2026届高三物理一轮复习-同步分层精练（六十三）原子结构能级跃迁（有解析）

同步分层精练（六十三） 原子结构 能级跃迁
1.(2025·湖南长沙检测)2024年是量子力学诞生的一百周年,一百年前的1924年6月13日,德国哥廷恩大学的玻恩提交了一篇题为“Uber Quantenmechanik”的论文,世界上从此有了“量子力学”一词。下列关于量子力学创立初期的奠基性事件中说法正确的是 (　 )
A.普朗克提出能量子的假设成功解释了黑体辐射的实验规律
B.爱因斯坦提出光子假说,并成功解释了遏止电压和光照强度有关
C.康普顿效应进一步证实了光的波动说
D.玻尔原子理论认为原子的能级是连续的,并成功解释了氢原子只能发出一系列特定波长的光
2.(2024·江苏高考)在原子跃迁中,辐射如图所示的4种光子,其中只有一种光子可使某金属发生光电效应,是哪一种 (　 )
A.λ1 B.λ2
C.λ3 D.λ4
3.(多选)如图所示是卢瑟福为解释α粒子散射实验假设的情景:占原子质量绝大部分的带正电的那部分物质应集中在很小的空间范围。下列说法正确的是 (　 )
A.α粒子质量远大于电子质量,电子对α粒子速度的影响可以忽略
B.入射方向的延长线越接近原子核的α粒子发生散射时的偏转角越大
C.由不同元素对α粒子散射的实验数据可以确定各种元素原子核的质量
D.由α粒子散射的实验数据可以估计出原子核半径的数量级是10-15 m
4.(2025·江西阶段练习)我国“曦和号”探日卫星首次在轨获得了太阳Hα谱线,Hα谱线是巴耳末线系中能量最小的发射谱线,如图为氢原子的能级示意图,由图可知Hα谱线的光子能量约为 (　 )
A.1.89 eV B.2.55 eV
C.2.86 eV D.3.4 eV
5.(2024·重庆高考)(多选)我国太阳探测科学技术试验卫星“羲和号”在国际上首次成功实现空间太阳Hα波段光谱扫描成像。Hα和Hβ分别为氢原子由n=3和n=4能级向n=2能级跃迁产生的谱线(如图),则 (　 )
A.Hα的波长比Hβ的小
B.Hα的频率比Hβ的小
C.Hβ对应的光子能量为3.4 eV
D.Hβ对应的光子不能使氢原子从基态跃迁到激发态
6.(2025·天津滨海新区期中)如图所示,氢原子从n=4能级跃迁到n=2能级发出a种光,氢原子从n=3能级跃迁到n=2能级发出b种光。关于这两种光的特性,以下说法正确的是 (　 )
A.在真空中传播同样的距离,b光所用时间更长
B.从水中斜射入空气时,b光更容易发生全反射
C.照射同样的金属板发生光电效应时,b光的遏止电压更大
D.在条件相同的情况下做杨氏双缝干涉实验,b光的条纹间距更宽
7.(2025年1月·八省联考晋陕宁青卷)(多选)氢原子能级图如图所示,若大量氢原子处于n=1,2,3,4的能级状态,已知普朗克常量h=6.6×10-34J·s,1 eV=1.6×10-19 J,某锑铯化合物的逸出功为2.0 eV,则 (　 )
A.这些氢原子跃迁过程中最多可发出3种频率的光
B.这些氢原子跃迁过程中产生光子的最小频率为1.6×1014 Hz
C.这些氢原子跃迁过程中有4种频率的光照射该锑铯化合物可使其电子逸出
D.一个动能为12.5 eV的电子碰撞一个基态氢原子不能使其跃迁到激发态
8.如图所示是氢原子的能级图,一群氢原子处于n=7的激发态,这些氢原子能够自发地跃迁到较低的能量状态,并向外辐射多种频率的光,用辐射出的光照射图乙光电管的阴极K,已知阴极K的逸出功为5.32 eV,则 (　 )
A.阴极K逸出的光电子的最大初动能为8 eV
B.这些氢原子最多向外辐射6种频率的光
