2023春新教材高中物理第5章原子與原子核第1節(jié)原子核和核能課后提升訓(xùn)練粵教版選擇性

第五章第一節(jié)A組·基礎(chǔ)達(dá)標(biāo)1．關(guān)于電子的發(fā)現(xiàn)，下列敘述中不正確的是()A．電子的發(fā)現(xiàn)，說明原子是由電子和原子核組成的B．電子的發(fā)現(xiàn)，說明原子具有一定的結(jié)構(gòu)C．電子是第一種被人類發(fā)現(xiàn)的微觀粒子D．電子的發(fā)現(xiàn)，比較好地解釋了物體的帶電現(xiàn)象【答案】A【解析】發(fā)現(xiàn)電子之前，人們認(rèn)為原子是不可再分的最小粒子，電子的發(fā)現(xiàn)，說明原子有一定的結(jié)構(gòu)，B正確；電子是人類發(fā)現(xiàn)的第一種微觀粒子，C正確；物體帶電的過程，就是電子的得失和轉(zhuǎn)移的過程，D正確．2．(多選)對(duì)α粒子散射實(shí)驗(yàn)裝置的描述，你認(rèn)為正確的有()A．實(shí)驗(yàn)器材有放射源、金箔、帶有熒光屏的顯微鏡B．金箔的厚度對(duì)實(shí)驗(yàn)無影響C．如果不用金箔改用鋁箔，仍會(huì)發(fā)生散射現(xiàn)象D．實(shí)驗(yàn)裝置必須放在真空中【答案】ACD【解析】若金箔的厚度過大，α粒子穿過金箔時(shí)必然受較大的阻礙而影響實(shí)驗(yàn)效果，B錯(cuò)誤．若改用鋁箔，鋁核的質(zhì)量仍遠(yuǎn)大于α粒子的質(zhì)量，散射現(xiàn)象仍能發(fā)生，C正確．若放置在空氣中，空氣中的塵埃對(duì)α粒子的運(yùn)動(dòng)會(huì)產(chǎn)生影響，故D正確．3．關(guān)于玻爾的原子模型理論，下列說法正確的是()A．原子可以處于連續(xù)的能量狀態(tài)中B．原子的能量狀態(tài)不是連續(xù)的C．原子中的核外電子繞核做變速運(yùn)動(dòng)一定向外輻射能量D．原子中的電子繞核運(yùn)動(dòng)的軌道半徑是連續(xù)的【答案】B【解析】玻爾依據(jù)經(jīng)典物理在原子結(jié)構(gòu)問題上遇到了困難，引入量子化觀念建立了新的原子模型理論，主要內(nèi)容為：電子軌道是量子化的，原子的能量是量子化的，處在定態(tài)的原子不向外輻射能量．由此可知B正確．4．(多選)盧瑟福的原子核式結(jié)構(gòu)學(xué)說可以解決的問題是()A．解釋?duì)亮Ｗ由⑸洮F(xiàn)象B．用α粒子散射的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)估算原子核的大小C．盧瑟福通過α粒子散射實(shí)驗(yàn)證實(shí)了在原子核內(nèi)部存在質(zhì)子D．盧瑟福通過α粒子散射實(shí)驗(yàn)證明了原子核是由質(zhì)子和中子組成的【答案】AB【解析】α粒子散射實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象與湯姆生的棗糕模型相矛盾，盧瑟福的原子核式結(jié)構(gòu)模型合理解釋了該實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，并通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)估算出了原子核的半徑的數(shù)量級(jí)為10－15m，A、B正確；盧瑟福通過α粒子散射實(shí)驗(yàn)，提出了原子是由原子核和核外電子組成的，但不能說明原子核內(nèi)存在質(zhì)子，故C錯(cuò)誤；盧瑟福的α粒子散射實(shí)驗(yàn)提出了原子的核式結(jié)構(gòu)模型，但不能證明原子核是由質(zhì)子和中子組成的，故D錯(cuò)誤．5．