高中物理 第18章 第4节 玻尔的原子模型练习 新人教版选修35.docx
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高中物理第18章第4节玻尔的原子模型练习新人教版选修35
2019-2020年高中物理第18章第4节玻尔的原子模型练习新人教版选修3-5
1.玻尔原子理论的基本假设.
(1)电子的轨道量子化.
玻尔认为,原子中电子在库仑引力的作用下,绕原子核做圆周运动.但电子运行轨道的半径不是任意的,只有当半径大小符合一定条件时,这样轨道才是可能的.电子在轨道上绕核的转动是稳定的,不产生电磁辐射.
(2)原子的能量量子化.
当电子在不同的轨道上运动时.原子处于不同的状态中,具有不同的能量,这些量子化的能量值叫作能级.原子中这些具有确定能量的稳定状态,称为定态.能量最低的状态叫作基态.其他的状态叫作激发态.
(3)电磁辐射的频率条件.
电子从能量较高的定态轨道(Em)跃迁到能量较低的定态轨道En(m>n)时,会放出能量为hν的光子,hν=Em-En;反之,电子从较低的能量态(En)跃迁到较高的能量态(Em)时,会吸收能量为hν的光子,光子的hν=Em-En.
原子处于基态是最稳定的.当原子处于n=4的能级上时,将可能产生6种频率的光子.
2.弗兰克赫兹实验.
弗兰克赫兹实验采用电子轰击汞原子,发现电子损失的能量,也就是汞原子吸收的能量,是分立的,从而证明汞原子的能量确实是量子化的.
3.玻尔模型的局限性.
当原子处于不同的状态时.电子在各处出现的概率是不一样的.如果用疏密不同的点子表示电子在各个位置出现的概率,画出图来.就像云雾一样,可以形象地称作电子云.
1.关于下列四幅图的说法正确的是(C)
A.玻尔原子理论的基本假设认为,电子绕核运行轨道的半径是任意的
B.光电效应产生的条件为:
光强大于临界值
C.电子束通过铝箔时的衍射图样证实了运动电子具有波动性
D.发现少数α粒子发生了较大偏转,说明金原子质量大而且很坚硬
解析:
原子中的电子绕原子核高速运转时,运行轨道的半径是量子化的,A错误;当照射光的频率ν大于金属板的极限频率时,金属板上的电子才会逸出.频率越大,电子的初动能越大.B错误;光电效应实验说明了光具有粒子性,电子束通过铝箔时的衍射图样证实了电子具有波动性,C正确;发现少数α粒子发生了较大偏转,说明原子的质量绝大部分集中在很小空间范围,D错误.
2.(多选)欲使处于基态的氢原子激发或电离,下列措施可行的是(AC)
A.用10.2eV的光子照射
B.用11eV的光子照射
C.用14eV的光子照射
D.用10eV的光子照射
解析:
由氢原子能级图算出只有10.2eV为第2能级与基态之间的能量差,处于基态的氢原子吸收10.2eV的光子后将跃迁到第一激发态,而大于13.6eV的光子能使氢原子电离.
3.(多选)氢原子的核外电子由离原子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(BD)
A.氢原子的能量增加
B.氢原子的能量减少
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:
氢原子的核外电子离原子核越远,氢原子的能量(包括动能和势能)越大.当氢原子的核外电子由离原子核较远的轨道跃迁到离核较近的轨道上时,原子的能量减少,氢原子要放出一定频率的光子.显然,选项B、D正确.
4.如图所示是某原子的能级图,a、b、c为原子跃迁所发出的三种波长的光.在下列该原子光谱的各选项中,谱线从左向右的波长依次增大,则正确的是(C)
解析:
由ε=hν,ν为光的频率得:
波长λ=
,从第3能级跃迁到第1能级,能级差最大,知光的频率最大,波长最短;从第3能级跃迁到第2能级,能级差最小,知光的光子频率最小,波长最长,所以波长依次增大的顺序为a、b、c.故C正确,A、B、D错误.
5.(多选)以下有关近代物理内容叙述中正确的有(CD)
A.锌板表面逸出的光电子最大初动能随紫外线照射强度增大而增大
B.原子核式结构模型是由汤姆孙在α粒子散射实验基础上提出的
C.氢原子的核外电子由离原子核较远的轨道跃迁到离核较近的轨道上时氢原子的能量减少
D.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
解析:
根据光电效应的规律,锌板表面逸出的光电子最大初动能随入射光的频率增大而增大,选项A错误;原子核式结构模型是由卢瑟福在α粒子散射实验基础上提出的,选项B错误;根据玻尔理论,氢原子的核外电子由离原子核较远的轨道跃迁到离核较近的轨道上时氢原子的能量减少,选项C正确;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,选项D正确.
