2020届高考物理复习波粒二象性原子结构原子核核心素养提升练原子结构氢原子光谱（含解析）

2020届高考物理复习波粒二象性原子结构原子核核心素养提升练原子结构氢原子光谱（含解析）

原子结构　氢原子光谱(45分钟　97分)(20分钟　48分)　选择题(本题共8小题，每小题6分，共48分，均为单选题)1.卢瑟福利用α粒子轰击金箔的实验研究原子结构，正确反映实验结果的示意图是(　　)【解析】选D。实验结果是离金原子核远的α粒子偏转角度小，离金原子核近的α粒子偏转角度大，正对金原子核的α粒子被弹回，故A、B、C错误，D正确。2.(2019·秦皇岛模拟)如图所示，+Q表示金原子核，α粒子射向金核时被散射，其偏转轨道可能是图中的(　　)A.b　　　B.c　　　C.d　　　D.e【解析】选B。在α粒子的散射现象中粒子所受金原子核的作用力是斥力，故斥力指向轨迹的内侧，显然只有c符合要求，而b是不带电的，对于e则是带负电，而d是不可能出现此轨迹的，故B项正确，A、C、D项错误。3.在分析α粒子散射实验现象时，不考虑电子对α粒子运动轨迹的影响，这是因为α粒子与电子(　　)A.不会相遇B.不发生相互作用C.发生的相互作用可以忽略D.发生的相互作用可以相互抵消n【解析】选C。卢瑟福在分析α粒子散射实验现象时，认为电子不会对α粒子偏转产生影响，其主要原因是电子的质量很小，α粒子与电子发生的相互作用可以忽略，就算碰到，也不会引起明显的偏转；故C项正确，A、B、D项错误。【加固训练】　　根据卢瑟福提出的原子核式结构模型解释α粒子散射实验，使极少数α粒子发生大角度偏转的作用力是(　　)A.原子核对α粒子的库仑引力B.原子核对α粒子的库仑斥力C.核外电子对α粒子的库仑引力D.核外电子对α粒子的库仑斥力【解析】选B。α粒子和电子之间有相互作用力，它们接近时就有库仑引力作用，但由于电子的质量只有α粒子质量的，α粒子与电子碰撞就像一颗子弹与一个灰尘碰撞一样，α粒子质量大，其运动方向几乎不改变，原子核对α粒子的库仑斥力较大，且原子核质量较大，导致极少数α粒子发生大角度偏转，故B项正确，A、C、D项错误。4.不同元素都有自己独特的光谱线，这是因为各元素的(　　)A.原子序数不同　　　　B.原子质量数不同C.激发源能量不同D.原子能级不同【解析】选D。当原子从高能态向低能态跃迁时放出光子的能量等于前后两个能级之差。由于原子的能级是分立的，所以放出光子的能量也是分立的，这就是产生原子光谱的原因；由于不同元素的能级差不同，故每种元素都有自己独特的光谱线，故A、B、C项错误，D项正确。5.(2019·石家庄模拟)以下说法中，不属于玻尔所提出的原子模型理论的是(　　)A.原子处在具有一定能量的定态中，虽然电子做圆周运动，但不向外辐射能量B.原子的不同能量状态与电子沿不同的圆轨道绕核运动相对应，而电子的可能轨道分布是不连续的C.电子从一个轨道跃迁到另一个轨道时，辐射(或吸收)一定频率的光子D.电子跃迁时辐射的光子的频率等于电子绕核做圆周运动的频率n【解析】选D。原子处于称为定态的能量状态时，虽然电子做加速运动，但并不向外辐射能量，故A项正确；原子的不同能量状态与电子沿不同的圆轨道绕核运动相对应，而电子的可能轨道的分布是不连续的，故B项正确；电子从一个轨道跃迁到另一轨道时，辐射(或吸收)一定频率的光子，故C项正确；电子跃迁时辐射的光子的频率由能级差值决定，与电子绕核做圆周运动的频率无关，故D项错误；本题选不属于玻尔所提出的原子模型理论的，故选D。6.处于激发态的原子，如果在入射光子的电磁场的影响下，从高能态向低能态跃迁，同时两个状态之间的能量差以光子的形式辐射出去，这种辐射被称为受激辐射。