第3章 原子世界探秘 章末检测试卷（含答案）

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1、章末检测试卷章末检测试卷(三三) (时间：90 分钟 满分：100 分) 一、选择题(本题共 12 小题，每小题 4 分，共计 48 分.19 题为单项选择题，1012 题为多 项选择题全部选对的得 4 分，选对但不全的得 2 分，有选错或不选的得 0 分) 1下列叙述中符合物理学史的有( ) A汤姆生通过研究阴极射线实验发现了电子和质子的存在 B卢瑟福通过对 粒子散射实验现象的分析，证实了原子核是可以再分的 C牛顿发现了日光通过三棱镜后的色散现象，并把得到的彩色光带叫做光谱 D玻尔提出的原子模型，彻底否定了卢瑟福的原子核式结构学说 答案 C 解析 汤姆生通过研究阴极射线发现了电子，A 错误；

2、卢瑟福通过对 粒子散射实验现象的 分析，得出了原子的核式结构模型，B 错；17 世纪，牛顿发现了日光通过三棱镜后的色散现 象，并将实验得到的彩色光带叫做光谱，C 正确；玻尔的原子模型是在核式结构模型的基础 上提出的几条假设，并没有彻底否定核式结构学说，D 错误 2当 粒子穿过金箔发生大角度偏转的过程中，下列说法正确的是( ) A 粒子先受到原子核的斥力作用，后受原子核的引力作用 B 粒子一直受到原子核的斥力作用 C 粒子先受到原子核的引力作用，后受到原子核的斥力作用 D 粒子一直受到库仑斥力，速度一直减小 答案 B 解析 粒子与金原子核带同种电荷，两者相互排斥，故 A、C 错误，B 正确； 粒

3、子在靠近 金原子核时斥力做负功，速度减小，远离时斥力做正功，速度增大，故 D 错误 3仔细观察氢原子的光谱，发现它只有几条分离的不连续的亮线，其原因是( ) A氢原子只有几个能级 B氢原子只能发出平行光 C氢原子有时发光，有时不发光 D氢原子辐射的光子的能量是不连续的，所以对应的光的频率也是不连续的 答案 D 解析 氢原子在不同的能级之间跃迁时， 辐射出不同能量的光子， 并且满足 Eh.能量不同， 相应光子频率不同，体现在光谱上是一些不连续的亮线 4关于线状谱，下列说法中正确的是( ) A每种原子处在不同温度下发光的线状谱不同 B每种原子处在不同的物质中的线状谱不同 C每种原子在任何条件下发光

4、的线状谱都相同 D两种不同的原子发光的线状谱可能相同 答案 C 解析 每种原子都有自己的结构，只能发出由内部结构决定的自己的特征谱线，不会因所处 温度、物质的不同而改变，选项 C 正确 5氦原子被电离失去一个核外电子，形成类氢结构的氦离子已知基态的氦离子能量为 E1 54.4 eV，氦离子的能级示意图如图 1 所示以下关于该基态氦离子的说法中正确的是 ( ) 图 1 A该基态氦离子吸收某种光子发生跃迁，当能量为 E43.4 eV 时，氦离子最稳定 B能量为 48.4 eV 的光子，能被该基态氦离子吸收而发生跃迁 C一个该基态氦离子吸收能量为 51.0 eV 的光子后，向低能级跃迁能辐射出 6

5、种不同频率的 光子 D该基态氦离子吸收一个光子后，核外电子的动能增大 答案 B 解析 原子处于最低能量状态时最稳定，选项 A 错误；吸收能量为 48.4 eV 的光子，则氦离 子能量为6.0 eV，能跃迁到 n3 能级，选项 B 正确；一个处于基态的氦离子吸收能量为 51.0 eV 的光子后，能量为3.4 eV，然后从 n4 能级跃迁到 n1 能级，最多可释放 3 种不 同频率的光子，选项 C 错误；基态氦离子吸收一个光子后，由低能级向高能级跃迁，核外电 子的轨道半径增大，根据 ke 2 r2m v2 r 得 v ke2 mr，轨道半径增大，则核外电子的速度减小，动 能减小，选项 D 错误 6

6、氢原子从 n3 的能级跃迁到 n2 的能级放出光子的频率为 ，则它从基态跃迁到 n4 的能级吸收的光子的频率为( ) A.4 9 B. 3 4 C. 25 16 D. 27 4 答案 D 解析 氢原子从 n3 的能级跃迁到 n2 的能级， hE3E2E1 9 E1 4 5 36E1 则从基态跃迁到 n4 的能级，吸收光子能量 hE4E1E1 16E1 15 16E1 由得 27 4 ，选项 D 正确 7如图 2 所示是某原子的能级图，a、b、c 为原子跃迁时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( ) 图 2 答案 C 解析 由能级图及 EmEn

