高考物理一轮复习课时作业54原子结构与原子能级（含解析）

原子结构与原子能级

选择题

1．关于α粒子散射实验，下列说法正确的是(　　)

A．该实验是卢瑟福建立原子核式结构模型的重要依据

B．该实验证实了汤姆孙原子模型的正确性

C．α粒子与原子中的电子碰撞会发生大角度偏转

D．绝大多数的α粒子发生大角度偏转

答案　A

解析　卢瑟福根据α粒子散射实验，提出了原子核式结构模型，A项正确，B项错误；电子质量太小，对α粒子的影响不大，C项错误；绝大多数α粒子穿过金箔后，基本上仍沿原方向前进，D项错误．

2．处于n＝3能级的大量氢原子，向低能级跃迁时，辐射光的频率有(　　)

A．1种　　　　 B．2种

C．3种   D．4种

答案　C

解析　处在高能级的氢原子向低能级跃迁时，可以向任意低能级跃迁．C项正确，A、B、D三项不正确．

3．(2018·泉州二模)处于激发状态的原子，在入射光的电磁场的影响下，从高能态向低能态跃迁，两个状态之间的能量差以辐射光子的形式发射出去，这种辐射叫做受激辐射．原子发生受激辐射时，发出的光子频率、发射方向等，都跟入射光子完全一样，这样使光得到加强，这就是激光产生的机理．那么，发生受激辐射时，产生激光的原子的总能量En、电势能Ep、电子动能Ek的变化情况是(　　)

A．Ep增大、Ek减小、En减小 B．Ep减小、Ek增大、En减小

C．Ep增大、Ek增大、En增大 D．Ep减小、Ek增大、En不变

答案　B

解析　发生受激辐射时，向外辐射能量，知原子总能量减小，轨道半径减小，

根据＝知，电子的动能增大，由于能量减小，则电势能减小．故A、C、D三项错误，B项正确．

4．已知氢原子的基态能量为E1，激发态能量为En＝，其中n＝2，3，4….已知普朗克常量为h，则下列说法正确的是(　　)

A．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．基态氢原子中的电子吸收一频率为ν的光子被电离后，电子速度大小为

C．大量处于n＝3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．若原子从n＝5能级向n＝3能级跃迁时发出的光能使某金属发生光电效应，则从n＝6能级向n＝4能级跃迁时发出的光一定能使该金属发生光电效应

答案　C

解析　氢原子由基态跃迁到激发态时，氢原子吸收光子，则能量增大，轨道半径增大，根据k＝m知，电子动能减小，而其电势能增大，故A项错误；基态氢原子中的电子吸收一频率为ν的光子被电离后，则电子电离后的最大初动能为Ekm＝hν＋E1，因此电子最大速度大小为，故B项错误．根据C32＝3知，这些氢原子可能辐射出三种不同频率的光子．故C项正确；原子从n＝6能级向n＝4能级跃迁时所产生的能量小于之前辐射的能量，不一定使该金属发生光电效应．故D项错误．

5．(2018·南通一模)(多选)已知氢原子基态能量为－13.6 eV，下列说法正确的有(　　)

A．使n＝2能级的氢原子电离至少需要吸收3.4 eV的能量

B．氢原子由n＝3能级跃迁到n＝2能级，放出光子，能量增加

C．处于基态的氢原子吸收能量为10.2 eV的光子跃迁到n＝4激发态

D．大量处于n＝3激发态的氢原子会辐射出3种不同频率的光

答案　AD

解析　A项，氢原子基态能量为－13.6 eV，则n＝2能级为E2＝－＝－3.4 eV，因此要使处于n＝2能级氢原子电离至少需要吸收能量3.4 eV，故A项正确；

B项，氢原子由n＝3能级跃迁到n＝2能级，放出光子，能量减少，故B项错误；

C项，处于基态的氢原子吸收能量为10.2 eV的光子，能量为E＝－13.6＋10.2＝－3.4 eV，因此会从n＝1能级跃迁到n＝2能级，故C项错误；

D项，根据C32＝3，可知，大量处于n＝3能级的氢原子跃迁时能辐射出3种不同频率的光子，故D项正确．

6．(2018·武邑模拟)已知氢原子的基态能量为E1，激发态能量En＝，其中n＝2，3，4…，用h表示普朗克常量，c表示真空中的光速．有一氢原子处于n＝3的激发态，在它向低能态跃迁时，可能辐射的光子的最大波长为(　　)

