4.3光谱与氢原子光谱 同步训练（Word版含答案）

4.3光谱与氢原子光谱
一、选择题（共15题）
1．一群氢原子处于同一较高的激发态，它们向较低激发态或基态跃迁的过程中（　　）
A．可能吸收一系列频率不同的光子，形成光谱中的若干条暗线
B．可能发出一系列频率不同的光子，形成光谱中的若干条亮线
C．只吸收频率一定的光子，形成光谱中的一条暗线
D．只发出频率一定的光子，形成光谱中的一条亮线
2．氢原子的部分能级图如图甲所示，大量处于激发态的氢原子向低能级跃迁时能辐射出不同频率的光，用这些光照射如图乙所示的光电管阴极K，阴极材料是逸出功为2.55eV的金属钾。已知可见光光子的能量范围为1.62~3.11eV，则下列说法中正确的是（　　）
A．这些氢原子一共能辐射出4种频率的光子
B．这些氢原子发出的光子中有3种属于可见光
C．这些氢原子发出的光均可使钾产生光电效应
D．若用跃迁到基态辐射的光照射阴极，其遏止电压为7.65V
3．下列说法错误的是（　　）
A．到达地球表面处的太阳光的光谱是吸收光谱
B．一个电子和一个质子具有同样的动量时，它们的德布罗意波波长也相同
C．根据海森伯的不确定性关系可知，不可能同时准确地测定微观粒子的位置和动量
D．光的双缝干涉现象中，可以用光程差与波长的关系确定屏上某点是亮纹还是暗纹，所以光波不是概率波
4．利用光谱分析的方法能够鉴别物质和确定物质的组成成分，关于光谱分析，下列说法中正确的是(　　)
A．利用高温物体的连续谱就可以鉴别其组成成分
B．利用物质的线状谱就可以鉴别其组成成分
C．高温物体发出的光通过某物质后的光谱上的暗线反映了高温物体的组成成分
D．我们观察月亮射来的光的光谱，可以确定月亮的化学组成
5．下列说法正确的是（ ）
A．原子的发射光谱和吸收光谱都是分立的线状谱
B．天然放射现象揭示了原子具有核式结构
C．光电效应揭示了光子不仅具有能量还具有动量
D．比结合能越小的原子核中核子结合的越牢固
6．不同元素都有自己独特的光谱线，这是因为各元素的（ ）
A．原子序数不同 B．原子质量数不同
C．激发源能量不同 D．原子能级不同
7．近代物理取得了非常辉煌的成就，下列关于近代物理的说法正确的是（　　）
A．用同频率的光照射不同的的金属表面时均有光电子逸出，从金属表面逸出的光电子的最大初动能Ek越大，则这种金属的逸出功W就越大
B．137Cs是核泄漏时对人体产生有害辐射的的重要污染物，其核反应方程式其中X为电子
C．一个氢原子处在n=4的能级，当它跃迁到较低能级时，最多可发出6种频率的光子
D．每个核子只与邻近核子产生核力作用，比结合能越大的原子核越不稳定
8．如图甲所示的a、b、c、d为四种元素的特征谱线，图乙是某矿物的线状谱，通过光谱分析可以确定该矿物中缺少的元素为（　　）
A．a元素 B．b元素 C．c元素 D．d元素
9．来自太阳的带电粒子会在地球的两极引起极光．带电粒子与地球大气层中的原子相遇，原子吸收带电粒子的一部分能量后，立即将能量释放出来就会产生奇异的光芒，形成极光．极光的光谱线波长范围约为3100 ～6700 （1 =1010m）．据此推断以下说法错误的是
A．极光光谱线频率的数量级约为1014Hz～1015Hz
B．极光出现在极地附近与带电粒子受到洛伦兹力有关
C．原子在从高能级向低能级跃迁时辐射出极光
D．对极光进行光谱分析可以鉴别太阳物质的组成成分
10．下列关于原子物理学的说法中不正确的是（）
A．β衰变现象说明电子是原子核的组成部分
