4.4氢原子光谱和玻尔的原子模型 课时提升练-2021—2022学年高二下学期物理人教版（2019）选择性必修第三册（word含答案）

4.4氢原子光谱和玻尔的原子模型 课时提升练（含解析）
一、选择题
1．下列说法正确的是（　　）
A．回旋加速器粒子经加速后具有的最大动能与加速电压值有关
B．黑体辐射实验揭示了振动着的带电微粒的能量是连续的
C．氢原子吸收光子后从高能级跃迁到低能级
D．微波炉是利用电磁波的能量来快速煮熟食物的
2．按玻尔理论，一个氢原子中的电子从一半径为Ra的圆轨道自发地直接跃迁到一半径为Rb的圆轨道上，Ra＞Rb，在此过程中（　　）
A．原子要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．原子要发出某种频率的光子 D．原子要吸收某种频率的光子
3．植物种子里含有的“光敏色素”可以感知红光而使种子发芽，已知红光光子的能量范围为1.61eV~2.00eV。氢原子的能级示意图所示，能被“光敏色素”感知的是（　　）
A．氢原子从第5能级向第3能级跃迁发出的光
B．氢原子从第4能级向第3能级跃迁发出的光
C．氢原子从第4能级向第2能级跃迁发出的光
D．氢原子从第3能级向第2能级跃迁发出的光
4．普朗克的能量子假设是对经典物理学思想与观念的一次重大突破，爱因斯坦因此也将能量子假设进行了推广．到了20世纪，量子力学发挥了重大作用，引领我们进入了丰富多彩的现代生活．以下表述正确的是（　　）
A．生活中并不是所有物体都在热辐射
B．普朗克的假设认为微观粒子的能量是不连续的
C．原子从高能态向低能态跃迁时放出光子的能量可以是连续的
D．原子的能量是量子化的，当原子处于能量最高状态时是最稳定的
5．已知氢原子基态能量为-13.6eV，下列说法中正确的是（　　）
A．使n=2能级的氢原子电离至少需要吸收3.4eV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10.2eV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2种不同频率的光
6．氢原子的能级示意图如图所示。若用一束光照射大量处于基态的氢原子，氢原子受激发后辐射出6种频率的光，则这束光的能量为（　　）
A． B． C． D．
7．如图所示是氢原子光谱在可见光区的一组巴尔末谱线系一巴尔末谱线系是氢原子的核外电子从量子数为、4、……能级跃迁到能级时发出的一系列谱线。则下列说法正确的是（　　）
A．图中氢原子的谱线是氢原子的核外电子从量子数为的能级跃迁到能级时发出的谱线
B．图中氢原子的谱线是氢原子的核外电子从量子数为的能级跃迁到能级时发出的谱线
C．图中氢原子的谱线是氢原子的核外电子从量子数为的能级跃迁到能级时发出的谱线
D．图中氢原子的谱线是氢原子的核外电子从量子数为的能级跃迁到能级时发出的谱线
8．如图所示是氢原子的能级图，现有大量处于n=3激发态的氢原子向低能级跃迁，所辐射的光子中只有一种能使某金属产生光电效应。以下判断不正确的是（　　）
A．该光子一定是氢原子从激发态n=3跃迁到基态时辐射的光子
B．该光子可能是氢原子从激发态n=2跃迁到基态时辐射的光子
C．若氢原子从激发态n=4跃迁到基态，辐射出的光子一定能使该金属产生光电效应
D．若大量氢原子从激发态n=4跃迁到低能级，则会有2种光子使该金属产生光电效应
9．19世纪末，科学家们发现了电子，从而认识到：原子是可以分割的，是由更小的微粒组成的，开启了人们对微观世界探索的大门。有关原子物理，下列说法正确的是（　　）
A．卢瑟福发现了电子，说明原子核有复杂的结构
B．发现质子的核反应方程是
C．汤姆孙在粒子散射实验的基础上提出了原子的核式结构模型
D．一群氢原子从n=3的激发态向基态跃迁时，最多能放出2种不同频率的光子
10．氢原子的能级图如图所示。一群氢原子处于的能级，跃迁到的能级时辐射出某一频率的光，用此光照射某金属板，发生光电效应，测得光电子的最大初动能为，则该金属的逸出功为（　　）
A． B． C． D．
11．下列说法正确的是（　　）
A．微观粒子的能量变化是连续的 B．红光的能量子比绿光大
C．能量子与电磁波的频率成正比 D．电磁波波长越长，其能量子越大
12．如图为氢原子能级图，欲使处于基态的氢原子激发或电离，下列措施不可行的是（　　）
A．用10.2eV的光子照射 B．用11eV的光子照射
