4 氢原子光谱和玻尔的原子模型
[教材链接] (1)棱镜或光栅 波长(频率) 波长(频率)和强度 (2)亮线 (4)线状谱 不同 特征 (5)特征谱线 组成成分 光谱分析
例1 AC [解析] 炽热的固体、液体和高压气体发出的光通过分光镜形成的是连续光谱,A正确;气体发光,若为高压气体则产生连续光谱,若为稀薄气体则产生明线光谱,B错误;光谱分析是用元素的特征谱线与光谱对比来分析物体的化学成分,故光谱分析非常灵敏与迅速,C正确;进行光谱分析,必须利用线状谱或吸收光谱,连续谱不行,D错误.
[教材链接] (1)特定波长 ①可见 (2)①电磁波 不稳定 ②一切频率 分立
例2 AC [解析] 此公式是巴耳末在研究氢原子光谱在可见光区的四条谱线时得到的,只适用于氢原子光谱的分析,A正确,D错误;公式中n只能取大于或等于3的整数,λ不能连续取值,故氢原子光谱是线状谱,B错误,C正确.
[教材链接] (1)①库仑引 原子核 ②量子化 ③稳定 电磁辐射 (2)①量子化 能级 ②稳定 ③最低 (3)跃迁 放出 En-Em 频率 辐射
例3 BC [解析] 根据玻尔理论,可知核外电子运动的轨道半径是确定的值,而不是任意值,A错误;氢原子中的电子离原子核越远,能级越高,能量越大,B正确;由跃迁规律可知,C正确;氢原子从激发态向基态跃迁的过程中,应辐射能量,D错误.
变式 ABC [解析] A、B、C三项都是玻尔提出来的假设,其核心是原子定态概念的引入与能级跃迁学说的提出,也就是“量子化”的概念,原子的不同能量状态与电子绕核运动时不同的圆轨道相对应,是经典理论与量子化概念的结合.电子跃迁时辐射的光子的频率与能级间的能量差有关,与电子绕核做圆周运动的频率无关.
[教材链接] (1)量子观念 定态 跃迁 氢原子 (3)坐标 概率 电子云
例4 C [解析] 根据能级跃迁规律可知hν=En-Em、ν=,可知四条谱线中波长最长的是Hα,故A错误;氢原子从n=3能级跃迁到n=2能级时辐射光子的波长为656 nm,所以氢原子从n=2能级跃迁到n=3能级也需要656 nm的光照射,故B错误;一群处于n=3能级的氢原子向低能级跃迁时,最多产生=3种谱线,故C正确;当实物粒子轰击氢原子时,只要实物粒子的能量大于或等于能级跃迁所需要的能量就可以发生跃迁,电子的能量大于从基态跃迁到第一激发态需要的能量10.2 eV,故用能量为10.3 eV的电子轰击,能使基态的氢原子激发,故D错误.
随堂巩固
1.D [解析] 原子的发射光谱即有线状谱又有连续谱,A错误;太阳光谱中的许多暗线与太阳中存在的元素的特征谱线相对应,太阳光谱中的暗线表明太阳中正好存在这些元素,B错误;可见光的光谱与不可见光的光谱都有分立特征,C错误;电子绕原子核运动的轨道是不连续的,我们看到的原子光谱都是线状谱,D正确.
2.D [解析] 吸收光谱和明线光谱的产生方法不同,同种物质吸收光谱中的暗线与明线光谱中的明线相对应,故A、B错误;明线光谱是线状谱,故C错误;明线光谱和吸收光谱都可以进行光谱分析,用来鉴别物质和确定化学组成,故D正确.
3.C [解析] 氢原子巴耳末系中的谱线,其光子能量为1.89 eV,即电子由较高能级跃迁到较低能级并以光子的形式释放能量, 由公式有跃迁时释放的能量为E=En-Em,代入数据可知此谱线来源于太阳中氢原子的n=3和n=2能级之间的跃迁.故选C.
4.ACD [解析] 根据=3知,这群氢原子能辐射出三种不同频率的光子,故A正确;从n=3能级跃迁到n=1能级辐射的光子能量为13.6 eV-1.51 eV=12.09 eV>2.25 eV,从n=2能级跃迁到n=1能级辐射的光子能量为13.6 eV-3.4 eV=10.2 eV>2.25 eV,从n=3能级跃迁到n=2能级辐射的光子能量为3.4 eV-1.51 eV=1.89 eV<2.25 eV,所以能使金属钾发生光电效应的光子有两种,故B错误;从n=3能级跃迁到n=1能级辐射的光子能量最大,发生光电效应时,产生的光电子最大初动能最大,根据光电效应方程得,Ekm=hν-W0=12.09 eV-2.25 eV=9.84 eV,故C、D正确.4 氢原子光谱和玻尔的原子模型
学习任务一 光谱
[教材链接] 阅读教材“光谱”相关内容,完成下列填空:
(1)光谱:用 可以把物质发出的光按 展开,获得 分布的记录,即光谱.
(2)线状谱:有些光谱是一条条的 ,我们把它们叫作谱线,这样的光谱叫作线状谱.
(3)连续谱:有的光谱看起来不是一条条分立的谱线,而是连在一起的光带,我们把它叫作连续谱.
(4)特征谱线:气体中中性原子的发光光谱都是 ,且不同原子的亮线位置 ,故这些亮线称为原子的 谱线.
(5)光谱应用:每种原子都有自己的 ,我们可以利用它来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.
例1 (多选)下列有关光谱问题的论述中,正确的是( )
A.熔化的钢水发出的光通过分光镜所得到的是连续光谱
B.气体发出的光只能产生明线光谱
C.光谱分析的优点是非常灵敏与迅速
D.进行光谱分析,可以用连续光谱,也可以用吸收光谱
[反思感悟]
【要点总结】
1.光谱的分类
2.几种光谱的比较
光谱 产生条件 光谱形式及应用
线状谱 稀薄气体发光形成的 由一些不连续的亮线组成,不同原子的亮线(又叫特征谱线)位置不同,可用于光谱分析
连续谱 炽热的固体、液体或高压气体发光形成的 连续分布,一切波长的光都有
吸收 光谱 炽热的白光通过温度较低的气体后形成的 用分光镜观察时,见到连续光谱背景上出现一些暗线(与特征谱线相对应),可用于光谱分析
3.太阳光谱
(1)特点:在连续谱的背景上出现一些不连续的暗线,是一种吸收光谱.
(2)产生原因:阳光中含有各种颜色的光,但当阳光透过太阳的高层大气射向地球时,太阳高层大气中含有的元素会吸收它自己特征谱线的光,然后再向四面八方发射出去,到达地球的这些谱线看起来就暗了,这就形成了明亮背景下的暗线.
学习任务二 氢原子光谱的实验规律和经典理论的困难
[教材链接] 阅读教材“氢原子光谱的实验规律”和“经典理论的困难”相关内容,完成以下填空:
(1)氢原子光谱的实验规律:氢原子只能发出一系列 的光.
①氢原子在 光区的四条谱线称为巴耳末系,满足巴耳末公式:=R∞,n=3,4,5,…,式中R∞叫作里伯德常量,实验测得的值为R∞=1.10×107 m-1.
②氢光谱在红外和紫外光区的其他谱线也都满足与巴耳末公式类似的关系式.
(2)经典理论的困难:卢瑟福的核式结构模型正确地指出了原子核的存在,很好地解释了α粒子散射实验.但是,经典物理学既无法解释原子的稳定性,又无法解释原子光谱的分立特征.
