新教材同步輔導(dǎo)2023年高中物理課時(shí)評(píng)價(jià)作業(yè)十五原子的結(jié)構(gòu)粵教版選擇性必修第三冊(cè)

課時(shí)評(píng)價(jià)作業(yè)(十五)原子的結(jié)構(gòu)A級(jí)基礎(chǔ)鞏固1．(2023·北京海淀101中學(xué)高二期末)右圖是陰極射線管的示意圖．接通電源后，會(huì)有電子從陰極K射向陽(yáng)極A，并在熒光屏上形成一條亮線．要使熒光屏上的亮線向下偏轉(zhuǎn)，下列措施中可行的是()A．加一方向平行紙面向上的磁場(chǎng)B．加一方向平行紙面向下的磁場(chǎng)C．加一方向垂直紙面向里的磁場(chǎng)D．加一方向垂直紙面向外的磁場(chǎng)解析：要使電子向下偏轉(zhuǎn)，則電子受到向下的洛倫茲力，故根據(jù)左手定則可施加一個(gè)方向垂直紙面向里的磁場(chǎng)．故選C.答案：C2．(多選)α粒子散射實(shí)驗(yàn)又稱金箔實(shí)驗(yàn)或Geiger－Marsden實(shí)驗(yàn)，是1909年漢斯·蓋革和恩斯特·馬斯登在歐內(nèi)斯特·盧瑟福指導(dǎo)下于英國(guó)曼徹斯特大學(xué)做的一個(gè)著名物理實(shí)驗(yàn)．α粒子轟擊金箔的軌跡如圖所示．下列說(shuō)法正確的是()A．使α粒子發(fā)生明顯偏轉(zhuǎn)的力是原子核對(duì)α粒子的靜電引力FB．大多數(shù)α粒子穿過(guò)金箔后，仍沿原來(lái)方向前進(jìn)C．實(shí)驗(yàn)表明原子中心的核帶有原子的全部正電荷及全部質(zhì)量D．實(shí)驗(yàn)表明原子中心有一個(gè)極小的核，它占有原子體積的極小部分解析：在α粒子的散射實(shí)驗(yàn)中，大多數(shù)α粒子穿過(guò)金箔后，仍沿原來(lái)方向前進(jìn)，使α粒子發(fā)生明顯偏轉(zhuǎn)的力是原子核對(duì)α粒子的靜電斥力，故A錯(cuò)誤，B正確；實(shí)驗(yàn)表明原子中心有一個(gè)極小的核，它占有原子體積的極小部分，原子中心的核帶有原子的全部正電荷及幾乎全部質(zhì)量(不是全部質(zhì)量，核外電子也有質(zhì)量)，故C錯(cuò)誤，D正確．答案：BD3.(多選)根據(jù)α粒子散射實(shí)驗(yàn)，盧瑟福提出了原子的核式結(jié)構(gòu)模型．如圖所示為原子核式結(jié)構(gòu)模型的α粒子散射圖景，圖中實(shí)線表示α粒子運(yùn)動(dòng)軌跡．下列說(shuō)法正確的是()A．盧瑟福在α粒子散射實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)了電子B．α粒子出現(xiàn)較大角度偏轉(zhuǎn)的原因是α粒子接近原子核時(shí)受到的庫(kù)侖斥力較大C．α粒子出現(xiàn)較大角度偏轉(zhuǎn)的過(guò)程中電勢(shì)能先變小后變大D．α粒子出現(xiàn)較大角度偏轉(zhuǎn)的過(guò)程中加速度先變大后變小解析：湯姆孫對(duì)陰極射線的探究發(fā)現(xiàn)了電子，A錯(cuò)誤；α粒子出現(xiàn)較大角度偏轉(zhuǎn)的原因是α粒子接近原子核時(shí)受到較大的庫(kù)侖斥力，B正確；α粒子在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，一直受到斥力，靠近原子核過(guò)程中庫(kù)侖力做負(fù)功，電勢(shì)能增大，遠(yuǎn)離原子核過(guò)程中庫(kù)侖力做正功，電勢(shì)能減小，C錯(cuò)誤；靠近原子核過(guò)程中庫(kù)侖力增大，加速度增大，遠(yuǎn)離原子核過(guò)程中庫(kù)侖力減小，加速度減小，D正確．