2017高中物理 第十八章 原子结构（课件+试题）（打包10套）新人教版选修3-.zip

1电子的发现题组一 阴极射线1.下面对阴极射线的认识正确的是( )A.阴极射线是由阴极发出的粒子撞击玻璃管壁上的荧光而产生的B.只要阴阳两极间加有电压,就会有阴极射线产生C.阴极射线可以穿透薄铝片,这说明它是电磁波D.阴阳两极间加有高压时,电场很强,阴极中的电子受到很强的库仑力作用而脱离阴极解析:阴极射线是由阴极直接发出的,A 错误;只有当两极间加有高压且阴极接电源负极时,阴极中的电子才会受到足够大的库仑力作用而脱离阴极成为阴极射线,B 错误,D 正确;可以穿透薄铝片的,可能是电磁波,也可能是更小的粒子,C 错误。答案:D2.(多选)关于阴极射线的性质,判断正确的是( )A.阴极射线带负电B.阴极射线带正电C.阴极射线的比荷比氢离子的比荷大D.阴极射线的比荷比氢离子的比荷小解析:汤姆孙通过实验证实,阴极射线是带负电的粒子流;阴极射线所带的电荷量与氢离子相同,但质量比氢离子小得多,所以它的比荷比氢离子的比荷大。答案:AC3.如果阴极射线像 X 射线一样,则下列说法正确的是( )A.阴极射线管内的高电压能够对其加速而增加能量B.阴极射线通过偏转电场不会发生偏转C.阴极射线通过偏转电场能够改变方向D.阴极射线通过磁场时方向可能发生改变解析:X 射线是电磁波,不带电,通过电场、磁场时不受力的作用,不会发生偏转、加速,选项 B 正确。答案:B4.阴极射线是从阴极射线管的阴极发出的高速运动的粒子流。若在如图所示的阴极射线管中部加上竖直向上的匀强电场,阴极射线将向 (选填“外”“里”“上”或“下”)偏转;若使阴极射线不偏转,可在匀强电场区域再加一大小合适、方向垂直纸面向 (选填“外”或“里”)的匀强磁场。 解析:阴极射线带负电,在竖直向上的匀强电场中受向下的静电力作用,将向下偏转;要使阴极射线不偏转,应使其再受一竖直向上的洛伦兹力与库仑力平衡,由左手定则可判断磁场方向垂直纸面向外。2答案:下 外题组二 电子的发现5.(多选)关于电荷量,下列说法中正确的是( )A.物体所带电荷量可以是任意值B.物体所带电荷量只能是某些值C.物体所带电荷量的最小值为 1.6×10-19 CD.一个物体带 1.6×10-9 C 的正电荷,这是它失去了 1.0×1010 个电子的缘故解析:电荷量是量子化的,即物体带的电荷量只能是某一最小电荷量的整数倍,这一最小电荷量是1.6×10-19 C,A 错误,B、C 正确;物体带正电,是由于它失去了带负电的电子,D 正确。答案:BCD6.关于密立根“油滴实验”,下列说法正确的是( )A.密立根利用电场力和重力平衡的方法,测得了带电体带的最小电荷量B.密立根利用电场力和重力平衡的方法,推测出了带电体带的最小电荷量C.密立根利用磁偏转的知识推测出了电子的电荷量D.密立根“油滴实验”直接验证了电子的质量不足氢离子质量的千分之一解析:密立根“油滴实验”是利用喷雾的方法,在已知小液滴质量的前提下利用电场力和小液滴的重力平衡,推算出每个小液滴带的电荷量都是元电荷的整数倍,带电体带的电荷量不是连续的,而是量子化的,并且电子带的电荷量也为元电荷,带负电。故正确选项为 B。答案:B7.汤姆生 1897 年用阴极射线管测量了电子的比荷(电子电荷量与质量之比),其实验原理如图所示。电子流平行于极板射入,极板 P、 P'间同时存在匀强电场 E 和垂直纸面向里的匀强磁场 B 时,电子流不会发生偏转;极板间只存在垂直纸面向里的匀强磁场 B 时,电子流穿出平行板电容器时的偏向角θ= rad。已知极板长 L=3.0×10-2 m,电场强度大小为 E=1.5×104 V/m,磁感应强度大小为 B=5.0×10-4 T。求电子比荷。解析:无偏转时,洛伦兹力和电场力平衡,则 eE=evB只存在磁场时,有 evB=m,由几何关系 r=,偏转角很小时, r≈联立上述公式并代入数据得电子的比荷≈1 .3×1011 C/kg。答案:1 .3×1011 C/kg8.1897 年,物理学家汤姆孙正式测定了电子的比荷,打破了原子是不可再分的最小单位的观点。因此,汤姆孙的实验是物理学发展史上最著名的经典实验之一。在实验中,汤姆孙采用了如图所示的阴极射线管,从电子枪 C 出来的电子经过 A、 B 间的电场加速后,水平射入长度为 L 的 D、 E 平行3板间,接着在荧光屏 F 中心出现荧光斑。若在 D、 E 间加上方向向下、电场强度为 E 的匀强电场,电子将向上偏转;如果再利用通电线圈在 D、 E 电场区加上一垂直纸面的磁感应强度为 B 的匀强磁场(图中未画),荧光斑恰好回到荧光屏中心,接着再去掉电场,电子向下偏转,偏转角为 α ,试根据L、 E、 B 和 α ,求出电子的比荷。解析:当加上一匀强磁场电子不发生偏转时,则满足 eE=Bev。去掉电场,只在磁场作用下电子向下偏转,偏转角为 α ,则有evB=。如图所示,由几何关系得 L=Rsin α 。