①按照经典电磁理论,核外电子将把自己绕核转动的能量以 的形式辐射出去,因此电子绕核转动这个系统应是 的,但事实上,原子是个很稳定的系统.
②根据经典电磁理论,大量原子发光的光谱应该包含 的连续光谱,而事实上原子光谱是由一些不连续的亮线组成的 的线状谱.
例2 (多选)下列关于巴耳末公式=R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只能取大于或等于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,也适用于其他原子光谱的分析
[反思感悟]
【要点总结】
1.巴耳末公式是对当时已知的氢原子在可见光区的四条谱线分析时总结出来的,反映氢原子的线状光谱的特征,不能描述其他原子的.
2.其他谱线:除了巴耳末系,氢光谱在红外和紫外光区的其他谱线也都满足与巴耳末公式类似的关系式.
学习任务三 玻尔原子理论的基本假设
[教材链接] 阅读教材“玻尔原子理论的基本假设”相关内容,完成以下填空:
(1)轨道量子化
①原子中的电子在 力的作用下,绕 做圆周运动.
②电子绕核运动的轨道是 的.
③电子在这些轨道上绕核的转动是 的,且不产生 .
(2)能量量子化
①能量量子化:当电子在不同轨道上运动时,原子处于不同的状态,原子在不同的状态中具有不同的能量,即原子的能量是 的,这些量子化的能量值叫作 .
②定态:原子具有确定能量的 状态,称为定态.
③基态:能量 的状态叫作基态.
④激发态:基态之外较高的能量状态叫作激发态.
(3)频率条件
当电子从能量较高的定态轨道(其能量记为En) 到能量较低的定态轨道(其能量记为Em,m例3 (多选)按照玻尔原子理论,下列表述正确的是( )
A.核外电子运动轨道半径可取任意值
B.氢原子中的电子离原子核越远,氢原子的能量越大
C.电子跃迁时,辐射或吸收光子的能量由能级的能量差决定,即hν=En-Em(mD.氢原子从激发态向基态跃迁的过程,可能辐射能量,也可能吸收能量
[反思感悟]
变式 (多选)玻尔在他提出的原子模型中所作的假设有 ( )
A.原子处在具有一定能量的定态中,虽然电子做变速运动,但不向外辐射能量
B.原子的不同能量状态与电子沿不同的圆轨道绕核运动相对应,而电子的可能轨道的分布是不连续的
C.电子从一个轨道跃迁到另一个轨道时,辐射(或吸收)一定频率的光子
D.电子跃迁时辐射的光子的频率等于电子绕核做圆周运动的频率
[反思感悟]
【要点总结】
1.原子从一种定态跃迁到另一种定态时,辐射或吸收光子的频率满足的关系为:
高能级En低能级Em
2.原子的能量及其变化规律
(1)电子绕原子核运动:k=m,故Ekn=m=.
(2)电子的轨道半径增大,则电子绕核运动的动能减小,库仑力做负功,电势能增大.
(3)电子的轨道半径增大时,说明原子吸收了光子,电子从能量较低的轨道跃迁到能量较高的轨道,原子的能量增大.
3.电离:若入射光子的能量大于原子的电离能,如处于基态的氢原子电离能为13.6 eV,则电子也会被激发跃迁,这时核外电子脱离原子核的束缚成为自由电子,光子能量大于电离能的部分成为自由电子的动能.
学习任务四 玻尔理论对氢光谱的解释及其局限性
[教材链接] 阅读教材“玻尔理论的局限性”相关内容,完成下列填空:
(1)玻尔理论的成功之处:玻尔理论第一次将 引入原子领域,提出了 和 的概念,成功解释了 光谱的实验规律.但对于稍微复杂一点的原子如氦原子,玻尔理论就无法解释它的光谱.
(2)玻尔理论的局限性:过多地保留了经典理论,即保留了经典粒子的观念,仍然把电子的运动看作经典力学描述下的轨道运动.
(3)电子云:原子中电子的 没有确定的值,我们只能描述电子在某个位置出现的 是多少,把电子这种概率分布用疏密不同的点表示时,这种图像就像云雾一样,故称 .
例4 [2024·江苏徐州一中月考] 图示为氢原子能级图以及氢原子从n=3、4、5、6能级跃迁到n=2能级时辐射的四条光谱线,已知氢原子从n=3能级跃迁到n=2能级时辐射光子的波长为656 nm,下列说法正确的是 ( )
A.四条谱线中波长最长的是Hδ
B.用633 nm的光照射能使氢原子从n=2能级跃迁到n=3能级
C.一群处于n=3能级的氢原子向低能级跃迁时,最多产生3种谱线
D.如果用能量为10.3 eV的电子轰击,一定不能使基态的氢原子激发
[反思感悟]
【要点总结】
使原子能级跃迁的两种粒子——光子与实物粒子
(1)原子若是吸收光子的能量而被激发,光子的能量必须等于两能级的能量差.
(2)原子还可吸收外来实物粒子(例如自由电子)的能量而激发,由于实物粒子的动能可部分地被原子吸收,所以只要入射粒子的能量大于两能级的能量差(E=En-Em),就可使原子发生能级跃迁.
1.(光谱)[2024·河南郑州一中月考] 如图所示是原子的发射光谱、原子的吸收光谱、太阳光谱图像,下列说法正确的是 ( )
A.所有原子的发射光谱都是线状谱
B.太阳光谱中的暗线表明,太阳中正好不存在这些元素
C.可见光的光谱有分立特征,不可见光的光谱没有分立特征
D.电子绕原子核运动的轨道是不连续的,所以我们看到了原子光谱的分立特征
2.(光谱)关于物质的吸收光谱和明线光谱之间的关系,下列说法正确的是 ( )
A.吸收光谱和明线光谱的产生方法不同,它们的谱线互不相关
B.吸收光谱和明线光谱的产生方法相同,它们的谱线重合
C.明线光谱与吸收光谱都是连续谱
D.明线光谱与吸收光谱都可以用于光谱分析,以鉴别物质和确定化学组成
3.(玻尔理论及其应用)[2024·湖南长沙一中月考] “羲和号”太阳探测卫星首次在轨获取太阳Hα谱线精细结构,Hα属于氢原子巴耳末系中的谱线,其光子能量为1.89 eV,巴耳末系能级图如图所示,则此谱线来源于太阳中氢原子的 ( )
A.n=5和n=2能级之间的跃迁
B.n=4和n=3能级之间的跃迁
C.n=3和n=2能级之间的跃迁
D.n=5和n=4能级之间的跃迁
4.(玻尔理论及其应用)(多选)如图所示为氢原子的能级示意图,一群氢原子处于n=3的激发态,在自发跃迁中放出一些光子,用这些光子照射逸出功为2.25 eV的钾,下列说法正确的是 ( )
A.这群氢原子能发出三种不同频率的光
B.这群氢原子发出的光子均能使金属钾发生光电效应
C.金属钾表面逸出的光电子最大初动能一定小于12.09 eV
D.金属钾表面逸出的光电子最大初动能可能等于9.84 eV4 氢原子光谱和玻尔的原子模型
1.D [解析] 根据光谱理论可知,亮线光谱与吸收光谱都能表示元素的特点,都是元素的特征谱线,而同一元素的线状谱的亮线与吸收光谱中的暗线都是一一对应的,选项D正确,A、B、C错误.
2.BC [解析] 白炽灯光谱是连续谱,故A错误;煤气灯火焰中的钠蒸气产生的光谱属于稀薄气体发光,是线状谱,霓虹灯产生的光谱也是线状谱,B正确;线状谱可用于对物质成分进行分析,故C正确;月亮是反射的太阳光,故观察月亮光谱,不可以确定月亮的化学组成,故D错误.
