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第二章 原子结构单元质量评估(二) (90分钟100分)一、选择题(本大题共12小题,19单选,1012多选,每小题4分,共48分)1.下列说法不正确的是()A.电子的发现表明原子核有复杂结构B.阴极射线的发现表明原子有复杂结构C.粒子散射实验证明了原子的核式结构D.氢原子光谱表明氢原子的能量是不连续的【解析】选A。电子的发现说明电子是原子的组成部分,A错B对。由粒子散射实验建立了原子的核式结构模型,C对。氢原子光谱是明线光谱,说明氢原子的能量是分立的,D对。故选A。2.在粒子轰击金箔发生大角度散射的过程中,下列说法正确的是()A.粒子一直受到金原子核的斥力作用B.粒子的动能不断减小C.粒子的电势能不断增大D.粒子发生散射是与电子碰撞的结果【解析】选A。粒子在运动的过程中一直受到库仑力的作用,粒子与原子核都带正电,因此它们之间始终是斥力,故A正确;在粒子靠近原子核的过程中,库仑力做负功,动能减小,电势能增大,在远离原子核的过程中,库仑力做正功,动能增加,电势能减小,故B、C错;粒子发生散射是原子核的库仑力作用的结果,故D错。3.关于阴极射线的性质,下列说法正确的是()A.阴极射线是电子打在玻璃管壁上产生的B.阴极射线本质是电子C.阴极射线在电磁场中的偏转表明阴极射线带正电D.阴极射线的比荷比氢原子核小【解析】选B。阴极射线是原子受激发射出的电子流,故A、C错,B对;电子带电量与氢原子相同,但质量是氢原子的,故阴极射线的比荷比氢原子大,D错。4.玻尔的原子模型解释原子的下列问题时,和卢瑟福的核式结构学说观点不同的是()A.电子绕核运动的向心力,就是电子与核间的静电引力B.电子只能在一些不连续的轨道上运动C.电子在不同轨道上运动的能量不同D.电子在不同轨道上运动时,静电引力不同【解析】选B。选项A、C、D的内容在卢瑟福的核式结构学说中也有提及,而玻尔在他的基础上引入了量子学说,假设电子位于不连续的轨道上,故选B。5.太阳光谱是吸收光谱,这是因为太阳内部发出的白光()A.经过太阳大气层时,某些特定频率的光子被吸收后的结果B.穿过宇宙空间时,部分频率的光子被吸收的结果C.进入地球的大气层后,部分频率的光子被吸收的结果D.本身发出时就缺少某些频率的光子【解析】选A。太阳光谱是一种吸收光谱,因为太阳发出的光穿过温度比太阳本身低得多的太阳大气层,而在大气层里存在着从太阳里蒸发出来的许多元素的气体,太阳光穿过它们的时候,跟这些元素的特征谱线相同的光都被这些气体吸收掉了。6.氢原子辐射出一个光子后,根据玻尔理论,下述说法中正确的是()A.电子绕核做圆周运动的半径增大B.氢原子的能级增大C.氢原子的电势能增大D.氢原子核外电子的速率增大【解析】选D。氢原子辐射出一个光子是由于绕核转动的电子由外层轨道向内层轨道跃迁产生的,即由高能级向低能级跃迁产生的。因此选项A、B、C都是错误的。电子和氢原子核之间的库仑力提供电子绕核做圆周运动的向心力,即k=m,所以v=e。由于k、e、m都为定值,所以r减小时,v增大,故选D。7.氢原子从能量为E1的较高激发态跃迁到能量为E2的较低激发态,设真空中的光速为c,则()A.吸收光子的波长为B.辐射光子的波长为C.吸收光子的波长为D.辐射光子的波长为【解析】选D。由玻尔理论的跃迁假设知,当氢原子由较高的能级向较低的能级跃迁时辐射光子,由关系式h=E1-E2得=。又有=,故辐射光子的波长为=,D选项正确。8.氢原子能级结构如图所示,以下说法中正确的是()A.用一群动能为12.78eV的电子轰击大量处于基态的氢原子后,最多能辐射出3种不同频率的光子B.用一群动能为12.78eV的电子轰击大量处于基态的氢原子后,最多能辐射出6种不同频率的光子C.用一群能量为12.78eV的光子照射大量处于基态的氢原子后,最多能辐射出3种不同频率的光子D.用一群能量为12.78eV的光子照射大量处于基态的氢原子后,最多能辐射出6种不同频率的光子【解题指南】解答本题应明确以下两点:(1)原子由低能级向高能级跃迁时,只有能量等于能级差的光子才能被吸收。(2)原子吸收电子的能量由低能级向高能级跃迁时,电子的能量必须大于或等于能级差。【解析】选B。E2-E1=10.2eV,E3-E1=12.09eV,E4-E1=12.75eV,E5-E1=13.06eV,所以当用12.78eV的光子照射氢原子时,不能被氢原子吸收,也就不能向外辐射光子,C、D错。当用12.78eV的电子轰击基态氢原子时,能使基态的氢原子跃迁至n=4的激发态,当氢原子再向基态或较低激发态跃迁时,就能辐射出6种不同频率的光子,B对、A错。