2021学年4 氢原子光谱和玻尔的原子模型优秀课件ppt

4.4氢原子光谱和玻尔的原子模型

Ⅰ. 基础达标

一、单选题

1．（2021·天津高三一模）氢原子的部分能级如图所示，已知可见光子能量在1.62eV到3.leV之间由此可推知，氢原子（　　）

A．从高能级向n=1能级跃迁时发出的光都是可见光

B．从高能级向n=2能级跃迁时发出的光都是可见光

C．从高能级向n=3能级跃迁时发出的光是可见光的

D．从n=3能级向n=2能级跃迁时发出的光为可见光

【答案】D

【解析】A．根据能级结构可知，从高能级向n=1能级跃迁时了出的光都不是可见光。A错误；

B．根据能级结构可知，从n=6能级以后向n=2能级跃迁时发出的光不是可见光，B错误；

C．因为从高能级向n=3能级跃迁时释放的能量均低于1.62eV。所以都不是可见光。C错误；

D．从n=3能级向n=2能级跃迁时释放的能量为1.89eV,是可见光。D正确。

故选D。

2．（2021·北京东城区·高三一模）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

【答案】D

【解析】放电管两端加上高压，管内的稀薄气体会发，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。

故选D。

3．（2021·长春市第一中学高二月考）下列关于物理学发展史的说法，正确的是（　　）

A．居里夫人首先发现了天然放射现象，揭示了原子核具有复杂结构

B．戴维孙与G-P汤姆孙利用晶体做了电子束的衍射实验，从而证实了电子的波动性

C．康普顿效应只表明光子具有能量

D．玻尔原子模型能很好地解释所有原子光谱的实验规律

【答案】B

【解析】A．贝克勒尔首先发现了天然放射现象，A错误；

B．戴维孙与G-P汤姆孙利用晶体做了电子束的衍射实验，从而证实了电子的波动性，B正确；

C．康普顿效应表明光子具有能量和动量，C错误；

D．玻尔原子模型不能很好地解释所有原子光谱的实验规律，D错误。

故选B。

4．（2021·江苏南京市·高三二模）某实验小组用图甲所示电路研究a、b两种单色光的光电效应现象，通过实验得到光电流I与电压U的关系如图乙所示，由图可知（　　）

A．光电子的最大初动能

B．两种光的频率

C．两种光照射金属K时的逸出功不一样

D．若b光可以让处于基态的氢原子电离，则a光一定也可以

【答案】A

【解析】A．由题图可得b光照射光电管时反向截止电压大，其逸出的光电子最大初动能大，即

故A正确；

B．由光电效应方程

由题图可得b光照射光电管时反向截止电压大，其频率大，即

故B错误；

C．金属的逸出功由金属本身决定，与光的频率无关，故C错误；

D．b光的频率大，光子能量大，若b光可以让处于基态的氢原子电离，则a光有可能让基态氢原子电离，并不是一定可以，故D错误。

故选A。

5．（2021·浙江衢州市·高三二模）下列说法正确的是（　　）

A．普朗克提出了实物粒子也具有波动性

B．光电效应实验中，光电子的最大初动能与入射光的频率和光照强度都有关

C．各种原子的发射光谱都是线状谱，说明原子只发出几种特定频率的光

D．汤姆逊根据阴极射线在电场和磁场中的偏转情况断定，它的本质是质子流

【答案】C

【解析】A．德布罗意提出了实物粒子也具有波动性，故A错误；

B．光电效应中，光电子的最大初动能与入射光的频率和金属的逸出功有关，与光照强度无关，故B错误；

C．各种原子的发射光谱都是线状谱，因为原子只能发出几种特定频率的光，故C正确；

D．汤姆逊根据阴极射线在电场和磁场中的偏转情况断定，它的本质是电子流，故D错误。

故选C。

6．（2021·安徽池州市·高三一模）下列有关原子和原子核的说法中确的是（　　）

A．卢瑟福通过分析α粒子散射实验结果，发现了原子核的结构

B．汤姆孙通过电子的发现认为原子核还有更复杂的结构

C．某金属的极限频率很大，该金属电子的逸出功可能很小

D．玻尔把量子化观点引入到原子结构理论分析中，很好地解释了氢原子光谱的分立性

【答案】D

【解析】A．卢瑟福通过分析α粒子散射实验结果，提出了原子的核式模型，故A错；

B．汤姆孙通过电子的发现认为原子还有更复杂的内部结构，故B错：

C．金属的极限频率越大，该金属电子的逸出功也越大，故C错；

D．玻尔把量子化观点引入到原子结构理论分析中，很好地解释了氢原子光谱的分立性。故D正确。

故选D。

7．（2021·河北邢台市·高二月考）原子由一个能量态变为另一个能量态的过程称为跃迁。原子的跃迁伴随着能量的变化。一个氢原子从能级跃迁到能级的过程中，下列说法正确的是（　　）

