5.3量子论视野下的原子模型课后练习-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
一、选择题（共15题）
1．某个氢原子受激发后跃迁到的能级，则该氢原子可能发出的光子数为（　　）
A．1 B．4 C．5 D．6
2．μ子与氢原子核（质子）构成的原子称为μ氢原子，它在原子核物理的研究中有重要作用。如图为μ氢原子的能级示意图，假定光子能量为E的一束光照射容器中大量处于n=2能级的μ氢原子，μ氢原子吸收光子后，发出频率分别为v1、v2、v3、v4、v5和v6的光子，且频率依次增大，已知普朗克常量为h，则能量E的数值为（　　）
A．hv1 B． hv 3 C． hv 4 D． hv 6
3．根据玻尔理论可知，处于基态的氢原子吸收一个光子后跃迁到高能级，下列说法正确的是（　　）
A．核外电子的动能增加 B．氢原子的电势能减少
C．氢原子的能量增加 D．氢原子更加稳定
4．下列说法正确的是（　　）
A．氚核衰变时会放出线，射线是电子流，其来源于核外电子
B．在康普顿效应中，当入射光子与晶体中的电子碰撞时，会把一部分动量转移给电子，因此，光子散射后波长变大
C．由玻尔理论可知，氢原子的核外电子由较高能级跃迁到较低能级时，要释放一定频率的光子，同时电子的动能减小，电势能减小
D．一个双缝干涉实验中，蓝光产生的干涉条纹间距比红光的大
5．下列说法正确的是（　　）
A．某金属能发生光电效应，当入射光的颜色不变而增大光照强度时，逸出的光电子的最大初动能变大
B．若利用黄光和蓝光分别在同一装置研究光电效应，用蓝光照射时的遏止电压小于用黄光照射时的遏止电压
C．当氢原子处于第二能级且不发生跃迁时，不会向外辐射光子
D．电子绕核旋转的轨道半径可取任意值
6．如图所示为氢原子的能级图，处于n=4能级的氢原子吸收频率为的光子后恰好能发生电离，则氢原子由n=4能级向低能级跃迁时放出光子的最大频率为（　　）
A． B．
C． D．
7．下列说法中正确的是（　　）
A．爱因斯坦基于普朗克能量量子化的假设，提出了光是由不可分割的能量子组成的假说
B．黑体既不反射电磁波，也不向外辐射电磁波
C．物理学家麦克斯韦预言并证实了电磁波的存在
D．原子从高能态向低能态跃迁时吸收的光子能量，等于前后两个能级之差
8．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
9．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
10．μ子与氢原子核构成的原子称为μ氢原子，它在核物理研究中具有重要的作用。如图为氢原子的能级示意图，假定光子能量为E的一束光照射容器中大量处于n=2能级的μ氢原子，μ氢原子吸收光子，能辐射三种频率分别为v1、v2和v3的光，且v1A． B． C． D．
11．如图为汞原子能级示意图。已知可见光子能量范围约在，要使处于基态的汞原子被激发后可辐射出可见光光子，则应给基态汞原子提供的能量至少为（　　）
A．4.9eV B．2.7eV C．7.7eV D．8.8eV
12．某金属的逸出功为1.75eV，一群处于基态的氢原子吸收能量被激发后，辐射出的光子中只有三种光子可以使该金属发生光电效应，则氢原子吸收的能量不超过（　　）
A．12.75eV B．12.09eV C．10.20eV D．1.89eV
13．氢原子能级如图所示，已知可见光光子的能量在范围内，则下列说法正确的是（　　）
A．氢原子由能级跃迁到能级时，放出的光子为可见光
B．大量氢原子处于能级时，向低能级跃迁能发出6种不同频率的光子
C．处于基态的氢原子电离需要释放的能量
D．氢原子处于能级时，可吸收能量的光子跃迁到高能级
14．氢原子部分能级图如图所示，一群氢原子处于量子数能级状态，下列说法正确的是（　　）
