專題13-2-原子物理(解析版)

2021年一輪考點掃描微專題專題13.2原子物理目錄TOC\o"1-3"\h\u【考點掃描】 1一．原子物理發(fā)展簡史 2二．盧瑟福原子核式結(jié)構(gòu)模型的缺陷 3三．玻爾原子模型的五個不同 3【典例分析】 3【專題精練】 5【考點掃描】一．原子物理發(fā)展簡史二．盧瑟福原子核式結(jié)構(gòu)模型的缺陷三．玻爾原子模型的五個不同【典例分析】【例1】(2020·山東省棗莊市二調(diào))下列說法正確的是()A.光電效應(yīng)實驗中，光電流的大小與入射光的強弱無關(guān)B.盧瑟福發(fā)現(xiàn)了電子，在原子結(jié)構(gòu)研究方面做出了卓越的貢獻C.大量處于n＝3能級的氫原子在自發(fā)躍遷時，會發(fā)出3種不同頻率的光D.由玻爾的原子模型可以推知，氫原子所處的能級越高，其核外電子的動能越大【答案】C【解析】光電效應(yīng)實驗中，光電流的大小與入射光的強弱有關(guān)，飽和光電流的大小只與入射光的強度成正比，故A錯誤；湯姆孫通過對陰極射線的研究發(fā)現(xiàn)了電子，盧瑟福提出原子的核式結(jié)構(gòu)模型，故B錯誤；大量處于n＝3能級的氫原子在自發(fā)躍遷時，會發(fā)出Ceq\o\al(2,3)＝3種不同頻率的光，故C正確；由玻爾的原子模型可以推知，氫原子所處的能級越高，量子數(shù)越大，離原子核越遠，據(jù)keq\f(qQ,r2)＝meq\f(v2,r)可知核外電子速度越小，核外電子的動能越小，故D錯誤.【例2】(2020·永州市模擬)如圖所示是玻爾為解釋氫原子光譜畫出的氫原子能級示意圖。大量處于n＝3能級的氫原子向低能級躍遷放出若干頻率的光子，設(shè)普朗克常量為h，下列說法正確的是()A．能產(chǎn)生3種不同頻率的光子B．產(chǎn)生的光子的最大頻率為eq\f(E3－E1,h)C．當(dāng)氫原子從能級n＝2躍遷到n＝1時，氫原子的能量變大D．若氫原子從能級n＝2躍遷到n＝1時放出的光子恰好能使某金屬發(fā)生光電效應(yīng)，則當(dāng)氫原子從能級n＝3躍遷到n＝1時放出的光子照到該金屬表面時，逸出的光電子的最大初動能為E3－E2【答案】ABD【解析】根據(jù)Ceq\o\al(2,n)可得從n＝3能級向低能級躍遷能產(chǎn)生Ceq\o\al(2,3)＝3種不同頻率的光子，A正確；產(chǎn)生的光子有最大能量的是從n＝3能級向n＝1能級躍遷時產(chǎn)生的，根據(jù)公式hν＝E3－E1，解得ν＝eq\f(E3－E1,h)，B正確；從高能級向低能級躍遷，釋放光子，氫原子能量變小，C錯誤；若氫原子從能級n＝2躍遷到n＝1時放出的光子恰好能使某金屬發(fā)生光電效應(yīng)，則當(dāng)氫原子從能級n＝3躍遷到n＝1時放出的光子照到該金屬表面時，逸出的光電子的最大初動能為Ekm＝hν－W0＝(E3－E1)－(E2－E1)＝E3－E2，故D正確。eq\a\vs4\al()1．原子的兩類能級躍遷(1)自發(fā)躍遷：高能級→低能級，釋放能量，發(fā)出光子。(2)受激躍遷：通過光照、撞擊或加熱等，低能級→高能級，當(dāng)吸收的能量大于或等于原子所處能級的|En|，原子將發(fā)生電離。(3)原子在兩個能級之間發(fā)生躍遷時，放出(或吸收)光子的頻率是一定的，可由hν＝Em－En求得。若求波長可由公式c＝λν求得。2．電離電離態(tài)與電離能電離態(tài)：n＝∞，E＝0基態(tài)→電離態(tài)：E吸>0－(－13.6eV)＝13.6eV。激發(fā)態(tài)→電離態(tài)：E吸>0－En＝|En|。若吸收能量足夠大，克服電離能后，獲得自由的電子還攜帶動能。3．解答氫原子能級圖與原子躍遷問題應(yīng)注意(1)能級之間發(fā)生躍遷時放出(吸收)光子的頻率由hν＝Em－En決定，波長可由公式c＝λν求得。(2)一個氫原子躍遷發(fā)出可能的光譜線條數(shù)最多為n－1。(3)一群氫原子躍遷發(fā)出可能的光譜線條數(shù)的兩種求解方法。