第5章原子世界探秘课后练习-2021-2022学年高二下学期物理沪教版（2019）选择性必修第三册

第5章原子世界探秘

一、选择题（共15题）

1．关于粒子散射实验，下列说法正确的是（　　）

A．绝大多数粒子经过金箔后，发生了角度大的偏转

B．粒子在接近原子核的过程中，动能减少，电势能减少

C．粒子离开原子核的过程中，动能增大，电势能也增大

D．对粒子散射实验的数据进行分析，可以估算出原子核的大小

2．下列实验现象中，支持阴极射线是带电微粒观点的是（　　）

A．阴极射线可以透过薄铝片

B．阴极射线通过电场或磁场时，要产生相应偏转

C．阴极射线透过镍单晶时，产生衍射现象

D．阴极射线轰击荧光物质，发出荧光

3．下列说法中，符合物理学史实的是

A．密立根由带电油滴在电场中所受电场力与重力间的关系，通过计算发现了电子

B．卡文迪许通过扭秤装置将微小形变放大，测定了静电力恒量k的值

C．牛顿根据牛顿第一定律及开普勒有关天体运动的三个定律发现了万有引力定律

D．奥斯特通过实验发现在磁场中转动的金属圆盘可以对外输出电流

4．如图所示为氢原子能级图。用光子能量为12.09eV的单色光去照射处于基态的一群氢原子，受激发后的氢原子向低能级跃迁时可以放出几种频率的光子（　　）

A．1 B．3种 C．5种 D．6种

5．图甲中给出了氢原子光谱中4种可见光谱线对应的波长，这4种光的光子能量由大到小排列依次为3.02eV、2.86eV、2.55eV和1.89eV，氢原子能级图如图乙所示，则

A．遇同一个障碍物，Hα比Hδ更易发生衍射

B．Hγ光能使处于n＝2能级的氢原子电离

C．Hδ光是由处于n＝5能级的氢原子向低能级跃迁的过程中产生的

D．若4种光均能使某金属发生光电效应，则Hα光对应的光电子的最大初动能最大

6．北京高能光源是我国首个第四代同步辐射光源，计划于2025年建成。同步辐射光具有光谱范围宽（从远红外到X光波段，波长范围约为10-5m～10-11m，对应能量范围约为10-1eV～105eV）、光源亮度高、偏振性好等诸多特点，在基础科学研究、应用科学和工艺学等领域已得到广泛应用。速度接近光速的电子在磁场中偏转时，会沿圆弧轨道切线发出电磁辐射，这个现象最初是在同步加速器上观察到的，称为“同步辐射”。以接近光速运动的单个电子能量约为109eV，回旋一圈辐射的总能量约为104eV。下列说法正确的是（　　）

A．同步辐射的机理与氢原子发光的机理一样

B．用同步辐射光照射氢原子，不能使氢原子电离

C．蛋白质分子的线度约为10-8 m，不能用同步辐射光得到其衍射图样

D．尽管向外辐射能量，但电子回旋一圈后能量不会明显减小

7．如图所示为氢原子能级结构示意图，下列说法正确的是（　　）

A．一群处于能级的氢原子在向低能量状态跃迁时最多可以发出10种不同频率的光

B．氢原子光谱是连续谱

C．处于能级的氢原子可以吸收能量为的光子跃迁到高能级

D．氢原子的电离能为

8．氢原子能级图如图所示，关于玻尔理论与氢原子跃迁，下列叙述正确的是（　　）

A．玻尔的原子模型完全推翻了卢瑟福的原子理论，能够解释所有的原子发光现象

B．电子跃迁时辐射的光子的频率等于电子绕核做圆周运动的频率

C．氢原子从能级跃迁到能级辐射出的光子能量为

D．大量的氢原子处于的激发态，当向低能级跃迁时总共可辐射出6种不同频率的光

9．2021年大年初一晚上，第27届自贡国际恐龙灯会“云观灯”活动拉开帷幕，景区内彩灯绽放，五彩缤纷，形状各异的几百个灯组流光溢彩，争奇斗艳。不同色光的光子能量如表所示。

