第十八章《原子结构》单元测试题

一、单选题（每小题只有一个正确答案）

1．下列说法正确的是 （ ）

A．卢瑟福的α粒子散射实验说明原子核集中了几乎全部的质量和全部的正电荷

B．贝克勒尔发现的天然放射现象说明原子核内部具有复杂结构

C．查德威克发现中子的核反应方程是：49Be+24He→613C+01n

D．爱因斯坦的光电效应现象中，从金属板表面打出的光电子的最大初动能与入射光的频率及强度均有关

E．关于光电效应，极限频率越大的金属材料逸出功越大

2．关于下列四幅图对应的四种说法正确的是（ ）

A．普朗克通过研究黑体辐射规律提出能量子的概念，成为量子力学的奠基人之一

B．光电效应实验中的锌板带正电

C．电子束通过铝箔时的衍射图样证实了德布罗意关于物质波的假设是正确的

D．α粒子散射实验揭示了原子核的内部结构

3．氢原子核外电子在能级间跃迁时发出a、b两种频率的光，经同一双缝干涉装置得到的干涉图样分别如甲、乙两图所示。若a 光是氢原子核外电子从n=3的能级向n=1的能级跃迁时释放的，则b光可能是（ ）

A．从n=4的能级向n=3的能级跃迁时释放的

B．从n=3的能级向n=2的能级跃迁时释放的

C．从n=2的能级向n=1的能级跃迁时释放的

D．从n=4的能级向n=1的能级跃迁时释放的

4．在卢瑟福的α粒子散射实验中，有少数的α粒子发生了大角度的偏转，其原因是（ ）

A．原子中有带负电的电子，电子会对α粒子有引力的作用。

B．原子的正电荷和绝大部分的质量都集中在一个很小的核上。

C．正电荷在原子中是均匀分布的。

D．原子是不可再分的。

5．氢原子的核外电子,在由离核较远的可能轨道跃迁到离核较近的可能轨道的过程中( )

A．辐射光子,获得能量 B.吸收光子,获得能量

C．吸收光了,放出能量 D.辐射光子,放出能量

6．来自太阳的带电粒子会在地球的两极引起极光。带电粒子与地球大气层中的原子相遇，原子吸收带电粒子的一部分能量后，立即将能量释放出来就会产生奇异的光芒，形成极光。极光的光谱线波长范围约为3100Å～6700Å（1 Å=10-10m）。据此推断以下说法错误的是（ ）