解得答案:9.1910 年美国物理学家密立根做了测定电子电荷量的著名实验——“油滴实验”,如图所示。质量为 m 的带负电的油滴,静止于水平放置的带电平行金属板间,设油滴的密度为 ρ ,空气密度为 ρ' ,试求:两板间电场强度最大值的表达式。解析:设油滴的体积为 V,所带电荷量为电子电荷量的整数倍,设为 ne。对油滴受力分析如图所示,由平衡条件得 G=mg=F 电 +F 浮 ,F 电 =Ene,F 浮 =ρ'gV ,m=ρV ,由以上各式得 E=,当 n=1 时,电场强度 E 最大,Emax=。答案:(建议用时:30 分钟)1.(多选)下列说法正确的是( )4A.电子是原子核的组成部分B.电子电荷的精确测定最早是由密立根通过著名的“油滴实验”实现的C.电子电荷量的数值约为 1.602×10-19 CD.电子质量与电荷量的比值称为电子的比荷解析:电子是原子的组成部分,电子的发现说明原子是可以再分的。电子的电荷量与质量的比值称为电子的比荷,也叫荷质比。答案:BC2.如图是阴极射线管示意图。接通电源后,阴极射线由阴极沿 x 轴方向射出,在荧光屏上会看到一条亮线。要使荧光屏上的亮线向下( z 轴负方向)偏转,在下列措施中可采用的是( )A.加一磁场,磁场方向沿 z 轴负方向B.加一磁场,磁场方向沿 y 轴正方向C.加一电场,电场方向沿 z 轴负方向D.加一电场,电场方向沿 y 轴正方向解析:若加磁场,由左手定则可知,所加磁场方向沿 y 轴正方向,B 正确;若加电场,因电子向下偏转,则电场方向沿 z 轴正方向。答案:B3.(多选)关于电子的发现,下列叙述中正确的是( )A.电子的发现,说明原子是由电子和原子核组成的B.电子的发现,说明原子具有一定的结构C.电子是第一种被人类发现的微观粒子D.电子的发现,比较好地解释了物体的带电现象解析:发现电子之前,人们认为原子是不可再分的最小粒子,电子的发现,说明原子有一定的结构,B正确;电子是人类发现的第一种微观粒子,C 正确;物体带电的过程,就是电子的得失和转移的过程,D正确。答案:BCD4.(多选)下列是某实验小组测得的一组电荷量,哪些是符合事实的( )A.+3×10-19C B.+4.8×10-19CC.-3.2×10-26C D.-4.8×10-19C解析:电荷是量子化的,任何带电体所带电荷量只能是元电荷的整数倍。1 .6×10-19C 是目前为止自然界中最小的电荷量,故 B、D 正确。答案:BD5.(多选)1897 年英国物理学家汤姆孙发现了电子,因此被称为“电子之父”,下列关于电子的说法正确的是( )A.汤姆孙通过阴极射线在电场和磁场中的运动得出了阴极射线是带负电的粒子的结论,并求出了阴极射线的比荷5B.汤姆孙通过光电效应的研究,发现了电子C.电子的质量是质子质量的 1 836 倍D.汤姆孙通过对不同材料作阴极发出的射线进行研究,并研究光电效应等现象,说明了电子是原子的组成部分,是比原子更基本的物质单元解析:汤姆孙对不同材料的阴极发出的射线进行研究,发现均为同一种相同的粒子——电子,电子是构成物质的基本单元,它的质量远小于质子的质量。答案:AD6.(多选)关于阴极射线,下列说法正确的是( )A.阴极射线就是稀薄气体导电的辉光放电现象B.阴极射线是在真空管内由阴极发出的电子流C.阴极射线是组成物体的原子D.阴极射线沿直线传播,但在电场、磁场中偏转解析:阴极射线是原子受激发射出的电子;碰到荧光物质时,能使荧光物质发光,阴极射线(即电子流)在电场和磁场中会发生偏转。答案:BD7.(多选)如图所示的阴极射线管,无偏转电场时,电子束加速后打到荧屏中央形成亮斑。如果只逐渐增大 M1、 M2 之间的电势差,则( )A.在荧屏上的亮斑向上移动B.在荧屏上的亮斑向下移动C.偏转电场对电子做的功增大D.偏转电场的电场强度减小解析:设电子由加速电场加速后的速度为 v,电子在加速电场中运动过程,由动能定理得, eU1=mv2,解得 v=,偏转电场的电场强度 E=,电子进入偏转电场后做匀变速曲线运动,沿极板方向做匀速直线运动,沿电场线方向做初速度为零的匀加速直线运动, a=,L=vt,vy=at,y=at2,电子刚离开偏转电场时偏转角的正切为 tan α= ,电场对电子做的功 W=eEy,电子离开偏转电场时的偏转角 α 随偏转电压的增大而增大,如果只逐渐增大 M1M2之间的电势差 U2,偏转电场的电场强度增大,在荧屏上的亮斑向上移动,电场力做的功增大,故 A、C 两项正确。答案:AC8.如图甲从阴极发射出来的电子束,在阴极和阳极间的高电压作用下,轰击到长条形的荧光屏上激发出荧光,可以显示出电子束运动的径迹。若把射线管放在如图乙蹄形磁铁的两极间,阴极接高压电源负极,阳极接高压电源正极,关于荧光屏上显示的电子束运动的径迹,下列说法正确的是( )6A.电子束向上弯曲B.电子束沿直线前进C.电子束向下弯曲D.