9.一个放电管发光,在其光谱中测得一条谱线的波长为1.2210-7m,已知氢原子的能级示意图如图所示,普朗克常量h=6.6310-34Js,电子电荷量e=1.6010-19C,则该谱线所对应的氢原子的能级跃迁是(取三位有效数字)()A.从n=5的能级跃迁到n=3的能级B.从n=4的能级跃迁到n=2的能级C.从n=3的能级跃迁到n=1的能级D.从n=2的能级跃迁到n=1的能级【解析】选D。波长为1.2210-7m的光子能量E=h=J1.6310-18J10.2eV,从图中给出的氢原子能级图可以看出,这条谱线是氢原子从n=2的能级跃迁到n=1的能级的过程中释放的,故D项正确。10.有关氢原子光谱的说法正确的是()A.氢原子的发射光谱是连续谱B.氢原子光谱说明氢原子只发出特定频率的光C.氢原子光谱说明氢原子能级是分立的D.氢原子光谱线的频率与氢原子能级的能量差无关【解析】选B、C。原子的发射光谱是原子跃迁时形成的,由于氢原子的能级是分立的,所以氢原子的发射光谱不是连续谱;原子发出的光子的能量正好等于原子跃迁时的能级差,故氢原子只能发出特定频率的光.综上所述,选项A、D错,B、C对。11.氢原子在某三个相邻能级之间跃迁时,可发出三种不同波长的辐射光,已知其中的两个波长分别为1和2,且12,则另一个波长可能是()A.1+2B.1-2C.D.【解析】选C、D。设三个相邻能级的能量分别为E1、E2、E3(E1E2m)。若此能量由光子提供,则氢原子要吸收光子,此光子的能量必须等于两能级差,否则不被吸收。若此能量由实物粒子提供,实物粒子的动能可全部或部分地被原子吸收,所以只要实物粒子的动能EkE就可使原子发生能级跃迁。(2)氢原子中的电子克服原子核引力做功,逃逸到无穷远处成为自由电子,即氢原子的电离。所以要使处于某一定态(Em)的氢原子电离,必须使电子逃逸到无穷远处,所需能量E=E-Em=-Em,无论是光子还是实物粒子提供能量,只要能量大于等于E即可,多余的能量变为电子的动能。用光子使处于定态Em的氢原子电离,则h-Em。用实物粒子使处于Em定态的氢原子电离,则实物粒子动能Ek-Em。16.(16分)氢原子处于基态时,原子能量E1=-13.6eV,已知电子电量e=1.610-19C,电子质量m=0.9110-30kg,氢的核外电子的第一条可能轨道的半径为r1=0.5310-10m。(1)若要使处于n=2能级的氢原子电离,至少要用频率多大的电磁波照射氢原子?(2)氢原子核外电子的绕核运动可等效为一环形电流,则氢原子处于n=2的激发态时,核外电子运动的等效电流多大?(3)若已知钠的极限频率为6.001014Hz,今用一群处于n=4的激发态的氢原子发射的光谱照射钠,试通过计算说明有几条谱线可使钠发生光电效应。【解析】(1)要使处于n=2的氢原子电离,照射光光子的能量应能使电子从第2能级跃迁到无限远处,最小频率的电磁波的光子能量应为h=0-(-)(2分)得=8.211014Hz(2分)(2)氢原子核外电子绕核做匀速圆周运动,库仑力作向心力,有=(3分)其中r2=4r1根据电流强度的定义I=(3分)由得I=(1分)将数据代入得I=1.310-4A(1分)(3)由于钠的极限频率为6.001014Hz,则使钠发生光电效应的光子的能量至少为E0=h=eV=2.486eV(2分)一群处于n=4的激发态的氢原子发射的光子,要使钠发生光电效应,应使跃迁时两能级的差EE0,所以在六条光谱线中有E41=12.75eV、E31=12.09eV、E21=10.2eV、E42=2.55eV,即由n=4向n=1跃迁,由n=4向n=2跃迁,由n=3向n=1跃迁,由n=2向n=1跃迁时辐射的四条谱线可使钠发生光电效应。(2分)答案:(1)8.211014Hz(2)1.310-4A(3)见解析【补偿训练】处于n=3能级的氢原子能够自发地向低能级跃迁。(1)跃迁过程中电子动能和原子能量如何变化?(2)可能辐射的光子波长是多少?(普朗克常数h=6.6310-34Js)【解析】(1)电子从外轨道进入内轨道,半径变小,由于=则Ek=mv2=,由此可知动能增大;在此过程中,原子向外辐射光子,因此原子能量减少。(2)原子的可能跃迁及相应波长从n=3到n=2E3=-1.51eV,E2=-3.4eV由h=h=En-Em得1=m=6.5810-7m从n=3到n=1E1=-13.60eV2=m=1.0310-7m从n=2到n=13=m=1.2210-7m答案:(1)电子动能增大,原子能量减少(2)6.5810-7m1.0310-7m1.2210-7m
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