6.氦原子被电离一个核外电子,形成类氢结构的氦离子.已知基态的氦离子能量为E1=-54.4eV,氦离子能级的示意图如下页图所示.在具有下列能量的光子中,不能被基态氦离子吸收而发生跃迁的是(B)
A.40.8eV B.43.2eV
C.51.0eVD.54.4eV
解析:
要吸收光子发生跃迁需要满足一定的条件,即吸收的光子的能量必须是任两个能级的差值,40.8eV是第一能级和第二能级的差值,51.0eV是第一能级和第四能级的差值,54.4eV是电子电离需要吸收的能量,均满足条件,选项A、C、D均可以,而B项不满足条件,所以选B.
7.(多选)处于基态的氢原子被一束单色光照射后,共发出三种频率分别为ν1、ν2、ν3的光子,且ν1>ν2>ν3,则入射光子的能量应为(AD)
A.hν1 B.hν2
C.hν3D.h(ν2+ν3)
解析:
显然基态氢原子跃迁到激发态后再向低能级跃迁发射光子,共有三种光说明起先跃迁到的能级为第二激发态,有hν1=E3-E1,hν2=E2-E1,hν3=E3-E2,所以入射光子的能量应为hν1或h(ν2+ν3).
8.下图画出了氢原子的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2.22eV.在这些光波中,能够从金属钾的表面打出光电子的总共有(C)
A.两种 B.三种 C.四种 D.五种
解析:
一群氢原子从n=4的能级向低能级跃迁时,能够发出六种不同频率的光.六种光子的能量依次为:
n=4到n=3时:
-0.85-(-1.51)=0.66eV<2.22eV,
n=3到n=2时:
-1.51-(-3.40)=1.89eV<2.22eV,
n=2到n=1时:
-3.40-(-13.60)=10.2eV>2.22eV,
n=4到n=1时:
……
前两种不能从金属钾表面打出.故有四种,C对.
9.如下图为氢原子能级的示意图,现有大量的氢原子处于n=4的激发态,当向低能级跃迁时辐射出若干不同频率的光.关于这些光,下列说法正确的是(D)
A.最容易表现出衍射现象的光是由n=4能级跃迁到n=1能级产生的
B.频率最小的光是由n=2能级跃迁到n=1能级产生的
C.这些氢原子总共可辐射出3种不同频率的光
D.用n=2能级跃迁到n=1能级辐射出的光照射逸出功为6.34eV的金属铂能发生光电效应
解析:
由n=4能级跃迁到n=3能级的能级差最小,辐射光子的频率最小,波长最大,容易发生衍射现象,选项A、B错误;这些氢原子总共可辐射出
=6种不同频率的光,选项C错误;用n=2能级跃迁到n=1能级辐射出的光子的能量为[-3.4eV-(-13.6eV)]=10.2eV,所以照射逸出功为6.34eV的金属铂能发生光电效应,选项D正确.
10.用频率为ν0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频率分别为ν1、ν2、ν3的三条谱线,且ν3>ν2>ν1,则(B)
A.ν0<ν1 B.ν3=ν2+ν1
C.ν0=ν1+ν2+ν3D.
=
+
解析:
大量氢原子跃迁时只有三个频率的光谱,这说明是从n=3能级向低能级跃迁,根据能量守恒有,hν3=hν2+hν1,解得:
ν3=ν2+ν1,选项B正确.
11.大量氢原子处于不同能量激发态,发生跃迁时放出三种不同能量的光子,其能量值分别是:
1.89eV,10.2eV,12.09eV.跃迁发生前这些原子分布在________个激发态能级上,其中最高能级的能量值是________eV(基态能量为-13.6eV).
解析:
由于大量氢原子处于不同能量激发态,发生跃迁时放出三种不同能量的光子,可知氢原子处于最高能级是n=3,跃迁发生前这些原子分布在2个激发态能级上;其中最高能级的能量值是E3=-1.51.
答案:
2 -1.51
12.能量为Ei的光子照射基态氢原子,刚好可使该原子中的电子成为自由电子.这一能量Ei称为氢的电离能.现用一频率为ν的光子从基态氢原子中击出了一电子,该电子在远离核以后速度的大小为________(用光子频率ν、电子质量m、氢原子的电离能Ei和普朗克常量h表示).