电子的运动方向与磁场方向无关解析:因为左边是阴极,右边是阳极,所以电子在阴极管中的运动方向是左到右,产生的电流方向是右到左(注意是电子带负电),根据左手定则,四指指向左,手掌对向 N 极(就是这个角度看过去指向纸面向里),此时大拇指指向下面,所以电子在洛伦兹力作用下轨迹向下偏转,故 A、B 错误,C 正确;根据左手定则可知,磁场的方向会影响洛伦兹力的方向,从而会影响运动方向,故 D 错误。答案:C9.电子所带的电荷量的精确数值最早是由美国物理学家密立根通过油滴实验测得的。他测定了数千个带电油滴的电荷量,发现这些电荷量都等于某个最小电荷量的整数倍。这个最小电荷量就是电子所带的电荷量。密立根实验的原理如图所示, A、 B 是两块平行放置的水平金属板, A 板带正电, B板带负电。从喷雾器喷嘴中喷出的小油滴落到 A、 B 两板之间的电场中,小油滴由于摩擦而带负电,调节 A、 B 两板间的电压,可使小油滴受到的电场力和重力平衡。已知小油滴静止处的电场强度是1.92×105 N/C,油滴半径是 1.64×10-4 cm,油的密度是 0.851 g/cm3,求油滴所带的电荷量,这个电荷量是电子电荷量的多少倍?密立根油滴实验解析:小油滴质量 m=ρV=ρ ·π r3, ①由题意知 mg=Eq。 ②由①②两式可得 q=,代入数据得 q≈8 .19×10-19 C,小油滴所带电荷量 q 为电子电荷量 e 的倍数 n=≈5。答案:5 倍10.带电粒子的比荷是一个重要的物理量。某中学物理兴趣小组设计了一个实验,探究电场和磁场对电子运动轨迹的影响,以求得电子的比荷,实验装置如图所示。(1)他们的主要实验步骤如下:7A.首先在两极板 M1、 M2之间不加任何电场、磁场,开启阴极射线管电源,发射的电子束从两极板中央通过,在荧屏的正中心处观察到一个亮点;B.在 M1M2两极板间加合适的电场:加极性如图所示的电压,并逐步调节增大,使荧屏上的亮点逐渐向荧屏下方偏移,直到荧屏上恰好看不见亮点为止,记下此时外加电压为 U。请问本步骤的目的是什么?C.保持步骤 B 中的电压 U 不变,对 M1M2区域加一个大小、方向合适的磁场 B,使荧屏正中心处重现亮点,试问外加磁场的方向如何?(2)根据上述实验步骤,同学们正确地推算出电子的比荷与外加电场、磁场及其他相关量的关系为。一位同学说,这表明电子的比荷大小将由外加电压决定,外加电压越大则电子的比荷越大,你认为他的说法正确吗?为什么?解析:(1)B.使电子刚好落在正极板的近荧屏端边缘,利用已知量表示。C.垂直电场方向向外(垂直纸面向外)。(2)说法不正确,电子的比荷是电子的固有参数。答案:见解析1原子的核式结构模型题组一 α 粒子散射实验1.在 α 粒子的散射实验中,使少数 α 粒子发生大角度偏转的作用力是原子核对 α 粒子的( )A.万有引力 B.库仑力C.磁场力 D.核力解析:在 α 粒子散射实验中,粒子间的主要作用力是库仑力。答案:B2.卢瑟福提出原子的核式结构模型的依据是用 α 粒子轰击金箔时,发现 α 粒子( )A.全部穿过或发生很小偏转B.绝大多数穿过,只有少数发生较大偏转,有的甚至被弹回C.绝大多数发生很大偏转,甚至被弹回,只有少数穿过D.全部发生很大偏转解析:卢瑟福的 α 粒子散射实验结果是绝大多数 α 粒子穿过金箔后仍沿原来的方向前进,只有少数发生了较大偏转,并且有极少数 α 粒子偏转角超过了 90°,有的甚至被弹回,偏转角几乎达到180°,故 B 正确。答案:B3.(多选)在 α 粒子散射实验中,如果两个具有相同能量的 α 粒子,从不同大小的角度散射出来,则散射角度大的这个 α 粒子( )A.更接近原子核B.更远离原子核C.受到一个以上的原子核作用D.受到原子核较大的冲量作用解析:由库仑定律可知,α 粒子受的斥力与距离的二次方成反比,α 粒子距原子核越近,受斥力越大,运动状态改变得越大,即散射角度越大,A 对,B 错;由于原子的体积远远大于原子核的体积,当 α 粒子穿越某一个原子的空间时,其他原子核距 α 粒子相对较远,而且其他原子核对 α 粒子的作用力也可以近似相互抵消,所以散射角度大的这个 α 粒子并非是由于受到多个原子核作用造成的,C 错;当 α 粒子受到原子核较大的冲量作用时,动量的变化量就大,即速度的变化量就大,则散射角度大,D 对。正确选项为 A、D。答案:AD24.如图所示, M、 N 为原子核外的两个等势面,已知 UNM=100 V。一个 α 粒子以 2.5×105 m/s 的速度从等势面 M 上的 A 点运动到等势面 N 上的 B 点,求 α 粒子在 B 点时速度的大小。(已知mα =6.64×10-27 kg)答案:α 粒子在由 A 到 B 的过程中,满足 -2eUNM=mα v2-mα ,由此得 v=≈2 .3×105 m/s。题组二 卢瑟福核式结构模型5.卢瑟福 α 粒子散射实验的结果( )A.证实了质子的存在B.证实了原子核是由质子和中子组成的C.证实了原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在一个很小的核里D.