汞原子的能級(jí)圖如圖所示，現(xiàn)讓一束單色光照射到大量處于基態(tài)的汞原子上，汞原子只發(fā)出三種不同頻率的單色光，那么，關(guān)于入射光的能量，下列說法正確的是()A．可能大于或等于7.7eV B．可能大于或等于8.8eVC．一定等于7.7eV D．包含2.8eV，5eV，7.7eV三種【答案】C【解析】由玻爾理論可知，軌道是量子化的，能級(jí)是不連續(xù)的，只能發(fā)射不連續(xù)的單色光，于是要發(fā)出三種不同頻率的光，只有從基態(tài)躍遷到n＝3的激發(fā)態(tài)上，其能量差ΔE＝E3－E1＝7.7eV，C正確，A、B、D錯(cuò)誤．6．如圖為盧瑟福的α粒子散射實(shí)驗(yàn)，①、②兩條線表示實(shí)驗(yàn)中α粒子運(yùn)動(dòng)的軌跡，則沿③所示方向射向金原子核的α粒子可能的運(yùn)動(dòng)軌跡為()A．軌跡a B．軌跡bC．軌跡c D．軌跡d【答案】A【解析】α粒子散射實(shí)驗(yàn)表明正電荷全部集中在原子核內(nèi)，α粒子帶正電，同種電荷相互排斥，離原子核越近，受到的庫侖斥力越強(qiáng)，則偏轉(zhuǎn)程度越強(qiáng)，沿題圖中③所示方向射向金原子核的α粒子可能的運(yùn)動(dòng)軌跡為a，A正確．7．關(guān)于α粒子散射實(shí)驗(yàn)，下列說法不正確的是()A．該實(shí)驗(yàn)在真空環(huán)境中進(jìn)行B．帶有熒光屏的顯微鏡可以在水平面內(nèi)的不同方向上移動(dòng)C．熒光屏上的閃光是散射的α粒子打在熒光屏上形成的D．熒光屏只有正對(duì)α粒子源發(fā)出的射線方向上才有閃光【答案】D【解析】本題考查α粒子散射實(shí)驗(yàn)裝置及其作用，熒光屏不只有正對(duì)α粒子源發(fā)出的射線方向上才有閃光，所以D錯(cuò)誤．8．密立根油滴實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示，兩塊水平放置的金屬板分別與電源的正負(fù)極相接，板間電壓為U，形成豎直向下、場強(qiáng)為E的勻強(qiáng)電場．用噴霧器從上板中間的小孔噴入大小、質(zhì)量和電荷量各不相同的油滴．通過顯微鏡可找到懸浮不動(dòng)的油滴，若此懸浮油滴的質(zhì)量為m，重力加速度為g，則下列說法正確的是()A．懸浮油滴帶正電B．懸浮油滴的電荷量為eq\f(mg,U)C．增大場強(qiáng)，懸浮油滴將向上運(yùn)動(dòng)D．油滴的電荷量不一定是電子電荷量的整數(shù)倍【答案】C【解析】帶電油滴在兩板間靜止時(shí)，受豎直向下的重力和豎直向上的電場力，則油滴應(yīng)帶負(fù)電，A錯(cuò)誤；qE＝mg，即qeq\f(U,d)＝mg，所以q＝eq\f(mgd,U)，B錯(cuò)誤；當(dāng)E變大時(shí)，qE變大，原來懸浮的油滴所受合力向上，油滴向上運(yùn)動(dòng)，C正確；任何帶電物體的電荷量都是電子電荷量的整數(shù)倍，D錯(cuò)誤．9．如圖所示是陰極射線顯像管及其偏轉(zhuǎn)線圈的示意圖．顯像管中有一個(gè)陰極，工作時(shí)它能發(fā)射陰極射線，熒光屏被陰極射線轟擊就能發(fā)光．安裝在管頸的偏轉(zhuǎn)線圈產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)磁場，可以使陰極射線發(fā)生偏轉(zhuǎn)．下列說法中正確的是()A．如果偏轉(zhuǎn)線圈中沒有電流，則陰極射線應(yīng)該打在熒光屏正中的O點(diǎn)B．如果要使陰極射線在豎直方向偏離中心，打在熒光屏上A點(diǎn)，則偏轉(zhuǎn)磁場的方向應(yīng)該垂直紙面向里C．