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1、第18章 原子结构 (高考体验)一、选择题(本题共8小题,每小题6分,共48分。在每小题给出的四个选项中,至少有一个选项正确;全部选对的得6分,选不全的得3分,有选错或不答的得0分)1.(2015天津理综)物理学重视逻辑,崇尚理性,其理论总是建立在对事实观察的基础上。下列说法正确的是()A.天然放射现象说明原子核内部是有结构的B.电子的发现使人们认识到原子具有核式结构C.粒子散射实验的重要发现是电荷是量子化的D.密立根油滴实验表明核外电子的轨道是不连续的解析:天然放射现象是从原子核中放出射线和粒子的现象,它表明原子核内部是有结构的,故A正确;卢瑟福粒子散射实验揭示了原子的核式结构模型,故B错误
2、;密立根油滴实验,测定了所有电荷带的电荷量都是元电荷的整数倍,电荷是量子化的,故C错误;玻尔原子理论,提出了电子轨道是不连续的,玻尔理论成功解释了氢光谱的规律性以及夫兰克赫兹实验,证明了玻尔理论的正确性,故D错误。答案:A2.导学号97280087(2013福建理综)在卢瑟福粒子散射实验中,金箔中的原子核可以看作静止不动,下列各图画出的是其中两个粒子经历金箔散射过程的径迹,其中正确的是()解析:粒子运动时受到原子核的排斥力作用,离原子核距离远的粒子受到的排斥力小,运动方向改变的角度也小,离原子核距离近的粒子受到的排斥力大,运动方向改变的角度就大,C项正确。答案:C3.(2014天津理综)下列说
3、法正确的是()A.玻尔对氢原子光谱的研究导致原子的核式结构模型的建立B.可利用某些物质在紫外线照射下发出荧光来设计防伪措施C.天然放射现象中产生的射线都能在电场或磁场中发生偏转D.观察者与波源互相远离时接收到波的频率与波源频率不同解析:卢瑟福的粒子散射实验导致了原子的核式结构模型的建立,选项A错误;一些防伪设计是利用了紫外线能使许多物质发出荧光这一性质,选项B正确;天然放射线中的射线没有电性,不会在电场或磁场中发生偏转,选项C错误;根据多普勒效应可知选项D正确。答案:BD4.(2012四川理综)如图为氢原子能级示意图的一部分,则氢原子()A.从n=4能级跃迁到n=3能级比从n=3能级跃迁到n=
4、2能级辐射出电磁波的波长长B.从n=5能级跃迁到n=1能级比从n=5能级跃迁到n=4能级辐射出电磁波的速度大C.处于不同能级时,核外电子在各处出现的概率是一样的D.从高能级向低能级跃迁时,氢原子核一定向外放出能量解析:由h=Em-En,En=-,=可得从n=4跃迁到n=3比从n=3跃迁到n=2辐射出的电磁波的能量小,频率小,波长长,选项A正确;电磁波在真空中的速度都是一样的,选项B错误;电子轨道与能级对应处于不同能级,核外电子在各处出现的概率是不一样的,选项C错误;从高能级向低能级跃迁时,氢原子一定向外释放能量,但不是氢原子核释放能量,选项D错误。答案:A5.(2012江苏单科)如图所示是某原
5、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()解析:由En=、h=E及能级跃迁图可得a光的波长最短,b光的波长最长,选项C正确。答案:C6.(2014上海单科)不能用卢瑟福原子核式结构模型得出的结论是()A.原子中心有一个很小的原子核B.原子核是由质子和中子组成的C.原子质量几乎全部集中在原子核内D.原子的正电荷全部集中在原子核内解析:卢瑟福原子核式结构模型的结论不涉及原子核的组成问题,A、C、D三项不符合题意,B项符合题意。答案:B7.(2011四川理综)氢原子从能级m跃迁到能级n时辐射红光的频率为1,从能级n跃迁
6、到能级k时吸收紫光的频率为2,已知普朗克常量为h,若氢原子从能级k跃迁到能级m,则()A.吸收光子的能量为h1+h2 B.辐射光子的能量为h1+h2 C.吸收光子的能量为h2-h1D.辐射光子的能量为h2-h1 解析:氢原子从能级m跃迁到能级n时,辐射红光,则h1=Em-En;从能级n跃迁到能级k时,吸收紫光,则h2=Ek-En。因为红光的频率1小于紫光的频率2,即h1h2,所以能级k大于能级m。从能级k跃迁到能级m时,辐射光子的能量为Ek-Em=h2-h1,选项D正确。答案:D8.(2014山东理综)氢原子能级如图,当氢原子从n=3跃迁到n=2的能级时,辐射光的波长为656 nm。以下判断正
