2023版高考物理一輪復(fù)習(xí)第13章原子結(jié)構(gòu)原子核第1講原子結(jié)構(gòu)氫原子光譜課后限時訓(xùn)練新人教版選修3-5

PAGEPAGE2原子結(jié)構(gòu)氫原子光譜一、選擇題(此題共10小題，1～6題為單項選擇，7～10題為多項選擇)1．(2022·重慶聯(lián)考)仔細觀察氫原子的光譜，發(fā)現(xiàn)它只有幾條別離的不連續(xù)的亮線，其原因是eq\x(導(dǎo)學(xué)號51343288)(D)A．氫原子只有幾個能級B．氫原子只能發(fā)出平行光C．氫原子有時發(fā)光，有時不發(fā)光D．氫原子輻射的光子的能量是不連續(xù)的，所以對應(yīng)的光的頻率也是不連續(xù)的[解析]根據(jù)玻爾理論可知，氫原子的能量是不連續(xù)的，輻射的光子的能量是不連續(xù)的，輻射的光子頻率滿足hν＝Em－En，所以輻射的光子頻率不連續(xù)。故D正確，A、B、C錯誤。2．如圖甲所示是a、b、c、d四種元素的線狀譜，圖乙是某礦物的線狀譜，通過光譜分析可以了解該礦物中缺乏的是eq\x(導(dǎo)學(xué)號51343289)(B)A．a(chǎn)元素 B．b元素C．c元素 D．d元素[解析]將甲中的線狀譜與乙中的譜線相對照，沒有的譜線對應(yīng)的元素即是該礦物質(zhì)中缺少的元素。3．氦原子被電離出一個核外電子，形成類氫結(jié)構(gòu)的氦離子?；鶓B(tài)的氦離子能量為E1＝－54.4eV，氦離子能級的示意圖如下圖。在具有以下能量的光子中，不能被基態(tài)氦離子吸收而發(fā)生躍遷的是eq\x(導(dǎo)學(xué)號51343290)(B)A．40.8eV B．43.2eVC．51.0eV D．54.4eV[解析]要吸收光子發(fā)生躍遷需要滿足一定的條件，即吸收的光子的能量必須是兩個能級的能量差。40.8eV是第一能級和第二能級的差值，51.0eV是第一能級和第四能級的差值，54.4eV是電子電離需要吸收的能量，均滿足條件。即選項A、C、D均可以，而B選項不滿足條件，所以選B。4．μ子與氫原子核(質(zhì)子)構(gòu)成的原子稱為μ氫原子，它在原子核物理的研究中有重要作用。如下圖為μ氫原子的能級示意圖。假定用光子能量為E的一束光照射容器中大量處于n＝2能級的μ氫原子，μ氫原子吸收光子后，發(fā)出頻率為ν1、ν2、ν3、ν4、ν5和ν6的光，且頻率依次增大，那么E等于eq\x(導(dǎo)學(xué)號51343291)(C)A．h(ν3－ν1) B．h(ν5＋ν6)C．hν3 D．hν4[解析]發(fā)出6種頻率的光，說明氫原子躍遷到n＝4能級，由頻率關(guān)系知從n＝2能級躍遷到n＝4能級對應(yīng)的能量為E＝hν3，正確選項為C。5．原子從一個高能級躍遷到一個較低的能級時，有可能不發(fā)射光子。例如在某種條件下，鉻原子的n＝2能級上的電子躍遷到n＝1能級上時并不發(fā)射光子，而是將相應(yīng)的能量轉(zhuǎn)交給n＝4能級上的電子，使之能脫離原子，這一現(xiàn)象叫做俄歇效應(yīng)，以這種方式脫離了原子的電子叫做俄歇電子。鉻原子的能級公式可簡化表示為En＝－eq\f(A,n2)，式中n＝1,2,3，……表示不同能級，A是正的常數(shù)，上述俄歇電子的動能是eq\x(導(dǎo)學(xué)號51343292)(C)A.eq\f(3,16)A B．eq\f(7,16)AC.eq\f(11,16)A D．eq\f(13,16)A[解析]先計算鉻原子的n＝2能級上的電子躍遷到n＝1能級上時應(yīng)釋放的能量：ΔE＝E2－E1＝－eq\f(A,4)＋A＝eq\f(3,4)A。