A．极光光谱线频率的数量级约为1014Hz～1015Hz

B．极光出现在极地附近与带电粒子受到洛伦兹力有关

C．原子在从高能级向低能级跃迁时辐射出极光

D．对极光进行光谱分析可以鉴别太阳物质的组成成分

7．如图所示是氢原子的能级图，现有大量处于n=3激发态的氢原子向低能级跃迁，所辐射的光子中，只有一种能使某金属产生光电效应．以下判断正确的是（   ）

A．该光子一定是氢原子从激发态n=3跃迁到n=2时辐射的光子

B．该光子一定是氢原子从激发态n=2跃迁到基态时辐射的光子

C．若氢原子从激发态n=4跃迁到基态，辐射出的光子一定能使该金属产生光电效应

D．若氢原子从激发态n=4跃迁到n=3，辐射出的光子一定能使该金属产生光电效应

8．下列说法中正确的是 （ ）

9．下列说法中不正确的是（ ）

A．在α粒子散射实验中，使少数α粒子产生大角度偏转的力是原子核对粒子的库仑斥力

B．氢原子在辐射出一个光子后，核外电子的动能增大

C．已知氦原子的质量m1、电子质量m2、质子质量m3、中子质量m4，则质子和中子在结合成氦核时的质量亏损为（2 m4+2 m3－m1）

D．爱因斯坦狭义相对论的基本结论之一是运动物体长度会收缩，即l =l0 ，它是因时空条件不同而引起的观测效应

10．氢原子从n=3的能级跃迁到n=2的能级辐射出a光，从n=4的能级跃迁到n=2的能级辐射出b光。则（ ）

A．在同一双缝干涉装置进行实验，用a光照射时相邻亮纹间的距离比用b光照射时的大

B．若用a光照某金属不能发生光电效应，则用b光照该金属也不能发生光电效应

C．在同一种玻璃介质中，a光发生全反射的临界角比b光的小

D．在同一种玻璃介质中，a光传播速度比b光的小

二、多选题（每小题至少有两个正确答案）

11．现有a、b、c三束单色光，其波长关系为λa>λb>λc，用b光束照射某种金属时，恰能发生光电效应．若分别用a光束和c光束照射该金属，则可以断定（ ）

A．a光束照射时，释放光电子数目最多

B．c光束照射时，释放光电子的最大初动能最小

C．a光束照射时，不能发生光电效应

D．c光束照射时，一定能发生光电效应

12．下列说法正确的是（ ）

A．家用照明电路电压的峰值约为311V

B．β衰变发出的β射线来自原子外层电子

C．卢瑟福通过a粒子散射实验发现原子核具有复杂结构

D．在发生轻核聚变或重核裂变后，核子的平均质量均变小

13．已知氢原子的结构可以简化为一个电子绕一个质子做匀速圆周运动。如图所示为氢原子能级示意图，一群氢原子(称为a群)处于n=3的激发态，它们向较低能级跃迁的过程中向外辐射光子，用这些光子分别照射逸出功为4.54eV的金属钨和处于基态的另一群氢原子(称为b群)，下列说法正确的是（ ）

A．b群中的全部氢原子被激发到n=2的激发态

B．金属的表面所发出的光电子的最大初动能是7.55eV

C．a群氢原子在辐射光子的过程中电子绕质子运动的动能增大，电势能减小

D．a群氢原子能辐射出三种不同频率的光，其中从n=3能级跃迁到n=2能级所发出的光波长最短

14．图示为氢原子能级图以及从n=3、4、5、6能级跃迁到n=2能级时辐射的四条光谱线，已知从n=3跃迁到n=2的能级时辐射光的波长为656nm，下列叙述正确的有（ ）

A．四条谱线中频率最大的是

B．用633nm的光照射能使氢原子从n=2跃迁到n=3的能级

C．一群处于n=3的能级上的氢原子向低能级跃迁时，最多产生3种谱线

D．如果可以使某种金属发生光电效应，只要照射时间足够长，光的强度足够大，也可以使该金属发生光电效应

三、实验题

15．已知氢原子的基态能量为E1=-13.6eV，激发态能量为，其中n="2,3" …。氢原子从第三激发态（n=4）向基态跃迁所发出的所有光子中，最短的波长为 m；上述所有光子中，照射到铷金属表面，逸出的光电子中最大初动能的最小值为 eV.（普朗克常量h=6.63×10-34J·s，铷的逸出功W=2.13eV）。

16．在氢原子光谱中．电子从较高能级跃迁到n=2能级发出的谱线属于巴耳末线系。若一群氢原子自发跃迁时发出的谱线中只有2条属于巴耳末线系，则这群氢原子自发跃迁时最多可发出 条不同频率的谱线。

四、解答题

17．已知氢原子在基态时的轨道半径为r1=0.53×10-10m，能级值E1= —13.6eV，求赖曼系（高能级跃迁至基态）中能量最大的光子和能量最小光子的波长各是多少？

18．氢原子的原子能级图如图甲所示，当大量处于n=4能级的氢原子自发向n=2的低能级发生能级跃迁时，会发出各种不同频率的光子，试求：

（1）从n=4能级向n=2能级跃迁，总共发出多少种光子？请回答并在图甲上用箭头标明；

（2）计算（1）问所得到的光子中能量最大的光子的频率．（保留一位小数，h=6.63×10﹣34J•S）

（3）若用（1）问得到的这些光中频率最高的两种光（假定命名叫A、B光）来做双缝干涉实验（如图乙所示），当用较高频率的A光做实验时，在屏幕上得到的亮条纹间距△yA=2mm，不改变实验装置任何部分，换用较低频率的B光再做此实验时，在屏幕上得到的亮条纹间距△yB为多大？

参考答案

1．ABE

【解析】

试题分析：根据物理学史和常识解答，记住著名物理学家的主要贡献即可．

解：A、卢瑟福通过α粒子散射实验提出原子核式结构模型，原子核集中了几乎全部的质量和全部的正电荷，天然放射现象说明原子核内部具有复杂的结构，故AB正确．

C、查德威克发现中子的核反应方程是：49Be+24He→01n+，故C错误；

D、爱因斯坦的光电效应现象中，从金属板表面打出的光电子的最大初动能与入射光的频率有关，与入射光的强度无关，故D错误；

E、关于光电效应，极限频率越大的金属材料逸出功越大．故E正确．

故选：ABE

【点评】本题考查物理学史，是常识性问题，对于物理学上重大发现、发明、著名理论要加强记忆，这也是考试内容之一．

2．ABC

【解析】

试题分析：普朗克通过研究黑体辐射提出能量子的概念；卢瑟福通过分析α粒子散射实验结果，提出了原子的核式结构模型；根据电子束通过铝箔后的衍射图样，说明电子具有波动性．

