2023版新教材高中物理第四章原子结构和波粒二象性微点12氢原子的跃迁规律课时作业新人教版选择性必修第三册

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微点12　氢原子的跃迁规律　　1．[2023·湖北卷]2022年10月，我国自主研发的“夸父一号”太阳探测卫星成功发射．该卫星搭载的莱曼阿尔法太阳望远镜可用于探测波长为121.6nm的氢原子谱线(对应的光子能量为10.2eV).根据如图所示的氢原子能级图，可知此谱线来源于太阳中氢原子(　　)A．n＝2和n＝1能级之间的跃迁B．n＝3和n＝1能级之间的跃迁C．n＝3和n＝2能级之间的跃迁D．n＝4和n＝2能级之间的跃迁2．[2023·山东卷]“梦天号”实验舱携带世界首套可相互比对的冷原子钟组发射升空，对提升我国导航定位、深空探测等技术具有重要意义．如图所示为某原子钟工作的四能级体系，原子吸收频率为ν0的光子从基态能级Ⅰ跃迁至激发态能级Ⅱ，然后自发辐射出频率为ν1的光子，跃迁到钟跃迁的上能级2，并在一定条件下可跃迁到钟跃迁的下能级1，实现受激辐射，发出钟激光，最后辐射出频率为ν3的光子回到基态．该原子钟产生的钟激光的频率ν2为(　　)A．ν0＋ν1＋ν3B．ν0＋ν1－ν3C．ν0－ν1＋ν3D．ν0－ν1－ν33．如图所示为氢原子能级图．大量处于n＝4能级的氢原子向低能级跃迁时发出不同频率的光．用这些光照射金属钙．已知金属钙的逸出功为3.20eV.能够从金属钙的表面照射出光电子的光共有(　　)A.2种B．3种C．4种D．5种4．[2023·新课标]铯原子基态的两个超精细能级之间跃迁发射的光子具有稳定的频率，铯原子钟利用的两能级的能量差量级为10－5eV，跃迁发射的光子的频率量级为(普朗克常量h＝6.63×10－34J·s，元电荷e＝1.60×10－19C)(　　)A．103HzB．106HzC．109HzD．1012Hz5．(多选)光子的发射和吸收过程是(　　)A．原子从基态跃迁到激发态要放出光子，放出光子的能量等于原子在始、末两个能级的能量差B．原子不能从低能级向高能级跃迁C．原子吸收光子后从低能级跃迁到高能级，电子的电势能增加D．原子无论是吸收光子还是放出光子，吸收的光子或放出的光子的能量恒等于始、末两个能级的能量差6．如图所示是氢原子的能级图，大量处于n＝4激发态的氢原子向低能级跃迁时，可以辐射出多种不同频率的光子，其中巴耳末系是指氢原子由高能级向n＝2能级跃迁时释放的光子．下列说法正确的是(　　)A．最多可放出6种频率不同的光子，全部属于巴耳末系B．放出的光子中波长最长的是n＝4激发态跃迁到n＝3激发态时产生的C．放出的光子可能使逸出功为13eV的金属发生光电效应D．用能量为2.56eV的光子照射处于n＝2能级的氢原子，可以使它跃迁到n＝4能级7．如图所示，为氢原子的能级示意图：a表示从能级n＝5跃迁到n＝3时辐射的光子；b表示从能级n＝4跃迁到n＝2时辐射的光子；c表示从能级n＝3跃迁到n＝1时辐射的光子．则以下说法正确的是(　　)A．玻尔的原子能级模型可以解释所有原子辐射光子的规律B．若b光可使某金属发生光电效应，则a光也一定可以C．若有一个处于n＝5能级的氢原子向低能级跃迁，则该氢原子只能发出a、b、c三种光子的其中一种D．若有一群处于n＝5能级的氢原子向低能级跃迁，则这些氢原子最多可辐射出10种不同频率的光子8．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(　　)9．氢原子的能级图如图所示，现有大量的氢原子处于n＝3的激发态，当氢原子从n＝3能级跃迁到n＝2能级时，辐射出光子a；当氢原子从n＝3能级跃迁到n＝1能级时，辐射出光子b.下列说法正确的是(　　)A．大量氢原子处于n＝3的激发态最多可放出2种光子B．光子a的能量大于光子b的能量C．光子a能使处于n＝3能级的氢原子电离D．