高考物理复习特训考点十五原子结构和波粒二象性原子核第111练原子结构和波粒二象性含解析
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第111练 原子结构和波粒二象性
(时间 20分钟)
选择题
1.He+、Li2+等离子具有与氢原子类似的原子结构模型,又称为“类氢离子”.He+从能级N跃迁到能级M,释放频率为ν1的光子,从能级P跃迁到能级M,吸收频率为ν2的光子,且ν1>ν2.则它从能级N跃迁到能级P时( )
A.吸收频率为ν1+ν2的光子
B.释放频率为ν1+ν2的光子
C.吸收频率为ν1-ν2的光子
D.释放频率为ν1-ν2的光子
2.氢原子能级示意图如图所示,现有大量氢原子处于n=3能级,下列说法正确的是( )
A.这些氢原子跃迁过程中最多可辐射出2种频率的光子
B.从n=3能级跃迁到n=1能级需吸收12.09 eV的能量
C.从n=3能级跃迁到n=4能级辐射出0.66 eV的能量
D.n=3能级的氢原子电离至少需要吸收1.51 eV的能量
3.[2020·北京卷]氢原子能级示意如图.现有大量氢原子处于n=3能级上,下列说法正确的是( )
A.这些原子跃迁过程中最多可辐射出2种频率的光子
B.从n=3能级跃迁到n=1能级比跃迁到n=2能级辐射的光子频率低
C.从n=3能级跃迁到n=4能级需吸收0.66 eV的能量
D.n=3能级的氢原子电离至少需要吸收13.6 eV的能量
4.(多选)[2022·江西南昌测试]如图所示为氢原子的能级示意图,一群处于n=4能级的氢原子,在向较低能级跃迁的过程中向外辐射光子,用这些光照射逸出功为1.90 eV的金属铯,下列说法正确的是( )
A.这群氢原子最多能发出6种不同频率的光,其中从n=4能级跃迁到n=3能级所发出的光波长最长
B.这群氢原子发出的光子均能使金属铯发生光电效应
C.金属铯表面逸出的光电子最大初动能一定小于12.75 eV
D.金属铯表面所逸出的光电子的初动能最大值为10.19 eV
5.[2021·浙江杭州测试]如图是氢原子的能级图,各能级能量关系为En=,其中E1为基态能量,n为量子数.当氢原子从n=5能级跃迁到n=3能级时,释放出的一个光子能量为E,下列说法正确的是( )
A.一个处于n=5能级的氢原子向低能级跃迁时,最多能辐射出10种不同频率的光子
B.氢原子从n=5能级向低能级跃迁,跃迁到n=4能级时辐射的光波长最短
C.处于n=3能级的氢原子跃迁到基态吸收光子的能量为12.5E
D.某金属的逸出功为E,用n=4能级跃迁到n=2能级辐射的光子照射该金属,逸出光电子的最大初动能为E
6.(多选)[2022·湖北十一校联考]一群处于n=4能级的氢原子,向低能级跃迁过程中能发出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,只能测得两条电流随电压变化的图像,如图乙所示,已知氢原子的能级图如图丙所示,则下列推断正确的是( )
A.图乙中的a光是氢原子由n=4能级向基态跃迁发出的
B.图乙中的b光光子能量为12.75 eV
C.动能为1 eV的电子能使处于n=4能级的氢原子电离
D.阴极金属的逸出功可能为6.75 eV
7.(多选)巴耳末系是指氢原子从n=3,4,5,6,…能级跃迁到n=2能级时发出的光谱线系,如图甲所示,因瑞士数学教师巴耳末于1885年总结出其波长通项公式(巴耳末公式)而得名.图乙中给出了巴耳末谱线对应的波长,已知可见光的光子能量在1.62 eV到3.11 eV之间,普朗克常量h=6.63×10-34 J·s,则下列说法正确的是( )
A.Hα谱线对应光子的能量大于Hβ谱线对应光子的能量
B.巴耳末系辐射的Hα、Hβ、Hγ、Hδ谱线均属于可见光
C.按玻尔原子模型,与Hα谱线对应的跃迁是从n=3能级到n=2能级
D.该谱线系的光照射极限频率为10.95×1014 Hz的金属钨,能发生光电效应现象
第111练 原子结构和波粒二象性
1.答案:B
解析:He+从能级N跃迁到能级M,释放频率为ν1的光子,说明能级N的能量大于能级M的能量,且两能级能量差为hν1,同理能级P的能量小于能级M的能量,且两能级能量差为hν2,所以从能级N跃迁到能级P释放光子,且光子的能量为h(ν1+ν2),故B正确.
