D　[电磁波的频率越高具有的能量越高，选项A错误；吸收了电磁波的氢原子处于的状态叫激发态，选项B错误；氢原子吸收的电磁波与释放的电磁波频率是相等的，从而形成核磁共振信号，选项C错误；根据玻尔理论可知，氢原子只能吸收某些特定频率的电磁波然后才能发生跃迁，最后以电磁波的形式释放出来，选项D正确。]
4.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。]
5.D　[从n＝4能级向n＝3能级跃迁时辐射的光子能量最小，波长最长，所以Emin＝h＝E4－E3＝0.66 eV，从n＝4能级向n＝1能级跃迁时辐射的光子能量最大，波长最短，所以Emax＝h＝E4－E1＝12.75 eV，由以上两式解得≈19，故D正确。]
6.C　[因为μ氢原子发出6种不同频率的光子，根据＝6，知n＝4。μ氢原子处于第4能级，所以吸收的光子能量E＝E4－E2。又频率为ν1、ν2、ν3、ν4、ν5和ν6的光子频率依次增大，易知频率为ν1、ν2、ν3、ν4、ν5和ν6的光子分别由n＝4到n＝3、n＝3到n＝2、n＝4到n＝2、n＝2到n＝1、n＝3到n＝1、n＝4到n＝1跃迁辐射发出，所以E＝E4－E2＝hν3，故C正确，A、B、D错误。]
7.AD　[在α粒子散射实验中，大多数α粒子在穿过金箔后几乎没有偏转，故A正确；在α粒子散射实验中，有些α粒子发生大角度偏转是受到了原子核的斥力，故B错误；玻尔将量子概念引入原子模型，比较圆满地解释了氢原子和类氢原子的光谱，故C错误；根据玻尔的原子理论轨道假设，核外电子绕核运动的不同轨道对应原子的各能量状态，故D正确。]
8.AB　[荧光探针发光原理是：荧光探针吸收一定波长的光子后，原子从低能级跃迁到高能级，而处于高能级的原子不稳定，又从高能级向低能级跃迁，发出光子的能量等于两个能级间的能量差，由于能级的不连续性，因此发出的光谱是不连续的线状光谱，A正确；由于从最高能级向低能级跃迁时，有多种可能，其中放出的荧光光子能量最大值等于入射光子的能量，其他荧光光子的能量小于入射光子的能量，由于E＝hν＝h，因此荧光波长可能大于入射光的波长，B正确，C错误；红外线光子的能量较小，不能使荧光探针发光，D错误。]
9.CD　[设第三种光的波长为λ3，若λ1最小，则有h＝h＋h，解得λ3＝，若λ3最小，则有h＝h＋h，解得λ3＝，故C、D正确。]
10.AB　[一个氢原子由激发态跃迁到基态后，释放光子，则该原子的能量一定减少，故A正确；一群处于n＝5能级的氢原子最多能放出不同频率的光为N＝＝10，故B正确；处于n＝2能级的氢原子跃迁到n＝3能级，则吸收光子能量为ΔE＝E3－E2＝－1.51 eV－(－3.40 eV)＝1.89 eV，故C错误；由于14.0 eV>13.6 eV，则用能量为14.0 eV的光子照射，能使处于基态的氢原子电离，故D错误。]
11.放出　6　12.75　[一群处于n＝4能级的氢原子向低能级跃迁时，最多可以放出不同频率的光子数为C＝6；氢原子从n＝4能级向基态跃迁时放出的光子的能量最大为Em＝－0.85 eV－(－13.6 eV)＝12.75 eV。]
12.(1)BCD　(2)　(3)A　[(1)平行金属板间存在匀强电场，油滴恰好处于静止状态，电场力与重力平衡，则有mg＝qE＝，所以需要测出的物理量有油滴质量m，两板间的电压U，两板间的距离d，故选B、C、D。
(2)根据平衡条件可得mg＝qE＝，则油滴的电荷量为q＝。
(3)若要使原本静止的油滴落到下极板，减小电场力即可。保持两极板间电压U不变，把下极板向下移，即增大极板间距，根据E＝可知，电场强度减小，则电场力减小，因此油滴可落到下极板，A正确；断开电源，金属板所带电荷量Q不变，根据C＝、C＝及 E＝可得E＝，则把下极板向下移或把下极板向上移，两板间距离变化，但两板间电场强度不变，油滴仍处于静止状态；断开电源，把下极板向右移，S减小，两板间电场强度增大，油滴会上升，故B、C、D错误。]
