4.4 氢原子光谱和玻尔的原子模型 同步练习（Word版含答案）

4.4、氢原子光谱和玻尔的原子模型
一、选择题（共17题）
1．关于近代物理，下列说法正确的是（　　）
A．卢瑟福由α粒子散射实验确立了原子有内部结构
B．氢原子光谱表明氢原子的能量是不连续的
C．光电效应揭示了光的粒子性，康普顿效应揭示了光的波动性
D．基态的一个氢原子吸收一个光子跃迁到n＝3激发态后，可能发射3种频率的光子
2．核磁共振成像是一种人体不接触放射线，对人体无损害，可进行人体多部位检查的医疗影像技术。基本原理：当外来电磁波满足一定条件时，可使处于强磁场中的人体内含量最多的氢原子吸收电磁波的能量，去掉外来电磁波后，吸收了能量的氢原子又把这部分能量以电磁波的形式释放出来，形成核磁共振信号。由于人体内各种组织所含氢原子数量不同，或同种组织正常与病变时所含氢原子数量不同，释放的能量亦不同，将这种能量信号通过计算机转换成图像，就可以用来诊断疾病。下列关于人体内氢原子吸收的电磁波能量的说法正确的是（　　）
A．任何频率的电磁波氢原子均可吸收
B．频率足够高的电磁波氢原子才吸收
C．能量大于13.6eV的电磁波氢原子才能吸收
D．氢原子只能吸收某些频率的电磁波
3．1995年科学家“制成”了反氢原子，它是由一个反质子和一个围绕它运动的正电子组成．反质子和质子有相同的质量，带有等量异种电荷．反氢原子和氢原子有相同的能级分布，氢原子能级如图所示，则下列说法中正确的是
A．反氢原子光谱与氢原子光谱不相同
B．基态反氢原子的电离能是13.6eV
C．基态反氢原子能吸收11eV的光子发生跃迁
D．在反氢原子谱线中，从n=2能级跃迁到基态辐射光子的波长最长
4．图中画出了氢原子的4个能级，并注明了相应的能量E，处在的能级的一群氢原子向低能级跃迁时，能够发出若干种不同频率的光子，在这些光子中，能够使金属钙发生光电效应的总共有（已知金属钙的逸出功为）（　　）
A．2种 B．3种 C．4种 D．5种
5．科学家对氢光谱可见光区的四条谱线进行了分析，发现这些谱线的波长可以用公式来表示．关于此公式，下列说法正确的是
A．该公式是玻尔首先通过对光谱的分析得到的经验公式
B．公式中R为普朗克常量
C．公式中n的取值范围为自然数
D．公式中n越大，辐射出的光子能量越大
6．下列叙述中符合物理学史的有( )
A．汤姆生通过研究阴极射线实验，发现了电子和质子的存在
B．卢瑟福通过对α粒子散射实验现象的分析，证实了原子是可以再分的
C．美国物理学家密立根测出元电荷e的电荷量 ，即著名的“密立根油滴实验”．
D．玻尔提出的原子模型，彻底否定了卢瑟福的原子核式结构学说
7．下列说法正确的是( )
A．牛顿对引力常量G进行了准确测定，并于1687年发表在其传世之作《自然哲学的数学原理》中
B．20世纪的20年代建立了量子力学理论，它使人们认识到经典力学理论一般不适用于微观粒子的运动
C．开普勒第三定律=k,k为常数，与中心天体质量无关
D．地面上的人观察高速飞行的火箭时，发现火箭里的时间变慢了；而火箭里的人观测地面时，发现地面的时间变快了
8．关于近代物理，下列说法正确的是（　　）
A．卢瑟福由粒子散射实验确立了原子有内部结构
B．基态的一个氢原子吸收一个光子跃迁到激发态后，可能发射3种频率的光子
C．光电效应揭示了光的波动性，表明光子具有能量
D．氢原子光谱表明氢原子的能量是不连续的
