5.3量子论视野下的原子模型 课时提升练—2021-2022学年高二下学期物理沪教版（2019）选择性必修第三册（word含答案）

5.3量子论视野下的原子模型 课时提升练（含解析）
一、选择题
1．赫兹在研究电磁波的实验中偶然发现，接收电路的电极如果受到光照，就更容易产生电火花。此后许多物理学家相继证实了这一现象，即照射到金属表面的光，能使金属中的电子从表面逸出。最初用量子观点对该现象给予合理解释的科学家是（　　）
A．玻尔 B．康普顿
C．爱因斯坦 D．德布罗意
2．如图所示是氢原子的能级图，现有一群处于的氢原子，能自发地辐射出三种不同频率的光，则辐射的光子能量最大为（　　）
A．13.6eV B．12.09eV C．10.2eV D．3.4eV
3．如图是根据玻尔原子模型求得的氢原子能级图。已知可见光的光子能量在1.62eV到3.10eV之间，紫外线的光子能量在3.10eV到124eV之间，如果使用光子能量为12.75eV的单色光照射大量处于基态的氢原子，下列说法正确的是（　　）
A．可释放出2种不同频率的可见光和3种不同频率的紫外线
B．可释放出2种不同频率的可见光和4种不同频率的紫外线
C．可释放出3种不同频率的可见光和3种不同频率的紫外线
D．可释放出4种不同频率的可见光和2种不同频率的紫外线
4．氢原子的核外电子从距核较近的轨道跃迁到距核较远的轨道过程中：（　　）
A．原子要吸收光子，电子的动能增大，原子的电势能增大，原子能量增大
B．原子要吸收光子，电子的动能减小，原子的电势能增大，原子能量增大
C．原子要吸收光子，电子的动能增大，原子的电势能减小，原子能量减小
D．原子要放出光子，电子的动能减小，原子的电势能减小，原子能量减小
5．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
6．氦原子被电离一个核外电子，形成类氢结构的氦离子，其能级示意图如图所示。已知基态的氨离子能量，现有一群处于激发态的氦离子（　　）
A．自发跃迁能释放3种频率的光子 B．能自发跃迁释放能量为的光子
C．自发跃迁释放光子的最大能量为 D．自发跃迁到基态释放光子的波长最长
7．下列说法正确的是（　　）
A．在光电效应实验中，只要入射光足够强，时间足够长，金属表面就会逸出光电子
B．在光电效应的实验中，饱和光电流大小取决于入射光的频率，频率越大，饱和光电流越大
C．根据玻尔的原子理论，氢原子从n＝5的激发态跃迁到n＝2的激发态时，原子能量减小，电势能增加
D．一群处于n＝4能级的氢原子向低能级跃迁时，最多可以产生6种谱线
8．关于原子的特征谱线，下列说法不正确的是（　　）
A．不同原子的发光频率是不一样的，每种原子都有自己的特征谱线
B．使炽热固体发出的白光通过低温钠蒸气，可得到钠元素的特征谱线
C．可以用特征谱线进行光谱分析来鉴别物质和确定物质的组成成分
D．原子的特征谱线是原子具有核式结构的有力证据
9．大量处于激发态的氢原子跃迁到n=1基态过程中，下面说法正确的是（　　）。
A．可能放出能量为的光子 B．可能检测到4种频率不同的光子
C．核外电子的电势能一定减少 D．核外电子的动能一定减少
10．下列说法正确的是（　　）
A．不同原子具有不同的结构，能级各不相同，但辐射（或吸收）的光子频率是相同的
B．光电效应证明光子具有能量，实验中从金属中逸出的电子动能可能不同
C．光电效应实验中，同样的金属材料遏止电压相同，与入射光的频率和强度无关
D．粒子散射实验为估计原子半径提供了一种方法
11．下列说法正确的是（　　）
A．磁感线总是从磁体的北极出发，终止于磁体的南极
B．一小段通电导线在某处不受磁场力，该处磁感应强度一定为零
C．赫兹通过实验捕捉到了电磁波，证实了麦克斯韦的电磁理论
D．微观世界的某些极少数带电微粒的能量的变化可以是连续的
12．如图所示为氢原子的能级图，大量处于能级的氢原子向基态跃迁，辐射出三种不同频率的光、、，且频率，让这三种光照射逸出功为的某金属表面，则下列说法正确的是（　　）
A．光、、的能量值可能为
B．光、、均能使该金属发生光电效应
