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1、高中物理 第3章《原子世界探秘》綜合檢測 滬科版選修3-5
一、選擇題(本題包括10小題,每小題4分,共40分,全部選對的得4分,選對但不全的得2分,有選錯(cuò)或不答的得0分)
1.(2011·天津理綜)下列能揭示原子具有核式結(jié)構(gòu)的實(shí)驗(yàn)是( )
A.光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)
B.倫琴射線的發(fā)現(xiàn)
C.α粒子散射實(shí)驗(yàn)
D.氫原子光譜的發(fā)現(xiàn)
【解析】 光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)說明光具有粒子性,故A錯(cuò)誤.倫琴射線為電磁波,故B錯(cuò)誤.盧瑟福由α粒子散射實(shí)驗(yàn)建立了原子的核式結(jié)構(gòu)模型,故C正確.氫原子光譜的發(fā)現(xiàn)說明原子光譜是不連續(xù)的,故D錯(cuò)誤.
【答案】 C
2.下列描述,屬于經(jīng)典電磁理論的是( )
A.核外電
2、子的運(yùn)行軌道是連續(xù)的
B.電子輻射的電磁波的頻率等于電子繞核轉(zhuǎn)動(dòng)的頻率
C.電子是不穩(wěn)定的,最終要落到原子核上
D.原子光譜是線狀的
【解析】 根據(jù)經(jīng)典電磁理論,電子運(yùn)行的軌道應(yīng)是連續(xù)的,且運(yùn)行頻率等于輻射電磁波的頻率,因而原子光譜應(yīng)為連續(xù)光譜.
【答案】 ABC
3.對玻爾原子結(jié)構(gòu)假說,下列描述正確的是( )
A.電子的運(yùn)行軌道是連續(xù)的,不是量子化的
B.電子在固定軌道上繞行,雖不停地輻射能量,但軌道半徑不變
C.原子的能量分布是不連續(xù)的
D.能量最低的狀態(tài)叫基態(tài)
【解析】 由玻爾理論的內(nèi)容可知,電子的運(yùn)行軌道是不連續(xù)的,不同的狀態(tài)對立不同的軌道,原子的能量是不連續(xù)的
3、,原子所處的最低能量狀態(tài)為基態(tài),由此可知C、D正確.
【答案】 CD
4.(xx·上海單科)盧瑟福提出了原子的核式結(jié)構(gòu)模型,這一模型建立的基礎(chǔ)是( )
A.α粒子的散射實(shí)驗(yàn)
B.對陰極射線的研究
C.天然放射性現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)
D.質(zhì)子的發(fā)現(xiàn)
【解析】 盧瑟福根據(jù)α粒子的散射實(shí)驗(yàn)的結(jié)果,提出原子的核式結(jié)構(gòu)模型,所以A項(xiàng)正確.
【答案】 A
5.氫原子的基態(tài)能量為E1,如圖所示,下列四個(gè)能級圖正確代表氫原子能級的是( )
【解析】 根據(jù)氫原子能級圖的特點(diǎn):上密下疏,聯(lián)系各激發(fā)態(tài)與基態(tài)能級間的關(guān)系為En=E1,可判斷C正確.
【答案】 C
6.可見光光子的能量在1.61
4、eV~3.10 eV范圍內(nèi),若氫原子從高能級躍遷到量子數(shù)為n的低能級的譜線中有可見光,根據(jù)氫原子能級圖(如圖1所示)可判斷n為( )
圖1
A.1 B.2
C.3 D.4
【解析】 從激發(fā)態(tài)躍遷到n=1的狀態(tài),釋放光子的最小能量為E2-E1=10.20 eV>3.10 eV,由此知n≠1.從較高激發(fā)態(tài)躍遷到n=2的狀態(tài),釋放光子的能量為E3-E2=1.90 eV,E4-E2=2.55 eV,由此知n=2從較高激發(fā)態(tài)躍遷到n=3的狀態(tài),釋放光子的最大能量為E∞-E3=1.51 eV<1.61 eV,由此知n≠3,同理n≠4,因此B正確.
【答案】 B
7.關(guān)于
5、氫原子對光的吸收或輻射條件,下列說法正確的是( )
A.氫原子可吸收一切頻率的光子
B.氫原子可吸收大于相鄰兩個(gè)能級差值的所有頻率的光子
C.氫原子只吸收滿足兩個(gè)能級差的特定頻率的光子
D.氫原子輻射的光子能量一定等于兩個(gè)能級之間的差值
【解析】 所有原子包括氫原子對光子吸收是選擇吸收,輻射的光子是特定頻率,都滿足hν=Em-En,故答案為C、D.
