- 氢原子的能级
- 共508题
[物理选修3-5模块]
(1)下列说法中正确的是______.
A.卢瑟福通过实验发现了质子的核反应方程为24He+714N→817O+11H
B.铀核裂变的核反应是:92235U→56141Ba+3692Kr+201n
C.质子、中子、α粒子的质量分别为m1、m2、m3.质子和中子结合成一个α粒子,释放的能量是:(m1+m2-m3)c2
D.原子从a能级状态跃迁到b能级状态时发射波长为λ1的光子;原子从b能级状态跃迁到c能级状态时吸收波长为λ2的光子,已知λ1>λ2.那么原子从a能级状态跃迁到c能级状态时将要吸收波长为的光子
(2)如图所示,质量M=0.040kg的靶盒A静止在光滑水平导轨上的O点,水平轻质弹簧一端栓在固定挡板P上
,另一端与靶盒A连接.Q处有一固定的发射器B,它可以瞄准靶盒发射一颗水平速度为v0=50m/s,质量m=0.010kg的弹丸,当弹丸打入靶盒A后,便留在盒内,碰撞时间极短.不计空气阻力.求弹丸进入靶盒A后,弹簧的最大弹性势能为多少?
正确答案
(1)A.卢瑟福通过实验发现了质子的核反应方程为24He+714N→817O+11H,故A正确.
B.铀核裂变的核反应是:92235U+01n→56141Ba+3692Kr+301n,故B错误.
C.质子、中子、α粒子的质量分别为m1、m2、m3.质子和中子结合成一个α粒子,方程为:211H+201n→24He
释放的能量是:(2m1+2m2-m3)c2 ,故C错误.
D.原子从a能级状态跃迁到b能级状态时发射波长为λ1的光子;原子从b能级状态跃迁到c能级状态时吸收波长为λ2的光子,已知λ1>λ2.那么原子从a能级状态跃迁到c能级状态时将要吸收波长为的光子,故D正确.
故选AD.
(2)(1)弹丸进入靶盒A后,弹丸与靶盒A的共同速度设为v,由系统动量守恒得
mv0=(m+M)v
靶盒A的速度减为零时,弹簧的弹性势能最大,由系统机械能守恒得
Ep=(m+M)v2
解得:Ep=v02
代入数值得 Ep=2.5J
故答案为:(1)AD.
(2)Ep=2.5J
(1)下列说法中正确的是______
A.β衰变现象说明电子是原子核的组成部分
B.目前已建成的核电站的能量来自于重核裂变
C.一群氢原子从n=3的激发态跃迁到基态时,能辐射3种不同频率的光子
D.卢瑟福依据极少数α粒子发生大角度散射提出了原子核式结构模型
(2)光照射到金属上时,一个光子只能将其全部能量传递给一个电子,一个电子一次只能获取一个光子的能量,成为光电子,因此极限频率是由______(金属/照射光)决定的.如图所示,当用光照射光电管时,毫安表的指针发生偏转,若再将滑动变阻器的滑片P向右移动,毫安表的读数不可能______(变大/变小/不变).
(3)有两个质量为m的均处于基态的氢原子A、B,A静止,B以速度v0与之发生碰撞.己知碰撞前后二者的速度均在一条直线上,碰撞过程中部分动能有可能被某一氢原子吸收,从而该原子由基态跃迁到激发态,然后,此原子向低能级态跃迁,并发出光子.若氢原子碰撞后发出一个光子,则速度v0至少需要多大?已知氢原子的基态能量为E1(E1<0).
正确答案
(1)
A、β粒子是原子核衰变时由中子转化而来,不能说明原子核中含有电子.故A错误.
B、目前已建成的核电站以铀为燃料,其能量来自于铀核的裂变.故B正确.
C、一群氢原子从n=3的激发态跃迁到基态时,任意两个能级间跃迁一次,共能辐射=3种不同频率的光子.故C正确.
D、卢瑟福依据极少数α粒子发生大角度散射,认为只有原子的所有正电荷和几乎全部质量都集中在一个中心,才能发生大角度偏转,从而提出了原子核式结构模型.故D正确.
故选BCD.
(2)极限频率γ=,W是金属的逸出功,所以极限频率是由金属的逸出功决定的.如图光电管加上正向电压,当用光照射光电管时,光电流可能增大,也可能达到饱和电流,将滑动变阻器的滑片P向右移动,毫安表的读数可能变大,也可能不变,不可能变小.