3.BD [解析] 将图甲中的a、b、c、d与图乙对比可以看出,a、c元素的特征谱线在图乙中已出现,而b、d中的特征谱线在图乙中未出现,故该矿物中缺乏b、d两种元素.
4.B [解析] 氢原子从n=3的激发态跃迁到基态时有=R,氢原子从n=2的激发态跃迁到基态时有=R,又E=hν=,联立得,辐射光子的能量之比为E3∶E2=32∶27,故B正确.
5.C [解析] 原子中的电子处于某一定态时,虽然电子做变速运动,但并不向外辐射能量,故A错误;原子中的电子运行轨道分布是分立的,故B错误;吸收光子时从低能级向高能级跃迁,氢原子的能量增大,故C正确;一群氢原子从n=3能级向低能级跃迁,最多能发出=3种不同颜色的光,故D错误.
6.CD [解析] 直接跃迁,只能发出一个光子,A、B错误;原子从高能级往低能级跃迁时,放出光子,能量变小,库仑力做正功,电子的动能增大,原子的电势能减小,C、D正确.
7.D [解析] 根据能级结构可知,从高能级向n=1能级跃迁时发出的光都不是可见光,A错误;已知可见光光子能量在1.62 eV到3.1 eV之间,从高能级向n=2能级跃迁时发出的光子的能量小于或等于3.4 eV,所以辐射出的光不一定是可见光,B错误;因为从高能级向n=3能级跃迁时释放的能量均低于1.62 eV,所以都不是可见光,C错误;从n=3能级向n=2能级跃迁时释放的能量为1.89 eV,是可见光,D正确.
8.A [解析] 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到2、2到1这两种,故A正确;从n=4能级跃迁到n=1能级所辐射出电磁波的能量为ΔE1=E4-E1=-0.85 eV-(-13.6 eV)=12.75 eV,从n=3能级跃迁到n=1能级所辐射出电磁波的能量为ΔE2=E3-E1=-1.51 eV-(-13.6 eV)=12.09 eV,即ΔE1>ΔE2,所以,从n=4能级跃迁到n=1能级比从n=3能级跃迁到n=1能级所辐射出电磁波的能量大,故B错误;原子可吸收一定等于相邻两个能级差值的光子,故C错误;按照波尔理论,核外电子只能在某些特定的圆形轨道上绕核运动,轨道半径不能取任意值,故D错误.
9.B [解析] 玻尔的原子模型与原子的核式结构模型本质上是不同的,故A错误;玻尔第一次将量子观念引入原子领域,提出了定态和能级之间跃迁的概念,所以成功地解释了氢原子光谱的实验规律,但是由于过多保留了经典粒子的观念,仍然摆脱不了核式结构模型的局限性,故B正确,C、D错误.
10.A [解析] 大量处于n=3能级的氢原子向低能级跃迁时,从n=3能级跃迁到n=2能级时,能级差最小,产生的光子的能量最小,光子的波长最长,根据光电效应方程得E3-E2=hν,又因为ν=,解得λ=,故A错误;根据牛顿第二定律得k=m,解得Ek=mv2=k,当氢原子从n=4能级跃迁到n=1能级时,对应的电子的轨道半径变小,电子的动能变大,又因为氢原子从n=4能级跃迁到n=1能级时,原子向外辐射能量,所以氢原子能量变小,故B正确;若氢原子从n=1能级跃迁到n=4能级时需要吸收的能量为ΔE=E4-E1=12.75 eV,所以用动能为13 eV的电子撞击氢原子,可使处于基态的氢原子跃迁至n=4的激发态,故C正确;大量处于n=4能级的氢原子向基态跃迁时,能辐射出6种不同频率的光子,故D正确.
11.B [解析] 红外线光子能量不能超过1.51 eV,从第3能级向低能级跃迁辐射的光子能量最小值为1.89 eV,超过1.51 eV,故A错误;第5能级跃迁到第4能级、第4能级跃迁到第3能级、第5能级跃迁到第3能级辐射的光子能量值均小于1.51 eV,故B正确;从基态跃迁到第4能级,再跃迁到第3能级能够辐射红外线光子,从第1能级跃迁到第4能级需要吸收12.75 eV的能量,故C错误;辐射能量有可能有的达到红外线的能量范围,有的达到可见光的能量范围,故D错误.
12.D [解析] 基态氢原子具有的能量为E1=-13.6 eV,若基态氢原子电离,则需要吸收的光子能量E≥13.6 eV,由题图可知紫外线波段中存在光子能量E≥13.6 eV的光子,这些光子可以使基态氢原子电离,A错误;氢原子跃迁时辐射的光子能量不超过13.6 eV,由题图可知,X射线的光子能量均大于13.6 eV,故氢原子跃迁时不会辐射X射线波段的光子,B错误;金属钨的逸出功为4.54 eV,由题图可知,红外线的光子能量小于4.54 eV,故不能让金属钨产生光电效应,C错误;n=20的氢原子能量为En=- eV=- eV=-0.034 eV,由题图可知可见光的光子能量大于0.034 eV,故可见光可以使n=20的氢原子失去一个电子变成氢离子,D正确.
13.(1)明线 6 (2)6 1 12.75 6.75 (3)5.34
[解析] (1)氢原子的发射光谱属于明线光谱;一群处于第4能级的氢原子,原子最终都回到基态,总共能发出=6种不同频率的光.
(2)由图乙可知a光的遏止电压是6 V,所以a光照射该金属发出电子的最大初动能为Ek=eUc=6 eV;说明a光的能量一定大于6 eV,所以该光为氢原子从第4能级跃迁到n=1能级发出的光子;光子对应的能量为Ea=E4-E1=12.75 eV,该金属的逸出功W=Ea-Ek=6.75 eV.