①用數(shù)學(xué)中的組合知識求解：N＝Ceq\o\al(2,n)＝eq\f(nn－1,2)。②利用能級圖求解：在氫原子能級圖中將氫原子躍遷的各種可能情況一一畫出，然后相加。【專題精練】1．在盧瑟福α粒子散射實驗中，金箔中的原子核可以看做靜止不動，下列各圖畫出的是其中兩個α粒子經(jīng)歷金箔散射過程的徑跡，其中正確的是()【答案】C【解析】金箔中的原子核與α粒子都帶正電，α粒子接近原子核過程中受到斥力而不是引力作用，A、D錯誤；由原子核對α粒子的斥力作用及物體做曲線運動的條件知曲線軌跡的凹側(cè)應(yīng)指向α粒子所受力的方向，B錯誤，C正確.1.(2019·全國卷Ⅰ)氫原子能級示意圖如圖所示。光子能量在1.63eV～3.10eV的光為可見光。要使處于基態(tài)(n＝1)的氫原子被激發(fā)后可輻射出可見光光子，最少應(yīng)給氫原子提供的能量為()A．12.09eV B．10.20eVC．1.89eV D．1.51eV【答案】A【解析】因為可見光光子的能量范圍是1.63eV～3.10eV，所以氫原子至少要被激發(fā)到n＝3能級，要給氫原子提供的能量最少為E＝(－1.51＋13.60)eV＝12.09eV，即選項A正確。2．處于n＝3能級的大量氫原子，向低能級躍遷時，輻射光的頻率有()A．1種B．2種C．3種D．4種【答案】C【解析】大量氫原子從n＝3能級向低能級躍遷時，能級躍遷圖如圖所示有3種躍遷情況，故輻射光的頻率有3種，選項C正確。3.(多選)(2020·撫順模擬)如圖所示，是汞原子的能級圖，一個自由電子的總能量為8.0eV，與處于基態(tài)的汞原子碰撞后(不計汞原子的動量變化)，則電子剩余的能量可能為(碰撞無能量損失)()A．0.3eVB．3.1eVC．4.9eVD．8.8eV【答案】AB【解析】基態(tài)的汞原子從基態(tài)躍遷到第2能級，吸收能量為：ΔE＝－5.5eV＋10.4eV＝4.9eV，則電子剩余的能量為：E′＝8.0eV－4.9eV＝3.1eV，基態(tài)的汞原子從基態(tài)躍遷到第3能級，吸收能量為：ΔE＝－2.7eV＋10.4eV＝7.7eV，則電子剩余的能量為：E′＝8.0eV－7.7eV＝0.3eV，故A、B項正確，C、D項錯誤。4.(2020·安徽省宣城市第二次調(diào)研)下列四幅圖涉及不同的物理知識，如圖所示，其中說法正確的是()A.圖甲，盧瑟福通過分析α粒子散射實驗結(jié)果，發(fā)現(xiàn)了質(zhì)子和中子B.圖乙，用中子轟擊鈾核使其發(fā)生聚變，鏈?zhǔn)椒磻?yīng)會釋放出巨大的核能C.圖丙，玻爾理論指出氫原子能級是分立的，所以原子發(fā)射光子的頻率也是不連續(xù)的D.圖丁，湯姆孫通過電子的發(fā)現(xiàn)揭示了原子核內(nèi)還有復(fù)雜結(jié)構(gòu)【答案】C【解析】題圖甲：盧瑟福通過分析α粒子散射實驗結(jié)果，得出原子的核式結(jié)構(gòu)模型，故A錯誤；題圖乙：用中子轟擊鈾核使其發(fā)生裂變，裂變反應(yīng)會釋放出巨大的核能，故B錯誤；題圖丙：玻爾理論指出氫原子能級是分立的，所以原子發(fā)射光子的頻率也是不連續(xù)的，故C正確；題圖丁：湯姆孫通過電子的發(fā)現(xiàn)揭示了原子有一定結(jié)構(gòu)，天然放射現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)揭示了原子核內(nèi)還有復(fù)雜結(jié)構(gòu)，故D錯誤.5.(2020·河南省中原名校第四次模擬)如圖所示為氫原子的能級分布圖，已知可見光光子的能量在1.61～3.10eV范圍內(nèi)，由圖可知()A.基態(tài)氫原子吸收能量為10.3eV的光子能從n＝1能級躍遷到n＝2能級B.基態(tài)氫原子的電離能為13.6eVC.一群處于n＝5能級的氫原子向低能級躍遷時，可輻射6種不同頻率的光子D.