答案：BD4.圖中畫出了氫原子的4個(gè)能級(jí)，并注明了相應(yīng)的能量E.處在n＝4的能級(jí)的一群氫原子向低能級(jí)躍遷時(shí)，能夠發(fā)出若干種不同頻率的光波．已知金屬鉀的逸出功為2.22eV.在這些光波中，能夠從金屬鉀的表面打出光電子的總共有()A．2種 B．3種C．4種 D．5種解析：由愛(ài)因斯坦的光電效應(yīng)方程hν＝W0＋Ekm，能夠從金屬鉀的表面打出光電子，則光子的能量hν≥W0，E4－E2＝2.55eV，E4－E1＝12.75eV，E3－E1＝12.09eV，E2－E1＝10.2eV，都能滿足條件，選項(xiàng)C正確．答案：C5．欲使處于基態(tài)的氫原子激發(fā)，下列措施不可行的是()A．用10.2eV的光子照射 B．用11eV的光子照射C．用14eV的光子照射 D．用11eV的電子碰撞解析：由玻爾理論可知，氫原子在各能級(jí)間，只能吸收能量值剛好等于兩能級(jí)能量之差的光子．由氫原子能級(jí)關(guān)系不難算出，10.2eV剛好為氫原子n＝1和n＝2兩能級(jí)能量之差，而11eV則不是氫原子基態(tài)和任一激發(fā)態(tài)的能量之差，因而氫原子只能吸收前者被激發(fā)，而不能吸收后者．對(duì)14eV的光子，其能量大于氫原子的電離能，足可使氫原子電離，因而不受氫原子能級(jí)間躍遷條件限制．由能的轉(zhuǎn)化和守恒定律不難知道，氫原子吸收14eV的光子電離后產(chǎn)生的自由電子還應(yīng)具有0.4eV動(dòng)能．另外，用電子去碰撞氫原子時(shí)，入射電子的動(dòng)能可全部或部分地被氫原子吸收，所以只要入射電子的動(dòng)能大于或等于基態(tài)和某個(gè)激發(fā)態(tài)能量之差，也可以使氫原子激發(fā)．結(jié)合前面的分析可知，B正確．答案：B6．(2022·四川綿陽(yáng)南山中學(xué)高二期末)我國(guó)自主研發(fā)的氫原子鐘現(xiàn)已運(yùn)用于北斗導(dǎo)航系統(tǒng)中，高性能的原子鐘對(duì)導(dǎo)航精度的提高極為重要．氫原子能級(jí)如圖所示，大量處于n＝4能級(jí)的氫原子，下列正確的是()A．氫原子向低能級(jí)躍遷時(shí)最多發(fā)出3種不同頻率的光B．氫原子由n＝4能級(jí)躍遷到n＝3能級(jí)時(shí)發(fā)出光子的頻率大于由n＝3能級(jí)躍遷至n＝2能級(jí)時(shí)發(fā)出光子的頻率C．氫原子躍遷時(shí)發(fā)出的光子中能量最大的為0.85eVD．動(dòng)能為10.4eV的電子射向大量處于基態(tài)的氫原子，氫原子會(huì)發(fā)生躍遷解析：大量處于n＝4能級(jí)的氫原子，氫原子向低能級(jí)躍遷時(shí)最多發(fā)出Ceq\o\al(2,4)＝6種不同頻率的光，A錯(cuò)誤；氫原子由n＝4能級(jí)躍遷到n＝3能級(jí)時(shí)發(fā)出光子的頻率hν43＝E43＝(－0.85eV)－(1.51eV)＝0.66eV，ν43＝eq\f(0.66eV,h)，由n＝3能級(jí)躍遷至n＝2能級(jí)時(shí)發(fā)出光子的頻率hν32＝(－1.51eV)－(－3.4eV)＝1.89eV，ν32＝eq\f(1.89eV,h)，則有eq\f(