C．从跃迁到辐射出的光频率为
D．逸出的光电子的最大初动能为
13．一群处于基态的氢原子吸收某种光子后，向外辐射了、、三种光，其波长分别为、、，且，三种光子的能量分别为、、，则下列说法不正确的是（　　）
A．被氢原子吸收的光子的能量为
B．
C．
D．
14．关于量子力学的说法正确的是（　　）
A．不论是对宏观物体，还是对微观物体，量子力学都是适用的
B．量子力学完全否定了普朗克黑体辐射理论、玻尔氢原子理论等早期量子论
C．玻尔理论成功地解释了氢原子光谱的规律，为量子力学的建立奠定了基础
D．激光技术的发展是量子力学的应用在实际生活中的体现
15．经过不断的实验探索，我们已经对原子结构有了一定的认识。对于这个探索的过程，下列说法正确的是（　　）
A．汤姆孙对阴极射线的研究，证实了阴极射线的本质是电子流
B．玻尔将量子观念引入原子领域，指出原子中的电子实际上没有确定的轨道提出了“电子云”的概念
C．核式结构模型很好地解释了原子光谱的分立特征
D．卢瑟福通过对粒子散射实验现象的分析，完全否定了汤姆孙的枣糕模型
二、解答题
16．氢原子处于基态时，原子能量E1=-13.6 eV，氢原子各能级的关系为En=（n=1，2，3…）。今有一群处于n=4激发态的氢原子，最多可以辐射几种不同的光子？其中光子最小的能量是多少？
17．如图所示为氢原子最低的四个能级，并标注明了相应的能量E。一群处在n=4能级的氢原子向低能级跃迁时，能够发出若干种不同频率的光波。求：
（1）有可能放出几种能量不同的的光子？
（2）已知某金属的逸出功为12.5eV，这些光波中能够从该金属的表面打出光电子的最大初动能Ek为多少？
参考答案
1．C
【详解】
A．玻尔引入量子化的观念解释了氢原子光谱，与题意不符，A错误；
B．康普顿提出康普顿效应，发现了光子不仅具有能量，还具有动量，证明了光具有粒子性，与题意不符，B错误；
C．爱因斯坦提出光子说，从理论上解释了光电效应的实验现象，符合题意，C正确；
D．德布罗意提出一切物质都具有波粒二象性，与题意不符，D错误。
故选C。
2．B
【详解】
一群处于的氢原子，向低能级跃迁时，从n=3的能级跃迁到n=1的能级时，辐射光子能量最大，为
故选B。
3．A
【详解】
根据玻尔理论，处于基态的氢原子被12.75eⅤ光子照射，可跃迁至第四能级，自第四能级向下跃迁可释放6种不同频率的光子，如图所示，c光子能量
Ec=-3.4eV-（-13.6eV）=10.2eV
为紫外线，a、b光子能量大于c光子能量，也为紫外线
Ed=0.85eV-（-3.4eV）=2.55cV
为可见光，e光子能量
Ee=-1.51eV-（-3.4eV）=1.89eV
为可见光
Ef=-0.85eV-（-1.51eV）=0.66eV<1.62eV
为不可见光；
因此有3种紫外线，2种可见光，1种不可见光，A正确。
故选A。
4．B
【详解】
从距核较近的轨道跃迁到距核较远的轨道过程中，需要吸收光子，总能量增大，根据
知电子的速率减小，则动能减小，所以电势能增大，故B正确，ACD错误。
故选B。
5．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。
6．C
【详解】
A．一群处于激发态的氦离子自发跃迁能释放出种频率的光子，故A错误；
B．一群处于激发态的氦离子，能自发跃迁释放的能量最小为从n=4能级跃迁到n=3能级释放的能量，即
所以不能自发跃迁释放能量为的光子，故B错误；
C．一群处于激发态的氦离子，能自发跃迁释放的能量最大为从n=4能级跃迁到n=1能级释放的能量，即
故C正确 ；
D．自发跃迁到基态释放光子的能量最大，波长最短，故D错误。
故选C。
7．D
【详解】
A．在光电效应实验中，只要入射光频率足够大，金属表面就会逸出光电子，与入射光的强度及光照时间无关，A错误；
B．在光电效应的实验中，饱和光电流大小取决于入射光的强度，选项B错误；
C．根据波尔的原子理论，氢原子从n=5的激发态跃迁多n=2的激发态时，原子能量减小，电子的动能变大，原子的电势能减小，选项C错误；