解析:
由能量守恒定律得:
=hν-Ei,
解得电子速度为:
v=
,
答案:
2019-2020年高中物理第19章第1节原子核的组成同步练习新人教版选修3-5
一、选择题(1~5题为单选题,6、7题为多选题)
1.人类认识原子核的复杂结构并进行研究从( )
A.发现电子开始的
B.发现质子开始的
C.进行α粒子散射实验开始的
D.发现天然放射现象开始的
答案:
D
解析:
自从贝可勒尔发现天然放射现象,科学家对放射性元素及射线的组成、产生的原因等进行了大量研究,逐步认识到原子核的复杂结构,故D正确,A、B、C错误。
2.关于质子与中子,下列说法错误的是( )
A.原子核由质子和中子构成
B.质子和中子统称为核子
C.卢瑟福发现了质子,并预言了中子的存在
D.卢瑟福发现了中子,并预言了质子的存在
答案:
D
解析:
原子核内存在质子和中子,中子和质子统称为核子,卢瑟福只发现了质子,以后又预言了中子的存在。
3.(湛江市xx~xx学年高二下学期期末)下列现象中,与原子核内部结构变化有关的是( )
A.α粒子散射现象 B.天然放射现象
C.光电效应现象D.原子发光现象
答案:
B
解析:
天然放射现象是原子核内部结构变化引起的。
4.若用x代表一个中性原子中核外的电子数,y代表此原子的原子核内的质子数,z代表此原子的原子核内的中子数,则对
Th的原子来说( )
A.x=90,y=90,z=234
B.x=90,y=90,z=144
C.x=144,y=144,z=90
D.x=234,y=234,z=324
答案:
B
解析:
在
Th中,左下标为质子数,左上标为质量数,则y=90;中性原子的核外电子数等于质子数,所以x=90;中子数等于质量数减去质子数,z=234-90=144,所以B选项对。
5.人类探测月球发现,在月球的土壤中含有较丰富的质量数为3的氦,它可以作为未来核聚变的重要原料之一。
氦的该种同位素应表示为( )
A.
HeB.
He
C.
HeD.
He
答案:
B
解析:
氦的同位素质子数一定相同,质量数为3,故可写作
He,因此B正确,A、C、D错。
6.下列哪些现象能说明射线来自原子核( )
A.三种射线的能量都很高
B.放射线的强度不受温度,外界压强等物理条件的影响
C.元素的放射性与所处的化学状态(单质、化合态)无关
D.α射线、β射线都是带电的粒子流
答案:
BC
解析:
能说明放射线来自原子核的证据是,元素的放射性与其所处的化学状态和物理状态无关,B、C正确。
7.如图所示,铅盒A中装有天然放射性物质,放射线从其右端小孔中水平向右射出,在小孔和荧光屏之间有垂直于纸面向外的匀强磁场,则下列说法中正确的有( )
A.打在图中a、b、c三点的依次是β射线、γ射线和α射线
B.α射线和β射线的轨迹都是抛物线
C.α射线和β射线的轨迹都是圆弧
D.如果在铅盒和荧光屏间再加一竖直向下的匀强电场,则屏上的亮斑可能只剩下b
答案:
AC
解析:
由左手定则可知粒子向右射出后,在匀强磁场中α
粒子受的洛伦兹力向下,β粒子受的洛伦兹力向上,轨迹都是圆弧。
由于α粒子速度约是光速的1/10,而β粒子速度接近光速,所以在同样的混合场中不可能都做直线运动,选A、C两项。
二、非选择题
8.现在,科学家正在设法探寻“反物质”。
反谓的“反物质”是由“反粒子”组成的,“反粒子”与对应的正粒子具有相同的质量和电荷量,但电荷的符号相反,据此,反α粒子的质量数为________,电荷数为________。
答案:
4 -2
解析:
α粒子是氦核,它由两个质子和两个中子构成,故质量数为4,电荷数为2。
而它的“反粒子”质量数也是“4”,但电荷数为“-2”。
9.如图所示,R是放射源,虚线方框是匀强磁场,L是厚纸板,M是荧光屏,实验时,发现在荧光屏的O、P两处有亮斑,则磁场方向、到达O点和P点的射线,属于表中哪种情况?
说明理由。
选项
磁场方向
O点
P点
A
β
α
B
α
β
C
×
γ
β
D
·
γ
α
答案:
C 因为α射线是氦原子核流,它的贯穿本领很小,所以它不能穿透厚纸板;β射线是高速电子流,它的贯穿本领很强,可以穿透厚纸板而到达荧光屏;γ射线是波长极短的光子流,是贯穿本领最强的,但它在磁场中不偏转,所以γ射线射到O点、β射线射到P点,根据左手定则便可确定磁场是垂直纸面向里的。
能力提升
一、选择题(1~4题为单选题,5、6题为多选题)
1.(济南市xx~xx学年高二下学期五校联考)如图,放射性元素镭衰变过程中释放出α、β、γ三种射线,分别进入匀强电场和匀强磁场中,下列说法正确的是( )
A.①表示γ射线,③表示α射线
B.②表示β射线,③表示α射线
C.④表示α射线,⑤表示γ射线
D.⑤表示β射线,⑥表示α射线
答案:
C
解析:
α带正电,β带负电,γ不带电,γ射线在磁场中一定不偏转,②⑤为γ射线;如左图所示的电场中,α射线向右偏,β射线向左偏,①为β射线,③为α射线;在如右图所示磁场中,由左手定则判断,α射线向左偏,β射线向右偏,即④为α射线,⑥为β射线,故正确选项是C。
2.以下说法正确的是( )
A.