(3)为使氢原子从基态跃迁到激发态,需要的能量最小时跃迁到n=2的激发态,根据玻尔理论:所需要的最小能量△E=E2-E1=-E1=-
E1
原子向低能级态跃迁时,发出的光子频率为γ,则hγ=△E=-E1
对于A、B碰撞过程,根据动量守恒和能量守恒得:
mv0=m(vA+vB)+ ①
m
=
m(
+
)+hγ ②
由②知:mv0>
又因为v0<<c,
所以mv0>>.故①式中光子动量
可忽略不计,变成如下:
mv0=m(vA+vB)③
由①③能量的最小值可得:m
=
,并得到原子向值值低能级态跃迁时,发出的光子频率,
故答案为:金属,变小
[物理选修3-5模块]
(1)激光制冷原理可以根据如图所示的能级图简单说明,激光射入介质中,引起介质中的离子从基态跃迁到激发态n=11,一些处于激发态n=11的离子很快吸收热量转移到激发态n=12,离子从激发态n=11和n=12向基态跃迁辐射两种荧光,部分辐射荧光的能量大于入射激光的能量,上述过程重复下去实现对介质的冷却,下列说法正确的是______
A.两种辐射荧光波长都大于射入介质的激光波长
B.激光制冷过程中,介质内能减少量等于辐射荧光与吸收激光的能量差
C.两种辐射荧光在同一装置下分别做双缝干涉实验,相邻两条亮条纹间的距离不相等
D.若两种辐射荧光分别照射同一金属板都能产生光电效应,则光电子的最大初动能相等
(2)在光滑的水平地面上静止着一质量为M=0.4kg的薄木板,一个质量为m=0.2kg的木块(可视为质点)以υ0=4m/s的速度从木板左端滑上,一段时间后,又从木板上滑下(不计木块滑下时机械能损失),两物体仍沿直线继续向前运动,从木块与木板刚刚分离开始计时,经时间t=3.0s,两物体之间的距离增加了x=3m,已知木块与木板的动摩擦因数μ=0.4,求薄木板的长度.
正确答案
(1)A、根据玻尔理论和光子的能量公式E=h分析可知,从n=12向基态跃迁辐射的荧光波长小于射入介质的激光波长.故A错误.
B、激光制冷过程中,由玻尔理论得知,介质内能减少量等于辐射荧光与吸收激光的能量差.故B正确.
C、干涉条纹的间距与波长成正比.则两种辐射荧光在同一装置下分别做双缝干涉实验,相邻两条亮条纹间的距离不相等.故C正确.
D、产生光电效应时,光电子的最大初动能随着入射光的频率的增大而增大,由于两种荧光频率不等,则光电子的最大初动能不相等.故D错误.
故选BC.
(2)设木块与木板分离后速度分别为为:v1、v2,由动量守恒定律得:
mv0=mv1+Mv2根据题意,有:
v1-v2=
解得:v1=2m/s,v2=1m/s
根据动能定理得:μmgd=m
-
m
-
M
代入数据解得:
d=1.25m
即薄木板的长度为1.25m.
故答案为:
(1)BC;(2)薄木板的长度是1.25m.
[物理--选修3-5]
(1)如图所示为氢原子的能级图.让一束单色光照射到大量处于基态(量子数n=1)的氢原子上,被激发的氢原子能自发地发出3种不同频率的色光,则照射氢原子的单色光的光子能量为______eV.用
这种光照射逸出功为4.54eV的金属表面时,逸出的光电子的最大初动能是______eV.
(2)镭(Ra)是历史上第一个被分离出来的放射性元素,已知Ra能自发地放出α粒子而变成新核Rn,已知
Ra的质量为M1=3.7533×10-25kg,新核Rn的质量为M2=3.6867×10-25kg,α粒子的质量为m=6.6466×10-27kg,现有一个静止的
Ra核发生α衰变,衰变后α粒子的速度为3.68×105m/s.则:(计算结果保留两位有效数字)
①写出该核反应的方程式.
②此反应过程中放出的能量是多少?
③反应后新核Rn的速度是多大?
正确答案
(1)氢原子能自发地发出3种不同频率的色光,说明氢原子激发到n=3的轨道,则入射光子的能量为E=E3-E1=-1.51+13.6=12.09ev;
由公式EK=E-W=12.09-4.54=7.55ev
(2)①核反应方程式为Ra→
He+
Rn
②由质能方程知△E=△mc2=(M1-M2-m)c2=1.2×10-12J
③反应前后动量守恒M2υ2-mυ=0
∴υ2=mυ/M2=6.6×103m/s
答案为(1)12.09 7.55
(2)①Ra→
He+
Rn
②反应过程中放出的能量是1.2×10-12J
③反应后新核Rn的速度是6.6×103m/s.
