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2019-2020年高中物理 第18章 原子結(jié)構(gòu)限時測試題 新人教版選修3-5
一、選擇題(共10小題,每小題4分,共40分,在每小題給出的四個選項中,第1~6小題只有一個選項符合題目要求,第7~10小題有多個選項符合題目要求,全部選對的得4分,選不全的得2分,有選錯或不答的得0分)
1.(襄州一中、棗陽一中、宜城一中、曾都一中xx~xx學(xué)年高二下學(xué)期期中聯(lián)考)下列四幅圖涉及到不同的物理知識,其中說法不正確的是( )
A.圖甲:普朗克通過研究黑體輻射提出能量子的概念,成為量子力學(xué)的奠基人之一
B.圖乙:玻爾理論指出氫原子能級是分立的,所以原子發(fā)射光子的頻率是不連續(xù)的
C.圖丙:盧瑟福通過分析α粒子散射實驗結(jié)果,提出了原子的核式結(jié)構(gòu)模型
D.圖丁:根據(jù)電子束通過鋁箔后的衍射圖樣,可以說明電子具有粒子性
答案:D
解析:根據(jù)物理學(xué)史可知A、B、C正確;根據(jù)電子束通過鋁箔后的衍射圖樣,說明電子具有波動性,故D錯誤。
2.(毫州xx~xx學(xué)年高二下學(xué)期檢測)如圖所示為α粒子散射實驗裝置,粒子打到熒光屏上都會引起閃爍,若將帶有熒光屏的顯微鏡分別放在圖中A、B、C、D四處位置。則這四處位置在相等時間內(nèi)統(tǒng)計的閃爍次數(shù)符合事實的是( )
A.1305、25、7、1 B.202、405、625、825
C.1202、1010、723、203 D.1202、1305、723、203
答案:A
解析:根據(jù)α粒子散射實驗的統(tǒng)計結(jié)果,大多數(shù)粒子能按原來方向前進,少數(shù)粒子方向發(fā)生了偏轉(zhuǎn),極少數(shù)粒子偏轉(zhuǎn)超過90,甚至有的被反向彈回。所以在相等時間內(nèi)A處閃爍次數(shù)最多,其次是B、C、D三處,并且數(shù)據(jù)相差比較大,所以只有選項A符合事實。
3.如圖所示,實線表示金原子核電場的等勢線,虛線表示α粒子在金核電場中散射時的運動軌跡。設(shè)α粒子通
過a、b、c三點時速度分別為va、vb、vc,電勢能分別為Ea、Eb、Ec,則( )
A.va>vb>vc,Eb>Ea>Ec
B.vb>vc>va,Eb>Ea>Ec
C.vb>va>vc,Eb>Ea>Ec
D.vb
Ea>Ec
答案:D
解析:金原子核和α粒子都帶正電,α粒子在接近金核過程中需不斷克服庫侖力做功,它的動能減小,速度減小,電勢能增加;α粒子在遠離金核過程中庫侖力不斷對它做功,它的動能增大,速度增大,電勢能減小。因此這三個位置的速度大小關(guān)系和電勢能大小關(guān)系為vbEa>Ec。
4.原子能級的示意圖如圖所示,大量氫原子從n=4的能級向n=2的能級躍遷時輻射出可見光a,從n=3的能級向n=2的能級躍遷時輻射出可見光b,則( )
A.氫原子從高能級向低能級躍遷時可能會輻射出γ射線
B.氫原子從n=4的能級向n=3的能級躍遷時會輻射出紫外線
C.在水中傳播時,a光較b光的速度小
D.氫原子在n=2的能級時可吸收任意頻率的光而發(fā)生電離
答案:C
解析:本題考查氫原子的能級躍遷問題,氫原子從高能級向低能級躍遷時不會輻射出γ射線,A錯,氫原子從n=4的能級向n=2的能級躍遷時輻射出可見光,則從n=4能級向n=3躍遷時不會輻射出紫外線,B錯。由題意知,a光頻率高于b光頻率,所以在水中a光較b光速度小,C正確,氫原子躍遷時可吸收的光的能量是量子化的,D錯,正確答案C。
5.如圖(1)所示為氫原子的能級,圖(2)為氫原子的光譜。已知譜線a是氫原子從n=4的能級躍遷到n=2的能級時的輻射光,則譜線b是氫原子( )
