同步练习第2章 2原子的核式结构模型 教科版物理选修35分层测评Word版含答案.docx

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同步练习第2章2原子的核式结构模型教科版物理选修35分层测评Word版含答案

学业分层测评（五）

（建议用时：

45分钟）

1．对α粒子散射实验装置的描述，你认为正确的有（　　）

【导学号：

22482088】

A．实验器材有放射源、金箔、可移动探测器

B．金箔的厚度对实验无影响

C．如果不用金箔改用铝箔，则不会发生散射现象

D．实验装置放在空气中和真空中都可以

【解析】　若金箔的厚度过大，α粒子穿过金箔时必然受较大的阻碍而影响实验效果，B错．若改用铝箔，铝核的质量仍远大于α粒子的质量，散射现象仍能发生，C错．若放置在空气中，空气中的尘埃对α粒子的运动会产生影响，故D错．

【答案】　A

2．（多选）当α粒子穿过金箔发生大角度偏转的过程中，下列说法正确的是（　　）

A．α粒子先受到原子核的斥力作用，后受原子核的引力的作用

B．α粒子一直受到原子核的斥力作用

C．α粒子先受到原子核的引力作用，后受到原子核的斥力作用

D．α粒子一直受到库仑斥力，速度先减小后增大

【解析】　α粒子与金原子核带同种电荷，两者相互排斥，故A、C错误，B正确；α粒子在靠近金原子核时斥力做负功，速度减小，远离时斥力做正功，速度增大，二者组成的系统能量不变，故D正确．

【答案】　BD

3．（多选）关于卢瑟福的原子核式结构学说的内容，下列叙述正确的是（　　）

【导学号：

22482022】

A．原子是一个质量分布均匀的球体

B．原子的质量几乎全部集中在原子核内

C．原子的正电荷全部集中在一个很小的核内

D．原子核半径的数量级是10－10m

【解析】　根据卢瑟福的原子核式结构学说，可知选项B、C正确，A、D错误．

【答案】　BC

4．关于α粒子散射实验，下列说法中正确的是（　　）

A．绝大多数α粒子经过金箔后，发生了角度很大的偏转

B．α粒子在接近原子核的过程中，动能增加

C．α粒子离开原子核的过程中，电势能增加

D．对α粒子散射实验的数据进行分析，可以估算出原子核的大小

【解析】　由于原子核占整个原子很小的一部分，十分接近核的α粒子很少，所以绝大多数α粒子几乎不偏转，A错误；由α粒子散射实验数据，卢瑟福估算出了原子核的大小，D正确；α粒子接近原子核的过程中，克服库仑力做功，所以动能减小，电势能增大，远离原子核时，库仑力做正功，动能增大，电势能减小，B、C错误．

【答案】　D

5．（多选）如图224所示为α粒子散射实验中α粒子穿过某一金原子核附近时的示意图，A、B、C三点分别位于两个等势面上，则以下说法正确的是（　　）

图224

A．α粒子在A处的速度比在B处的速度小

B．α粒子在B处的速度最大

C．α粒子在A、C处的速度大小相等

D．α粒子在B处速度比在C处速度小

【解析】　由能量守恒定律可知，对于A、B、C三点，A、C位于原子核形成的同一等势面上，电势能相同，故动能也相同，则A、C两点速率相同，C正确；由A到B，α粒子克服库仑力做功，动能减小，电势能增大，故B点速度最小，D正确，A、B错误．

【答案】　CD

6．（多选）α粒子散射实验中，当α粒子最接近原子核时，α粒子符合下列哪种情况（　　）

【导学号：

22482089】

A．动能最小

B．电势能最小

C．α粒子与金原子组成的系统的能量最小

D．所受原子核的斥力最大

【解析】　α粒子在接近金原子核的过程中，要克服库仑力做功，动能减少，电势能增加．两者相距最近时，动能最小，电势能最大，总能量守恒．根据库仑定律，距离最近时，斥力最大．故A、D正确．

【答案】　AD

7．（多选）关于经典电磁理论与原子的核式结构之间的关系，下列说法正确的是（　　）

A．经典电磁理论很容易解释原子的稳定性

B．经典电磁理论无法解释原子的稳定性

C．根据经典电磁理论，电子绕原子核转动时，电子会不断释放能量，最后被吸附到原子核上

D．根据经典电磁理论，原子光谱应该是连续的

【解析】　根据经典电磁理论，电子绕核运动产生变化的电磁场，向外辐射电磁波，电子转动能量减少，轨道半径不断减小，运动频率不断改变，因此大量原子发光的光谱应该是连续谱，最终电子落到原子核上，所以A错误，B、C、D正确．