(3)由题意可知,b光为3能级跃迁到基态时所发的光,b光的光子能量为Eb=12.09 eV,根据光电效应规律有Ek=Eb-W=eUb,则b光照射金属时的遏止电压为Ub=5.34 V.4 氢原子光谱和玻尔的原子模型建议用时:40分钟
◆ 知识点一 氢原子光谱的实验规律
1.根据光谱的特征谱线,可以确定物质的化学组成和鉴别物质,以下说法正确的是 ( )
A.线状谱中的亮线是特征谱线,吸收光谱中的暗线不是特征谱线
B.线状谱中的亮线不是特征谱线,吸收光谱中的暗线是特征谱线
C.线状谱中的亮线与吸收光谱中的暗线都不是特征谱线
D.同一元素的线状谱的亮线与吸收光谱中的暗线都是一一对应的
2.(多选)[2024·河北唐山一中月考] 关于光谱和光谱分析,下列说法正确的是 ( )
A.白炽灯光谱是线状谱
B.霓虹灯和煤气灯火焰中的钠蒸气产生的光谱是线状谱
C.进行光谱分析时,可以利用线状谱,不能用连续谱
D.观察月亮光谱,可以确定月亮的化学组成
3.(多选)[2024·广西南宁二中月考] 如图所示,图甲是a、b、c、d四种元素的线状谱,图乙是某矿物的线状谱,通过光谱分析可以了解该矿物中缺乏的元素有( )
A.a元素
B.b元素
C.c元素
D.d元素
4.[2024·甘肃兰州一中月考] 1906年,赖曼发现了氢原子的赖曼系谱线,其波长满足公式:=R1-,n=2,3,4,…,R为里德伯常量.氢原子从n=3和n=2的激发态跃迁到基态时,辐射光子的能量之比为 ( )
A.9∶4 B.32∶27
C.4∶3 D.4∶1
◆ 知识点二 玻尔原子理论的基本假设
5.[2024·吉林一中月考] 下列关于玻尔原子理论及氢原子能级的说法中正确的是 ( )
A.原子中的电子在某一定态时,电子做变速运动,向外辐射能量
B.原子中的电子运行轨道分布是连续的
C.氢原子的核外电子吸收光子由一个能级跃迁到另一个能级时,氢原子的能量增大
D.一群氢原子从n=3能级向低能级跃迁,最多能发出2种不同颜色的光
6.(多选)按照玻尔理论,一个氢原子中的电子从一个半径为ra的圆轨道自发地直接跃迁到一个半径为rb的圆轨道上,且有ra>rb.在此过程中( )
A.原子要发出一系列频率的光子
B.原子要吸收一系列频率的光子
C.原子的能量变小
D.原子的电势能变小
◆ 知识点三 氢原子能级跃迁
7.[2024·北京四中月考] 氢原子的部分能级图如图所示,已知可见光光子能量在1.62 eV到3.1 eV之间,由此可推知,氢原子 ( )
A.从高能级向n=1能级跃迁时发出的光都是可见光
B.从高能级向n=2能级跃迁时发出的光都是可见光
C.从高能级向n=3能级跃迁时发出的光都是可见光
D.从n=3能级向n=2能级跃迁时发出的光为可见光
8.[2024·江苏南京期末] 我国“北斗三号”全球组网卫星采用星载氢原子钟.如图为氢原子能级示意图的一部分,则下列说法中正确的是 ( )
A.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
B.从n=4能级跃迁到n=1能级比从n=3能级跃迁到n=1能级所辐射出电磁波的能量小
C.原子可吸收大于相邻两个能级差值的一切光子
D.氢原子核外的电子轨道半径可以是任意值
◆ 知识点四 玻尔理论的局限性
9.关于玻尔理论的局限性,下列说法中正确的是( )
A.玻尔的原子模型与原子的核式结构模型本质上是完全一致的
B.玻尔理论的局限性是保留了过多的经典物理理论
C.玻尔理论的局限性在于提出了定态和能级之间跃迁的概念
D.玻尔第一次将量子观念引入原子领域,是使玻尔理论陷入局限性的根本原因
10.[2024·福建福州期末] 氢原子的能级示意图如图所示,已知E1、E2、E3分别代表氢原子处于n=1、2、3能级时的能量,h为普朗克常量,下列说法不正确的是 ( )
A.大量处于n=3能级的氢原子向低能级跃迁时,产生的光子的最长波长为
B.当氢原子从n=4能级跃迁到n=1能级时,对应的电子的轨道半径变小,电子的动能变大,原子能量变小
C.用动能为13 eV的电子撞击氢原子,可使处于基态的氢原子跃迁至n=4的激发态
D.大量处于n=4能级的氢原子向基态跃迁时,能辐射出6种不同频率的光子
11.[2024·浙江杭州二中月考] 在自然界中,一切温度高于绝对零度的物体都在不停地向周围空间辐射红外线.通过对物体辐射红外线强度分布规律的测量,能准确地测定它的表面温度,这是红外测温仪测温原理.如图所示为氢原子能级示意图,已知红外线光子的能量范围为0.008~1.51 eV.则 ( )
A.大量处于第 3 能级的氢原子能辐射 3 种红外线光子
B.大量处于第 5 能级的氢原子能辐射 3 种红外线光子
C.要使氢原子辐射出的光子可被红外测温仪捕捉,至少给基态氢原子提供 12.09 eV能量
D.若大量氢原子辐射红外线光子,则必定不会辐射可见光光子
12.[2024·安徽合肥一中月考] 目前科学家已经能够制备出量子数n较大的氢原子,已知氢原子第n能级的能量为En=- eV,金属钨的逸出功为4.54 eV,如图所示是按能量排列的电磁波谱,则( )
A.紫外线波段的光子均不能使基态氢原子电离
B.氢原子跃迁时可能会辐射X射线波段的光子
C.足够长时间红外线照射能使金属钨产生光电效应
D.可见光能使n=20的氢原子失去一个电子变成氢离子
13.[2024·上海中学月考] 如图所示,一群处于第4能级的氢原子发光,将这些光分别照射到图甲电路阴极K的金属上,只能测得3条电流随电压变化的图像(如图乙).已知氢原子的能级图如图丙所示.则
(1)氢原子的发射光谱属于 (选填“明线”、“吸收”或“连续”)光谱.一群处于第4能级的氢原子,原子最终都回到基态,总共能发出 种不同频率的光;
(2)a光照射该金属发出电子的最大初动能为 eV,该光为氢原子从第4能级跃迁到n= 能级发出的光子,光子对应的能量为 eV,该金属的逸出功W= eV;
(3)b光照射金属时的遏止电压Ub= V. (共87张PPT)
4 氢原子光谱和玻尔的原子模型
学习任务一 光谱
学习任务二 氢原子光谱的实验规律和经典理论的困难
学习任务三 玻尔原子理论的基本假设
学习任务四 玻尔理论对氢光谱的解释及其局限性
随堂巩固
◆
练习册
备用习题
学习任务一 光谱
［教材链接］ 阅读教材“光谱”相关内容,完成下列填空：
(1) 光谱：用____________可以把物质发出的光按___________展开，获得_________________分布的记录，即光谱.
(2) 线状谱：有些光谱是一条条的______，我们把它们叫作谱线，这样的光谱叫作线状谱.
棱镜或光栅
波长(频率)
波长(频率)和强度
亮线
(3)连续谱：有的光谱看起来不是一条条分立的谱线，而是连在一起的光带，我们把它叫作连续谱.
(4) 特征谱线：气体中中性原子的发光光谱都是________，且不同原子的亮线位置______，故这些亮线称为原子的______谱线.
线状谱
不同
特征
(5) 光谱应用：每种原子都有自己的__________，我们可以利用它来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时就可以被检测到.
特征谱线
组成成分
光谱分析
例1 (多选)下列有关光谱问题的论述中,正确的是( )
A.熔化的钢水发出的光通过分光镜所得到的是连续光谱
B.气体发出的光只能产生明线光谱
C.光谱分析的优点是非常灵敏与迅速
D.进行光谱分析,可以用连续光谱,也可以用吸收光谱
√
√
[解析] 炽热的固体、液体和高压气体发出的光通过分光镜形成的是连续光谱,A正确;
气体发光,若为高压气体则产生连续光谱,若为稀薄气体则产生明线光谱,B错误;
光谱分析是用元素的特征谱线与光谱对比来分析物体的化学成分,故光谱分析非常灵敏与迅速,C正确;
进行光谱分析,必须利用线状谱或吸收光谱,连续谱不行,D错误.
【要点总结】
1.光谱的分类
2.几种光谱的比较
光谱 产生条件 光谱形式及应用
线状谱 稀薄气体发光形成的 由一些不连续的亮线组成，不同原子的亮线(又叫特征谱线)位置不同，可用于光谱分析
连续谱 炽热的固体、液体或高压气体发光形成的 连续分布，一切波长的光都有
吸收光谱 炽热的白光通过温度较低的气体后形成的 用分光镜观察时，见到连续光谱背景上出现一些暗线(与特征谱线相对应)，可用于光谱分析
3.太阳光谱
(1)特点：在连续谱的背景上出现一些不连续的暗线，是一种吸收光谱.
(2)产生原因：阳光中含有各种颜色的光，但当阳光透过太阳的高层大气射向地球时，太阳高层大气中含有的元素会吸收它自己特征谱线的光，然后再向四面八方发射出去，到达地球的这些谱线看起来就暗了，这就形成了明亮背景下的暗线.