A．该氢原子吸收光子，能量增加，电子的动能减少，电势能增加

B．该氢原子吸收光子，能量减少，电子的动能减少，电势能减少

C．该氢原子放出光子，能量增加，电子的动能增加，电势能增加

D．该氢原子放出光子，能量减少，电子的动能增加，电势能减少

【答案】A

【解析】一个氢原子从n=2能级跃迁到n=5能级，该氢原子吸收光子，能量增加，轨道半径变大，库仑力做负功，电势能增加，动能减小。

故选A。

8．（2021·北京海淀区·高三一模）由a和b两种频率的光组成的光束，经玻璃三棱镜折射后的光路如图所示。a光是氢原子由n=4的能级向n=2的能级跃迁时发出的。下列说法中正确的是（　　）

A．该三棱镜对a光的折射率较大

B．在该三棱镜中，a光的传播速度小于b光的传播速度

C．用同一双缝干涉装置进行实验，a光干涉条纹的间距大于b光干涉条纹的间距

D．b光可能是氢原子从n=3的能级向n=2的能级跃迁时发出的

【答案】C

【解析】A．由图可知，三棱镜对b光的折射程度较大，则该三棱镜对b光的折射率较大，选项A错误；

B．根据

可知，在该三棱镜中，a光的传播速度大于b光的传播速度，选项B错误；

C．a光折射率小，则频率小，波长大，根据

可知，用同一双缝干涉装置进行实验，a光干涉条纹的间距大于b光干涉条纹的间距，选项C正确；

D．b光频率大，则所对应的跃迁的能级差较大，因为a光是氢原子由n=4的能级向n=2的能级跃迁时发出的，则b光不可能是氢原子从n=3的能级向n=2的能级跃迁时发出的，选项D错误。

故选C。

9．（2021·浙江高三专题练习）与原子光谱有关的物理知识，下列说法正确的是（　　）

A．有些原子的发射光谱是线状谱，有些原子的发射光谱是连续谱

B．太阳光谱中的许多暗线与太阳大气中存在的金属元素的特征谱线相对应

C．巴耳末发现氢原子的可见光谱有分立特征，但氢原子的不可见光谱有连续特征

D．有些电子绕原子核运动的变化是连续的，所以我们看到了原子的连续光谱

【答案】B

【解析】A．各种原子的发射光谱都是线状谱，A错误；

B．太阳光谱中的许多暗线与太阳大气中存在的金属元素的特征谱线相对应，于是我们知道太阳大气中存在哪些金属元素，B正确；

C．可见光谱与不可见光谱都有分立特征，没有连续特征，C错误；

D．电子绕原子核运动的变化都是不连续的，我们看到的原子光谱都是线状谱，D错误。

故选B。

10．（2021·山东青岛市·高三一模）大量处于n=5能级的氢原子向低能级跃迁时产生的a、b两种单色光照射某光电管的阴极时，测得遏止电压之比为2：1，根据该信息下列说法正确的是（　　）