说明了原子中的电子只能在某些轨道上运动解析:α 粒子散射实验发现了原子内存在一个集中了全部正电荷和几乎全部质量的核。数年后卢瑟福发现核内有质子并预测核内存在中子,D 选项属于玻尔理论的轨道量子化问题。答案:C6.(多选)下列对原子结构的认识中,正确的是( )A.原子中绝大部分是空的,原子核很小B.电子在核外运动,库仑力提供向心力C.原子的全部正电荷都集中在原子核里D.原子核的直径大约是 10-10 m解析:原子由位于原子中心带正电的原子核和核外带负电的电子构成,电子在核外绕核高速运动,库仑力提供向心力,由此可判定 B、C 项正确;根据 α 粒子散射实验可知原子核直径的数量级为 10-15 m,而原子直径的数量级为 10 -10 m,故 A 项对,D 项错。答案:ABC7.卢瑟福利用 α 粒子轰击金箔的实验研究原子结构,正确反映实验结果的示意图是( )解析:α 粒子散射实验的实验现象:(1)绝大多数的 α 粒子穿过金箔后仍沿原来的方向前进;(2)少数 α 粒子发生了较大的偏转;(3)极少数 α 粒子的偏转角 θ 超过 90°,甚至有个别 α 粒子被反弹回来。据此可知本题只有选项 D 正确。答案:D8.下列能揭示原子具有核式结构的实验是( )A.光电效应实验 B.伦琴射线的发现C.α 粒子散射实验3D.氢原子光谱的发现解析:其中光电效应实验说明光具有粒子性,A 选项错误;X 射线(伦琴射线)的发现是 19 世纪末 20世纪初物理学的三大发现(X 射线 1896 年、放射线 1896 年、电子 1897 年)之一,这一发现标志着现代物理学的产生,B 选项错误;氢原子光谱的发现(下节学)解释了原子的稳定性以及原子光谱的分立特征,D 选项错误。答案:C(建议用时:30 分钟)1.卢瑟福通过对 α 粒子散射实验结果的分析,提出 ( )A.原子的核式结构模型B.原子核内有中子存在C.电子是原子的组成部分D.原子核是由质子和中子组成的解析:α 粒子散射实验的结果是大部分 α 粒子沿原来方向运动,少部分发生大角度偏转,极少数偏转超过 90°甚至达到 180°,说明原子的几乎全部质量与全部正电荷都集中在很小的核上,据此卢瑟福提出了原子的核式结构模型。答案:A2.在 α 粒子穿过金箔发生大角度偏转的过程中,下列说法正确的是( )A.α 粒子先受到原子核的斥力作用,后受到原子核的引力作用B.α 粒子一直受到原子核的斥力作用C.α 粒子先受到原子核的引力作用,后受到原子核的斥力作用D.α 粒子一直受到库仑斥力,速度一直减小解析:α 粒子被金原子核散射的过程一直受到原子核对 α 粒子的库仑斥力作用,靠近过程库仑斥力做负功,电子动能减少,电势能增加;远离过程库仑斥力做正功,电子动能增加,电势能减少。所以散射过程中电子一直受到库仑斥力作用,电子的速度先减小后增大,即正确选项为 B。答案:B3.在卢瑟福 α 粒子散射实验中,金箔中的原子核可以看作静止不动,下列各图画出的是其中两个α 粒子经历金箔散射过程的径迹,其中正确的是( )解析:α 粒子运动时受到原子核的排斥力作用,离原子核距离远的 α 粒子受到的排斥力小,运动方向改变的角度也小,离原子核距离近的 α 粒子受到的排斥力大,运动方向改变的角度就大,C 项正确。答案:C44.根据 α 粒子散射实验,卢瑟福提出了原子的核式结构模型,图中虚线表示原子核所形成的电场的等势面,实线表示一个 α 粒子的运动轨迹。在 α 粒子从 A 运动到 B、再运动到 C 的过程中,下列说法中正确的是( )A.动能先增大,后减小B.电势能先减小,后增大C.电场力先做负功,后做正功,总功等于零D.加速度先变小,后变大解析:α 粒子从 A 点经 B 点到达等势点 C 的过程中电场力先做负功,后做正功,α 粒子的电势能先增加,后减少,回到同一等势线上时,电场力做的总功为零,故 C 项正确。答案:C5.(多选)关于 α 粒子散射实验的下列说法中正确的是( )A.在实验中观察到的现象是绝大多数 α 粒子穿过金箔后,仍沿原来方向前进,少数发生了较大偏转,极少数偏转超过 90°,有的甚至被弹回,接近 180°B.使 α 粒子发生明显偏转的力是来自带负电的核外电子;当 α 粒子接近电子时,是电子的吸引力使之发生明显偏转C.实验表明原子中心有一个极小的核,它占有原子体积的极小部分D.实验表明原子中心的核带有原子的全部正电荷及全部质量解析:A 项是对该实验现象的正确描述,正确;B 项中,使 α 粒子偏转的力是原子核对它的静电排斥力,而不是电子对它的吸引力,故 B 错;C 项是对实验结论之一的正确表述;原子核集中了全部正电荷和几乎全部质量,因核外还有电子,故 D 错。故正确选项为 A、C。答案:AC6.(多选)在 α 粒子散射实验中,当在 α 粒子最接近原子核时,关于描述 α 粒子的有关物理量符合下列哪些情况( )A.动能最小B.势能最小C.α 粒子与金原子核组成的系统能量最小D.