5.3量子论视野下的原子模型 学科素养提升练-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 学科素养提升练（解析版）
一、选择题
1．如图所示为氢原子的能级图。现有两束光，光由图中跃迁①发出的光子组成，光由图中跃迁②发出的光子组成，已知光照射金属时刚好能发生光电效应，则下列说法正确的是（　　）
A．金属的逸出功为
B．光的频率大于光的频率
C．氢原子发生跃迁①后，原子的能量将减小
D．用光照射金属，发出的光电子的最大初动能为
2．已知氢原子的基态能量为，激发态能量为，其中。已知普朗克常量为，则下列说法正确的是（　　）
A．氢原子跃迁到激发态，核外电子动能增大，电势能减小
B．基态氢原子中的电子吸收一频率为的光子被电离后，电子速度大小为
C．大量处于能级的氢原子向低能级跃迁时可辐射出3种不同频率的光
D．氢原子从基态跃迁到能量为的激发态时，要吸收光子，光子频率为
3．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
4．氢原子从处于n=a的激发态自发地直接跃迁到n=b的激发态，已知a>b，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．原子要发出某一频率的光子 D．原子要吸收某一频率的光子
5．下列有关物理学史的说法正确的是（　　）
A．玻尔原子理论的成功之处是保留了经典粒子的概念
B．普朗克把能量子引入物理学，破除了能量连续变化的观念
C．麦克斯韦建立了经典电磁场理论，并证明了电磁波的存在
D．伽俐略将实验和逻辑推理相结合，利用理想斜面实验说明了物体的运动需要力来维持
6．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
7．氢原子从能级跃迁到能级时辐射红光的频率为，从能级跃迁到能级时吸收紫光的频率为，已知普朗克常量为，若氢原子从能级跃迁到能级，则（　　）
A．吸收光子的能量为
B．辐射光子的能量为
C．吸收光子的能量为
D．辐射光子的能量为
8．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．
9．氢原子从能级m跃迁到能级n时辐射红光的频率为，从能级n跃迁到能级k时吸收紫光的频率为，已知普朗克常量为h，若氢原子从能级k跃迁到能级m，则 （　　）
A．吸收光子的能量为 B．辐射光子的能量为
C．吸收光子的能量为 D．辐射光子的能量为
10．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
11．如图为玻尔的氢原子能级图，一群处于n=3激发态的氢原子，当它们自发地跃迁到较低能级时，以下说法正确的是（　　）
A．由n=3能级跃迁到n=2能级时发出光子的波长最长
B．氢原子跃迁时可以发出连续光谱
C．核外电子的轨道半径增大，动能减小
D．一共能发出2种频率的谱线
12．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
13．丹麦的物理学家玻尔在原子的核式结构学说的基础上提出自己的能级理论。关于氢原子能级图如图所示，一群处于能级的氢原子向低能级跃迁的过程中，下列说法中正确的是（　　）
A．最多放出3种频率不同的光子
B．放出的光子的最大能量为，最小能量是
C．释放出的光子能够使逸出功为的金属发生光电效应
D．用释放出的光子照射逸出功是的某种金属，逸出的光电子的最大初动能是
14．如图所示，能级间的跃迁产生不连续的谱线，从不同能级跃迁到某一特定能级就形成一个线系，比如：巴耳末系就是氢原子从n=3，4，5……能级跃迁到n=2的能级时辐射出的光谱，其波长λ遵循以下规律：，下列说法正确的是（　　）
A．公式中n只能取整数值，故氢光谱是线状谱
B．氢原子从n=3能级跃迁到n=2能级，该氢原子放出光子，其核外电子的动能增大
C．氢原子从n=3能级跃迁到n=2能级时辐射出的光子，在巴耳末系中波长最短
D．用能量为14.0eV的光子去照射一群处于基态的氢原子，受照射后，氢原子能跃迁到n=4的能级
15．如图为氢原子的部分能级图。关于氢原子能级的跃迁，已知普朗克常数，光速。下列叙述中正确的是（　　）
A．用的光子可以激发处于基态的氢原子
B．用波长为的光照射，可使处于基态的氢原子电离
C．一个处于基态的氢原子被激发后要发出6种频率的光至少需要的能量
D．用能量的外来电子碰撞，可以激发处于基态的氢原子
二、解答题
16．已知锌板的极限波长，今用处于n＝2激发态的氢原子发出的光照射锌板，已知氢原子能级公式，，电子质量，问：
（1）氢原子发出光子的能量多大；
（2）锌板发生光电效应时，光电子的最大初动能是多少；
（3）具有最大初动能的电子对应的德布罗意波长多大．
17．原子可以从原子间的碰撞中获得能量，从而发生能级跃迁（在碰撞中，动能损失最大的是完全非弹性碰撞）。一个具有13.6 eV动能、处于基态的氢原子与另一个静止的、也处于基态的氢原子发生对心正碰，问是否可以使基态氢原子发生能级跃迁？（氢原子能级如图所示）
参考答案
1．A
【详解】
A．光子的能量为
光照射金属时刚好能发生光电效应，则金属的逸出功为，A正确；