A．－   B．－

C．－   D．－

答案　A

解析　一群氢原子处于n＝3激发态，据玻尔理论在这3种频率光子中，可释放出的光子频率种类中，当氢原子从n＝3能级向n＝2能级跃迁时辐射的光子波长最长，

E2＝　E3＝，

＝E3－E2，

λ＝＝－，故A项正确，B、C、D三项错误．

7．(2018·遵义二模)(多选)一群氢原子从n＝3的能级向低能级跃迁时，放出光子的最大能量为E，则这群氢原子(　　)

A．跃迁时可以放出6种不同能量的光子

B．由n＝2的能级向基态跃迁时放出光子的能量小于E

C．由n＝3的能级向n＝2的能级跃迁时放出光子的能量等于

D．由n＝2的能级向基态跃迁时吸收光子的能量为

答案　BC

解析　A项，大量处于第3能级的氢原子向低能级跃迁放出若干频率的光子，能产生3种不同频率的光子，故A项错误；

B、D两项，从n＝3的能级向基态跃迁时，放出光子的最大能量为E，即为：E＝E1－＝E1，则n＝2的能级向基态跃迁时放出光子的能量，为：E′＝E1－＝E1＝E，小于E，故B项正确，D项错误；

C项，当n＝3的能级向n＝2的能级跃迁时放出光子的能量，为：E″＝－＝－＝E1＝，故C项正确．

8.(2018·唐山二模)图示为氢原子能级示意图，已知大量处于n＝2能级的氢原子，当它们受到某种频率的光线照射后，可辐射出6种频率的光子，下面说法中正确的是(　　)

A．n＝2能级氢原子受到照射后跃迁到n＝5能级

B．n＝2能级氢原子吸收的能量为2.55 eV

C．频率最高的光子是氢原子从n＝3能级跃迁到n＝1能级放出的

D．波长最大的光子是氢原子从n＝4能级跃迁到n＝1能级放出的

答案　B

解析　A项，根据C42＝6知，n＝2能级氢原子受到照射后跃迁到n＝4能级．故A项错误；

B项，n＝2能级氢原子受到照射后跃迁到n＝4能级，氢原子吸收的能量为：ΔE＝E4－E2＝－0.85－(－3.4)＝2.55 eV.故B项正确；

C项，光子的能量：E＝hν，可知，频率最高的光子的能量最大，是氢原子从n＝4能级跃迁到n＝1能级放出的．故C项错误；

D项，光子的能量：E＝，可知波长最长的光子的能量最小，是氢原子从n＝4能级跃迁到n＝3能级放出的．故D项错误．

9.(2018·河南二模)如图所示为氢原子的部分能级图，以下判断正确的是(　　)

A．处于n＝3能级的氢原子可以吸收任意频率的光子

B．欲使处于基态的氢原子被激发，可用12.09 eV的光子照射

C．一个氢原子从n＝4的状态跃迁到基态时，最多可以辐射出6种不同频率的光子

D．用n＝2能级跃迁到n＝1能级辐射出的光照射金属铂(逸出功为6.34 eV)时不能发生光电效应

答案　B

解析　A项，要使n＝3能级的氢原子发生跃迁，吸收的光子能量必须等于两能级间的能级差，或大于1.51 eV能量的任意频率的光子．故A项错误；

B项，根据玻尔理论用12.09 eV电子照射时，吸收光子后电子的能量：12.09＋(－13.6)＝－1.51 eV，所以能从基态发生跃迁，跃迁到第3能级，故B项正确；

