2025版高考物理一輪復(fù)習(xí)課時(shí)分層提升練四十六原子結(jié)構(gòu)含解析

PAGE8-原子結(jié)構(gòu)(建議用時(shí)45分鐘)1.在盧瑟福α粒子散射試驗(yàn)中,金箔中的原子核可以看作靜止不動(dòng),下列各圖畫出的是其中兩個(gè)α粒子經(jīng)驗(yàn)金箔散射過(guò)程的徑跡,其中正確的是 ()【解析】選C。α粒子受到原子核的斥力作用而發(fā)生散射,離原子核越近的粒子,受到的斥力越大,散射角度越大,選項(xiàng)C正確?！狙a(bǔ)償訓(xùn)練】在盧瑟福的α粒子散射試驗(yàn)中,某一α粒子經(jīng)過(guò)某一原子核旁邊時(shí)的軌跡如圖所示。圖中P、Q為軌跡上的點(diǎn),虛線是經(jīng)過(guò)P、Q兩點(diǎn)并與軌跡相切的直線,兩虛線和軌跡將平面分為四個(gè)區(qū)域。不考慮其他原子核對(duì)α粒子的作用,則下列關(guān)于該原子核的位置的敘述,正確的是 ()A.肯定在①區(qū)域 B.可能在②區(qū)域C.可能在③區(qū)域 D.肯定在④區(qū)域【解析】選A。盧瑟福通過(guò)α粒子散射并由此提出了原子的核式結(jié)構(gòu)模型,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,若在③④區(qū)域粒子軌跡將向上偏轉(zhuǎn),由軌跡的彎曲方向知道斥力向下,所以原子核肯定在①區(qū)域,故選A。2.處于激發(fā)狀態(tài)的原子,在入射光的電磁場(chǎng)的影響下,從高能態(tài)向低能態(tài)躍遷,兩個(gè)狀態(tài)之間的能量差以輻射光子的形式放射出去,這種輻射叫作受激輻射。原子發(fā)生受激輻射時(shí),發(fā)出的光子頻率、放射方向等,都跟入射光子完全一樣,這樣使光得到加強(qiáng),這就是激光產(chǎn)生的機(jī)理。那么,發(fā)生受激輻射時(shí),產(chǎn)生激光的原子的總能量En、電勢(shì)能Ep、電子動(dòng)能Ek的改變狀況是 ()A.Ep增大、Ek減小、En減小B.Ep減小、Ek增大、En減小C.Ep增大、Ek增大、En增大D.Ep減小、Ek增大、En不變【解析】選B。發(fā)生受激輻射時(shí),向外輻射能量,知原子總能量減小,軌道半徑減小,依據(jù)kqer2=mv2r知,電子的動(dòng)能增大,由于能量減小,則電勢(shì)能減小。故A、C3.太陽(yáng)的連續(xù)光譜中有很多暗線,它們對(duì)應(yīng)著某些元素的特征譜線。產(chǎn)生這些暗線是由于 ()A.太陽(yáng)表面大氣層中缺少相應(yīng)的元素B.太陽(yáng)內(nèi)部缺少相應(yīng)的元素C.太陽(yáng)表面大氣層中存在著相應(yīng)的元素D.太陽(yáng)內(nèi)部存在著相應(yīng)的元素【解析】選C。太陽(yáng)光譜是太陽(yáng)內(nèi)部發(fā)出的光在經(jīng)過(guò)太陽(yáng)大氣的時(shí)候,被太陽(yáng)大氣層中的某些元素汲取而產(chǎn)生的,是一種汲取光譜。所以太陽(yáng)光的光譜中有很多暗線,它們對(duì)應(yīng)著太陽(yáng)大氣層中的某些元素的特征譜線,故C正確,A、B、D錯(cuò)誤。4.氫原子第n能級(jí)的能量為En=E1n2(n=1,2,3,……),其中E1是基態(tài)能量。若氫原子從第k能級(jí)躍遷到第p能級(jí),輻射的能量為-536E1,第p能級(jí)比基態(tài)能量高-34A.k=3,p=2 B.k=4,p=3C.k=5,p=3 D.k=6,p=2【解析】選A。