第 5 章原子世界探秘 一、选择题（共 15 题） 1．大量氢原子处于 n=4 的激发态，当它们向较低能级跃迁时，下列说法中错误的是 A．最多能辐射 6 种不同频率的光子 B．从 n＝4 跃迁到 n＝1 能级辐射的光子波长最长 C．从 n＝4 跃迁到 n＝1 能级辐射的光子频率最高 D．从 n＝4 跃迁到 n＝1 能级辐射的光子能量最大 2．氢原子的能级图如图所示，下列对氢原子光谱的说法正确的是（　　） A．大量氢原子处于 n  4 能级的激发态，跃迁到基态最多能发出 10 种不同频率的光 B．一个氢原子处于 n  4 能级的激发态，跃迁到基态最多能发出 6 种不同频率的光子 C．用能量为 13eV 的光子照射处于基态的氢原子，可使氢原子跃迁到第 4 能级 D．能量为 13eV 的电子与处于基态的氢原子碰撞，有可能使氢原子跃迁到第 4 能级 3．关于卢瑟福的原子核式结构学说的内容，下列叙述正确的是（　　） A．原子是一个质量分布均匀的球体 B．原子的质量几乎全部集中在原子核内 C．原子的正电荷和负电荷全部集中在一个很小的核内 D．原子核直径的数量级是10 10 m 4．下列关于物理学发展史和单位制的说法正确的是（　　） A．物理学家汤姆孙经过多次实验，比较准确地测定了电子的电荷量 B．韦伯不仅提出了场的概念，而且直观地描绘了场的清晰图像 C．kg、m、s、C 都是国际单位制中的基本单位 D．功的单位用国际单位制中基本单位可书写为 kg•m2/s2 5．在 α 粒子散射实验中，极少数的 α 粒子出现了大角度的散射，其原因是 A．原子核发生 α 衰变，向外释放出的 α 粒子方向不定 B．原子只能处于一系列不连续的能量状态中 C．原子核的存在，α 粒子在十分靠近它时，受到斥力 D．α 粒子与电子发生碰撞，偏离原来的运动方向 6．图示为氢原子的能级图，下列说法正确的是（ ） A．氢原子从较高能级跃迁到较低能级时，释放一定频率的光子，核外电子动能增加，电势能减小 B．氢原子从 n=3 能级跃迁到 n=4 能级时，需要吸收的光子能量必须大于 0.66eV C．氢原子处于不同能级时，核外电子在各处出现的频率相同 D．一个处于 n=4 能级的氢原子向低能级跃迁时，可以释放 6 种频率的光子 7．卢瑟福通过 α 粒子散射实验，提出了（　　） A．分子拥有复杂结构 B．原子拥有复杂结构 C．葡萄干蛋糕模型 D．原子核式结构模型 8．如图所示是氢原子的能级图。已知红光光子能量范围为1.61eV  2.00eV 。下列说法正确的是（　　） A．氢原子的核外电子从量子数为 n  2 能级跃迁到基态能级时能够发出红光谱线 B．氢原子的核外电子从量子数为 n  4 能级跃迁到 n  3 能级时能够发出红光谱线 C．氢原子的核外电子从量子数为 n  3 能级跃迁到 n  2 能级时能够发出红光谱线 D．氢原子的核外电子从量子数为 n  3 能级直接跃迁到基态能级时能够发出红光谱线 9．根据卢瑟福提出的原子核式结构模型解释  粒子散射实验,使少数  粒子发生大角度偏转的作用力是金 原子核对  粒子的 A．库仑斥力 B．库仑引力 C．万有引力 D．核力 10．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 11．下列有关氢原子光谱的说法正确的是（　　） A．氢原子的发射光谱是连续谱 B．氢原子光谱说明氢原子只发出特定频率的光 C．氢原子光谱说明氢原子能量是连续的 D．氢原子光谱线的频率与氢原子能级的能量差无关 12．如图为氢原子能级示意图的一部分，则氢原子（ ） A．处于不同能级时，核外电子在各处出现的概率是一样的 B．从低能级向高能级跃迁时，氢原子核一定向外放出能量 C．从 n=4 能级跃迁到 n=3 能级比从 n=3 能级跃迁到 n=2 能级辐射出电磁波的波长长 D．从 n=5 能级跃迁到 n=1 能级比 n=5 能级跃迁到 n=4 能级辐射出电磁波的频率小 13．以下关于物理学史的叙述，符合实际的有（　　） A．康普顿发现了电子，并测定了电子电荷量，且提出了“枣糕模型” B．卢瑟福通过对 α 粒子散射实验的研究，提出了原子的核式结构模型 C．玻尔根据光的波粒二象性，大胆提出假设，认为实物粒子也具有波动性 D．普朗克为了解释黑体辐射现象，第一次提出了能量量子化理论 14．如图所示是氢原子的能级图，一群处于激发态的氢原子发生跃迁，释放出不同频率的光子，利用这些 光子照射逸出功为 2.25eV 的金属钾，则下列说法正确的是（　　） A．要使处于某一激发态的一群氢原子能够辐射出 10 种频率的光子，只需用频率为 13.06eV 的光子照射处 于基态的氢原子就可以实现 B．氢原子从高能级 n=5 向低能级 n=3 跃迁时，向外辐射光电子的能量为 0.97eV，电子绕原子核运动的动 能减小 C．