C.向右移动滑片P时,电流计的示数一定增大
D.波长最短的光是氢原子从n=2激发态跃迁到基态时产生的
9.(2024·山西太原二模)用大量氢原子发出的a、b、c三种光测试一新材料光电管,遏止电压Uc与三种光的频率关系如图所示,图像斜率为k,截距为-d,电子带电量的大小为e,下列说法正确的是 (　 )
A.三种光子的动量paB.由图像可知,普朗克常量为
C.由图像可知,金属材料的逸出功为ed
D.若a、b、c是大量氢原子从能级n=3跃迁到低能级时发出的光,则λc=λa+λb
10.(2024·浙江6月选考)玻尔氢原子电子轨道示意图如图所示,处于n=3能级的原子向低能级跃迁,会产生三种频率为ν31、ν32、ν21的光,下标数字表示相应的能级。已知普朗克常量为h,光速为c。正确的是 (　 )
A.频率为ν31的光,其动量为
B.频率为ν31和ν21的两种光分别射入同一光电效应装置,均产生光电子,其最大初动能之差为hν32
C.频率为ν31和ν21的两种光分别射入双缝间距为d、双缝到屏的距离为L的干涉装置,产生的干涉条纹间距之差为
D.若原子从n=3跃迁至n=4能级,入射光的频率ν34'>
同步分层精练（六十三） 原子结构 能级跃迁
1.(2025·湖南长沙检测)2024年是量子力学诞生的一百周年,一百年前的1924年6月13日,德国哥廷恩大学的玻恩提交了一篇题为“Uber Quantenmechanik”的论文,世界上从此有了“量子力学”一词。下列关于量子力学创立初期的奠基性事件中说法正确的是 (　 )
A.普朗克提出能量子的假设成功解释了黑体辐射的实验规律
B.爱因斯坦提出光子假说,并成功解释了遏止电压和光照强度有关
C.康普顿效应进一步证实了光的波动说
D.玻尔原子理论认为原子的能级是连续的,并成功解释了氢原子只能发出一系列特定波长的光
解析:选A　普朗克提出能量子的假设成功解释了黑体辐射的实验规律,故A正确;爱因斯坦提出光子假说,并成功解释了在发生光电效应时遏止电压与入射光的频率有关,故B错误;光电效应证明光具有粒子性,康普顿效应进一步证明了光子具有动量,具有粒子特性,故C错误;玻尔原子理论认为,氢原子只能处于一系列不连续的能量状态中,并成功解释了氢原子只能发出一系列特定波长的光,故D错误。
2.(2024·江苏高考)在原子跃迁中,辐射如图所示的4种光子,其中只有一种光子可使某金属发生光电效应,是哪一种 (　 )
A.λ1 B.λ2
C.λ3 D.λ4
解析:选C　根据光电效应方程Ek=hν-W0可知,只有一种光子可使某金属发生光电效应,该光子对应的能量最大,根据题图可知,跃迁时对应波长为λ3的光子能量最大。故选C。
3.(多选)如图所示是卢瑟福为解释α粒子散射实验假设的情景:占原子质量绝大部分的带正电的那部分物质应集中在很小的空间范围。下列说法正确的是 (　 )
A.α粒子质量远大于电子质量,电子对α粒子速度的影响可以忽略
B.入射方向的延长线越接近原子核的α粒子发生散射时的偏转角越大
C.由不同元素对α粒子散射的实验数据可以确定各种元素原子核的质量
D.由α粒子散射的实验数据可以估计出原子核半径的数量级是10-15 m
解析:选ABD　α粒子质量远大于电子质量,电子对α粒子速度的影响可以忽略,故A正确;入射方向的延长线越接近原子核的α粒子,所受库仑力就越大,发生散射时的偏转角越大,故B正确;α粒子散射类似于碰撞,根据实验数据无法确定各种元素原子核的质量,故C错误;由α粒子散射的实验数据可以估计出原子核半径的数量级是10-15 m,故D正确。