依據(jù)第n能級(jí)的能量為:En=E1n2(n=1,2,3,……),第p能級(jí)比基態(tài)能量高-34E1,則:Ep=14E1,所以p=2,依據(jù)玻爾理論有:ΔE=Em-En(m>n),當(dāng)氫原子由第k能級(jí)躍遷到第2能級(jí)時(shí),輻射的能量為:ΔE=E1k2-E14=-536E1,5.關(guān)于原子的特征譜線,下列說(shuō)法不正確的是 ()A.不同原子的發(fā)光頻率是不一樣的,每種原子都有自己的特征譜線B.原子的特征譜線可能是由于原子從高能態(tài)向低能態(tài)躍遷時(shí)放出光子而形成的C.可以用特征譜線進(jìn)行光譜分析來(lái)鑒別物質(zhì)和確定物質(zhì)的組成成分D.原子的特征譜線是原子具有核式結(jié)構(gòu)的有力證據(jù)【解析】選D。每種原子都有自己的特征譜線,故可以依據(jù)原子光譜來(lái)鑒別物質(zhì),故A正確;原子的特征譜線可能是由于原子從高能態(tài)向低能態(tài)躍遷時(shí)放出光子而形成的,故B正確;利用光譜分析可以鑒別物質(zhì)和確定物質(zhì)的組成成分,不行以深化了解原子的內(nèi)部結(jié)構(gòu),故C正確,D錯(cuò)誤。6.如圖所示為氫原子的能級(jí)圖,圖中a、b、c、d對(duì)應(yīng)氫原子的四次躍遷,已知可見(jiàn)光光子的能量范圍為1.61～3.10eV,關(guān)于四次躍遷,下列說(shuō)法正確的是 ()A.經(jīng)驗(yàn)a躍遷,氫原子汲取的光子能量為0.66eVB.經(jīng)驗(yàn)b躍遷,氫原子的軌道半徑增大,原子核外電子的動(dòng)能增大C.經(jīng)驗(yàn)c躍遷,氫原子放出的光子是可見(jiàn)光光子D.經(jīng)驗(yàn)d躍遷后,再用可見(jiàn)光照耀躍遷后的氫原子,可使氫原子發(fā)生電離【解析】選D。經(jīng)驗(yàn)a躍遷,氫原子從高能級(jí)向低能級(jí)躍遷時(shí)輻射出的光子的能量為0.66eV,選項(xiàng)A錯(cuò)誤;經(jīng)驗(yàn)b躍遷,氫原子汲取能量,軌道半徑增大,但核外電子的動(dòng)能會(huì)減小,選項(xiàng)B錯(cuò)誤;經(jīng)驗(yàn)c躍遷,氫原子輻射出的光子的能量為0.97eV,則該光子不是可見(jiàn)光光子,選項(xiàng)C錯(cuò)誤;經(jīng)驗(yàn)d躍遷后,躍遷后的氫原子的電離能為1.51eV,因此用可見(jiàn)光光子照耀可使其電離,選項(xiàng)D正確。7.(2024·南寧模擬)氫原子能級(jí)圖如圖所示,大量處于n=3激發(fā)態(tài)的氫原子向低能級(jí)狀態(tài)躍遷輻射出的光子中,發(fā)覺(jué)有兩種頻率的光子能使金屬A產(chǎn)生光電效應(yīng),則下列說(shuō)法正確的是 ()A.大量處于n=3激發(fā)態(tài)的氫原子向低能級(jí)狀態(tài)躍遷時(shí),只輻射兩種頻率的光子B.從n=3激發(fā)態(tài)干脆躍遷到基態(tài)時(shí)放出的光子肯定能使金屬A發(fā)生光電效應(yīng)C.一個(gè)氫原子從n=3激發(fā)態(tài)躍到基態(tài)時(shí),該氫原子能量增大D.一個(gè)氫原子從n=3激發(fā)態(tài)躍到基態(tài)時(shí),該氫原子核外電子動(dòng)能減小【解析】選B。大量處于n=3激發(fā)態(tài)的氫原子向低能級(jí)狀態(tài)躍遷時(shí),有3→1,3→2,和2→1三種狀況,所以躍遷過(guò)程中將釋放出3種頻率的光子,故A錯(cuò)誤;由題可知:有兩種頻率的光子能使金屬A產(chǎn)生光電效應(yīng),大量處于n=3激發(fā)態(tài)的氫原子向低能級(jí)狀態(tài)躍遷過(guò)程所放出的光子中,n=3躍遷到n=1輻射的光子頻率最大,則肯定能使金屬A發(fā)生光電效應(yīng),故選項(xiàng)B正確;依據(jù)玻爾理論,氫原子從激發(fā)態(tài)躍到基態(tài)時(shí),放出能量,電子的動(dòng)能增大,電勢(shì)能減小,導(dǎo)致原子總能量減小,故選項(xiàng)C、D錯(cuò)誤。