当一群从 n=4 的能级的氢原子发生跃迁，释放最大频率的光子照射金属钾，能够发生光电效应，光电 子的最大初动能为 10.5eV D．当一群从 n=4 的能级的氢原子发生跃迁，释放最大频率的光子照射金属钾，能够发生光电效应，用该 光电子能够使处于基态的氢原子从 n=1 能级跃迁到 n=2 能级 15．如图所示为氢原子的能级图。一群氢原子处于 n=3 的激发态上，下列说法正确的是（　　） A．原子向 n=2 的能级跃迁需要吸收能量 B．原子向低能级跃迁能发出 3 种不同频率的光子 C．原子跃迁到低能级后电子动能增大 D．原子至少需要吸收 1.51eV 的能量才能发生电离 二、填空题 16．已知氢原子的基态能量为 E1，激发态能量 En=E1/n2，其中 n=2，3，…，若要使氢原子从基态跃迁到激 发态，则需吸收的光子能量至少为______；设某个氢原子的核外电子绕原子核做圆周运动，其轨迹半径为 r，己知电子电量为-e，静电力常量为 K，则该电子的动能为______。 17．某原子 K 层失去一个电子后，其 K 层出现一个电子空位，当外边 L 层上有电子跃迁到 K 层填补空拉时 会释放一定的能量；一种情况是辐射频率为 ν0 的 X 射线；另一种情况是跃迁释放的能量被其他层的电子吸 收，使电子发生电离成为自由电子．若跃迁释放的能量被 M 层的一个电子吸收，电离后的自由电子的动能 是 E0，已知普朗克常量为 h，则电子处于 L 层时与处于 K 层时原子的能级差为__________，电子处于 M 层 时原子的能级（即能量值）为_______． 18．汤姆孙原子模型：汤姆孙于 1898 年提出了原子模型，他认为原子是一个______，______弥漫性地____ __在整个球体内，电子镶嵌其中，有人形象地把汤姆孙模型称为“西瓜模型”或“枣糕模型”。 19．如图所示为氢原子的能级示意图，一群氢原子处于 n=3 的激发态，在向较低能级跃迁的过程中向外发 出光子，并用这些光照射逸出功为 2.49 eV 的金属钠。 (1)这群氢原子能发出_______种不同频率的光，其中有________种频率的光能使金属钠发生光电效应． (2)金属钠发出的光电子的最大初动能________eV。 三、综合题 20．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）最多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？最长波长是多少？（普朗克常量 h＝6.63×10－34 J·s，电子电荷量 e＝1.6×10－19 C，结果保留三位有效数字） 21．氢原子的原子能级图如图甲所示，当大量处于 n=4 能级的氢原子自发向 n=2 的低能级发生能级跃迁 时，会发出各种不同频率的光子，试求： （1）从 n=4 能级向 n=2 能级跃迁，总共发出多少种光子？请回答并在图甲上用箭头标明； （2）计算（1）问所得到的光子中能量最大的光子的频率．（保留一位小数，h=6.63×10﹣34J•S） （3）若用（1）问得到的这些光中频率最高的两种光（假定命名叫 A、B 光）来做双缝干涉实验（如图乙 所示），当用较高频率的 A 光做实验时，在屏幕上得到的亮条纹间距△yA=2mm，不改变实验装置任何部 分，换用较低频率的 B 光再做此实验时，在屏幕上得到的亮条纹间距△yB 为多大？ 22．研究原子物理时，科学家经常借用宏观模型进行模拟，在玻尔原子模型中，完全可用卫星绕行星运动 来模拟研究电子绕原子核的运动，当然这时的向心力不是粒子间的万有引力（可忽略不计），而是粒子间 的静电力。氢原子在基态时轨道半径 r1= 是 e  1.60 �1019 C ，静电力常量 0.53 �10 10 m, k  9.0 �109 N � m 2 /C 2 。能量 E1=-13.6eV；电子和原子核的带电荷最大小都 ，普朗克常最 h= 6.63 �10 34 J � s, ，真空中的光速 c  3 �108 m/s 。（计算结果保留 3 位有效数字） （1）求氢原子处于基态时电子的动能和原子的电势能； （2）用波长是多少的光照射可使基态氢原子电离 23．(1)氢原子第 n 能级的能量为 En   E1 E n=1，2，…．若一氢原子发射能量为 n 2 ，其中 1 是基态能量，而 3 3 E1 的光子后处于比基态能量高出  E1 的激发态，则氢原子发射光子前后分别处于第几能级； 4 16 4 (2)一速度为 v 的高速 α 粒子( 2 He 20 )与同方向运动的氖核( 10 Ne )发生弹性正碰，碰后 α 粒子恰好静止。求碰撞 前后氖核的速度（不计相对论修正）参考答案： 1．B 【详解】 试题分析：从 n＝4 跃迁到基态时，可辐射处的不同频率的光子数 4(4  1)  6 种，选项 A 正确；从 n＝4 跃 2 迁到 n＝3 能级辐射的光子频率最小，波长最长，选项 B 错误