α 粒子所受金原子核的斥力最大解析:α 粒子和金原子核都带正电,库仑力表现为斥力,两者距离减小,库仑力做负功,故 α 粒子动能减少,电势能增加;系统的能量守恒,由库仑定律可知,随着距离的减小,库仑斥力逐渐增大。答案:AD7.关于 α 粒子散射实验,下列说法错误的是( )A.该实验在真空环境中进行B.带有荧光屏的显微镜可以在水平面内的不同方向上移动C.荧光屏上的闪光是散射的 α 粒子打在荧光屏上形成的D.荧光屏只有正对 α 粒子源发出的射线方向上才有闪光解析:考虑到有少数的 α 粒子因为靠近金原子核,受到斥力而改变了运动方向,故 D 错,A、B、C 都正确。答案:D58.α 粒子散射实验中,可忽略电子对 α 粒子的碰撞影响,是因为( )A.α 粒子与电子根本无相互作用B.α 粒子受电子作用的合力为零,是因为电子是均匀分布的C.α 粒子和电子碰撞损失能量极少,可忽略不计D.电子很小,α 粒子碰撞不到电子解析:α 粒子与电子之间存在着相互作用力,这个作用力是库仑引力,但由于电子质量很小,只有 α粒子质量的约七千分之一,碰撞时对 α 粒子的运动影响极小几乎不改变运动方向,就像一颗子弹撞上一颗尘埃一样,故正确答案为 C。答案:C9.假定质子和中子的质量都是 1.67×10-27 kg,而原子核半径大约是 10-15 m,请你估算若将剥离了电子的原子核一个挨一个地叠放在一起,求这种材料的密度。解析: ρ= kg/m3≈4×10 17 kg/m3。 答案:4×10 17 kg/m310.已知电子质量为 9.1×10-31 kg,带的电荷量为 -1.6×10-19 C,当氢原子核外电子绕核旋转时的轨道半径为 0.53×10-10 m 时,求电子绕核运动的速率、频率、动能和等效的电流。解析:电子绕原子核做匀速圆周运动,电子与核之间的库仑力充当电子绕核旋转的向心力。由向心力公式可求出速率,继而再求出频率、动能、周期、等效电流。根据库仑力提供电子绕核旋转的向心力,可知 k=mv=e=1.6×10-19× m/s≈2 .186×106 m/s,而 v=2π fr0即 f= Hz≈6 .57×1015 HzEk=mv2== J≈2 .17×10-18 J设电子运动周期为 T,则T= s≈1 .5×10-16 s电子绕核的等效电流I= A≈1 .07×10-3 A。答案:2 .186×106 m/s 6.57×1015 Hz 2.17×10-18 J 1.07×10-3 A1氢原子光谱题组一 光谱与光谱分析1.关于线状谱,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:每种原子都有自己的独特结构,其特征谱线由自己的内部结构决定,不会因温度、物质不同而改变,C 正确。答案:C2.(多选)关于光谱,下面说法正确的是( )A.太阳光谱是连续光谱B.稀薄的氢气发光产生的光谱是线状谱C.煤气灯上燃烧的钠盐汽化后的钠蒸气产生的光谱是线状谱D.白光通过钠蒸气产生的光谱是线状谱解析:太阳光谱是太阳光产生的白光,通过太阳周围温度较低的大气时,某些波长的光被太阳大气层中的某些元素吸收从而产生的吸收光谱,所以 A 错误;稀薄的氢气发光是原子光谱,又叫线状谱,所以 B 正确;钠蒸气产生的光谱是线状谱,C 正确;白光通过钠蒸气产生的光谱是吸收光谱,所以 D 错误。答案:BC3.白光通过棱镜后在屏上会形成按红、橙、黄、绿、蓝、靓、紫排列的连续光谱,下列说法不正确的是 ( )A.棱镜使光增加了颜色B.白光是由各种颜色的光组成的C.棱镜对各种色光的折射率不同D.看到白光是因为发光物体发出了在可见光区的各种频率的光解析:白光通过棱镜使各种色光落在屏上的不同位置,说明棱镜对各种色光的折射率不同,形成的连续光谱按波长(或频率)排列,即白光是包括各种频率的光,光的颜色由波长(或频率)决定,并非棱镜增加了颜色,即 B、C、D 正确。答案:A4.利用光谱分析的方法能够鉴别物质和确定物质的组成成分。关于光谱分析,下列说法正确的是( )A.利用高温物体的连续谱就可鉴别其组成成分B.利用物质的线状谱就可鉴别其组成成分C.高温物体发出的光通过某物质后,光谱上的暗线反映了高温物体的组成成分D.同一种物质的线状谱的亮线与吸收光谱上的暗线由于光谱的不同,它们没有关系2解析:由于高温物体的光谱包括了各种频率的光,与其组成成分无关,故 A 错误;某种物质发光的线状谱中的明线与某种原子发出的某频率的光有关,通过这些亮线与原子的特征谱线对照,即可确定物质的组成成分,B 正确;高温物体发出的光通过某物质后某些频率的光被吸收而形成暗线,这些暗线与所经物质有关,C 错误;某种物质发出某种频率的光,当光通过这种物质时它也会吸收这种频率的光,因此线状谱中的亮线与吸收光谱中的暗线相对应,D 错误。答案:B题组二 氢原子光谱5.(多选)下列说法正确的是( )A.所有氢原子光谱的波长都可由巴耳末公式求出B.据巴耳末公式可知,只要 n 取不同的值,氢原子光谱的谱线可以有无数条C.