A.(选修模块3-3)
(1)下列说法正确的是______
A.显微镜下看到墨水中的炭粒的无规则运动是热运动
B.一定量100℃的水变成100℃的水蒸汽,其分子之间的势能增加
C.晶体所有的物理性质各向异性,非晶体所有的物理性质各向同性
D.分子a从远处趋近固定不动的分子b,它们间分子力一直变大
(2)如图所示,一定质量理想气体经过三个不同的过程a、b、c后又回到初始状态.在过程a中,若系统对外界做功400J,在过程c 中,若外界对系统做功200J,则b过程外界对气体做功______J,全过程中系统______热量(填“吸收”或“出”),其热量是______J.
(3)现在轿车已进入普通家庭,为保证驾乘人员人身安全,汽车增设了安全气囊,它会在汽车发生一定强度的碰撞时,利用叠氮化钠(NaN3)爆炸时产生气体(假设都是N2)充入气囊,以保护驾乘人员.若已知爆炸瞬间气囊容量为70L,氮气的密度ρ=1.25×102Kg/m3,氮气的平均摩尔质量M=0.028kg/mol,阿伏加德罗常数NA=6.02×1023mol-1,试估算爆炸瞬间气囊中N2分子的总个数N(结果保留一位有效数字).
C.(选修模块3-5)
(1)下列说法中正确的是______
A.β衰变现象说明电子是原子核的组成部分
B.目前已建成的核电站的能量来自于重核裂变
C.一个氢原子从n=3的激发态跃迁到基态时,最多能产生3种不同频率的光子
D.卢瑟福依据极少数α粒子发生大角度散射提出了原子的核式结构模型
(2)当具有5.0eV能量的光子照射到某金属表面后,从金属表面逸出的光电子的最大初动能是1.5eV.为了使该金属产生光电效应,入射光子的最低能量为______
A.1.5eV B.3.5eV C.5.0eV D.6.5eV
(3)总质量为M的火箭被飞机释放时的速度为v0,方向水平.释放后火箭立即向后以相对于地面的速率u喷出质量为m的燃气,则火箭相对于地面的速度变为______.
正确答案
A、(1)A、显微镜下观察到墨水中的小炭粒做布朗运动,是对液体分子无规则运动的反映.故A错误
B、一定量100℃的水变成100℃的水蒸汽,吸收热量,内能增加,动能不变,所以其分子之间的势能增加,故B正确
C、单晶体的物理性质是各向异性的,而多晶体和非晶体是各向同性的.故C错误
D、当分子之间距离大于r0时,分子力表现为引力,随着分子间距减小,分子力先增大后减小;分子之间距离小于r0时,分子力表现为斥力,随着分子间距减小,分子力逐渐增大;故D错误
故选B.
(2)b过程气体体积不变,外界对气体做功为零.在过程a中,若系统对外界做功400J,在过程c 中,若外界对系统做功200J,b过程外界对气体做功为零.
根据热力学第一定律△U=W+Q研究全过程
0=-400+200+Q
Q=200J
所以全过程中系统吸收热量,其热量是200J
(3)设N2气体摩尔数n,则 n=,气体分子数N=nNA
代入数据得:n=2×1026 个
C、(1)A、β粒子是原子核衰变时由中子转化而来,不能说明原子核中含有电子.故A错误.
B、目前已建成的核电站以铀为燃料,其能量来自于铀核的裂变.故B正确.
C、因为它是一个氢原子,一个氢原子最多从第三级跳到第二级,再跳到第一级,这样放出两条谱线.如果从第三级跳到第一级,这个氢原子就只放了一条谱线.故C错误.
D、卢瑟福依据极少数α粒子发生大角度散射,认为只有原子的所有正电荷和几乎全部质量都集中在一个中心,才能发生大角度偏转,从而提出了原子核式结构模型.故D正确.
故选BD.
(2)由从金属表面逸出的电子具有最大的初动能是1.5eV.而入射光的能量为5.0eV.则该金属的逸出功为3.5eV.而不论入射光的能量如何变化,逸出功却不变.所以恰好发生光电效应时,入射光的能量最低为3.5eV.
故选:B
(3)根据整个火箭喷出质量为m的燃气前后动量守恒列出等式
Mv0=-mu+(M-m)v
v=
故答案为:A、(1)B
(2)0,吸收,200
(3)爆炸瞬间气囊中N2分子的总个数是2×1026.
C、(1)BD
(2)B
(3)
扫码查看完整答案与解析