13.(1)1.09×10－6 m　(2)3×108 m/s　2.75×1014 Hz
解析　(1)根据帕邢系公式
＝R(－)(n＝4，5，6，…)
当n＝6时，有λ≈1.09×10－6 m。
(2)帕邢系形成的谱线在红外线区域，而红外线属于电磁波，在真空中以光速传播
即波速为光速c＝3×108 m/s
n＝6时，对应红外线的频率为
ν＝＝ Hz＝2.75×1014 Hz。
14.(1)8.21×1014 Hz　(2)9.95×105 m/s
解析　(1)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，最小的电磁波的光子能量应为
E＝0－(－3.4 eV)＝3.4 eV
则所用电磁波的频率为ν＝＝8.21×1014 Hz。
(2)波长为200 nm的紫外线一个光子所具有的能量为
E0＝h＝9.95×10－19 J
处于n＝2能级的电离能为ΔE＝3.4×1.6×10－19 J＝5.44×10－19 J
由能量守恒定律有E0－ΔE＝Ek
解得Ek＝4.51×10－19 J
又Ek＝mv2，解得v＝9.95×105 m/s。
15.(1)　(2)U2≤U1　(3)20.4 V
解析　(1)根据动能定理有
eU1＝mv
解得质子到达电极B时的速度
v0＝。
(2)质子和氢原子碰撞，设碰后质子速度为v1，氢原子速度为v2，由动量守恒定律有
mv0＝mv1＋mv2
由能量守恒定律有
mv＝mv＋mv＋×mv
解得v1＝v0，v2＝v0
质子在CD减速区eU2≤mv
联立解得U2≤U1。
(3)要使碰撞后氢原子从基态跃迁到第一激发态，则需要能量最小为ΔE＝E2－E1＝10.2 eV
碰撞过程有mv0′＝mv1′＋mv2′
mv0′2＝mv1′2＋mv2′2＋ΔE
分析可知，当v1′＝v2′时，损失机械能最大，被吸收的能量最大，此时
eU1′＝mv0′2＝20.4 eV
解得U1′＝20.4 V。(共33张PPT)
章末测评验收卷(四)
(时间：75分钟　满分：100分)
B
1.关于原子模型及其建立过程叙述正确的是 (　　)
A.阴极射线是电子，汤姆孙测出了电子的比荷，并精确测定了电子电荷量
B.汤姆孙认为原子是实心球体，电子均匀镶嵌在实心球内，正电荷是弥漫性分布于球内；该理论无法解释α粒子散射现象，后被卢瑟福核式结构模型所取代
C.α粒子散射实验可以估测出原子核尺度数量级为10－10 m
D.卢瑟福根据α粒子散射实验指出原子的全部正电荷和全部质量都集中在一个很小的区域——原子核，电子绕核做圆周运动，库仑力提供向心力
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)
解析　阴极射线是电子，汤姆孙测出了电子的比荷，密立根精确测定了电子电荷量，A错误；汤姆孙认为原子是实心球体，电子均匀镶嵌在实心球内，正电荷是弥漫性分布于球内；该理论无法解释α粒子散射现象，后被卢瑟福核式结构模型所取代，B正确；α粒子散射实验可以估测出原子核尺度数量级为10－15 m，C错误；卢瑟福根据α粒子散射实验指出原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在一个很小的区域——原子核，电子绕核做圆周运动，D错误。
C
2.下列有关光谱问题的论述正确的是(　　)
A.熔化的钢水发出的光通过分光镜所得到的是线状光谱
B.气体发出的光只能产生线状光谱
C.光谱分析的优点是非常灵敏与迅速
D.进行光谱分析，可以用连续光谱，也可以用吸收光谱
解析　根据连续光谱的产生，炽热的固体、液体和高压气体发出的光形成连续光谱，A错误；气体发光，若为高压气体则产生连续光谱，若为稀薄气体则产生线状光谱，B错误；光谱分析是用元素的特征谱线与光谱对比来分析物体的化学成分，故光谱分析非常灵敏与迅速，C正确；进行光谱分析，必须利用线状光谱和吸收光谱，连续光谱不行，D错误。