A．氢原子向低能级跃迁时最多产生3种频率的光子
B．用的光子照射氢原子可使其跃迁
C．用动能的电子碰撞可使氢原子跃迁
D．氢原子向低能级跃迁时电子动能增大，总能量减小
15．如图所示为氢原子的能级图，已知金属钨的逸出功为4.54eV，则下列说法正确的是（　　）
A．一群处于n=3能级上的氢原子向低能级跃迁时最多产生3种谱线
B．一个处于n=3能级上的氢原子向低能级跃迁时最多产生3种谱线
C．处于基态的氢原子可以吸收能量为12.0eV的光子而被激发
D．用n=3能级跃迁到n=1能级辐射的光子照射金属钨，从金属钨表面逸出的光电子最大初动能为7.55eV
二、填空题
16．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．
17．光谱
（1）定义：用棱镜或光栅把物质发出的光按波长（频率）展开，获得____（频率）和____分布的记录。
（2）分类
a.线状谱：光谱是一条条的____。
b.连续谱：光谱是_____的光带。
（3）特征谱线：气体中中性原子的发光光谱都是____，说明原子只发出几种_________的光，不同原子的亮线______，说明不同原子的______不一样，光谱中的亮线称为原子的_____。
（4）应用：利用原子的______，可以鉴别物质和确定物质的______，这种方法称为_____，它的优点是灵敏度高，样本中一种元素的含量达到10-13 kg时就可以被检测到。
18．保留了______的观念，仍然把电子的运动看作经典力学描述下的______运动。
19．关于玻尔的原子模型，判断下列说法的正误。
（1）玻尔认为电子运行轨道半径是任意的，就像人造地球卫星，能量大一些，轨道半径就会大点。( )
（2）玻尔认为原子的能量是量子化的，不能连续取值。( )
（3）当电子从能量较高的定态轨道跃迁到能量较低的定态轨道时，会放出任意能量的光子。( )
（4）处于基态的原子是不稳定的，会自发地向其他能级跃迁，放出光子。( )
（5）不同的原子具有相同的能级，原子跃迁时辐射的光子频率是相同的。( )
（6）玻尔的原子理论模型可以很好地解释各种原子的光谱现象。( )
三、综合题
20．氢原子能级图如图所示，氢原子从n=2的激发态跃迁到基态。
①求氢原子辐射的光子能量；
②氢原子辐射的光子照射逸出功为3.34eV的锌板时，求逸出光电子的最大初动能。
21．你能采用什么方法来判定太阳大气中有没有氧元素？
22．如图所示为氢原子最低的四个能级，当一群氢原子处于n=4的能级上向低能级跃迁时：
（1）有可能放出几种能量的光子？
（2）在哪两个能级间跃迁时，所放出光子波长最长？
（3）已知金属钠的截止频率为5.33×1014Hz，普朗克常量h=6.63×10-34Js请通过计算判断，氢原子从第二激发态跃迁到第一微发态过程中发出的光射金属钠板，能否发生光电效应。
23．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）
试卷第1页，共3页
参考答案：
1．A
【详解】
某个氢原子受激发后跃迁到的能级，则该氢原子可能发出的光子数最多为3个，即4→3，3→2，2→1；可能有一种，即4→1。
故选A。
2．B
【详解】
μ氢原子吸收光子后，发出频率为6种，说明μ氢原子吸收光子能量后跃迁至第4能级。则根据题意可知，从4到1跃迁时发光频率为v6，从3到1跃迁时发光频率为v5，从2到1跃迁时发光频率为v4，从4到2跃迁时发光频率为v3，所以从2到4跃迁时吸收光子的能量为
E= hv3
故选B。
3．C
【详解】
A．处于基态的氢原子吸收一个光子后跃迁到高能级，电子的轨道半径变大，根据
可知，核外电子的动能减少，故A错误；
