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第十八章 原子结构单元质量评估 (90分钟100分)一、选择题(本题共12小题,每小题5分,共60分。其中18题为单选题,912题为多选题)1.下列能揭示原子具有核式结构的实验是()A.光电效应实验B.伦琴射线的发现C.粒子散射实验D.氢原子光谱的发现【解析】选C。光电效应现象证明了光的粒子性本质,与原子结构无关,选项A错误;伦琴射线的发现以及氢原子光谱的发现都与原子的能级结构有关,都是原子能级跃迁的结论,选项B、D错误;卢瑟福的粒子散射实验证实了原子的核式结构模型,选项C正确。2.如图所示,Q为金原子核,M、N为两个等势面,虚线为粒子经过原子核附近的运动轨迹,关于粒子,下列说法正确的是()A.粒子从K到R的过程中动能逐渐增加B.粒子从K到R的过程中动能逐渐减小C.粒子从K到R的过程中动能先减小后增加D.粒子从K到R的过程中电势能先减小后增加【解题指南】解答本题要把握以下两点:(1)粒子与原子核都带正电,它们之间存在相互作用的斥力。(2)当粒子靠近原子核时,斥力做负功,动能减小,电势能增大,当粒子远离原子核时,斥力做正功,动能增大,电势能减小。【解析】选C。由题意可获取以下信息:金原子核外有两个等势面。粒子经过原子核附近的过程可分为粒子靠近原子核和远离原子核两个过程,由动能定理依据库仑斥力做功的情况判断动能的变化,同样由库仑斥力做功的情况判断电势能的变化。在粒子从K到离原子核最近的过程中,库仑力做负功,动能逐渐减小,电势能逐渐增加;在粒子从离原子核最近处到R的过程中,库仑斥力做正功,动能增加,电势能减小,由此可知C选项正确。3.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,是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,而在这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。4.根据玻尔理论,氢原子的电子由n=2轨道跃迁到n=1轨道()A.原子的能量减少,电子的动能增加B.原子的能量增加,电子的动能减少C.原子要放出一系列频率不同的光子D.原子要吸收某一频率的光子【解析】选A。氢原子的电子由n=2轨道跃迁到n=1轨道时电子的轨道半径减小,势能减小,库仑力增大,电子的向心力增大,电子绕原子核运转的速度加快,动能增大,释放一定频率的光子,原子的能量减小,选项A正确,B、C、D错误。5.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11 836,故阴极射线的比荷比氢原子大,D错。6.(2017承德高二检测)原子从一个能级跃迁到一个较低的能级时,有可能不发射光子,例如在某种条件下,铬原子的n=2能级上的电子跃迁到n=1能级上时并不发射光子,而是将相应的能量转移给n=4能级上的电子,使之能脱离原子,这一现象叫作俄歇效应,以这种方式脱离了原子的电子叫俄歇电子,已知铬原子的能级公式可简化表示为En=-An2,式中,n=1,2,3表示不同能级,A是正的已知常数,上述俄歇电子的动能是()A.316AB.716AC.1116AD.1316A【解题指南】(1)根据能级公式算出第1能级和第2能级能量,从而算出原子从第2能级向第1能级跃迁时释放的能量。(2)跃迁释放的能量,使n=4能级上的电子电离后剩余的能量即为俄歇电子的动能。【解析】选C。根据题意可以知道n=1能级能量E1=-A,n=2能级能量E2=-A4,从n=2能级跃迁到n=1能级释放的能量为E=E2-E1=3A4,处于n=4能级的能量为E4=-A16,电离需要能量为:E4=0-E4=116A,因此俄歇电子的动能Ek=E-E4=3A4-A16=11A16,故选项C正确。7.红宝石激光器的工作物质红宝石是含有铬离子的三氧化二铝晶体,利用其中的铬离子产生激光。铬离子的能级图如图所示,E1是基态,E2是亚稳态,E3是激发态,若以脉冲氙灯发出的波长为1的绿光照射晶体,处于基态的铬离子受到激发而跃迁到E3,然后自发地跃迁到E2,释放波长为2的光子,处于亚稳态E2的离子跃迁到基态时辐射出的光就是激光,这种激光的波长为()A.122-1B.121-2C.1-212D.2-112【解析】选A。E3-E1=hc1,E3-E2=hc2,E2-E1=hc,根据E3-E1=(E3-E2)+(E2-E1),可得hc1-hc2=hc,则=122-1。