1、第第 4 4 章章 原子结构原子结构 (时间：90 分钟 满分：100 分) 一、 选择题(本题共 12 小题， 每小题 5 分， 共 60 分。 其中 17 题为单项选择题， 812 题为多项选择题) 1.下列叙述中符合物理学史的有( ) A.汤姆孙通过研究阴极射线实验，发现了电子和质子的存在 B.卢瑟福通过对 粒子散射实验现象的分析，证实了原子是可以再分的 C.巴耳末根据氢原子光谱分析，总结出了氢原子光谱可见光区波长公式 D.玻尔提出的原子模型，彻底否定了卢瑟福的原子核式结构学说 解析 汤姆孙通过研究阴极射线发现了电子，A 错误；卢瑟福通过对 粒子散射 实验现象的分析，得出了原子的核式结构
2、模型，B 错误；巴耳末根据氢原子光谱 在可见光区的四条谱线得出巴耳末公式，C 正确；玻尔的原子模型是在核式结构 模型的基础上提出的几条假设，并没有否定核式结构学说，D 错误。 答案 C 2.关于阴极射线的性质，下列说法正确的是( ) A.阴极射线是电子打在玻璃管壁上产生的 B.阴极射线本质是电子 C.阴极射线在电磁场中的偏转，表明阴极射线带正电 D.阴极射线的比荷比氢原子核小 解析 在阴极射线管的管壁上出现荧光是由于阴极射线撞击的结果，并不是电子 打在管壁上形成阴极射线，A 错误；通过实验，证明阴极射线本质上是电子，通 过在电场、磁场中偏转的情况证明阴极射线带负电，B 正确，C 错误；由于电子
3、 与氢原子核的带电荷量相等，但电子质量远小于氢原子核的质量，故 D 错误。 答案 B 3.利用氢气光谱管发光，可以产生氢原子的特征谱线，这些谱线的产生是由于 ( ) A.大量氢原子处于不同的激发状态，从而辐射不同频率的光子 B.大量氢原子从较高的激发态向较低的激发态或基态跃迁，从而辐射不同频率的 光子 C.大量氢原子从基态或较低的激发态向较高的激发态跃迁，从而辐射不同频率的 光子 D.大量氢原子从基态或较低的激发态向较高的激发态跃迁，从而吸收不同频率的 光子 解析 大量氢原子从较高的能级向较低的能级跃迁时，辐射出不同频率的光子， 从而产生氢原子的特征谱线，B 正确。 答案 B 4.关于线状谱，
4、下列说法中正确的是( ) A.每种原子处在不同温度下发光的线状谱不同 B.每种原子处在不同的物质中的线状谱不同 C.每种原子在任何外界条件下发光的线状谱都相同 D.两种不同的原子发光的线状谱可能相同 解析 每种原子在任何外界条件下的线状谱都相同，不同原子的线状谱不同。 答案 C 5.如图为氢原子能级示意图的一部分，则氢原子( ) A.从 n4 能级跃迁到 n3 能级比从 n3 能级跃迁到 n2 能级辐射出电磁波的 波长长 B.从 n5 能级跃迁到 n1 能级比从 n5 能级跃迁到 n4 能级辐射出电磁波的 速度大 C.处于不同能级时，核外电子在各处出现的概率是一样的 D.从高能级向低能级跃迁时
5、，氢原子核一定向外放出能量 解析 根据 EmEnhhc 可得 h c EmEn， 则从 n4 能级跃迁到 n3 能级比 从 n3 能级跃迁到 n2 能级辐射出的电磁波的波长要长，故 A 选项正确；由于 电磁波在空气中的传播速度都是相同的，接近光速，故 B 选项错误；根据氢原子 的电子云图可知，处于不同能级时，核外电子在各处出现的概率是不一样的，故 C 选项错误；从高能级向低能级跃迁时，原子一定向外以光子的形式释放能量， 故 D 选项错误。 答案 A 6.原子从一个能级跃迁到一个较低的能级时，有可能不发射光子。例如在某种条 件下，铬原子的 n2 能级上的电子跃迁到 n1 能级上时并不发射光子，而
6、是将 相应的能量转交给 n4 能级上的电子， 使之能脱离原子， 这一现象叫作俄歇效应。 以这种方式脱离了原子的电子叫作俄歇电子。已知铬原子的能级公式可简化表示 为 EnA n2，式中 n1，2，3，表示不同能级，A 是正的已知常数。上述俄歇 电子的动能是( ) A. 3 16A B. 7 16A C.11 16A D.13 16A 解析 俄歇电子的动能是铬原子从 n2 能级跃迁到 n1 能级上释放的能量与电 子从 n4 能级上电离所需的能量之差。可以认为 n4 能级上的能量就是电子从 该能级上电离所需的能量。 故可进行如下计算 E电子E2E1|E4|A 4A A 16 11 16A，故选项 C
