2021版高考物理一轮复习考点集训四十七第2节原子结构含解析

2021版高考物理一轮复习考点集训四十七第2节原子结构含解析

考点集训(四十七)第2节 原子结构 A组 ‎1．下列说法中不正确的是(　　)‎ ‎　　　　　　　　　　　　　　　　　　‎ A．汤姆孙通过阴极射线在电场和磁场中的运动得出了阴极射线是带负电的粒子的结论，并求出了阴极射线的比荷 B．卢瑟福α粒子散射实验结果表明电子是原子的组成部分，原子不可再分的观念被打破 C．氢原子从高能级跃迁到低能级，能量减小，动能增大 D．氢原子光谱表明氢原子的能量是不连续的 ‎[解析] 汤姆孙通过阴极射线在电场和磁场中的运动得出了阴极射线是带负电的粒子的结论，并求出了阴极射线的比荷，A正确；汤姆孙发现了电子的结果表明电子是原子的组成部分，原子不可再分的观念被打破，B错误；根据玻尔理论，当氢原子从高能级跃迁到低能级时，轨道半径减小，能量减小，动能增大，C正确；氢原子光谱是一条一条的不连续的光谱线，它表明氢原子的能量是不连续的，D正确．‎ ‎[答案] B ‎2．如图所示，Q为金原子核，M、N为两个等势面，虚线为α粒子经过原子核附近的运动轨迹，关于α粒子，下列说法正确的是(　　)‎ A．α粒子从K到R的过程中动能逐渐增加 B．α粒子从K到R的过程中动能逐渐减小 C．α粒子从K到R的过程中动能先减小后增加 D．α粒子从K到R的过程中电势能先减小后增加 ‎[解析] 金原子核外有两个等势面．α粒子经过原子核附近的过程可分为α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α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α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，故C正确．‎ ‎[答案] C ‎3．如图所示为卢瑟福和他的同事们做α粒子散射实验装置的示意图，荧光屏和显微镜一起分别放在图中的A、B、C、D四个位置时，观察到屏上的闪光次数最多的是(　　)‎ 5‎ A．A位置 B．B位置 C．C位置 D．D位置 ‎[解析] 放在A位置时，相同时间内观察到屏上的闪光次数最多．说明大多数射线基本不偏折，可知金箔原子内部很空旷，故A正确．‎ ‎[答案] A ‎4．(多选)如图为氢原子能级图，已知可见光的光子的能量范围为1.62～3.11 eV，普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s.下列说法正确的是(　　)‎ A．能量为13.0 eV的光子可使处于基态的氢原子跃迁到激发态 B．处于n＝3能级的氢原子能吸收任意频率的紫外线 C．锌的逸出功是3.34 eV，一群处于n＝3能级的氢原子向基态跃迁时，发出的光照射锌板，锌板表面所发出的光电子的最大初动能为8.75 eV D．波长为60 nm的伦琴射线能使处于基态的氢原子电离 ‎[解析] 用能量为13.0 eV的光子照射，基态的氢原子若吸收13 eV的能量，则能量值为－0.6 eV，氢原子没有该能级，所以不能使处于基态的氢原子跃迁，故A错误；紫外线光子的最小能量为3.11 eV，处于n＝3能级的氢原子的电离能为1.51 eV，所以任意频率的紫外线都能被n＝3能级的氢原子吸收，故B正确；一群处于n＝3能级的氢原子向基态跃迁时辐射光子最大能量为hνm＝E3－E1＝12.09 eV，克服逸出功后剩余的动能最大为Ekm＝hνm－W0＝8.75 eV，故C正确；波长为60 nm的伦琴射线的光子的能量E＝hν＝＝ J＝20.7 eV＞13.6 eV，所以用波长为60 nm的伦琴射线照射，能使处于基态的氢原子电离出自由电子，故D正确．‎ ‎[答案] BCD ‎5．英国物理学家卢瑟福用α粒子轰击金箔，为了解释实验结果，提出了原子的核式结构学说，下图中，O表示金原子核的位置，曲线ab、cd和ef表示经过金原子核附近的α粒子的运动轨迹，能正确反映实验结果的图是(　　)‎ ‎[解析] 在α粒子的散射现象中粒子所受原子核的作用力是斥力，故斥力指向轨迹的内侧，显然A中cd轨迹粒子受力指向轨迹的外侧，在α粒子的散射现象中绝大多数的α粒子都沿直线穿过薄金箔，偏转很小，但有少数α粒子发生角度很大的偏转，个别的α粒子偏转角大于90°，极少数的α粒子偏转角大于150°，甚至个别粒子沿原方向弹回．由于在α粒子的散射现象中粒子所受原子核的作用力是斥力，故越靠近原子核的粒子受到的斥力越大，轨迹的偏转角越大，故D正确．‎ 5‎ ‎[答案] D ‎6．