2024-2025學年高中物理章末綜合測評3含解析新人教版選修3-5

PAGE7-章末綜合測評(三)(時間：90分鐘分值：100分)一、選擇題(本題包括10小題，每小題4分，共40分，在每小題給出的4個選項中，第1～6題只有一個選項符合要求，第7～10題有多個選項符合要求．全選對的得4分，選對但不全的得2分，有選錯的得0分．)1．下列敘述中符合物理學史的有()A．湯姆孫通過探討陰極射線試驗，發(fā)覺了電子B．盧瑟福通過對α粒子散射試驗現(xiàn)象的分析，證明白原子是可以再分的C．查德威克通過對α粒子散射試驗現(xiàn)象的分析，提出了原子的核式結(jié)構(gòu)模型D．玻爾依據(jù)氫原子光譜分析，總結(jié)出了氫原子光譜可見光區(qū)波長公式[解析]湯姆孫通過探討陰極射線發(fā)覺了電子，A對；盧瑟福通過對α粒子散射試驗現(xiàn)象的分析，得出了原子的核式結(jié)構(gòu)模型，B、C錯；巴耳末依據(jù)氫原子光譜在可見光區(qū)的四條譜線得出巴耳末公式，D錯誤．[答案]A2．關于陰極射線的性質(zhì)，下列說法正確的是()A．陰極射線是電子打在玻璃管壁上產(chǎn)生的B．陰極射線本質(zhì)是電子C．陰極射線在電磁場中的偏轉(zhuǎn)表明陰極射線帶正電D．陰極射線的比荷比氫原子核小[解析]陰極射線是原子受激放射出的電子流，故A、C錯，B對；電子帶電荷量與氫原子相同，但質(zhì)量是氫原子的eq\f(1,1836)，故陰極射線的比荷比氫原子大，D錯．[答案]B3．依據(jù)α粒子散射試驗，盧瑟福提出了原子的核式結(jié)構(gòu)模型．如圖所示為原子核式結(jié)構(gòu)模型的α粒子散射圖景．圖中實線表示α粒子的運動軌跡．則關于α粒子散射試驗，下列說法正確的是()A．圖中大角度偏轉(zhuǎn)的α粒子的電勢能先減小后增大B．圖中的α粒子反彈是因為α粒子與金原子核發(fā)生了碰撞C．絕大多數(shù)α粒子沿原方向接著前進說明白帶正電的原子核占據(jù)原子的空間很小D．依據(jù)α粒子散射試驗可以估算原子大小[解析]題圖中大角度偏轉(zhuǎn)的α粒子所受的電場力先做負功，后做正功，則其電勢能先增大后減小，故A錯誤；題圖中的α粒子反彈是因為α粒子與金原子核之間的庫侖斥力作用，阻礙α粒子運動，但是并沒有發(fā)生碰撞，B錯誤；絕大多數(shù)α粒子沿原方向接著前進說明白帶正電的原子核占據(jù)原子的空間很小，C正確；依據(jù)α粒子散射試驗可以估算原子核大小，D錯誤．[答案]C4．如圖所示，a、b、c、d分別表示氫原子在不同能級間的四種躍遷，輻射光子頻率最大的是()A．a(chǎn)B．bC．cD．d[解析]hνa＝E2－E1＝10.2eV，hνb＝E3－E1＝12.09eV，hνc＝E3－E2＝1.89eV，hνd＝E4－E3＝0.66eV，故頻率最大的是b光子，選項B正確．[答案]B5．已知處于某一能級n上的一群氫原子向低能級躍遷時，能夠發(fā)出10種不同頻率的光，下列表示輻射光波長最長的那種躍遷的示意圖是()[解析]依據(jù)能級圖可知，從n＝5到n＝4時能級差最小，輻射光子的能量最小，所以其波長最長．[答案]A6．很多物質(zhì)在紫外線照耀下能發(fā)出熒光，紫外線照耀時，這些物質(zhì)的原子先后發(fā)生兩次躍遷，其能量改變分別為ΔE1和ΔE2，則下列說法正確的是()A．兩次躍遷均向高能級躍遷，且ΔE1>ΔE2B．兩次躍遷均向低能級躍遷，且ΔE1<ΔE2C．先向高能級躍遷，再向低能級躍遷，且ΔE1>ΔE2D．先向低能級躍遷，再向高能級躍遷，且ΔE1<ΔE2[解析]第一次躍遷是汲取紫外線光子，其次次躍遷是放出可見光光子，由于hν1>hν2，故ΔE1>ΔE2，選項C正確．[答案]C7．關于光譜，下列說法正確的是()A．太陽光譜是汲取光譜B．太陽光譜中的暗線，是太陽光經(jīng)過太陽大氣層時某些特定頻率的光被汲取后而產(chǎn)生的C．依據(jù)太陽光譜中的暗線，可以分析太陽的物質(zhì)組成D．依據(jù)太陽光譜中的暗線，可以分析地球大氣層中含有哪些元素[解析]太陽光譜是汲取光譜．