4.(2025·江西阶段练习)我国“曦和号”探日卫星首次在轨获得了太阳Hα谱线,Hα谱线是巴耳末线系中能量最小的发射谱线,如图为氢原子的能级示意图,由图可知Hα谱线的光子能量约为 (　 )
A.1.89 eV B.2.55 eV
C.2.86 eV D.3.4 eV
解析:选A　由题意可知,Hα谱线是巴耳末线系中氢原子从n=3能级跃迁到n=2能级辐射出的谱线,其光子能量为E=E3-E2=-1.51 eV-=1.89 eV,故选A。
5.(2024·重庆高考)(多选)我国太阳探测科学技术试验卫星“羲和号”在国际上首次成功实现空间太阳Hα波段光谱扫描成像。Hα和Hβ分别为氢原子由n=3和n=4能级向n=2能级跃迁产生的谱线(如图),则 (　 )
A.Hα的波长比Hβ的小
B.Hα的频率比Hβ的小
C.Hβ对应的光子能量为3.4 eV
D.Hβ对应的光子不能使氢原子从基态跃迁到激发态
解析:选BD　氢原子n=3与n=2的能级差小于n=4与n=2的能级差,则Hα与Hβ相比,Hα的波长大、频率小,故A错误,B正确;Hβ对应的光子能量为E=(-0.85)eV-(-3.40)eV=2.55 eV,故C错误;氢原子从基态跃迁到激发态至少需要能量E'=(-3.40)eV-(-13.6)eV=10.2 eV,Hβ对应的光子不能使氢原子从基态跃迁到激发态,故D正确。
6.(2025·天津滨海新区期中)如图所示,氢原子从n=4能级跃迁到n=2能级发出a种光,氢原子从n=3能级跃迁到n=2能级发出b种光。关于这两种光的特性,以下说法正确的是 (　 )
A.在真空中传播同样的距离,b光所用时间更长
B.从水中斜射入空气时,b光更容易发生全反射
C.照射同样的金属板发生光电效应时,b光的遏止电压更大
D.在条件相同的情况下做杨氏双缝干涉实验,b光的条纹间距更宽
解析:选D　在真空中各种光的传播速度相同,所以在真空中传播同样的距离,两种光所用时间相同,故A错误;根据氢原子能级差可知b光能量小,所以频率小、折射率小,从水中斜射入空气时,b光更不容易发生全反射,故B错误;照射同样的金属板发生光电效应时,根据爱因斯坦光电效应方程Ekm=hν-W逸,Uce=Ekm,可知a光的遏止电压更大,故C错误;因为b光的频率小,波长大,在条件相同的情况下做杨氏双缝干涉实验,根据条纹间距与波长关系式Δx=λ,b光的条纹间距更宽,故D正确。
7.(2025年1月·八省联考晋陕宁青卷)(多选)氢原子能级图如图所示,若大量氢原子处于n=1,2,3,4的能级状态,已知普朗克常量h=6.6×10-34J·s,1 eV=1.6×10-19 J,某锑铯化合物的逸出功为2.0 eV,则 (　 )
A.这些氢原子跃迁过程中最多可发出3种频率的光
B.这些氢原子跃迁过程中产生光子的最小频率为1.6×1014 Hz
C.这些氢原子跃迁过程中有4种频率的光照射该锑铯化合物可使其电子逸出
D.一个动能为12.5 eV的电子碰撞一个基态氢原子不能使其跃迁到激发态
解析:选BC　这些氢原子跃迁过程中最多可发出=6种频率的光,故A错误;氢原子从n=4能级跃迁到n=3能级产生的光子能量最小为E=E4-E3=0.66 eV,最小频率为ν== Hz=1.6×1014 Hz,故B正确;某锑铯化合物的逸出功为2.0 eV,则这些氢原子跃迁过程中有4种频率的光照射该锑铯化合物可使其电子逸出,分别是从n=4能级跃迁到n=1能级发出的光子,从n=3能级跃迁到n=1能级发出的光子,从n=2能级跃迁到n=1能级发出的光子,从n=4能级跃迁到n=2能级发出的光子,故C正确;一个基态氢原子跃迁到激发态所需的最小能量为Emin=E2-E1=10.2 eV,电子碰撞一个基态氢原子,氢原子可以只吸收电子一部分动能,因此,一个动能为12.5 eV的电子(大于10.2 eV)碰撞一个基态氢原子能使其跃迁到激发态,故D错误。
