2021-2022学年高二下学期物理鲁科版（2019）选择性必修第三册4.3光谱与氢原子光谱 课时练习 (Word版含答案)

4.3光谱与氢原子光谱 课时练习（解析版）
一、选择题
1．下列说法正确的是（　　）
A．两个轻核结合成质量较大的核，总质量较聚变前一定增加
B．稀薄气体发出的辉光经分光镜分析得到线状谱说明原子的能量是量子化的
C．α粒子轰击金箔发生散射现象说明原子核存在复杂的内部结构
D．当放射性物质的温度升高后，其半衰期会变小
2．下列说法正确的是（　　）
A．汤姆孙发现了电子并提出了原子具有核式结构
B．光电效应揭示了光的粒子性，康普顿效应揭示了光的波动性
C．氢原子光谱表明氢原子的能量是不连续的
D．处于基态的一个氢原子吸收一个光子跃迁到n=4的激发态后，可能辐射6种频率的光子
3．处在激发态的氢原子向能量较低的状态跃迁时会发出一系列不同频率的光，称为氢光谱。氢光谱线的波长可以用下面的巴耳末一里德伯公式来表示=R，n，k分别表示氢原子跃迁前后所处状态的量子数，k=1、2、3、…，对于每一个k，有n=k+1，k+2，k+3，…，R称为里德伯常量，是一个已知量。对于k=1的一系列谱线其波长处在紫外线区，称为赖曼系；k=2的一系列谱线其波长处在可见光区，称为巴耳末系。用氢原子发出的光照射某种金属进行光电效应实验，当用赖曼系波长最长的光照射时，遏止电压的大小为U1；当用巴耳末系波长最短的光照射时，遏止电压的大小为U2.已知电子电量的大小为e。则该种金属的逸出功等于（　　）
A．e（U1-3U2） B．（U1-3U2） C．e（U1-U2） D．（U1-U2）
4．氢原子的部分能级图如图甲所示，大量处于激发态的氢原子向低能级跃迁时能辐射出不同频率的光，用这些光照射如图乙所示的光电管阴极K，阴极材料是逸出功为2.55eV的金属钾。已知可见光光子的能量范围为1.62~3.11eV，则下列说法中正确的是（　　）
A．这些氢原子一共能辐射出4种频率的光子
B．这些氢原子发出的光子中有3种属于可见光
C．这些氢原子发出的光均可使钾产生光电效应
D．若用跃迁到基态辐射的光照射阴极，其遏止电压为7.65V
5．关于光谱分析，下列说法中不正确的是（ ）
A．进行光谱分析时，既可以利用连续光谱，也可以利用线状光谱
B．进行光谱分析时，必须利用线状光谱或吸收光谱
C．利用光谱分析可以鉴别物质和确定物质的组成成分
D．利用光谱分析不可以深入了解原子的内部结构
6．下列说法正确的是（ ）
A．氢原子的光谱是连续谱
B．核反应中，质量数守恒，电荷数守恒
C．比结合能越小，原子核越稳定
D．只要入射光的强度足够大，就能发生光电效应
7．下列各种关于近代物理学的现象中，与原子核内部变化有关的是（ ）
A．紫外线照射锌板时，锌板向外发射光电子的现象
B．α粒子轰击金箔时，少数发生大角度偏转的现象
C．含铀的矿物质自发向外放出β射线（高速电子流）的现象
D．氢原子发光时，形成不连续的线状光谱的现象
8．下列现象中，与原子核内部变化有关的是（ ）
A．粒子散射现象 B．衰变现象
C．光电效应现象 D．原子发光现象
9．已知巴耳末系对应的光谱线是可见光，那么莱曼系对应的光谱线与前者相比有（　　）
A．可能是紫外线
B．可能是红外线
C．光的波长会更长
D．在真空中的传播速度会更大
10．下列说法中正确的是（ ）
A．在康普顿效应中，当入射光子与晶体中的电子碰撞时，把一部分能量转移给电子，因此光子散射后波长变短
B．黑体辐射时，随着温度的升高，一方面各种波长的辐射强度都有增加，另一方面辐射强度的极大值向频率较小的方向移动
