2024年高考物理第一轮复习：第2讲　限时规范训练 (3)

限时规范训练

[基础巩固]

1．1909年，英国物理学家卢瑟福和他的学生盖革、马斯顿一起进行了著名的“α粒子散射实验”，实验中大量的粒子穿过金箔前后的运动图景如图所示．卢瑟福通过对实验结果的分析和研究，于1911年建立了他自己的原子结构模型．下列关于“α粒子穿过金箔后”的描述中，正确的是(　　)

A．绝大多数α粒子穿过金箔后，都发生了大角度偏转

B．少数α粒子穿过金箔后，基本上沿原来方向前进

C．通过α粒子散射实验，确定了原子核半径的数量级为10－15 m

D．通过α粒子散射实验，确定了原子半径的数量级为10－15 m

解析：C　绝大多数α粒子穿过金箔后，基本上沿原来方向前进．少数α粒子穿过金箔后，发生大角度偏转，AB错误；通过“α粒子散射实验”卢瑟福确定了原子核半径的数量级为10－15 m，原子半径的数量级为10－10 m，不是通过α粒子散射实验确定的，D错误；C正确．

2．2021年开始实行“十四五”规划提出，把量子技术与人工智能和半导体一起列为重点研发对象．技术方面，中国量子通信专利数超3000项，领先美国．在通往量子论的道路上，一大批物理学家做出了卓越的贡献，下列有关说法正确的是(　　)

A．玻尔在1900年把能量子引入物理学，破除了“能量连续变化”的传统观念

B．德布罗意第一次将量子观念引入原子领域，提出了定态和跃迁的概念

C．弗兰克和赫兹利用电子轰击汞原子，获得了除光谱测量外用其他方法证实原子中分立能级存在的途径，为能够证明原子能量的量子化现象提供了实验基础

D．普朗克大胆地把光的波粒二象性推广到实物粒子，预言实物粒子也具有波动性

解析：C　普朗克在1900年把能量子引入物理学，破除了“能量连续变化”的传统观念，所以A错误；玻尔第一次将量子观念引入原子领域，提出了定态和跃迁的概念，所以B错误；弗兰克和赫兹利用电子轰击汞原子，获得了除光谱测量外用其他方法证实原子中分立能级存在的途径，为能够证明原子能量的量子化现象提供了实验基础，所以C正确；德布罗意大胆地把光的波粒二象性推广到实物粒子，预言实物粒子也具有波动性，所以D错误．

3．“实时荧光定量PCR”是目前检测新型冠状病毒的最常见的方法．一般情况下，当特定的荧光染料被一定波长的光照射时，入射光的一部分能量被该物质吸收，剩余的能量将荧光染料中的原子激发，由低能级跃迁到较高能级，经过较短时间后荧光染料便可发出荧光．仅考虑以上情况，下列关于荧光染料发出的荧光的说法中正确的是(　　)

A．荧光光谱是连续谱

B．荧光光谱是吸收光谱

C．荧光波长可能小于入射光的波长

D．荧光波长一定等于入射光的波长

解析：C　因为荧光染料吸收的是一定波长的光，由于能级的不连续性，所以荧光染料被激发后，发出的光是不连续的．A错误；吸收光谱是温度很高的光源发出来的白光，通过温度较低的蒸气或气体后产生的．B错误；由于原子从低能级向高能级跃迁后不稳定再次向低能级跃迁，跃迁中释放的能量可能大于、等于或者小于入射光的能量，所以荧光波长可能小于入射光的波长，故C正确，D错误．

4．为了做好疫情防控工作，小区物业利用红外测温仪对出入人员进行体温检测．红外测温仪的原理是：被测物体辐射的光线只有红外线可被捕捉，并转变成电信号．图为氢原子能级示意图，已知红外线单个光子能量的最大值为1.62 eV，要使氢原子辐射出的光子可被红外测温仪捕捉，最少应给处于n＝2激发态的氢原子提供的能量为(　　)