学习任务二 氢原子光谱的实验规律和经典理论的困难
［教材链接］ 阅读教材“氢原子光谱的实验规律”和“经典理论的困难”相关内容,完成以下填空:
(1) 氢原子光谱的实验规律：氢原子只能发出一系列__________的光.
①氢原子在______光区的四条谱线称为巴耳末系，满足巴耳末公式：，,4,5, ，式中 叫作里伯德常量，实验测得的值为.
②氢光谱在红外和紫外光区的其他谱线也都满足与巴耳末公式类似的关系式.
特定波长
可见
(2) 经典理论的困难:卢瑟福的核式结构模型正确地指出了原子核的存在,很好地解释了 粒子散射实验.但是,经典物理学既无法解释原子的稳定性,又无法解释原子光谱的分立特征.
① 按照经典电磁理论,核外电子将把自己绕核转动的能量以________的形式辐射出去,因此电子绕核转动这个系统应是________的,但事实上,原子是个很稳定的系统.
电磁波
不稳定
② 根据经典电磁理论,大量原子发光的光谱应该包含__________的连续光谱,而事实上原子光谱是由一些不连续的亮线组成的______的线状谱.
一切频率
分立
例2 (多选)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.公式中可取任意值，故氢原子光谱是连续谱
C.公式中只能取大于或等于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，也适用于其他原子光谱的分析
[解析] 此公式是巴耳末在研究氢原子光谱在可见光区的四条谱线时得到的，只适用于氢原子光谱的分析，A正确，D错误；
公式中只能取大于或等于3的整数， 不能连续取值，故氢原子光谱是线状谱，B错误，C正确.
√
√
【要点总结】
1.巴耳末公式是对当时已知的氢原子在可见光区的四条谱线分析时总结出来的，反映氢原子的线状光谱的特征，不能描述其他原子的.
2.其他谱线：除了巴耳末系，氢光谱在红外和紫外光区的其他谱线也都满足与巴耳末公式类似的关系式.
学习任务三 玻尔原子理论的基本假设
［教材链接］ 阅读教材“玻尔原子理论的基本假设”相关内容,完成以下填空：
(1) 轨道量子化
① 原子中的电子在________力的作用下，绕________做圆周运动.
② 电子绕核运动的轨道是________的.
③ 电子在这些轨道上绕核的转动是______的，且不产生__________.
库仑引
原子核
量子化
稳定
电磁辐射
(2) 能量量子化
① 能量量子化：当电子在不同轨道上运动时，原子处于不同的状态，原子在不同的状态中具有不同的能量，即原子的能量是________的，这些量子化的能量值叫作______.
量子化
能级
② 定态：原子具有确定能量的______状态，称为定态.
③ 基态：能量______的状态叫作基态.
稳定
最低
④激发态：基态之外较高的能量状态叫作激发态.
(3) 频率条件
当电子从能量较高的定态轨道(其能量记为)______到能量较低的定态轨道(其能量记为，)时，会______能量为的光子，该光子的能量_________，这个式子被称为______条件，又称______条件.
跃迁
放出
频率
辐射
例3 (多选)按照玻尔原子理论，下列表述正确的是( )
A.核外电子运动轨道半径可取任意值
B.氢原子中的电子离原子核越远，氢原子的能量越大
C.电子跃迁时，辐射或吸收光子的能量由能级的能量差决定，即
D.氢原子从激发态向基态跃迁的过程，可能辐射能量，也可能吸收能量
√
√
[解析] 根据玻尔理论，可知核外电子运动的轨道半径是确定的值，而不是任意值，A错误；
氢原子中的电子离原子核越远，能级越高，能量越大，B正确；
由跃迁规律可知，C正确；
氢原子从激发态向基态跃迁的过程中，应辐射能量，D错误.
变式 (多选)玻尔在他提出的原子模型中所作的假设有( )
A.原子处在具有一定能量的定态中，虽然电子做变速运动，但不向外辐射能量
B.原子的不同能量状态与电子沿不同的圆轨道绕核运动相对应，而电子的可能轨道的分布是不连续的
C.电子从一个轨道跃迁到另一个轨道时，辐射(或吸收)一定频率的光子
D.电子跃迁时辐射的光子的频率等于电子绕核做圆周运动的频率
√
√
√
[解析] A、B、C三项都是玻尔提出来的假设,其核心是原子定态概念的引入与能级跃迁学说的提出，也就是“量子化”的概念,原子的不同能量状态与电子绕核运动时不同的圆轨道相对应，是经典理论与量子化概念的结合.电子跃迁时辐射的光子的频率与能级间的能量差有关，与电子绕核做圆周运动的频率无关.
【要点总结】
1.原子从一种定态跃迁到另一种定态时，辐射或吸收光子的频率满足的关系为：
高能级低能级
2.原子的能量及其变化规律
(1)电子绕原子核运动：,故.
(2)电子的轨道半径增大，则电子绕核运动的动能减小，库仑力做负功，电势能增大.
(3)电子的轨道半径增大时，说明原子吸收了光子，电子从能量较低的轨道跃迁到能量较高的轨道，原子的能量增大.
3.电离：若入射光子的能量大于原子的电离能，如处于基态的氢原子电离能为，则电子也会被激发跃迁，这时核外电子脱离原子核的束缚成为自由电子，光子能量大于电离能的部分成为自由电子的动能.
学习任务四 玻尔理论对氢光谱的解释及其局限性
［教材链接］ 阅读教材“玻尔理论的局限性”相关内容，完成下列填空：
(1) 玻尔理论的成功之处：玻尔理论第一次将__________引入原子领域,提出了______和______的概念,成功解释了________光谱的实验规律.但对于稍微复杂一点的原子如氦原子，玻尔理论就无法解释它的光谱.
量子观念
定态
跃迁
氢原子
(2)玻尔理论的局限性：过多地保留了经典理论,即保留了经典粒子的观念,仍然把电子的运动看作经典力学描述下的轨道运动.
(3) 电子云：原子中电子的______没有确定的值,我们只能描述电子在某个位置出现的______是多少,把电子这种概率分布用疏密不同的点表示时,这种图像就像云雾一样,故称________.
坐标
概率
电子云
例4 [2024·江苏徐州一中月考] 图示为氢原子能级图以及氢原子从、4、5、6能级跃迁到能级时辐射的四条光谱线，已知氢原子从能级跃迁到能级时辐射光子的波长为，下列说法正确的是 ( )
A.四条谱线中波长最长的是
B.用的光照射能使氢原子从能级跃迁到能级
C.一群处于能级的氢原子向低能级跃迁时，最多产生3种谱线
D.如果用能量为的电子轰击，一定不能使基态的氢原子激发
√
[解析] 根据能级跃迁规律可知、，可知四条谱线中波长最长的是，故A错误；
氢原子从能级跃迁到能级时辐射光子的波长为，所以氢原子从能级跃迁到能级也需要的光照射，故B错误；
一群处于能级的氢原子向低能级跃迁时，最多产生种谱线，故C正确；
当实物粒子轰击氢原子时，只要实物粒子的能量大于或等于能级跃迁所需要的能量就可以发生跃迁，电子的能量大于从基态跃迁到第一激发态需要的能量，故用能量为的电子轰击，能使基态的氢原子激发，故D错误.
【要点总结】
使原子能级跃迁的两种粒子——光子与实物粒子
(1)原子若是吸收光子的能量而被激发，光子的能量必须等于两能级的能量差.