BC．处于基态的氢原子吸收一个光子后跃迁到高能级，氢原子的能量增加，则氢原子的电势能增加，故B错误C正确；
D．能级越高，氢原子越不稳定，故D错误。
故选C。
4．B
【详解】
A．氚核衰变时会放出线，射线是电子流，其来源于核内中子转化为质子时放出的电子，选项A错误；
B．在康普顿效应中，当入射光子与晶体中的电子碰撞时，会把一部分动量转移给电子，因此，光子散射后波长变大，选项B正确；
C．由玻尔理论可知，氢原子的核外电子由较高能级跃迁到较低能级时，要释放一定频率的光子，同时电子的运动半径减小，动能变大，电势能减小，选项C错误；
D．蓝光的波长小于红光，则根据
可知，一个双缝干涉实验中，蓝光产生的干涉条纹间距比红光的小，选项D错误。
故选B。
5．C
【详解】
A．光电子最大初动能与光的强度无关，A错；
B．蓝光频率比黄光频率高，根据光电效应方程可知道，和遏制电压
B错误；
C．氢原子由高能级向低能级跃迁，会辐射出光子，不跃迁时不会发出光子，C正确；
D．根据波尔理论，电子核旋转轨道不是任意的，而是不连续的，固定的，D错误；
故选C。
6．C
【详解】
n=4能级的氢原子吸收频率为v0的光子恰好发生电离，则
氢原子由n=4能级向低能级跃迁时，跃迁到n1能级时放出的光子频率最大，即
联立解得
故C项正确，ABD错误。
故选C。
7．A
【详解】
A．爱因斯坦基于普朗克能量量子化的假设，提出了光是由不可分割的能量子组成的假说，故A正确；
B．自然界的任何物体都向外辐射电磁波，黑体是一个理想化了的物体，它能吸收各种电磁波而不反射电磁波的物体，故B错误；
C．物理学家麦克斯韦预言了电磁波的存在，赫兹用实验证实了电磁波的存在，故C错误；
D．原子从高能态向低能态跃迁会放出光子，光子能量等于两个能级之差，故D错误。
故选A。
8．B
【详解】
A．大量处于某激发态的氢原子向低能级跃迁时，能辐射n（n-1）种频率的光子，当n=5时，一共能辐射10种频率的光子，选项A错误；
BCD．辐射的光子的能量等于两能级能量之差，即
从n=5依次向n=4，3，2，1跃迁的能量分别为∶0.31eV，0.97eV，2.86eV，13.06eV；
从n=4依次向n=3，2，1跃迁的能量分别为∶0.66eV，2.55eV，12.75eV；
从n=3依次向n=2，1跃迁的能量分别为∶189eV，1209eV；
从n=2向n=1跃迁的能量为∶10.2eV。
分析可知选项B正确，CD错误。
故选B。
9．C
【详解】
A．氢原子不停地向外辐射能量，将跃迁到更低的能级。A错误；
B．根据波尔理论，围绕氢原子核运动的电子，其轨道半径是一系列不连续的值。B错误；
C．根据能级图，从3能级跃迁到2能级辐射出的光子能量小于从2能级跃迁到1能级辐射出的光子能量，所以从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。C正确；
D．这些氢原子最多可辐射出3种不同频率的光子。D错误。
故选C。
10．D
【详解】
由题意可知，μ氢原子吸收光子，能辐射三种频率分别为1、2和3的光，由
得
μ氢原子处于第三能级，然后向低能级跃迁，由波尔理论可得照射光子能量为
E=E3 E2
由于
1<2<3，
因此有n=3到n=2，发出光的频率是1， n=2到n=1发出光的频率是2,，n=3到n=1，发出光的频率是3，则有
E3 E1=h3
E2 E1= h2
所以
E=E3 E2=h 1=h（3 2）
ABC错误，D正确。
故选D。
11．C
【详解】
已知可见光能量范围约在1.62电子伏特到3.11电子伏特。从能量图可以看出，由第四能级向第三能级跃迁放出的光子的能量为
不在可见光的范围内
从第三能级向第二能级跃迁放出的光子的能量为
在可见光的范围内
从第四能级向第二能级跃迁的电子的能量为
不在可见光的范围内
