人教版高中物理选择性必修第三册第四章氢原子光谱和玻尔的原子模型习题含答案

4.氢原子光谱和玻尔的原子模型

A级 必备知识基础练

1.氢是自然界中最简单的元素,下列关于氢原子光谱的说法正确的是(　　)

A.氢原子光谱是连续谱

B.氢原子光谱是氢原子的特征谱线

C.经典物理学可以解释氢原子光谱

D.不同化合物中的氢的光谱不同

2.(多选)由玻尔理论可知,下列说法正确的是(　　)

A.电子绕核运动有加速度,就要向外辐射电磁波

B.处于定态的原子,其电子做变速运动,但它并不向外辐射能量

C.原子内电子的轨道可能是连续的

D.原子的轨道半径越大,原子的能量越大

3.一个氢原子中的电子从一半径为ra的轨道自发地直接跃迁到另一半径为rb的轨道,已知ra>rb,则在此过程中(　　)

A.原子发出一系列频率的光子

B.原子要吸收一系列频率的光子

C.原子要吸收某一频率的光子

D.原子要辐射某一频率的光子

4.(多选)关于太阳光谱,下列说法正确的是(　　)

A.太阳光谱是吸收光谱

B.太阳光谱中的暗线,是太阳光经过太阳大气层时某些特定频率的光被吸收后而产生的

C.根据太阳光谱中的暗线,可以分析太阳的物质组成

D.根据太阳光谱中的暗线,可以分析地球大气层中含有哪些元素

5.(2022河南洛阳高二期中)氢原子的能级图如图所示,如果大量氢原子处在基态,则下列说法正确的是(　　)

A.由于氢原子只吸收特定能量的光子,所以能量为12.5 eV的光子不会被基态氢原子吸收

B.由于氢原子只吸收特定能量的光子,故动能为12.5 eV的电子的能量不会被基态氢原子吸收

C.能量为14 eV的光子不会被基态氢原子吸收

D.动能为14 eV的电子不会被基态氢原子吸收

6.(2022山东枣庄二模)氢原子的能级图如图所示。现有一群处于n=3能级的氢原子,则这群氢原子(　　)

A.只可能辐射2种频率的光子

B.辐射光子的最大能量为1.89 eV

C.辐射光子的最大能量为10.2 eV

D.若被光照射后,发生了电离,则电离氢原子的光子能量至少为1.51 eV

B级 关键能力提升练

7.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,铬原子从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,以这种方式脱离原子的电子叫作俄歇电子。已知铬原子的能级公式可简化为En=-,式中n=1,2,3,…表示不同的能级,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

8.一种利用红外线感应控制的紫外线灯,人在时自动切断紫外线灯电源,人离开时自动开启紫外线灯杀菌消毒。已知红外线的光子最高能量是1.61 eV,紫外线的光子最低能量是3.11 eV,如图所示是氢原子能级示意图,则大量氢原子(　　)

A.从n=2跃迁到低能级过程只可能辐射出红外线

B.从n=3跃迁到低能级过程不可能辐射出红外线

C.从n=4跃迁到低能级过程只可能辐射出紫外线

D.从n=5跃迁到低能级过程不可能辐射出紫外线

9.(2022江西九江一模)2020年6月23日北斗全球组网卫星的收官之星发射成功,其中“北斗三号”采用星载氢原子钟,通过氢原子的能级跃迁而产生的电磁波校准时钟。氢原子的部分能级结构如图所示,则(　　)

A.氢原子由基态跃迁到激发态后,核外电子动能增大,原子的电势能减小

B.大量处于n=3激发态的氢原子,向低能级跃迁时可辐射出2种不同频率的光子

C.用11 eV的光子照射,能使处于基态的氢原子跃迁到激发态

D.用4 eV的光子照射处于n=2激发态的氢原子,可以使之电离

10.(2022山西太原一模)描述氢光谱巴耳末谱线系的公式为=R∞,式中n=3,4,5,…,R∞=1.10×107 m-1。已知可见光的波长范围是4.0×10-7~7.6×10-7 m,金属钠发生光电效应的极限波长为5.4×10-7 m。下列说法正确的是(　　)

A.从n=3能级跃迁到n=2能级辐射出的光属于红外线

B.从n=5能级跃迁到n=2能级辐射出的光属于紫外线

C.从n=3能级跃迁到n=2能级辐射出的光照射钠时能发生光电效应

D.从n=4能级跃迁到n=2能级辐射出的光照射钠时能发生光电效应

4.氢原子光谱和玻尔的原子模型

1.B　氢原子光谱是线状谱,不是连续谱,故A错误;不同原子的原子光谱是不同的,氢原子光谱是氢原子的特征谱线,故B正确;经典物理学不可以解释氢原子光谱的分立特征,故C错误;不同化合物中的氢的光谱相同,氢原子光谱是氢原子的特征谱线,故D错误。