(2)原子还可吸收外来实物粒子(例如自由电子)的能量而激发，由于实物粒子的动能可部分地被原子吸收，所以只要入射粒子的能量大于两能级的能量差，就可使原子发生能级跃迁.
1.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,下列说法正确的是 ( )
A.利用高温物体的连续谱就可鉴别其组成成分
B.利用物质的线状谱就可鉴别其组成成分
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.同一种物质的线状谱上的亮线与吸收光谱上的暗线,由于光谱的不同,它们没有关系
√
[解析]高温物体的连续谱不能鉴别组成成分,A错误;
某种物质发射的线状谱中的亮线与某种原子发出的某频率的光有关,通过这些亮线与原子的特征谱线对照,即可确定物质的组成成分,B正确;
高温物体发出的光通过某物质后某些频率的光被吸收而形成暗线,这些暗线由所经过的物质决定,C错误;
某种物质发出某种频率的光,当光通过这种物质时它也会吸收这种频率的光,因此同一物质线状谱上的亮线与吸收光谱上的暗线相对应,D错误.
2.通过光栅分析太阳光谱,我们发现其中有很多暗线,对于这些暗线,我们可以得到的结论是 ( )
A.太阳中与暗线相对应的元素少
B.太阳大气中含有暗线对应的元素
C.地球大气中的某些元素吸收了暗线中对应的光谱
D.观测仪器精度不足造成的
[解析]太阳光谱是太阳内部发出的光在经过太阳大气的时候,被太阳大气层中的某些元素吸收而产生的,是一种吸收光谱,所以太阳光的光谱中有许多暗线,它们对应着太阳大气层中的某些元素的特征谱线,故B正确,A、C、D错误.
√
3.氢原子光谱除了巴耳末系外,还有赖曼系、帕邢系等,其中帕邢系的公式为=R∞(n=4,5,6,…),R∞=1.10×107 m-1.电磁波谱如图所示,其中可见光的波长范围是400 nm~760 nm,帕邢系中,氢原子可以发出( )
A.可见光
B.红外线
C.紫外线
D.X射线
√
[解析]由题给公式可知,在帕邢系中,当n=4时,氢原子发出电磁波的波长最长,为λmax==1870 nm;当n趋于无穷大时,氢原子发出电磁波的波长最短,为λmin==818 nm,根据电磁波谱可知选项中四种电磁波按波长由小到大排列为:X射线、紫外线、可见光、红外线,由于λmin略大于可见光的最大波长,所以帕邢系中,氢原子可以发出红外线,不可能发出可见光、紫外线和X射线.故选B.
4.氢原子的能级公式为En=E1(n=1,2,3,…),其中n为能量量子数、E1为基态能量,处于n=3能级的氢原子吸收频率为ν的光子后恰好能发生电离.大量处于n=3能级的氢原子向低能级跃迁时,所发出的光照射到某金属表面,其中波长最长的光恰好使该金属发生光电效应.已知普朗克常量为h,则从该金属逸出光电子的最大初动能等于 ( )
A.hν B.9hν C.hν D.8hν
√
[解析]处于n=3能级的氢原子的能量E3=E1,吸收频率为ν的光子后恰好能发生电离,则-E3=hν,大量氢原子从n=3能级向低能级跃迁时,所发出的光照射到某金属表面,其中波长最长的光恰好能使金属发生光电效应,该金属的逸出功为W=E3-E2,在3条光线中,能量最大的光的能量E=E3-E1,则发出的光电子的最大初动能Ekm=E-W=E2-E1,所以Ekm=-E1=hν,故选A.
5.图甲为氢原子能级图,图乙为氢原子光谱,Hα、Hβ、Hγ、Hδ是可见光区的四条谱线,其中Hβ谱线是氢原子从n=4能级跃迁到n=2能级辐射
产生的.下列说法正确的是( )
A.这四条谱线中,Hα谱线光子能量最大
B. Hα谱线是氢原子从n=5能级跃迁到n=2
能级辐射产生的
C.处于n=2能级的氢原子电离至少需要吸收
13.6 eV的能量
D.若Hα、Hβ、Hγ、Hδ中只有一种光能使某金属产生光电效应,那一定是Hδ
√
[解析]由图乙可知Hα谱线对应的波长最长,由E=h可知,波长越长,
能量越小,A错误;
Hα谱线光子的能量最小,氢原子从n=5能级跃迁到n=2能级辐射的
能量比从n=4能级跃迁到n=2能级辐射的能量大,不是最小的,B错误;
处于n=2能级的氢原子电离至少需要吸收3.4 eV的能量,C错误;
频率越大的光子越容易使金属产生光电效应,图中
Hδ谱线波长最小,频率最大,由E=h可知,Hδ光能量
最大,若Hα、Hβ、Hγ、Hδ中只有一种光能使某金属产生
光电效应,那一定是Hδ,D正确.
6.按照玻尔原子理论,原子只能处于一系列不连续的能量状态,在这些不同的能量状态中,核外电子绕原子核做半径不同的圆周运动.根据此理论可知,处于n=3能级的某氢原子辐射一定频率的光子后跃迁到n=2能级,则 ( )
A.核外电子的动能减小
B.氢原子系统的总能量减少
C.氢原子系统的电势能增大
D.氢原子系统减少的电势能等于电子增加的动能
√
[解析]设电子绕氢原子核做半径为r、速率为v的匀速圆周运动,根据牛顿第二定律有=m,根据上式可得电子的动能为Ek=mv2=,处于n=3能级的某氢原子辐射一定频率的光子后跃迁到n=2能级,r减小,所以电子的动能变大,库仑力对电子做正功,氢原子系统的电势能减小,氢原子辐射一定频率的光子发生跃迁,氢原子系统的总能量减小,则氢原子系统减少的电势能大于电子增加的动能,故A、C、D错误,B正确.
7.氢原子处于基态时,原子能量E1=-13.6 eV,已知电子电荷量e=1.6×10-19 C,电子质量m=0.91×10-30 kg,氢原子的核外电子的第一条可能轨道的半径为r1=0.53×10-10 m.(普朗克常量h=6.63×10-34 J·s)
(1)氢原子的核外电子绕核运动,处于n=2的定态与n=4的定态的氢原子的核外电子运动周期之比为多少 (用k、e、r1、m表示,rn=n2r1,不要求代入数据)
[答案] 1∶8
[解析]处于n=2的定态的氢原子核外电子绕核做匀速圆周运动,
库仑力提供向心力,有k=mr2,
则T2=2π,同理T4=2π
又r2=4r1,r4=16r1,故=1∶8.
7.氢原子处于基态时,原子能量E1=-13.6 eV,已知电子电荷量e=1.6×10-19 C,电子质量m=0.91×10-30 kg,氢原子的核外电子的第一条可能轨道的半径为r1=0.53×10-10 m.(普朗克常量h=6.63×10-34 J·s)
(2)要使处于n=2的激发态的氢原子电离,至少要用频率为多大的
电磁波照射氢原子 (En=)
[答案] 8.21×1014 Hz
[解析]要使处于n=2能级的氢原子电离,照射光光子的能量应能使电子从n=2能级跃迁到无限远处,最小频率的电磁波的光子能量应为hν=0-
解得ν=8.21×1014 Hz.