C．用14eV的光子照射 D．用动能为11eV的电子撞击
13．如图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，电路中光电流不一定增大
B．若将电源反接，电路中不可能有光电流产生
C．若阴极K的逸出功为1.05 eV，则用从n=4能级向n=2能级跃迁时辐射的光照射，逸出的光电子最大初动能为2.4×10-19 J
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
14．下列说法正确的是（　　）
A．赫兹是第一个通过实验证实电磁波存在的人
B．红外线的波长比紫外线的波长更长
C．德国物理学家普朗克在研究黑体辐射时最先提出了光子说
D．原子从低能级向高能级跃迁时会放出光子
15．红外测温枪具有响应时间快、非接触、安全准确的优点，在新冠疫情防控中得到广泛使用。红外测温仪捕捉被测物体电磁辐射中的红外线部分，将其转变成电信号。图甲为红外线光谱的三个区域，图乙为氢原子能级示意图。已知普朗克常量h=6.63×10-34J·s，光在真空中的速度c=3.0×108m/s，下列说法正确的是（　　）
A．任何物体都会辐射红外线
B．红外线光子能量的最小值约为1.64eV
C．大量处于n=4的氢原子向低能级跃迁时，其中有3种频率的光子处在红外区
D．大量处于基态的氢原子吸收能量为12.09eV的光子后，辐射出的光子都不在红外区
二、解答题
16．大量氢原子处于1、2、3、4的四个状态，处于较高能级的原子可以向任意一个较低能级跃迁。这时我们可以观测到几种波长的光（包括不可见光）？最短的波长是多少？
17．氢原子处于基态时，原子的能量为E1=－13.6eV，当处于n=3的激发态时，能量为E3=－1.51eV，则（普朗克常量h=6.63×J·s）：
(1)当氢原子从n=3的激发态跃迁到n=1的基态时，向外辐射的光子的波长是多少？
(2)若要使处于基态的氢原子电离，至少要用多大频率的电磁波照射原子？
(3)若有大量的氢原子处于n=3的激发态，则在跃迁过程中最多能释放出几种频率的光子？其中波长最长是多少？
参考答案
1．D
【详解】
A．回旋加速器粒子经加速后具有的最大动能与D型盒的半径有关，A错误；
B．黑体辐射实验揭示了振动着的带电微粒的能量不是连续的，B错误；
C．氢原子吸收光子后从低能级跃迁到高能级，C错误；
D．微波炉是利用电磁波的能量来快速煮熟食物的，D正确。
故选D。
2．C
【详解】
因为ra＞rb．一个氢原子中的电子从半径为ra的圆轨道自发地直接跃迁到另一半径为rb的圆轨道上，能量减小，向外辐射光子；因为能级差一定，只能发出特定频率的光子，故C正确，ABD错误．
故选C。
3．D
【详解】
A．氢原子从第5能级向第3能级跃迁时，辐射得光子能量为
不在红光光子的能量范围内，A错误；
B．氢原子从第4能级向第3能级跃迁时，辐射得光子能量为
不在红光光子的能量范围内，B错误；
C．氢原子从第4能级向第2能级跃迁时，辐射得光子能量为
不在红光光子的能量范围内，C错误；
D．氢原子从第3能级向第2能级跃迁时，辐射得光子能量为
在红光光子的能量范围内，D正确。
故选D。
4．B
【详解】
A. 生活中的所有物体都在发生热辐射，故A错误；
B．普朗克的假设认为微观粒子的能量是不连续的，故B正确；
C．原子从高能态向低能态跃迁时放出光子的能量是不连续的，故C错误；
D．原子的能量是量子化的，当原子处于能量最低状态时是最稳定的，故D错误。
故选B。
5．A
【详解】
A．氢原子基态能量为-13.6eV，则n=2能级为
所以氢原子电离至少需要吸收3.4eV的能量，故A正确；
B．n=3能级跃迁到n=2能级，放出光子，能量减少。故B错误；
C．基态氢原子吸收10.2eV能量的光子，能量为
因此会从n=1能级跃迁到n=2能级。故C错误；
D．根据
可知大量处于n=3能级的氢原子会辐射出3种不同的光子。故D错误。
故选A。
6．C
【详解】
根据题意知氢原子受激发后辐射出6种频率的光，则由
解得
知原子受激发后跃迁到能级，则吸收的光子能量为
所以这束光的能量为，故C正确，ABD错误。
故选C。
7．B
【详解】
β谱线的波长是486.27nm
根据
则
所以氢原子的β谱线是氢原子的核外电子的能量
氢原子的β谱线是氢原子的核外电子从量子数为n=4的能级跃迁到n=2能级时发出的谱线
故选B。