【答案】 CD
8.汞原子的能級圖如圖2所示,現(xiàn)讓一束光子能量為8.8 eV的單色光照射到大量處于基態(tài)(量子數(shù)n=1)的汞原子上,能發(fā)出6種不同頻率的光.下列說法中正確的是( )
圖2
A.最大波長光子的能量為1.1 eV
6、
B.最大波長光子的能量為2.8 eV
C.最大頻率光子的能量為2.8 eV
D.最大頻率光子的能量為4.9 eV
【解析】 由題意知被光照射后的基態(tài)汞原子躍遷到n=4上,且E4=-1.6 eV,由n=4到n=3時(shí)輻射光子能量最小,且等于1.1 eV,波長最長.由n=4到n=1時(shí)輻射光子能量最大且等于8.8 eV.
【答案】 A
9.(2011·渭南質(zhì)檢)用紫外線照射一些物質(zhì)時(shí)會發(fā)生熒光效應(yīng),即物質(zhì)發(fā)出可見光,這些物質(zhì)中的原子先后發(fā)生兩次躍遷,其能量變化分別為|ΔE1|和|ΔE2|,下列關(guān)于原子這兩次躍遷的說法中正確的是( )
A.兩次均向高能級躍遷,且|ΔE1|>|ΔE2|
7、
B.兩次均向低能級躍遷,且|ΔE1|<|ΔE2|
C.先向高能級躍遷,再向低能級躍遷,且|ΔE1|<|ΔE2|
D.先向高能級躍遷,再向低能級躍遷,且|ΔE1|>|ΔE2|
【解析】 用紫光照射物質(zhì)時(shí),電子吸收光子的能量,從低能級向高能級躍遷,原子處在某一激發(fā)態(tài)時(shí),不穩(wěn)定,再從高能級向低能級躍遷,發(fā)出可見光,釋放能量,在此過程中原子吸收的能量|ΔE1|大于從高能級向低能級躍遷時(shí)釋放的能量|ΔE2|,故選項(xiàng)D正確.
【答案】 D
10.氫原子部分能級的示意圖如圖3所示,不同色光的光子能量如下表所示:
圖3
處于某激發(fā)態(tài)的氫原子,發(fā)射的光的譜線在可見光范圍內(nèi)僅有2條,其顏
8、色分別為( )
A.紅、藍(lán)—靛 B.黃、綠
C.紅、紫 D.藍(lán)—靛、紫
【解析】 由七種色光的光子的不同能量可知,可見光光子的能量范圍為1.61~3.10 eV,故可能是氫原子由n=4能級向n=2能級躍遷過程中所輻射的光子,E1=-0.85-(-3.40)=2.55(eV),即藍(lán)—靛光;也可能是氫原子由n=3能級向n=2能級躍遷過程中所輻射的光子,E2=-1.51-(-3.40)=1.89 (eV),即紅光,選項(xiàng)A正確.
【答案】 A
二、填空題(本題2小題,共計(jì)10分)
11.(5分)根據(jù)玻爾的理論,電子在不同軌道上運(yùn)動(dòng)時(shí)能量是________的,軌道的量子化對應(yīng)著
9、________的量子化.這些具有確定能量的穩(wěn)定狀態(tài)稱為________,能量最低的狀態(tài)叫________,也就是說,原子只能處于一系列________的能量狀態(tài)中.
【答案】 不連續(xù) 能量 定態(tài) 基態(tài) 不連續(xù)
12.(5分)玻爾對氫原子光譜的解釋是:原子從較高的能級向較低的能級躍遷時(shí)________光子的能量等于前后__________________,由于原子的能級是________的,所以放出的光子能量也是________的,因此原子的發(fā)射光譜只有一些________的亮線.
【答案】 輻射 兩個(gè)能級的能量差 不連續(xù) 不連續(xù) 分立
三、計(jì)算題(本題包括4個(gè)小題,共50分,解答時(shí)要
10、寫出必要的文字說明、主要的解題步驟,有數(shù)值計(jì)算的要注明單位)
13.(10分)試計(jì)算處于基態(tài)的氫原子吸收波長為多長的光子,電子可以躍遷到n=2的軌道上.