9．若规定氢原子处于基态时的能量为E1=0，则其它各激发态的能量依次为E2=10.2eV、E3=12.09eV、E4=12.75eV、E5=13.06eV…．在气体放电管中，处于基态的氢原子受到能量为12.8eV的高速电子轰击而跃迁到激发态，在这些氢原子从激发态向低能级跃迁的过程中（　　）
A．最多能辐射出六种不同频率的光子
B．最多能辐射出十种不同频率的光子
C．辐射出波长最长的光子是从n=4跃迁到n=1能级时放出的
D．辐射出波长最长的光子是从n=5跃迁到n=4能级时放出的
10．物理学家通过艰辛的实验和理论研究探究自然规律，为人类的发展做出了巨大的贡献，下列说法正确的是
A．哥白尼大胆反驳地心说提出了日心说，并认为行星沿椭圆轨道运动
B．奥斯特发现了电流的磁效应并提出了分子电流假说
C．法拉第发现了电磁感应现象并总结出判断感应电流方向的规律
D．玻尔的原子理论第一次将量子观点引入原子领域
11．如图所示，用a、b两种不同频率的光分别照射同一金属板，发现当a光照射时验电器的指针偏转，b光照射时指针未偏转，以下说法正确的是(　)
A．增大a光的强度，验电器的指针偏角一定减小
B．a光照射金属板时验电器的金属小球带负电
C．增大b光的强度，验电器指针偏转
D．若a光是氢原子从n＝4的能级向n＝1的能级跃迁时产生的，则b光可能是氢原子从n＝5的能级向n＝2的能级跃迁时产生的
12．有关氢原子光谱的说法中不正确的是（　　）
A．氢原子的发射光谱是连续光谱
B．氢原子光谱的频率与氢原子能级的能量差有关
C．氢原子光谱说明氢原子能级是分立的
D．氢原子光谱说明氢原子只发出特定频率的光
13．如图所示为氢原子的能级图，现让一束单色光照射到一群处于基态（量子数）的氢原子上，受激的氢原子能自发地发出6种不同频率的光，则照射氢原子的单色光的光子能量为（　　）
A．10.2eV B．12.09eV C．12.75eV D．13.6eV
14．氢原子能级图如图所示，已知可见光光子的能量在范围内，则下列说法正确的是（　　）
A．氢原子能量状态由能级跃迁到能级，放出的光子为可见光
B．大量氢原子处于能级时，向低能级跃迁最多能发出12种不同频率的光子
C．处于基态的氢原子电离需要释放能量
D．氢原子处于能级时，可吸收能量的光子跃迁到高能级
15．下列叙述中符合物理学史的有（ ）
A．汤姆孙通过研究阴极射线实验,发现了电子
B．卢瑟福通过对粒子散射实验现象的分析,证实了原子核是可以再分的
C．巴耳末根据对氢原子可见光区的谱线分析,总结出了氢原子光谱可见光区波长公式
D．玻尔提出的原子模型,彻底否定了卢瑟福的原子核式结构学说
16．一束复色可见光射到置于空气中的平板玻璃上，穿过玻璃后从下表面射出，变为a、b两束单色光，如图所示 ，则下列说法中正确的有（ ）
A．a、b两束单色光是平行光束，且a光在玻璃中传播的速度较小
B．在同一个双缝干涉实验仪上作实验时，a光的干涉条纹间距比b光大
C．若a光是氢原子从第3能级跃迁到第1能级产生的，则b光可能是氢原子从第4能级跃迁到第2能级产生的
D．若a光能使某金属射出电子，则b光也一定能使该金属发射出电子
17．如图为氢原子的能级示意图，锌的逸出功是3.34eV，那么对氢原子在能级跃迁过程中发射或吸收光子的特征认识正确的是（　　）
A．用氢原子从高能级向基态跃迁时发射的光照射锌板一定不能产生光电效应
B．一群处于n=4能级的氢原子向基态跃迁时，能放出6种不同频率的光
C．用能量为10.5eV的光子照射，可使处于基态的氢原子跃迁到激发态