C．氡的半衰期为3.8天，若取4个氧原子核，经7.6天后就一定剩下1个原子核了
D．各种原子的发射光谱都是线状谱，不同原子的发光频率不一样，因此每种原子都有自己的特征谱线，人们可以通过光谱分析来鉴别物质和确定物质的组成
11．物理学史的学习是物理学习中很重要的一部分，下列关于物理学史叙述中不正确的是 ( )
A．汤姆孙通过研究阴极射线实验，发现了电子
B．卢瑟福通过对α粒子散射实验现象的分析，提出了原子的核式结构模型
C．爱因斯坦发现了光电效应，并提出了光量子理论成功解释了光电效应
D．巴耳末根据氢原子光谱分析，总结出了氢原子光谱可见光区波长公式
12．图 甲所示为氢原子的能级，图乙为氢原子的光谱。已知谱线 a 是氢原子从 n=4 的能级跃迁到 n=2 的能级时的辐射光，则谱线 b 是氢原子（　　）
A．从 n=3 的能级跃迁到 n=2 的能级时的辐射光
B．从 n=5 的能级跃迁到 n=2 的能级时的辐射光
C．从 n=4 的能级跃迁到 n=3 的能级时的辐射光
D．从 n=2 的能级跃迁到 n=1 的能级时的辐射光
13．关于光谱，下列说法正确的是（ ）
A．炽热的液体发射连续谱
B．发射光谱一定是连续谱
C．线状谱和吸收光谱都可以对物质成分进行分析
D．霓虹灯发光形成的光谱是线状谱
14．下列说法正确的是（　　）
A．原子的特征谱线是原子具有核式结构的有力证据
B．考古专家测出某具骸骨1g碳样品中的含量为活着的生物体1g碳样品中含量的，已知的半衰期为5730年，则该生物死亡时距离今天约11460年
C．核泄露事故污染物能够产生对人体有害的辐射，其核反应方程式为，可以判断x为β射线
D．核反应堆利用石墨吸收中子，控制核反应速度
15．下列说法正确的是（ ）
A．各种原子的发射光谱都是连续谱
B．爱因斯坦的光子说解释了光电效应现象，光电子的最大初动能与入射光子的频率有关
C．原子核的比结合能大小可反映原子核的稳定程度，该值随质量数的增加而增大
D．根据α粒子散射实验，卢瑟福提出了原子核式模型
二、解答题
16．请根据巴耳末公式，计算当时的波长。
17．如图所示为氢原子的光谱。
（1）仔细观察，氢原子光谱具有什么特点？
（2）阅读课本，指出氢原子光谱的谱线波长具有什么规律？
参考答案
1．B
【详解】
A. 两个轻核结合成质量较大的核，释放大量能量，根据质能方程可得总质量较聚变前减小，故A错误；
B. 稀薄气体发出的辉光经分光镜分析得到线状谱说明原子的能量是量子化的，故B正确；
C. α粒子轰击金箔发生散射现象说明原子内部非常空旷，带正电的部分体积很小，但集中几乎全部质量，故C错误；
D. 半衰期是由放射性元素原子核的内部因素所决定的，跟元素的化学状态、温度、压强等因素无关，故D错误。
故选B。
2．C
【详解】
A．汤姆孙发现了电子，卢瑟福提出了原子具有核式结构，故A错误；
B．光电效应和康普顿效应都揭示了光的粒子性，故B错误；
C．氢原子光谱表明氢原子的能量是不连续的，故C正确；
D．处于基态的一个氢原子吸收一个光子跃迁到n=4的激发态后，可能辐射3种频率的光子，故D错误。
故选C。
3．B
【详解】
赖曼线系中波长最长的光是氢原子由n = 2向k = 1跃迁发出的，设波长为，则有
其光子能量为
巴耳末线系中波长最短的光是氢原子由向k =2跃迁发出的，设波长为，则有
其光子能量为
设金属的逸出功为W，两种光子照射金属发出的两种光电子的最大处动能分别为、，由光电效应方程得：
联立解得
故B正确，ACD错误。
故选B。
4．D
【详解】
A．大量氢原子低能级跃迁时可以释放出种不同频率的光子，故A错误；