n＝4能級上的電子要電離所需的能量E4＝eq\f(1,16)A，那么n＝4能級上的電子得到ΔE的能量后，首先需要能量使之電離，然后多余的能量以動能的形式存在，所以Ek＝ΔE－E4＝eq\f(11,16)A，選項C正確。6．圖甲所示為氫原子的能級，圖乙為氫原子的光譜。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，那么譜線b可能是氫原子________時的輻射光。eq\x(導(dǎo)學(xué)號51343293)(C)A．從n＝5的能級躍遷到n＝3的能級B．從n＝4的能級躍遷到n＝3的能級C．從n＝5的能級躍遷到n＝2的能級D．從n＝3的能級躍遷到n＝2的能級[解析]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，波長大于譜線b的，所以a光的光子頻率小于b光的光子頻率，所以b光的光子能量大于n＝4和n＝2的能級差。n＝3和n＝2的能級差、n＝4和n＝3的能級差、n＝5和n＝3的能級差都小于n＝4和n＝2的能級差。n＝5和n＝2的能級差大于n＝4和n＝2的能級差。故A、B、D錯誤，C正確。7．如圖是密立根油滴實驗的示意圖。油滴從噴霧器嘴噴出，落到圖中的勻強電場中，調(diào)節(jié)兩板間的電壓，通過顯微鏡觀察到某一油滴靜止在電場中，以下說法正確的選項是eq\x(導(dǎo)學(xué)號51343294)(AD)A．油滴帶負電B．油滴質(zhì)量可通過天平來測量C．只要測出兩板間的距離和電壓就能求出油滴所帶的電荷量D．該實驗測得油滴所帶電荷量等于元電荷的整數(shù)倍[解析]由圖知，電容器板間電場方向向下，油滴所受的電場力向上，那么知油滴帶負電，故A正確；油滴的質(zhì)量很小，不能通過天平測量，故B錯誤；根據(jù)油滴受力平衡得：mg＝qE＝qeq\f(U,d)，得q＝eq\f(mgd,U)，所以要測出兩板間的距離、電壓和油滴的質(zhì)量才能求出油滴所帶的電荷量，故C錯誤；根據(jù)密立根油滴實驗研究知：該實驗測得油滴所帶電荷量等于元電荷的整數(shù)倍，故D正確。應(yīng)選A、D。8．以下說法中正確的選項是eq\x(導(dǎo)學(xué)號51343295)(AB)A．進行光譜分析，可以用線狀譜，也可以用吸收光譜B．光譜分析的優(yōu)點是非常靈敏而迅速C．使一種物質(zhì)發(fā)出的白光通過另一種物質(zhì)的低溫蒸氣，取得吸收光譜，就可以對前者的化學(xué)組成進行分析D．?dāng)z下月球的光譜，可以分析出月球是由哪些元素組成的[解析]由于每種元素都有自己的特征譜線，因此，可以根據(jù)光譜來鑒別物質(zhì)和確定它的化學(xué)組成。所以光譜分析可以用線狀譜或者吸收光譜。吸收光譜分析的是低溫蒸氣物質(zhì)的化學(xué)組成。月球的光譜是太陽的反射光譜，故不能分析月球是由哪些元素組成的。9．以下關(guān)于玻爾原子理論的說法正確的選項是eq\x(導(dǎo)學(xué)號51343296)(ADE)A．電子繞原子核做圓周運動的軌道半徑不是任意的B．電子在繞原子核做圓周運動時，穩(wěn)定地產(chǎn)生電磁輻射C．電子從量子數(shù)為2的能級躍遷到量子數(shù)為3的能級時要輻射光子D．不同頻率的光照射處于基態(tài)的氫原子時，只有某些頻率的光可以被氫原子吸收E．氫原子光譜有很多不同的亮線，說明氫原子能發(fā)出很多不同頻率的光，但它的光譜不是連續(xù)譜[解析]電子繞原子核做圓周運動的軌道是量子化的，軌道半徑不是任意的，故A正確。電子在繞原子核做圓周運動時，不會產(chǎn)生電磁輻射，只有躍遷時才會出現(xiàn)，故B錯誤。氫原子在不同的軌道上的能級En＝eq\f(1,n2)E1，電子從量子數(shù)為2的能級躍遷到量子數(shù)為3的能級時要吸收光子，故C錯誤。