D．用能量为14.0eV的光子照射，可使处于基态的氢原子电离
二、填空题
18．如图为氢原子的能级图，已知处于较高能级的氢原子能自发地向较低能级跃迁，则：
（1）一群氢原子由n＝4能级向n＝1能级跃迁时最多可辐射出________种不同频率的光。
（2）要想使处在n＝2激发态的氢原子电离至少吸收________eV的能量。
19．判断下列说法的正误。
（1）气体中中性原子的发光光谱都是线状谱，并且只能发出几种特定频率的光。( )
（2）线状谱和连续谱都可以用来鉴别物质。( )
（3）可以利用光谱分析来鉴别物质和确定物质的组成成分。( )
（4）玻尔的原子结构假说认为电子的轨道是量子化的。( )
（5）电子从较高的能级向较低的能级跃迁时，会放出任意频率的光子。( )
20．氢原子从能量较高的能级（能量为）跃迁到能量较低的能级（ 能量为）时，会_____（填“释放”或“吸收”）光子，真空中这种光子的波长为_______.用这种光子照射逸出功为W0的锌板发生了光电效应，则光电子的初动能不大于 ______（普朗克常量为h，光速为c）
21．下图为氢原子能级的示意图，现有大量的氢原子处于n＝4的激发态，当向低能级跃迁时辐射出若干不同频率的光.关于这些光下列说法正确的是________．
A．波长最长的光是由n＝4能级跃迁到n＝1能级产生的
B．频率最大的光是由n=4能级跃迁到n＝1能级产生的
C．频率最小的光是由n=2能级跃迁到n＝1能级产生的
D．这些氢原子总共可辐射出六种不同频率的光子
E．用n＝2能级跃迁到n＝1能级辐射出的光照射逸出功为6.34eV的金属铂能发生光电效应
三、综合题
22．根据氢原子的能级示意图，一群氢原子处于的激发态。
（1）在向较低能级跃迁的过程中向外发出的光子有几种？能量多大？
（2）哪些能使逸出功为2.29eV的金属钠发生光电效应？逸出的光电子最大初动能为多大？
23．如图所示，用玻尔理论解释，当巴耳末公式时计算出的氢原子光谱的谱线，是哪两个能级之间的跃迁造成的？
24．激光由于其单色性好、亮度高、方向性好等特点，在科技前沿的许多领域有着广泛的应用。根据光的波粒二象性可知，当光与其他物体发生相互作用时，光子表现出有能量和动量，对于波长为λ的光子，其动量p=。已知光在真空中的传播速度为c，普朗克常量为h。
（1）科研人员曾用强激光做过一个有趣的实验：一个水平放置的小玻璃片被一束强激光托在空中。已知激光竖直向上照射到质量为m的小玻璃片上后，全部被小玻璃片吸收，重力加速度为g。求激光照射到小玻璃片上的功率P；
（2）激光冷却和原子捕获技术在科学上意义重大，特别是对生物科学将产生重大影响。所谓激光冷却就是在激光的作用下使得做热运动的原子减速，其具体过程如下：一质量为m的原子沿着x轴负方向运动，频率为的激光束迎面射向该原子。运动着的原子就会吸收迎面而来的光子从基态跃迁，而处于激发态的原子会立即自发地辐射光子回到基态。原子自发辐射的光子方向是随机的，在上述过程中原子的速率已经很小，因而光子向各方向辐射光子的可能性可认为是均等的，因而辐射不再对原子产生合外力的作用效果，并且原子的质量没有变化。
①设原子单位时间内与n个光子发生相互作用，求运动原子做减速运动的加速度a的大小；
②假设某原子以速度v0沿着x轴负方向运动，当该原子发生共振吸收后跃迁到了第一激发态，吸收一个光子后原子的速度大小发生变化，方向未变。求该原子的第一激发态和基态的能级差ΔE？
试卷第1页，共3页
参考答案：
1．B
