1、2019 高三一轮复习：原子结构一、单选题（本大题共 5 小题）1.1.下列事实揭示出原子核具有复杂结构的是A. 粒子散射实验 B. 氢光谱实验C. X 光的发现 D. 天然放射现象【答案】D【解析】A：卢瑟福据 粒子散射实验提出了原子的核式结构模型，故 A 项错误。B：玻尔氢原子理论解释了氢光谱实验， 故 B 项错误。C：X 射线是由原子内层电子受激发跃迁后发出的，故 C 项错误。D：天然放射现象说明原子核具有复杂结构 ，故 D 项正确。2.2.下列说法正确的是（ ）A. 光电效应实验中，光电流的大小与入射光的强弱无关B. 卢瑟福发现了电子，在原子结构研究方面做出了卓越的贡献C. 大量处于
2、n=3 能级的氢原子在自发跃迁时，会发出 3 种不同频率的光D. 由玻尔的原子模型可以推知，氢原子所处的能级越高，其核外电子动能越大【答案】C【解析】A. 光电效应实验中，光电流的大小与入射光的强弱有关，饱和光电流的大小只与入射光的强度成正比，故 A 错误；B、汤姆孙通过对阴极射线的研究发现了电子，卢瑟福提出了原子的核式结构模型，故 B 错误；C、大量处于 n=3 能级的氢原子在自发跃迁时，会发出 种不同频率的光，故 C 正确；D、.由玻尔的原子模型可以推知，氢原子所处的能级越高，量子数越大，离原子核越远，据 可知速度越小，核外电子动能越小，故 D 错误；故选 C。3.3.下列说法正确的是 A
3、. 较小比结合能的原子核不稳定，容易发生裂变B. 放射性元素的半衰期跟原子所处的化学状态无关，但与外部条件有关C. 某种频率的紫外线照射到金属锌板表面时能够发生光电效应，若增大该种紫外线照射的强度，从锌板表面逸出的光电子的最大初动能并不改变D. 根据玻尔的原子理论，氢原子的核外电子由能量较高的定态轨道跃迁到能量较低的定态轨道时，会辐射一定频率的光子，同时核外电子的动能变小【答案】C【解析】A、放射性元素的半衰期跟原子所处的化学状态无关，而与外部条件也无关，故 A 错误；B、紫外线照射到金属锌板表面时能够发生光电效应，则当增大紫外线的照射强度时，从锌板表面逸出的光电子的最大初动能不变，故 B 正
4、确；C、能级跃迁时，由于高能级轨道半径较大，速度较小，电势能较大，故氢原子的核外电子由较高能级跃迁到较低能级时，要释放一定频率的光子，同时电子的动能增大，电势能减小，故 C 错误；D、汤姆孙在阴极射线的发现说明原子具有内部结构，故 D 正确。点睛：光电效应中最大初动能与入射频率有关，掌握氢原子跃迁能量是不连续的，轨道是不连续的，辐射光子后，动能增大，电势能减小，相反吸收光子后，动能减小，电势能增加，知道半衰期由原子核自身性质决定。4.4.许多情况下光是由原子内部电子的运动产生的，因此光谱研究是探索原子结构的一条重要途径。利用氢气放电管可以获得氢原子光谱，根据玻尔理论可以很好地解释氢原子光谱的产
5、生机理。已知氢原子的基态能量为 ，激发态能量为 ，其中 ，3，4， 。1885年，巴耳末对当时已知的在可见光区的四条谱线做了分析，发现这些谱线的波长能够用一个公式表示，这个公式写作 ， ，4，5， 。式中 R 叫做里德伯常量，这个公式称为巴耳末公式。用 h 表示普朗克常量，c 表示真空中的光速，则里德伯常量 R 可以表示为 A. B. C. D. 【答案】C【解析】若 nm,由 跃迁，释放光子，则 ，因为 ，则 ，由，得 ，解得里德伯常量 ，故选 C。【点睛】解决本题的关键知道辐射或吸收的光子能量等于两能级间的能级差，知道光子频率与波长的关系，并能灵活运用，5.5.关于近代物理的相关知识，下列