Th为钍核,由此可知,钍核的质量数为90,钍核的质子数为234
B.
Be为铍核,由此可知,铍核的质量数为9,铍核的中子数为4
C.同一元素的两种同位素具有相同的质量数
D.同一元素的两种同位素具有不同的中子数
答案:
D
解析:
A项钍核的质量数为234,质子数为90,所以A错;B项铍核的质子数为4,中子数为5,所以B错;由于同位素是指质子数相同而中子数不同,即质量数不同,因而C错,D对。
3.如图所示,天然放射性元素,放出α、β、γ三种射线同时射入互相垂直的匀强电场和匀强磁场中,射入时速度方向和电场、磁场方向都垂直,进入场区后发现β射线和γ射线都沿直线前进,则α射线( )
A.向右偏B.向左偏
C.直线前进D.无法判断
答案:
A
解析:
γ射线不带电,故在电磁场中不偏转,β射线不偏转是因为电场力与洛伦兹力是一对平衡力,故Eq=Bqv即v=
,而α射线的速度比β射线小,因此α射线受向右的电场力远大于向左的洛伦兹力,故α射线向右偏,A正确,B、C、D错。
4.如图所示,x为未知的放射源,L为薄铝片,若在放射源和计数器之间加上L后,计数器的计数率大幅度减小,在L和计数器之间再加竖直向下的匀强磁场,计数器的计数率不变,则x可能是( )
A.α和β的混合放射源B.纯α放射源
C.α和γ的混合放射源D.纯γ放射源
答案:
C
解析:
此题考查运用三种射线的性质分析问题的能力。
在放射源和计数器之间加上铝片后,计数器的计数率大幅度减小,说明射线中有穿透力很弱的粒子,即α粒子,在铝片和计数器之间再加竖直向下的匀强磁场,计数器的计数率不变,说明穿过铝片的粒子中无带电粒子,故只有γ射线。
因此,放射源可能是α和γ的混合放射源。
5.以下说法中正确的是( )
A.原子中含有带负电的电子,所以原子带负电
B.原子核中的质子数,一定与核外电子数相等
C.用粒子轰击氮、氟、钠、铝等元素的原子核都可以打出质子,因此人们断定质子是原子核的组成部分
D.绝大多数原子核的质量跟质子质量之比都大于核电荷数跟质子电荷数之比,因此原子核内还存在一种不带电的中性粒子
答案:
CD
解析:
原子中除了带负电的电子外,还有带正电的质子,故A错。
对于中性原子来说,原子核中的质子数才跟核外电子数相等,故B错。
正是用α粒子轰击原子核的实验才发现了质子,故C正确。
因为绝大多数原子核的质量跟质子质量之比都大于核电荷数跟质子电荷数之比,才确定原子核内必还有别的中性粒子,故D正确。
故正确答案为C、D。
6.下面说法正确的是( )
A.β射线的粒子和电子是两种不同的粒子
B.红外线的波长比X射线的波长长
C.α粒子不同于氦原子核
D.γ射线的贯穿本领比α粒子的强
答案:
BD
解析:
由电磁波谱知红外线的波长比X射线波长要长。
另外,β射线是电子流,α粒子是氦核,从α、β、γ三者的穿透本领而言,γ射线最强,α粒于最弱,故B、D对。
二、非选择题
7.在暗室的真空管装置中做如下实验:
在竖直放置的平行金属板间的匀强电场中,有一个能产生α、β、γ三种射线的放射源,从放射源射出的一束射线垂直于电场方向射入电场,如图所示,在与放射源距离为H高处水平放置两张叠放
着的涂药面朝下的显影纸(比一般纸厚且坚韧的涂有感光药的纸),经射线照射一段时间后使两张显影纸显影。
(1)上面的显影纸有几个暗斑?
各是什么射线的痕迹?
(2)下面的显影纸显出3个暗斑,试估算中间暗斑与两边暗斑的距离之比;
(3)若在此空间再加上与电场方向垂直的匀强磁场,一次使α射线不偏转,一次使β射线不偏转,则两次所加匀强磁场的磁感应强度之比是多少?
(已知mα=4u,mβ=
u,vα=
,vβ=c)
答案:
(1)2个暗斑,分别是β、γ射线的痕迹
(2)sα∶sβ=5∶184
(3)Bα∶Bβ=10∶1
解析:
(1)一张显影纸即可挡住α射线。
(2)s=
at2,而a=qE/m,t=
,故s=
,
即sα∶sβ=
∶
=5∶184
(3)qE=qvB,所以B=
∝
,
故Bα∶Bβ=vβ∶vα=10∶1。
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