【详解】
A．卢瑟福通过分析α粒子散射实验结果，建立了原子的核式结构模型，故A错误；
B．根据玻尔理论可知，氢原子光谱表明氢原子的能量是不连续的，故B正确；
C．光电效应和康普顿效应深入揭示了光的粒子性，前者表明光子具有能量，后者表明光子除了具有能量外还具有动量，故C错误；
D．基态的一个氢原子吸收一个光子跃迁到n＝3激发态后，可能从n＝3→1，也可能从n＝3→2→1，最多发射2种频率的光子，故D错误．
2．D
【详解】
根据玻尔理论，只有能量刚好等于氢原子两个能级差的光子（电磁波）才能被氢原子吸收，故选D。
3．B
【详解】
反氢原子光谱与氢原子光谱相同，故A错误；基态反氢原子的电离能是13.6eV，具有大于等于13.6eV能量的光子可以使氢原子电离，故B正确；基态反氢原子能吸收11eV的光子不发生跃迁，故C错误；在反氢原子谱线中，从n=2能级跃迁到基态辐射光子能量最大，频率最高，波长最小，故D错误。
故选B。
4．B
【详解】
处在的能级的一群氢原子向低能级跃迁时能发出不同频率的光子的种类为
跃迁到辐射的光子能量为，跃迁到辐射的光子能量为，跃迁到辐射的光子能量为，均小于，不能使金属钙发生光电效应，其他3种光子能量都大于，能使金属钙发生光电效应，B正确，ACD错误。
故选B。
5．D
【详解】
该公式是巴尔末首先通过对光谱的分析得到的经验公式，其中的R是常数，但不是普朗克常量，公式中n的取值范围为大于3的自然数，选项ABC错误；公式中n越大，辐射出的光子波长越小，光子能量越大，选项D正确；故选D.
6．C
【详解】
汤姆生通过研究阴极射线实验，发现了电子；卢瑟福发现了质子，选项A错误；卢瑟福通过对α粒子散射实验现象的分析，得到了原子的核式结构理论，选项B错误；美国物理学家密立根测出元电荷e的电荷量 ，即著名的“密立根油滴实验”，选项C正确；玻尔建立了量子理论，成功解释了氢原子光谱；但其是建立在卢瑟福的原子核式结构学说之上得出的结论，故D错误．故选C.
7．B
【详解】
A、牛顿发现万有引力定律,于1687年发表在其传世之作《自然哲学的数学原理》中,卡文迪许对引力常量G进行了准确测定,故A错；
B、20世纪的20年代建立了量子力学理论,它使人们认识到经典力学理论一般不适用于微观粒子的运动,故B正确；
C、由公式 可知 ，所以和中心天体的质量有关，故C错误；
D、根据爱因斯坦相对论可知地面上的人观察高速飞行的火箭时，发现火箭里的时间变慢了；而火箭里的人观测地面时，发现地面的时间也变慢了,故D错；
综上所述本题答案是：B
8．D
【详解】
A．卢瑟福由粒子散射实验确立了原子的核式结构理论，选项A错误；
B．基态的一个氢原子吸收一个光子跃迁到激发态后，最多能发射2种频率的光子，即对应于3→2，2→1两种跃迁，选项B错误；
C．光电效应揭示了光的微粒性，表明光子具有能量，选项C错误；
D．氢原子光谱表明氢原子的能量是不连续的，选项D正确。
故选D。
9．A
【详解】
能量为12.8eV的高速电子轰击氢原子，最多氢原子能跃迁到n=4的能级，又因为氢原子由高能级向低能级跃迁辐射出的光子数满足种，A对，B错；
辐射的光子具有的能量，波长越长的光子能量越低，所以从n =4跃迁到n =1能级时放出的光子能量最大，频率最大，波长最小，C错；
氢原子受激发不可能跃迁到n=5的能级，所以D错．
故答案选A
10．D
【详解】
A．哥白尼大胆反驳地心说，提出了日心说，开普勒发现行星沿椭圆轨道运行的规律；故A错误.