A.從n=3的能級躍遷到n=2的能級時的輻射光
B.從n=5的能級躍遷到n=2的能級時的輻射光
C.從n=4的能級躍遷到n=3的能級時的輻射光
D.從n=1的能級躍遷到n=2的能級時的輻射光
答案:B
解析:由圖(2)看出b譜線對應(yīng)的光的頻率大于a譜線對應(yīng)的光的頻率,而a譜線是氫原子從n=4能級躍遷到n=2能級時的輻射光,所以b譜線對應(yīng)的能級差應(yīng)大于n=4與n=2間的能級差,故選項B正確。
6.紅寶石激光器的工作物質(zhì)紅寶石含有鉻離子的三氧化二鋁晶體,利用其中的鉻離子產(chǎn)生激光。鉻離子的能級圖如圖所示,E1是基態(tài),E2是亞穩(wěn)態(tài),E3是激發(fā)態(tài),若以脈沖氙燈發(fā)出的波長為λ1的綠光照射晶體,處于基態(tài)的鉻離子受到激發(fā)而躍遷到E3,然后自發(fā)地躍遷到E2,釋放波長為λ2的光子,處于亞穩(wěn)態(tài)E2的離子躍遷到基態(tài)時輻射出的光就是激光,這種激光的波長為( )
A. B.
C. D.
答案:A
解析:由題意知E3-E1=h①
E3-E2=h②
E2-E1=h③
由①②③式解得λ=,故A選項正確。
7.以下說法正確的是( )
A.進行光譜分析可以用連續(xù)光譜,也可以用吸收光譜
B.光譜分析的優(yōu)點是非常靈敏而且迅速
C.線狀光譜和吸收光譜都可以對物質(zhì)進行分析
D.攝下月球的光譜可以分析出月球上有哪些元素
答案:BC
解析:光譜分析既可以用線狀譜也可以用吸收光譜,但不能用連續(xù)譜,A錯,C對;利用光譜分析時,樣品中元素達到10-10g就可以被檢測到,靈敏度很高,B對;月亮本身不發(fā)光,它的光是反射的太陽光,故通過分析月亮的光譜可以分析太陽的大氣中所含的元素,但分析不出月球上有哪些元素,D錯。
8.圖示為氫原子的部分能級圖。關(guān)于氫原子能級的躍遷,下列敘述中正確的是( )
A.用能量為10.2eV的光子照射,可使處于基態(tài)的氫原子躍遷到激發(fā)態(tài)
B.用能量為11.0eV的光子照射,可使處于基態(tài)的氫原子躍遷到激發(fā)態(tài)
C.用能量為14.0eV的光子照射,可使處于基態(tài)的氫原子電離
D.大量處于基態(tài)的氫原子吸收了能量為12.09eV的光子后,能輻射3種不同頻率的光
答案:ACD
解析:用能量為10.2eV的光子照射,可使處于基態(tài)的氫原子躍遷到n=2的激發(fā)態(tài),A對;用12.09eV的光子照射,可使處于基態(tài)的氫原子躍遷到n=3的激發(fā)態(tài),所以可判D正確,B錯誤;若用14.0eV的光子照射,可使基態(tài)氫原子電離,C正確。
9.(黃岡中學(xué)xx~xx學(xué)年高二下學(xué)期期中)如圖所示為氫原子的能級結(jié)構(gòu)示意圖,一群氫原子處于n=3的激發(fā)態(tài),在向較低能級躍遷的過程中向外輻射出光子,用這些光子照射逸出功為2.49eV的金屬鈉,下列說法正確的是( )
A.這群氫原子能輻射出三種不同頻率的光,其中從n=3能級躍遷到n=2能級所發(fā)出的光波長最長
B.這群氫原子在輻射光子的過程中電子繞核運動的動能減小,電勢能增大
C.能發(fā)生光電效應(yīng)的光有三種
D.金屬鈉表面所發(fā)出的光電子的最大初動能是9.60eV
答案:AD
解析:由3躍遷到2的光子能量1.89eV,由3躍遷到1的光子能量12.09eV,由2躍遷到1的光子能量10.2eV,故一共有3種頻率的光;由光子能量hν 可知由3躍遷