C项，一个氢原子从n＝4的状态跃迁到基态时，最多时，跃迁的路径为：n＝4→3→2→1，可知能辐射出3种不同频率的光子，故C项错误；

D项，从n＝2能级跃迁到n＝1能级辐射出的光子的能量E＝E2－E1＝－3.4 eV－(－13.6) eV＝10.2 eV＞6.34 eV，而使金属发生光电效应的条件是光子的能量大于电子的逸出功，故可以发生光电效应．故D项错误．

10.(多选)如图所示，是汞原子的能级图，一个自由电子的总能量为8.0 eV，与处于基态的汞原子碰撞后(不计汞原子的动量变化)，则电子剩余的能量可能为(碰撞无能量损失)(　　)

A．0.3 eV   B．3.1 eV

C．4.9 eV   D．8.8 eV

答案　AB

解析　基态的汞原子从基态跃迁到第2能级，吸收能量为：ΔE＝－5.5 eV＋10.4 eV＝4.9 eV

则电子剩余的能量为：E′＝8.0－4.9 eV＝3.1 eV，

基态的汞原子从基态跃迁到第3能级，吸收能量为：ΔE＝－2.7 eV＋10.4 eV＝7.7 eV

则电子剩余的能量为：E′＝8.0－7.7 eV＝0.3 eV，故A、B两项正确，C、D两项错误．

11.(2018·衡水三模)(多选)如图所示为氢原子的能级图，大量处于基态的氢原子在一束光的照射下发生跃迁后能产生6条谱线，其中有3条可使某金属发生光电效应．已知可见光的光子能量在1.62 eV到3.11 eV之间，下列有关描述正确的是(　　)

A．氢原子的能级是分立的，6条谱线中有2条谱线在可见光范围内

B．入射光束中光子的能量为10.2 eV才能实现题中的跃迁情况

C．该金属的逸出功小于2.55 eV

D．若改用12.7 eV的电子撞击氢原子使之跃迁后所辐射出的光也能使该金属发生光电效应

答案　AD

解析　A项，氢原子跃迁后能产生6条谱线，根据：Cn2＝＝6，即处于基态的氢原子在一束光的照射下跃迁到了n＝4能级；

从高能级n＝4向n＝3能级跃迁时发出的光的能量为：E4－E3＝－0.85－(－1.51)＝0.66 eV；不在可见光范围内；

从n＝4向n＝2能级跃迁时辐射的光子能量为：E4－E2＝－0.85－(－3.4)＝2.55 eV；在可见光范围内；

从n＝4向n＝1能级跃迁时发出的光的能量为：E4－E1＝－0.85－(－13.6)＝12.75 eV；不在可见光范围内；

从n＝3到n＝2辐射光子的能量为：E3－E2＝－1.51－(－3.4)＝1.89 eV；在可见光范围内；

从n＝3向n＝1能级跃迁时发出的光的能量为：E3－E1＝－1.51－(－13.6)＝12.09 eV；不在可见光范围内；

从n＝2向n＝1能级跃迁时发出的光的能量为：E2－E1＝－3.4－(－13.6)＝10.2 eV；不在可见光范围内．故A项正确；

B项，由于能量最大的光子的能量为12.75 eV，可知入射光的能量为12.75 eV，故B项错误；

C项，由于其中有3条可使某金属发生光电效应，则三种频率最大、能量最大的光子的能量分别为12.75 eV，120.9 eV和10.2 eV，其次为2.55 eV，可知，该金属的逸出功大于2.55 eV，小于10.2 eV.故C项错误；

D项，若改用12.7 eV的电子撞击氢原子，由于12.7 eV小于12.75 eV，所以最多只能使基态的氢原子跃迁到n＝3的能级，最少只能使基态的氢原子跃迁到n＝2的能级；n＝2能级向n＝1能级跃迁时所辐射出的光的能量为10.2 eV，也能使该金属发生光电效应，故D项正确．

12.(2018·邯郸一模)(多选)图示是氢原子的能级示意图，大量处于基态的氢原子吸收了某种单色光的能量后能发出6种不同频率的光子，分别用它们照射某种金属板时，只有频率分别为ν1、ν2、ν3、ν4(ν1＞ν2＞ν3＞ν4)的四种光能发生光电效应．则普朗克常量可表示为(　　)