所以只有从第3能级向第2能跃迁的电子才能发出可见光，所以要使汞原子由第一能级越迁到第三能级，则所需要的最少能量为
故选C。
12．B
【详解】
某金属的逸出功为1.75eV，有三种光子可以使该金属发生光电效应，故三种光子的能量必须大于等于1.75eV，可知，应吸收的能量为12.09eV，跃迁至n=3能级，向低能级跃迁时辐射出的三种光子能量分别为12.09eV、10.2eV、1.89eV、符合题意，B正确。
故选B。
13．BD
【详解】
A．氢原子从能级跃迁到能级时释放出的光子能量为
不在之间，则放出的光子不是可见光，故A错误；
B．大量处于能级的氢原子向低能级跃迁的过程中，可释放出
种
不同频率的光子，故B正确；
C．处于基态的氢原子电离需要吸收的能量，故C错误；
D．氢原子处于能级，吸收能量的光子时，有
正好跃迁到能级，故D正确。
故选BD。
14．ACD
【详解】
A．一群处于量子数氢原子向低能级跃迁时最多产生中频率的光子，故A正确；
B．光子能量等于两能级的能量差时才能被氢原子吸收，所以的光子不能被吸收，故B错误；
C．电子碰撞只能把其中一部分能量传递给氢原子，因而电子的动能只要比氢原子的两能级的能量差大就可使氢原子跃迁，故C正确；
D．氢原子向低能级跃迁时电子速度增大，动能增大，但向外释放能量，总能量减小，故D正确。
故选ACD。
15．AD
【详解】
A．一群处于n=3能级上的氢原子向低能级跃迁时最多产生种谱线，选项A正确；
B．一个处于n=3能级上的氢原子向低能级跃迁时最多产生2种谱线，即3→2和2→1，选项B错误；
C．12.0eV不等于任何两个能级的能级差，则处于基态的氢原子不能吸收能量为12.0eV的光子而被激发，选项C错误；
D．用n=3能级跃迁到n=1能级辐射的光子能量为(-1.51eV)-(-13.6eV)=12.09eV，则照射金属钨，从金属钨表面逸出的光电子最大初动能为12.09eV- 4.54eV =7.55eV，选项D正确。
故选AD。
16． 6 4 1
【详解】
根据氢原子的玻尔理论，有，；大量氢原子处在n=4的能级可辐射出43、42、41、32、31、21，所以共6种频率的光；其中波长最短的光是能量最大的，即从41能级跃迁时发出的
17． 波长 强度 亮线 连在一起 线状谱 特定频率 位置不同 发光频率 特征谱线 特征谱线 组成成分 光谱分析
18． 经典粒子 轨道
19． 错误 正确 错误 错误 错误 错误
【详解】
（1）错误；因为根据玻尔理论知道，电子的轨道不是任意的，电子有确定的轨道，且轨道是量子化的。
（2）正确；因为玻尔认为，原子中电子轨道是量子化的，且原子的能量也是量子化。
（3）错误；因为根据波尔的原子理论，氢原子的核外电子由能量较高的定态轨道跃迁到能量较低的定态轨道时，会辐射一定频率的光子。
（4）错误；因为处于基态的原子是稳定的，不会自发地向能量较低的能级跃迁，放出光子。
（5）错误；因为由于不同的原子具有不同的结构，能级各不相同，因此辐射的光子频率也不相同。
（6）错误；因为玻尔的原子理论能成功解释氢原子光谱的实验规律，也能很好地解释氦原子的光谱现象，但不是解释了氦原子的光谱现象。
20．①10.2eV ②6.86eV
【详解】
①由波尔的氢原子能级理论可知
eV
②由爱因斯坦光电效应方程可得
21．对太阳光谱进行分析，看氧元素的特征谱线处是否出现暗线，有暗线说明太阳大气中有氧元素，反之无氧元素。
22．（1）6种；（2）第四能级向第三能级；（3）不能发生光电效应
【详解】
（1）可能放出种光子；
（2）氢原子由第四能级向第三能级跃迁时，能级差最小，辐射的光子波长最长
解得
（3）氢原子放出的光子能量
带入数据得
金属钠的逸出功
则不能发生光电效应。
23．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。