到2的光子頻率最小,波長最大,故選項A正確;由=m可知:距離減小,動能變大,電勢能減小,故選項B錯誤;發(fā)生光電效應(yīng),必須使入射光能量大于逸出功,故有兩種光可以發(fā)生光電效應(yīng),選項C錯誤;光電子最大初動能為最大光子能量減去逸出功,即12.09eV-2.49eV=9.60eV,故選項D正確。
10.如圖所示為氫原子能級的示意圖,現(xiàn)有大量的氫原子處于n=4的激發(fā)態(tài),當向低能級躍遷時輻射出若干不同頻率的光。關(guān)于這些光下列說法正確的是( )
A.最容易表現(xiàn)出衍射現(xiàn)象的光是由n=4能級躍遷到n=1能級產(chǎn)生的
B.頻率最小的光是由n=2能級躍遷到n=1能級產(chǎn)生的
C.這些氫原子總共可輻射出6種不同頻率的光
D.用由n=2能級躍遷到n=1能級輻射出的光照射逸出功為6.34eV的金屬鉑能發(fā)生光電效應(yīng)
答案:CD
解析:由hν==Em-En知,從n=4能級躍遷到n=1能級時,波長最短,頻率最大,衍射現(xiàn)象最不明顯,故A、B錯誤;躍遷過程中,共能發(fā)出=6種不同頻率的光,C正確;由n=2躍遷到n=1的能級時,輻射光子的能量E21=E2-E1=10.2eV>6.34eV,故D正確。
第Ⅱ卷(非選擇題 共60分)
二、填空題(共3小題,每小題6分,共18分。把答案直接填在橫線上)
11.陰極射線是從陰極射線管的陰極發(fā)出的高速運動的粒子流。若在如圖所示的陰極射線管中部加上豎直向上的勻強電場,陰極射線將向________(外、里、上、下)偏轉(zhuǎn);若使陰極射線不偏轉(zhuǎn),可在勻強電場區(qū)域再加一大小合適、方向垂直紙面向________(外、里)的勻強磁場。
答案:下 外
解析:陰極射線帶負電,在豎直向上的勻強電場中受向下的庫侖力作用,將向下偏轉(zhuǎn);要使陰極射線不偏轉(zhuǎn),應(yīng)使其再受一豎直向上的洛倫茲力與庫侖力平衡,由左手定則可判斷磁場方向垂直紙面向外。
12.(黃岡中學(xué)xx~xx學(xué)年高二下學(xué)期期中)盧瑟福和他的助手做α粒子轟擊金箔實驗,獲得了重要發(fā)現(xiàn):
(1)關(guān)于α粒子散射實驗的結(jié)果,下列說法正確的是________。
A.證明了質(zhì)子的存在
B.證明了原子核是由質(zhì)子和中子組成的
C.證明了原子的全部正電荷和幾乎全部質(zhì)量都集中在一個很小的核里
D.說明了原子中的電子只能在某些軌道上運動
(2)英國物理學(xué)家盧瑟福用α粒子轟擊金箔,發(fā)現(xiàn)了α粒子的散射實驗。下列圖中,O表示金原子核的位置,則能正確表示該實驗中經(jīng)過金原子核附近的α粒子的運動軌跡的是圖中的________。
答案:(1)C (2)B
解析:(1)由α粒子散射實驗的實驗現(xiàn)象盧瑟福提出了原子核式結(jié)構(gòu)模型,即認為原子的全部正電荷和幾乎全部質(zhì)量都集中在一個很小的核里,故選項C正確。
(2)速度方向與原子核共線的α粒子原路返回,兩側(cè)的發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn),但是不會從一側(cè)跨向另一側(cè),故選項B正確。
13.(揚州市xx~xx學(xué)年高二下學(xué)期期末)一群氫原子處于量子數(shù)n=4的能級狀態(tài),氫原子的能級圖如圖所示,氫原子可能發(fā)射________種頻率的光于;氫原子由量子數(shù)n=4的能級躍遷到n=2的能級時輻射光子的能量是________eV; 用n=4的能級躍遷到n=2的能級時輻射的光子照射下表中幾種金屬,________金屬能發(fā)生光電效應(yīng)。
幾種金屬的逸出功
金屬
銫
鈣
鎂
鈦
逸出功W/eV
1.9