A．在同种介质中，b光的传播速度是a光的两倍

B．若b光是跃迁到n=3能级产生的，则a光可能是跃迁到n=4能级产生的

C．用同样的装置做双缝干涉实验，b光束的条纹间距是a光束的两倍

D．当两种光从水中射向空气时，a光的临界角小于b光的临界角

【答案】D

【解析】A．遏止电压是光电流为零时的最小反向电压，根据动能定理可知

则a、b两种单色光的频率有 ，在同种介质中，频率越大的，拆射率越大，光速越小，但不是正比关系，所以b光的传播速度不是a光的2倍，所以A错误；

B．遏止电压大，频率高，能量大，a光的能量大于b光的能量，若b光是跃迁到n=3能级产生的，则a光跃迁到比n=3能级低才能产生，B错误；

C．根据

a、b两种单色光的频率有，则b光的波长比a光波长的2倍小，有

b光束的条纹间距比a光束的条纹间距的2倍小，C错误；

D．遏止电压大，频率高，则a光的频率大，折射率大，根据

a光的临界角小，D正确。

故选D。

11．（2021·浙江高三专题练习）以下有关物理学史的说法正确的是（　　）

A．爱因斯坦首先发现了光电效应，并做出了解释

B．库仑第一个提出了场的概念，并用电场线来描述场的强弱和方向

C．玻尔提出的原子理论认为原子的能量处于变化的过程中，电子做变速运动，同时向外辐射能量

D．根据玻尔理论，一个处于能级的氢原子回到能级的过程中，最多可放出3种频率不同的光子

【答案】D

【解析】A．赫兹首先发现了光电效应现象，爱因斯坦成功解释了光电效应现象，故A错误；

B．法拉第第一个提出了场的概念，并用电场线来描述场的强弱和方向，故B错误；

C．玻尔提出的原子理论认为原子处在具有一定能量的定态中，虽然电子做变速运动，但不向外辐射能量，故C错误；

D．根据玻尔理论，一个处于能级的氢原子回到能级的过程中，最多可放出3种频率不同的光子，故D正确；

故选D。

12．（2021·福建厦门市·厦门双十中学高二月考）已知氢原子的基态能量为，激发态能量为，其中……已知普朗克常量为h，则下列说法正确的是（　　）

A．基态氢原子跃迁到激发态后，核外电子动能增大，原子的电势能减小

B．基态氢原子能吸收能量为的光子而电离

C．基态氢原子中的电子吸收一个频率为的光子被电离后，质量为m的电子速度大小为

D．大量处于的激发态的氢原子，向低能级跃迁时可辐射出3种不同频率的光

【答案】D

【解析】A．基态氢原子跃迁到激发态时，吸收光子能量增大，轨道半径增大，由

可知，速度减小，动能减小，电势能增大，A错误；

B．基态氢原子能吸收能量为的光子而电离，B错误；

C．题中为负值，基态氢原子中的电子吸收一个频率为的光子被电离后，据能量守恒可得，最大初动能为

因而质量为m的电子最大初速度大小为，C错误；

D．根据可知，大量处于的激发态的氢原子，向低能级跃迁时可辐射出3种不同频率的光，D正确。

故选D。

13．（2021·山东济南市·高三一模）“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

【答案】C

【解析】A．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；

B．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；

CD．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。

故选C。

二、多选题

14．（2021·哈尔滨市·黑龙江实验中学高二月考）一个氢原子处于能级，跃迁发光时能发出光子的个数为（　　）

A．可能是一个 B．可能是两个

C．只能是三个 D．不能是四个

【答案】ABD

【解析】一个氢原子处于能级，跃迁发光时能发出光子的个数可能是一个直接从4到1能级跃迁，也可能是先从4到2再2到1能级跃迁发出二个，最多发出三个，分别是从4到3，3到2，2到1，三种。

故选ABD。

15．（2021·浙江高三月考）如图甲所示，把一平行玻璃板压在另一个平行玻璃板上，一端用薄片垫起，构成空气劈尖，让单色光a、b分别从上方射入，这时可以看到明暗相间的条纹分别如图乙所示．下面说法中正确的是（　　）

A．干涉条纹中的暗纹是由于两列反射光的波谷与波谷叠加的结果

B．单色光a的光子动量比单色光b的光子动量大

C．若单色光a、b是某种原子辐射而产生的，则对应的能级跃迁可能如图丙所示

D．若单色光a照射某金属能发生光电效应，则改用单色光b照射该金属也一定能发生光电效应

【答案】BC

【解析】A．干涉条纹中的暗纹是由于两列反射光的波峰与波谷叠加的结果，所以A错误；

B．由丙图可知单色光a的光子频率比单色光b的光子频率大，所以单色光a的光子波长比单色光b的光子波长小，则由德布罗意波长公式

解得

则波长越小，动量越大，所以单色光a的光子动量比单色光b的光子动量大，则B正确；

C．若单色光a、b是某种原子辐射而产生的，则对应的能级跃迁可能如图丙所示，所以C正确；

D．若单色光a照射某金属能发生光电效应，则改用单色光b照射该金属不一定能发生光电效应，因为单色光a的光子频率比单色光b的光子频率大，能发生光电效应的条件是入射光的频率大于金属的极限频率，所以D错误；

故选BC。

16．（2020·江苏苏州市·西安交大苏州附中高二期中）如图是a、b两光分别经过同一双缝干涉装置后在屏上形成的干涉图样，则（　　）

A．在同种均匀介质中，a光的传播速度比b光的小

B．从同种介质射入真空发生全反射时a光临界角大

C．照射在同一金属板上发生光电效应时，a光的饱和电流大

D．若两光均由氢原子能级跃迁产生，产生a光的能级能量差大

【答案】AD

【解析】A．由图可知a光的干涉条纹间距小于b光的，根据

可知a的波长小于b的波长，a光的频率大于b光的频率，a光的折射率大于b光的折射率，则根据

可知在同种介质中传播时a光的传播速度较小，A正确；

B．根据

可知从同种介质中射入真空，a光发生全反射的临界角小，B错误；

C．发生光电效应时饱和光电流与入射光的强度有关，故无法比较饱和光电流的大小，C错误；

D．a光的频率较高，若两光均由氢原子能级跃迁产生，则产生a光的能级差大，D正确。

故选AD。

Ⅱ. 能力提升

17．（2021·河北邢台市·高二月考）人类对原子结构的认识，涉及许多实验的探究及众多科学家的创造性思想。

（1）1897年，汤姆孙根据阴极射线在电场和磁场中的偏转情况（图甲），断定阴极射线是______（填“电磁波”或“电子”），进而认为原子是一个球体提出原子“西瓜模型”或“______模型”；

