4.3 光谱与氢原子光谱 同步练习（Word版含答案）

2021-2022学年高二(上)物理《选择性必修三》同步练习
光谱与氢原子光谱
班级______ 姓名____________ 座号______
一、单选题
1．我国的北斗三号卫星导航系统采用了我国自主研制的高精度铷原子钟和氢原子钟，原子钟是利用原子跃迁时吸收和释放的电磁波来计时的。根据玻尔理论，以下说法正确的是
A．原子核外电子的可能运动轨道是连续的
B．原子稳定的能量状态是连续的
C．当原子从一个定态跃迁至另一个定态时，便会吸收或释放电磁波，并且吸收或释放的电磁波的频率取决于两个定态对应的能级差
D．原子的能量是不可以改变的
2．玻尔的原子模型在解释原子的下列问题时，与卢瑟福的核式结构学说观点不同的是
A．电子绕核运动的向心力，就是电子与核之间的静电引力
B．电子只能在一些不连续的轨道上运动
C．电子在不同轨道上运动时的能量不同
D．电子在不同轨道上运动时的静电引力不同
3．根据玻尔理论，某原子从能量为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，E′等于
A．E－h
B．E＋h
C．E－h
D．E＋h
4．如图所示，表示汞原子最低的4个能级，一个自由电子的总能量
为9.0eV，与处于基态的汞原子发生正碰（不计汞原子的动量变化），
则电子可能剩余的能量（碰撞过程中无能量损失）
A．0.2eV B．1.4eV
C．2.3eV D．5.5eV
二、多选题
5．关于玻尔的原子模型，下列说法正确的是
A．按照玻尔的观点，电子在定态轨道上运行时不向外辐射电磁波
B．电子只能通过吸收或放出一定频率的光子在轨道间实现跃迁
C．电子从外层轨道跃迁到内层轨道时，动能增大，系统电势能也增大
D．原子的能量是指电子绕原子核运动时具有的动能和电子-原子核系统具有的势能
6． 如图为氢原子的能级示意图，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。则
A．这些氢原子总共可辐射出4种不同频率的光
B．处于n＝2能级的氢原子可以被能量为2eV的电子
碰撞而向高能级跃迁
C．当氢原子从n＝2能级跃迁到n＝3能级时，
需要吸收1.89eV的能量
D．最容易表现出衍射现象的光是由n＝4能级直接跃迁到n＝1能级产生的
7．氢原子核外电子从距核较近的轨道跃迁到距核较远的轨道时，下列说法正确的是
A．原子要吸收光子
B．原子要放出光子
C．电子的动能减小，原子的电势能增大
D．电子的动能增大，原子的电势能减小
8．图中画出了氢原子的4个能级，并注明了相应的能量En.用下列几种能量的光子照射处于基态的原子，能使氢原子发生跃迁或电离的是
A．9 eV的光子
B．12 eV的光子
C．10.2 eV的光子
D．15 eV的光子
9．处于基态的一群氢原子受某种单色光的照射时，只发射波长为λl、λ2、λ3的三种单色光，且λ3＞λ2＞λ1，则照射光的波长为
A．λ1 B．λ2+λ3 C． D．
10．如图所示为氢原子能级图，大量氢原子从某一能级跃迁到的能级，辐射出能量2.55 eV的光子。
（1）最少要给基态的氢原子提供多少的能量，才能使它辐射上述能量的光子
（2）在图中画出获得该能量后的氢原子可能的辐射跃迁图。
11．已知氢原子量子数为n的能级的能量值为En＝ eV.
（1）有一群氢原子处于量子数n＝3的激发态，画一张能级图，在图上用箭头标明这些氢原子能发出哪几种光谱线；
（2）已知电子电荷量e＝1.6×10－19 C，普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s，真空中光速c＝3.×108 m/s，计算这几种光谱线中最短的波长．
12．氢原子量子数为n的能级的能量值En＝，电子绕核半径rn＝n2r1，已知氢原子基态能量E1＝﹣13.6eV，电子绕核运动半径r1＝0.53×10﹣10m．已知电子的质量m＝0.9×10﹣30kg，电子电荷量e＝1.6×10－19 C， 普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s，静电常数k= 9.0×109N·m2/C2，当氢原子处于n＝4的激发态时，求
（1）原子系统具有的能量；
（2）电子在轨道上运动的动能；
（3）电子具有的电势能；
（4）向低能级跃迁辐射的光子中最低频率为多少（保留两位有效数字）？
参考答案
1.C【解析】解：A、根据玻尔理论知，电子的轨道半径是量子化的，半径是一系列不连续的特定值。故A错误；
B、根据玻尔理论，原子稳定的能量状态是不连续的，故BD错误；