因為太陽是一個高溫物體，它發(fā)出的白光通過溫度較低的太陽大氣層時，會被太陽大氣層中的某些元素的原子汲取，從而使我們視察到的太陽光譜是汲取光譜，所以分析太陽的汲取光譜，可知太陽大氣層的物質(zhì)組成，而某種物質(zhì)要視察到它的汲取光譜，要求它的溫度不能太低，但也不能太高，否則會干脆發(fā)光，由于地球大氣層的溫度很低，所以太陽光通過地球大氣層時不會被地球大氣層中的物質(zhì)原子汲?。鲜鲞x項中正確的是A、B.[答案]AB8．處于基態(tài)的氫原子汲取一個光子后，則下列說法正確的是()A．電子繞核旋轉(zhuǎn)半徑增大B．電子的動能增大C．氫原子的電勢能增大D．氫原子的總能量增加[解析]由玻爾理論可知，氫原子汲取光子后，應從離核較近的軌道躍遷到離核較遠的軌道，在此躍遷過程中，電場力對電子做負功，電勢能增加．另由經(jīng)典電磁理論知，電子繞核做勻速圓周運動的向心力即為氫核對電子的庫侖力，故eq\f(ke2,r2)＝eq\f(mv2,r)，所以Ek＝eq\f(1,2)mv2＝eq\f(ke2,2r).可見，電子運動軌道半徑增大，動能減小，再結(jié)合能量守恒定律，氫原子汲取光子，總能量增加，故正確選項為A、C、D.[答案]ACD9．依據(jù)氫原子的玻爾模型，氫原子核外電子在第一軌道和其次軌道運行時()A．軌道半徑之比為1∶4 B．速度之比為4∶1C．周期之比為1∶8 D．動能之比為4∶1[解析]由玻爾公式rn＝n2r1，所以軌道半徑之比為r1∶r2＝12∶22＝1∶4，故A對；依據(jù)庫侖定律和牛頓其次定律有：keq\f(e2,r\o\al(2,n))＝meq\f(v\o\al(2,n),rn)，vn＝eq\r(\f(ke2,mrn))，所以速度之比為eq\f(v1,v2)＝eq\r(\f(r2,r1))＝2∶1，故B錯；依據(jù)庫侖定律和牛頓其次定律有：keq\f(e2,r\o\al(2,n))＝meq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(2π,T)))eq\s\up12(2)rn，T＝eq\r(\f(4π2mr\o\al(3,n),ke2))，所以周期之比為eq\f(T1,T2)＝eq\r(\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(r1,r2)))eq\s\up12(3))＝1∶8，故C對；依據(jù)eq\f(1,2)mveq\o\al(2,n)＝eq\f(1,2)keq\f(e2,rn)，所以動能之比為eq\f(Ek1,Ek2)＝eq\f(r2,r1)＝4∶1，故D對．[答案]ACD10．(多選)如圖所示的氫原子能級圖，可見光的能量范圍為1.62～3.11eV，用可見光照耀大量處于n＝2能級的氫原子，可視察到多條譜線，若是用能量為E的實物粒子轟擊大量處于n＝2能級的氫原子，至少可視察到兩條具有顯著熱效應的紅外線，則()A．肯定有4.73eV>E>1.62eVB．E的值可能使處于基態(tài)的氫原子電離C．E肯定大于2.86eVD．E的值可能使基態(tài)氫原子產(chǎn)生可見光[解析]紅外線光子能量小于可見光光子能量，由實物粒子轟擊大量處于n＝2能級的氫原子，至少可視察到兩種紅外線光子，說明處于n＝2能級的氫原子受激發(fā)后至少躍遷到n＝5，所以實物粒子的最小能量為E＝E5－E2＝2.86eV，所以選項AC錯誤；因為E可以為大于或等于2.86eV的隨意值，則選項BD正確．[答案]BD二、非選擇題(本題共6小題，共60分．按題目要求作答)11．(8分)盧瑟福的原子核式結(jié)構(gòu)模型認為，核外電子繞核運動．設想氫原子的核外電子繞核做勻速圓周運動，氫原子中電子離核最近的軌道半徑r1＝0.53×10－10m，已知電子的質(zhì)量m＝9.11×10－31kg，電荷量e＝1.60×10－19C．用經(jīng)典物理學學問，試計算在此軌道上電子繞核運動的加速度的大?。甗解析]電子在原子核外繞核高速運動，所需的向心力恰好由電子和原子核的庫侖力來供應．依據(jù)牛頓其次定律有keq\f(e2,r\o\al(2,1))＝ma解得a＝eq\f(ke2,mr\o\al(2,1))＝9.0×1022m/s2.[答案]9.0×1022m/s212．(10分)假如α粒子以速度v與電子發(fā)生彈性正碰(假設電子原來是靜止的)，已知α粒子的質(zhì)量為電子質(zhì)量的7300倍，碰撞后α粒子的速度改變了多少？