红宝石激光器的工作物质红宝石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．若以脉冲氙灯发出波长为λ1的绿光照射晶体，处于基态的铬离子受激发跃迁到E3，然后自发跃迁到E2，释放波长为λ2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. B. C. D. ‎[解析] 由题意，根据ΔE＝h知E3－E1＝ 、E3－E2＝，设处于亚稳态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 λ3，E2－E1＝，由以上各式可得λ3＝，D正确．‎ ‎[答案] D ‎7．(多选)如图为卢瑟福的α粒子散射实验的经典再现，用放射性元素发出的α粒子轰击金箔，用显微镜观测在环形荧光屏上所产生的亮点，根据实验现象分析(　　)‎ A．在荧光屏上形成的亮点是由α粒子在金箔上打出的电子产生的 B．该实验证明原子几乎全部质量和全部正电荷都集中在一个很小的体积内 C．在荧光屏上观测到极少数的α粒子发生了大角度的偏转 D．该实验中α粒子由于和电子发生碰撞而发生了大角度的偏转 ‎[解析] 在荧光屏上形成的亮点是由α粒子穿过金箔后打在荧光屏上产生的，A错误；根据实验现象，绝大多数α粒子仍沿原来的直线运动，说明原子几乎全部质量和全部正电荷都集中在一个很小的体积内，B正确；α粒子散射实验的内容是绝大多数α粒子几乎不发生偏转，少数α粒子发生了较大角度的偏转，极少数α粒子发生了大角度偏转(偏转角度超过90°，有的几乎达到180°，被反弹回来)，C正确；该实验中α粒子发生大角度偏转的原因是α粒子和金箔中的原子核发生了碰撞，D错误．‎ ‎[答案] BC B组 ‎8．(多选)如图所示，能级间的跃迁产生不连续的谱线，从不同能级跃迁到某一特定能级就形成一个线系，比如：巴耳末系就是氢原子从n＝3，4，5…能级跃迁到n＝2的能级时辐射出的光谱，其波长λ遵循以下规律：＝R，下列说法正确的是(　　)‎ 5‎ A．公式中n只能取整数值，故氢光谱是线状谱 B．氢原子从n＝3能级跃迁到n＝2能级，该氢原子放出光子，其核外电子的动能增大 C．氢原子从n＝3能级跃迁到n＝2能级时辐射出的光子，在巴耳末系中波长最短 D．用能量为14.0 eV的光子去照射一群处于基态的氢原子，受照射后，氢原子能跃迁到n＝4的能级 ‎[解析] 根据玻尔理论可知，公式中n只能取整数值，故氢光谱是线状谱，A正确；氢原子从n＝3能级跃迁到n＝2能级，该氢原子放出光子，其核外电子的轨道半径静止，由k＝m可知，电子动能增大，B正确；根据玻尔理论可知氢原子从n＝3能级跃迁到n＝2能级时辐射出的光子，在巴耳末系中光子中能量值最小，则波长最长，C错误；14.0 eV>13.6 eV，故该光子能使基态氢原子电离，D错误．‎ ‎[答案] AB ‎9．μ子与氢原子核(质子)构成的原子称为μ氢原子，它在原子核物理的研究中有重要作用．如图为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的光子，且频率依次增大，则E等于(　　)‎ A．hν5 B．hν3‎ C．h(ν5－ν4) D．h(ν1＋ν2)‎ ‎[解析] μ氢原子吸收能量后从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氢原子仍不稳定，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为C＝6，解得m＝4，即μ氢原子吸收能量后先从n＝2能级跃迁到n＝4能级，然后从n＝4能级向低能级跃迁．辐射光子的能量按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．故B正确．‎ ‎[答案] B ‎10．已知氢原子的基态电子轨道半径为r1＝0.528×10－10 m，量子数为n的能级值为En＝ eV.‎ ‎(1)求电子在基态轨道上运动的动能；‎ 5‎ ‎(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＝9×109 N·m2/C2)‎ ‎[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＝ 又知Ek＝mv2‎ 故电子在基态轨道的动能为 Ek＝＝ J≈13.6 eV ‎(2)当n＝1时，能级值为E1＝ eV＝－13.6 eV 当n＝2时，能级值为E2＝ eV＝－3.4 eV 当n＝3时，能级值为E3＝ eV＝－1.51 eV 能发出光谱线分别为3→2，2→1，3→1共三种，能级图如图所示．‎ 5‎