7、确的是()A.氢原子从n=2跃迁到n=1的能级时,辐射光的波长大于656 nmB.用波长为325 nm的光照射,可使氢原子从n=1跃迁到n=2的能级C.一群处于n=3能级上的氢原子向低能级跃迁时最多产生3种谱线D.用波长为633 nm的光照射,不能使氢原子从n=2跃迁到n=3的能级解析:由h=E2-E1及氢原子能级关系可知,从n=2跃迁到n=1时释放光子波长为122 nm,故选项A错误。波长325 nm光子能量小于波长122 nm光子能量,不能使氢原子从n=1跃迁到n=2的能级,选项B错误。一群处于n=3能级的氢原子向低能级跃迁时最多有3种可能,因此最多产生3种谱线,选项C正确。从n=3跃迁到
8、n=2时辐射光的波长=656 nm,所以,只有当入射光波长为656 nm时,才能使氢原子从n=2跃迁到n=3的能级,选项D正确。答案:CD二、填空题(本题共2小题,共16分。把答案填在题中的横线上)9.(8分)(2013江苏单科)根据玻尔原子结构理论,氦离子(He+)的能级图如图所示。电子处在n=3轨道上比处在n=5轨道上离氦核的距离(选填“近”或“远”)。当大量He+处在n=4的激发态时,由于跃迁所发射的谱线有条。解析:能级越小的电子,离原子核越近;从n=4的激发态跃迁时,发射的谱线条数为=6条。答案:近610.导学号97280088(8分)(2015海南单科)氢原子基态的能量为E1=-13
9、.6 eV。大量氢原子处于某一激发态。由这些氢原子可能发出的所有的光子中,频率最大的光子能量为-0.96E1,频率最小的光子的能量为 eV(保留2位有效数字),这些光子可具有种不同的频率。解析:氢原子原来处于n能级,由频率条件知-0.96E1=E1-E1,解得n=5。频率最小的光子能量为hmin=E5-E4=0.31 eV。具有不同频率的光子的数量为=10。答案:0.3110三、解答题(本题共3小题,共36分。解答应写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤,有数值计算的题,答案中必须明确写出数值和单位)11.(10分)(2010江苏单科)已知氢原子处在第一、第二激发态的能级分别为-3.40
10、eV和-1.51 eV,金属钠的截止频率为5.531014 Hz,普朗克常量h=6.6310-34 Js。请通过计算判断,氢原子从第二激发态跃迁到第一激发态过程中发出的光照射金属钠板,能否发生光电效应。解析:氢原子放出的光子能量E=E3-E2,代入数据得E=1.89 eV金属钠的逸出功W0=hc,代入数据得W0=2.3 eV因为EW0,所以不能发生光电效应。答案:不能。原因见解析12.(12分)如图所示,让一束均匀的阴极射线从两极板正中间垂直穿过正交的电磁场,选择合适的磁感应强度B和两极之间的电压U,带电粒子将不发生偏转,然后撤去电场,粒子将做匀速圆周运动,并垂直打到极板上,两极板之间的距离为
11、d,则阴极射线中带电粒子的比荷为多少?解析:设阴极射线粒子的电荷量为q,质量为m,则在电磁场中由平衡条件得q=qvB撤去电场后,由牛顿第二定律得qvB=R=解得。答案:13.导学号97280089(14分)1951年物理学家发现了“电子偶数”,所谓“电子偶数”,就是同一个负电子和一个正电子绕它们的质量中心旋转形成的相对稳定的系统。已知正、负电子的质量均为me,普朗克常量为h,静电力常量为k。(1)若正、负电子是由一个光子和核场相互作用产生的,且相互作用过程中核场不提供能量,则此光子的频率必须大于临界值,临界值为多大?(2)假设“电子偶数”中,正、负电子绕它们质量中心做匀速圆周运动的轨道半径r、
12、运动速度v及电子的质量满足玻尔的轨道量子化理论:2mevr=,n=1,2,“电子偶数”的能量为正、负电子运动的动能和系统的电势能之和,已知两正、负电子相距为L时系统的电势能为E=-k。试求n=1时“电子偶数”的能量。(3)“电子偶数”由第一激发态跃迁到基态发出光子的波长为多大?解析:(1)设光子频率的临界值为0,则h0=2mec2,0=。(2)由于正、负电子质量相等,故两电子的轨道半径相等,设为r,则正、负电子间距为2r,速度均为v,则k=me,2mevr=n,电子偶数能量En=2mev2-k,得En=-。电子偶数基态能量为E1=-。(3)电子偶数处于第一激发态时能量E2=,设电子偶数从第一激发态跃迁到基态时发出光子的波长为。则E2-E1=-E1=h,=。答案:(1)(2)-(3)