B．奥斯特发现了电流的磁效应，安培提出了分子电流假说；故B错误.
C．法拉第发现了电磁感应现象，楞次总结出了判断感应电流方向的规律；故C错误.
D．玻尔的原子理论包括轨道量子化、能量量子化和能量差量子化，第一次将量子观点引入原子领域；故D正确.
11．D
【详解】
A、增大a光的强度，单位时间内发出的光电子数目增多，则验电器的指针偏角增大，故A错误；
B、a光照射金属板时，发生光电效应，有光电子逸出，金属板带正电，所以验电器金属小球带正电，故B错误；
C、用a、b两种不同频率的光分别照射同一金属板，发现b光照射时指针未偏转，根据发生光电效应的条件是入射光的频率大于金属的极限频率可知b的频率小于该金属的极限频率，增大b光的强度，或增大b光的照射时间都不能使金属发生光电效应，验电器的指针偏角一定不偏转，故C错误；
D、因为a光的频率大于b光的频率，则辐射a光的两能级差大于辐射b光的两能级差，因为n=4和n=1间的能级差大于n=5和n=2之间的能级差，则从n=5的能级向n=2的能级跃迁时产生的，可能是b光，故D正确；
故选D．
12．A
【详解】
A．由于氢原子发射的光子的能量：,所以发射的光子的能量值E是不连续的，只能是一些特殊频率的谱线，A错误，符合题意；
B．当氢原子从较高轨道跃第n能级迁到较低轨道第m能级时，发射的光子的能量为，显然n、m的取值不同，发射光子的频率就不同故氢原子光谱线的频率与氢原子能级的能力差有关，B正确，不符合题意；
C．由于氢原子的轨道是不连续的，而氢原子在不同的轨道上的能级，故氢原子的能级是不连续的即是分立的，故C正确，不符合题意；
D．由于氢原子发射的光子的能量：,所以发射的光子的能量值E是不连续的，只能是一些特殊频率的谱线，D正确，不符合题意。
故选A。
13．C
【详解】
由题意可知有
解得
即能发出6种频率光的一定是能级，则照射氢原子的单色光的光子能量为
所以C正确，ABD错误。
故选C。
14．D
【详解】
A．氢原子从n=2能级跃迁到n=1能级时发出的光子能量为
不在1.61～3.10eV范围内，不是可见光，选项A错误；
B．大量处于n=4能级的氢原子，跃迁到基态的过程中，根据，因此释放出6种频率的光子，选项B错误；
C．处于基态的氢原子电离，需要吸收13.6eV的能量，选项C错误；
D．氢原子处于n=2能级时，吸收2.86eV能量的光子后的能量为
正好跃迁到n=5能级，选项D正确。
故选D。
15．AC
【详解】
A．汤姆孙通过研究阴极射线实验，发现了电子的存在，A正确；
B．卢瑟福通过对α粒子散射实验现象的分析，证实了原子是由原子核和核外电子组成的，B错误；
C．巴尔末根据氢原子光谱分析，总结出了氢原子光谱可见光区波长公式，C正确；
D．玻尔在卢瑟福的原子核式结构学说的基础上，引入了量子理论，提出的原子模型，并没有完全否定卢瑟福的原子核式结构学说，D错误．
故选AC.
