5.3量子论视野下的原子模型基础巩固（word版含答案）

5.3量子论视野下的原子模型基础巩固2021—2022学年高中物理沪教版（2019）选择性必修第三册
一、选择题（共15题）
1．通过研究黑体辐射提出能量子概念的科学家是（　　）
A．维恩 B．瑞利 C．普朗克 D．爱因斯坦
2．如图所示，当氢原子从n=4能级跃迁到n=2的能级和从n=3能级跃迁到n=1的能级时，分别辐射出光子a和光子b，则
A．由于辐射出光子，原子的能量增加
B．光子a的能量小于光子b的能量
C．光子a的波长小于光子b的波长
D．若光子a能使某金属发生光电效应，则光子b不一定能使该金属发生光电效应
3．氢原子的部分能级如图所示，已知可见光的光子能量在1.62 eV到3.11 eV之间，下列说法正确的是
A．大量氢原子从n＝4能级向n＝1能级跃迁时，会发出4种不同频率的光
B．一个氢原子从n＝4能级跃迁到n＝1能级时，吸收的能量为12.75eV
C．从高能级向n＝3能级跃迁时，发出的光的频率比可见光的频率高
D．基态氢原子发生电离时至少需要吸收13.6eV的能量
4．用a、b两束单色光分别照射同一双缝干涉装置，在距双缝恒定距离的屏上得到如图所示的干涉图样，其中图甲是a光照射时形成的，图乙是b光照射时形成的．则关于a、b两束单色光，下述正确的是（ ）
A．a光光子的能量较大
B．在水中a光传播的速度较大
C．若用a光照射某金属时不能打出光电子，则用b光照射该金属时一定打不出光电子
D．若a光是氢原子从n=4的能级向n=2的能级跃迁时产生的，则b光可能是氢原子从n=3的能级向n=2的能级跃迁时产生的
5．如图甲所示为氢原子的能级图，图乙为氢原子的光谱图。已知谱线b是氢原子从n=5能级直接跃迁到n=2能级时发出的光谱线，则谱线a可能是氢原子（　　）
A．从n=2的能级跃迁到n=1的能级时发出的光谱线
B．从n=3的能级直接跃迁到n=1的能级时发出的光谱线
C．从n=4的能级直接跃迁到n=1的能级时发出的光谱线
D．从n=4的能级直接跃迁到n=2的能级时发出的光谱线
6．氢原子的能级图如图所示。已知某金属的逸出功为6.44eV，则下列说法正确的是（　　）
A．处于基态的氢原子可以吸收能量为12.1eV的光子而被激发
B．用能量为12.5eV的电子轰击处于基态的氢原子，一定不能使氢原子发生能级跃迁
C．用一群氢原子从n=4能级跃迁到n=1能级辐射的光子照射该金属，从金属表面逸出的光电子最大初动能为6.31eV
D．一群处于n=4能级的氢原子向低能级跃迁时最多产生4种谱线
7．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
8．如图所示为氢原子的能级图，当氢原子从能级跃迁到能级时，辐射出光子，当氢原子从能级跃迁到能级时，辐射出光子，则下列判断正确的是（　　）
A．光子的能量大于光子的能量
B．光子的波长小于光子的波长
C．光子可能使处于能级的氢原子电离
D．若为可见光，则不可能为紫外线
9．在1885年，瑞士的一位中学数学教师巴耳末发现了氢原子光谱系中可见光的波长的规律，因此这个系列光谱被命名为巴耳末系。它们是由氢原子吸收光子跃迁到激发态（n≥3）后，再跃迁到能级n=2的激发态时所放出的光谱线。一群处于基态的氢原子吸收了某单色激光的能量后被激发，仅观察到巴耳末系谱线中的三条光谱线。氢原子的能级图如图所示，则激光光子的能量为（　　）
A．2.55 eV B．12.09 eV C．12.75 eV D．13.06 eV
10．氢原子的能级如图所示，下列说法正确的是（　　）
A．一个处于能级的氢原子，可以吸收一个能量为的光子
B．大量处于能级的氢原子，跃迁到基态的过程中可以释放出12种不同频率的光子
C．氢原子从高能级向低能级跃迁的过程中释放的光子的能量不可能大于
D．用能量为和的两种光子同时持续照射大量处于基态的氢原子，有可能使个别氢原子电离
11．如图所示为氢原子能级示意图。一群处于n=3激发态的氢原子，根据玻尔理论，下列说法中正确的是（　　）
A．氢原子不停地向外辐射能量，且仍一直处于第3能级
B．围绕氢原子核运动的电子，其轨道半径是一系列连续的值
C．从3能级跃迁到2能级辐射出的光子波长大于从2能级跃迁到1能级辐射出的光子波长
D．这些氢原子最多可辐射出2种不同频率的光子
12．已知可见光的光子能量范围约为1.62eV～3.11eV，氢原子能级图如图所示。大量处在n=4能级的氢原子向低能级跃迁时，下列说法中正确的是（　　）
A．会辐射出三种频率的光
B．向n=3能级跃迁时，辐射的光的波长最短
C．向n=3能级跃迁时，辐射的光会具有显著的热效应
D．向n=2能级跃迁时，辐射的光能使逸出功为4.2eV的铝发生光电效应
13．关于原子能级跃迁，下列说法正确的是（　　）