B．仔细观察氢原子的光谱，发现它只有几条分离的不连续的亮线，其原因是氢原子辐射的光子的能量是不连续的，所以对应的光的频率也是不连续的
C．放射性元素的半衰期随温度的升高而不变；比结合能越小表示原子核中的核子结合得越不牢固
D．光电效应的实验结论是：对于某种金属无论光强多强，只要光的频率小于极限频率就不能产生光电效应；超过极限频率的入射光频率越高，所产生的光电子的最大初动能就越大
11．如图是氢原子能级示意图的一部分则（ ）
A．电子在各能级出现的概率是一样的
B．一个氢原子从 n=4 的能级向低能级跃迁时最多发出 3 种频率的光
C．一个动能是 13.6eV 的原子撞击处于基态的氢原子，一定能使它电离
D．一个氢原子从 n=4 的能级向低能级跃迁时，能辐射出的光子中，波长最长的是从 n=4 到 n=1 的轨道跃迁时放出的光子
12．下列说法中正确的是（ ）
A．在康普顿效应中，当入射光子与晶体中的电子碰撞时，把一部分能量转移给电子，因此光子散射后波长变短
B．黑体辐射时，随着温度的升高，一方面各种波长的辐射强度都有增加，另一方面辐射强度的极大值向频率较小的方向移动
C．氡的半衰期为3.8天，若取4个氡原子核，经7.6天后就一定剩下1个原子核了
D．各种原子的发射光谱都是线状谱，不同原子的发光频率不一样，因此每种原子都有自己的特征谱线，人们可以通过光谱分析来鉴别物质和确定物质的组成
13．关于光谱的产生，下列说法正确的是(　　)
A．正常发光的霓虹灯属稀薄气体发光，产生的是线状谱
B．白光通过某种温度较低的蒸气后将产生吸收光谱
C．撒上食盐的酒精灯火焰发出的光是线状谱
D．炽热高压气体发光产生的是线状谱
14．下列关于巴耳末公式的理解,正确的是(　　)
A．此公式是巴耳末在研究氢原子光谱特征时发现的
B．公式中n可取任意值,故氢原子光谱是连续谱
C．公式中n只能取不小于3的整数值,故氢原子光谱是线状谱
D．公式不但适用于氢原子光谱的分析,也适用于其他原子的光谱
15．下列关于光谱和光谱分析的说法中，正确的是( )
A．太阳光谱和白炽灯光谱都是线状谱
B．煤气灯火焰中燃烧的钠蒸气或霓虹灯产生的光谱都是线状谱
C．进行光谱分析时，可以用线状谱，不能用连续光谱
D．我们能通过月球反射的日光分析鉴别月球的物质成分
二、填空题
16．人类认识原子结构和开发利用原子能经历了十分曲折的过程．请按要求回答下列问题．卢瑟福、玻尔、查德威克等科学家在原子结构或原子核的研究方面做出了卓越的贡献．请选择其中的两位，指出他们的主要成绩．
（1）___________________________________________________
（2）___________________________________________________
17．关于氢光谱，判断下列说法的正误。
（1）各种原子的发射光谱都是线状谱。( )
（2）各种原子的发射光谱都是线状谱，并且只能发出几种特定频率的光。( )
（3）线状谱和连续谱都可以用来鉴别物质。( )
（4）可以利用光谱分析来鉴别物质和确定物质的组成成分。( )
（5）巴耳末公式中的n既可以取整数也可以取小数。( )
（6）经典物理学很好地解释了原子的稳定性。( )
18．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。
三、综合题