【答案】　BCD

8．速度为107m/s的α粒子从很远的地方飞来，与铝原子核发生对心碰撞，若α粒子的质量为4m0，铝核的质量为27m0，它们相距最近时，铝核获得的动能是原α粒子动能的多少？

【导学号：

22482023】

【解析】　当两者速度相同时相距最近，由动量守恒，得

mαv0＝（mα＋m铝）v解得v＝

＝

v0

所以

＝

＝

.

【答案】　

9．在卢瑟福的α粒子散射实验中，某一α粒子经过某一原子核附近时的轨迹如图225中实线所示．图中P、Q为轨迹上的点，虚线是过P、Q两点并与轨迹相切的直线，两虚线和轨迹将平面分为四个区域．不考虑其他原子核对该α粒子的作用，那么该原子核的位置在______区域．

图225

【解析】　α粒子带正电，原子核也带正电，对靠近它的α粒子产生斥力，故原子核不会在④区域；如原子核在②、③区域，α粒子会向①区域偏；如原子核在①区域，可能会出现题图所示的轨迹．

【答案】　①

10．关于原子结构，汤姆孙提出枣糕模型、卢瑟福提出行星模型……如图226甲、乙所示，都采用了________方法．

甲：

枣糕模型　　　乙：

行星模型

图226

【答案】　类比推理

11．如图227所示，M、N为原子核外的两个等势面，已知UNM＝100V．一个α粒子以2.5×105m/s从等势面M上的A点运动到等势面N上的B点，求α粒子在B点时速度的大小．（已知mα＝6.64×10－27kg）

图227

【解析】　α粒子在由A到B的过程中，根据动能定理

－2eUNM＝

mαv2－

mαv

由此得v＝

＝

m/s

＝2.3×105m/s.

【答案】　2.3×105m/s

12．已知电子质量为9.1×10－31kg，带电荷量为－1.6×10－19C，若氢原子核外电子绕核旋转时的轨道半径为0.53×10－10m，求电子绕核运动的线速度大小、动能、周期和形成的等效电流．

【解析】　由卢瑟福的原子模型可知：

电子绕核做圆周运动所需的向心力由核对电子的库仑引力来提供．

根据

＝k

，得v＝e

＝1.6×10－19×

m/s

≈2.19×106m/s；

其动能Ek＝

mv2＝

×9.1×10－31×（2.19×106）2J

≈2.18×10－18J；

运动周期T＝

＝

s≈1.52×10－16s；

电子绕核运动形成的等效电流

I＝

＝

＝

A≈1.05×10－3A.

【答案】　2.19×106m/s　2.18×10－18J　1.52×10－16s　1.05×10－3A

章末综合测评

（二）

（时间：

60分钟　满分：

100分）

一、选择题（本题共8小题，每小题6分，共48分．在每小题给出的四个选项中，第1～5题只有一项符合题目要求，第6～8题有多项符合题目要求，全部选对的得6分，选对但不全的得3分，有选错的得0分）

1．在α粒子散射实验中，少数α粒子发生了大角度偏转，这些α粒子（　　）

【导学号：

22482092】

A．一直受到重金属原子核的斥力作用

B．动能不断减小

C．电势能不断增大

D．出现大角度偏转是与电子碰撞的结果

【解析】　α粒子一直受到斥力的作用，斥力先做负功后做正功，α粒子的动能先减小后增大，势能先增大后减小．α粒子的质量远大于电子的质量，与电子碰撞后其运动状态基本不变，A项正确．

【答案】　A

2．下列叙述中符合物理学史的有（　　）

A．密里根通过研究阴极射线实验，发现了电子

B．卢瑟福通过对α粒子散射实验现象的分析，证实了原子是可以再分的

C．巴尔末根据氢原子光谱分析，总结出了氢原子光谱可见光区波长公式

D．玻尔提出的原子模型，彻底否定了卢瑟福的原子核式结构学说

【解析】　汤姆孙通过研究阴极射线发现了电子，A错；卢瑟福通过对α粒子散射实验现象的分析，得出了原子的核式结构模型，B错；巴尔末根据氢原子光谱在可见光区的四条谱线得出巴尔末公式，C对；玻尔的原子模型是在核式结构模型的基础上提出的几条假设，并没有否定核式结构学说，D错．

