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【单元测试 全程方略 人教】2013年高中物理选修3-5：第十八章 原子结构 单元质量评估（含详解）

上传时间: 2014-08-23

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单元质量评估（三）
第十八章
(90分钟　100分)
一、选择题(本大题共 10 小题，每小题 4分，共40分。每小题至少一个选项符合题意)
1.关于阴极射线的性质，下列说法正确的是(    )
A.阴极射线是电子打在玻璃管壁上产生的
B.阴极射线本质是电子
C.阴极射线在电磁场中的偏转，表明阴极射线带正电
D.阴极射线的比荷比氢原子核小
2.20世纪初，为了研究物质内部的结构，物理学家做了大量的实验，揭示了原子内部的结构，发现了电子、中子和质子，如图是(    )

A.卢瑟福的α粒子散射实验装置 B.卢瑟福发现质子的实验装置
C.汤姆孙发现电子的实验装置 D.查德威克发现中子的实验装置
3.卢瑟福通过α粒子散射实验，判断出原子的中心有一个很小的核，并由此提出了原子的核式结构。如图所示的平面示意图中，①、②两条实线表示α粒子运动的轨迹，则沿③所示方向射向原子核的α粒子可能的运动轨迹为虚线中www.21-cn-jy.com
的(    )

4.(2012·武汉高二检测)在α粒子穿过金箔发生大角度散射的过程中，下列说法正确的是(    )
A.α粒子一直受到金原子核的斥力作用
B.α粒子的动能不断减小[来源:]
C.α粒子的电势能不断增大
D.α粒子发生散射，是与电子碰撞的结果
5.氢原子的能级示意图如图所示，不同色光的光子能量如下表所示。


处于某激发态的氢原子，发射的光的谱线在可见光范围内仅有2条，其颜色分别为(    )
A.红、蓝 B.黄、绿
C.红、紫 D.蓝、紫
6.(2012·济宁高二检测)在玻尔的原子模型中，比较氢原子所处的量子数n=1及n=2的两个状态，若用E1、E2表示氢原子对应n=1、n=2的能量，r1、r2表示氢原子核外电子对应n=1、n=2的轨道半径，则(    )【来源：21·世纪·教育·网】
A.E2>E1，r2>r1
B.E2>E1，r2<r1
C.E2<E1，r2>r1
D.E2<E1，r2<r1
7.可见光光子的能量在1.61 eV～3.10 eV范围内。如图所示，氢原子从第4能级跃迁到低能级的过程中，根据氢原子能级图可判断(    )21·世纪*教育网

A.从第4能级跃迁到第3能级将释放出紫外线
B.从第4能级跃迁到第3能级放出的光子，比从第4能级直接跃迁到第2能级放出的光子频率更高
C.从第4能级跃迁到第3能级放出的光子，比从第4能级直接跃迁到第1能级放出的光子波长更长
D.氢原子从第4能级跃迁到第3能级时，原子要吸收一定频率的光子，原子的能量增加
8.氢原子巴耳末系中最短波长是(    )
A.R/4
B.4/R
C.4R/3
D.4/3R
9.如图甲所示为氢原子的能级图,图乙为氢原子的光谱。已知谱线a是氢原子从n=4的能级跃迁到n=2的能级时的辐射光,则谱线b是氢原子(    )2-1-c-n-j-y

A.从n=3的能级跃迁到n=2的能级时的辐射光
B.从n=5的能级跃迁到n=2的能级时的辐射光
C.从n=4的能级跃迁到n=3的能级时的辐射光
D.从n=5的能级跃迁到n=3的能级时的辐射光
10.氢原子从能量为E1的较高激发态跃迁到能量为E2的较低激发态，设真空中的光速为c，则(    )　　21*cnjy*com
A.吸收光子的波长为
B.辐射光子的波长为
C.吸收光子的波长为
D.辐射光子的波长为
二、实验题(本大题共2小题，共14分)
11.(2012·大足高二检测)(6分)如图所示，四个示意图所表示的实验中能说明原子核式结构的是_______。【来源：21cnj*y.co*m】

12.(8分)带电粒子的比荷是一个重要的物理量，某中学物理兴趣小组设计了一个实验，探究电场和磁场对电子运动轨迹的影响，以求得电子的比荷。实验装置如图所示。他们的实验步骤如下：