原子发生受激辐射时，发出的光子的频率、发射方向等都跟入射光子完全一样，这样使光得到加强，这就是激光产生的机理。发生受激辐射时，产生激光的原子的总能量En、电子的电势能Ep、电子的动能Ek的变化情况是(　　)A.En减小、Ep增大、Ek减小B.En减小、Ep减小、Ek增大C.En增大、Ep减小、Ek减小D.En增大、Ep增大、Ek增大【解析】选B。原子发生受激辐射时，向外辐射能量，可知原子总能量En减小。根据玻尔理论可知，氢原子的高能级轨道距离原子核比较远，所以氢原子发生辐射时，电子的运动轨道半径变小。由于原子核对电子的库仑力做正功，故电子的电势能Ep减小、动能Ek增大，故B项正确。7.(2019·武汉模拟)根据玻尔理论，氢原子的能级公式为En=(n为能级，A为基态能量)，一个氢原子中的电子从n=4的能级直接跃迁到基态，在此过程中(　　)A.氢原子辐射一个能量为的光子B.氢原子辐射一个能量为-的光子C.氢原子辐射一系列频率的光子，其中频率最大的光子能量为nD.氢原子辐射一系列频率的光子，其中频率最大的光子能量为-【解析】选B。一个氢原子中的电子从n=4的能级直接跃迁到基态的过程中，只能向外辐射一个光子；由玻尔理论可知辐射的光子的能量：E=E4-E1=-A=-，故B项正确，A、C、D项错误。8.用波长为λ0的光照射大量处于基态的氢原子，在所发射的光谱中仅有波长分别为λ1、λ2、λ3的三条谱线，且λ1>λ2>λ3，则(　　)A.λ0=λ1　　　　　　　　　B.λ0=λ2+λ3C.=+D.=+【解析】选C。用波长为λ0的光照射大量处于基态的氢原子，在所发射的光谱中仅能观测到波长分别为λ1、λ2、λ3的三条谱线，因λ1>λ2>λ3，则三条谱线中的λ1最大，则频率最小，且λ3=λ0，h+h=h=h，化简，则有：=+，故A、B、D项错误，C项正确。【加固训练】　　原子从a能级状态跃迁到b能级状态时发射波长为λ1的光子；原子从b能级状态跃迁到c能级状态时吸收波长为λ2的光子，已知λ1>λ2。那么原子从a能级状态跃迁到c能级状态时将要(　　)A.发出波长为λ1-λ2的光子B.发出波长为的光子C.吸收波长为λ1-λ2的光子nD.吸收波长为的光子【解析】选D。由题意，原子从a能级状态跃迁到b能级状态时发射光子，说明a能级高于b能级；原子从b能级状态跃迁到c能级状态时吸收光子，说明c能级高于b能级；据题意，λ1>λ2，根据光子能量公式E=h得知，从a能级跃迁到b能级时发射的光子能量小于从b能级跃迁到c能级时吸收的光子能量，根据玻尔理论可知，c能级高于a能级，所以原子从a能级状态跃迁到c能级状态时将要吸收光子。根据玻尔理论得：a→b：Ea-Eb=h；b→c：Ec-Eb=h；a→c：Ec-Ea=h；联立三式得，λ=。(25分钟　49分)　选择题(本题共7小题，每小题7分，共49分，其中9、10为单选题，11～16为多选题)9.(2019·上饶模拟)图中画出了氢原子的4个能级，并注明了相应的能量E。处在n=4的能级的1200个氢原子向低能级跃迁时，能够发出若干种不同频率的光子。若这些受激氢原子最后都回到基态，假定处在量子数为n的激发态的氢原子跃迁到各较低能级的原子数都是处在该激发态能级上的原子总数的，已知金属钾的逸出功为2.22eV。则在此过程中发出的光子，能够从金属钾的表面打出光电子的光子数为(　　)A.2200　　B.2000　　C.1600　　D.2400n【解析】选C。