B．光子的能量为
光子的能量值小，则光的频率小，B错误；
C．氢原子辐射出光子后，氢原子的能量减小了
C错误；
D．用光照射金属，发出的光电子的最大初动能为
D错误。
故选A。
2．C
【详解】
A．氢原子由基态跃迁到激发态时，氢原子吸收光子，则原子能量增大，核外电子轨道半径增大，根据
知，电子动能减小，电势能增大，A错误；
B．基态氢原子中的电子吸收一频率为的光子被电离后，电子的最大初动能为
因此电子的最大速度大小为
B错误；
C．大量处于能级的氢原子向低能级跃迁时可辐射出种不同频率的光，C正确；
D．氢原子从基态跃迁到能量为的激发态时，要吸收光子，光子频率为， D错误。
故选C。
3．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。
4．C
【详解】
氢原子从高能级向低能级跃迁，而且直接跃迁，故原子要发出某一频率的光子，故C正确，ABD错误。
故选C。
5．B
【详解】
A. 玻尔原子理论的成功之处是引入了量子概念，不足之处是保留了经典粒子的概念，故A错误；
B. 普朗克把能量子引入物理学，破除了能量连续变化的观念，故B正确；
C. 麦克斯韦建立了经典电磁场理论，预言了电磁波的存在，赫兹用实验证明了电磁波的存在，故C错误；
D. 伽俐略将实验和逻辑推理相结合，利用理想斜面实验说明了物体的运动不需要力来维持，故D错误；
故选B。
6．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。
7．D
【详解】
氢原子从能级跃迁到能级时辐射红光的频率为，则有
从能级跃迁到能级时吸收紫光的频率为，则有
氢原子从能级跃迁到能级，则有
辐射光子的能量为，所以ABC错误；D正确；
故选D。
8．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。
9．D
【详解】
氢原子从能级m跃迁到能级n时辐射红光，说明能级m高于能级n
而从能级n跃迁到能级k时吸收紫光，说明能级k也比能级n高
而紫光的频率大于红光的频率，所以，因此能级k比能级m高，所以若氢原子从能级k跃迁到能级m，应辐射光子，且光子能量应为。
故选D。
10．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。
11．A
【详解】
A．、由n=3跃迁到n=2时辐射的光子能量最小，由
可知发出光子的波长最长，故A正确；
B．能级间跃迁辐射或吸收的光子能量必须等于两能级间的能级差，氢原子跃迁时，可发出不连续的光谱线，故B错误；
C．当原子从高能级向低能级跃迁时，原子的能量减小，轨道半径减小，电子的动能增大，故C错误；
D．一共能发出3种频率的谱线，故D错误。
故选A。
12．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。
13．BD
【详解】
A．一群氢原子处于激发态第4能级，可能发出光子的频率种数为
种，故A错误；
B．根据Em-En=hv得，放出光子的最大能量为
最小能量为
故B正确；
C．放出的光子的最大能量为，小于，则释放出的光子不能够使逸出功为的金属发生光电效应，故C错误；
D．用释放出的光子照射逸出功是的某种金属，逸出的光电子的最大初动能是
故D正确。
故选BD。
14．AB
【详解】
A．根据玻尔理论可知，公式中n只能取整数值，故氢光谱是线状谱，A正确；
B．氢原子从n=3能级跃迁到n=2能级，该氢原子放出光子，其核外电子的轨道半径减小，由牛顿第二定律可得
即
故电子动能增大，B正确；
C．根据玻尔理论可知
氢原子从n=3能级跃迁到n=2能级时辐射出的光子，在巴耳末系中光子中能量值最小，则波长最长，C错误；
D．由于光子的能量满足
14.0eV>13.6eV
故该光子能使基态氢原子电离，D错误。
故选AB。
15．ACD
【详解】
A．氢原子由n=2能级跃迁到n=1能级辐射能量为
因此用能量为10.2eV的光子可以激发处于基态的氢原子，故A正确；
B．氢原子在基态时所具有的能量为-13.6eV，将其电离就是使电子跃迁到无穷远，根据玻尔理论所需的能量为13.6eV。根据公式
解得
根据公式
代入解得
所以波长为600mm的光照射时，不可使稳定的氢原子电离，故B错误;
C．根据氢原子能发出6种不同频率的光，可得
解得
所以能级差为
故C正确；
D．从基态氢原子发生跃迁到n=2能级，需要吸收的能量最小，吸收的能量为
所以用动能为11.0eV的电子碰撞处于基态的氢原子，可能使其跃迁到n=2能级，故D正确。
故选ACD。
16．（1）1.632×10－18 J；（2）1.097×10－18 J；（3）4.7×10－10 m
【详解】
（1）氢原子n＝2能级的能量值
发出光子的能量
（2）锌板的逸出功
由光电效应方程
(3)由动能与动量的关系
得电子动量
由德布罗意关系
得
17．不能
【详解】
设运动氢原子的速度为v0，完全非弹性碰撞后两者的速度为v，损失的动能ΔE被基态氢原子吸收。
若ΔE＝10.2 eV，则基态氢原子可由n＝1能级跃迁到n＝2能级，由动量守恒和能量守恒有
mv0＝2mv
联立可得
因为
ΔE＝6.8 eV<10.2 eV
所以不能使基态氢原子发生跃迁。