巴耳末系是氢原子光谱中的可见光部分D.氢原子光谱是线状谱的一个例证解析:氢原子的谱系有好几个,巴耳末系仅是可见光区中的一个,仅四条谱线,故 A、B 错误,C 正确;氢原子光谱是线状光谱,故 D 正确。答案:CD6.(多选)下列关于巴耳末公式 =R()的理解,正确的是( )A.此公式是巴耳末发现的B.公式很好地符合了氢原子的所有线系C.公式中 n 只能取不小于 3 的整数值,故氢光谱是分立的D.公式不仅适用于氢光谱的分析,也适用于其他原子的光谱分析解析:巴耳末公式只适用于氢原子光谱的分析,且 n 只能取大于等于 3 的整数,即 λ 不能取连续值,故氢原子光谱是分立的。答案:AC7.(多选)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级是分立的D.氢原子光谱线的频率与氢原子能级的能量差无关解析:氢原子由高能级向低能级跃迁时,会发出某些特定频率的光,形成相应频率的光谱线,是非连续谱,A 项错误,B 项正确;氢原子光谱的不连续性,说明氢原子能级也是不连续的,即是分立的,C 项正确;光谱线的频率 ν= ,其中 Δ E 为原子能级的能量差,说明氢原子光谱线的频率与氢原子能级的能量差有关,D 项错误。答案:BC8.计算巴耳末系中波长最长的光子的能量是多少?解析:根据巴耳末公式 =R()可知,当 n=3 时 λ 最大,将 n=3 代入得 λ= 6.563×10-7 m据公式 c=λν 及光子能量 ε=hν 可知,ε=hν=h= 6.63×10-34× J=3.0×10-19 J。答案:3 .0×10-19 J3(建议用时:30 分钟)1.太阳光谱中有许多暗线,它们对应着某些元素的特征谱线,产生这些暗线是由于( )A.太阳表面大气层中缺少相应的元素B.太阳内部缺少相应元素C.太阳表面大气层中存在着相应的元素D.太阳内部存在着相应的元素解析:太阳光谱是吸收光谱,物体发出的白光,通过温度较低的物质时,某些波长的光被该物质吸收后形成的光谱。答案:C2.关于光谱,下列说法正确的是( )A.一切光源发出的光谱都是连续谱B.一切光源发出的光谱都是线状谱C.稀薄气体发出的光谱是线状谱D.做光谱分析时,利用连续谱和线状谱都可以鉴别物质和确定物质的化学成分解析:物体发光的发射光谱分为连续谱和线状谱,A、B 错;做光谱分析可使用吸收光谱也可以使用线状谱,D 错。答案:C3.如图甲所示的 a、 b、 c、 d 为四种元素的特征谱线,图乙是某矿物的线状谱,通过光谱分析可以确定该矿物中缺少的元素为( )A.a 元素 B.b 元素C.c 元素 D.d 元素解析:由矿物的线状谱与几种元素的特征谱线进行对照, b 元素的谱线在该线状谱中不存在,故 B 正确。与几个元素的特征谱线不对应的线说明该矿物中还有其他元素。答案:B4.下列物质产生线状谱的是( )A.炽热的钢水B.发亮的白炽灯C.炽热的高压气体D.固体或液体汽化成稀薄气体后发光解析:炽热的固体、液体和高压气体产生的光谱是连续光谱。答案:D5.(多选)对原子光谱,下列说法正确的是( )4A.原子光谱是不连续的B.由于原子都是由原子核和电子组成的,所以各种原子的原子光谱是相同的C.各种原子的原子结构不同,所以各种原子的原子光谱也不相同D.分析物质发光的光谱,可以鉴别物质中含哪些元素解析:原子光谱为线状谱,A 对;各种原子都有自己的特征谱线,故 B 错,C 对;根据各种原子的特征谱线进行光谱分析可鉴别物质组成,D 对。答案:ACD6.氢原子光谱巴耳末系最小波长与最大波长之比为 ( )A. B. C. D.解析:由巴耳末公式 =R,n=3,4,5,…。当 n=∞ 时,最小波长 =R,当 n=3 时,最大波长 =R,得。答案:A7.(多选)巴耳末通过对氢光谱的研究总结出巴耳末公式 =R,n=3,4,5,…,对此,下列说法正确的是( )A.巴耳末依据核式结构理论总结出巴耳末公式B.巴耳末公式反映了氢原子发光的连续性C.巴耳末依据氢光谱的分析总结出巴耳末公式D.巴耳末公式准确反映了氢原子发光的实际,其波长的分立值并不是人为规定的解析:巴耳末公式是根据在可见光区氢原子的 14 条谱线总结出的规律,氢原子光谱是线状的,不连续的,波长只能是分立的值。谱线之间有一定的关系,可用一个统一的公式(也称广义巴耳末公式)表达:每一个谱线的波数都可以表达为两个光谱项之差。故选项 C、D 正确。答案:CD8.关于光谱和光谱分析,下列说法不正确的是( )A.太阳光谱是连续谱,分析太阳光谱可以知道太阳内部的化学元素的组成B.强白光通过酒精灯火焰上的钠盐,产生的是吸收光谱C.进行光谱分析时,可以利用线状谱,也可以利用吸收光谱,但不能用连续光谱D.煤气灯火焰上的钠盐产生的光谱是线状谱解析:太阳光谱是吸收光谱,这是由于太阳内部发出的强光经过温度比较低的太阳大气层时产生的,A 错误;由吸收光谱产生的条件知 B 正确;光谱分析中只能用线状谱和吸收光谱,所以 C 正确;煤气灯火焰上的钠盐呈稀薄气体状,所以产生的光谱是线状谱。