2.BD　按照经典物理学的观点,电子绕核运动有加速度,一定会向外辐射电磁波,很短时间内电子的能量就会消失,与客观事实相矛盾,由玻尔假设可知选项A、C错误,B正确;原子轨道半径越大,原子能量越大,选项D正确。

3.D　一个氢原子的核外只有一个电子,这个电子在某时刻只能处在某一个可能的轨道上,在某段时间,由某一轨道直接跃迁到另一轨道时,可能的情况只有一种,因为ra>rb,所以电子是从高能级向低能级跃迁,跃迁过程中要辐射光子,故D正确。

4.AB　太阳是一个高温物体,它发出的白光通过温度较低的太阳大气层时,会被太阳大气层中的某些元素的原子吸收,从而使我们观察到的太阳光谱是吸收光谱,所以分析太阳光谱可知太阳大气层的物质组成。故A、B正确,C、D错误。

5.A　根据玻尔理论,氢原子吸收光子可以从低能级跃迁至高能级,光子的能量恰好等于两能级差,如果不等于,则光子不能被吸收,基态与第3能级的能级差为12.09 eV,与第4能级的能级差为12.75 eV,所以12.5 eV的光子不会被吸收,故A正确;氢原子被外来自由电子撞击俘获能量被激发,电子的能量为12.5 eV,氢原子最高可跃迁到第3能级,剩余能量可以以动能形式存在,所以,可以被吸收,故B错误;当光子的能量大于13.6 eV时,氢原子吸收光子后发生电离,多余的能量作为脱离氢原子后电子的动能,因此,可以被吸收,故C错误;动能为14 eV的电子最高可以使氢原子电离,因此,可以被吸收,故D错误。

6.D　一群处于n=3能级的氢原子,最多可辐射的光子种数为=3,故A错误;辐射光子的最大能量为εmax=E3-E1=12.09 eV,故B、C错误;若被光照射后,发生了电离,则电离氢原子的光子能量至少为εmin=0-E3=1.51 eV,故D正确。

7.C　铬原子n=2的能级E2=-=-,n=1的能级E1=-A,所以电子从n=2能级跃迁到n=1的能级释放的能量ΔE=E2-E1=A。又铬原子n=4的能级E4=-=-,说明电子从n=4能级跃迁到无穷远能级(E∞=0),即脱离原子需吸收的能量,由能量守恒知,该俄歇电子的能量应为Ek=ΔE-(-E4)=A,选项C正确。

8.B　根据能级跃迁公式ΔE=Em-En可知,由于E21=E2-E1=-3.4 eV-(-13.6 eV)=10.2 eV>3.11 eV,所以从n=2跃迁到低能级过程只可能辐射出紫外线,故A错误;从n=3能级跃迁到n=2能级过程中光子能量最小,由于E32=E3-E2=1.89 eV>1.61 eV,所以从n=3跃迁到低能级过程不可能辐射出红外线,故B正确;由于E43=E4-E3=0.66 eV<1.61 eV,所以从n=4跃迁到低能级过程中可能辐射红外线,故C错误;由于E51=E5-E1=13.06 eV>3.11 eV,所以从n=5跃迁到低能级过程中可能辐射出紫外线,故D错误。

9.D　氢原子由基态跃迁到激发态后,运动半径变大,核外电子动能减小,原子的电势能增大,故A错误;大量处于n=3激发态的氢原子,向低能级跃迁时可辐射出的光子的频率种类为N==3种,故B错误;处于基态的氢原子跃迁到第一激发态需要吸收的能量为E=E2-E1=10.2 eV,跃迁到第二激发态需要吸收的能量为E=E3-E1=12.09 eV,用11 eV的光子照射,并不能使处于基态的氢原子跃迁到激发态,故C错误;处于n =2激发态的氢原子为-3.4 eV,其绝对值小于光子能量4 eV,用4 eV的光子照射处于n=2激发态的氢原子,可以使之电离,故D正确。

10.D　根据巴耳末谱线系的公式=R∞可知从n=3能级跃迁到n=2能级辐射出的光的波长λ==6.55×10-7 m,此波长在可见光的波长范围,不属于红外线,又此波长大于金属钠发生光电效应的极限波长5.4×10-7 m,则频率小于金属钠发生光电效应的极限频率,不能发生光电效应,选项A、C错误;从n=5能级跃迁到n=2能级辐射出的光的波长λ==4.33×10-7 m,此波长在可见光的波长范围,选项B错误;从n=4能级跃迁到n=2能级辐射出的光的波长λ==4.85×10-7 m,此波长小于金属钠发生光电效应的极限波长5.4×10-7 m,则频率大于金属钠发生光电效应的极限频率,能发生光电效应,选项D正确。