处于n＝3激发态的氢原子可吸收能量是0.76eV的光子10．图甲所示为氢原子的能级图，图乙为氢原子的光谱．已知谱线b对应氢原子从n＝4能级跃迁到n＝2能级时的辐射光，则谱线a可能对应氢原子的能级跃迁是(　　)A．从n＝2能级跃迁到n＝1能级B．从n＝3能级跃迁到n＝2能级C．从n＝3能级跃迁到n＝1能级D．从n＝5能级跃迁到n＝2能级11．如图是氢原子能级示意图，一群氢原子处于n＝4的激发态，当它们自发地跃迁到较低能级时，以下说法符合玻尔理论的有(　　)A．氢原子向低能级跃迁时，动能减小B．氢原子向低能级跃迁时，电势能增大C．由n＝4跃迁到n＝1时发出光子的频率最小D．这群氢原子向低能级跃迁时，能辐射6种不同频率的光子12．(多选)丹麦物理学家玻尔意识到了经典理论在解释原子结构方面的困难．在普朗克关于黑体辐射的量子论和爱因斯坦关于光子的概念的启发下，他在1913年提出了自己的原子结构假说．如图为氢原子的电子轨道示意图，下列说法正确的是(　　)A．电子离原子核越远，原子的总能量越大，氢原子的总能量是负值B．电子从n＝3能级跃迁到n＝4能级，电子的电势能增加，动能减少C．电子从n＝5能级跃迁到n＝4能级，电子电势能的减少量大于动能的增加量D．电子从n＝5能级跃迁到n＝4能级辐射的光子的能量比电子从n＝3能级跃迁到n＝4能级吸收的光子的能量大13．如图所示为氢原子最低的四个能级，当一群氢原子处于n＝4的能级上向低能级跃迁时：(1)有可能放出几种能量的光子？(2)在哪两个能级间跃迁时，所放出光子波长最长？(3)已知金属钠的截止频率为5.33×1014Hz，普朗克常量h＝6.63×10－34J·s.请通过计算判断，氢原子从第二激发态跃迁到第一激发态过程中发出的光子照射金属钠板，能否发生光电效应．微点12　氢原子的跃迁规律1．答案：A解析：由图中可知n＝2和n＝1的能级差之间的能量差值为ΔE＝E2－E1＝－3.4eV－(－13.6eV)＝10.2eV，与探测器探测到的谱线能量相等，故可知此谱线来源于太阳中氢原子n＝2和n＝1能级之间的跃迁．故选A.2．答案：D解析：原子吸收频率为ν0的光子从基态能级Ⅰ跃迁至激发态能级Ⅱ时有EⅡ－EⅠ＝hν0且从激发态能级Ⅱ向下跃迁到基态Ⅰ的过程有EⅡ－EⅠ＝hν1＋hν2＋hν3联立解得ν2＝ν0－ν1－ν3故选D.3．答案：B解析：根据组合公式C eq \o\al(\s\up1(2),\s\do1(4)) ＝6可知，大量的处于n＝4能级的氢原子向低能级跃迁时，能发出6种不同频率的光电子，它们的能量分别是E1＝－0.85eV－(－1.51eV)＝0.66eV；E2＝－0.85eV－(－3.40eV)＝2.55eV；E3＝－0.85eV－(－13.6eV)＝12.75eV；E4＝－1.51eV－(－3.40eV)＝1.89eV；E5＝－1.51eV－(－13.6eV)＝12.0eV；E6＝－3.40eV－(－13.6eV)＝10.2eV可见有三种光电子的能量大于3.20eV，故能够从金属钙的表面照射出光电子的光共有三种，故B正确．4．答案：C解析：铯原子利用的两能级的能量差量级对应的能量为ε＝10－5eV＝10－5×1.6×10－19J＝1.6×10－24J由光子能量的表达式ε＝hν可得，跃迁发射的光子的频率为ν＝eq \f(ε,h)＝eq \f(1.6×10－24,6.63×10－34)Hz≈2.4×109Hz跃迁发射的光子的频率量级为109Hz.故选C.5．答案：CD解析：原子从基态跃迁到激发态要吸收光子，吸收的光子的能量等于原子在初、末两个能级的能量差，故A错误；原子吸收光子可从低能级跃迁到高能级，该过程电子动能变小，电子的电势能增加，总能量增加，故B错误，C正确；根据玻尔理论可知，原子无论是吸收光子还是放出光子，吸收的光子或放出的光子的能量恒等于始、末两个能级的能量差，故D正确．6．