2.答案:D
解析:大量处于n=3能级的氢原子跃迁到n=1能级,最多可辐射出C=3种不同频率的光子,选项A错误;根据能级示意图可知从n=3能级跃迁到n=1能级辐射的光子能量为hν1=-1.51 eV-(-13.6 eV)=12.09 eV,选项B错误;同理可知从n=3能级跃迁到n=4能级,需要吸收的能量为E=-0.85 eV-(-1.51 eV)=0.66 eV,选项C错误;根据能级示意图可知氢原子处于n=3能级的能量为-1.51 eV,故要使其电离至少需要吸收1.51 eV的能量,选项D正确.
3.答案:C
解析:这些原子跃迁过程中最多可辐射出C=3种频率的光子,故选项A错误;从n=3能级跃迁到n=1能级比跃迁到n=2能级辐射的光子能量大,辐射的光子频率高,故选项B错误;从n=3能级跃迁到n=4能级需要吸收-0.85 eV-(-1.51 eV)=0.66 eV的能量,故选项C正确;n=3能级的氢原子电离至少需要吸收1.51 eV的能量,故选项D错误.
4.答案:AC
解析:一群处于n=4能级的氢原子,向低能级跃迁的过程中最多能够发出C=6种不同频率的光,其中从n=4能级跃迁到n=1能级所发出的光子能量最大,频率最高;从n=4能级跃迁到n=3能级所发出的光子能量最小,频率最低,波长最长,选项A正确.根据产生光电效应的条件可知,只有光子能量大于金属铯逸出功的光子才能使金属铯发生光电效应,而从n=4能级跃迁到n=3能级所发出的光子能量只有(-0.85 eV)-(-1.51 eV)=0.66 eV,从n=3能级跃迁到n=2能级所发出的光子能量只有(-1.51 eV)-(-3.40 eV)=1.89 eV,都小于金属铯的逸出功,均不能发生光电效应,选项B错误;从n=4能级跃迁到n=1能级所发出的光子能量最大,为E=(-0.85 eV) -(-13.60 eV)=12.75 eV,由爱因斯坦光电效应方程,可知金属铯表面逸出的光电子最大初动能Ek=E-W0=12.75 eV-1.90 eV=10.85 eV,一定小于12.75 eV,选项C正确,D错误.
5.答案:D
解析:一个处于n=5能级的氢原子向低能级依次跃迁时,最多能辐射出4种不同频率的光子,A项错误.氢原子从n=5能级向低能级跃迁时,由于n=5能级与n =4能级间的能量差最小,故对应的光子的频率最低,波长最长,B项错误.由氢原子能级跃迁规律可知,氢原子由n=3能级跃迁到基态时,会辐射出光子,C项错误.氢原子由n=5能级跃迁到n=3能级辐射出光子的能量E=-;由n=4能级跃迁到n=2能级辐射的光子能量为-=E1,由光电效应方程可知照射逸出功为E的金属产生光电子的最大初动能Ekm=E1-E,解得Ekm=E,D项正确.
6.答案:BC
解析:由题图乙可知,图中a光的遏止电压小于b光的遏止电压,由动能定理得eUc=Ek,故a光照射阴极K发生光电效应产生的光电子的最大初动能小于b光照射阴极K发生光电效应产生的光电子的最大初动能,结合爱因斯坦光电效应方程可知,a光的光子能量(或频率)小于b光的,结合原子能级知识可知,b光是氢原子由n=4能级向基态跃迁发出的,a光是氢原子由n=3能级向基态跃迁发出的,选项A错误;题图乙中b光光子能量为Eb=(-0.85 eV)-(-13.6 eV)=12.75 eV,选项B正确;由于n=4能级的氢原子的电离能为0.85 eV,所以动能为1 eV的电子能使处于n=4能级的氢原子电离,选项C正确;由于只有2种频率的光使金属发生光电效应,阴极金属逸出功W0,有10.2 eV<W0<12.09 eV,选项D错误.
7.答案:BC
解析:由题图乙可知,Hα谱线对应的波长大于Hβ谱线对应的波长,根据光子能量与频率成正比,与波长成反比,可知Hα谱线对应的光子的能量小于Hβ谱线对应的光子的能量,选项A错误;根据光子能量公式E=,计算可得巴耳末系辐射Hα谱线光子的能量为Eα== J=3×10-19 J=1.89 eV,处在1.62 eV到3.11 eV之间,属于可见光,同理可以计算出Hβ、Hγ、Hδ谱线光子能量均在1.62 eV到3.11 eV之间,均属于可见光,选项B正确;按照玻尔原子模型,与Hα谱线对应的跃迁是从n=3能级到n=2能级,选项C正确;极限频率为10.95×1014 Hz的金属钨,其逸出功W=hν=6.63×10-34×10.95×1014 J=7.26×10-19 J=4.54 eV,大于3.40 eV,用该谱线系的光照射极限频率为10.95×1014 Hz的金属钨,不能发生光电效应现象,选项D错误.
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