氫原子從n＝4能級躍遷到n＝3能級，輻射的是可見光光子【答案】B【解析】根據(jù)玻爾理論可知，氫原子躍遷時，吸收的光子能量必須等于能級差，A項錯誤；基態(tài)氫原子電離時的電離能為13.6eV，B項正確；一群處于n＝5能級的氫原子向低能級躍遷時，可輻射Ceq\o\al(2,5)＝10種不同頻率的光子，C項錯誤；氫原子從n＝4能級躍遷到n＝3能級，輻射的光子的能量為－0.85eV－(－1.51eV)＝0.66eV，能量比可見光光子的能量小，不可能是可見光光子，D項錯誤.6.(2020·遼寧省葫蘆島市一模)如圖所示，氫原子在不同能級間發(fā)生a、b、c三種躍遷時，釋放光子的頻率分別是νa、νb、νc，下列關(guān)系式正確的是()A.νb＝νa＋νcB.νa＝eq\f(νbνc,νb＋νc)C.νb＝eq\f(νaνc,νa＋νc)D.νc＝eq\f(νbνa,νa＋νc)【答案】A【解析】因為Em－En＝hν，知Eb＝Ea＋Ec，即hνb＝hνa＋hνc，解得νb＝νa＋νc，故A正確.7.如圖為盧瑟福的α粒子散射實驗的經(jīng)典再現(xiàn)，用放射性元素發(fā)出的α粒子轟擊金箔，用顯微鏡觀測在環(huán)形熒光屏上所產(chǎn)生的亮點，根據(jù)實驗現(xiàn)象分析（）A．在熒光屏上形成的亮點是由α粒子在金箔上打出的電子產(chǎn)生的B．該實驗證明原子幾乎全部質(zhì)量和全部正電荷都集中在一個很小的體積內(nèi)C．在熒光屏上觀測到極少數(shù)的α粒子發(fā)生了大角度的偏轉(zhuǎn)D．該實驗中α粒子由于和電子發(fā)生碰撞而發(fā)生了大角度的偏轉(zhuǎn)【答案】BC【解析】在熒光屏上形成的亮點是由α粒子穿過金箔后打在熒光屏上產(chǎn)生的，A錯誤；根據(jù)實驗現(xiàn)象，絕大多數(shù)α粒子仍沿原來的直線運動，說明原子幾乎全部質(zhì)量和全部正電荷都集中在一個很小的體積內(nèi)，B正確；α粒子散射實驗的內(nèi)容是絕大多數(shù)α粒子幾乎不發(fā)生偏轉(zhuǎn)，少數(shù)α粒子發(fā)生了較大角度的偏轉(zhuǎn)，極少數(shù)α粒子發(fā)生了大角度偏轉(zhuǎn)（偏轉(zhuǎn)角度超過90°，有的幾乎達到180°，被反彈回來），C正確；該實驗中α粒子發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)的原因是α粒子和金箔中的原子核發(fā)生了碰撞，D錯誤。8.氫原子核外電子由離核較遠的軌道躍遷到離核較近的軌道時（）A．要吸收光子，電子的動能、電勢能都減小B．要吸收光子，電子的動能增大，電勢能減小C．要放出光子，電子的動能、電勢能都減小D．要放出光子，電子的動能增大，電勢能減小【答案】D【解析】根據(jù)Ek＝eq\f(1,2)mveq\o\al(2,n)，而eq\f(ke2,req\o\al(2,n))＝eq\f(mveq\o\al(2,n),rn)，有Ek＝eq\f(ke2,2rn)，當(dāng)rn減小時，Ek增加，而氫原子的能量（包括動能和電勢能）En＝eq\f(E1,n2)＝－eq\f(13.6,n2)eV，所以當(dāng)rn減小時，氫原子的能量要減少，原子能量中動能增加，總能量減少，所以電勢能必然減少。選項D正確。9.(2020·山西太原一模)如圖是氫原子的能級示意圖．當(dāng)氫原子從n＝4的能級躍遷到n＝3的能級時，輻射出光子a；從n＝3的能級躍遷到n＝2的能級時，輻射出光子b.以下判斷正確的是 ()A．在真空中光子a的波長大于光子b的波長B．光子b可使氫原子從基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)C．光子a可能使處于n＝4能級的氫原子電離D．大量處于n＝3能級的氫原子向低能級躍遷時最多輻射2種不同譜線【答案】A【解析】氫原子從n＝4的能級躍遷到n＝3的能級的能級差小于從n＝3的能級躍遷到n＝2的能級時的能級差，根據(jù)Em－En＝hν知，光子a的能量小于光子b的能量，所以a光的頻率小于b光的頻率，光子a的波長大于光子b的波長，故A正確；光子b的能量小于基態(tài)與任一激發(fā)態(tài)的能級差，所以不能被基態(tài)的原子吸收，故B錯誤；根據(jù)Em－En＝hν可求光子a的能量小于n＝4能級的電離能，所以不能使處于n＝4能級的氫原子電離，C錯誤；大量處于n＝3能級的氫原子向低能級躍遷時最多輻射3種不同譜線，故D錯誤．