A.   B.

C.   D.

答案　BD

解析　大量处于基态的氢原子吸收了某种单色光的能量后能发出6种不同频率的光子，可知，电子处于能级n＝4，向低能级跃迁，

分别用它们照射某种金属板时，只有频率分别为ν1、ν2、ν3、ν4(ν1＞ν2＞ν3＞ν4)的四种光能发生光电效应，

依据能量等于两能级间的能级差，即Em－En＝hν.可知，E4－E1＝hν1，E3－E1＝hν2，E2－E1＝hν3，E4－E2＝hν4，

由图中各能级的能量，则有：h＝，或h＝，或h＝，或h＝，故A、C两项错误，B、D两项正确．

13．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(　　)

A．发出波长为λ1－λ2的光子 B．发出波长为的光子

C．吸收波长为λ1－λ2的光子 D．吸收波长为的光子

答案　D

解析　a→b：Ea－Eb＝h

b→c：Ec－Eb＝h

a→c：Ec－Ea＝h

联立上三式得，λ＝.D项正确．

14．(2018·石家庄模拟)(多选)图1所示为氢原子能级图，大量处于n＝4激发态的氢原子向低能级跃迁时能辐射出多种不同频率的光，其中用从n＝4能级向n＝2能级跃迁时辐射的光照射图2所示光电管的阴极K时，电路中有光电流产生，则(　　)

A．若将滑片右移，电路中光电流一定增大

B．若将电源反接，电路中可能有光电流产生

C．若阴极K的逸出功为1.05 eV，则逸出的光电子最大初动能为1.5 eV

D．大量处于n＝4激发态的氢原子向低能级跃迁时辐射的光中只有4种光子能使阴极K发生光电效应

答案　BD

解析　A项，若光电流已经达到饱和，则将滑片右移，电路中光电流也不再增大，故A项错误；

B项，若将电源反接，反接后得电压若小于截止电压，则电路中可能有光电流产生，故B项正确．

C项，从n＝4能级向n＝1能级跃迁时辐射的光子能量为：E＝E4－E1＝－0.85－(－13.6)＝12.75 eV，那么根据光电效应方程：EKm＝hν－W＝E－W＝12.75－1.05＝11.70 eV，故C项错误；

D项，根据跃迁规律可知从n＝4向n＝2跃迁时辐射光子的能量小于从n＝4向n＝1、n＝3向n＝1、n＝2向n＝1跃迁时辐射光子的能量，则大量处于n＝4激发态的氢原子向低能级跃迁时辐射的光中只有4种光子能使阴极K发生光电效应，故D项正确．

15．(多选)用大量具有一定能量的电子轰击大量处于基态的氢原子，观测到了一定数目的光谱线，如图．调高电子的能量再次进行观测，发现光谱线的数目比原来增加了5条．用Δn表示两次观测中最高激发态的量子数n之差，E表示调高后电子的能量．根据图所示的氢原子的能级图可以判断，Δn和E的可能值为(　　)

A．Δn＝1，13.22 eV＜E＜13.32 eV B．Δn＝2，13.22 eV＜E＜13.32 eV

C．Δn＝1，12.75 eV＜E＜13.06 eV D．Δn＝2，12.75 eV＜E＜13.06 eV

答案　AD

解析　由原子在某一能级跃迁最多发射谱线数Cn2可知C22＝1，C32＝3，C42＝6，C52＝10，C62＝15.

由题意可知比原来增加5条光谱线，则调高电子能量前后，最高激发态的量子数分别可能为2和4，5和6……Δn＝2和Δn＝1.

当Δn＝2时：

原子吸收了实物粒子(电子)的能量，则调高后电子的能量E≥E4－E1，E＜E5－E1

所以E≥[－0.85－(－13.60)] eV＝12.75 eV

E＜[－0.54－(－13.60)] eV＝13.06 eV

所以12.75 eV≤E＜13.06 eV

故D项正确．

同理当Δn＝1时，使调高后电子的能量满足

E6－E1≤E＜E7－E1

[－0.38－(－13.60)] eV≤E＜[－0.28－(－13.60)] eV

故A项正确．