D
3.核磁共振成像(缩写为MRI)是一种人体不接触放射线，可进行人体多部位检查的医疗影像技术。基本原理是：外来电磁波满足一定条件时，可使处于强磁场中的人体内含量最多的氢原子吸收电磁波的能量，去掉外来电磁波后，吸收了能量的氢原子又把这部分能量以电磁波的形式释放出来，形成核磁共振信号。关于人体内氢原子吸收的电磁波能量，正确的是(　　)
A.电磁波的频率越高具有的能量越低
B.吸收了电磁波的氢原子处于的状态叫基态
C.氢原子吸收的电磁波与释放的电磁波频率不相等
D.氢原子只能吸收某些特定频率的电磁波
解析　电磁波的频率越高具有的能量越高，选项A错误；吸收了电磁波的氢原子处于的状态叫激发态，选项B错误；氢原子吸收的电磁波与释放的电磁波频率是相等的，从而形成核磁共振信号，选项C错误；根据玻尔理论可知，氢原子只能吸收某些特定频率的电磁波然后才能发生跃迁，最后以电磁波的形式释放出来，选项D正确。
C
4.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(　　)
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。
D
5.氢原子能级示意图如图所示。大量处于n＝4能级的氢原子，向低能级跃迁会辐射多种波长的光子，这些光子的最长和最短波长分别为λ1、λ2，则λ1与λ2的比值约为(　　)
A.4 B.15
C.18 D.19
C
6.μ子与氢原子核(质子)构成的原子称为μ氢原子，它在原子核物理的研究中有重要作用。如图为μ氢原子的能级结构示意图，假定光子能量为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的光子，且频率依次增大，则E等于(　　)
A.h(ν3－ν1) B.h(ν3＋ν1)
C.hν3 D.hν4
AD
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.卢瑟福通过α粒子散射现象的研究，提出了原子的核式结构模型，把原子结构的研究引上了正确的轨道。下列说法正确的是(　　)
A.在α粒子散射实验中，大多数α粒子在穿过金箔后几乎没有偏转
B.在α粒子散射实验中，有些α粒子发生大角度偏转是受到了核外电子的引力
C.玻尔将量子概念引入原子模型，比较圆满地解释了所有原子的光谱
D.根据玻尔的原子理论，核外电子绕核运动的不同轨道对应原子的各能量状态
解析　在α粒子散射实验中，大多数α粒子在穿过金箔后几乎没有偏转，故A正确；在α粒子散射实验中，有些α粒子发生大角度偏转是受到了原子核的斥力，故B错误；玻尔将量子概念引入原子模型，比较圆满地解释了氢原子和类氢原子的光谱，故C错误；根据玻尔的原子理论轨道假设，核外电子绕核运动的不同轨道对应原子的各能量状态，故D正确。
AB
8.2022年5月，我国多家公司宣布已研制出猴痘病毒核酸检测(PCR—荧光探针法)试剂盒，该试剂盒可以快速检测出猴痘病毒。荧光探针发出荧光的原理是：当荧光探针被一定波长的光照射时，荧光探针中的原子被激发，由低能级跃迁到较高能级，经过较短时间后荧光探针便可发出荧光。下列说法正确的是(　　)
A.荧光光谱是线状光谱
B.荧光波长可能大于入射光的波长
C.荧光光子能量一定小于入射光光子的能量
D.红外线可使荧光探针发光
CD
9.(2024·山东济南高二期末)如图所示为氢原子能级图，大量处于第3能级的氢原子跃迁时发出三种不同波长的光，其中两种光的波长分别为λ1和λ2，且λ1<λ2，则第三种光的波长可能是(　　)
AB
10.(2024·河南驻马店市期末)如图为氢原子的能级示意图，则下列说法正确的是(　　)
A.一个氢原子由激发态跃迁到基态后，该原子的能量一
定减少
B.一群处于n＝5能级的氢原子最多能放出10种不同频率
的光
C.处于n＝2能级的氢原子吸收2.10 eV的光子可以跃迁到