【答案】　C

3．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

，故阴极射线的比荷比氢原子大，D错．

【答案】　B

4．以下关于玻尔原子理论的说法正确的是（　　）

【导学号：

22482031】

A．电子绕原子核做圆周运动的轨道半径是任意的

B．电子在绕原子核做圆周运动时，稳定地产生电磁辐射

C．电子从量子数为2的能级跃迁到量子数为3的能级时要辐射光子

D．不同频率的光照射处于基态的氢原子时，只有某些频率的光可以被氢原子吸收

【答案】　D

5．根据氢原子的玻尔模型，氢原子核外电子在第一轨道和第二轨道运行时（　　）

A．轨道半径之比为1∶2B．速度之比为4∶1

C．周期之比为1∶4D．动能之比为4∶1

【解析】　由玻尔公式rn＝n2r1，所以轨道半径之比为r1∶r2＝12∶22＝1∶4，故A错．根据库仑定律和牛顿第二定律有：

k

＝m

，vn＝

，所以速度之比为

＝

＝2∶1，故B错．根据库仑定律和牛顿第二定律有：

k

＝m（

）2rn，T＝

，所以周期之比为

＝

＝1∶8，故C错．根据

mv

＝

k

，所以动能之比为

＝

＝4∶1，故D对．

【答案】　D

6．关于光谱，下列说法正确的是（　　）

A．太阳光谱是吸收光谱

B．太阳光谱中的暗线，是太阳光经过太阳大气层时某些特定频率的光被吸收后而产生的

C．根据太阳光谱中的暗线，可以分析太阳的物质组成

D．根据太阳光谱中的暗线，可以分析地球大气层中含有哪些元素

【解析】　太阳光谱是吸收光谱．因为太阳是一个高温物体，它发出的白光通过温度较低的太阳大气层时，会被太阳大气层中的某些元素的原子吸收，从而使我们观察到的太阳光谱是吸收光谱，所以分析太阳的吸收光谱，可知太阳大气层的物质组成，而某种物质要观察到它的吸收光谱，要求它的温度不能太低，但也不能太高，否则会直接发光，由于地球大气层的温度很低，所以太阳光通过地球大气层时不会被地球大气层中的物质原子吸收．上述选项中正确的是A、B.

【答案】　AB

7．氢原子的部分能级如图1所示，已知可见光的光子能量在1.62eV到3.11eV之间．由此可推知，氢原子（　　）

图1

A．从高能级向n＝1能级跃迁时发出的光的波长比可见光的短

B．从高能级向n＝2能级跃迁时发出的光均为可见光

C．从高能级向n＝3能级跃迁时发出的光的频率比可见光的高

D．从高能级向n＝3能级跃迁时发出的光的频率比可见光的低

【解析】　从高能级向n＝1能级跃迁时发出的光的能量ΔE1满足E2－E1≤ΔE1≤E∞－E1

即10.20eV≤ΔE1≤13.6eV

均大于可见光的能量．

由ΔE＝h

可知能量越大，波长越短，故A对．

从高能级向n＝2能级跃迁时发出光的能量ΔE2满足E3－E2≤ΔE2≤E∞－E2

即1.89eV≤ΔE2≤3.40eV

只有部分在可见光范围内，故B错．

从高能级向n＝3能级跃迁时发出的光的能量ΔE3满足E4－E3≤ΔE3≤E∞－E3

即：

0.66eV≤ΔE3≤1.51eV

均小于可见光的能量，

由ΔE＝hν可知，能量越小，频率越低，故C错，D对．故选A、D.

【答案】　AD

8．关于氢原子能级的跃迁，下列叙述中正确的是（　　）

【导学号：

22482093】

A．用波长为60nm的X射线照射，可使处于基态的氢原子电离出自由电子

B．用能量为10.2eV的光子照射，可使处于基态的氢原子跃迁到激发态

C．用能量为11.0eV的光子照射，可使处于基态的氢原子跃迁到激发态

D．用能量为12.5eV的光子照射，可使处于基态的氢原子跃迁到激发态

【解析】　根据玻尔理论，只有那些能量刚好等于两能级间的能量差的光子才能被氢原子所吸收（即hν＝Em－En），使氢原子发生跃迁．当氢原子由基态向n＝2、3、4、…轨道跃迁时应吸收的光子能量分别为：