（2）1909年，卢瑟福与他的学生进行了粒子散射实验（图乙），提出了原子核式结构模型。下列对此实验与模型的说法，正确的是______；（多选）

A．粒子散射实验证明了原子核是由质子和中子组成的

B．绝大多数粒子穿过金箔后仍沿原来的方向前进，主要是因为电子的质量太小

C．极少数粒子穿过金箔后发生大角度偏转，是因为其受到金原子核的强库仑斥力

D．粒子散射实验说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上

（3）1913年，玻尔第一次将量子观念引入原子领域，提出了自己的原子结构假设，即______量子化、定态和跃迁等概念，并成功地解释了图丙中______（填“氢原子”、“氦原子”或“汞原子”）光谱的分立特征的实验规律。

【答案】电子    枣糕    CD    轨道    氢原子   

【解析】（1）[1]1897年，汤姆孙根据阴极射线在电场和磁场中的偏转情况（图甲），断定阴极射线是高速飞行的电子流；

[2]汤姆孙认为原子是一个球体提出原子“西瓜模型”或“枣糕模型”；

（2）[3]A．粒子散射实验不能证明原子核内部存在质子，也不会证实原子核由质子和中子组成，故A错误；

B．绝大多数粒子穿过金箔后仍沿原来的方向前进，主要是因为原子内部绝大部分空间是空的，故B错误；

C．极少数粒子穿过金箔后发生大角度偏转，是因为其受到金原子核的强库仑斥力，故C正确；

D．粒子散射实验说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上，故D正确；

故选CD。

（3）[4][5]1913年，玻尔第一次将量子观念引入原子领域，提出了自己的原子结构假设，即轨道量子化、定态和跃迁等概念，并成功地解释了图丙中氢原子光谱的分立特征的实验规律。

18．（2021·广东佛山市·高三一模）小嘉同学参加科技展时了解到，现今5G技术用于传输的电磁波信号频率更高，传播数据的带宽更大，则相对而言，5G技术所用电磁波波长更____________（填长或短）绕过障碍物的能力更____________（填强、弱）。小嘉同学还了解到，为接收信号，手机都应该有天线，天线的长度应与信号电磁波的波长成正比，最好为波长的~到之间，以前的手机天线伸得很长，现在因为____________，可以为了美观、方便，将手机天线做在了手机内部了。

【答案】短    弱    电磁波波长变短，则天线长度变短   

【解析】[1]根据公式

可知，频率高则波长短。则5G技术所用电磁波波长更短。

[2]频率越高，波长越短，衍射现象越不明显，绕过障碍物的能力更弱。

[3]由于天线的长度与信号电磁波的波长成正比且现在电磁波波长变短了，则天线长度变短，可以为了美观、方便，将手机天线做在了手机内部了。

19．（2021·江苏省震泽中学高二月考）一群处于第4能级的氢原子，最终都回到基态能发出6种不同频率的光，将这些光分别照射到图甲电路阴极K的金属上，只能测得3条电流随电压变化的图象（如图乙），已知氢原子的能级图如图丙所示。

（1）求a光照射金属时的遇止电压Ua和逸出光电子的最大初动能Ek；

（2）求该金属逸出功W；

（3）已知d光的能量为E，普朗克常量为h，真空中的光速为c，若一个质量为m的静止电子吸收了一个d光的光子，求电子在吸收光子后的速度大小v。（不计电子吸收光子后的质量变化）

【答案】（1）6V，6eV；（2）6.75eV；（3）

【解析】（1）由图乙可得a光照射金属时的遇止电压

Ua=6V

逸出光电子的最大初动能为

Ek=eUa=6eV

（2）由图乙可知a光的遏止电压最大，则可知a光光子能量最大，则a光光子是由第4能级跃迁到基态所辐射的光子，则a光的光子能量为

根据光电效应方程有

解得

W=6.75eV

（3）d光的光子能量为

d光光子动量为

根据动量守恒定律，则有

p=mv

解得