1、 阶段水平测试 (三 ) 一、选择题 (共 10小题，每小题 4分，共 40分 ) 1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： 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 11836，故阴极射线的比荷比氢原子大， D错。 答案： B 2下列描述，属于经典电磁理论的是 ( ) A核外电子的运行轨道是连续的 B电子辐射的电磁波的频率等于电子绕核运动的频率 C电子是不稳定的，最终要栽到原子核上 D原
2、子光谱是线状谱 解析： 原子光谱属于玻尔理论， D错。 答案： ABC 3在燃烧的酒精灯芯上放上少许食盐，用摄谱仪得到的光谱应为 ( ) A钠的发射光谱 B钠的吸收光谱 C钠的连续光谱 D钠的线状光谱 解析： 该光谱为钠蒸汽的发射光谱，也是钠原子的特征光谱，必然为线状光谱， A、 D正确。 答案： AD 4下图中甲、乙、丙、丁四图涉及不同的物理知识，其中说法错误的是 ( ) A图甲：普朗 克通过研究黑体辐射提出能量子的概念，成为量子力学的奠基人之一 B图乙：玻尔理论指出氢原子能级是分立的，所以原子发射光子的频率也是不连续的 C图丙：卢瑟福通过分析 粒子散射实验的结果，发现了质子和中子 D图丁：
3、根据电子束通过铝箔后的衍射图样，可以说明电子具有波动性 解析： 图甲说明普朗克通过研究黑体辐射提出能量子的概念，成为量子力学的奠基人之一， A正确；图乙是根据玻尔理论画出的氢原子能级图，指出氢原子能级是分立的，所以原子发射光子的频率也是不连续的， B正确；图丙是卢瑟福的 粒子散射实验，通过分析提出了原子 的核式结构模型， C错误；图丁是电子束通过铝箔后的衍射图样，衍射是波的特性，从而说明电子具有波动性， D正确。 答案： C 5氦原子被电离出一个核外电子，形成类氢结构的氦离子，已知基态的氦离子能量为 E1 54.4 eV，氦离子的能级示意图如下图所示，在具有下列能量的光子或者电子中，不能被基态
4、氦离子吸收而发生跃迁的是 ( ) A 42.8 eV(光子 ) B 43.2 eV(电子 ) C 41.0 eV(电子 ) D 54.4 eV(光子 ) 解析： 由于光子能量不可分，因此只有能量恰好等于两能级 差的光子才能被氦离子吸收，故 A 项中光子不能被吸收， D 项中光子能被吸收；而实物粒子 (如电子 )只要能量不小于两能级差，均能被吸收，故 B、 C两项中电子均能被吸收。 答案： A 6 子与氢原子核 (质子 )构成的原子称为 氢原子，它在原子核物理的研究中有重要作用。如右图所示为 氢原子的能级图。假定用动能为 E 的电子束照射容器中大量处于 n 1 能级的 氢原子， 氢原子吸收能量后
5、，至多发出 6 种不同频率的光，则关于 E 的取值正确的是 ( ) A E 158.1 eV B E158.1 eV C 2371.5 eVE2428.4 eV D只能等于 2371.5 eV 解析： 因为 氢原子吸收能量后至多发出 6 种不同频率的光，所以 氢原子被激发到 n 4的激发态，因此有 2371.5 eVE2428.4 eV，即 C选项正确。 答案： C 7现有 1200 个氢原子被激发到量子数为 4 的能级上，若这些受激发的氢原子最后都回到基态，则在此过程中发出的光子总数是 (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 1n
6、1)( ) A 2200 B 2000 C 1200 D 2400 解析： 量子数 n 4的激发态的 1200个氢原子分别跃迁到 n 3、2、 1的轨道上的数目均为 400个，此时发出 1200个光子；量子数 n 3的激发态的 400个氢原子分别跃迁到 n 2、 1的轨道上的数目均为 200个，发出光子数为 400个；量子数 n 2的激发态的 600个氢原子跃迁到 n 1的轨道上的数目为 600个，发出光子数为 600个，则发出的光子总数为 1200 400 600 2200， A正确。 答案： A 8在金属中存在大量的价电子 (可理解为原子的最外层电子 )，价电子在原子核和核外的其他电子产