答案:A9.氢原子光谱在巴耳末系中波长最长的谱线的波长为 λ 1,其次为 λ 2。( R=1.10×107 m-1,h=6.63×10-34 J·s)求:(1)的比值等于多少?(2)其中最长波长的光子能量是多少?解析:(1)由巴耳末公式可得=R,5=R,所以。(2)当 n=3 时,对应的波长最长,代入巴耳末公式有=1.10×107 m-1×,解得 λ 1≈6 .5×10-7m。光子能量为 ε 1=hν=h= J=3.06×10-19 J。答案:(1) (2)3.06×10-19 J10.氢原子光谱除了巴耳末系外,还有莱曼系、帕邢系等,其中帕邢系的公式为 =R(),n=4,5,6,…,R=1.10×107 m-1。若已知帕邢系的氢原子光谱在红外线区域,试求:(1)n=6 时,对应的波长。(2)帕邢系形成的谱线在真空中的波速为多少? n=6 时,传播频率为多大?解析:(1)根据帕邢系公式 =R(),当 n=6 时,代入数据得 λ ≈1 .09×10-6 m。(2)帕邢系形成的谱线在红外线区域,而红外线属于电磁波,在真空中以光速传播,故波速为光速, c=3×108 m/s,由 c=λν 得 ν= Hz≈2 .75×1014 Hz。答案:(1)1 .09×10-6 m (2)3×108 m/s 2.75×1014 Hz1玻尔的原子模型题组一 玻尔的原子理论1.(多选)根据玻尔理论,氢原子中量子数 n 越大( )A.电子的轨道半径越大B.核外电子的速率越大C.氢原子能级的能量越大D.核外电子的电势能越大解析:根据玻尔理论,氢原子中量子数 n 越大,电子的轨道半径就越大,选项 A 正确;核外电子绕核做匀速圆周运动,库仑力提供向心力, k=m,则半径越大,速率越小,选项 B 错误;量子数 n 越大,氢原子所处的能级能量就越大,选项 C 正确;电子远离原子核的过程中,库仑力做负功,电势能增大,选项 D正确。答案:ACD2.(多选)关于玻尔的原子模型,下列说法中正确的是( )A.它彻底否定了卢瑟福的核式结构学说B.它发展了卢瑟福的核式结构学说C.它完全抛弃了经典的电磁理论D.它引入了普朗克的量子理论解析:玻尔的原子模型在核式结构模型的前提下提出轨道量子化、能量量子化及能级跃迁,故 A 错误,B 正确;它的成功就在于引入了量子化理论,缺点是被过多地引入经典力学所困,故 C 错误,D 正确。答案:BD3.氢原子放出一个光子后,根据玻尔理论,氢原子的 ( )A.核外电子的电势能增大B.核外电子的动能增大C.核外电子的转动周期变大D.氢原子的能量增大解析:根据玻尔理论,氢原子由能量较高的定态跃迁到能量较低的定态才辐射出光子,反之会吸收光子,所以选项 D 错误。氢原子放出一个光子后,核外电子进入低能级轨道运行,半径减小,由 k=m 知,随 r 变小,电子线速度变大,电子动能增大,所以选项 B 正确。由 T=知, r 变小,线速度 v 变大,所以周期 T 变短,选项 C 错误。当电子由半径大的轨道跃迁到半径小的轨道时,静电力做正功,所以电子电势能变小,选项 A 错误。答案:B4.(多选)原子的能量量子化现象是指( )A.原子的能量是不可以改变的B.原子的能量与电子的轨道无关C.原子的能量状态是不连续的2D.原子具有分立的能级解析:正确理解玻尔理论中的量子化概念是解题关键。根据玻尔理论,原子处于一系列不连续的能量状态中,这些能量值称为能级,原子不同的能量状态对应不同的轨道,故 C、D 选项正确。答案:CD题组二 玻尔理论对氢光谱的解释5.(多选)对氢原子能级公式 En=的理解,下列说法中正确的是( )A.原子定态能量 En是指核外电子动能与核之间的静电势能的总和B.En是负值C.En是指核外电子的动能,只能取正值D.从式中可以看出,随着电子运动半径的增大,原子总能量减少解析:这里是取电子自由态作为能量零点,所以电子处在各个定态中能量均是负值, En表示核外电子动能和电子与核之间的静电势能的总和,所以选项 A、B 对,C 错;因为能量是负值,所以 n 越大, En越大。答案:AB6.如图所示为氢原子的能级图,若用能量为 10.5 eV 的光子去照射一群处于基态的氢原子,则氢原子( )A.能跃迁到 n=2 的激发态上去B.能跃迁到 n=3 的激发态上去C.能跃迁到 n=4 的激发态上去D.以上三种说法均不对解析:用能量为 10.5 eV 的光子去照射一群处于基态的氢原子,从能级差可知,若氢原子跃迁到某一能级上,则该能级的能量为(10 .5-13.6) eV=-3.1 eV,根据氢原子的能级图可知,不存在定态能量为-3.1 eV 的能级,因此氢原子无法发生跃迁。答案:D7.