n＝3能级
D.用能量为14.0 eV的光子照射，不能使处于基态的氢原子电离
三、非选择题(本题共5小题，共52分)
11.(6分)(2024·福建宁德高二期中)氢原子能级的结构示意图如图所示，一群处于n＝4能级的氢原子向低能级跃迁时，能________(填“吸收”或“放出”)________种不同频率的光子，这些光子中最大的能量为________eV。
答案　放出　6　12.75
解析　一群处于n＝4能级的氢原子向低能级跃迁时，最多可以放出不同频率的光子数为C＝6；氢原子从n＝4能级向基态跃迁时放出的光子的能量最大为Em＝－0.85 eV－(－13.6 eV)＝12.75 eV。
12.(6分)美国物理学家密立根利用实验最先测出了电子的电荷量，该实验被称为密立根油滴实验。如图所示，两块水平放置的金属板A、B分别与电源的正、负极相连，板间产生匀强电场，方向竖直向下，板间油滴P由于带负电悬浮在两板间保持静止。
(1)若要测出该油滴的电荷量，需要测出的物理量
有________。
A.两板的长度L B.油滴质量m
C.两板间的电压U D.两板间的距离d
(2)用所测量的物理量表示出该油滴的电荷量________(已知重力加速度为g)。
(3)若要使原本静止的油滴落到下极板，则下列做法可行的有________。
A.保持两极板间电压不变，把下极板向下移
B.断开电源，把下极板向右移
C.断开电源，把下极板向下移
D.断开电源，把下极板向上移
(1)n＝6时，对应的红外线波长为多少？
(2)帕邢系形成的谱线所对应的红外线在真空中的波速为多少？ n＝6时，频率为多大？
答案　(1)1.09×10－6 m　(2)3×108 m/s 2.75×1014 Hz
14.(12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，氢原子的能级示意图如图所示(电子电荷量e＝1.6×10－19 C，电子质量m＝0.91×10－30 kg，普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s)。
(1)若要使n＝2能级的氢原子电离，至少要用多大频率的电磁波照射该氢原子？
(2)若用波长为200 nm的紫外线照射n＝2能级的氢原子，则电子飞到离核无穷远处时的速度为多大？
答案　(1)8.21×1014 Hz　(2)9.95×105 m/s
解析　(1)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，最小的电磁波的光子能量应为
E＝0－(－3.4 eV)＝3.4 eV
处于n＝2能级的电离能为ΔE＝3.4×1.6×10－19 J＝5.44×10－19 J
由能量守恒定律有E0－ΔE＝Ek
解得Ek＝4.51×10－19 J
15.(16分)在弗兰克—赫兹实验中，电子碰撞原子，原子吸收电子的动能从低能级跃迁到高能级。假设改用质子碰撞氢原子来实现氢原子的能级跃迁，实验装置如图甲所示。紧靠电极A的O点处的质子经电压为U1的电极AB加速后，进入两金属网电极B和C之间的等势区。在BC区质子与静止的氢原子发生碰撞，氢原子吸收能量由基态跃迁到激发态。质子在碰撞后继续运动进入CD减速区，若质子能够到达电极D，则在电流表上可以观测到电流脉冲。已知质子质量mp与氢原子质量mH均为m，质子的电荷量为e，氢原子能级示意图如图乙所示，忽略质子在O点时的初速度，质子和氢原子只发生一次正碰。
甲
乙
甲
乙
甲
乙
甲
乙
甲
乙
(3)要使碰撞后氢原子从基态跃迁到第一激发态，
则需要能量最小为ΔE＝E2－E1＝10.2 eV
碰撞过程有mv0′＝mv1′＋mv2′
分析可知，当v1′＝v2′时，损失机械能最大，被吸收的能量
最大，此时

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