(1)加速电场正、负极间加电压U1,偏转电极间不加电压，在荧光屏中央的O′处观察到一个亮点。
(2)在偏转电极间加一上为负极下为正极、大小为U2的电压，在荧光屏的P处观察到亮点。
(3)保持偏转电极间的电压U2不变，改为上为正极下为负极，在偏转电极间加一水平向里的大小为B的匀强磁场，恰好荧光屏上的亮点在O′，若偏转电极间的距离为d，则电子比荷的表达式是________。
三、计算题(本大题共4小题，共 46 分，要有必要的文字说明和解题步骤，有数值计算的要注明单位)
13.(8分)氢原子第n能级的能量为En=，其中E1是基态能量，n=1,2…若一氢原子发射能量为的光子后处于比基态能量高出的激发态，则氢原子发射光子前后分别处于第几能级？
14.(8分)氢原子在基态时轨道半径r1=0.53×10-10 m,能量E1=-13.6 eV。求氢原子处于基态时：21·cn·jy·com
(1)电子的动能。
(2)原子的电势能。
15.(14分)已知金原子的原子序数为79，在α粒子散射实验中，α粒子离金原子的最近距离为10-13 m，则α粒子离金原子距离最近时受到的库仑力有多大？该库仑力对α粒子产生的加速度有多大？(已知α粒子的电荷量qα=2e，质量mα=6.64×10-27 kg)【出处：21教育名师】
16.(16分)氢原子处于基态时，原子能量E1=-13.6 eV，已知电子电量e=1.6×10-19 C，电子质量m=0.91×10-30 kg，氢的核外电子的第一条可能轨道的半径为r1=0.53×10-10 m。21教育名师原创作品
(1)若要使处于n=2能级的氢原子电离，至少要用频率多大的电磁波照射氢原子？
(2)氢原子核外电子的绕核运动可等效为一环形电流，则氢原子处于n=2的激发态时，核外电子运动的等效电流多大？21*cnjy*com
(3)若已知钠的极限频率为6.00×1014 Hz，今用一群处于n=4的激发态的氢原子发射的光谱照射钠，试通过计算说明有几条谱线可使钠发生光电效应。2·1·c·n·j·y
 
 
 