2.7
3.7
4.1
答案:6 2.55 銫
解析:從n=4的能級躍遷,可能發(fā)射6種頻率的光子;從n=4的能級躍遷到n=2的能級,發(fā)出的光子能量hν=E4-E2=2.55eV,此值大于銫的逸出功,所以可使金屬銫發(fā)生光電效應(yīng)。
三、論述計算題(共4小題,共42分。解答應(yīng)寫出必要的文字說明、方程式和重要演算步驟,只寫出最后答案不能得分,有數(shù)值計算的題,答案中必須明確寫出數(shù)值和單位)
14.(10分)為了測定帶電粒子的比荷,讓這個帶電粒子垂直電場飛進平行金屬板間,已知勻強電場的場強為E,在通過長為L的兩金屬板間后,測得偏離入射方向的距離為d,如果在兩板間加垂直電場方向的勻強磁場,磁場方向垂直粒子的入射方向,磁感應(yīng)強度為B,則粒子恰好不偏離原來方向(如圖),求q/m的值。
答案:
解析:僅加電場時d=()()2,加復(fù)合場時Bqv0=Eq。
由以上兩式可得=。
15.(10分)氫原子處于n=2的激發(fā)態(tài),能量E2=-3.4eV,則
(1)若要使處于n=2的激發(fā)態(tài)的氫原子電離,要用多大頻率的電磁波照射該原子?
(2)若用波長為200nm的紫外線照射處于n=2的激發(fā)態(tài)的氫原子,則電子飛到無窮遠處時的動能是多少?
答案:(1)8.211014Hz (2)4.5110-19J
解析:(1)由E=hν知ν==Hz=8.211014Hz
(2)由能量守恒可知,電子飛到無窮遠處時的動能為
Ek=h-E2=J-3.41.610-19J≈4.5110-19J
16.(11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,動能損失最大的是完全非彈性碰撞)。一個具有13.6eV動能、處于基態(tài)的氫原子與另一個靜止的、也處于基態(tài)的氫原子發(fā)生對心正碰,問是否可以使基態(tài)氫原子發(fā)生能級躍遷?(氫原子能級如圖所示)
答案:不能
解析:設(shè)運動氫原子的速度為v0,完全非彈性碰撞后兩者的速度為v,損失的動能ΔE被基態(tài)氫原于吸收。
若ΔE=10.2eV,則基態(tài)氫原子可由n=1躍遷到n=2,由動量守恒和能量守恒有:
mv0=2mv①
mv=mv2+mv2+ΔE②
mv=Ek=13.6eV③
由①②③得,ΔE=mv=6.8eV
因為ΔE=6.8eV<10.2eV
所以不能使基態(tài)氫原子發(fā)生躍遷。
17.(11分)(濰坊市xx~xx學(xué)年高二下學(xué)期質(zhì)檢)已知氫原子能級圖如圖所示,氫原子質(zhì)量為mH=1.6710-24kg。設(shè)原來處于靜止狀態(tài)的大量激發(fā)態(tài)氫原子處于n=5的能級狀態(tài)。
(1)求大量氫原子由高能級向低能級躍遷時,可能發(fā)射出多少種不同頻率的光;
(2)若躍遷后光子沿某一方向飛出,且光子的動量可以用p=表示(h為普朗克常量,ν為光子頻率,c為真空中光速),求發(fā)生電子躍遷后氫原子的最大反沖速率。(保留三位有效數(shù)字)
答案:(1)10 (2)4.17m/s
解析:(1)可以有n=C=10種不同頻率的光輻射。
(2)由題意知氫原子從n=5能級躍遷到n=1能級時,氫原子具有最大反沖速率。
氫原于發(fā)生躍遷時輻射出的光子能量為
E=ΔE=|E5-E1|
開始時,將原子(含核外電子)和即將輻射出去的光子作為一個系統(tǒng),
由動量守恒定律可得:mHvH-p光=0
光子的動量p光=,E=hν
氫原子速度為vH=,代入數(shù)據(jù)解得vH=4.17m/s。
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