根据题中所给信息，处在量子数为4的激发态的氢原子跃迁到各较低能级的原子数都是处在该激发态能级上的原子总数的，即向量子数为2、3的激发态和基态各跃迁1200×=400个，发出光子400×3=1200个；同理，处在量子数为3的激发态的400个氢原子跃迁到量子数为2的激发态和基态的原子数都是400×=200个，发出光子200×2=400个；处在量子数为2的激发态的400+200=600个氢原子跃迁到基态的原子数是600×1=600个，发出光子600个。处在n=4的能级的一群氢原子向低能级跃迁时能发出不同光电子的数目为=6种，n=4跃迁到n=3辐射的光子能量为0.66eV，n=3跃迁到n=2辐射的光子能量为1.89eV，均小于2.22eV，不能使金属钾发生光电效应，其他四种光子能量都大于2.22eV，所以在此过程中能够从金属钾的表面打出光电子的光子数为1600个，故C项正确。【加固训练】　　氢原子能级如图，当氢原子从n=3跃迁到n=2的能级时，辐射光的波长为656nm。以下判断正确的是(　　)A.氢原子从n=2跃迁到n=1的能级时，辐射光的波长大于656nmB.用波长为325nm的光照射，可使氢原子从n=1跃迁到n=2的能级C.一个处于n=3能级上的氢原子向低能级跃迁时最多产生3种谱线D.用波长为633nm的光照射，不能使氢原子从n=2跃迁到n=3的能级【解析】选D。能级间跃迁辐射的光子能量等于两能级间的能级差，能级差越大，辐射的光子频率越大，波长越小，故A项错误；由Em-En=h可知，B项错误，D项正确；一个处于n=3能级上的氢原子向低能级跃迁时最多产生2种谱线，故C项错误。10.不同色光的光子能量如表所示。氢原子部分能级的示意图如图所示。色光红橙黄绿蓝-靛紫n光子能量范围(eV)1.61～2.002.00～2.072.07～2.142.14～2.532.53～2.762.76～3.10大量处于n=4能级的氢原子，发射出的光的谱线在可见光范围内，其颜色分别为(　　)A.红、蓝-靛B.红、紫C.橙、绿D.蓝-靛、紫【解析】选A。大量处于n=4激发态的氢原子，能够发出12.75eV、12.09eV、10.2eV、2.55eV、1.89eV、0.66eV的六种光子，对照表格，1.89eV和2.55eV属于可见光，则1.89eV的光子为红光，2.55eV的光子为蓝-靛，故A项正确，B、C、D项错误。11.关于α粒子散射实验和卢瑟福的原子核式结构，下列说法正确的是(　　)A.α粒子散射实验揭示了原子核的组成B.利用α粒子散射实验可以估算原子核的半径C.少数α粒子发生了较大偏转，卢瑟福认为是环境的影响D.能发生大角度偏转的α粒子是穿过原子时离原子核较近的α粒子【解析】选B、D。根据α粒子散射实验现象，卢瑟福提出了原子核式结构模型的假设，而并不是揭示了原子核的组成，故A项错误；利用α粒子散射实验现象，极少数大角度偏转，可以估算原子核的半径，故B项正确；能发生大角度偏转的α粒子是穿过原子时离原子核较近的α粒子，故C项错误，D项正确。【加固训练】　　(多选)α粒子散射实验结果表明(　　)A.原子中绝大部分是空的B.原子中全部正电荷都集中在原子核上C.原子内有中子nD.原子的质量几乎全部都集中在原子核上【解析】选A、B、D。α粒子散射实验现象为：绝大多数α粒子穿过金箔后仍沿原来的方向前进，但有少数α粒子发生了较大的偏转，并有极少数α粒子的偏转超过90°，有的甚至几乎达到180°而被反弹回来。卢瑟福根据该实验现象提出了原子核式结构模型：原子中绝大部分是空的，全部正电荷都集中在原子核上，质量几乎全部集中在原子核上，故A、B、D项正确，C项错误。12.(2018·福州模拟)氢原子的核外电子由离核较远的轨道跃迁到离核较近的轨道上时，下列说法中正确的是(　　)A.核外电子受力变小B.原子的能量减小，电子的动能增大C.氢原子要吸收一定频率的光子D.氢原子要放出一定频率的光子【解析】选B、D。