8.光子能量为的一束光照射容器中的氢(设氢原子处于n=3的能级),氢原子吸收光子后,能发出频率为1、2、6的六种光谱线,且12n)。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(En)的氢原子电离,必须使电子逃逸到无穷远处,所需能量E=E-En=-En,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动能,即用光子使处于En定态的氢原子电离,h-En;用实物粒子使处于En定态的氢原子电离,实物粒子动能Ek-En。14.(10分)已知氢原子的基态电子轨道半径为r1=0.52810-10m,量子数为n的能级值为En=-13.6n2eV。(1)求电子在基态轨道上运动的动能。(2)有一群氢原子处于量子数n=3的激发态,画一张能级图,在图上用箭头标明这些氢原子能发出哪几种光谱线。(静电力常量k=9109Nm2/C2,电子电荷量e=1.610-19C)【解题指南】由ke2rn2=mvn2rn,可计算出电子在任意轨道上运动的动能Ekn=12mvn2=ke22rn,由En=-13.6n2eV计算出相应量子数n的能级值En。【解析】(1)核外电子绕核做匀速圆周运动,静电引力提供向心力,则:ke2r12=mv12r1(2分)又知Ek=12mv2(2分)故电子在基态轨道的动能为:Ek=ke22r1=9109(1.610-19)220.52810-10J=13.6 eV(1分)(2)当n=1时,能级值为E1=-13.612eV=-13.6 eV;当n=2时,能级值为E2=-13.622eV=-3.4 eV;当n=3时,能级值为E3=-13.632eV=-1.51 eV;(3分)能发出光谱线分别为32,21,31共三种,能级图如图所示。(2分)答案:(1)13.6eV(2)见解析15.(10分)氢原子处于基态时,原子的能量为E1=-13.6eV,当处于n=3的激发态时,能量为E3=-1.51eV,则:(1)当氢原子从n=3的激发态跃迁到n=1的基态时,向外辐射的光子的波长是多少?(2)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?(3)若有大量的氢原子处于n=3的激发态,则在跃迁过程中可能释放出几种频率的光子?其中波长最长的是多少?【解析】(1)根据玻尔理论E3-E1=hc(2分)=hcE3-E1=6.6310-343108(-1.51+13.6)1.610-19m=1.0310-7m(1分)(2)要使处于基态的氢原子电离,入射光子需满足h0-E1(1分)解得-E1h=-(-13.6)1.610-196.6310-34Hz=3.281015Hz(1分)(3)当大量氢原子处于n=3能级时,可释放出的光子频率种类为N=n(n-1)2=3(2分)由于E2=E122=-13.6eV4=-3.4eV(1分)氢原子由n=3向n=2跃迁时放出的光子波长最长,设为,则hc=E3-E2(1分)所以=hcE3-E2=6.6310-343108(3.4-1.51)1.610-19m=6.5810-7m(1分)答案:(1)1.0310-7m(2)3.281015Hz(3)3种6.5810-7m16. (10分)原子可以从原子间的碰撞中获得能量,从而发生能级跃迁(在碰撞中,动能损失最大的是完全非弹性碰撞)。一个具有13.6eV动能、处于基态的氢原子与另一个静止的、也处于基态的氢原子发生对心正碰。(1)是否可以使基态氢原子发生能级跃迁(氢原子能级如图所示)?(2)若上述碰撞中可以使基态氢原子发生电离,则氢原子的初动能至少为多少?【解析】(1)设运动氢原子的速度为v0,完全非弹性碰撞后两者的速度为v,损失的动能E被基态氢原子吸收。若E=10.2eV,则基态氢原子可由n=1跃迁到n=2。由动量守恒和能量守恒有:mv0=2mv(1分)12mv02=12mv2+12mv2+E(1分)12mv02=Ek(1分)Ek=13.6eV(1分)解得,E=1212mv02=6.8eV。(1分)因为E=6.8eV10.2eV,所以不能使基态氢原子发生跃迁。(1分)(2)若使基态氢原子电离,则E=13.6eV(2分)代入得Ek=27.2eV(2分)答案:(1)不能(2)27.2eV
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