A．10.20 eV　　　　　 B．2.89 eV

C．2.55 eV  D．1.89 eV

解析：C　处于n＝2能级的原子不能吸收10.20 eV、2.89 eV的能量，则选项AB错误；处于n＝2能级的原子能吸收2.55 eV的能量而跃迁到n＝4的能级，然后向低能级跃迁时辐射光子，其中从n＝4到n＝3的跃迁辐射出的光子的能量小于1.62 eV可被红外测温仪捕捉，选项C正确；处于n＝2能级的原子能吸收1.89 eV的能量而跃迁到n＝3的能级，从n＝3到低能级跃迁时辐射光子的能量均大于1.62 eV，不能被红外测温仪捕捉，选项D错误．

5．(2021·山东日照市模拟)氢原子能级图如图，一群氢原子处于n＝4能级上．当氢原子从n＝4能级跃迁到n＝3能级时，辐射光的波长为1884 nm，下列判断正确的是(　　)

A．氢原子向低能级跃迁时，最多产生4种谱线

B．从高能级向低能级跃迁时，氢原子核一定向外放出能量

C．氢原子从n＝3能级跃迁到n＝2能级时，辐射光的波长大于1884 nm

D．用从n＝2能级跃迁到n＝1能级辐射的光照射W逸＝6.34 eV的铂，能发生光电效应

解析：D　根据C＝6知，一群处于n＝4能级上的氢原子向低能级跃迁时最多产生6种谱线，故A错误；由高能级向低能级跃迁，氢原子向外辐射能量，不是原子核辐射能量，故B错误；n＝3和n＝2的能级差大于n＝4和n＝3的能级差，则从n＝3能级跃迁到n＝2能级比从n＝4能级跃迁到n＝3能级辐射出的电磁波的频率大，波长短，即辐射光的波长小于1884 nm，故C错误；从n＝2能级跃迁到n＝1能级辐射出的光子的能量为：E＝E2－E1＝－3.4 eV－(－13.6) eV＝10.2 eV>6.34 eV，而使金属发生光电效应的条件是光子的能量大于金属的逸出功，故可以发生光电效应，故D正确．

6．图甲为氢原子部分能级图，大量的氢原子处于n＝4的激发态，向低能级跃迁时，会辐射出若干种不同频率的光．用辐射出的光照射图乙光电管的阴极K，已知阴极K的逸出功为4.54 eV，则(　　)

A．这些氢原子能辐射4种不同频率的光子

B．某氢原子辐射出一个光子后，核外电子的速率减小

C．阴极K逸出光电子的最大初动能为8.21 eV

D．若滑动变阻器的滑片右移，电路中的光电流一定增大

解析：C　大量氢原子处于n＝4的激发态，向低能级跃迁时，会辐射出N＝C＝6，即6种不同频率的光子，故A错误；某氢原子辐射出一个光子后，能量减小，轨道半径减小，库仑力做正功，核外电子的速率增大，故B错误；处于n＝4的氢原子向低能级跃迁时放出光子的最大能量为ΔE＝E4－E1＝[－0.85－(－13.6)]eV＝12.75 eV，由光电效应方程可知Ekmax＝hν－W0＝(12.75－4.54)eV＝8.21 eV，故C正确；若滑动变阻器的滑片右移，正向电压增大，如果光电流达到饱和光电流时，则电路中的光电流不变，故D错误．

7．氢原子的部分能级如图所示，已知可见光的光子能量范围为1.62 eV～3.11 eV，现有大量的氢原子处于n＝4的激发态，当向低能级跃迁时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．这些氢原子总共可辐射出3种不同频率的光

