2015高考物理一轮复习 课后达标检测35(原子结构 氢原子光谱)

课后达标检测35 原子结构 氢原子光谱

一、单项选择题

1．下列能揭示原子具有核式结构的实验是( )

A ．光电效应实验

B ．伦琴射线的发现

C ．α粒子散射实验

D ．氢原子光谱的发现

2．英国物理学家卢瑟福为了解释α粒子散射实验而提出了原子的核式结构学说．在α粒子散射实验中，发现绝大多数α粒子穿过金箔后仍沿原来方向前进，这表明了( )

A ．原子核外的电子在绕核高速运转

B ．原子核外的电子对α粒子的作用可忽略

C ．原子核里集中了原子的全部正电荷和几乎全部质量

D ．原子核太小，α粒子打中原子核的概率非常小

3．(2014·嘉兴测试卷)按照玻尔理论，一个氢原子中的电子从一半径为r a 的圆轨道自发地直接跃迁到另一半径为r b 的圆轨道上，r a >r b ，在此过程中( )

A ．原子发出一系列频率的光子

B ．原子要吸收一系列频率的光子

C ．原子要吸收某一频率的光子

D ．原子要发出某一频率的光子

4．(2012·高考江苏卷)如图所示是某原子的能级图，a 、b 、c 为原子跃迁所发出的三种波长的光．在下列该原子光谱的各选项中，谱线从左向右的波长依次增大，则正确的是( )

5．已知氢原子的基态能量为E 1，激发态能量E n ＝E 1/n 2

，其中n ＝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( )

A ．－4hc 3E 1

B ．－2hc E 1

C ．－4hc E 1

D ．－9hc

E 1

6．用频率为ν0的光照射大量处于基态的氢原子，在所发射的光谱中仅能观测到频率分别为ν1、ν2、ν3的三条谱线，且ν3>ν2>ν1，则( )

A ．ν0<ν1

B ．ν3＝ν2＋ν1

C ．ν0＝ν1＋ν2＋ν3

D ．11＝12＋13

二、不定项选择题

7．关于原子结构的认识历程，下列说法正确的有( )

A ．汤姆孙发现电子后猜想出原子内的正电荷集中在很小的核内

B ．α粒子散射实验中少数α粒子发生了较大偏转是卢瑟福猜想原子核式结构模型的主要依据

C ．对原子光谱的研究开辟了深入探索原子核结构的道路

D ．玻尔原子理论无法解释较复杂原子的光谱现象，说明玻尔提出的原子定态概念是有局限性的

8．在α粒子散射实验中，当α粒子最接近原子核时( )

A ．α粒子的动量最大

B ．α粒子的动能最小

C ．α粒子受到的斥力最小

D ．α粒子的电势能最大

9．氢原子的能级如图所示，已知可见光的光子能量范围约为1.62 eV ～3.11 eV .下列说

法错误的是()

A．处于n＝3能级的氢原子可以吸收任意频率的紫外线，并发生电离

B．大量氢原子从高能级向n＝3能级跃迁时，发出的光具有显著的热效应

C．大量处于n＝4能级的氢原子向低能级跃迁时，可能发出6种不同频率的光

D．大量处于n＝4能级的氢原子向低能级跃迁时，可能发出3种不同频率的光

10．(2014·金华一中高三质检)如图为氢原子能级的示意图，现有大量的氢原子处于n＝4的激发态，当向低能级跃迁时辐射出若干不同频率的光．关于这些光，下列说法正确的是()

A．最容易表现出衍射现象的光是由n＝4能级跃迁到n＝1能级产生的

B．频率最小的光是由n＝2能级跃迁到n＝1能级产生的

C．这些氢原子总共可辐射出6种不同频率的光

D．用n＝2能级跃迁到n＝1能级辐射出的光照射逸出功为6.34 eV的金属铂能发生光电效应

三、非选择题

11．如图所示为氢原子的能级示意图，一群氢原子处于n＝3的激发态，在向较低能级跃迁的过程中向外发出光子，用这些光照射逸出功为2.49 eV的金属钠，则这群氢原子能发出________种频率不同的光，其中从n＝3能级跃迁到n＝1能级所发出的光波长最________，金属钠表面所发出的光电子的初动能最大值为________eV.