8.(多選)如圖所示為氫原子的能級(jí)圖,已知某金屬的逸出功為6.44eV,則下列說(shuō)法正確的是 ()A.處于基態(tài)的氫原子可以汲取能量為12.1eV的光子而被激發(fā)B.用能量為12.5eV的電子轟擊處于基態(tài)的氫原子,肯定不能使氫原子發(fā)生能級(jí)躍遷C.用n=4能級(jí)躍遷到n=1能級(jí)輻射的光子照耀金屬,從金屬表面逸出的光電子最大初動(dòng)能為6.31eVD.一群處于n=4能級(jí)上的氫原子向低能級(jí)躍遷時(shí)最多產(chǎn)生6種譜線【解析】選C、D。處于基態(tài)的氫原子若汲取能量為12.1eV的光子,氫原子的能量變成:E=E1+ΔE=-13.6eV+12.1eV=-1.5eV,氫原子不存在-1.5eV的能級(jí),所以可知處于基態(tài)的氫原子不能汲取能量為12.1eV的光子而被激發(fā),故A錯(cuò)誤;用能量為12.5eV的電子轟擊處于基態(tài)的氫原子,由于:E2-E1=-3.4eV-(-13.6eV)=10.2eV,可知?dú)湓涌梢约橙‰娮拥囊徊糠帜芰堪l(fā)生能級(jí)躍遷,故B錯(cuò)誤;用n=4能級(jí)躍遷到n=1能級(jí)輻射的光子照耀金屬,光子的能量:E′=E4-E1=-0.85eV-(-13.6)eV=12.75eV,從金屬表面逸出的光電子最大初動(dòng)能為:Ekm=E′-W=12.75eV-6.44eV=6.31eV,故C正確;一群處于n=4能級(jí)上的氫原子向低能級(jí)躍遷時(shí)最多產(chǎn)生:C42=6種譜線,故9.很多狀況下光是由原子內(nèi)部電子的運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的,因此光譜探討是探究原子結(jié)構(gòu)的一條重要途徑。利用氫氣放電管可以獲得氫原子光譜,依據(jù)玻爾理論可以很好地說(shuō)明氫原子光譜的產(chǎn)朝氣理。已知?dú)湓拥幕鶓B(tài)能量為E1,激發(fā)態(tài)能量為En=E1n2,其中n=2,3,4…。1885年,巴爾末對(duì)當(dāng)時(shí)已知的在可見(jiàn)光區(qū)的四條譜線做了分析,發(fā)覺(jué)這些譜線的波長(zhǎng)能夠用一個(gè)公式表示,這個(gè)公式寫作1λ=R122-1n2,n=3,4,5,…。式中R叫作里德伯常量,A.-E12hcB.E1【解題指南】從高能級(jí)向低能級(jí)躍遷,輻射的光子能量等于兩能級(jí)間的能級(jí)差,結(jié)合1λ=R122-【解析】選C。若n>m,由n→m躍遷,釋放光子,則E1n2-E1m2=hν,因?yàn)棣?cλ,則E11n2-1m2=hcλ,由h10.有一群氫原子處于量子數(shù)n=3的激發(fā)態(tài)。已知量子數(shù)為n的能級(jí)為En=E1n2eV,氫原子基態(tài)的電子軌道半徑為r,靜電力常量為k,電子的電荷量為e,普朗克常量為h,(1)求這群氫原子發(fā)出光譜線的條數(shù),并畫出氫原子躍遷能級(jí)示意圖。(2)求這群氫原子躍遷發(fā)出的光子中,頻率最大的光子波長(zhǎng)。(3)假設(shè)電子在基態(tài)軌道上做勻速圓周運(yùn)動(dòng),求電子的動(dòng)能?！