氢原子的能级图如图所示，处于能级的大量氢原子，可以发射三种可见光，这三种可见光的颜色分别为（　　）

A．红 黄 绿 B．橙 绿 蓝-靛 C．红 蓝-靛 紫 D．橙 黄 紫

10．如图，为氢原子的能级图.当氢原子从片n=4能级跃迁到n=2能级时，辐射出光子a，当氢原子从n=3能级跃迁到n =1能级时，辐射出光子b，则下列说法中正确的是（　　）

A．光子a的能量大于光子b的能量

B．光子a的波长大于光子b的波长

C．a光与b光相遇时能够发生干涉现象

D．在同种介质中，a光子的传播速度小于b光子的传播速度

11．如图所示是氢原子的能级图，大量处于n=4激发态的氢原子向低能级跃迁时，可以辐射出多种不同频率的光子，其中巴耳末系是指氢原子由高能级向n=2能级跃迁时释放的光子。下列说法正确的是（　　）

A．最多可放出6种频率不同的光子，其中有3种属于巴耳末系

B．放出的光子可能使逸出功为13eV的金属发生光电效应

C．放出的光子中波长最短的是n=4激发态跃迁到基态时产生的

D．用能量为2.55eV的光子照射处于n=1能级的氢原子，可以使它跃迁到n=4能级

12．如图所示为氢原子的能级图，巴耳末系是吸收光子能量的原子进入激发态（）后返回的量子状态时释放出的谱线，下列说法正确的是（　　）

A．巴耳末系中的最小频率与最大频率之比

B．处于能级的氢原子可以吸收能量为的光子

C．一个氢原子从能级向基态跃迁时，可发出6种不同频率的光子

D．氢原子由能级跃迁到能级时，原子的电势能增加，产生的电磁波的波长最长

13．2021年1月7日，中国科学技术大学宜布，中国科明团队成功实现通了跨越的星地量子密钥分发，标志着我国已构建出天地一体化广域量子通信雏形。以下关于“量子”的说法正确的是（　　）

A．普朗克通过对黑体辐射规律的研究最早提出能量子概念

B．玻尔的能级理论第一次将量子观念引入原子结构的研究

C．爱因斯坦发现了光电效应规律，提出光子说，光子能量是量子化的

D．实现跨越的星地量子密钥分发，说明宏观世界的距离是量子化的

14．为应对新冠肺炎疫情防控工作，各种场合经常要用到红外测温仪。当被测物体向外辐射红外线时，能量介于0.2eV-1.2eV之间的红外线光子方可被测温仪感知。图为氢原子能级图，要使氢原子辐射光子可被红外测温仪捕捉，氢原子发生的跃迁可能是（　　）

A．从n=5向n=4跃迁时

B．从n=3向n=5跃迁时

C．从n=4向n=3跃迁时

D．从n=3向n=2跃迁时

15．下列说法正确的是（　　）

A．贝可勒尔最早发现了天然放射现象，并指出原子核是由质子和中子组成的

B．汤姆孙在研究阴极射线时发现电子提出枣糕模型

C．卢瑟福通过粒子散射实验提出原子的核式结构模型

D．玻尔通过实验提出玻尔模型并成功解释了所有原子光谱

二、填空题

16．光谱

（1）定义：用棱镜或光栅把物质发出的光按波长（频率）展开，获得____（频率）和____分布的记录。

（2）分类

a.线状谱：光谱是一条条的____。

b.连续谱：光谱是_____的光带。

（3）特征谱线：气体中中性原子的发光光谱都是____，说明原子只发出几种_________的光，不同原子的亮线______，说明不同原子的______不一样，光谱中的亮线称为原子的_____。

（4）应用：利用原子的______，可以鉴别物质和确定物质的______，这种方法称为_____，它的优点是灵敏度高，样本中一种元素的含量达到10-13 kg时就可以被检测到。