8.如图所示是氢原子的能级图,一群氢原子处于n=7的激发态,这些氢原子能够自发地跃迁到较低的能量状态,并向外辐射多种频率的光,用辐射出的光照射图乙光电管的阴极K,已知阴极K的逸出功为5.32 eV,则 (　 )
A.阴极K逸出的光电子的最大初动能为8 eV
B.这些氢原子最多向外辐射6种频率的光
C.向右移动滑片P时,电流计的示数一定增大
D.波长最短的光是氢原子从n=2激发态跃迁到基态时产生的
解析:选A　一群氢原子处于n=7的激发态跃迁至基态辐射的光子能量最大为-0.28 eV-(-13.60 eV)=13.32 eV,根据光电效应方程有Ekmax=hν-W0,解得Ekmax=8 eV,故A正确;这些氢原子最多向外辐射光的频率数目为=21,故B错误;向右移动滑片P时,电流达到饱和电流之前,电流增大,达到饱和电流之后,电流保持不变,故C错误;波长最短的光频率最大,光子能量最大,结合上述可知,波长最短的光是氢原子从n=7激发态跃迁到基态时产生的,故D错误。
9.(2024·山西太原二模)用大量氢原子发出的a、b、c三种光测试一新材料光电管,遏止电压Uc与三种光的频率关系如图所示,图像斜率为k,截距为-d,电子带电量的大小为e,下列说法正确的是 (　 )
A.三种光子的动量paB.由图像可知,普朗克常量为
C.由图像可知,金属材料的逸出功为ed
D.若a、b、c是大量氢原子从能级n=3跃迁到低能级时发出的光,则λc=λa+λb
解析:选C　由题图可知三种光的频率关系为νa>νb>νc,根据p==,可得pa>pb>pc,A错误;根据光电效应方程,有Ek=hν-W0,又有Ek=eUc,联立可得Uc=ν-,可知图中直线的斜率表示k=,h=ke,当入射光的频率为零时,Uc=-=-d,解得金属材料的逸出功W0=ed,故B错误,C正确;若a、b、c是大量氢原子从能级n=3跃迁到低能级时发出的光,根据玻尔理论可得h=h+h,整理可得=+,故D错误。
10.(2024·浙江6月选考)玻尔氢原子电子轨道示意图如图所示,处于n=3能级的原子向低能级跃迁,会产生三种频率为ν31、ν32、ν21的光,下标数字表示相应的能级。已知普朗克常量为h,光速为c。正确的是 (　 )
A.频率为ν31的光,其动量为
B.频率为ν31和ν21的两种光分别射入同一光电效应装置,均产生光电子,其最大初动能之差为hν32
C.频率为ν31和ν21的两种光分别射入双缝间距为d、双缝到屏的距离为L的干涉装置,产生的干涉条纹间距之差为
D.若原子从n=3跃迁至n=4能级,入射光的频率ν34'>
解析:选B　根据玻尔理论可知,hν31=E3-E1,则频率为ν31的光,其动量为p===,选项A错误;频率为ν31和ν21的两种光分别射入同一光电效应装置,均产生光电子,其最大初动能分别为Ekm1=hν31-W逸出功,Ekm2=hν21-W逸出功,最大初动能之差为ΔEkm=hν31-hν21=hν32,选项B正确;频率为ν31和ν21的两种光分别射入双缝间距为d、双缝到屏的距离为L的干涉装置,根据双缝干涉条纹间距表达式Δx=λ=可知,产生的干涉条纹间距之差为Δs=-=-≠,选项C错误;若原子从n=3跃迁至n=4能级,则E4-E3=hν34',可得入射光的频率ν34'=,选项D错误。
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