0.66eV,h)<eq\f(1.89eV,h)，即有ν43<ν32，氫原子由n＝4能級(jí)躍遷到n＝3能級(jí)時(shí)發(fā)出光子的頻率小于由n＝3能級(jí)躍遷至n＝2能級(jí)時(shí)發(fā)出光子的頻率，B錯(cuò)誤；從n＝4能級(jí)躍遷到n＝1能級(jí)時(shí)，輻射光子的能量最大，氫原子躍遷時(shí)發(fā)出的光子中能量最大的為E41＝(－0.85eV)－(－13.6eV)＝12.75eV，C錯(cuò)誤；因?yàn)閷?shí)物粒子的動(dòng)能可全部或部分地被原子吸收，所以只要入射粒子的能量大于或等于兩能級(jí)的能量差值，均可使原子產(chǎn)生能級(jí)躍遷，因此動(dòng)能為10.4eV的電子射向大量處于基態(tài)的氫原子，氫原子會(huì)發(fā)生躍遷，D正確．答案：DB級(jí)能力提升7．(2022·四川南充高二統(tǒng)考期末)據(jù)科技部報(bào)道，迄今為止，科學(xué)家已經(jīng)成功檢測(cè)定位了納米晶體結(jié)構(gòu)中的氫原子．如圖為氫原子能級(jí)的示意圖，已知可見光光子的能量在1.61～3.10eV范圍內(nèi)，則()A．處于n＝1能級(jí)的基態(tài)氫原子可吸收一個(gè)可見光光子，發(fā)生電離B．處于n＝5能級(jí)的一個(gè)氫原子向低能級(jí)躍遷時(shí)，最多可輻射10種不同頻率的光子C．處于n＝2能級(jí)的氫原子可吸收能量為2.55eV的可見光光子躍遷到更高能級(jí)D．處于n＝3能級(jí)的氫原子向n＝1能級(jí)躍遷時(shí)，所輻射的光子為可見光解析：基態(tài)氫原子的電離能為13.6eV，高于可見光光子能量范圍，所以基態(tài)氫原子不可能吸收一個(gè)可見光光子而發(fā)生電離，故A錯(cuò)誤；處于n＝5能級(jí)的一個(gè)氫原子向低能級(jí)躍遷時(shí)，最多可輻射4種不同頻率的光子，故B錯(cuò)誤；由圖可知n＝2和n＝4的能量差為2.55eV，所以處于n＝2能級(jí)的氫原子可吸收能量為2.55eV的可見光光子躍遷到n＝4能級(jí)，故C正確；處于n＝3能級(jí)的氫原子向n＝1能級(jí)躍遷時(shí)，所輻射的光子能量為12.09eV，不可能為可見光，故D錯(cuò)誤．答案：C8.根據(jù)氫原子的能級(jí)圖，現(xiàn)讓一束單色光照射到大量處于基態(tài)(量子數(shù)n＝1)的氫原子上，受激的氫原子能自發(fā)地發(fā)出10種不同頻率的光，則照射氫原子的單色光的光子能量為()A．10.2eV B．3.4eVC．13.06eV D．12.75eV解析：由題可知大量受激的氫原子能自發(fā)地發(fā)出10種不同頻率的光，由10＝eq\f(n（n－1）,2)，可得n＝5.可知受激后的氫原子處于n＝5能級(jí)，則照射氫原子光的能量為E＝E5－E1＝13.06eV.答案：C9．(2022·全國(guó)高三專題練習(xí))圖甲為氫原子能級(jí)圖，圖乙為氫原子光譜，Hα、Hβ、Hγ、Hδ是可見光區(qū)的四條譜線，其中Hβ譜線是氫原子從n＝4能級(jí)躍遷到n＝2能級(jí)輻射產(chǎn)生的．下列說(shuō)法正確的是()A．這四條譜線中，Hα譜線光子能量最大B．Hα譜線是氫原子從n＝5能級(jí)躍遷到n＝2能級(jí)輻射產(chǎn)生的C．處于n＝2能級(jí)的氫原子電離至少需要吸收13.6eV的能量D．