17．玻尔的原子理论第一次将______引入原子领域，提出了______的概念，成功解释了______光谱的实验规律。

18．经典理论的困难

（1）核式结构模型的成就：正确地指出了_____的存在，很好地解释了_____。

（2）经典理论的困难：经典物理学既无法解释原子的____，又无法解释原子光谱的____线状谱。

19．关于电子的发现，判断下列说法的正误。

（1）玻璃壁上出现的淡淡荧光就是阴极射线。(      )

（2）玻璃壁上出现的影是玻璃受到阴极射线的撞击而产生的。(      )

（3）阴极射线在真空中速度接近光速。(      )

（4）英国物理学家汤姆孙认为阴极射线是一种电磁波。(      )

（5）组成阴极射线的粒子是光电子。(      )

（6）电子是原子的组成部分，电子电荷量可以取任意数值。(      )

三、综合题

20．氢原子处于基态时，原子能量E1=-13.6 eV，氢原子各能级的关系为En=（n=1，2，3…）。今有一群处于n=4激发态的氢原子，最多可以辐射几种不同的光子？其中光子最小的能量是多少？是从哪两个能级跃迁发出的？

21．在氢原子光谱的紫外区的谱线系中有多条谱线，试利用莱曼系的公式，n＝2，3，4……，其中，计算紫外线的最长波和最短波的波长。

22．要使处于基态的氢原子电离，它所吸收的光子的频率至少是多大？

23．如图所示为氢原子最低的四个能级，当氢原子在这些能级间跃迁时，

（1）有可能放出几种能量的光子？

（2）在哪两个能级间跃迁时，所发出的光子波长最长？波长是多少？（h=6.63×10-34J·s）

参考答案：

1．D

【详解】

A．绝大多数粒子经过金箔后，方向不发生改变，只有少数的发生了角度大的偏转，选项A错误；

B．粒子在接近原子核的过程中，静电斥力做负功，则动能减少，电势能增加，选项B错误；

C．粒子离开原子核的过程中，静电斥力做正功，则动能增大，电势能减小，选项C错误；

D．对粒子散射实验的数据进行分析，可以估算出原子核的大小，选项D正确。

故选D。

2．B

【详解】

A．X射线不带电且有较强的穿透能力，可以透过薄铝片，因此阴极射线可以透过薄铝片不能说明阴极射线是带电微粒，选项A错误；

B．阴极射线通过电场或磁场时发生偏转，说明它是带电的粒子，不是不带电的电磁波，选项B正确；

C．只要具有波的特性，就能产生衍射现象，故C错误；

D．紫外线照射荧光物质时也会发出荧光，不能证明阴极射线是带电微粒，故D错误。

故选B。

3．C

【详解】

A．密立根由带电油滴在电场中所受电场力与重力间的关系，通过计算发现了电子所带的电量值，A错误；

B．卡文迪许通过扭秤装置将微小形变放大，测定了万有引力恒量G的值，B错误；