B．波长最长的光是由n＝4能级跃迁到n＝1能级产生的

C．频率最小的光是由n＝4能级跃迁到n＝3能级产生的

D．处于n＝2能级的氢原子可以吸收任意频率的可见光，并发生电离

解析：C　大量的氢原子处于n＝4的激发态，可能发出光子频率的种数n＝C＝6，故A错误；由n＝4能级跃迁到n＝3能级产生的光子，能量最小，频率最小，波长最长．故B错误，C正确；处于n＝2能级的氢原子发生电离，光子最小能量3.4 eV，故D错误．

[能力提升])

8.氦原子被电离一个核外电子，形成类氢结构的氦离子，已知基态的氦离子能量为E1＝－54.4 eV，氦离子的能级示意图如图所示．在具有下列能量的光子或者电子中，不能被基态氦离子吸收而发生跃迁的是(　　)

A．42.8 eV(光子)  B．43.2 eV(电子)

C．41.0 eV(电子)  D．54.4 eV(光子)

解析：A　入射光子使原子跃迁时，其能量应正好等于原子的两能级间的能量差，而电子使原子跃迁时，其能量大于等于原子两能级间的能量差即可，发生电离而使原子跃迁时入射光子的能量要大于等于54.4 eV，故选A.

9．氢原子能级示意如图．现有大量氢原子处于n＝3能级上，下列正确的是(　　)

A．这些原子跃迁过程中最多可辐射出6种频率的光子

B．从n＝3能级跃迁到n＝1能级比跃迁到n＝2能级辐射的光子频率低

C．从n＝3能级跃迁到n＝4能级需吸收0.66 eV的能量

D．n＝3能级的氢原子电离至少需要吸收13.6 eV的能量

解析：C　大量氢原子处于n＝3能级跃迁到n＝1多可辐射出C＝3种不同频率的光子，故A错误；根据能级图可知从n＝3能级跃迁到n＝1能级辐射的光子能量为hν1＝13.6 eV－1.51 eV＝12.09 eV，从n＝3能级跃迁到n＝2能级辐射的光子能量为hν2＝3.4 eV－1.51 eV＝1.89 eV，比较可知从n＝3能级跃迁到n＝1能级比跃迁到n＝2能级辐射的光子频率高，故B错误；根据能级图可知从n＝3能级跃迁到n＝4能级，需要吸收的能量为E＝1.51 eV－0.85 eV＝0.66 eV，故C正确；根据能级图可知氢原子处于n＝3能级的能量为－1.51 eV，故要使其电离至少需要吸收1.51 eV的能量，故D错误．

10．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：C　由题意可知n＝1能级能量为E1＝－A，n＝2能级能量为E2＝－，从n＝2能级跃迁到n＝1能级释放的能量为ΔE＝E2－E1＝，从n＝4能级能量为E4＝－，电离需要能量为：E＝0－E4＝，所以从n＝4能级电离后的动能为：Ek＝ΔE－E＝－＝，C正确．

11．(2021·河南省郑州市高三下学期二模)由玻尔原子模型求得氢原子能级如图所示，已知可见光的光子能量在1.62 eV到3.11 eV之间，则(　　)

A．处于高能级的氢原子向低能级跃迁时有可能辐射出γ射线

B．氢原子从n＝2的能级向n＝1的能级跃迁时会辐射出红外线

C．处于n＝3能级的氢原子可以吸收任意频率的紫外线并发生电离

D．大量氢原子从n＝4能级向低能级跃迁时可辐射出6种频率的可见光

解析：C　γ射线为重核衰变或裂变时才会放出，氢原子跃迁无法辐射γ射线，故A错误；氢原子从n＝2的能级向n＝1的能级辐射光子的能为E＝－3.40－(－13.60)eV＝10.20 eV，红外线的能量小于可见光光子的能量，因此不会辐射红外线，故B错误；氢原子在n＝3能级吸收超过1.51 eV的光子能量就可以电离，紫外线的最小频率光子的能量大于1.5 eV，可以使处于n＝3能级的氢原子电离，故C正确；计算可知，氢原子从n＝4能级跃迁至n＝2能级时，辐射光子的能量为E＝－0.85－(－3.40)eV＝2.55 eV，在可见光范围之内，氢原子从n＝3能级向n＝2跃迁时辐射光子的能量为E＝－1.51－(－3.40)eV＝1.89 eV，在可见光范围之内，除此之外氢原子跃迁时都不能辐射可见光，所以大量氢原子从n＝4能级向低能级跃迁时可辐射出2种频率的可见光，故D错误．