窘忸}指南】解答本題可按以下思路進(jìn)行:(1)依據(jù)玻爾理論畫出一群氫原子處于量子數(shù)n=3的激發(fā)態(tài)從低能級(jí)躍遷時(shí),發(fā)出不同頻率的光譜線。(2)依據(jù)躍遷的能級(jí)差值,結(jié)合ΔE=hcλ,(3)依據(jù)牛頓其次定律,結(jié)合庫(kù)侖定律與動(dòng)能表達(dá)式,即可求解?！窘馕觥?1)當(dāng)氫原子從量子數(shù)n=3的能級(jí)躍遷到較低能級(jí)時(shí),可以得到3條光譜線。(2)頻率最大的一條光譜線對(duì)應(yīng)的能級(jí)差為:ΔE=E3-E1=E19-E1=-8E19eV=-λ=hcΔE=-45hc64(3)電子的質(zhì)量為m,電子在基態(tài)軌道上的速率為v1,依據(jù)牛頓其次定律和庫(kù)侖定律有mv2r=ke2r:所以:Ek答案:(1)這群原子發(fā)出光譜線的條數(shù)共3條,畫出原子躍遷能級(jí)示意圖如圖;(2)-45hc64E1×11.(多選)(2024·金華模擬)來(lái)自太陽(yáng)的帶電粒子會(huì)在地球的兩極引起極光。帶電粒子與地球大氣層中的原子相遇,原子汲取帶電粒子的一部分能量后,馬上將能量釋放出來(lái)就會(huì)產(chǎn)生奇異的光線,形成極光。極光的光諧線波長(zhǎng)范圍約為310nm～670nm,據(jù)此推斷以下說(shuō)法正確的是 ()A.極光光諧線頻率的數(shù)量級(jí)約為1012HzB.極光出現(xiàn)在極地旁邊與帶電粒子受到洛倫茲力有關(guān)C.原子在從高能級(jí)向低能級(jí)躍遷時(shí)輻射出極光D.對(duì)極光進(jìn)行光譜分析可以鑒別太陽(yáng)物質(zhì)的組成成分【解析】選B、C。極光光諧線頻率的最大值:fmax=cλ1=3×1083.1×102×10-9Hz≈9.7×1014Hz,極光光諧線頻率的最小值:fmin=cλ2=3×1086.7×102×10-9Hz≈4.5×1014Hz,則極光光諧線頻率的數(shù)量級(jí)約為101412.氫原子處于基態(tài)時(shí),原子能量E1=-13.6eV,已知電子電量e=1.6×10-19C,電子質(zhì)量m=0.91×10-30kg,氫的核外電子的第一條可能軌道的半徑為r1=0.53×10-10m。依據(jù)玻爾原子理論:第n級(jí)軌道半徑rn=n2r1,能級(jí)En=E1n2(1)若要使處于基態(tài)的氫原子電離,至少要用頻率多大的電磁波照耀氫原子?(2)氫原子核外電子的繞核運(yùn)動(dòng)可等效為一環(huán)形電流,則氫原子處于n=2的激發(fā)態(tài)時(shí),核外電子運(yùn)動(dòng)的等效電流多大?(結(jié)果保留一位有效數(shù)字)。(3)若已知鈉的極限頻率為6.00×1014Hz,今用一群處于n=4的激發(fā)態(tài)的氫原子放射的光譜照耀鈉,試通過(guò)計(jì)算說(shuō)明有幾條譜線可使鈉發(fā)生光電效應(yīng)?！窘忸}指南】(1)要使處于基態(tài)的氫原子電離,照耀光光子的能量應(yīng)能使電子從基態(tài)躍遷到無(wú)限遠(yuǎn)處,最小頻率的電磁波的光子能量應(yīng)為:hν=0-E1。(2)氫原子處于n=2的激發(fā)態(tài)時(shí),氫原子核外電子繞核做勻速圓周運(yùn)動(dòng),庫(kù)侖力供應(yīng)向心力,列方程求解速度v,應(yīng)用電流定義求解。(3)先求出鈉的逸出功,再計(jì)算出在能級(jí)躍遷時(shí)放出的能量,和逸出功比較推斷即可?！窘馕觥?1)要使處于基態(tài)的氫原子電離,照耀光光子的能量應(yīng)能使電子從基態(tài)躍遷到無(wú)限遠(yuǎn)處,所以由:hν=0-E1,所以:ν=-E1h=3.282×1015Hz≈3.3×1015(2