7、h 知， E3E1E2E1E3E2，即 acb， 又 c ，知 acb，所以选项 C 正确 8.如图3所示为玻尔提出的氢原子能级图， 现有一个装有大量处于n3能级氢原子的发光管， 利用该发光管发出的光线照射金属钙表面已知金属钙的逸出功为 3.2 eV，可见光光子的能 量范围介于 1.613.10 eV 之间，则下列结论正确的是( ) 图 3 A氢原子向外辐射的不同频率的光子有 6 种 B能够看到发光管发出的两种光 C发光管发出的所有光子均能使金属钙发生光电效应 D氢原子辐射光子后电子绕核运动的动能增大，电势能减小 答案 D 解析 氢原子从 n3 能级跃迁到 n2 能级释放的光子能量为1.51

8、eV(3.40 eV)1.89 eV，从 n3 能级跃迁到 n1 能级释放的光子的能量为1.51 eV(13.60 eV)12.09 eV， 从 n2 能级跃迁到 n1 能级释放的光子的能量为3.40 eV(13.60 eV)10.20 eV，故氢 原子向外辐射 3 种频率的光子， 其中光子能量介于 1.613.10 eV 之间的只有一种， 发光管只 能发出一种可见光，光子能量大于钙的逸出功的有两种，所以不是发光管发出的所有光子都 能使钙发生光电效应，故 A、B、C 错误；氢原子向外辐射光子后，核外电子运动轨道半径 减小，动能增大，库仑力做正功，电势能减小，故 D 正确 9已知氢原子的基态能量

9、为 E1，不同能级的能量 EnE1 n2，其中 n1,2,3.用 h 表示普朗克 常量，c 表示真空中的光速能使氢原子从第一激发态电离的光子的最大波长为( ) A4hc 3E1 B2hc E1 C4hc E1 D9hc E1 答案 C 解析 依题意可知第一激发态能量为 E2E1 22，要将其电离，需要的能量至少为 E0E2 h，根据波长、频率与波速的关系 c，联立解得最大波长 4hc E1 ，选项 C 正确 10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

10、一定频率的光子 答案 BD 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 ke 2 r2m v2 r 得 Ek1 2mv 2ke 2 2r ，知电子的动能变大，由 En 13.6 n2 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要放出一定频率 的光子，C 错，D 对 11已知金属钙的逸出功为 2.7 eV，氢原子的能级图如图 4 所示，一群氢原子处于量子数 n 4 的能级状态，则( ) 图 4 A氢原子可能辐射 6 种频率的光子 B氢原子可能辐射 8 种频率的光子 C有 3 种频率的辐射光子能使钙

11、发生光电效应 D有 4 种频率的辐射光子能使钙发生光电效应 答案 AC 解析 由 Nnn1 2 知，氢原子可能放出 6 种频率的光子，选项 A 正确，B 错误；原子由 n 4 能级向低能级跃迁放出的 6 种频率的光子中，由 hEmEn知有 3 种频率的光子能量大 于金属钙的逸出功 2.7 eV，所以选项 C 正确，D 错误 12如图 5 所示是氢原子光谱的两条谱线，图中给出了谱线对应的波长及氢原子的能级图， 已知普朗克常量 h6.6310 34 J s，则( ) 图 5 AH谱线对应光子的能量小于 H谱线对应光子的能量 B若两种谱线对应光子都能使某种金属发生光电效应，则 H谱线对应光子照射到该

12、金属表 面时，形成的光电流较小 CH谱线对应光子的能量为 1.89 eV DH谱线对应的光子是氢原子从 n4 能级跃迁到 n3 能级发出的 答案 AC 解析 H谱线的波长大于 H谱线的波长， 故 H谱线的频率较小， H谱线对应光子的能量小 于 H谱线对应光子的能量，选项 A 正确；光电流与光的强度有关，与光的频率无关，选项 B 错误；H谱线对应光子的能量为 Ehc 3.0310 19 J1.89 eV，选项 C 正确；氢原子从 n 4 能级跃迁到 n3 能级释放的光子能量为 E4E30.66 eV，选项 D 错误 二、填空题(本题共 2 小题，共计 12 分) 13.(6 分)氢原子的能级图如