A．处于n=3能级的一个氢原子回到基态时可能会辐射三种频率的光子
B．各种气体原子的能级不同，跃迁时发射光子的能量（频率）不同，因此利用不同的气体可以制成五颜六色的霓虹灯
C．氢原子由较高能级跃迁到较低能级时，会辐射一定频率的光子，同时氢原子的电势能减小，电子的动能减小
D．已知氢原子从基态跃迁到某一激发态需要吸收的能量为12.09eV，则动能等于12.09eV的另一个氢原子与这个氢原子发生正碰，可以使这个原来静止并处于基态的氢原子跃迁到该激发态
14．2021年开始实行的“十四五”规划提出，把量子技术与人工智能和半导体一起列为重点研发对象。技术方面，中国量子通信专利数超3000项，领先美国。在通往量子理论的道路上，一大批物理学家做出了卓越的贡献，下列有关说法正确的是（　　）
A．玻尔把能量子引入物理学，破除了“能量连续变化”的传统观念
B．德布罗意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
C．爱因斯坦提出“光子说”，成功解释了光电效应现象
D．普朗克大胆地把光的波粒二象性推广到实物粒子，预言实物粒子也具有波动性
15．据报道，中国北斗三号最后一颗全球组网卫星于2020年6月23日成功发射，标志着中国全面完成北斗全球卫星导航系统星座部署。这些卫星都采用星载氢原子钟。原子钟是利用原子跃迁产生固定频率的光进行计时的工具，氢原子钟数百万年到1千万年才有1秒误差。图示为氢原子的能级图，大量处于n=5激发态的氢原子向低能级跃迁时（　　）
A．一共能辐射6种频率的光子
B．能辐射出3种能量大于10.2eV的光子
C．能辐射出3种能量大于12.09eV的光子
D．能辐射出能量小于0.31eV的光子
二、填空题（共4题）
16．已知氢原子的基态能量为E1，激发态能量En=E1/n2，其中n=2，3，…，若要使氢原子从基态跃迁到激发态，则需吸收的光子能量至少为______；设某个氢原子的核外电子绕原子核做圆周运动，其轨迹半径为r，己知电子电量为-e，静电力常量为K，则该电子的动能为______。
17．原子从较高的能级向低能级跃迁时放出的光子的能量等于前后______，由于原子的能级是______的，所以放出的光子的能量也是______的，因此原子的发射光谱只有一些分立的亮线。
18．不同的原子具有不同的结构，______各不相同，因此辐射（或吸收）的______也不相同。
19．根据玻尔理论，某原子的电子从能量为E的轨道跃迁到能量为E′的轨道，辐射出波长为λ的光，以h表示普朗克常量，c表示真空中的光速，则E′等于_______．如果大量氢原子处在n=4的能级，会辐射出____种频率的光； 其中波长最短的光是从n=__的能级向n=___的能级跃迁时发出的．
三、综合题（共4题）
20．原子从一个能级跃迁到另一个较低的能级时，有的并不发射光子。例如，在某种条件下，铬原子中能级上的电子跃迁到能级上时并不发射光子，而是将相应的能量转交给能级上的电子，使之脱离原子，这个现象叫作俄歇效应，以这种方式脱离原子的电子叫作俄歇电子。已知铬原子能级公式可简化为，式中，2，3，…。A是已知常数，则上述俄歇电子的动能是多少？
21．已知氢原子基态的能级值为E1=-13.6eV，普朗克恒量 =6.63×10 34J s。c=3×108m/s光速。
（1）有一群氢原子处于量子数n=4的激发态，这些原子自发由高能态向低能态跃迁时能够产生几条光谱线？请在如图所示的能级图上画出这些跃迁过程；
（2）计算氢原子从n=4的激发态跃迁到n=2的激发态所发出的光谱线的波长。（取一位有效数字）
22．研究原子物理时，科学家经常借用宏观模型进行模拟，在玻尔原子模型中，完全可用卫星绕行星运动来模拟研究电子绕原子核的运动，当然这时的向心力不是粒子间的万有引力（可忽略不计），而是粒子间的静电力。氢原子在基态时轨道半径r1=。能量E1=-13.6eV；电子和原子核的带电荷最大小都是，静电力常量，普朗克常最h=，真空中的光速。（计算结果保留3位有效数字）
（1）求氢原子处于基态时电子的动能和原子的电势能；
（2）用波长是多少的光照射可使基态氢原子电离
23．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？
参考答案
1．C
2．B
3．D
4．B
5．D
6．C
7．B
8．C
9．D
10．C
11．C
12．C
13．B
14．C
15．B
16．
17．两个能级之差 分立 分立
18．能级 光子频率
19． 6 4 1
20．
21．
（1）一群处于n=4激发态的氢原子，向低能级跃迁共产生的光谱线有
所以能产生6条光谱线，如图所示
（2）由，得
解得
22．（1）13.6eV，-27.2eV；（2）
23．6种；0.66 eV