7、生的电场中运动。电子在金属外部时的电势能比它在金属内部作为价电子时的电势能大，前后两者的电势能差值称为势垒，用符号 V 表示。价电子就像被关在深为 V 的方箱里的粒子，这个方箱叫作势阱，价电子在势阱内运动具有动能，但动能的取值是不连续的，价电子处于最高能级时的动能称为费米能，用 Ef 表示。用红宝石激光器向金属发射频率为 的光子，具有费米能的电子如果吸收了一个频率为 的光子而跳出势阱，则 ( ) A具有费米能的电子跳出势阱时的动能 Ek h V Ef B具有费米能的电子跳出势阱时的动能 Ek h V Ef C若增 大激光器的发光强度，具有费米能的电子跳出势阱时的动能增大 D若增大激光器的发光强
8、度，具有费米能的电子跳出势阱时的动能不变 解析： 根据能量守恒定律可得 Ef h Ek V，具有费米能的电子跳出势阱时的动能 Ek h V Ef， B 正确；据 Ek h VEf，可知电子的动能由入射光的频率决定，与入射光的强度无关， D正确。 答案： BD 9氢原子能级的示意图如下图所示，大量氢原子从 n 4 的能级向 n 2 能级跃迁时辐射出可见光 a，从 n 3 的能级向 n 2 的能级跃迁时辐射出可见光 b，则 ( ) A可见光光子能量范 围在 1.62 eV 到 2.11 eV 之间 B氢原子从 n 4 的能级向 n 3 的能级跃迁时会辐射出紫外线 C a光的频率大于 b光的频率 D
9、氢原子在 n 2 的能级可吸收任意频率的光而发生电离 解析： 由能级跃迁公式 E Em En得： E1 E4 E2 0.85 eV ( 3.4 eV) 2.55 eV E2 E3 E2 1.51 eV ( 3.4 eV) 1.89 eV 据 E hc h知 A错， C对； E3 E4 E3 0.85 eV (1.51 eV) 0.66 eV，所以氢原 子从 n 4的能级向 n 3的能级跃迁时能量差对应的光子处于红外线波段， B 错；氢原子在 n 2 的能级时能量为 3.4 eV，所以只有吸收光子能量大于等于 3.4 eV 时才能电离， D错。 答案： C 10若原子的某内层电子被电离形成空位，
10、其他层的电子跃迁到该空位上时，会将多余的能量以电磁辐射的形式释放出来，此电磁辐射就是原子的特征 X 射线。内层空位的产生有多种机制，其中的一种称为内转换，即原子处于激发态的核跃迁回基态时，将跃迁时释放的能量交给某一内层电子，使此内层电子电离而形成空位 (被电离的电子称为内转换电子 )。 214Po 的原子核从某一激发态回到基态时，可将能量 E0 1.416 MeV 交给内层电子 (如 K、 L、 M 层电子，以 K、L、 M 标记原子中最靠近核的三个电子层 )使其电离。实验测得从 214Po原子的 K、 L、 M 层电离出的电子的动能分别为 EK 1.323 MeV，EL 1.399 MeV，
11、 EM 1.412 MeV，则可能发射的特征 X 射线的能量为 ( ) A 0.013 MeV B 0.017 MeV C 0.076 MeV D 0.093 MeV 解析： 由于能量守恒，电子在原能级上运动时所具有的能量是动能与获得的能量之差，即与 K、 L、 M层电子对应的能级能量值分别为 1.323 MeV 1.416 MeV 0.093 MeV、 1.399 MeV 1.416 MeV 0.017 MeV、 1.412 MeV 1.416 MeV 0.004 MeV。由题意知，原子的某内层电子被电离形成空位，其他层的电子跃迁到该空位上时，会将多余的能量以电磁辐射的形式释放出来，就是原子
12、的特征 X射线，所以原子的特征 X 射线的光子的能量可能值为 E1 0.093 MeV ( 0.004 MeV) 0.089 MeV， E2 0.017 MeV ( 0.004 MeV) 0.013 MeV， E3 0.093 MeV ( 0.017 MeV) 0.076 MeV， A、 C正确。 答案： AC 二、填空题 (共 2小题，共 15分 ) 11 (7 分 )氢原子第 n能级的能量为 En E1n2，其中 E1 为基态能量。当氢原子由第 4 能级跃迁到第 2 能级时，发出光子的频率为 1；若氢原子由第 2 能级跃迁到基态，发出光子的频率为 2，则 12_。 解析： 根据氢原子 的能