C．牛顿根据牛顿第一定律及开普勒有关天体运动的三个定律发现了万有引力定律，C正确；

D．奥斯特通过实验发现在电流周围存在磁场，D错误。

故选C。

4．B

【详解】

基态的氢原子吸收12.09eV的能力后会跃迁到n=3能级，大量的氢原子跃迁到n=3能级后最多辐射种频率的光子，故ACD错误，B正确。

故选B。

5．A

【详解】

A．因为Hα比Hδ的波长更大，则遇同一个障碍物，Hα比Hδ更易发生衍射，选项A正确；

B．Hγ光的光子能量为2.86eV，而使处于n＝2能级的氢原子电离需要的能量为3.4eV，则Hγ光不能使处于n＝2能级的氢原子电离，选项B错误；

C．Hδ光的光子能量为3.02eV，是由处于n＝6能级的氢原子向n=2能级跃迁的过程中产生的，选项C错误；

D．Hα光的波长最长，能量最小，则若4种光均能使某金属发生光电效应，则Hα光对应的光电子的最大初动能最小，选项D错误。

故选A。

6．D

【详解】

A．同步辐射是在磁场中圆周自发辐射光能的过程，氢原子发光是先吸收能量到高能级，在回到基态时辐射光，两者的机理不同，故A错误；

B．用同步辐射光照射氢原子，总能量约为104eV大于电离能13.6eV，则氢原子可以电离，故B错误；

C．同步辐射光的波长范围约为10-5m～10-11m，与蛋白质分子的线度约为10-8 m差不多，故能发生明显的衍射，故C错误；

D．以接近光速运动的单个电子能量约为109eV，回旋一圈辐射的总能量约为104eV，则电子回旋一圈后能量不会明显减小，故D正确；

故选D。

7．A

【详解】

A．当一群氢原子从n=5的能级向低能态跃迁时，根据知这群氢原子最多能发出10种频率的光，A正确；

B．由于氢原子发射的光子的能量

所以发射的光子的能量值E是不连续的，只能是一些特殊频率的谱线，B错误；

C．氢原子发生跃迁，吸收的能量必须等于两能级的能级差△E，12eV不在△E范围内，C错误；

D．基态氢原子的电离能为，D错误。

故选A。

8．D

【详解】

A． 玻尔的原子模型是在卢瑟福的原子理论的基础上建立的，对其有继承有发扬，玻尔理论并不成熟，只能解释氢原子的发光现象，A错误；

B．电子跃迁时辐射的光子的频率与能级差值有关，与电子绕核做圆周运动的频率无关，B错误；

C．由能级跃迁到能级辐射出的光子能量为

 C错误；

D．大量的氢原子处于的激发态，当向低能级跃迁时总共可辐射出

 种不同频率的光，D正确。

故选D。

9．C

【详解】

根据氢原子跃迁公式

从能级跃迁到能级发出的光的能量为，为红色，从能级跃迁到能级发出的光的能量为，为蓝-靛色，从能级跃迁到能级发出的光的能量为，为紫色，其他发出的光不在可见光范围内，选项C正确，ABD错误。

