(江苏专用)2020高考物理复习专题五动量与原子物理学第三讲原子结构与原子核——课前自测诊断卷【带答案】

第三讲原子结构与原子核

——课前自测诊断卷

考点一原子结构与原子光谱

1.[考查α

如图是卢瑟福的α粒子散射实验装置，在一个小铅盒里放有少量的放射性元素钋，它发出的α粒子从铅盒的小孔射出，形成很细的一束射线，射到金箔上，最后打在荧光屏上产生闪烁的光点。下列说法正确的是( )

A．该实验是卢瑟福建立原子核式结构模型的重要依据

B．该实验证实了汤姆孙原子模型的正确性

C．α粒子与原子中的电子碰撞会发生大角度偏转

D．绝大多数的α粒子发生大角度偏转

解析：选A 卢瑟福根据α粒子散射实验，提出了原子核式结构模型，选项A正确，B错误；电子质量太小，对α粒子的影响不大，选项C错误；绝大多数α粒子穿过金箔后，基本上仍沿原方向前进，D错误。

2．[考查对玻尔理论及氢原子能级的理解]

下列关于玻尔原子理论及氢原子能级的说法，正确的是( )

A．原子中的电子在某一定态时，电子做加速运动，向外辐射能量

B．原子中的电子运行轨道分布是连续的

C．由氢原子能级示意图知，处于基态的氢原子至少要吸收13.6 eV的能量才能发生电离D．氢原子的核外电子由一个能级跃迁到另一个能级时，氢原子的能量一定增大

解析：选C 原子处于称为定态的能量状态时，虽然电子做加速运动，但并不向外辐射能量，故A错误。原子的不同能量状态与电子沿不同的圆轨道绕核运动相对应，而电子的可能轨道的分布是不连续的，故B错误。由氢原子能级示意图知，处于基态的氢原子至少要吸收13.6 eV的能量才能发生电离，故C正确。氢原子的核外电子由高能级向低能级跃迁时释放能量，能量减少；若从低能级向高能级跃迁，则要吸收能量，能量增大，故D 错误。

3．[考查氢原子能级分布图及其应用]

[多选]如图所示是氢原子的能级图，大量处于n＝5激发态的氢原子向低能级跃迁时，一共可以辐射出10种不同频率的光子。其中莱曼系是指氢原子由高能级向n＝1能级跃迁时释放的光子，则( )

A．10种光子中波长最短的是从n＝5激发态跃迁到基态时产生的

B．10种光子中有4种属于莱曼系

C．使n＝5能级的氢原子电离至少要0.85 eV的能量

D．从n＝2能级跃迁到基态释放光子的能量等于从n＝3能级跃迁到n＝2能级释放光子的能量

解析：选AB n＝5激发态跃迁到基态时产生的光子的能量最大，频率最大，所以波长最短，故A正确；由题意

知，从n ＝5、4、3、2激发态跃迁到n ＝1时发出的4种光子属于莱曼系，故B 正确；由题图知，n ＝5能级的电离能为0.54 eV ，所以C 错误；从n ＝2能级跃迁到基态释放光子的能量大于从n ＝3能级跃迁到n ＝2能级释放光子的能量，所以D 错误。

4．[考查氢原子能级跃迁理论]

[多选]图示为氢原子的能级图，现有一群处于n ＝3激发态的氢原子，则这些原子跃迁时

( )

A ．能发出3种不同频率的光子

B ．发出的光子最小能量是0.66 eV

C ．发出的光子最大能量是12.75 eV

D ．由n ＝3能级跃迁到n ＝1能级时发出的光子频率最高

解析：选AD 一群处于n ＝3激发态的氢原子，可能发出C 2

3＝3种不同频率的光子，故A 正确；由n ＝3能级向n ＝2能级跃迁时发出的光子能量最小，则光子频率也最小，最小能量为(－1.51 eV)－(－3.4 eV)＝1.89 eV ，故B 错误；由n ＝3能级向n ＝1能级跃迁时发出的光子能量最大，则光子频率也最大，波长最小。最大能量为(－1.51 eV)－(－13.6 eV)＝12.09 eV ，故C 错误，D 正确。

5．[考查氢原子跃迁和电离]