13、级公式， h1 E4 E2 E142 E122 316E1， h2 E2 E1 E122 E112 34E1，所以 1231634 14。 答案： 14 12 (8 分 )有大量的氢原子吸收某种频率的光子后从基态跃迁到n 3 的激发态，已知氢原子处于基态时的能量为 E1，则吸收光子的频率 _，当这些处于激发态的氢原子向低能态跃迁发光时，可发出 _条谱线，辐射光子的能量为 _。 解析： 据跃迁理论 h E3 E1，而 E3 19E1，所以 E3 E1h 8E19h。由于是大量原子，可从 n 3 跃迁到 n 1，从 n 3 跃迁到 n 2，再从 n 2 跃迁到 n 1，故应有三条谱线，光子能量分别
14、为 E3 E1， E3 E2， E2 E1，即 89E1， 536E1， 34E1。 答案： 8E19h 3 89E1， 536E1， 34E1 三、计算题 (共 4小题，共 45分 ) 13 (9 分 )氢原子处于 n 2 的激发态能量是 E2 3.4 eV，则 (1)要使处于 n 2 的激发态的氢原子电离，至少要用多大频率的电磁波照射原子？ (2)若用波长为 200 nm的紫外线照射处于 n 2激发态的氢原子，则电子飞到无穷远时的动能是多少？ 解析： (1)要使处于 n 2的激发态的氢原子电离，至少需要 E3.4 eV 3.4 1.60 10 19 J 5.44 10 19 J的能量。根据
15、 E h可得 Eh 8 1014 Hz。 (2) 波 长 为 200 nm 的 紫 外 线 的 光 子 能 量 为 hc 6.63 10 34 3 108200 10 9 J 9.945 10 19 J 6.22 eV，电子飞到无穷远处时的动能为 Ek hc E2 6.22 ( 3.4 eV) 2.82 eV。 答案： (1)8 1014 Hz (2)2.82 eV 14 (12 分 )已知氢原子基态的电子的轨道半径 r1 0.528 10 10 m，根据玻尔假设，电子绕核的可能轨道半径是 rn n2r1(n1,2,3， )。氢原子在不同轨道上对应的能级如图所示。 (1)求电子在基态轨道上运动
16、的动能； (2)有一群氢原子处于量子数 n 3 的激发态，在图上用箭头标出这些氢原子能发出哪几条光谱线； (3)计算这几条光谱线中波长最短的一条波长。 (已知静电力常量k 9.0 109 Nm/C2，普朗克常量 h 6.63 10 34 Js，电子电荷量 e 1.6 10 19 C) 解析： (1)由 牛顿定律和库仑定律，可得 mv21r1 ke2r21， 所以电子在基态的动能 Ek1 12mv21 ke22r1， 代入数据得 Ek1 2.18 10 18 J 13.6 eV。 (2)如右图所示，可发出三条。 (3)由 n 3跃迁到 n 1时，辐射的光子的波长最短， 由玻尔理论得 hc E3
17、E1 所以 hcE3 E1 1.03 10 7 m。 答案： (1)13.6 eV (2)图见解析，三条 (3)1.03 10 7 m 15 (12 分 )如图所示为氢原子能级示意图，现有动能是 E(eV)的某个粒子与处在基态的一个氢原子在同一直线上相向运动，并发生碰撞。已知碰撞前粒子的动量和氢原子的动量大小相等。碰撞后氢原子受激发跃迁到 n 5 的能级。 (粒子的质量 m 与氢原子的质量 mH之比为 k)求： (1)碰前氢原子的动能； (2)若有一群氢原子处在 n 5 的能级，会辐射出几种频率的光？其中频率最高的光子能量多大？ 解析： (1)设 v和 vH分别表示粒子和氢原子碰撞前的速率，由题意可知： mv mHvH 0， EH 12mHv2H m2v22mHmmH(12mv2) kE。 (2)辐射出光子的频率种数 N C2n C25 10， 频率最高的光子能量