不同頻率的光照射處于基態(tài)的氫原子時，只有某些頻率的光可以被氫原子吸收，故D正確。氫原子光譜有很多不同的亮線，說明氫原子能發(fā)出很多不同頻率的光，是特征譜線，但它的光譜不是連續(xù)譜，故E正確。10．根據(jù)玻爾假設(shè)，假設(shè)規(guī)定無窮遠處的能量為0，那么量子數(shù)為n的氫原子的能量En＝eq\f(E1,n2)，E1為基態(tài)的能量，經(jīng)計算為－13.6eV，現(xiàn)規(guī)定氫原子處于基態(tài)時的能量為0，那么eq\x(導(dǎo)學(xué)號51343297)(BC)A．量子數(shù)n＝2時能級的能量為0B．量子數(shù)n＝3時能級的能量為－eq\f(8E1,9)C．假設(shè)要使氫原子從基態(tài)躍遷到第4能級，那么需要吸收的光子能量為－eq\f(15E1,16)D．假設(shè)采用能量為－eq\f(9E1,10)的高速電子轟擊而躍遷到激發(fā)態(tài)，這些氫原子從激發(fā)態(tài)向低能級躍遷的過程中可釋放出10種不同頻率的光子[解析]假設(shè)規(guī)定無窮遠處的能量為0，那么量子數(shù)為n＝2時的能量為E2＝eq\f(－13.6,22)eV＝－3.4eV，假設(shè)氫原子處于基態(tài)時的能量為0，那么量子數(shù)n＝2時能級的能量為10.2eV，選項A錯誤；量子數(shù)n＝3時能級的能量為eq\f(E1,32)－E1＝－eq\f(8E1,9)，選項B正確；假設(shè)要使氫原子從基態(tài)躍遷到第4能級，那么需要吸收的光子能量為eq\f(E1,42)－E1＝－eq\f(15E1,16)，選項C正確；采用能量為－eq\f(9E1,10)的高速電子轟擊而躍遷到激發(fā)態(tài)，根據(jù)Em－En＝hν，氫原子獲得能量躍遷到n＝3激發(fā)態(tài)，那么這些氫原子從激發(fā)態(tài)向低能級躍遷的過程中可釋放出3種不同頻率的光子，故D錯誤。二、非選擇題11．1910年英國科學(xué)家盧瑟福進行了著名的α粒子(帶正電)轟擊金箔實驗。結(jié)果發(fā)現(xiàn)：絕大多數(shù)α粒子穿過金箔后仍沿原方向前進，但是有少數(shù)α粒子卻發(fā)生了較大的偏轉(zhuǎn)，并且有極少數(shù)α粒子的偏轉(zhuǎn)超過90°，有的甚至幾乎到達180°，像是被金箔彈了回來。eq\x(導(dǎo)學(xué)號51343298)(1)根據(jù)實驗現(xiàn)象，盧瑟福提出“原子的大局部質(zhì)量集中到了一個很小的結(jié)構(gòu)上〞，盧瑟福所說的“很小的結(jié)構(gòu)〞指的是__原子核__。(2)1μm金箔包含了3000層金原子，絕大多數(shù)α粒子穿過前方向不變，該現(xiàn)象可以說明以下兩種說法中的(B)(選填A(yù)或B)A．原子的質(zhì)量是均勻分布的B．原子內(nèi)部絕大局部空間是空的(3)科學(xué)家對原子結(jié)構(gòu)的探究經(jīng)歷了三個過程，通過α粒子散射實驗，你認為原子結(jié)構(gòu)為圖中的(C)[解析]原子是由原子核和核外電子構(gòu)成的，原子核體積很小，原子的質(zhì)量主要集中在原子核上，核外電子圍繞原子核做高速運動。(1)假設(shè)原子質(zhì)量、正電荷在原子內(nèi)均勻分布，那么不會出現(xiàn)極少數(shù)α粒子發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)的現(xiàn)象，這里的“很小的結(jié)構(gòu)〞指的是原子核。(2)原子核外十分“空曠〞，使絕大多數(shù)α粒子穿過前方向不變。