7.氢原子处于基态时,原子能量E1=-13.6 eV,已知电子电荷量e=1.6×10-19 C,电子质量m=0.91×10-30 kg,氢原子的核外电子的第一条可能轨道的半径为r1=0.53×10-10 m.(普朗克常量h=6.63×10-34 J·s)
(3)若已知钠的极限频率为6.00×1014 Hz,今用一群处于n=4的激发态的
氢原子发射的光谱照射钠,则有几条谱线可使钠发生光电效应
[答案]四条
[解析]由于钠的极限频率为6.00×1014 Hz,则使钠发生光电效应的光子的能量至少为E0=hνc= eV=2.486 eV
一群处于n=4的激发态的氢原子发射的光子要使钠发生光电效应,应使跃迁时两能级的能量差满足ΔE≥E0,所以在六条谱线中有E41、E31、E21、E42四条谱线可使钠发生光电效应.
1.(光谱)[2024·河南郑州一中月考] 如图所示是原子的发射光谱、原子的吸收光谱、太阳光谱图像，下列说法正确的是( )
A.所有原子的发射光谱都是线状谱
B.太阳光谱中的暗线表明，太阳中正好不存在这些元素
C.可见光的光谱有分立特征，不可见光的光谱没有分立特征
D.电子绕原子核运动的轨道是不连续的，所以我们看到了原子光谱的分立特征
√
[解析] 原子的发射光谱即有线状谱又有连续谱，A错误；
太阳光谱中的许多暗线与太阳中存在的元素的特征谱线相对应，太阳光谱中的暗线表明太阳中正好存在这些元素，B错误；
可见光的光谱与不可见光的光谱都有分立特征，C错误；
电子绕原子核运动的轨道是不连续的，我们看到的原子光谱都是线状谱，D正确.
2.(光谱)关于物质的吸收光谱和明线光谱之间的关系，下列说法正确的是( )
A.吸收光谱和明线光谱的产生方法不同，它们的谱线互不相关
B.吸收光谱和明线光谱的产生方法相同，它们的谱线重合
C.明线光谱与吸收光谱都是连续谱
D.明线光谱与吸收光谱都可以用于光谱分析，以鉴别物质和确定化学组成
√
[解析] 吸收光谱和明线光谱的产生方法不同，同种物质吸收光谱中的暗线与明线光谱中的明线相对应，故A、B错误；
明线光谱是线状谱，故C错误；
明线光谱和吸收光谱都可以进行光谱分析，用来鉴别物质和确定化学组成，故D正确.
3.(玻尔理论及其应用)[2024·湖南长沙一中月考] “羲和号”太阳探测卫星首次在轨获取太阳 谱线精细结构， 属于氢原子巴耳末系中的谱线，其光子能量为，巴耳末系能级图如图所示，则此谱线来源于太阳中氢原子的( )
A.和能级之间的跃迁
B.和能级之间的跃迁
C.和能级之间的跃迁
D.和能级之间的跃迁
√
[解析] 氢原子巴耳末系中的谱线，其光子能量为，即电子由较高能级跃迁到较低能级并以光子的形式释放能量，由公式有跃迁时释放的能量为，代入数据可知此谱线来源于太阳中氢原子的和能级之间的跃迁.故选C.
4.(玻尔理论及其应用)(多选)如图所示为氢原子的能级示意图，一群氢原子处于的激发态，在自发跃迁中放出一些光子，用这些光子照射逸出功为的钾，下列说法正确的是( )
A.这群氢原子能发出三种不同频率的光
B.这群氢原子发出的光子均能使金属钾发生光电效应
C.金属钾表面逸出的光电子最大初动能一定小于
D.金属钾表面逸出的光电子最大初动能可能等于
√
√
√
[解析] 根据知，这群氢原子能辐射出三种不同频
率的光子，故A正确；
从能级跃迁到能级辐的光子能量为
，从能级跃迁到
能级辐射的光子能量为，从能级跃迁到能级辐射的光子能量为，所以能使金属钾发生光电效应的光子有两种，故B错误；
从能级跃迁到能级辐射的光子能量最大，发生光电效应时，产生的光电子最大初动能最大，根据光电效应方程得，，故C、D正确.
练 习 册
知识点一 氢原子光谱的实验规律
1.根据光谱的特征谱线，可以确定物质的化学组成和鉴别物质，以下说法正确的是( )
A.线状谱中的亮线是特征谱线，吸收光谱中的暗线不是特征谱线
B.线状谱中的亮线不是特征谱线，吸收光谱中的暗线是特征谱线
C.线状谱中的亮线与吸收光谱中的暗线都不是特征谱线
D.同一元素的线状谱的亮线与吸收光谱中的暗线都是一一对应的
√
[解析] 根据光谱理论可知，亮线光谱与吸收光谱都能表示元素的特点，都是元素的特征谱线，而同一元素的线状谱的亮线与吸收光谱中的暗线都是一一对应的，选项D正确，A、B、C错误.
2.(多选)[2024·河北唐山一中月考] 关于光谱和光谱分析，下列说法正确的是( )
A.白炽灯光谱是线状谱
B.霓虹灯和煤气灯火焰中的钠蒸气产生的光谱是线状谱
C.进行光谱分析时，可以利用线状谱，不能用连续谱
D.观察月亮光谱，可以确定月亮的化学组成
√
√
[解析] 白炽灯光谱是连续谱，故A错误；
煤气灯火焰中的钠蒸气产生的光谱属于稀薄气体发光，是线状谱，霓虹灯产生的光谱也是线状谱，B正确；
线状谱可用于对物质成分进行分析，故C正确；
月亮是反射的太阳光，故观察月亮光谱，不可以确定月亮的化学组成，故D错误.
3.(多选)[2024·广西南宁二中月考] 如图所示，图甲是、、、四种元素的线状谱，图乙是某矿物的线状谱，通过光谱分析可以了解该矿物中缺乏的元素有( )
A.元素 B.元素 C.元素 D.元素
[解析] 将图甲中的、、、与图乙对比
可以看出，、元素的特征谱线在图乙中已出现，而、中的特征谱线在图乙中未出现，故该矿物中缺乏、两种元素.
√
√
4.[2024·甘肃兰州一中月考] 1906年，赖曼发现了氢原子的赖曼系谱线，其波长满足公式：,,3,4, ,为里德伯常量.氢原子从和的激发态跃迁到基态时，辐射光子的能量之比为( )
A. B. C. D.
[解析] 氢原子从的激发态跃迁到基态时有，氢原子从的激发态跃迁到基态时有，又，联立得，辐射光子的能量之比为，故B正确.
√
知识点二 玻尔原子理论的基本假设
5.[2024·吉林一中月考] 下列关于玻尔原子理论及氢原子能级的说法中正确的是( )
A.原子中的电子在某一定态时，电子做变速运动，向外辐射能量
B.原子中的电子运行轨道分布是连续的
C.氢原子的核外电子吸收光子由一个能级跃迁到另一个能级时，氢原子的能量增大
D.一群氢原子从能级向低能级跃迁，最多能发出2种不同颜色的光
√
[解析] 原子中的电子处于某一定态时，虽然电子做变速运动，但并不向外辐射能量，故A错误；
原子中的电子运行轨道分布是分立的，故B错误；
吸收光子时从低能级向高能级跃迁，氢原子的能量增大，故C正确；
一群氢原子从能级向低能级跃迁，最多能发出种不同颜色的光，故D错误.
6.(多选)按照玻尔理论，一个氢原子中的电子从一个半径为的圆轨道自发地直接跃迁到一个半径为的圆轨道上，且有.在此过程中( )
A.原子要发出一系列频率的光子 B.原子要吸收一系列频率的光子
C.原子的能量变小 D.原子的电势能变小
[解析] 直接跃迁，只能发出一个光子，A、B错误；
原子从高能级往低能级跃迁时，放出光子，能量变小，库仑力做正功，电子的动能增大，原子的电势能减小，C、D正确.