19．物质的光谱按其产生方式不同可分为发射光谱和吸收光谱两大类，发射光谱又包含有两种光谱连续光谱和明线光谱．炽热的钢水发光产生的属于什么光谱？霓虹灯发光光谱属于什么光谱？太阳光形成的光谱属于光谱？
20．如图所示为不同物体发出的不同光谱。
（1）钨丝白炽灯的光谱与其他三种光谱有什么区别？
（2）铁电极弧光灯的光谱、分子状态的氢光谱、钡光谱的特征相同吗？
21．根据巴耳末公式，算出氢原子光谱在可见光范围内，波长最长的2条谱线所对应的n。(λ1＝656.3 nm，λ2＝486.1nm)
22．类比是逻辑推理中极富创造性的一种方法，科学史上很多重大发现、发明往往发端于类比，例如科学家受行星绕太阳做匀速圆周运动的启发，在构建原子模型时猜想电子绕原子核也做匀速圆周运动。
(1)一质量为m的人造地球卫星绕地球做匀速圆周运动，轨道半径为r。将地球视为质量均匀分布的球体，已知地球质量为M，万有引力常量为G，求卫星的速度大小v和动能Ek；
(2)在玻尔的氢原子理论中，电子绕原子核做匀速圆周运动的轨道半径是量子化的。电子的轨道半径和动量必须满足量子化条件，式中h是普朗克常量，r是轨道半径，v是电子在该轨道上的速度大小，n是轨道量子数，可以取1、2、3……等正整数。已知电子的质量为m，电荷量为-e，静电力常量为k，试根据上述量子化条件，证明电子在任意轨道运动的动能表达式可以写为，其中A是与n无关的常量。
试卷第1页，共3页
参考答案：
1．B
【详解】
处于较高能级的电子可以向较低的能级跃迁，能量减小，原子要发出光子，由于放出光子的能量满足hγ=Em-En，处于较高能级的电子可以向较低的激发态，激发态不稳定可能继续向较低能级跃迁，所以原子要发出一系列频率的光子．故ACD错误，B正确；
故选B。
2．D
【详解】
A．大量氢原子低能级跃迁时可以释放出种不同频率的光子，故A错误；
B．激发态的氢原子向低能级跃迁时，释放出的光子的能量满足能级差，只有从第4能级跃迁至第2能级释放的能量为2.55eV，和第3能级跃迁至第2能级释放的能量为1.89eV，这2种在可见光光子的能量范围内， 故B错误；
C．发生光电效应的条件为辐射出光子的能量要大于等于逸出功，所以这些氢原子发出的光不能都使钾产生光电效应，故C错误；
D．若用跃迁到基态辐射的光照射阴极，此时光子辐射的能量为10.2eV，其遏止电压
解得
故D正确。
故选D。
3．D
【详解】
A．到达地面的太阳光谱是吸收光谱，故A正确，不符合题意；
B．由，可知动量相同的电子和质子的德布罗意波长相等，故B正确，不符合题意；
C．由不确定性关系可知，微观粒子没有准确的位置和动量，故C正确，不符合题意；
D．光波是概率波，故D错误，符合题意。
故选D。
4．B
【详解】
AB．每种元素都有自己的特征谱线，光谱分析的基本原理是每种元素都有自己的特征谱线．明线光谱和吸收光谱都是元素的特征光谱，光谱分析时，既可用明线光谱也可用吸收光谱，但不能用连续光谱．故A错误，B正确；
C．高温物体发出的光通过低温物质后的光谱上的暗线是吸收谱，吸收谱反映了低温物体的组成成分．故C错误．
D．月亮是反射太阳光，月球没有大气层，故观察月亮光谱，不可以确定月亮的化学组成，只能反映太阳的化学组成，故D错误．
5．A
【详解】
原子的发射光谱和吸收光谱都是分立的线状谱，选项A正确；α粒子散射试验揭示了原子具有核式结构，选项B错误；康普顿效应揭示了光子不仅具有能量还具有动量，选项C错误； 比结合能越大的原子核中核子结合的越牢固，选项D错误；故选A.