12．已知氢原子的基态能量为E1，激发态能量为En＝E1，其中n＝2，3，4，….已知普朗克常量为h，电子的质量为m，则下列说法正确的是(　　)

A．氢原子从基态跃迁到激发态后，核外电子动能减小，原子的电势能增大，动能和电势能之和不变

B．基态氢原子中的电子吸收一频率为ν的光子被电离后，电子的速度大小为

C．一个处于n＝4的激发态的氢原子，向低能级跃迁时最多可辐射出6种不同频率的光

D．第一激发态氢原子的电离能等于E1

解析：B　氢原子由基态跃迁到激发态时，氢原子吸收光子，则能量增大，即动能和电势能之和增大，核外电子轨道半径增大，根据k＝m得电子动能为Ek＝mv2＝，可知电子动能减小，由于动能和电势能之和增大，则其电势能增大，故A错误；根据能量守恒得hν＋E1＝mv2，解得电离后电子的速度大小为v＝ ，故B正确；一个处于n＝4的激发态的氢原子，向低能级跃迁时最多可辐射出3种不同频率的光，分别是从n＝4跃迁到n＝3，再从n＝3跃迁到n＝2，最后从n＝2跃迁到n＝1，故C错误；第一激发态氢原子的能量为，若刚好发生电离，则其电离能等于－，故D错误．

13．如图所示放电管两端加上高压，管内的稀薄气体会发光，从其中的氢气放电管观察氢原子的光谱，发现它只有一些分立的不连续的亮线，下列说法正确的是(　　)

A．亮线分立是因为氢原子有时发光，有时不发光

B．有几条谱线，就对应着氢原子有几个能级

C．核式结构决定了氢原子有这种分立的光谱

D．光谱不连续对应着氢原子辐射光子能量的不连续

解析：D　放电管两端加上高压，管内的稀薄气体会发光，这是因为原子发生了跃迁，同时辐射出光子，形成光谱，但是因为原子在不同能级之间跃迁时，形成不同波长的光，而形成的光谱是已经发生了跃迁的能级形成的，由于不同能级之间发生跃迁的条件不一样，几条光谱线并不对应着氢原子有几个能级，同时氢原子的光谱是一些分立的不连续的亮线，故ABC错误，D正确．

14．(2021·辽宁高三二模)(多选)已知氢原子的能级图如图所示，一群处于n＝3能级的氢原子，用其向低能级跃迁过程中发出的光照射下图电路阴极K的金属，只能测得1条电流随电压变化的图像如图所示．电子电荷量为1.6×10－19 C，则下列说法正确的是(　　)

A．阴极金属的逸出功为12.09 eV

B．题述光电子能使处于n＝3能级的氢原子电离

C．若第三张图中饱和电流为I0＝1.6 μA，则1 s内最少有1016个氢原子发生跃迁

D．当电压表示数为3 V时，到达A极的光电子的动能Ek≥3 eV

解析：BD　由题可知，该群氢原子只有从第3能级跃迁到第一能级的光子照射金属发生光电效应，所以光子能量为12.09 eV，结合光电流图像，其遏止电压为1.6 V，所以光电子的最大初动能为1.6 eV，根据光电效应方程得W0＝hν－Ekm＝12.09 eV－1.6 eV＝10.49 eV，A错误；光电子的最大初动能大于使处于n＝3能级的氢原子电离所需要的能量．B正确；1 s内发出的光电子数目为n＝＝＝1013，C错误；因为光电子具有初动能，所以当正向电压为3 V时，到达阳极的动能不小于3 eV.D正确．