7、 正确。 答案 C 7.如图所示为氢原子能级的示意图。现有大量处于 n4 激发态的氢原子，向低能 级跃迁时将辐射出若干不同频率的光。关于这些光，下列说法正确的是( ) A.最容易发生衍射现象的光是由 n4 能级跃迁到 n1 能级产生的 B.频率最小的光是由 n2 能级跃迁到 n1 能级产生的 C.这些氢原子总共可辐射出 3 种不同频率的光 D.用 n2 能级跃迁到 n1 能级辐射出的光子能被处于基态的氢原子吸收 解析 从 n4 的激发态跃迁到基态的能级差最大， 即辐射出的光子能量最大， 频 率最大，对应波长最小，是最不容易发生衍射现象的，A 错误；从 n4 的激发态 跃迁到 n3 的激发态的能
8、级差最小，辐射出的光子的频率最小，B 错误；可辐射 出的光子频率的种类为 C246 种，C 错误；从 n2 的激发态跃迁到基态时，辐射 出的光子能被处于基态的氢原子吸收， 并使氢原子跃迁到 n2 的激发态， D 正确。 答案 D 8.根据玻尔理论，氢原子的电子由 n2 轨道跃迁到 n1 轨道时，下列说法正确 的是( ) A.原子的能量减少，电子的动能增加 B.原子的能量增加，电子的动能减少 C.电子绕核运动的半径减小 D.原子要吸收某一频率的光子 解析 氢原子的电子从 n2 轨道跃迁到 n1 的轨道时，电子绕核运动的半径减 小，原子辐射出某一频率的光子，原子的能量减小。由 ke 2 r2m v
9、2 r 及 Ek1 2mv 2 知 Ekke 2 2r ，电子绕核运动的动能增大，A、C 正确，B、D 错误。 答案 AC 9.如图所示为 粒子散射实验装置，粒子打到荧光屏上都会引起闪烁，若将带有 荧光屏的显微镜分别放在图中 A、B、C、D 四处位置。则这四处位置在相等时间 内统计的闪烁次数一定不符合事实的是( ) A.1 305、25、7、1 B.202、405、625、825 C.1 202、1 010、723、203 D.1 202、1 305、723、203 解析 根据 粒子散射实验的统计结果，大多数粒子能按原方向前进，少数粒子 方向发生了偏转，极少数粒子偏转超过 90 ，甚至有的被反
10、向弹回。所以在相等 时间内 A 处闪烁次数最多，其次是 B、C、D 三处，并且数据相差的较大，所以 只有选项 A 符合事实。 答案 BCD 10.氢原子能级图的一部分如图所示，a、b、c 分别表示氢原子在不同能级间的三 种跃迁途径，设在 a、b、c 三种跃迁过程中，放出光子的能量和波长分别是 Ea、 Eb、Ec和 a、b、c，则( ) A.bac B. 1 b 1 a 1 c C.bac D.EbEaEc 解析 EaE3E2，EbE3E1，EcE2E1，所以 EbEaEc，D 正确；由 c 得 a hc E3E2，b hc E3E1，c hc E2E1，取倒数后得到 1 b 1 a 1 c，B
11、 正确。 答案 BD 11.已知氢原子的能级图如图所示，现用光子能量介于 1012.9 eV 范围内的光去 照射一群处于基态的氢原子，则下列说法中正确的是( ) A.在照射光中可能被吸收的光子能量有无数种 B.在照射光中可能被吸收的光子能量只有 3 种 C.照射后可能观测到氢原子发射不同波长的光有 6 种 D.照射后可能观测到氢原子发射不同波长的光有 3 种 解析 根据跃迁规律 hEmEn和能级图，可知 A 错误，B 正确；氢原子吸收 光子后能跃迁到最高为 n4 的能级，能发射的光子的波长有 C246 种，故 C 正 确，D 错误。 答案 BC 12.用大量具有一定能量的电子轰击大量处于基态的
12、氢原子， 观测到了一定数目的 光谱线。调高电子能量再次进行观测，发现光谱线的数目比原来增加了 5 条。用 n 表示两次观测中最高激发态的量子数 n 之差，E 表示调高后电子的能量。根据 氢原子的能级图(如图所示)可以判断，n 和 E 的可能值为( ) A.n1，13.22 eVE13.32 eV B.n2，13.22 eVE13.32 eV C.n1，12.75 eVE13.06 eV D.n2，12.75 eVE13.06 eV 解析 由于增加了5条光谱线， 说明调高电子能量后氢原子可能处于n4的能级， 而原来氢原子处于 n2 的能级，增加的谱线应为从 n4 跃迁到 n3、2、1 和从 n3