ΔE21＝E2－E1＝

－E1＝－

eV－（－13.6）eV＝10.20eV，

ΔE31＝E3－E1＝

－E1＝－

eV－（－13.6）eV＝12.09eV，

ΔE41＝E4－E1＝

－E1＝－

eV－（－13.6）eV＝12.75eV，

ΔE∞1＝0－E1＝－（－13.6eV）＝13.6eV（电离）．

波长为λ＝60nm的X射线，其光子能量E＝h·

＝6.63×10－34×

J＝3.315×10－18J＝20.71eV>ΔE∞1.所以可使氢原子电离，A正确；比较B、C、D选项中的光子能量与各能级与基态的能量差，知道只有B项中光子可使氢原子从基态跃迁到n＝2的激发态，B正确．

【答案】　AB

二、非选择题（本题共5小题，共52分．按题目要求作答）

9．（6分）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）.

【导学号：

22482032】

【解析】　大量氢原子跃迁发出三种不同能量的光子，跃迁情况为n＝3的激发态到n＝2的激发态或直接到n＝1的基态，也可能是n＝2的激发态到n＝1的基态，所以跃迁发生前这些原子分布在2个激发态能级上，最高能量值满足E＝－13.6eV＋12.09eV，即E为－1.51eV.

【答案】　2　－1.51

10．（6分）氢原子从n＝3的能级跃迁到n＝2的能级放出光子的频率为ν，则它从基态跃迁到n＝4的能级吸收的光子频率为________．

【解析】　设氢原子基态能量为E1，则由玻尔理论可得：

E1－

E1＝hν，

E1－E1＝hν41，解得：

吸收的光子频率ν41＝

ν.

【答案】　

ν

11．（12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ν是多少？

当这些处于激发态的氢原子向低能级跃迁发光时，可发出几条谱线？

辐射光子的能量分别为多少？

【解析】　据跃迁理论hν＝E3－E1，而E3＝

E1，所以

ν＝

＝－

.

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．

光子能量分别为E3－E1，E3－E2，E2－E1，

即－

E1，－

E1，－

E1.

【答案】　见解析

12．（12分）已知原子的基态能量为－13.6eV，核外电子的第一轨道半径为0.53×10－10m，电子质量m＝9.1×10－31kg，电量为1.6×10－19C，求：

电子跃迁到第三轨道时，氢原子的能量、电子的动能和电子的电势能各多大？

【导学号：

22482094】

【解析】　本题考查了氢原子的核外电子绕核运动时相关的物理量与轨道半径的关系．

由氢原子的能量公式知E3＝E1/32＝－13.6eV/32＝－1.51eV.

电子在第3轨道时半径为　r3＝n2r1＝32r1①

电子绕核做圆周运动向心力即库仑力，所以

＝

②

由①②可得电子动能为

Ek3＝

mv

＝

＝

eV

＝1.51eV

由于E3＝Ek3＋Ep3，故电子的电势能为：

Ep3＝E3－Ek3＝－1.51eV－1.51eV＝－3.02eV.

【答案】　－1.51eV　1.51eV　－3.02eV

13．（16分）原子可以从原子间的碰撞中获得能量，从而发生能级跃迁（在碰撞中，动能损失最大的是（完全非弹性碰撞）．一个具有13.6eV动能、处于基态的氢原子与另一个静止的、也处于基态的氢原子发生对心正碰，设碰撞中损失的能量全部被静止的氢原子吸收．

图2

（1）是否可以使基态氢原子发生能级跃迁（氢原子能级如图2所示）．

（2）若上述碰撞中可以使基态氢原子发生电离，则氢原子的初动能至少为多少？

【解析】　设运动氢原子的速度为v0，完全非弹性碰撞后两者的速度为v，损失的动能ΔE被基态氢原子吸收．若ΔE＝10.2eV，则基态氢原子可由n＝1跃迁到n＝2.由动量守恒和能量守恒有：

mv0＝2mv①

mv

＝

mv2＋

mv2＋ΔE②

mv

＝Ek③

Ek＝13.6eV

解①②③④得，ΔE＝

·

mv

＝6.8eV

因为ΔE＝6.8eV<10.2eV.所以不能使基态氢原子发生跃迁．

（2）若使基态氢原子电离，则ΔE＝13.6eV，代入①②③得Ek＝27.2eV.

【答案】　不能　

（2）27.2eV