6．D
【详解】
由于不同元素的能级差不同，当原子从高能级向低能级跃迁时放出光子的能量等于前后两个能级之差．由于原子的能级是分立的，所以放出光子的能量也是分立的，故每种元素都有自己独特的光谱线．
A. 原子序数不同与上述分析结论不相符，故A不符合题意；
B. 原子质量数不同与上述分析结论不相符，故B不符合题意；
C. 激发源能量不同与上述分析结论不相符，故C不符合题意；
D. 原子能级不同与上述分析结论相符，故D符合题意．
7．B
【详解】
A．根据爱因斯坦的光电效应方程
同种光照射金属，初动能Ek越大，该金属的逸出功W就越小，A错误；
B．在核反应方程中，根据质量数守恒，电荷数守恒，可以求得X的质量数为零，带一个单位负电荷，因此它一定是电子，B正确；
C．因为只有一个氢原子，处在n=4的能级，当它跃迁到较低能级时，最多可发出3种频率的光子，C错误；
D．比结合能越大，原了核结合的越牢固，也就是原子核越稳定，D错误。
故选B。
8．B
【详解】
把矿物的线状谱与几种元素的特征谱线进行对照，只有b元素的谱线在该线状谱中不存在，故选项B正确，与几个元素的特征谱线不对应的线说明该矿物中还有其他元素。
故选B。
9．D
【详解】
极光光谐线频率的最大值，极光光谐线频率的最小值，则极光光谐线频率的数量级约为1014～1015 Hz，A正确；来自太阳的带电粒子到达地球附近，地球磁场迫使其中一部分沿着磁场线集中到南北两极．当他们进入极地的高层大气时，与大气中的原子和分子碰撞并激发，产生光芒，形成极光．极光出现在极地附近与带电粒子受到洛伦兹力有关，B正确；地球大气层中的原子吸收来自太阳带电粒子的一部分能量后，从高能级向低能级跃迁时辐射出极光，C正确；地球大气层中的原子吸收来自太阳的带电粒子的一部分能量后，从高能级向低能级跃迁时辐射出极光，对极光进行光谱分析可以鉴别地球大气层的组成成分，D错误．
10．A
【详解】
β衰变的电子是原子核中的一个中子转变为一个质子和一个电子，电子释放出来，故电子不是原子核的组成部分，故A错误；根据玻尔理论得知，氢原子的能量不连续的，辐射的光子的能量是不连续的，则辐射的光子频率满足hv=Em-En，则辐射的光子频率不连续，故B正确；半衰期由原子核内部因素决定，与温度无关，比结合能越大表示原子核中的核子结合得越牢固，故C正确；根据光电效应方程：Ek=hγ-W0对于某种金属无论光强多强，只要光的频率小于极限频率就不能产生光电效应；超过极限频率的入射光频率越高，所产生的光电子的最大初动能就越大，D正确．故选A．
11．B
【详解】
A．处于不同能级时，核外电子在各处出现的概率是不一样的，故A错误；
B．一个氢原子从 n=4 的能级向低能级逐级跃迁时光子数最多，从n=4到n=3、n=3到n=2、n=2到n=1，共3种，故B正确。
C．一个动能是 13.6eV 的原子撞击处于基态的氢原子，动能如果不能被全部吸收，那么就不能使它电离，故C错误。
D．根据
得
可知，光子波长越长，对应的能量越低，可见一个氢原子从 n=4 的能级向低能级跃迁时，能辐射出的光子中，波长最长的是从 n=4 到 n=3 的轨道跃迁时放出的光子，故D错误。
故选B。
12．D
【详解】
A．在康普顿效应中，当入射光子与晶体中的电子碰撞时，把一部分能量转移给电子，因此光子散射后能量变小，则波长变长，选项A错误；
B．黑体辐射时，随着温度的升高，一方面各种波长的辐射强度都有增加，另一方面辐射强度的极大值向波长较小频率较大的方向移动，选项B错误；
C．半衰期是大量原子核衰变的统计规律，对少量的原子核衰变不适应，选项C错误；
D．各种原子的发射光谱都是线状谱，不同原子的发光频率不一样，因此每种原子都有自己的特征谱线，人们可以通过光谱分析来鉴别物质和确定物质的组成，选项D正确。
故选D。
13．ABC
【详解】
A．正常发光的霓虹灯属稀薄气体发光，产生的是线状谱．故A项正确．
B．白光通过某种温度较低的蒸气后将产生吸收光谱，故B项正确．
C．撒上食盐的酒精灯火焰发出的光是线状谱，故C项正确．
D．炽热的固体、液体和高压气体的光谱是连续谱，故D项错误．
故选ABC.
