高考物理原子结构专项练习题及答案-ag凯发国际网址
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高考物理原子结构专项练习题一、选择题(8×8′=64′)
1.关于α粒子散射实验( )
a.绝大多数α粒子经过金属箔后，发生了角度不太大的偏转
b.α粒子在接近原子核的过程中，动能减小，电势能减小
c.α粒子在离开原子核的过程中，动能增大，电势能增大
d.对α粒子散射实验的数据进行分析，可以估算原子核的大小
解析：由于原子核很小，α粒子十分接近它的机会很少，所以绝大多数α粒子基本上仍按直线方向前进，只有极少数的粒子发生大角度偏转，从α粒子散射实验的数据可估算出原子核的大小约为10-15～10-14m，a错误，d正确.α粒子在接近原子核的过程中，电场力做负功，动能减小，电势能增大，在离开时，电场力做正功，动能增大，电势能减小，b、c均错.
答案：d
图1
2.根据α粒子散射实验，卢瑟福提出了原子的核式结构模型，图1中虚线表示原子核所形成的电场的等势线，实线表示一个α粒子的运动轨迹，在α粒子从a 运动到b，再运动到c的过程中.下列说法中正确的是( )
a.动能先增大，后减小
b.电势能先减小，后增大
c.电场力先做负功，后做正功，总功等于零
d.加速度先变小，后变大
解析：α粒子从a到b，受排斥力作用，电场力做负动，动能减少，电势能增大;α粒子从b再运动到c，电场力做正功.动能增加，电势能减少;到达c点时，由于a、c在同一等势面上，所以从a到c，总功为零.故a、b错，c对.α粒子从a到b，场强增大，加速度增大;从b到c，场强减小，加速度减小.故d错.
答案：c
3.氢原子辐射出一个光子后，则( )
a.电子绕核旋转的半径增大
b.电子的动能增大
c.氢原子的电势能增大
d.原子的能级值增大
解析：由玻尔理论可知，氢原子辐射光子后，应从离核较远的轨道跃迁到离核较近的轨道，在此跃迁过程中，电场力对电子做了正功，因而电势能应减小.另由经典电磁理论知，电子绕核做匀速圆周运动的向心力即为氢核对电子的库仑力：ke2r2=mv2r，所以ek=12mv2=ke22r.可见，电子运动半径越小，其动能越大.再结合能量转化和守恒定律，氢原子放出光子，辐射出一定的能量，所以原子的总能量减小.综上讨论，可知该题只有答案b正确.
答案：b
4.如图2所示，是氢原子四个能级的示意图.当氢原子从n=4的能级跃迁到n=3的能级时，辐射出光子a.当氢原子从n=3的能级跃迁到n=2的能级时，辐射出光子b.则以下判断正确的是( )
图2
a.光子a的能量大于光子b的能量
b.光子a的频率大于光子b的频率
c.光子a的波长大于光子b的波长
d.在真空中光子a的传播速度大于光子b的传播速度
解析：参照提供的能级图，容易求得b光子的能量大，e=hν，所以b光子频率高、波长小，所有光子在真空中速度都是相同的，正确答案是c.该题考查光的本性问题，涉及到能级的基本规律.
答案：c
5.氢原子从n=3激发态向低能级状态跃迁可能放出的光子中，只有一种光子不能使金属a产生光电效应，则下列说法正确的是( )
a.不能使金属a产生光电效应的光子一定是从n=3激发态直接跃迁到基态时放出的
b.不能使金属a产生光电效应的光子一定是从n=3激发态直接跃迁到n=2激发态时放出的
c.从n=4激发态跃迁到n=3激发态，所放出的光子一定不能使金属a产生光电效应
d.从n=4激发态跃迁到基态，所放出的光子一定不能使金属a产生光电效应
解析：氢原子从n=3激发态向低能级跃迁时，各能级差为：e3→2=-1.51 ev-(-3.4) ev=1.89 ev，e3→1=-1.51 ev-(-13.6) ev=12.09 ev，e2→1=-3.4 ev-(-13.6) ev=10.2 ev，故3→2能级差最低，据e=hν可知此时辐射的频率最低，因此一定不能使金属a产生光电效应，e4→3=0.66 ev，故一定不能使a发生光电效应.
答案：bc
6.紫外线照射一些物质时，会发生荧光效应，即物质发出可见光，这些物质中的原子先后发生两次跃迁，其能量变化分别为δe1和δe2，下列关于原子这两次跃迁的说法中正确的是( )
a.两次均向高能级跃迁，且|δe1|>|δe2|
b.两次均向低能级跃迁，且|δe1|<|δe2|
c.先向高能级跃迁，再向低能级跃迁，且|δe1|<|δe2|
d.先向高能级跃迁，再向低能级跃迁，且|δe1|>|δe2|
解析：原子吸收紫外线，使原子由低能级向高能级跃迁，吸收δe1，再由高能级向低能级跃迁，放出可见光，紫外线光子能量大于可见光，故δe1>δe2，d正确.