如果要使陰極射線在豎直方向偏離中心，打在熒光屏上B點(diǎn)，則偏轉(zhuǎn)磁場的方向應(yīng)該垂直紙面向外D．如果要使陰極射線在熒光屏上的位置由B點(diǎn)向A點(diǎn)移動(dòng)，則偏轉(zhuǎn)磁場強(qiáng)度應(yīng)該先由小到大，再由大到小【答案】A【解析】偏轉(zhuǎn)線圈中沒有電流，陰極射線沿直線運(yùn)動(dòng)，打在O點(diǎn)，A正確．由陰極射線的電性及左手定則可知B、C錯(cuò)誤；由R＝eq\f(mv,qB)可知，B越小，R越大，故磁感應(yīng)強(qiáng)度應(yīng)先由大變小，再由小變大，故D錯(cuò)誤．B組·能力提升10．(多選)有關(guān)氫原子光譜的說法正確的是()A．氫原子的發(fā)射光譜是連續(xù)譜B．氫原子光譜說明氫原子只發(fā)出特定頻率的光C．氫原子光譜說明氫原子能級(jí)是分立的D．氫原子光譜的頻率與氫原子能級(jí)的能量差無關(guān)【答案】BC【解析】由于氫原子發(fā)射的光子的能量E＝En－Em＝eq\f(1,n2)E1－eq\f(1,m2)E1＝eq\f(m2－n2,n2m2)E1，所以發(fā)射的光子的能量值E是不連續(xù)的，只能是一些特殊頻率的譜線，故A錯(cuò)誤，B正確．由于氫原子的軌道是不連續(xù)的，而氫原子在不同的軌道上的能級(jí)En＝eq\f(1,n2)E1，故氫原子的能級(jí)是不連續(xù)的即是分立的，故C正確．當(dāng)氫原子從較高軌道第n能級(jí)躍遷到較低軌道第m能級(jí)時(shí)，發(fā)射的光子的能量為E＝En－Em＝eq\f(1,n2)E1－eq\f(1,m2)E1＝eq\f(m2－n2,n2m2)E1＝hν，顯然n、m的取值不同，發(fā)射光子的頻率就不同，故氫原子光譜線的頻率與氫原子能級(jí)的能量差有關(guān)，故D錯(cuò)誤．11．氫原子部分能級(jí)的示意圖如圖所示，不同色光的光子能量如下表所示．色光光子能量范圍(eV)紅1.61～2.00橙2.00～2.07黃2.07～2.14綠2.14～2.53藍(lán)—靛2.53～2.76紫2.76～3.10處于某激發(fā)態(tài)的氫原子，發(fā)射的光的譜線在可見光范圍內(nèi)僅有2條，其顏色分別為()A．紅、藍(lán)—靛 B．黃、綠C．紅、紫 D．藍(lán)—靛、紫【答案】A【解析】根據(jù)躍遷假設(shè)，發(fā)射光子的能量hν＝Em－En．如果激發(fā)態(tài)的氫原子處于第二能級(jí)，能夠發(fā)出－3.4eV－(－13.6eV)＝10.2eV的光子，由表格數(shù)據(jù)判斷出它不屬于可見光；如果激發(fā)態(tài)的氫原子處于第三能級(jí)，能夠發(fā)出12.09eV、10.2eV、1.89eV的三種光子，只有1.89eV的光屬于可見光；若激發(fā)態(tài)的氫原子處于第四能級(jí)，可發(fā)出12.75eV、12.09eV、10.2eV、2.55eV、1.89eV、0.66eV等六種光子，1.89eV和2.55eV的光屬于可見光，1.89eV的光為紅光，2.55eV的光為藍(lán)—靛光，選項(xiàng)A正確．12．氫原子處于基態(tài)時(shí)，原子的能量為E1＝－13.6eV，問：(1)氫原子在n＝4的定態(tài)上時(shí)，可放出幾種光子？(2)若要使處于基態(tài)的氫原子電離，要用多大頻率的電磁波照射此原子．解：(1)原子處于n＝1的定態(tài)，這時(shí)原子對(duì)應(yīng)的能量最低，這一定態(tài)是基態(tài)，其他的定態(tài)均是激發(fā)態(tài)．原子處于激發(fā)態(tài)時(shí)不穩(wěn)定，會(huì)自動(dòng)地向基態(tài)躍遷，而躍遷的方式多種多樣，當(dāng)氫原子從n＝4的定態(tài)向基態(tài)躍遷時(shí)，可釋放出6種不同頻率的光子．