(3)通過上述實驗，能說明原子結(jié)構(gòu)是：原子核位于原子的中心，大局部質(zhì)量集中在原子核上，應(yīng)選C。12．如下圖為美國物理學(xué)家密立根測量油滴所帶電荷量裝置的截面圖，兩塊水平放置的金屬板間距為d。油滴從噴霧器的噴嘴噴出時，由于與噴嘴摩擦而帶負電。油滴散布在油滴室中，在重力作用下，少數(shù)油滴通過上面金屬板的小孔進入平行金屬板間。當(dāng)平行金屬板間不加電壓時，由于受到氣體阻力的作用，油滴最終以速度v1豎直向下勻速運動；當(dāng)上板帶正電，下板帶負電，兩板間的電壓為U時，帶電油滴恰好能以速度v2豎直向上勻速運動。油滴在極板間運動時所受氣體阻力的大小與其速率成正比，油滴密度為ρ，已測量出油滴的直徑為D(油滴可看做球體，球體體積公式V＝eq\f(1,6)πD3)，重力加速度為g。eq\x(導(dǎo)學(xué)號51343299)(1)設(shè)油滴受到氣體的阻力f＝kv，其中k為阻力系數(shù)，求k的大?。?2)求油滴所帶電荷量。[答案](1)eq\f(1,6v1)πρD3g(2)eq\f(ρπD3gdv1＋v2,6Uv1)[解析](1)油滴速度為v1時所受阻力f1＝kv1，油滴向下勻速運動時，重力與阻力平衡，有f1＝mg，m＝ρV＝eq\f(1,6)πρD3，那么k＝eq\f(1,6v1)πρD3g(2)設(shè)油滴所帶電荷量為Q，油滴受到的電場力F電＝qE＝qeq\f(U,d)油滴向上勻速運動時，阻力向下，油滴受力平衡，kv2＋mg＝qeq\f(U,d)那么油滴所帶電荷量q＝eq\f(ρπD3gdv1＋v2,6Uv1)。13．1909—1911年，英國物理學(xué)家盧瑟福與其合作者做了用α粒子轟擊固定金箔的實驗，發(fā)現(xiàn)絕大多數(shù)α粒子穿過金箔后仍沿原來的方向前進，少數(shù)α粒子卻發(fā)生子較大的偏轉(zhuǎn)，并且還有極少數(shù)α粒子偏轉(zhuǎn)角度超過了90°，有的甚至被彈回，偏轉(zhuǎn)角幾乎到達180°，這就是α粒子散射實驗。為了解釋這個結(jié)果，盧瑟福在1911年提出了原子的核式結(jié)構(gòu)學(xué)說：在原子的中心有一個很小的核，叫做原子核，原子的全部正電荷和幾乎全部質(zhì)量都集中在原子核上，帶負電的電子在核外空間繞著核旋轉(zhuǎn)。設(shè)某一次實驗，有一初速度為v0的α粒子正對著金箔中某一金原子核Q運動，結(jié)果被反向彈回。在點電荷Q的電場中，α粒子在距離Q為r的點的電勢能W＝eq\f(kQ金qα,r)，k＝9.0×109N·m2/C2，金的原子序數(shù)為79，α粒子質(zhì)量ma＝6.64×10－27kg，α粒子初速度v0＝1.6×107m/s，電子電荷量e＝1.6×10－19C。eq\x(導(dǎo)學(xué)號51343300)(1)假設(shè)該α粒子距離這個金核r1時，其速度為v1，加速度為a1，那么在距離這個金核r2時，其速度v2，加速度a2各為多少？(2)請估算出金原子核的直徑d。[答案]見解析[解析](1)由牛頓第二定律得a∝F，由庫侖定律知F∝eq\f(1,r2)，故有eq\f(a2,a1)＝eq\f(r\o\al(2,1),r\o\al(2,2))，解得a2＝(eq\f(r1,r2))2a1，忽略金原子內(nèi)電子產(chǎn)生的電場的影響，由能量守恒定律得eq\f(kQ金qα,r1)＋eq\f(1,2)mαveq\o\al(2,1)＝eq\f(kQ金qα,r2)＋eq\f(1,2)mαveq\o\al(2,2)解得v2＝eq\r(\f(2kQ金qα,mα)\f(1,r1)－\f(1,r2)＋v\o\al(2,1))＝eq\r(\f(2×9.0×109×79×2×1.6×10－192,6.64×10－27)×\f(1,r1)－\f(1,r2)＋v\o\al(2,1))＝eq