6、说法正确的是 A. 根据玻尔原子理论，氢原子的核外电子由能量较高的定态轨道跃迁到能量较低的定态轨道时，会辐射一定频率的光子，同时核外电子的动能变小B. 汤姆孙根据气体放电管实验断定阴极射线是带负电的粒子流，并求出了这种粒子的比荷C. 玻尔大胆提出假设，认为实物粒子也具有波动性D. 玻尔将量子观念引入原子领域，成功地解释了所有原子光谱的实验规律【答案】B【解析】能级跃迁时，由于高能级轨道半径较大，速度较小，电势能较大，故氢原子的核外电子由较高能级跃迁到较低能级时，要释放一定频率的光子，同时电子的动能增大，电势能减小，故 A 错误；汤姆孙通过研究求出了阴极射线的比荷，明确阴极射线是电子，故 B 正
7、确；德布罗意大胆提出假设，认为实物粒子也具有波动性，故 C 错误；玻尔原子理论第一次将量子观念引入原子领域，成功地解释了氢原子光谱的实验规律，不能解释所有原子光谱的实验规律，故 D 错误。所以 B 正确，ACD 错误。二、多选题（本大题共 4 小题）6.6.下列说法正确的是 A. 用频率为 的单色光照射极限频率为 的金属，一定能产生光电子B. 用频率为 的单色光照射极限频率为 的金属，所产生的光电子的最大初动能为C. 一个质子和一个中子结合为一个氘核，若质子、中子和氘核的质量分别为 、 和 ，则放出的能量为D. 一个氢原子从 能级跃迁到 能级，该氢原子吸收光子，能量增加【答案】AB【解析】只要
8、入射光的频率大于极限频率，该金属即可发生光电效应，故 A 正确；根据光电效应方程 ，其中 ，当用 的单色光照射时最大初动能为 ，B 正确；一个质子和一个中子结合为一个氘核，反应过程质量亏损为 ，故放出的能量为，故 C 错误；一个氢原子从 n=3 的能级跃迁到 n=2 的能级，该氢原子释放光子，能量减小，故 D 错误；故选 AB.7.7.图示是氢原子的能级示意图，大量处于基态的氢原子吸收了某种单色光的能量后能发出6 种不同频率的光子，分别用它们照射某种金属板时，只有频率分别为 、 、 、的四种光能发生光电效应。则普朗克常量可表示为 A. B. C. D. 【答案】BD【解析】大量处于基态的氢原子
9、吸收了某种单色光的能量后能发出 6 种不同频率的光子，可知氢原子从 n=1 跃迁到了 n=4 能级，根据能级差可知从 n=4 跃迁到 n=1 放出光子的频率最大即v1，有： ，可得： ，故 A 错误；根据能级差可知从 n=3 跃迁到 n=1 放出光子的频率为 v2，有 ，可得： ，故 B 正确；根据能级差可知从 n=2跃迁到 n=1 放出光子的频率为 v3，有： ，可得： ，故 C 错误；根据能级差可知从 n=4 跃迁到 n=2 放出光子的频率为 v4，有： ，可得： ，故D 正确。所以 BD 正确，AC 错误。8.8.如图所示为氢原子能级图下列说法正确的是 A. 氢原子从 到 能级跃迁时辐射
10、的光子频率最大B. 氢原子从 到 能级跃迁时，氢原子吸收 的光子C. 用光子能量为 的光照射一群基态的氢原子，氢原子可以发出 10 种不同波长的光D. 用光子能量为 的光照射一群基态的氢原子，辐射光中光子能量为 的光波波长最长E. 用光子能量为 的光照射基态的氢原子，能使氢原子电离【答案】CDE【解析】【详解】A：氢原子从高能级向低能级跃迁时，两能级间的能级差越大，辐射光子能量越大，频率越大；则从 n=2 到 n=1 能级跃迁辐射光子能量不是最大。故 A 项错误。B：氢原子从 n=5 到 n=1 能级跃迁时，氢原子向外辐射能量。故 B 项错误。C：用光子能量为 的光照射一群基态的氢原子，氢原子