13、图 6 所示，一群氢原子处在 n4 的能级上，向低能级跃迁时，最 多能辐射出_种光子；用这些光子照射逸出功为 W04.54 eV 的金属钨时，能使其发生 光电效应的有_种光子 图 6 答案 6(3 分) 3(3 分) 解析 处在 n4 能级上的氢原子最多能辐射出 N43 2 6 种光子，能量大于 4.54 eV 的有 n4n1、n3n1、n2n1 跃迁时发出的 3 种光子 14.(6 分)根据玻尔原子结构理论，氦离子(He )的能级图如图 7 所示电子处在 n3 轨道上 比处在 n5 轨道上离氦核的距离_(选填“近”或“远”)当 He 处在 n4 的激发态向 基态跃迁时辐射光子的能量为_ eV

14、. 图 7 答案 近(3 分) 51(3 分) 解析 量子数越大， 轨道越远， 电子处在 n3 轨道上比处在 n5 轨道上离氦核的距离要近； 由 EE4E1知：E3.40 eV(54.4 eV)51 eV. 三、计算题(本题共 3 个小题，共 40 分) 15(12 分)氢原子的基态能量 E113.6 eV，电子绕核运动的半径 r10.5310 10 m，已知 电子电荷量 e1.610 19 C，静电力常量 k9.0109 N m2/c2.则氢原子处于 n2 的激发态 时， (1)原子系统具有的能量是多少？ (2)电子轨道上运动的动能为多少？(结果保留两位有效数字) (3)电子具有电势能为多少

15、？ 答案 (1)3.4 eV (2)3.4 eV (3)6.8 eV 解析 (1)由 EnE1 n2可得 E2 13.6 22 eV3.4 eV，即为原子系统的能量(4 分) (2)由 Fke 2 r22 mv 2 r2 得，Ek21 2mv 2ke 2 2r2 ke2 8r1，(4 分) 代入数据，解得 Ek23.4 eV，(1 分) 即电子在轨道上的动能为 3.4 eV. (3)由 EpnEnEkn，得 Ep2E2Ek26.8 eV，即电子具有的电势能为6.8 eV.(3 分) 16(12 分)一群氢原子处于 n4 的能级状态，氢原子的能级图如图 8 所示，则： 图 8 (1)这群氢原子最

16、多能发射几种频率的光子？ (2)氢原子由量子数 n4 的能级跃迁到 n2 的能级时辐射光子的能量是多少？(单位：eV) (3)用(2)中的光子照射下表中几种金属，哪些金属能发生光电效应？发生光电效应时，发射光 电子的最大初动能是多大？(单位：eV) 金属 铯 钙 镁 钛 逸出功 W/eV 1.9 2.7 3.7 4.1 答案 (1)6 种 (2)2.55 eV (3)铯 0.65 eV 解析 (1)因为 C246，知这群氢原子最多能发射 6 种频率的光子(3 分) (2)氢原子由 n4 的能级跃迁到 n2 的能级时辐射光子的能量等于两级间的能级差，(2 分) 即 EE4E20.85 eV(3.

17、4 eV)2.55 eV.(2 分) (3)E 只大于铯的逸出功，故光子只有照射铯金属才能发生光电效应(2 分) 根据光电效应方程 hWEkm得， EkmhW2.55 eV1.9 eV0.65 eV.(3 分) 17(16 分)氢原子处于基态时，原子的能量为 E113.6 eV，当处于 n3 的激发态时，能 量为 E31.51 eV，则：(普朗克常量 h6.6310 34 J s，结果保留三位有效数字) (1)当氢原子从 n3 的激发态跃迁到 n1 的基态时，向外辐射的光子的波长是多少？ (2)若要使处于基态的氢原子电离，至少要用多大频率的电磁波照射原子？ (3)若有大量的氢原子处于 n3 的

18、激发态，则在跃迁过程中最多能释放出几种频率的光子？ 其中波长最长是多少？ 答案 (1)1.0310 7 m (2)3.281015 Hz (3)3 种 6.5810 7 m 解析 (1)根据玻尔理论 E3E1hc (2 分) hc E3E1 6.6310 343108 1.5113.61.610 19 m 1.0310 7 m(2 分) (2)要使处于基态的氢原子电离，入射光子须满足 h0E1(2 分) 解得入射光子的频率 E1 h 13.61.610 19 6.6310 34 Hz 3.281015 Hz.(2 分) (3)当大量氢原子处于 n3 能级时， 在跃迁过程中最多能释放出的光子种类为 Nnn1 2 3 种(2 分) 由于 E2E1 22 13.6 eV 4 3.4 eV(2 分) 氢原子由 n3 能级向 n2 能级跃迁时放出的光子波长最长，设为 ，则 h c E3E2(2 分) 所以 hc E3E2 6.6310 343108 1.513.41.610 19 m 6.5810 7 m(2 分)