氢原子处于基态时，原子的能量为E 1＝－13.6 eV ，当处于激发态时，能量为E n ＝E 1

n

2(普朗克常量h ＝6.63×10－34

J·s，真空中光速c ＝3.0×108

m/s)。

(1)若有大量的氢原子处于n ＝4的激发态，则在跃迁过程中可能释放出几种频率的光子？

(2)当氢原子从n ＝3的激发态跃迁到n ＝1的基态时，向外辐射光子的波长是多少？(结果保留3位有效数字) (3)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？(结果保留3位有效数字) 解析：(1)有大量的氢原子处于n ＝4的激发态，则在跃迁过程中可能释放出C 42

＝6种频率的光子。 (2)由跃迁方程得hν＝E 3－E 1 又有c ＝λν，E 3＝E 1

3

2，

联立解得向外辐射光子的波长是λ＝1.03×10－7

m 。

(3)要使处于基态的氢原子电离，入射光子必须满足hν≥0－E 1

代入数据解得ν＝－E 1h ＝－－13.6×1.6×10－19

6.63×10

－34

Hz≈3.28×1015

Hz 。 答案：(1)6种 (2)1.03×10－7 m (3)3.28×1015

Hz

考点二

原子核的衰变 半衰期

6.[考查物理学史]

在人类对微观世界进行探索的过程中，科学实验起到了非常重要的作用。下列说法不符合历史事实的是( ) A ．密立根通过油滴实验测出了基本电荷的数值

B ．贝可勒尔通过对天然放射现象的研究，发现了原子中存在原子核

C ．居里夫妇从沥青铀矿中分离出了钋(Po)和镭(Ra)两种新元素

D．汤姆孙通过阴极射线在电场和磁场中偏转的实验，发现了阴极射线是由带负电的粒子组成的，并测出了该粒子的比荷

解析：选B 密立根通过油滴实验测得了基本电荷的数值，故A正确；贝可勒尔通过对天然放射性现象的研究，证明原子核有复杂结构，α粒子散射实验说明原子中存在原子核，故B错误；居里夫妇从沥青铀矿中分离出了钋(Po)和镭(Ra)两种新元素，故C正确；汤姆孙通过阴极射线在电场和磁场中偏转的实验，发现了阴极射线是由带负电的粒子组成的，并测出了该粒子的比荷，故D正确。

7．[考查三种射线的特点]

如图是卢瑟福设计的一个实验：他在铅块上钻了一个小孔，孔内放入一点镭，使射线只能从这个小孔里发出，随后他将射线引入磁场中，发现射线立即分成三束，他把三束射线分别命名为α射线、β射线、γ射线。基于对这三种射线的深入分析，卢瑟福获得了1907年的诺贝尔奖。以下对这三束射线描述准确的是( )

A．α射线的穿透能力最弱，容易被物体吸收

B．β射线在真空中的运动速度是光速

C．γ射线本质上是波长极短的电磁波，电离能力极强

D．β射线带负电，是来自镭原子的核外电子

解析：选A 穿透能力最弱是α射线，电离作用强，容易被物体吸收，故A正确；β射线的速度约是光速的十分之九，故B错误；γ射线是一种波长很短的电磁波，电离能力极弱，故C错误；β射线(高速电子流)带负电，是由一个中子转化成一个质子后转化而来的，故D错误。

8．[考查α、β衰变次数的计算]

在一个238 92U原子核衰变为一个206 82Pb原子核的过程中，发生β衰变的次数为( )

A．6次B．10次

C．22次D．32次

解析：选A 一个238 92U原子核衰变为一个206 82Pb原子核的过程中，发生α衰变的次数为(238－206)÷4＝8次，发生β衰变的次数为2×8－(92－82)＝6次，选项A正确。

9．[考查对半衰期概念的理解]

[多选]地球年龄有多大？一直是科学研究的问题，其中一种方法是利用天然放射性元素的衰变规律探测。通过对古老岩石中铀和铅的含量的测定，设铀核衰变后全部变成铅核，通过计算推出该岩石中含有的铀是岩石形成初期的一半，铀238的相对含量随时间变化关系如图，由此可判断( )

A．铀238的半衰期为90亿年

B．地球年龄大约45亿年

C．被测定的岩石在90亿年后铀、铅粒子比例约为1∶4

D．被测定的岩石在90亿年后铀、铅粒子比例约为1∶3

解析：选BD 由于测定出该岩石中含有的铀是岩石形成初期时的一半，由图像可知对应的时间是45亿年，即地球年龄大约为45亿年，半衰期为45亿年，故A错误，B正确；设被测定的岩石在90亿年后铀原子的数目为N，铅原