11、吸收光子能量后原子的能量为 ，跃迁到第 5 能级；据 知，氢原子可以发出 10 种不同波长的光。故 C 项正确。D：用光子能量为 的光照射一群基态的氢原子，氢原子吸收光子能量后原子的能量为 ，跃迁到第 5 能级；从 n=5 到 n=4 能级跃迁时，光子能量最小，波长最长，光子能量为 。故 D 项正确。E：因 ，所以用光子能量为 的光照射基态的氢原子，能使氢原子电离。故 E 项正确。【点睛】知道能级间跃迁时辐射或吸收的光子能量必须等于两能级间的能级差；入射光子的能量大于等于原子的电离能时，可使该原子电离。9.9.下列说法正确的是 A. 铀 经过 ， 衰变形成稳定的铅 ，在这一变化过程中，共有 6
12、 个中子转变为质子B. 一个氢原子从 的激发态跃迁到基态时，能辐射 3 个光子C. 结合能越大的原子核，核子结合得越牢固，原子核越稳定D. 某入射光照射到金属锌版表面时发生光电效应，当增大入射光频率时，光电子最大初动能也随之增大【答案】AD【解析】试题分析：根据一次 衰变，质量数减小 4，质子数减小 2，而一次 衰变，质量数不变，质子数增加；当入射光的频率大于极限频率时，才能发生光电效应；一群氢原子从 n=3 的激发态跃迁到基态时跃迁是随机的，能辐射 种光子，而一个则最多是 2 种；平均结合能越大表示原子核中的核子结合得越牢固，并依据光电效应方程 ，即可求解根据一次 衰变，质量数减小 4，质子
13、数减小 2，而一次 衰变，质量数不变，质子数增加，因此铀核（ ）衰变为铅核（ ）的过程中，质量数减少 32，而质子数减少 10，因此要经过 8 次 衰变，导致质子数减少 16，由于质子数只减少 10，所以只有发生 6 次 衰变，因此共有 6 个中子转变为质子，A 正确；一个氢原子从 n=3 的激发态跃迁到基态时跃迁时，最多能辐射 2 种光子，B 错误；平均结合能表示原子核的稳定程度，在原子核中，平均结合能越大表示原子核中的核子结合得越牢固，C 错误；依据光电效应方程Ekm=h-W，当增大入射光频率时，光电子最大初动能也随之增大，D 正确三、填空题（本大题共 1 小题）10.10.如图是氢原子的
14、能级示意图，已知基态氢原子能量为 E1，普朗克常量为 h，则氢原子从 n=2 能级跃迁到 n=1 能级时辐射出的光子的频率为_；若此光子恰好能使某金属发生光电效应，则当氢原子从 n=3 能级跃迁到 n=1 能级时放出的光子照到该金属表面时，逸出的光电子的最大初动能为_【答案】 (1). (2). 【解析】根据玻尔理论，处于 n=2 能级的能量为 E1/4，当氢原子从能级 n=2 跃迁到 n=1 时，放出光子的频率为 E1/4-E1= ， ；根据玻尔理论，处于 n=3 能级的能量为 E1/9，当氢原子从能级 n=3 跃迁到 n=1 时，放出光子的能量为 E1/9-E1=-8E1/9，照射到该金属