B．激发态的氢原子向低能级跃迁时，释放出的光子的能量满足能级差，只有从第4能级跃迁至第2能级释放的能量为2.55eV，和第3能级跃迁至第2能级释放的能量为1.89eV，这2种在可见光光子的能量范围内， 故B错误；
C．发生光电效应的条件为辐射出光子的能量要大于等于逸出功，所以这些氢原子发出的光不能都使钾产生光电效应，故C错误；
D．若用跃迁到基态辐射的光照射阴极，此时光子辐射的能量为10.2eV，其遏止电压
解得
故D正确。
故选D。
5．A
【分析】
光谱是复色光经过色散系统（如棱镜、光栅）分光后，被色散开的单色光按波长（或频率）大小而依次排列的图案，发射光谱物体发光直接产生的光谱叫做发射光谱．发射光谱有两种类型：连续光谱和明线光谱；连续分布的包含有从红光到紫光各种色光的光谱叫做连续光谱；观察固态或液态物质的原子光谱，可以把它们放到煤气灯的火焰或电弧中去烧，使它们气化后发光，就可以从分光镜中看到它们的明线光谱．光谱分析的基本原理是每种元素都有自己的特征谱线．
【详解】
AB．每种元素都有自己的特征谱线，光谱分析的基本原理是每种元素都有自己的特征谱线．明线光谱和吸收光谱都是元素的特征光谱，光谱分析时，既可用明线光谱也可用吸收光谱，但是不能用连续光谱．故A错误，符合题意，B正确，不符合题意；
CD．利用光谱分析可以鉴别物质和确定物质的组成成分，不可以深入了解原子的内部结构．故CD正确，不符合题意；
故选A.
6．B
【详解】
A．氢原子的光谱是线状谱，选项A错误；
B．核反应中，质量数守恒，电荷数守恒，选项B正确；
C．比结合能越大，原子核越稳定，选项C错误；
D．只要入射光的频率足够大，就能发生光电效应，能否发生光电效应与光强无关，选项D错误；
故选B.
7．C
【详解】
A．光电效应是原子核外层电子脱离原子核的束缚而逸出，没有涉及到原子核的变化，故A错误；
B．α粒子散射实验表明了原子内部有一个很小的核，并没有涉及到核内部的变化，故B错误；
C．天然放射现象是原子核内部发生变化自发的放射出α射线或β射线，从而发生α衰变或β衰变，反应的过程中核内核子数，质子数，中子数发生变化，故C正确；
D．原子发光是原子跃迁形成的，即电子从高能级向低能级跃迁，释放的能量以光子形式辐射出去，没有涉及到原子核的变化，故D错误；
8．B
【详解】
A．α粒子散射实验表明了原子内部有一个很小的核，并没有涉及到核内部的变化，故A错误；
B．衰变现象中核内的中子转化为质子，涉及到原子核内部的变化，选项B正确；
C．光电效应是原子核外层电子脱离原子核的束缚而逸出，没有涉及到原子核的变化，故C错误；
D．原子发光是原子跃迁形成的，即电子从高能级向低能级跃迁，释放的能量以光子形式辐射出去，没有涉及到原子核的变化，故D错误。
9．A
【详解】
AB．由图可知，莱曼系对应的光谱中光的频率比巴耳末系对应的光谱中光的频率大，则可能是紫外线，故A正确，B错误；
C．由于莱曼系对应的光谱中光的频率比巴耳末系对应的光谱中光的频率大，根据可知对应的波长更小，故C错误；
D．所有光在真空中的传播速度都相同，故D错误。
故选A。
10．D
【详解】
A．在康普顿效应中，当入射光子与晶体中的电子碰撞时，把一部分能量转移给电子，因此光子散射后能量变小，则波长变长，选项A错误；
B．黑体辐射时，随着温度的升高，一方面各种波长的辐射强度都有增加，另一方面辐射强度的极大值向波长较小频率较大的方向移动，选项B错误；
C．半衰期是大量原子核衰变的统计规律，对少量的原子核衰变不适应，选项C错误；
D．各种原子的发射光谱都是线状谱，不同原子的发光频率不一样，因此每种原子都有自己的特征谱线，人们可以通过光谱分析来鉴别物质和确定物质的组成，选项D正确。