C、原子从高能级跃迁到低能级一定会辐射出一定频率的光子，原子吸收了一定频率的光子后能从低能级跃迁到高能级，并且吸收或释放的电磁波的频率取决于两个定态对应的能级差，故C正确；
2.B【解析】A、玻尔和卢瑟福的原子模型都提出了电子绕原子核运动，是电子与核之间的静电引力提供向心力，观点相同，故A错误；
B、玻尔的原子模型提出电子只能在一些不连续的轨道上运动，而卢瑟福的原子模型没有，观点不同，故B正确；
C、玻尔的原子模型继承了卢瑟福的原子模型，对原子能量和轨道引入了量子化的假设，电子在不同轨道上运动时的能量不同，静电力也不同，故CD错误；
3.C【解析】由频率条件hv=E- E′ v= 两个式子可以获得结果
4.A【解析】解：A、若电子剩余的能量为0.2eV，则能级间跃迁吸收的能量为8.8eV，基态汞原子吸收后的能量为﹣1.6eV，跃迁到第4能级。故A正确。
B、若电子剩余的能量为1.4eV，则能级间跃迁吸收的能量为7.6eV，基态汞原子吸收后的能量为﹣2.8eV，不能跃迁。故B错误。
C、若电子剩余的能量为2.3eV，则能级间跃迁吸收的能量为6.7eV，基态汞原子吸收后的能量为﹣3.7eV，不能跃迁。故C错误。
D、若电子剩余的能量为5.5eV，则能级间跃迁吸收的能量为3.5eV，基态汞原子吸收后的能量为﹣6.9eV，不能跃迁。故D错误。
5.AD【解析】解：A、根据玻尔的原子模型可知，电子在定态轨道上运行时，并不向外辐射能量，故A正确；
B、电子在轨道间跃迁，可通过吸收或放出一定频率的光子在轨道间实现跃迁，也可通过其他方式实现，比如电子间的碰撞，故B错误；
C、电子从外层轨道（高能级）跃迁到内层轨道（低能级）时库仑力做正功，系统的电势能减小，动能是增大，总原子能量减小的，故C错误；
D、电子在各条可能轨道上的能量是指电子绕原子核运动时具有的动能和电子-原子核系统具有的势能
6.BC【解析】A、一群氢原子处于n＝4的激发态，所辐射光子的频率最多有＝6，
B、处于n＝2能级的氢原子被能量为2eV的电子碰撞，吸收1.89eV的能量而向第3能级跃迁。
C、根据辐射的光子能量等于两能级间的能级差，可知，E3﹣E2＝△E，因此氢原子从n＝2能级跃迁到n＝3能级时，需要吸收的光子能量必须等于1.89eV，
D、由n＝4能级跃迁到n＝1能级辐射的光子频率最大，波长最小，最不容易出现衍射现象，故D错误
7.AC【解析】解：AB、从距核较近的轨道跃迁到距核较远的轨道过程中，能级增大，吸收光子，总能量增大，故A正确，B错误；
CD、从距核较近的轨道跃迁到距核较远的轨道过程中克服库仑力做功，所以系统的电势能增大；根据知，电子的动能减小。故C正确，D错误。
8.CD【解析】 A、基态的氢原子吸收9eV光子，能量为-13.61+9eV=-4.61eV，不能发生跃迁，所以该光子不能被吸收．故A错误．
B、基态的氢原子吸收12eV光子，能量为-13.61+12eV=-1.61eV，不能发生跃迁，所以该光子不能被吸收．故B错误
C、基态的氢原子吸收12.10eV光子，能量为-13.61+12.10eV=-1.51eV，能从n=1能级跃迁到n=3能级，所以该光子能被吸收．故C正确．
D、基态的氢原子吸收13.6eV光子，能量为-13.61+15eV=1.39eV＞0，发生电离，故D正确.
9.AD【解析】解：能放出三种光，说明此时氢原子处在第3能级，从第三能级跃迁到基态时放出光子能量为：E＝，或者E＝。
能使处于基态氢原子跃迁的光子能量和第三能级与基态之间能级差相等。故有：
λ＝λ1
或者 此时λ＝ 故AD正确，BC错误。
故选：AD
10．【答案】12.75eV
【解答】解：（1）氢原子从n＞2的某一能级跃迁到n=2的能级，辐射光子的频率应满足：
hν=En-E2=2.55 eV
En=hν+E2=-0.85 eV
解得：n=4
基态氢原子要跃迁到n=4的能级，应提供的能量为：△E=E4-E1=12.75 eV．
（2）获得该能量后的氢原子可能的辐射跃迁图如图。
11．【解答】解　(1)当n＝1时，能量级为E1＝ eV＝－13.6 eV；
当n＝2时，能量级为E2＝ eV＝－3.4 eV；
当n＝3时，能量级为E3＝ eV＝－1.51 eV；
能发出的光谱线分别为3→2,2→1,3→1共三种，能级图如下图所示．
(2)由E3向E1跃迁时发出的光子频率最大，波长最短．
hν＝Em－En，又知ν＝则有
λ＝＝ m
＝1.03×10－7 m
12. 【解答】解：（1）根据氢原子能级公式
（2）由题意：
根据库仑力提供向心力：
所以动能
（3）由于E4＝Ek4+EP4
所以电势能 Ep4＝E4﹣Ek4＝﹣1.7eV
（4）能级差最小的是n＝4→n＝3，所辐射的光子能量为：△E＝hγ＝E4﹣E3＝0.66eV．
得：γ＝Hz