并由此說明為什么原子中的電子不能使α粒子發(fā)生明顯的偏轉(zhuǎn)．[解析]設α粒子初速度為v，質(zhì)量為M，與電子碰后速度為v1，電子質(zhì)量為m，與α粒子碰后速度為v2，由動量守恒定律可得Mv＝Mv1＋mv2由能量守恒定律可得eq\f(1,2)Mv2＝eq\f(1,2)Mveq\o\al(2,1)＋eq\f(1,2)mveq\o\al(2,2)聯(lián)立解得碰撞后α粒子速度為v1＝eq\f(M－m,M＋m)vα粒子速度改變量為Δv＝v1－v＝－eq\f(2mv,M＋m)把M＝7300m代入上式得Δv＝－0.0003v可見α粒子的速度改變只有萬分之三，說明原子中的電子不能使α粒子發(fā)生明顯的偏轉(zhuǎn)．[答案]－0.0003v(v為α粒子與電子碰撞前的速度)α粒子的速度改變只有萬分之三13．(12分)氫原子基態(tài)能量E1＝－13.6eV，電子繞核做圓周運動的半徑r1＝0.53×10－10m．求氫原子處于n＝4激發(fā)態(tài)時：(已知能量關系En＝eq\f(E1,n2)，半徑關系rn＝n2r1，k＝9.0×109N·m2/C2，e＝1.6×10－19C，普朗克常量h＝6.63×10－34J·s)(1)原子系統(tǒng)具有的能量；(2)電子在n＝4軌道上運動的動能；(3)若要使處于n＝2能級的氫原子電離，至少要用頻率多大的電磁波照耀氫原子？[解析](1)由En＝eq\f(E1,n2)得E4＝eq\f(E1,42)＝－0.85eV.(2)因為rn＝n2r1，所以r4＝42r1，由圓周運動學問得keq\f(e2,r\o\al(2,4))＝meq\f(v2,r4)所以Ek4＝eq\f(1,2)mv2＝eq\f(ke2,32r1)＝eq\f(9.0×109×1.6×10－192,32×0.53×10－10)J≈0.85eV.(3)要使處于n＝2能級的氫原子電離，照耀光光子的能量應能使電子從第2能級躍遷到無限遠處，最小頻率的電磁波的光子能量為hν＝0－eq\f(E1,4)，得ν≈8.21×1014Hz.[答案](1)－0.85eV(2)0.85eV(3)8.21×1014Hz14．(10分)有大量的氫原子汲取某種頻率的光子后從基態(tài)躍遷到n＝3的激發(fā)態(tài)，已知氫原子處于基態(tài)時的能量為E1，則汲取光子的頻率ν是多少？當這些處于激發(fā)態(tài)的氫原子向低能級躍遷發(fā)光時，可發(fā)出幾條譜線？輻射光子的能量分別為多少？[解析]據(jù)躍遷理論hν＝E3－E1，而E3＝eq\f(1,9)E1，所以ν＝eq\f(E3－E1,h)＝－eq\f(8E1,9h).由于是大量原子，可從n＝3躍遷到n＝1，從n＝3躍遷到n＝2，再從n＝2躍遷到n＝1，故應有三條譜線，光子能量分別為E3－E1，E3－E2，E2－E1，即－eq\f(8,9)E1，－eq\f(5,36)E1，－eq\f(3,4)E1.[答案]見解析15．(10分)氫原子的能級圖如圖所示．原子從能級n＝3向n＝1躍遷所放出的光子，正好使某種金屬材料產(chǎn)生光電效應．有一群處于n＝4能級的氫原子向較低能級躍遷時所發(fā)出的光照耀該金屬．普朗克常量h＝6.63×10－34J·s，求：(1)氫原子向較低能級躍遷時共能發(fā)出幾種頻率的光；(2)該金屬的逸出功和截止頻率．[解析](1)處于n＝4能級的氫原子向低能級躍遷時可產(chǎn)生的光的頻率的種數(shù)為N＝eq\f(nn－1,2)＝eq\f(4×3,2)＝6(種)．(2)W＝E3－E1＝12.09eV，E3－E1＝hν解得ν＝2.9×1015Hz.[答案](1)6(2)12.09eV2.9×1015Hz16．(10分)試驗室考查氫原子躍遷時的微觀效應．已知氫原子能級圖如圖所示，氫原子質(zhì)量為mH＝1.67×10－27kg.設原來處于靜止狀態(tài)的大量激發(fā)態(tài)氫原子處于n＝5的能級狀態(tài)．(1)這些氫原子由高能級向低能級躍遷時，可能放射出多少種不同頻率的光？(2)若躍遷后光子沿某一方向飛出，且光子的動量可以用p＝eq\f(hν,c)表示(h為普朗克常量，ν為光子頻率，c為真空中光速)，求發(fā)生電子躍遷后氫原子的最大反沖速率．(保留3位