根据F=得，轨道半径减小，则核外电子受力变大，故A项错误；从距核较远的轨道跃迁到离核较近的轨道过程中，能级减小，总能量减小，根据=知，电子的动能增大，故B项正确；从距核较远的轨道跃迁到离核较近的轨道过程中，总能量减小，要放出一定频率的光子，故C项错误，D项正确。13.μ子与氢原子核(质子)构成的原子称为μ氢原子(bydrogen　muonatom)。它在原子核物理的研究中有重要作用。图为μ氢原子的能级示意图，假定光子能量为E的一束光照射容器中大量处于n=2能级的μ氢原子，μ氢原子吸收光子后，发出频率为ν1、ν2、ν3、ν4、ν5和ν6的光，且频率依次增大，则(　　)A.μ氢原子吸收光子后处于n=5能级B.μ氢原子吸收光子后处于n=4能级nC.E等于h(ν6-ν4)D.E等于h(ν5-ν2)【解析】选B、C。μ子吸收能量后从n=2能级跃迁到较高m能级，然后从m能级向较低能级跃迁，若从m能级向低能级跃迁时,如果直接跃迁到基态n=1能级，则辐射的能量最大，否则跃迁到其他较低的激发态时μ子仍不稳定，将继续向基态和更低的激发态跃迁，即1、2、3…m任意两个轨道之间都可以产生一种频率的辐射光，故总共可以产生的辐射光子的种类n==6，解得：m=4，即μ子吸收能量后先从n=2能级跃迁到n=4能级，然后从n=4能级向低能级跃迁，故A项错误，B项正确；辐射的光子按能量从小到大的顺序排列为能级4到能级3，能级3到能级2，能级4到能级2，能级2到能级1，能级3到能级1，能级4到能级1。所以能量E与hν3相等，也等于h(ν1+ν2)，也等于h(ν6-ν4)，故C项正确，D项错误。14.(2018·池州模拟)如图是玻尔为解释氢原子光谱画出的氢原子能级示意图。一群氢原子处于n=4的激发态，当它们自发地跃迁到较低能级时，以下说法符合玻尔理论的有(　　)A.电子轨道半径减小，动能增大B.氢原子跃迁时，可产生连续光谱C.由n=4跃迁到n=1时发出光子的频率最小D.金属钾的逸出功为2.21eV，能使金属钾发生光电效应的光谱线有4条【解题指导】解答本题应注意以下三点：(1)根据电子轨道半径的变化，结合库仑引力提供向心力分析电子动能的变化。(2)能级跃迁时辐射的光子能量等于两能级间的能级差，能级差越大，辐射的光子频率越大。(3)根据辐射的光子能量与逸出功的关系，判断能否发生光电效应。【解析】选A、D。电子的轨道半径减小，根据k=mn知，电子的动能增大，故A项正确；氢原子跃迁时，辐射的光子能量等于两能级的能级差，由于能级差是量子化的，则辐射的光子频率是量子化的，不是连续光谱，故B项错误；由于n=4和n=1间的能级差最大，辐射的光子频率最大，故C项错误；一群氢原子处于n=4的激发态，能辐射6种不同频率的光子，从n=4跃迁到n=1，n=3跃迁到n=1，n=2跃迁到n=1，n=4跃迁到n=2辐射的光子能量均大于金属的逸出功，则能使金属钾发生光电效应的光谱线有4条，故D项正确。15.可见光光子的能量在1.61～3.10eV范围内。若氢原子从高能级跃迁到低能级，根据氢原子能级图(如图所示)可判断(　　)A.从n=4能级跃迁到n=3能级时发出可见光B.从n=3能级跃迁到n=2能级时发出可见光C.从n=4能级跃迁到n=2能级时发出可见光D.从n=4能级跃迁到n=1能级时发出可见光【解析】选B、C。n=4能级跃迁到n=3能级时释放出光子能量为0.66eV，不在可见光范围，A错误。n=3能级跃迁到n=2能级时释放出光子能量为1.89eV，在可见光范围，B正确。n=4能级跃迁到n=2能级时释放出光子能量为2.55eV，在可见光范围，C正确。n=4能级跃迁到n=1能级时释放出光子能量12.75eV，不在可见光范围，D错误。