13、 跃迁到 n2、1 共 5 条谱线，则 n2；而 E113.6 eV，E40.85 eV， E50.54 eV，E1412.75 eV，E1513.06 eV，则 12.75 eVE13.06 eV，D 正确；也可能调高能量后处于 n6 的能级，原来处于 n5 的能级，增加的谱线 应为从 n6 跃迁到 n5、4、3、2、1 共 5 条谱线，而 E70.28 eV，E17 13.32 eV，E60.38 eV，E1613.22 eV，则 13.22 eVE13.32 eV，A 正确。 答案 AD 二、非选择题(共 4 个题，共 40 分) 13.(6 分)根据玻尔原子结构理论，氦离子(He )的
14、能级图如图所示。电子处在 n3 轨道上比处在 n5 轨道上离氦核的距离_(选填“近”或“远”)。当 He 处在 n4 的激发态向基态跃迁时辐射光子的能量为_ eV。 解析 量子数越大，轨道越远，电子处在 n3 轨道上比处在 n5 轨道上离氦核 的距离要近； 由 EE4E1知 E3.40 eV(54.4) eV51eV。 答案 近 51 14.(10 分)已知氢原子量子数为 n 的能级值为 En13.6 n2 eV，试计算处于基态的 氢原子吸收频率为多少的光子，电子可以跃迁到 n2 轨道上？ 解析 氢原子基态时的能量 E113.6 12 eV13.6 eV， 氢原子在 n2 能级的能量 E213
15、.6 22 eV3.4 eV。 氢原子由基态跃迁到 n2 能级需要的能量 EE2E13.4(13.6) eV 10.2 eV1.63210 18 J 根据玻尔理论 hE 得 E h 1.63210 18 6.6310 34 Hz2.461015 Hz。 答案 2.461015 Hz 15.(12 分)氢原子的基态能量 E113.6 eV，处于基态时电子绕核运动的半径 r1 0.5310 10m。氢原子各能级的关系为 E nE 1 n2，rnn 2r，已知静电力常量 k 9.0109 kg m2/C2， 电子电荷量 e1.610 19C， 则氢原子处于 n2 的激发态时， (1)原子系统具有的能
16、量是多少？ (2)电子在轨道上运动的动能为多少？ (3)电子具有的电势能为多少？ 解析 (1)由 EnE1 n2可得 E2 13.6 22 eV3.4 eV，即为原子系统的能量。 (2)由 Fke 2 r22 mv 2 r2 得，Ek21 2mv 2ke 2 2r2 ke2 8r1， 代入数据，解得 Ek23.4 eV， 即电子在轨道上的动能为 3.4 eV。 (3)由 EpnEnEkn，得 Ep26.8 eV，即电子具有的电势能为6.8 eV。 答案 (1)3.4 eV (2)3.4 eV (3)6.8 eV 16.(12 分)氢原子处于基态时，原子的能量为 E113.6 eV，当处于 n3
17、 的激发 态时，能量为 E31.51 eV，则：(普朗克常量 h6.6310 34 J s) (1)当氢原子从 n3 的激发态跃迁到 n1 的基态时，向外辐射的光子的波长是多 少？ (2)若要使处于基态的氢原子电离，至少要用多大频率的电磁波照射原子？ (3)若有大量的氢原子处于 n3 的激发态，则在跃迁过程中可能释放出几种频率 的光子？其中波长最长是多少？(E23.4 eV) 解析 (1)根据玻尔理论 E3E1hc hc E3E1 6.6310 343108 （1.5113.6）1.610 19 m 1.0310 7m (2)要使处于基态的氢原子电离，入射光子须满足 h0E1 解得 E1 h （13.6）1.610 19 6.6310 34 Hz3.281015 Hz。 (3)当大量氢原子处于 n3 能级时，可能释放出的光子频率种类为 Nn（n1） 2 3 种 由于 E23.4 eV 氢原子由 n3 能级向 n2 能级跃迁时放出的光子波长最长，设为 ， 则 h c E3E2 所以 hc E3E2 6.6310 343108 （1.513.4）1.610 19 m6.5810 7 m 答案 (1)1.0310 7 m (2)3.281015 Hz (3)3 种 6.58107 m