 
答案解析
1.【解析】选B。在阴极射线管中管壁上出现荧光是由于阴极射线撞击的结果，并不是电子打在管壁上形成阴极射线，A错误；通过实验证明阴极射线本质上是电子，通过在电场、磁场中偏转的情况证明阴极射线带负电，B正确，C错误；由于电子与氢原子核的带电量相等，但电子质量远小于氢原子核，故D错误。www-2-1-cnjy-com
2.【解析】选A。题图是卢瑟福的α粒子散射实验装置，故正确答案为A。
3.【解析】选A。根据α粒子散射实验可知，α粒子不可能与原子核相吸引，因为它们是同种电荷，且在离原子核近时作用力大，故D不可能发生。C不发生偏转，也不可能发生。A发生大角度偏转，故A正确。
4.【解析】选A。在α粒子穿过金箔发生大角度散射的过程中，α粒子一直受到金原子核的斥力作用，A选项正确；在α粒子靠近金原子核的运动过程中，原子核的斥力做负功，动能减小，电势能增大，远离原子核的过程中，原子核的斥力做正功，动能增大，电势能减小，B、C错；电子的质量很小，不会改变α粒子的运动方向，D选项错。
5.【解析】选A。如果激发态的氢原子处于第2能级，能够发出10.2 eV的光子，不属于可见光；如果激发态的氢原子处于第3能级，能够发出12.09 eV、10.2 eV、1.89 eV的三种光子，只有1.89 eV的光子属于可见光；如果激发态的氢原子处于第4能级，能够发出12.75 eV、12.09 eV、10.2 eV、2.55 eV、1.89 eV、
0.66 eV的六种光子，1.89 eV和2.55 eV属于可见光光子能量范围，A正确。
6.【解析】选A。由玻尔理论的能级假设可知，n=1是基态，能量和半径都最小，故选项A正确。[【版权所有：21教育】
7.【解析】选C。氢原子从第4能级跃迁到第3能级释放的能量小于可见光光子的能量，A错；氢原子从第4能级跃迁到第3能级比从第4能级直接跃迁到第2能级放出的光子的能量小，所以频率低，B错；氢原子从第4能级跃迁到第3能级放出的光子，比从第4能级直接跃迁到第1能级放出的光子的能量小，所以波长更长，C正确；氢原子从第4能级跃迁到第3能级时，原子要释放一定频率的光子，原子的能量减小，D错。
8.【解析】选B。根据巴耳末公式，有，[来源:]
λ=，所以最短波长为4/R，选B。
9.【解析】选B。由图乙看出b谱线对应的光的频率大于a谱线对应的光的频率,而a谱线是氢原子从n=4的能级跃迁到n=2的能级时的辐射光,所以b谱线对应的能级差应大于n=4与n=2间的能级差,故选项B正确,其他选项错误。
10.【解析】选D。由玻尔理论的跃迁假设，当氢原子由较高的能级向较低的能级跃迁时辐射光子，故A、C错；由关系式ν=和λ=得辐射光子的波长λ=，故B错、D对。
11.【解析】图A是α粒子散射实验，反映了原子的核式结构。
答案：A
12.【解析】电子在电场中加速，由动能定理得
U1e=mev2/2,
由于电子在电场中向下偏转，所以电子带负电，电子在复合场中做匀速直线运动，电场力与磁场力平衡，U2e/d=evB，所以。
答案：
13.【解题指南】解答本题应把握以下两点：
(1)抓住各激发态与基态的关系；
(2)发出光子的能量等于能级差。
【解析】设氢原子发射光子前后分别处于第x与第y能级，则依题意有, (3分)
-E1= (3分)
由以上两式可以解得y=2,x=4。 (2分)
答案：氢原子发射光子前后分别处于第4与第2能级
14.【解题指南】解答本题应把握以下两点：
(1)电子绕原子核做圆周运动，库仑力提供向心力；
(2)氢原子的能量包括电子的动能和电势能。
【解析】(1)设处于基态的氢原子核外电子绕核运动的速度为v1,则根据玻尔理论，电子绕核做匀速圆周运动，库仑力提供向心力，则，所以电子动能Ek1= eV
=13.6 eV (4分)
(2)氢原子的能量是电子沿轨道运动的动能和电子与原子核系统的势能之和，
即E1=Ek1+Ep1,
所以Ep1=E1-Ek1=-13.6 eV-13.6 eV
=-27.2 eV。 (4分)
答案：(1)13.6 eV (2)-27.2 eV
15.【解析】根据库仑定律得
F=
=9×109×N
=3.64 N (7分)
由牛顿第二定律得：
a= =5.48×1026 m/s2 (7分)
答案：3.64 N      5.48×1026 m/s2
【总结提升】α粒子散射实验的计算
(1)α粒子和原子核之间的库仑力遵守库仑定律。
(2)α粒子在原子核的库仑力的作用下的运动符合牛顿运动定律。
16.【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，最小频率的电磁波的光子能量应为：版权所有
hν=0- (2分)
得ν=8.21×1014 Hz， (2分)
(2)氢原子核外电子绕核做匀速圆周运动，库仑力提供向心力，
有 ①(2分)
其中r2=4r1
根据电流强度的定义I= ②(2分)
由①②得I= ③(2分)
将数据代入③得I=1.3×10-4 A (2分)
(3)由于钠的极限频率为6.00×1014 Hz，则使钠发生光电效应的光子的能量至少为
E0=hν= eV=2.486 eV (2分)
一群处于n=4的激发态的氢原子发射的光子，要使钠发生光电效应，应使跃迁时两能级的能量差ΔE≥E0，所以在六条光谱线中有四条谱线可使钠发生光电效应。 (2分)21教育网
答案：见解析
【总结提升】原子发光和光电效应现象的综合问题辨析
(1)原子发光是指原子从高能级向低能级跃迁的过程中，把多余的能量以光子的形式辐射出来，辐射的是光子，并且光子能量等于原子的能级差。原子也可以吸收特定能量(小于其电离能且等于其能级差)的光子，完成从低能级向高能级的跃迁。如果电子给原子提供能量，原子能从电子吸取一部分其完成跃迁所需要的能量，完成能级跃迁。
(2)光电效应是指用光子去轰击某种金属时,若入射光子的能量大于该金属的逸出功,则金属表面原子的核外电子能量增大,挣脱原子核的束缚从金属表面射出。21cnjy.com
很多题目把这两个事件结合到了一起,我们只要注意求出原子发光时辐射光子的能量,再结合该金属的逸出功，就能判断是否能从金属表面打出光电子。如果能,就可以进一步求光电子的最大初动能。
 
 
 

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