15、表面时，逸出的光电子的最大初动能为 Ek=-8E1/9-（-3E1/4）=- 。四、计算题（本大题共 2 小题）11.11.原子核的能量也是量子化的，钍核 的能级图如图所示 能发生 衰变产生钍核，钍核处于 的能级写出 发生 衰变的方程；发生上述衰变时，探测器能接收到射线谱线有几条？求出波长最长光子的能量 E【答案】 3 条 0.0721MeV【解析】【分析】据电荷数守恒和质量数守恒写核反应方程式；任两个能级间对应一种可能产生的光子，求出波长最长、能量最小光子的能量。【详解】 根据电荷数守恒、质量数守恒知， 发生 衰变的方程为根据 知，探测器能接收到射线谱线有 3 条波长最长，对应能级差最小；则
16、波长最长光子的能量【点睛】 衰变所释放的电子是原子核内 所形成的，原子发生一次 衰变，原子序数增加 1。12.12.物体中的原子总是在不停地做热运动，原子热运动越激烈，物体温度越高；反之，温度就越低。所以，只要降低原子运动速度，就能降低物体温度。 “激光致冷”的原理就是利用大量光子阻碍原子运动，使其减速，从而降低了物体温度。使原子减速的物理过程可以简化为如下情况：如图所示，某原子的动量大小为 将一束激光即大量具有相同动量的光子流沿与原子运动的相反方向照射原子，原子每吸收一个动量大小为 的光子后自身不稳定，又立即发射一个动量大小为 的光子，原子通过不断吸收和发射光子而减速。已知 、 均远小于 ，
17、普朗克常量为 h，忽略原子受重力的影响若动量大小为 的原子在吸收一个光子后，又向自身运动方向发射一个光子，求原子发射光子后动量 p 的大小；从长时间来看，该原子不断吸收和发射光子，且向各个方向发射光子的概率相同，原子吸收光子的平均时间间隔为 求动量大小为 的原子在减速到零的过程中，原子与光子发生“吸收 发射 ”这一相互作用所需要的次数 n 和原子受到的平均作用力 f 的大小；根据量子理论，原子只能在吸收或发射特定频率的光子时，发生能级跃迁并同时伴随动量的变化。此外，运动的原子在吸收光子过程中会受到类似机械波的多普勒效应的影响，即光源与观察者相对靠近时，观察者接收到的光频率会增大，而相对远离时则
18、减小，这一频率的“偏移量” 会随着两者相对速度的变化而变化。为使该原子能够吸收相向运动的激光光子，请定性判断激光光子的频率和原子发生跃迁时的能量变化 与 h 的比值之间应有怎样的大小关系；若某种气态物质中含有大量做热运动的原子，为使该物质能够持续降温，可同时使用 6个频率可调的激光光源，从相互垂直的 3 个维度、6 个方向上向该种物质照射激光。请你运用所知所学，简要论述这样做的合理性与可行性。【答案】 （1） （2） ； （3）【解析】解：（1）原子吸收和放出一个光子，由动量守恒定律有： 原子放出光子后的动量为： （2）由于原子向各个方向均匀地发射光子，所以放出的所有光子总动量为零。设原子经
19、n次相互作用后速度变为零： 所以： 由动量定理：fnt 0=p0 可得：（3）a静止的原子吸收光子发生跃迁，跃迁频率应为 ，考虑多普勒效应，由于光子与原子相向运动，原子接收到的光子频率会增大。所以为使原子能够发生跃迁，照射原子的激光光子频率 b对于大量沿任意方向运动的原子，速度矢量均可在同一个三维坐标系中完全分解到相互垂直的 3 个纬度上； 考虑多普勒效应，选用频率 的激光，原子只能吸收反向运动的光子使动量减小。通过适当调整激光频率，可保证减速的原子能够不断吸收、发射光子而持续减小动量； 大量原子的热运动速率具有一定的分布规律，总有部分原子的速率能够符合光子吸收条件而被减速。被减速的原子通过与其他原子的频繁碰撞，能够使大量原子的平均动能减小，温度降低；所以，从彼此垂直、两两相对的 6 个方向照射激光，能使该物质持续降温，这样做是可行的，合理的。