故选D。
11．C
【详解】
A．1897年汤姆孙根据放电管中的阴极射线在电磁场和磁场作用下的轨迹确定阴极射线中的粒子带负电，并测出其荷质比，这在一定意义上是历史上第一次发现电子，故A正确；
B．卢瑟福的 粒子散射实验结果：绝大多数粒子穿过金箔后仍沿原来的方向前进，但有少数粒子发生了较大的偏转，并有极少数粒子的偏转超过90°，有的甚至几乎达到180°而被反弹回来，这就是α粒子的散射现象。通过分析并提出了原子的核式结构模型，故B正确；
C．光电现象由德国物理学家赫兹于1887年发现，故C错误，符合题意；
D．巴耳末，瑞士数学家、物理学家。主要贡献是建立了氢原子光谱波长的经验公式——巴耳末公式，故D正确。
故选C。
12．B
【详解】
氢原子从高能级向低能级跃迁，能量以光子的形式向外辐射，根据
可知两种谱线的频率大小关系为
所以两种光子的能量关系为
根据题意可知
因为和时邻近的谱线，所以只有从n=5的能级跃迁到n=2的能级时，辐射的光子能量大于光的光子能量且与光的光子能量最接近，ACD错误，B正确。
故选B。
13．ACD
【详解】
A.炽热的液体发射的光谱为连续谱，故A正确；
B.发射光谱可以是连续谱也可以是线状谱，故B错误；
C.线状谱和吸收光谱都对应某种元素的光谱，都可以对物质成分进行分析，故C正确；
D.霓虹灯发光形成的光谱是线状谱，故D正确。
14．BC
【详解】
A．原子的特征谱线说明原子只能处于不连续的、分立的能级上，是原子具有分立能级的有力证据，故A错误；
B．考古专家发现某具骸骨1g碳样品中的含量是活着的生物体1g碳样品中含量的，可知经历了2个半衰期，的半衰期为5730年，则确定该生物死亡时距离今天约11460年，故B正确；
C．根据电荷数守恒和质量守恒有
即的电荷数为，质量数为0，可知为电子，即为β射线，故C正确；
D．镉具有很大的中子吸收界面，所以用来吸收裂变产生的中子，而不是石墨，故D错误。
故选BC。
15．BD
【详解】
A、原子光谱，是由原子中的电子在能量变化时所发射或吸收的一系列波长的光所组成的光谱．原子吸收光源中部分波长的光形成吸收光谱，为暗淡条纹；发射光子时则形成发射光谱，为明亮彩色条纹．两种光谱都不是连续的，且吸收光谱条纹可与发射光谱一一对应．每一种原子的光谱都不同，遂称为特征光谱；故A错误．B、根据光电效应方程知Ekm=hv-W0，光电子的最大初动能与入射光的频率成一次增函数；故B正确；C、比结合能越大，表示原子核中核子结合得越牢靠，原子核越稳定，比结合能并非随着质量数的最大而增大；故C错误．D、卢瑟福进行了α粒子散射实验后，根据实验的现象提出，原子只能由位于原子中心的原子核和核外的电子组成，原子核应集中大部分的质量及正电荷，由此提出了原子核式结构；故D正确．故选BD．
【点睛】
本题为3-5模块的综合题，模块间不综合，全面考查了选修3-5中的基础知识，对于该部分知识一是注意平时的积累与记忆，二是注意有关光谱、光电效应、物质波、原子核式结构等．
16．
【详解】
由
得
时，代入数据得
同理，时
时
时
17．（1）从右至左，相邻谱线间的距离越来越小；（2）可见光区域的四条谱线的波长满足巴耳末公式：，n=3，4，5，…
【详解】
（1）从右至左，相邻谱线间的距离越来越小
（2）巴耳末对当时已知的，在可见光区域的四条谱线做了分析，发现这些谱线的波长能够用一个公式表示，如果采用波长 的倒数，这个公式可以写成
式中的R叫做里德伯常量，实验测得值为
氢原子光谱是由一系列不连续的谱线组成的线状谱，即波长的分立特征。