D．大量氢原子位于高能级最多能发出的谱线种类为，故一群处于n＝4能级的氢原子向低能级跃迁时，最多可以产生6种谱线。D正确。
故选D。
8．D
【详解】
A．不同原子的发光频率是不一样的，每种原子都有自己的特征谱线，选项A正确；
B．强烈的白光通过低温的钠蒸气时，某些波长的光被吸收产生钠的吸收光谱，故选项B正确；
C．每种原子都有自己的特征谱线，可以用特征谱线进行光谱分析来鉴别物质和确定物质的组成成分，故选项C正确；
D．粒子散射实验是原子具有核式结构的有力证据，故选项D错误。
本题选不正确的，故选D。
9．C
【分析】
本题考查氢原子的能级和跃迁，考查考生的理解能力和物理观念。
【详解】
A．从激发态跃迁到基态放出的光子能量最大值为
故A错误；
B．激发态跃迁到基态可能放出种频率不同的光子，故B错误；
CD．从激发态跃迁到基态，由
可知电子轨道半径减小，则电子的速度增大，动能增加，电势能减少，C正确，D错误。
故选C。
10．B
【详解】
A．由于不同的原子具有不同的结构，能级各不相同，因此辐射（或吸收）的光子频率也不相同，A错误；
B．光电效应证明光子具有能量，实验中从金属中逸出的电子动能具有最大值，某一过程逸出电子的具体动能数值可能不同，B正确；
C．对于一定颜色（频率）的光，无论光的强弱如何，遏止电压都是一样的，光的频率不同，遏止电压不同，C错误；
D．粒子散射是估计核半径的最简单的方法，D错误；
故选B。
11．C
【详解】
A．在磁体的外部，磁感线从磁体的北极出发，进入磁体的南极，在磁铁的内部，从磁体的南极到北极，故A错误；
B．一小段通电导线在某处不受磁场力，可能该处磁感应强度为零，也可能是电流方向与磁场方向平行，故B错误；
C．赫兹通过实验捕捉到了电磁波，证实了麦克斯韦的电磁理论，故C正确；
D．微观世界的某些极少数带电微粒的能量的变化是不连续的，故D错误。
故选C。
12．D
【详解】
A．氢原子从高能级向低能级跃迁，向外辐射的光能量一定为两能级间能量差值，该能级差不可能是1.51eV，故A错误；
BC．大量从向基态跃迁产生的三种光的能量分别为：：，：，：，故仅有2种大于金属的极限频率，即有两种能发生光电效应，从跃迁到辐射出的光频率最小，为，则BC错误；
D．逸出的光电子的最大初动能
则D正确。
故选D。
13．ABC
【详解】
根据氢原子在能级间跃迁辐射或吸收的光子的能量等于两能级间的能量差，且
可得
氢原子吸收的光子的能量为，再根据光子能量与波检测长的关系得
整理得
故D正确，ABC错误
本题选不正确项，故选ABC。
【关键点拨】
氢原子在能级间跃迁辐射或吸收的光子的能量等于两能级间的能量差，结合光子频率和波长的关系得出辐射光子波长的关系．
14．ACD
【详解】
A．不论是对宏观物体，还是微观粒子，量子力学都是适用的，故A正确；
BC．普朗克通过研究黑体辐射提出能量子的概念，成为量子力学的奠基人之一；玻尔原子理论第一次将量子观念引入原子领域，提出了定态和跃迁的概念，成功地解释了氢原子光谱的实验规律，故B错误，C正确；
D．激光技术的发展是量子力学的应用在实际生活中的体现，故D正确。
故选ACD。
15．AD
【详解】
A．汤姆孙对阴极射线的研究，证实了阴极射线的本质是电子流，A正确；
B．玻尔将量子观念引入原子领域，指出原子中的电子轨道是量子化的，即不连续的，但并没有提出了“电子云”的概念，B错误；
C．波尔的量子化模型很好地解释了原子光谱的分立特征，C错误；
D．卢瑟福通过对粒子散射实验现象的分析，完全否定了汤姆孙的枣糕模型，提出了原子的核式结构，D正确。
故选AD。
16．6种；0.66 eV
【详解】
一群处于n=4激发态的氢原子自发地向低能级跃迁，根据
种
即共辐射六种不同频率的光子
其中由n=4能级跃迁到n=3能级时，辐射出的光子的能量最小，则
17．（1）6种；（2）0.25eV
【详解】
（1）根据数学组合公式
知，当氢原子在这些能级间跃迁时，可能放出6种不同能量光子；
（2）由题可知，从能级跃迁到能级释放的光子能量最大，为
由爱因斯坦光电方程
联立可得