量子学基础题(含答案)

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量子学基础题 例1.(2012·上海高考)在光电效应实验中,用单色光照射某种金属表面,有光电子逸出,则光电子的最大初动能取决于入射光的( ) A.频率 B.强度 C.照射时间 D.光子数目 【解析】 根据光电效应方程,Ek=hν-W最大初动能取决于入射光的频率,A正确. 【答案】 A 例2.(2011·天津高考)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 D.氢原子光谱的发现 【解析】 光电效应实验说明光具有粒子性,故A错误.伦琴射线为电磁波,故B错误.卢瑟福由α粒子散射实验建立了原子的核式结构模型,故C正确.氢原子光谱的发现说明原子光谱是不连续的,故D错误. 【答案】 C 例题3.

图13-2-3 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】 由能级图及En-Em=hν知,E3-E1>E2-E1>E3-E2 即νa>νc>νb,又λ=cν,知λa<λc<λb,所以图C正确. 【答案】 C

(2012·四川高考)如图13-2-7所示为氢原子能级示意图的一部分,则氢原子( )

图13-2-7 A.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 B.从n=5能级跃迁到n=1能级比从n=5能级跃迁到n=4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,氢原子核一定向外放出能量 【解析】 因为E4-E3=0.66 eV<E3-E2=1.89 eV,根据c=λν和hν=En-Em得从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,选项A正确;电磁波在真空中的传播速度都相等,与光子的频率无关,选项B错误;氢原子的核外电子处于不同能级时在各处出现的概率是不同的,能级越低,在靠近原子核较近的地方出现的概率越大,选项C错误;氢原子从高能级跃迁到低能级时,是氢原子核外的电子从高能级跃迁到了低能级向外放出能量,选项D错误. 【答案】 A 1.卢瑟福和他的助手做α粒子轰击金箔实验,获得了重要发现: 关于α粒子散射实验的结果,下列说法正确的是( ) A.证明了质子的存在 B.证明了原子核是由质子和中子组成的 C.证明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言核内存在中子,所以C对,A、B错.玻尔发现了电子轨道量子化,D错. 【答案】 C 2.一个氢原子从n=3能级跃迁到n=2能级,该氢原子( ) A.放出光子,能量增加 B.放出光子,能量减少 C.吸收光子,能量增加 D.吸收光子,能量减少 【解析】 氢原子从高能级向低能级跃迁时,放出光子,能量减少,故选项B正确,选项A、C、D错误. 【答案】 B 3.爱因斯坦因提出了光量子概念并成功地解释光电效应的规律而获得1921年诺贝尔物理学奖.某种金属逸出光电子的最大初动能Ekm与入射光频率ν的关系如图13-2-8所示,其中ν0为极限频率.从图中可以确定的是( )

A.逸出功与ν有关 B.Ekm与入射光强度成正比 C.当νD.图中直线的斜率与普朗克常量有关 【解析】 由光电效应方程Ekm=hν-W、W=hν0,与y=kx+b相对应可知只有D项正确. 【答案】 D 4.氦原子被电离出一个核外电子,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13-2-9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( ) 图13-2-9 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】 由于光子能量不可分,因此只有能量恰好等于两能级差的光子才能被氦离子吸收,故A项中光子不能被吸收,D项中光子能被吸收;而实物粒子(如电子)只要能量不小于两能级差,均可能被氦离子吸收而发生跃迁,故B、C两项中电子均能被吸收. 【答案】 A 6.(2011·四川高考)氢原子从能级m跃迁到能级n时辐射红光的频率为ν1,从能级n跃迁到能级k时吸收紫光的频率为ν2,已知普朗克常量为h,若氢原子从能级k跃迁到能级m,则( ) A.吸收光子的能量为hν1+hν2 B.辐射光子的能量为hν1+hν2 C.吸收光子的能量为hν2-hν1 D.辐射光子的能量为hν2-hν1 【解析】 由题意可知:Em-En=hν1,Ek-En=hν2.因为紫光的频率大于红光的频率,所以ν2>ν1,即k能级的能量大于m能级的能量,氢原子从能级k跃迁到能级m时向外辐射能量,其值为Ek-Em=hν2-hν1,故只有D项正确. 【答案】 D 7.如图13-2-11为氢原子的能级图,已知处于较高能级的氢原子能自发地向较低能级跃迁,则:

图13-2-11 (1)一群氢原子由n=4能级向n=1能级跃迁时最多可辐射出________种不同频率的光. (2)要想使处在n=2激发态的氢原子电离至少吸收__________eV的能量.

【解析】 (1)根据N=C24=4×4-12=6种. (2)n=2激发态的氢原子电离至少吸收3.40 eV的能量. 【答案】 (1)6 (2)3.40

8.(2012·山东高考)氢原子第n能级的能量为En=E1n2,其中E1为基态能量.当氢原子由第4能级跃迁到第2能级时,发出光子的频率为ν1;若氢原子由第2能级跃迁到基态,发出光子的频率为ν2,则ν1ν2=________.