若Hα、Hβ、Hγ、Hδ中只有一種光能使某金屬產(chǎn)生光電效應(yīng)，那一定是Hδ解析：由圖乙可知Hα譜線對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)最大，由E＝heq\f(c,λ)可知，波長(zhǎng)越大，能量越小，A錯(cuò)誤；Hα譜線光子的能量最小，氫原子從n＝5能級(jí)躍遷到n＝2能級(jí)輻射的能量不是最小的，最小的是從n＝5能級(jí)躍遷到n＝4能級(jí)產(chǎn)生的，B錯(cuò)誤；處于n＝2能級(jí)的氫原子電離至少需要吸收3.4eV的能量，C錯(cuò)誤；頻率越大的光子越容易使金屬產(chǎn)生光電效應(yīng)，圖中Hδ譜線波長(zhǎng)最小，頻率最大，E＝heq\f(c,λ)可知，Hδ光能量最大，若Hα、Hβ、Hγ、Hδ中只有一種光能使某金屬產(chǎn)生光電效應(yīng)，那一定是Hδ，D正確．答案：D10．(2022·浙江溫州高二校聯(lián)考期末)下列四幅圖涉及不同的物理知識(shí)，其中說(shuō)法不正確的是()A．圖甲：愛(ài)因斯坦通過(guò)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：康普頓效應(yīng)說(shuō)明光子具有粒子性，光子不但具有能量，還有動(dòng)量C．圖丙：盧瑟福研究α粒子散射實(shí)驗(yàn)，提出了原子的核式結(jié)構(gòu)模型D．圖丁：湯姆生研究陰極射線管證實(shí)了陰極射線是帶電粒子流解析：普朗克通過(guò)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，故A說(shuō)法錯(cuò)誤，符合題意；康普頓效應(yīng)、光電效應(yīng)說(shuō)明光具有粒子性，光子具有能量，康普頓效應(yīng)還表明光子具有動(dòng)量，故B說(shuō)法正確，不符合題意；盧瑟福研究α粒子散射實(shí)驗(yàn)，提出了原子的核式結(jié)構(gòu)模型，故C說(shuō)法正確，不符合題意；湯姆生研究陰極射線管證實(shí)了陰極射線是帶電粒子流，故D說(shuō)法正確，不符合題意．答案：AC級(jí)拓展創(chuàng)新11．(2022·福建莆田高三?？茧A段練習(xí))19世紀(jì)后期，對(duì)陰極射線的本質(zhì)的認(rèn)識(shí)有兩種觀點(diǎn)．一種觀點(diǎn)認(rèn)為陰極射線是電磁輻射，另一種觀點(diǎn)認(rèn)為陰極射線是帶電粒子.1897年，湯姆孫判斷出該射線的電性，并求出了這種粒子的比荷，為確定陰極射線的本質(zhì)做出了重要貢獻(xiàn)．假設(shè)你是當(dāng)年“陰極射線是帶電粒子”觀點(diǎn)的支持者，請(qǐng)回答下列問(wèn)題：(1)如圖所示的真空玻璃管內(nèi)，陰極K發(fā)出的粒子經(jīng)加速后形成一細(xì)束射線，以平行于金屬板CD的速度進(jìn)入該區(qū)域，射在屏上O點(diǎn)．如何判斷射線粒子的電性？(2)已知C、D間的距離為d，在C、D間施加電壓U，使極板D的電勢(shì)高于極板C，同時(shí)施加一個(gè)磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，可以保持射線依然射到O點(diǎn)．求該勻強(qiáng)磁場(chǎng)的方向和此時(shí)陰極射線的速度v.(3)撤去磁場(chǎng)，射線射在屏上P點(diǎn)．