12．在研究原子物理时，科学家经常借用宏观模型进行模拟．在玻尔原子模型中，完全可用卫星绕行星运动来模拟研究电子绕原子核的运动．当然这时的向心力不是粒子间的万有引力(可忽略不计)，而是粒子的静电力．设氢原子中，电子和原子核的带电荷量大小都是e ＝1.60×10－19C，电子在第1、2可能轨道运行时，其运动半径分别为r1＝0.53×10－10m，r2＝4r1，据此求：

(1)电子分别在第一、二可能轨道运行时的动能(以eV为单位)．

(2)当电子从第一可能轨道跃迁到第二可能轨道时，原子还需吸收10.2 eV的光子，那么电子的电势能增加了多少？(静电力常量k＝9.0×109 N·m2/C2)

详解答案与解析：

1．[解析]选C.光电效应实验说明光的粒子性，伦琴射线的发现说明X 射线是一种比光波波长更短的电磁波，氢原子光谱的发现促进了氢原子模型的提出．故C 正确．

2．[解析]选D.绝大多数α粒子穿过金箔后仍沿原来方向前进，这是由于原子核太小，α粒子打中原子核的概率非常小．

3．[解析]选D.因r a >r b ，则能级E a >E b ，故电子向低能级轨道跃迁而发出光子，又因电子是直接跃迁，故只能发出某一频率的光子．

4．[解析]选C.由hν＝h c λ

＝E 初－E 末可知该原子跃迁前后的能级差越大，对应光线的能量越大，波长越短．由题图知a 对应光子能量最大，波长最短，c 次之，而b 对应光子能量最小，波长最长，故C 正确．

5．[解析]选C.依题意可知第一激发态能量为E 2＝E 1/22，要将其电离，需要的能量至少

为ΔE ＝0－E 2＝hν，根据波长、频率与波速的关系c ＝νλ，联立解得最大波长λ＝－4h c E 1

，C 正确．

6．[解析]选B.大量氢原子发生跃迁时只有三个频率的光谱，这说明氢原子受激发跃迁到n ＝3的激发态，然后从n ＝3能级向低能级跃迁产生三个频率的光谱，根据能量守恒有：hν0＝hν3＝hν2＋hν1，解得：ν0＝ν3＝ν2＋ν1，故选项B 正确．

7．[解析]选BD.卢瑟福通过α粒子散射实验设想原子内的正电荷集中在很小的核内，A 错；C 项中不是探索原子核结构，而是原子结构，故C 错，选项B 正确．玻尔理论有局限性，D 正确．

8．[解析]选BD .α粒子接近原子核的过程中受库仑斥力作用而做减速运动，动能减小而电势能增大，而库仑斥力则随α粒子与原子核间距的减小而增大．

9．[解析]选D.大量处于n ＝4能级的氢原子向低能级跃迁时，由N ＝C 2n 可知，共可发出6种频率的光，故选D ，不选C.n ＝3能级的能量为－1.51 e V ，因紫外线能量大于1.51 e V ，故紫外线可使处于n ＝3能级的氢原子电离，故A 项不选．从高能级跃迁到n ＝3能级释放能量最多为1.51 e V ＜1.62 e V ，此光为红外线具有显著热效应，故B 项不选．故选D.

10．[解析]选CD.最容易发生衍射的应是波长最长而频率最小、能量最低的光波，hν＝h c λ

＝E n －E m ，对应跃迁中能级差最小的应为n ＝4能级到n ＝3能级，故A 、B 错误．由C 2n 可知n ＝4能级上的氢原子共可辐射出C 24＝6种不同频率的光，故C 正确．根据hν＝E 2－E 1

及发生光电效应的条件hν≥W 0可知D 正确．

11．[解析](1)N ＝n (n －1)2＝3×(3－1)2

＝3(条)，能发出3条频率不同的光．(2)由n ＝3能级向低能级跃迁时，可以发出3种频率不同的光，其中从n ＝3能级跃迁到n ＝1能级所发出的光波长最短．(3)光子的最大能量E ＝E 3－E 1＝－1.51 e V －(－13.6 e V )＝12.09 e V 光电子的最大初动能E km ＝E －W 0＝12.09 e V －2.49 e V ＝9.6 e V .

[答案]3 短 9.6 12．[解析](1)电子所受静电力提供向心力k e 2r 2＝m v 2r

故E k ＝12m v 2＝ke 2

2r

E k 1＝9.0×109×(1.60×10－19)2

2×0.53×10－10

J ＝13.6 e V E k 2＝14

E k 1＝3.4 e V . (2)根据能量守恒，ΔE p ＝ΔE ＋(E k 1－E k 2)

故ΔE p ＝20.4 e V .

[答案](1)13.6 e V 3.4 e V (2)20.4 e V