故选C。

10．B

【详解】

A．氢原子从n=4的能级跃迁到n=2的能级的能极差为2.55eV，小于从n=3的能级跃迁到n=l的能级时的能极差12.09eV，根据

知光子a的能量小于光子b的能量，A错误；

B．a的能量小于光子b的能量，则光子a的频率小于光子b的频率，根据

可知b的波长小，B正确；

C．a与b的频率不同，相遇时不能发生干涉现象，C错误；

D．光子a的频率小，则折射率小，根据

知，光子a在介质中的传播速度大于光子b在介质中的传播速度，D错误。

故选B。

11．C

【详解】

A．大量处于n=4激发态的氢原子向低能级跃迁时最多可辐射出种不同频率的光子，其中从n=4→n=2与n=3→n=2的属于巴耳末系，即2种，故A错误；

B．n=4激发态跃迁到基态时产生光子的能量最大为

△E41=E4-E1=12.75eV

由于该光子能量小于金属的逸出功13eV，不能使金属发生光电效应，故B错误；

C．根据

可知n=4→n=1的能量最大，波长最短，故C正确；

D．n=1能级氢原子受到照射后跃迁到n=4能级，氢原子需要吸收的能量为

△E=E4-E1=-0.85-（-13.6）=12.75eV

故D错误；

故选C。

12．B

【详解】

A．由巴耳末公式

当 时，有最小波长λ1

当n=3时，有最长波长λ2

则

根据

则巴耳末系中的最小频率与最大频率之比 ，A错误；

B．氢原子的能级中能量值最小为-13.6eV，处于n=1能级的氢原子可以吸收能量为的电子的能量，从而发生电离现象，B正确；

C．一个处于n=4能级的氢原子向低能级跃迁时，最多能发出3种不同频率的光，即为n=4→n=3，n=3→n=2，n=2→n=1，C错误；

D．氢原子由n=2能级跃迁到n=1能级后，其轨道半径减小，电势能减小，能级差最小，放出光子的能量最小，根据

产生的电磁波的波长最长，D错误。

故选B。

13．ABC

【详解】

A．普朗克通过对黑体辐射规律的研究最早提出能量子概念。故A正确；

B．玻尔的能级理论第一次将量子观念引入原子结构的研究。故B正确；

C．爱因斯坦发现了光电效应规律，提出光子说，光子能量是量子化的。故C正确；

D．实现跨越的星地量子密钥分发，不能说明宏观世界的距离是量子化的。故D错误。

故选ABC。

14．AC

【详解】

A．从n=5向n=4跃迁时，辐射出的光子能量为（-0.54）-（-0.85）=0.31eV，在红外线的能量范围值之内，则可被红外测温仪捕捉，选项A正确；

B．从n=3向n=5跃迁时要吸收能量，选项B错误；

C．从n=4向n=3跃迁时，辐射出的光子能量为（-0.85）-（-1.51）=0.66eV，在红外线的能量范围值之内，则可被红外测温仪捕捉，选项C正确；

D．从n=3向n=2跃迁时，辐射出的光子能量为（-1.51）-（-3.4）=1.89eV，不在红外线的能量范围值之内，则不可被红外测温仪捕捉，选项D错误；

故选AC。

15．BC

【详解】

A．贝克勒尔发现了天然放射现象，揭示了原子核具有复杂的结构，故A错误；

B．汤姆孙在研究阴极射线时发现了电子，表明原子是可以分割的，提出枣糕模型故B正确；

C．卢瑟福通过粒子散射实验提出原子的核式结构模型，故C正确；

D．玻尔原子理论只能解释了氢原子光谱的实验规律，故D错误。

故选BC。

16．     波长     强度     亮线     连在一起     线状谱     特定频率     位置不同     发光频率     特征谱线     特征谱线     组成成分     光谱分析

17．     量子观念     定态和跃迁     氢原子

18．     原子核     α粒子散射实验     稳定性     分立

19．     错误     错误     错误     错误     错误     错误

【详解】

（1）玻璃壁上出现的淡淡荧光是阴极射线撞击玻璃壁上，荧光物质受激发而产生的，故（1）错误；

（2）玻璃壁上出现的阴影是因为阴极与阳极之间的金属板挡住了部分射线，从而在玻璃壁上留下影子，故（2）错误；

（3）[3] 1894年汤姆逊利用此方法测得阴极射线的速度是光速的1/1500，约2×105m/s，故（3）错误；

（4）英国物理学家汤姆孙认为阴极射线是一种带电的粒子流，故（4）错误；

（5）组成阴极射线的粒子是电子，故（5）错误；

（6）电子是原子的组成部分，电子电荷量是1.602 176 634×10⁻¹⁹C，是一个确定的值，故（6）错误。

20．6， ，n=4能级跃迁到n=3

【详解】

一群处于n=4激发态的氢原子自发地向低能级跃迁，根据

种

即共辐射六种不同频率的光子；其中由n=4能级跃迁到n=3能级时，辐射出的光子的能量最小，则         

21．1.22×10－7 m；9.12×10－8 m

【详解】

根据莱曼系波长倒数公式，n＝2，3，4……可得

，n＝2，3，4……

当n＝2时波长最长，其值为

当n＝∞时，波长最短，其值为

22．

【详解】

要使处于基态的氢原子电离，就是要使氢原子第一条轨道上的电子获得能量脱离原子核的引力束缚，则

解得

即所吸收的光子的频率至少为。

23．（1）6；（2）第四能级向第三能级，1.88×10-6m

【详解】

(1)根据

知

能放出6种能量的光子；

（2）氢原子由第四能级向第三能级跃迁时，释放的能量最少，波长最长，即

代入数据解得