已知極板的長(zhǎng)度為l1，極板區(qū)的中點(diǎn)M到熒光屏中點(diǎn)O的距離為l2，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，P到O的距離為y.試求該粒子的比荷．解析：(1)根據(jù)帶電粒子從電場(chǎng)的負(fù)極向正極加速的特點(diǎn)，所形成的電場(chǎng)方向由正極指向負(fù)極，即可判斷射線粒子帶負(fù)電．(2)極板D的電勢(shì)高于極板C，形成的電場(chǎng)豎直向上，當(dāng)電子受到的電場(chǎng)力與洛淪茲力平衡時(shí)，電子做勻速直線運(yùn)動(dòng)，亮點(diǎn)重新回復(fù)到中心O點(diǎn)，由左手定則可知，磁場(chǎng)方向應(yīng)垂直紙面向外，設(shè)電子的速度為v，則evB＝eE，E＝eq\f(U,d)，所以v＝eq\f(U,Bd).(3)通過(guò)長(zhǎng)度為l1的極板區(qū)域所需的時(shí)間t1＝eq\f(l1,v)，當(dāng)兩極板之間加上電壓時(shí)，設(shè)兩極板間的場(chǎng)強(qiáng)為E，作用于電子的靜電力的大小為qE，E＝eq\f(U,d)，a＝eq\f(qE,m)，因電子在垂直于極板方向的初速度為0，因而在時(shí)間t1內(nèi)垂直于極板方向的位移y1＝eq\f(1,2)ateq\o\al(2,1)，電子離開極板區(qū)域時(shí)，沿垂直于極板方向的末速度vy＝at1.設(shè)電子離開極板區(qū)域后，電子到達(dá)熒光屏上P點(diǎn)所需時(shí)間為t2：t2＝eq\f(l2－\f(l1,2),v).在t2時(shí)間內(nèi)，電子做勻速直線運(yùn)動(dòng)，在垂直于極板方向的位移y2＝vyt2，P點(diǎn)離開O點(diǎn)的距離等于電子在垂直于極板方向的總位移y＝y(tǒng)1＋y2，由以上各式得電子的荷質(zhì)比為eq\f(q,m)＝eq\f(v2dy,Ul1l2).加上磁場(chǎng)B后，熒光屏上的光點(diǎn)重新回到O點(diǎn)，表示在電子通過(guò)平行板電容器的過(guò)程中電子所受電場(chǎng)力與磁場(chǎng)力相等，即：qE＝qvB，聯(lián)立解得：eq\f(q,m)＝eq\f(U,B2l1l2d)y.答案：(1)根據(jù)帶電粒子從電場(chǎng)的負(fù)極向正極加速的特點(diǎn)判斷(2)垂直紙面向外，v＝eq\f(U,Bd)(3)eq\f(q,m)＝eq\f(U,B2l1l2d)y12．(2022·陜西渭南高二統(tǒng)考期末)研究表明，用具有一定能量的電子轟擊處于基態(tài)的氫原子，當(dāng)電子能量大于等于氫原子的能級(jí)差時(shí)，氫原子就會(huì)發(fā)生躍遷，剩余能量仍保留為電子的動(dòng)能．如圖所示，甲為氫原子的能級(jí)圖，乙為研究光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)電路圖，用一束能量為12.79eV的電子束轟擊一群處于基態(tài)的氫原子，被激發(fā)后的氫原子不穩(wěn)定，向低能級(jí)躍遷，輻射出的光子照射到用鎢做成K極的光電管上，已知金屬鎢的逸出功是4.54eV，電子的電荷量為1.6×10－19C，普朗克常量為h＝6.63×10－34J·s.求：(光速c＝3×108m/s)(1)處于激發(fā)態(tài)的氫原子能輻射出幾種光子？這幾種光子中最短波長(zhǎng)為多少？(2)當(dāng)電壓表示數(shù)為多大時(shí)，微安表的示數(shù)剛好為零？解析：(1)由題意，由于12.79