解：A、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，故A正确．

B、该图为光电效应现象图，锌板失去电子而带正电，故B正确．

C、根据电子束通过铝箔后的衍射图样，说明电子具有波动性，故C正确．

D、卢瑟福通过分析α粒子散射实验结果，提出了原子的核式结构模型，故D错误．

故选：ABC．

3．D

【解析】双缝干涉图样相邻两条亮条纹间距，乙图间距小，乙图的光波长短，频率高，能极差值大，D对；

4．B

【解析】

试题分析：在卢瑟福的α粒子散射实验中，有少数的α粒子发生了大角度的偏转，其原因是原子的正电荷和绝大部分的质量都集中在一个很小的核上，故选B。

考点：α粒子散射实验

5．D

【解析】

试题分析：当氢原子的核外电子,在由离核较远的可能轨道跃迁到离核较近的可能轨道时，整个原子的能级要降低，总能量减少，所以要辐射光子，放出能量。D选项正确。

考点：玻尔理论

6．D

【解析】极光光谐线频率的最大值，极光光谐线频率的最小值，则极光光谐线频率的数量级约为1014～1015 Hz，A正确；来自太阳的带电粒子到达地球附近，地球磁场迫使其中一部分沿着磁场线集中到南北两极。当他们进入极地的高层大气时，与大气中的原子和分子碰撞并激发，产生光芒，形成极光。极光出现在极地附近与带电粒子受到洛伦兹力有关，B正确；地球大气层中的原子吸收来自太阳带电粒子的一部分能量后，从高能级向低能级跃迁时辐射出极光，C正确；地球大气层中的原子吸收来自太阳的带电粒子的一部分能量后，从高能级向低能级跃迁时辐射出极光，对极光进行光谱分析可以鉴别地球大气层的组成成分，D错误．

【点睛】根据极光传播的速度和频率及波长的关系，可解出极光的波长范围；极光出现在极地附近与带电粒子受到洛伦兹力有关；原子的能级跃迁发生在有能级差条件下，但有吸收和辐射的区分；极光的产生是地球大气中的原子核分子撞击的结果，对极光进行光谱分析，可以鉴别地球大气层的组成部分．

7．C

【解析】

试题分析：大量处于n=3激发态的氢原子向低能级跃迁，所辐射的光子中，只有一种能使某金属产生光电效应，知频率最大的光子，即从n=3跃迁到n=1辐射的光子能使金属发生光电效应，故AB错误；因为n=4跃迁到n=1辐射的光子能量大于n=3跃迁到n=1辐射的光子能量，所以一定能使金属发生光电效应，故C正确；n=4跃迁到n=3辐射的光子能量小于n=3跃迁到n=2辐射的光子能量，所以该光子一定不能使金属发生光电效应，故D错误．

考点：考查了氢原子跃迁，光电效应

【名师点睛】大量处于n=3激发态的氢原子向低能级跃迁，可以辐射出3种不同频率的光子，只有一种能使某金属产生光电效应．知最大频率的光子能使金属发生光电效应．

8．AD

【解析】

试题分析：从激发态向基态跃迁辐射光子；

光电效应显示了光的粒子性；

天然放射现象揭示了原子核的复杂结构；

由核反应方程的规则：质量数与质子数守恒，即可判定．

解：A、氢原子从激发态向基态跃迁，只能辐射特定频率的光子，故A正确；

B、光电效应显示了光的粒子性，而不是波动性，故B错误；

C、天然放射现象的发现，揭示了原子核复杂结构，而α粒子散射实验提示了原子的核式结构，故C错误；

D、由核反应方程规则，则有：+→+，故D正确；

故选：AD．

【点评】考查电子向低能级跃迁是释放能量，高能级跃迁吸收能量，理解天然放射现象的意义，注意光电效应的作用，会区别波动性与粒子性．

9．C

【解析】

在α粒子散射实验中，使少数α粒子产生大角度偏转的力是原子核对粒子的库仑斥力，A正确

氢原子在辐射出一个光子后，向低能级跃迁，核外电子的动能增大，B正确

质子和中子在结合成氦核时的质量亏损为（2 m4+2 m3－氦原子核的质量），C错误

爱因斯坦狭义相对论的基本结论之一是运动物体长度会收缩，即l =l0 ，它是因时空条件不同而引起的观测效应，D正确

本题选不正确的，故选C

10．A

【解析】能级间跃迁辐射的光子能量等于两能级间的能级差，可知a光的频率小于b光的频率。则a光的波长大于b光的波长，根据双缝干涉的条纹间距公式知，a光照射的产生干涉的条纹间距大。故A正确。