答案：d
7.如图3中画出了氢原子的4个能级，并注明了相应的能量en，处在n=4的能级的一群氢原子向低能级跃迁时，能够发出若干种不同频率的光波.已知金属钾的逸出功为2.22 ev.在这些光波中，能够从金属钾的表面打出光电子的总共有( )
a.二种 b.三种
c.四种 d.五种
图3
解析：由题意和能级图知，能够发出6种不同频率的光波.而逸出功w=hν0
e4-e3=0.66 ev
e3-e2=1.89 ev
e4-e2=2.55 ev
e3-e1=12.09 ev
e4-e1=12.75 ev
e2-e1=10.20 ev
显然总共有4种.
答案：c
8.(2010•重庆高考)氢原子部分能级的示意图如图4所示.不同色光的光子能量如下表所示.( )
色光 红 橙 黄 绿 蓝—靛 紫
光子能量
范围(ev) 1.61～
2.00 2.00～
2.07 2.07～
2.14 2.14～
2.53 2.53～
2.76 2.76～
3.10
图4
处于某激发态的氢原子，发射的光的谱线在可见光范围内仅有2条，其颜色分别为( )
a.红、蓝—靛 b.黄、绿
c.红、紫 d.蓝—靛、紫
解析：由能级图可知，只有原子从n=4能级向n=2能级以及从n=3能级向n=2能级跃迁时发射光子的能量符合题目要求，两种光子对应的能量分别为2.55 ev和1.89 ev，分别为蓝—靛光和红光，选项a正确.
答案：a
高考物理原子结构专项练习题二、计算题(3×12′=36′)
图5
9.如图5所示，氢原子从n>2的某一能级跃迁到n=2的能级，辐射出能量为2.55 ev的光子.问最少要给基态的氢原子提供多少电子伏特的能量，才能使它辐射上述能量的光子?请在图中画出获得该能量后的氢原子可能的辐射跃迁图.
图6
解析：氢原子从n>2的某一能级跃迁到n=2的能级，满足：
hν=en-e2=2.55 ev
en=hν e2=-0.85 ev，所以n=4
基态氢原子要跃迁到n=4的能级，应提供：
δe=e4-e1=12.75 ev.跃迁图如图6.
答案：12.75 ev 见解析图
图7
10.一群氢原子处于量子数n=4能级状态，氢原子的能级的示意图如图7所示，则：
(1)氢原子可能发射几种频率的光子?
(2)氢原子由量子数n=4的能级跃迁到n=2的能级时辐射光子的能量是多少电子伏?
(3)用(2)中的光子照射下列中几种金属，哪些金属能发生光电效应?发生光电效应时，发射光电子的能量最大初动能是多大?
几种金属的逸出功w
金属 铯 钙 镁 钛
逸出功w/ev 1.9 2.7 3.7 4.1
解析：(1)可能发射的光谱线条数与发射的频率相对应，因此有n=nn-12可得n=4时发射的光子频率最多为n=44-12=6种.
(2)由玻尔的跃迁理论可得光子的能量
e=e4-e2=[(-0.85)-(-3.40)] ev=2.55 ev.
(3)e只大于铯的逸出功，故光子只有照射到铯金属上时才能发生光电效应.根据爱因斯坦光电效应方程可得光电子的最大初动能为ekm=e-w，代入数据解得：ekm=0.65 ev(或1.1×10-19j).
答案：(1)6种 (2)2.55 ev (3)铯 0.65 ev(或1.1×10-19j)
11.氢原子处于基态时，原子能量e1=-13.6 ev，已知电子电量e=1.6×10-19c，电子质量m=0.91×10-30kg，氢的核外电子的第一条可能轨道的半径为r1=0.53×10-10m.
(1)若要使处于n=2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的定态时，核外电子运动的等效电流多大?
(3)若已知钠的极限频率为6.00×1014hz，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：hν=0-e14
得：ν=8.21×1014hz.
(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
ke2r22=4π2mr2t2 ①
其中r2=4r1，根据电流强度的定义i=et ②
由①②得i=e216πr1kmr1 ③
将数据代入③得：i=1.3×10-4a
(3)由于钠的极限频率为6.00×1014hz，则使钠发生光电效应的光子的能量至少为
e0=hν=6.63×10-34×6.00×10141.6×10-19ev=2.486 ev
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δe≥e0，所以在六条光谱线中有e41、e31、e21、e42四条谱线可使钠发生光电效应.
答案：(1)8.21×1014hz (2)1.3×10-4a (3)四条
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