√
√
知识点三 氢原子能级跃迁
7.[2024·北京四中月考] 氢原子的部分能级图如图所示,已知可见光光子能量在到之间,由此可推知,氢原子( )
A.从高能级向能级跃迁时发出的光都是可见光
B.从高能级向能级跃迁时发出的光都是可见光
C.从高能级向能级跃迁时发出的光都是可见光
D.从能级向能级跃迁时发出的光为可见光
√
[解析] 根据能级结构可知,从高能级向能级跃迁时发出的光都不是可见光,A错误;
已知可见光光子能量在到之间,从高能级向能级跃迁时发出的光子的能量小于或等于,所以辐射出的光不一定是可见光,B错误;
因为从高能级向能级跃迁时释放的能量均低于,所以都不是可见光,C错误;
从能级向能级跃迁时释放的能量为,是可见光,D正确.
8.[2024·江苏南京期末] 我国“北斗三号”全球组网卫星采用星载氢原子钟.如图为氢原子能级示意图的一部分，则下列说法中正确的是( )
A.一个处于能级上的氢原子向低能级跃迁时最多产生2种谱线
B.从能级跃迁到能级比从能级跃迁到能级所辐射出电磁波的能量小
C.原子可吸收大于相邻两个能级差值的一切光子
D.氢原子核外的电子轨道半径可以是任意值
√
[解析] 一个处于能级上的氢原子向低能级跃迁时最多
产生2种谱线，即3到2、2到1这两种，故A正确；
从能级跃迁到能级所辐射出电磁波的能量为
，从
能级跃迁到能级所辐射出电磁波的能量为，即，所以，从能级跃迁到能级比从能级跃迁到能级所辐射出电磁波的能量大，故B错误；
原子可吸收一定等于相邻两个能级差值的光子，故C错误；
按照波尔理论，核外电子只能在某些特定的圆形轨道上绕核运动，轨道半径不能取任意值，故D错误.
知识点四 玻尔理论的局限性
9.关于玻尔理论的局限性，下列说法中正确的是( )
A.玻尔的原子模型与原子的核式结构模型本质上是完全一致的
B.玻尔理论的局限性是保留了过多的经典物理理论
C.玻尔理论的局限性在于提出了定态和能级之间跃迁的概念
D.玻尔第一次将量子观念引入原子领域，是使玻尔理论陷入局限性的根本原因
√
[解析] 玻尔的原子模型与原子的核式结构模型本质上是不同的，故A错误；
玻尔第一次将量子观念引入原子领域，提出了定态和能级之间跃迁的概念，所以成功地解释了氢原子光谱的实验规律，但是由于过多保留了经典粒子的观念，仍然摆脱不了核式结构模型的局限性，故B正确，C、D错误.
10.[2024·福建福州期末] 氢原子的能级示意图如图所示，已知、、分别代表氢原子处于、2、3能级时的能量，为普朗克常量，下列说法不正确的是( )
A.大量处于能级的氢原子向低能级跃迁时，产生的光子的最长波长为
B.当氢原子从能级跃迁到能级时，对应的电子的轨道半径变小，电子的动能变大，原子能量变小
C.用动能为的电子撞击氢原子，可使处于基态的氢原子跃迁至的激发态
D.大量处于能级的氢原子向基态跃迁时，能辐射出6种不同频率的光子
√
[解析] 大量处于能级的氢原子向低能级跃迁时，从能级跃迁到能级时，能级差最小，产生的光子的能量最小，光子的波长最长，根据光电效应方程得，又因为，解得,故A错误；
根据牛顿第二定律得,解得，当氢原子从能级跃迁到能级时，对应的电子的轨道半径变小，电子的动能变大，又因为氢原子从能级跃迁到能级时，原子向外辐射能量，所以氢原子能量变小，故B正确；
若氢原子从能级跃迁到能级时需要吸收的能量为，所以用动能为的电子撞击氢原子，可使处于基态的氢原子跃迁至的激发态，故C正确；
大量处于能级的氢原子向基态跃迁时，能辐射出6种不同频率的光子，故D正确.
11.[2024·浙江杭州二中月考] 在自然界中，一切温度高于绝对零度的物体都在不停地向周围空间辐射红外线.通过对物体辐射红外线强度分布规律的测量，能准确地测定它的表面温度，这是红外测温仪测温原理.如图所示为氢原子能级示意图，已知红外线光子的能量范围为.则 ( )
A.大量处于第 3 能级的氢原子能辐射 3 种红外线光子
B.大量处于第 5 能级的氢原子能辐射 3 种红外线光子
C.要使氢原子辐射出的光子可被红外测温仪捕捉，至少给基态氢原子提供能量
D.若大量氢原子辐射红外线光子，则必定不会辐射可见光光子
√
[解析] 红外线光子能量不能超过，从第3能级向
低能级跃迁辐射的光子能量最小值为，超过
，故A错误；
第5能级跃迁到第4能级、第4能级跃迁到第3能级、第5
能级跃迁到第3能级辐射的光子能量值均小于，故B正确；
从基态跃迁到第4能级，再跃迁到第3能级能够辐射红外线光子，从第1能级跃迁到第4能级需要吸收的能量，故C错误；
辐射能量有可能有的达到红外线的能量范围，有的达到可见光的能量范围，故D错误.
12.[2024·安徽合肥一中月考] 目前科学家已经能够制备出量子数较大的氢原子，已知氢原子第能级的能量为，金属钨的逸出功为，如图所示是按能量排列的电磁波谱，则( )
A.紫外线波段的光子均不能使基态氢原子电离
B.氢原子跃迁时可能会辐射射线波段的光子
C.足够长时间红外线照射能使金属钨产生光电效应
D.可见光能使的氢原子失去一个电子变成氢离子
√
[解析] 基态氢原子具有的能量为，若基态氢原子电离，则需要吸收的光子能量，由题图可知紫外线波段中存在光子能量的光子，这些光子可以使基态氢原子电离，A错误；
氢原子跃迁时辐射的光子能量不超过，由题图可知，射线的光子能量均大于，故氢原子跃迁时不会辐射射线波段的光子，B错误；
金属钨的逸出功为，由题图可知，红外线的光子能量小于，故不能让金属钨产生光电效应，C错误；
的氢原子能量为，由题图可知可见光的光子能量大于，故可见光可以使的氢原子失去一个电子变成氢离子，D正确.
13.[2024·上海中学月考] 如图所示，一群处于第4能级的氢原子发光，将这些光分别照射到图甲电路阴极的金属上，只能测得3条电流随电压变化的图像(如图乙).已知氢原子的能级图如图丙所示.则
(1) 氢原子的发射光谱属于______(选填“明线”、“吸收”或“连续”)光谱.一群处于第4能级的氢原子，原子最终都回到基态，总共能发出___种不同频率的光；
明线
6
[解析] 氢原子的发射光谱属于明线光谱；一群处于第4能级的氢原子，原子最终都回到基态，总共能发出种不同频率的光.
(2) 光照射该金属发出电子的最大初动能为___，该光为氢原子从第4能级跃迁到___能级发出的光子，光子对应的能量为______，该金属的逸出功_____；
6
1
12.75
6.75
[解析] 由图乙可知光的遏止电压是，所以光照射该金属发出电子的最大初动能为；说明光的能量一定大于，所以该光为氢原子从第4能级跃迁到能级发出的光子；光子对应的能量为，该金属的逸出功
.
(3) 光照射金属时的遏止电压_____.
5.34
[解析] 由题意可知，光为3能级跃迁到基态时所发的光，光的光子能量为，根据光电效应规律有，则光照射金属时的遏止电压为.