答案：B解析：最多可放出6种频率不同的光子，属于巴尔末系的只有两种，A错误；光子波长最长时，其频率最小，即光子能量最小，所以放出的光子中波长最长的是n＝4激发态跃迁到n＝3激发态时产生的，B正确；放出的光子能量最大的是12.75eV，故不能使逸出功为13eV的金属发生光电效应，C错误；处于n＝2能级的氢原子，跃迁到n＝4能级需要吸收2.55eV能量的光子，D错误．故选B.7．答案：D解析：玻尔的原子能级模型只能解释氢原子的光谱规律，选项A错误；a光的能量比b光的能量小，不一定能使该金属发生光电效应，选项B错误；一个n＝5能级的氢原子向低能级跃迁，最多能辐射出4种光子，可以同时辐射出a、c两种光子，选项C错误；从n＝5跃迁到n＝1，最多可辐射出10种不同频率的光子，选项D正确．故选D.8．答案：C解析：根据玻尔的原子跃迁公式heq \f(c,λ)＝|En－Em|可知，两个能级间的能量差值越大，辐射光的波长越短，从题图中可看出，能量差值最大的是E3－E1，辐射光a的波长最短，能量差值最小的是E3－E2，辐射光b的波长最长，所以谱线从左向右的波长依次增大的是a、c、b，C正确．9．答案：C解析：根据公式C eq \o\al(\s\up1(2),\s\do1(3)) ＝3可知大量氢原子能发出三种频率不同的光，故A错误；氢原子从n＝3的能级跃迁到n＝2的能级的能级差为光子a的能量，即为－1.51eV－(－3.40)eV＝1.89eV，小于从n＝3的能级跃迁到n＝1的能级时的能级差，光子b的能量，即－1.51eV－(－13.6)eV＝12.09eV，光子a的能量小于光子b的能量，故B错误；氢原子从n＝3的能级跃迁到n＝2的能级的能级差为E＝hν＝－1.51eV－(－3.40)eV＝1.89eV，因为1.89eV大于1.51eV，所以光子a能使处于n＝3能级的氢原子电离，故C正确；用光子能量是E＝0.76eV的光照射处于n＝3的激发态的氢原子，根据公式E＝hν＝Em－E3可得Em＝－0.75eV，由氢原子的能级图可知不可被吸收，故D错误．10．答案：B解析：从图乙看出，谱线a对应的波长大于b对应的波长，所以谱线a对应的光子频率小于b对应的光子频率，谱线a对应的光子能量小于b对应的光子能量，因谱线b对应氢原子从n＝4能级跃迁到n＝2能级时的辐射光，所以谱线a对应的光子能量小于n＝4与n＝2间的能级差，结合选项可知B正确，A、C、D错误．故选B.11．答案：D解析：当氢原子从第4能级向低能级跃迁时，原子的能量减小，轨道半径减小，电子的动能增大，电势能减小，A、B错误；由n＝4跃迁到n＝1时辐射的光子能量最大，发出光子的频率最大，C错误；根据C eq \o\al(\s\up1(2),\s\do1(4)) ＝6知，这群氢原子能辐射6种不同频率的光子，D正确．12．答案：BC解析：电子离原子核越远，原子的总能量越大，当规定离原子核无穷远处的电势能为零时，氢原子的总能量是负值，当没有规定零电势能的位置时，无法判断氢原子总能量的正负，A错误；电子从n＝3能级跃迁到n＝4能级，库仑力做负功，电子的电势能增加，动能减少，B正确；电子从n＝5能级跃迁到n＝4能级，库仑力做正功，电子的电势能减少，动能增加，又总能量减少，因此电子电势能的减少量大于动能的增加量，C正确；根据玻尔理论可知，跃迁时辐射和吸收光子的能量由前后两个能级的能级差决定，所以电子从n＝5能级跃迁到n＝4能级辐射的光子的能量小于电子从n＝3能级跃迁到n＝4能级吸收的光子的能量，D错误．故选BC.13．答案：(1)6种　(2)第四能级向第三能级　(3)不能发生光电效应解析：(1)可能放出C eq \o\al(\s\up1(2),\s\do1(4)) ＝6种光子．(2)氢原子由第四能级向第三能级跃迁时，能级差最小，辐射的光子波长最长hν＝eq \f(hc,λ)＝E4－E3解得λ≈1.88×10－6m.(3)氢原子放出的光子能量E＝E2－E1代入数据得E＝1.89eV金属钠的逸出功W0＝hνc＝2.3eV>E则不能发生光电效应．