由于a光频率小于b光频率，则a光照射金属不能发生光电效应，则用b光照射可能产生光电效应。故B错误。

根据知，a光的频率小，则折射率小，临界角大。故C错误。

根据v=知，a光的折射率小，则光在介质中传播的速度大。故D错误。

故选A。

11．CD

【解析】波长关系为λa＞λb＞λc，则γa＜γb＜γc．b光束照射某种金属时，恰能发生光电效应，根据光电效应的条件，a光照射不能发生光电效应，c光照射能发生光电效应。故CD正确，A错误。根据光电效应方程：Ekm=h-W0，知c光束照射时，释放出的光电子的最大初动能最大。故B错误。故选CD。

点睛：解决本题的关键掌握光电效应的条件，光电效应方程及单位时间内放出光电子的数目由入射光的强度决定，最大初动能由光的频率决定．

12．AD

【解析】A项：家用照明所用的电压为交流电压，有效值为220V，根据最大值与有效值的关系可知：，故A正确；

B项：β衰变发出的β射线是由原子核内的一个质子转化为中子和电子，故B错误；

C项：天然放射现象说明原子核具有复杂结构，故C错误；

D项：在发生轻核聚变或重核裂变都要发生质量亏损，放出能量，故D正确。

13．BC

【解析】一群氢原子(称为a群)处于n=3的激发态，它们向较低能级跃迁的过程中向外辐射光子的最大能量为（-1.51）-（-13.6）=12.09eV，则用这些光子照射处于基态的另一群氢原子(称为b群)时，b群中的部分氢原子最高可以被激发到n=3的激发态；金属的表面所发出的光电子的最大初动能是12.09eV-4.54eV =7.55eV，选项A错误，B正确；a群氢原子在辐射光子的过程中，电子轨道半径减小，则根据可知，电子绕原子核运动的动能增大，电势能减小，选项C正确；a群氢原子能辐射出种不同频率的光，其中从n=3能级跃迁到n=2能级所发出的光频率最小，波长最长，选项D错误；故选BC.

点睛：解决本题的关键知道能级间跃迁所满足的规律，即Em-En=hv，以及掌握光电效应方程，并能灵活运用；知道一群氢原子从高能级向低能级跃迁时最多辐射的光子数为Cn2．

14．AC

【解析】A. 四种跃迁中，由n=6到n=2两能级间能级差最大，辐射的光子能量最大，辐射光子频率最大。即四条谱线中频率最大的是Hδ，故A正确；

B. 当从n=2跃迁到n=3的能级，需要吸收的能量为△E=[−1.51−(−3.40)]×1.6×10−19J=h，解得：λ=656nm.故B错误；

C. 根据=3，所以一群处于n=3能级的氢原子向低能级跃迁时最多能辐射3种不同波长的光。故C正确；

D. 由图可知，Hδ的能量值大于Hβ的能量值，所以如果Hδ可以使某种金属发生光电效应，Hβ不一定能使该金属发生光电效应，与光的强度无关。故D错误。

故选：AC.

15．9.75×10-8 0.42

【解析】

所发出的所有光子中，最短的波长对应能级差最大的两个能级，为氢原子从第三激发态（n=4）向基态跃迁，由E4= E1/16=-0.85eV，E4- E1=hc/λ解得λ=9.75×10-8。上述所有光子中，能量大于铷的逸出功W=2.13eV的有n=4能级跃迁到n=2能级，有n=4能级跃迁到n=1能级，有n=3能级跃迁到n=1能级，有n=2能级跃迁到n=1能级，逸出的光电子中最大初动能的最小值为n=4能级跃迁到n=2能级的光子，照射到铷金属表面。n=4能级跃迁到n=2能级的光子能量为-0.85 eV +3.4eV= 2.55eV，由爱因斯坦光电效应方程可得逸出的光电子中最大初动能的最小值为2.55eV-2.13eV=0.42eV

16．6

【解析】

由氢原子跃迁规律可求得发出6条不同频率的谱线

17．＝121.9nm =91.4nm

【解析】由电离状态跃迁到基态，光子的能量最大，有：

＝m=0.914×10-7m=91.4nm

由n=2态跃迁到基态，光子的能量最大，有：

＝

＝m=1.219×10-7m=121.9nm

18．（1）从n=4能级向n=2能级跃迁，总共发出3种光子，如图所示；

（2）计算（1）问所得到的光子中能量最大的光子的频率6.2×1014Hz；

（3）当用较高频率的A光做实验时，在屏幕上得到的亮条纹间距△yA=2mm，不改变实验装置任何部分，换用较低频率的B光再做此实验时，在屏幕上得到的亮条纹间距△yB为2.7mm