16．AC
【详解】
A．光从空气斜射到玻璃，因为玻璃上下表面平行，当第二次折射时折射光线与第一次折射入射光线平行．由于折射率不同，a光偏折较大，b光偏折较小．所以此玻璃对a光的折射率大于对b光的折射率，则a光在玻璃中传播的速度较小．故A正确；
B．光从空气斜射到玻璃，由于折射率不同，a光偏折较大，b光偏折较小．所以此玻璃对a光的折射率大于对b光的折射率．则a光的传播速度小于对b光，从而得出a光的波长小于b光，用同一双缝干涉装置进行实验可看到a光的干涉条纹间距比b光的小，故B错误；
C．a光频率大于b光频率，所以a光子能量大于b光子能量，则若a光是氢原子从第3能级跃迁到第1能级产生的，则b光可能是氢原子从第4能级跃迁到第2能级产生的，故C正确；
D．光从空气斜射到玻璃，由于折射率不同，a光偏折较大，b光偏折较小．所以此玻璃对a光的折射率大于对b光的折射率．则a光的传播速度小于对b光，从而得出a光的波长小于b光，a光的频率大于b光，若a光能使某金属射出电子，则b光也不一定能使该金属发射出电子．故D错误；
故选AC．
17．BD
【详解】
A．氢原子从高能级向基态跃迁时发出的光子的最小能量为10.2eV，大于锌的逸出3.34eV，照射金属锌板一定能产生光电效应现象，A错误；
B．一群处于能级的氢原子向基态跃迁时，根据
能放出6种不同频率的光，B正确；
C．用能量为10.5eV的光子照射，小于12.09eV，不可使处于基态的氢原子跃迁到激发态，要正好等于12.09eV，才能跃迁，C错误；
D．能量为14.0eV大于13.6eV，因此用光子照射，可使处于基态的氢原子电离，D正确。
故选BD。
18． 6 3.4##3.40
【详解】
（1）一群氢原子由n＝4能级向n＝1能级跃迁时最多可辐射出种不同频率的光。
（2）要想使处在n＝2激发态的氢原子电离至少吸收3.4eV的能量。
19． 对 错 对 对 错
【详解】
略
20． 释放
【详解】
试题分析：能级间跃迁辐射或吸收光子能量等于两能级间的能级差，则从高能级向低能级跃迁，能量减小，则释放能量，向外辐射光子．原子由能量为的状态跃迁到能量为的状态，要放出光子，光子的能量为：，释放的光子的波长为：，根据光电效应方程可得
21．B D E
【详解】
试题分析：频率最大的光是由n＝4能级跃迁到n＝1能级产生的，选项A错误，B正确；频率最小的光是由n=4能级跃迁到n＝3能级产生的，选项C错误；这些氢原子总共可辐射出种不同频率的光子，选项D正确；用n＝2能级跃迁到n＝1能级辐射出的光子能量为（-3.4eV）-（-13.6eV）=10.2eV，则此光照射逸出功为6.34eV的金属铂能发生光电效应，选项E正确；故选BDE.
22．（1）3种；见解析；（2）见解析
【解析】
（1）由题意可知，处于激发态的原子跃迁回基态，一共可发出3种光子，其中到释放光子能量
到释放光子能量
到释放光子能量
（2）到释放的光子和到释放的光子能使金属钠发生光电效应。
根据光电效应方程
到释放的光子产生的光电子最大初动能
到释放的光子产生的光电子最大初动能
23．由5能级跃迁到2能级时产生的
【详解】
由玻尔理论知，巴耳末公式中n=5时计算出的氢原子光谱的谱线是氢原子由第5能级跃迁到2能级时产生的。
24．（1）；（2）①；②
【详解】
（1）设在 t时间内照射到玻璃表面的光子数为n，则由动量定理
F△t=np
对玻璃板由平衡知识
F=mg
每个光子的能量
激光照射到小玻璃片上的功率
解得
（2）①原子单位时间内与n个光子发生相互作用，由动量守恒定律
原子的加速度
其中 t=1s解得
②以原子开始运动的方向为正方向，原子吸收一个光子的过程，由动量守恒定律
该原子的第一激发态和基态的能级差
解得
答案第1页，共2页