10.(2020·四川綿陽三診)氫原子處于量子數(shù)n＝2的激發(fā)態(tài)時能量E2＝－3.4eV，則 ()A．輻射出一個能量為3.4eV的光子后躍遷到基態(tài)B．輻射出一個能量為10.2eV的光子后躍遷到基態(tài)C．用光子能量為3.4eV的光照射后將躍遷到n＝3的激發(fā)態(tài)D．用光子能量為13.6eV的光照射后將躍遷到n＝3的激發(fā)態(tài)【答案】：B【解析】：氫原子處于量子數(shù)n＝1的基態(tài)時能量E1＝－13.6eV，處于量子數(shù)n＝2的激發(fā)態(tài)時能量E2＝－3.4eV，則輻射出一個能量為(－3.4eV)－(－13.6eV)＝10.2eV的光子后躍遷到基態(tài)，選項B正確，A錯誤；處于n＝3的激發(fā)態(tài)時能量E3＝－1.51eV，則用光子能量為(－1.51eV)－(－3.4eV)＝1.89eV的光照射后將躍遷到n＝3的激發(fā)態(tài)，選項C錯誤；用光子能量為13.6eV的光照射后將使氫原子電離，選項D錯誤．11.(2020·湖南長沙聯(lián)考)玻爾為解釋氫原子光譜畫出的氫原子能級如圖所示，一群氫原子處于n＝4的激發(fā)態(tài)，當(dāng)它們自發(fā)地躍遷到較低能級時，以下說法符合玻爾理論的有()A.電子的動能與勢能均減小B．氫原子躍遷時可發(fā)出連續(xù)光譜C．能使金屬鉀(逸出功為2.25eV)發(fā)生光電效應(yīng)的光譜線有4條D．由n＝4躍遷到n＝1時發(fā)出光子的波長最長【答案】：C【解析】：從高能級躍遷到低能級，電子軌道半徑減小，根據(jù)keq\f(e2,r2)＝meq\f(v2,r)可知，電子動能增大，由于原子能量減小，則電勢能減小，A錯誤；由于能級差是量子化的，可知氫原子躍遷時，發(fā)出的光子頻率是一些分立值，B錯誤；一群氫原子處于n＝4的激發(fā)態(tài)，可輻射出6種不同頻率的光子，從n＝4躍遷到n＝1，n＝3躍遷到n＝1，n＝2躍遷到n＝1，n＝4躍遷到n＝2輻射的光子能量大于逸出功，可以發(fā)生光電效應(yīng)，可知能使金屬鉀發(fā)生光電效應(yīng)的光譜線有4條，C正確；由n＝4躍遷到n＝1時發(fā)出的光子頻率最大，波長最短，D錯誤．12．如圖所示是α粒子(氦原子核)被重金屬原子核散射的運動軌跡，M、N、P、Q是軌跡上的四點，在散射過程中可以認為重金屬原子核靜止．圖中所標(biāo)出的α粒子在各點處的加速度方向正確的是()A．M點 B．N點C．P點 D．Q點【答案】C.【解析】：α粒子(氦原子核)和重金屬原子核都帶正電，互相排斥，加速度方向與α粒子所受斥力方向相同．帶電粒子加速度方向沿相應(yīng)點與重金屬原子核連線指向軌跡曲線的凹側(cè)，故只有C正確．13.(2020·四川遂寧一診)不同色光的光子能量如下表所示．色光紅橙黃綠藍—靛紫光子能量范圍(eV)1.61～2.002.00～2.072.07～2.142.14～2.532.53～2.762.76～3.10氫原子部分能級的示意圖如圖所示．大量處于n＝4能級的氫原子，發(fā)射出的光的譜線在可見光范圍內(nèi)，其顏色分別為 ()A．紅、藍—靛 B．紅、紫C．橙、綠 D．藍—靛、紫【答案】：A【解析】：計算出各種光子能量，然后和表格中數(shù)據(jù)進行對比，便可解決本題．氫原子處于第四能級，能夠發(fā)出12.75eV、12.09eV、10.2eV、2.55eV、1.89eV、0.66eV的六種光子，其中1.89eV和2.55eV屬于可見光，1.89eV的光子為紅光，2.55eV的光子為藍—靛．14．(2020·上海理工大附中期中)如圖所示為盧瑟福α粒子散射實驗裝置的示意圖，圖中的顯微鏡可在圓周軌道上轉(zhuǎn)動，通過顯微鏡前相連的熒光屏可觀察α粒子在各個角度的散射情況．下列說法正確的是()A．在圖中的A、B兩位置分別進行觀察，相同時間內(nèi)觀察到屏上的閃光次數(shù)一