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 n=2能级上的电子跃迁到 n=1 能级上时并不发射光子,而是将相应的能量转交给 n=4 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 En=,式中 n=1,2,3,… 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.A B.A C.A D.A解析:由题意知, E1=-A,E2=-,E4=-,电子从 n=2 能级跃迁到 n=1 能级释放的能量 Δ E=E2-E1=A。该能量使处于 n=4 能级的电子电离后的动能 Ek=Δ E-|E4|=A,即选项 C 正确。答案:C38.有大量的氢原子,吸收某种频率的光子后从基态跃迁到 n=3 的激发态,已知氢原子处于基态时的能量为 E1,则吸收光子的频率 ν= ,当这些处于激发态的氢原子向低能态跃迁发光时,可发出 条谱线,辐射光子的能量分别为 。 解析:根据玻尔的假设,当原子从基态跃迁到 n=3 的激发态时,吸收光子的能量 hν=E 3-E1,而 E3=E1,所以吸收光子的频率 ν= 。当原子从 n=3 的激发态向低能态跃迁时,由于是大量的原子,可能的跃迁有多种,如从 n=3 到 n=1,从 n=3 到 n=2,再从 n=2 到 n=1,因此可能发出三条谱线,三种光子的能量分别为 E31=-E1,E32=-E1,E21=-E1。答案: 3 (建议用时:30 分钟)1.仔细观察氢原子的光谱,发现它只有几条不连续的亮线,其原因是( )A.氢原子只有几个能级B.氢原子只能发出平行光C.氢原子有时发光,有时不发光D.氢原子辐射的光子的能量是不连续的,所以对应的光的频率也是不连续的解析:不连续的亮线对应着不同频率的光,选项 B、C 错误;氢原子在不同的能级之间跃迁时,辐射出不同能量的光子,并且满足 E=hν 。能量不同,相应光子频率不同,体现在光谱上是一些不连续的亮线,选项 A 错误,选项 D 正确。答案:D2.用频率为 ν 0的光照射大量处于基态的氢原子,在所发射的光谱中仅能观测到频率分别为ν 1、 ν 2、 ν 3的三条谱线,且 ν 3ν 2ν 1,则以下关系正确的是 ( )A.ν 0λ 2λ 3,则照射光的波长为( )A.λ 3 B.λ 1+λ 2+λ 3C. D.解析:由玻尔理论知,该氢原子吸收光子后被激发到 n=3 的激发态,其辐射的能量最大(波长最短)的单色光的波长应为 λ 3,则 h=h+h,所以 λ 3=,即选项 D 正确。答案:AD5.如图所示是某原子的能级图, a、 b、 c 为原子跃迁所发出的三种波长的光。在下列该原子光谱的各选项中,谱线从左向右的波长依次增大,则正确的是( )解析:由 En=、 h=Δ E 及能级跃迁图可得 a 光的波长最短, b 光的波长最长,选项 C 正确。答案:C6.氢原子部分能级的示意图如图所示。不同色光的光子能量如下表所示。色光 红 橙 黄 绿 蓝—靛 紫光子能量范围(eV)1.61~2.002.00~2.072.07~2.142.14~2.532.53~2.762.76~3.10处于某激发态的氢原子,发射的光的谱线在可见光范围内仅有 2 条,其颜色分别为 ( )A.红、蓝—靛B.黄、绿C.红、紫D.蓝—靛、紫解析:由能级图可知,只有原子从 n=4 能级向 n=3 能级以及从 n=3 能级向 n=2 能级跃迁时发射光子的能量符合题目要求,两种光子对应的能量分别为 2.55 eV 和 1.89 eV,分别为蓝-靛光和红光,选项A 正确。5答案:A7.(多选)用具有一定动能的电子轰击大量处于基态的氢原子,使这些氢原子被激发到量子数为n(n2)的激发态。此时出现的氢光谱中有 N 条谱线,其中波长的最大值为 λ 。现逐渐提高入射电子的动能,当动能达到某一值时,氢光谱中谱线数增加到 N'条,其中波长的最大值变为 λ' 。下列各式中可能正确的是( )A.N'=N+n B.N'=N+n-1C.λ'λ D.λ'n,则 Δ E'λ ,故 C 项正确。答案:AC8.根据玻尔原子结构理论,氦离子(He +)的能级图如图所示。电子处在 n=3 轨道上比处在 n=5 轨道上离氦核的距离 (选填“近”或“远”)。当大量 He+处在 n=4 的激发态时,由于跃迁所发射的谱线有 条。 解析:能级越小的电子,离原子核越近;从 n=4 的激发态跃迁时,发射的谱线条数为 =6 条。答案:近 69.有一群氢原子处于 n=4 的能级上,已知氢原子的基态能量 E1=-13.6 eV,普朗克常量 h=6.63×10-34J·s,求:(1)这群氢原子的光谱共有几条谱线?(2)这群氢原子发出的光子的最大频率是多少?解析:(1)这群氢原子的能级如图所示,由图可以判断,这群氢原子可能发生的跃迁共有 6 种,所以它们的谱线共有 6 条。(2)频率最大的光子能量最大,对应的跃迁能级差也最大,即从 n=4 跃迁到 n=1 发出的光子能量最大,根据玻尔第二假设,发出光子的能量 hν=-E 1()代入数据,解得 ν= 3.1×1015 Hz。6答案:(1)6 (2)3.1×1015 Hz