(2)要使處于基態(tài)的氫原子電離，就是要使氫原子第一條可能軌道上的電子獲得能量脫離原子核的引力束縛，則hν≥E∞－E1＝13.6eV＝2.176×10－18J，即ν≥eq\f(E∞－E1,h)＝eq\f(2.176×1018,6.63×1034)Hz＝3.28×1015Hz．13．氫原子能級(jí)躍遷如圖所示，由圖求：(1)如果有很多氫原子處于n＝3的能級(jí)，在原子回到基態(tài)時(shí)，可能產(chǎn)生哪幾種躍遷？出現(xiàn)幾種不同光譜線？(2)如果用動(dòng)能為11eV的外來電子去激發(fā)處于基態(tài)的氫原子，可使氫原子激發(fā)到哪一個(gè)能級(jí)上？(3)如果用能量為11eV的外來光去激發(fā)處于基態(tài)的氫原子，結(jié)果又如何？解：(1)對(duì)于處于n＝3的很多氫原子而言，在它們回到n＝1的基態(tài)時(shí)，可能觀測到三種不同頻率的光譜線，其頻率分別為2.92×1015Hz、4.51×1014Hz、2.47×1015Hz．(2)從氫原子能級(jí)圖可以推算出：氫原子從n＝1的能級(jí)激發(fā)到n＝2的能級(jí)時(shí)所需吸收的能量ΔE21＝E2－E1＝－3.4eV－(－13.6eV)＝10.2eV，如果氫原子從n＝1的能級(jí)激發(fā)到n＝3的能級(jí)，那么所需吸收的能量為ΔE31＝E3－E1＝1.51eV－(－13.6eV)＝12.09eV．因?yàn)橥鈦黼娮拥哪芰縀電＝11eV，和上述計(jì)算結(jié)果相比較可知ΔE21<E電<ΔE31，所以具有11eV能量的外來電子，只能使處于基態(tài)的氫原子激發(fā)到n＝2的能級(jí)，這時(shí)外來電子剩余的動(dòng)能為E外－ΔE21＝(11－10.2)eV＝0.8eV．(3)如果外來光子的能量E光＝11eV，由于光子能量是一個(gè)不能再分割的最小能量單元，當(dāng)外來光子能量不等于某兩級(jí)能量差時(shí)，則不能被氫原子所吸收，自然，氫原子也不能從基態(tài)激發(fā)到任一激發(fā)態(tài)．14．帶電粒子的電荷量與質(zhì)量的比值(eq\f(q,m))稱為荷質(zhì)比．湯姆孫當(dāng)年用來測定電子荷質(zhì)比的實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示．真空玻璃管內(nèi)的陰極K發(fā)出的電子經(jīng)過加速電壓加速后，形成細(xì)細(xì)的一束電子流．當(dāng)極板C、D間不加偏轉(zhuǎn)電壓時(shí)，電子束將打在熒光屏上的O點(diǎn)；若在C、D間加上電壓U，則電子束將打在熒光屏上的P點(diǎn)，P點(diǎn)與O點(diǎn)的豎直距離為h；若再在C、D極板間加一方向垂直于紙面向里、磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場，電子束又重新打在了O點(diǎn)．已知極板C、D的長度為L1，C、D間的距離為d，極板右端到熒光屏的距離為L2．不計(jì)電子重力影響．(1)求電子打在熒光屏O點(diǎn)時(shí)速度的大小；(2)①推導(dǎo)出電子荷質(zhì)比的表達(dá)式(結(jié)果用題中給定的已知量的字母表示)；②若L1＝5.00cm，d＝1.50cm，L2＝10.00cm，偏轉(zhuǎn)電壓U＝200V，磁感應(yīng)強(qiáng)度B＝6.3×10－4T，h＝3.0cm．估算電子荷質(zhì)比的數(shù)量級(jí)．解：(1)加上磁場后，電子做勻速直線運(yùn)動(dòng)evB＝eE，其中U＝Ed，聯(lián)立解得v＝eq\f(U,Bd)．(2)①極板間只加電場時(shí)，電子在電場中做類平拋運(yùn)動(dòng)．水平方