【解析】 根据氢原子的能级公式,hν1=E4-E2=E142-E122=-316E1

hν2=E2-E1=E122-E112=-34E1

所以ν1ν2=31634=14. 【答案】 14 9.已知可见光光子的能量范围约为1.61~3.11 eV,而氢原子的能级图如图13-2-12所示,则最低处于n=________能级的氢原子可以吸收任意频率的紫外线,并发生电离;大量氢原子从高能级向n=3的能级跃迁时,发出的光具有显著的________效应;大量处于n =4的氢原子向低能级跃迁时,可能发出________种不同频率的可见光. 图13-2-12 【解析】 可从题目中得知紫外线的能量大于3.11 eV,而处于n=3能级的氢原子吸收1.51 eV以上的能量就可以使氢原子电离,故n=3;从大于3的能级向第3能级跃迁时,发出最大频率的光能量只有1.51 eV,在可见光频率范围以下的红外线区域,具有显著的热效应;从第4能级向低能级跃迁时,可以发出6种可能的光子,但在可见光区域的只有2种,即从第4能级跃迁到第2能级的能量为2.55 eV的光子和从第3能级跃迁到第2能级的能量为1.89 eV的光子. 【答案】 3 热 2 10.(2011·新课标全国高考)在光电效应实验中,某金属的截止频率相应的波长为λ0,该金属的逸出功为________.若用波长为λ(λ________.已知电子的电荷量、真空中的光速和普朗克常量分别为e、c和h.

【解析】 设金属的截止频率为ν0,则该金属的逸出功W0=hν0=hcλ0;对光电子,由动

能定理得eU0=hcλ-W0,解得U0=hceλ0-λλλ0. 【答案】 hcλ0 hceλ0-λλ0λ(写为hceλ-λ0λ0λ也可) 例题1.与原子核内部变化有关的现象是( ) A.电离现象 B.光电效应现象

C.天然放射现象 D.α粒子散射现象 【解析】 与原子核内部变化有关的现象是天然放射现象,故C正确. 【答案】 C

【针对训练】 2.(2012·广东高考)能源是社会发展的基础,发展核能是解决能源问题的途径之一.下列释放核能的反应方程,表述正确的有( ) A.31H+21H→42He+10n是核聚变反应 B.31H+21H→42He+10n是β衰变 C.235 92U+10n→144 56Ba+8936Kr+310n是核裂变反应 D.235 92U+10n→140 54Xe+9438Sr+210n是α衰变 【解析】 β衰变时释放出电子( 0-1e),α衰变时释放出氦原子核(42He),可知选项B、D错误;选项A中一个氚核和一个氘核结合成一个氦核并释放出一个中子是典型的核聚变反应;选项C中一个U 235原子核吸收一个中子,生成一个Ba原子核和一个Kr原子核并释放出三个中子是核裂变反应. 【答案】 AC (1)232 90Th(钍)经过一系列α衰变和β衰变,变成208 82Pb(铅).以下说法正确的是( ) A.铅核比钍核少8个质子 B.铅核比钍核少16个中子 C.共经过4次α衰变和6次β衰变 D.共经过6次α衰变和4次β衰变 图13-3-1 (2)约里奥—居里夫妇因发现人工放射性元素而获得了1935年的诺贝尔化学奖,他们发现的放射性元素3015P衰变成3014Si的同时放出另一种粒子,这种粒子是__________.3215P是3015P的同位素,被广泛应用于生物示踪技术,1 mg 3215P随时间衰变的关系如图13-3-1所示,请估算4 mg的3215P经多少天的衰变后还剩0.25 mg? 【解析】 (1)设α衰变次数为x,β衰变次数为y,由质量数守恒和电荷数守恒得232=208+4x 90=82+2x-y,解得x=6,y=4,C错,D对. 铅核、钍核的质子数分别为82、90,故A对. 铅核、钍核的中子数分别为126、142,故B对. (2)写出衰变方程3015P→3014Si+ 0+1e,故这种粒子为 0+1e(正电子)由m-t图象知3215P的半衰期

为14天,由m余=m原(12)tτ得0.25 mg=4 mg×(12)t14,故t=56天. 【答案】 (1)ABD (2) 0+1e(正电子) 56天

现有四个核反应: A.21H+31H→42He+10n B.235 92U+10n→X+8936Kr+310n C.2411Na→2412Mg+ 0-1e D.42He+94Be→12 6C+10n (1)________是发现中子的核反应方程,________是研究原子弹的基本核反应方程,________是研究氢弹的基本核反应方程. (2)求B中X的质量数和中子数. 【解析】 (1)人工转变方程的特点是箭头的左边是氦核与常见元素的原子核.箭头的右边也是常见元素的原子核.D是查德威克发现中子的核反应方程,B是裂变反应,是研究原子弹的核反应方程.A是聚变反应,是研究氢弹的核反应方程. (2)由电荷数守恒和质量数守恒可以判定,X质量数为144,电荷数为56,所以中子数为144-56=88. 【答案】 (1)D B A (2)质量数为144,中子数为88