【解析】 氫原子基態(tài)對應(yīng)的能量E1=-13.6 eV,電子在n=2軌道上時(shí),氫原子的能量為E2=E1/22=-3.4 eV.氫原子核外電子從第一軌道躍遷到第二軌道需要的能量:
ΔE=E2-E1=10.2 eV=1.632×10-18 J
由玻爾理論有:
hν=ΔE,又ν=c/λ,所以=ΔE
λ== m≈1.22×10-7 m.
【答案】 1.22×10-7 m
14.(10分)已知原子的基態(tài)能量為-13.6 eV,核外電子的第
11、一軌道半徑為0.53×10-10 m,電子質(zhì)量m=9.1×10-31 kg,電量為1.6×10-19 C,求:電子躍遷到第三軌道時(shí),氫原子的能量、電子的動(dòng)能和電子的電勢能各多大?
【解析】 本題考查了氫原子的核外電子繞核運(yùn)動(dòng)時(shí)相關(guān)的物理量與軌道半徑的關(guān)系.
由氫原子的能量公式知E3=E1/32=-13.6 eV/32=-1.51 eV.
電子在第3軌道時(shí)半徑為 r3=n2r1=32r1①
電子繞核做圓周運(yùn)動(dòng)向心力即庫侖力,所以
=②
由①②可得電子動(dòng)能為
Ek3=mv
=
= eV
=1.51 eV
由于E3=Ek3+Ep3,故電子的電勢能為:Ep3=E3-Ek3=-1.
12、51 eV-1.51 eV=-3.02 eV.
【答案】?。?.51 eV 1.51 eV?。?.02 eV
15.(14分)原子可以從原子間的碰撞中獲得能量,從而發(fā)生能級躍遷(在碰撞中,動(dòng)能損失最大的是(完全非彈性碰撞).一個(gè)具有13.6 eV動(dòng)能、處于基態(tài)的氫原子與另一個(gè)靜止的、也處于基態(tài)的氫原子發(fā)生對心正碰,設(shè)碰撞中損失的能量全部被靜止的氫原子吸收.
圖4
(1)是否可以使基態(tài)氫原子發(fā)生能級躍遷(氫原子能級如圖4所示).
(2)若上述碰撞中可以使基態(tài)氫原子發(fā)生電離,則氫原子的初動(dòng)能至少為多少?
【解析】 設(shè)運(yùn)動(dòng)氫原子的速度為v0,完全非彈性碰撞后兩者的速度為v,損失的動(dòng)能
13、ΔE被基態(tài)氫原子吸收.若ΔE=10.2 eV,則基態(tài)氫原子可由n=1躍遷到n=2.由動(dòng)量守恒和能量守恒有:
mv0=2mv①
mv=mv2+mv2+ΔE②
mv=Ek③
Ek=13.6 eV
解①②③④得,ΔE=·mv=6.8 eV
因?yàn)棣=6.8 eV<10.2 eV.所以不能使基態(tài)氫原子發(fā)生躍遷.
(2)若使基態(tài)氫原子電離,則ΔE=13.6 eV,代入①②③得Ek=27.2 eV.
【答案】 不能 (2)27.2 eV
16.(16分)已知?dú)湓踊鶓B(tài)的電子軌道半徑r1=0.53×10-10m,基態(tài)的能級值為E1=-13.6 eV.
(1)求電子在n=1的軌道上運(yùn)轉(zhuǎn)形成
14、的等效電流;
(2)有一群氫原子處于量子數(shù)n=3的激發(fā)態(tài),畫出能級圖,在圖上用箭頭標(biāo)明這些氫原子能發(fā)出哪幾條光譜線;
(3)計(jì)算這幾條光譜線中最長的波長.
【解析】 (1)電子繞核運(yùn)動(dòng)具有周期性.設(shè)運(yùn)轉(zhuǎn)周期為T,由牛頓第二定律和庫侖定律有:
=m()2r1①
又軌道上任一處,每一周期通過該處的電荷量為e,由電流的定義式得所求等效電流.
I=②
聯(lián)立①②得I=
=× A
=1.05×10-3A.
(2)這群氫原子自發(fā)躍遷輻射,會得到三條光譜線,如圖所示.
(3)三條光譜線中波長最長的光子能量最小,發(fā)生躍遷的兩個(gè)能級的能量差最小,根據(jù)氫原子能級的分布規(guī)律可知,氫原子一定是從n=3的能級躍遷到n=2的能級
設(shè)波長為λ,由h=E3-E2,得
λ=
= m
=6.58×10-7m.
【答案】 (1)1.05×10-3A
(2)見解析圖
(3)6.58×10-7m