8．B
【详解】
AB．大量处于n=3激发态的氢原子向低能级跃迁，所辐射的光子中，只有一种能使某金属产生光电效应，知频率最大的光子，即从n=3跃迁到n=1辐射的光子能使金属发生光电效应，故A正确，不符合题意，B错误，符合题意；
C．因为n=4跃迁到n=1辐射的光子能量大于n=3跃迁到n=1辐射的光子能量，所以一定能使金属发生光电效应，故C正确，不符合题意；
D．n=4跃迁到低能级辐射的光子中，从n=4到基态，从n=3到基态辐射的光子使该金属发生光电效应，故D正确，不符合题意。
故选B。
9．B
【详解】
A．汤姆逊发现了电子，说明原子还是可以再分的， A错误；
B．发现质子的核反应方程是
B正确；
C．卢瑟福在粒子散射实验的基础上提出了原子的核式结构模型，C错误；
D．一群氢原子从的激发态向基态跃迁时，最多能放出
种不同频率的光子，D错误。
故选B。
10．A
【详解】
由的能级，跃迁到的能级时辐射出某一频率的光有
用此光照射某金属板，发生光电效应，测得光电子的最大初动能为
代入数据可得
所以A正确；BCD错误；
故选A。
11．C
【详解】
A．微观粒子的能量变化是跳跃的，不连续的，故A错误；
BCD．根据
知能量子与电磁波的频率成正比，与波长成反比，由于红光的频率比绿光的频率小，所以红光的能量子比绿光小，故BD错误，C正确。
故选C。
12．B
【详解】
A．用10.2eV的光子照射，即
跃迁到第二能级，故A正确；
B．因为
可知不能被吸收，故B错误；
C．用14eV的光子照射，即
氢原子被电离，故C正确；
D．用11eV的动能的电子碰撞，氢原子可能吸收10.2eV能量，跃迁到第二能级，故D正确。
故选B。
13．AC
【详解】
A．若将滑片右移，加在光电管上的正向电压变大，由于光电流饱和后不再增加，所以光电流有可能增大，有可能不变，A正确；
B．若将电源反接，加在光电管上的电压变为反向电压，若电压小于遏止电压，则电路中有光电流产生，B错误；
C．从n=4能级向n=2能级跃迁时，辐射的光子能量为
若阴极的逸出功为1.05eV，则逸出的光电子最大初动能为
又已知
进行单位转换后求得能量为2.4×10-19 J，C正确；
D．根据题意，需要跃迁辐射光子的能量大于阴极的逸出功即可，总共存在6种向低能级跃迁辐射的光子，其中仅有从n=4能级向n=3能级跃迁辐射出的光子能量小于1.05eV，为0.66eV，其余5种均大于1.05eV，D错误。
故选AC。
14．AB
【详解】
A．赫兹是第一个通过实验证实电磁波存在的人，故A正确；
B．红外线的波长比紫外线的波长更长，故B正确；
C．德国物理学家普朗克在研究黑体辐射时最先提出了能量量子化的概念，光子说是爱因斯坦提出的，故C错误；
D．原子从低能级向高能级跃迁时会吸收光子，故D错误。
故选AB。
15．AD
【详解】
A．高于绝对零度的物质都可以产生红外线，而绝对零度无法达到，故任何物体都会辐射红外线，A正确；
B．光子能量为
当红外线波长最长为时，光子能量最小，代入数据可得
当红外线波长最短为时，光子能量最大，代入数据可得
B错误；
C．大量处于n=4的氢原子向低能级跃迁时，辐射出的光子能量可能为0.66eV，1.89eV，2.55eV，10.2eV，12.09eV，12.75eV，其中只有从n=4能级跃迁至n=3能级辐射的光子（0.66eV）处在红外区，故只有1种，C错误；
D．大量处于基态的氢原子吸收能量为12.09eV的光子后，跃迁至n=3的激发态，结合C的解析可知，辐射出的光子都不在红外区，D正确。
故选AD。
16．6种，
【详解】
处于n=4能级的氢原子向较低能级跃迁，并最终跃迁到基态，可能的跃迁共有4种情况：
、、、
能放出6种频率的光子，也就是6种波长的光，波长最短的光对应的是从n=4到n=1的情况，则最短波长为
17．(1)1.03×10－7m；(2) 3.28×1015Hz；(3)3，6.58×10－7m
【详解】
(1)根据玻尔理论
E3－E1=h
向外辐射的光子的波长
λ=m≈1.03×10－7m
(2)要使处于基态的氢原子电离，入射光子须满足
h≥0－E1
解得
≥Hz≈3.28×1015Hz。
(3)当大量氢原子处于n=3能级时，最多能释放出的光子频率种类为
N==3种
由于
E2===－3.4eV
氢原子由n=3能级向n=2能级跃迁时放出的光子波长最长，设为λ ，则
所以其中波长最长是
m≈6.58×10－7m