14．AC
【详解】
此公式是巴耳末在研究氢原子光谱在可见光区的14条谱线中得到的,只适用于氢原子光谱的分析,且n只能取大于等于3的整数,则λ不能取连续值,故氢原子光谱是线状谱．所以选项A、C正确．故选AC.
15．BC
【详解】
A．太阳光谱中的暗线是太阳发出的连续谱经过太阳大气层时产生的吸收光谱，正是太阳发出的光谱被太阳大气层中存在的对应元素吸收所致，白炽灯发出的是连续谱，故A错误；
B．煤气灯火焰中燃烧的钠蒸气或霓虹灯产生的光谱都是线状谱，故B正确；
C．光谱分析只能是线状谱和吸收光谱，连续谱是不能用来进行光谱分析的，故C正确；
D．月球本身不会发光，靠反射太阳光才能使我们看到它，所以不能通过光谱分析鉴别月球的物质成分，故D错误。
故选BC。
16． 卢瑟福提出了原子的核式结构模型（或其他成就） 玻尔把量子理论引入原子模型，并成功解释了氢光谱（或其他成就）
【详解】
(1)卢瑟福根据α粒子散射实验，提出了原子的核式结构模型；
(2)玻尔把量子理论引入原子模型，次将量子化观念引入到微观领域，并成功解释了氢光谱；
17． 正确 正确 错误 正确 错误 错误
【详解】
（1）正确；根据特征光谱的特点可知，各种原子的发射光谱都是线状谱。
（2）正确；根据特征光谱的特点可知，各种原子的发射光谱都是线状谱，并且每一种原子的光谱都不同，它们都只能发出几种特定频率的光。
（3）错误；在做光谱分析时，利用的是线状谱，连续谱不能鉴别物质。
（4）正确；利用光谱分析可以鉴别物质和确定物质的组成成分。
（5）错误；巴耳末公式中的n只能取整数，不能连续取值，不能取小数。
（6）错误；经典物理学不能解释原子的稳定性。
18． 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
19．连续，明线，吸收
【详解】
炽热的钢水发光产生的属于连续光谱；霓虹灯发光光谱属于明线光谱，也叫线状谱；太阳光形成的光谱属于吸收光谱；
20．（1）钨丝白炽灯的光谱是连续的，中间没有暗线和亮线，而其它三种光谱是由一些不连续的亮线组成的。
（2）这三种光谱中亮线的位置是不同的，即特征不同。
【详解】
（1）钨丝白炽灯的光谱是连续的，中间没有暗线和亮线，而其它三种光谱是由一些不连续的亮线组成的。
（2）这三种光谱中亮线的位置是不同的，即特征不同。
21．n1＝3；n2＝4
【详解】
根据巴耳末公式
得
，
解得
n1＝3，n2＝4
22．(1)，；(2)见解析
【详解】
(1)根据牛顿第二定律
解得卫星的速度大小
卫星的动能
(2)根据牛顿第二定律
结合题中给出的量子化条件
联立推得
可得电子的动能
由此可知
其中
是与n无关的常量
答案第1页，共2页