原子能级问题及跃迁方式-2017-2018学年高二物理人教版选修3-5
文档属性
| 名称 | 原子能级问题及跃迁方式-2017-2018学年高二物理人教版选修3-5 |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 799.2KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（新课程标准） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2018-04-13 13:25:48 | ||
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文档简介
第3周 原子能级问题及跃迁方式
（测试时间：30分钟，总分：60分）
班级：____________ 姓名：____________ 座号：____________ 得分：____________
一、选择题（共8小题，每小题4分，共32分。在每小题给出的四个选项中，第1~6题只有一项符合题目要求，第7和8题有多项符合题目要求。全部选对的得4分，选对但不全的得2分，有选错的得0分）
1．一群氢原子中的电子从较高能级自发地跃迁到较低能级的过程中
A．原子要吸收一系列频率的光子
B．原子要吸收某一种频率的光子
C．原子要发出一系列频率的光子
D．原子要发出某一种频率的光子
【答案】C
【解析】根据玻尔理论，一群氢原子中的电子从较高能级自发地跃迁到较低能级的过程中,原子也由高能态向低能态跃迁，辐射出一系列频率不同的光子，选项C正确。
2．氢原子光谱在可见光部分只有四条谱线，它们分别是从n为3、4、5、6的能级直接向n=2能级跃迁时产生的。四条谱线中，一条红色、一条蓝色、两条紫色，则下列说法正确的是
A．红色光谱是氢原子从n=3能级向n=2能级跃迁时产生的
B．蓝色光谱是氢原子从n=6能级或n=5能级直接向n=2能级跃迁时产生的
C．若氢原子从n=6能级直接向n=1能级跃迁，则能够产生红外线
D．若氢原子从n=6能级直接向n=3能级跃迁时所产生的辐射不能使某金属发生光电效应，则氢原子从n=6能级直接向n=2能级跃迁时所产生的辐射将可能使该金属发生光电效应
【答案】AD
n=2能级辐射的光子频率大于n=6跃迁到n=3辐射的光子频率，所以氢原子从n=6能级直接向n=3能级跃迁时所产生的辐射不能使某金属发生光电效应，则氢原子从n=6能级直接向n=2能级跃迁时所产生的辐射将可能使该金属发生光电效应，故D正确。
3．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。极光的光谐线波长范围约为3100 ~6700（1-10-10 m）。据此推断以下说法不正确的是
A．极光光谐线频率的数量级约为1014 Hz
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
【答案】D
电粒子受到洛伦兹力有关。故B项正确。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。故C项正确。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，故D项错误。本题选不正确的，答案为D。
【名师点睛】线状光谱：由狭窄谱线组成的光谱。单原子气体或金属蒸气所发的光波均有线状光谱，故线状光谱又称原子光谱。连续光谱：包含一切波长的光谱，炽热固体所辐射的光谱均为连续光谱。吸收光谱：具有连续谱的光波通过物质样品时，处于基态的样品原子或分子将吸收特定波长的光而跃迁到激发态，于是在连续谱的背景上出现相应的暗线或暗带，称为吸收光谱。能用来做光谱分析的是线状光谱和吸收光谱。
4．如图所示，一群处于基态的氢原子吸收某种光子后，向外辐射ν1、ν2、ν3三种频率的光子，且ν1>ν2>ν3，则
A．被氢原子吸收的光子的能量为hν1
B．被氢原子吸收的光子的能量为hν2
C．ν1=ν2+ν3
D．hν1=hν2+hν3
【答案】ACD
尔理论可知，被氢原子吸收的光子的能量为，A正确，B错误；根据玻尔理论得知，氢原子从n=3直接跃迁到基态时辐射的能量为，从n=3的激发态跃迁到n=2的激发态辐射的能量为，从n=2的激发态跃迁到基态辐射的能量为，根据能级关系可知：，则得：，则得：，故CD正确。
5．在人类认识原子与原子核结构的过程中，符合物理学史的是
A．查德威克通过研究阴极射线发现了电子
B．汤姆孙首先提出了原子的核式结构学说
C．居里夫人首先发现了天然放射现象
D．卢瑟福通过原子核的人工转变发现了质子
【答案】D
【解析】汤姆生通过研究阴极射线发现了电子，查德威克发现了中子，故选项A错误；卢瑟福首先提出了原子的核式结构学说，贝克勒尔首先发现了天然放射现象，故C错误；卢瑟福用α粒子轰击氮核实现了原子核的人工转变，并发现了质子，故选项D正确。
6．金属钾的逸出功为2.21 eV，如图所示是氢原子的能级图，一群处于n=4能级的氢原子向低能级跃迁时，辐射的光中能使金属钾发生光电效应的光谱线条数是
A．2条 B．4条
C．5条 D．6条
【答案】B
7．氢原子分能级示意图如题所示，不同色光的光子能量如下表所示。
色光
赤
橙
黄
绿
蓝—靛
紫
光子能量范围（eV）
1.61~2.00
2.00~2.07
2.07~2.14
2.14~2.53
2.53~2.76
2.76~3.10
处于某激发态的氢原子，发射的光的谱线在可见光范围内仅有2条，其颜色分别为
A．红、蓝靛
B．黄、绿
C．红、紫
D．蓝靛、紫
【答案】A
【解析】原子发光时光子的能量等于原子能级差，先分别计算各相邻的能级差，再由小到大排序。结合可见光的光子能量表可知，有两个能量分别为1.89 eV和2.55 eV的光子属于可见光。并且属于红光和蓝靛的范围，故A正确。
8．如图所示为氢原子的能级图，则下列说法正确的是
A．若己知可见光的光子能量范围为1.61 eV~3.10 eV，则处于第4能级状态的氢原子，发射光的谱线在可见光范围内的有2条
B．当氢原子的电子由外层轨道跃迁到内层轨道时，氢原子的电势能增加，电子的动能增加
C．处于第3能级状态的氢原子，发射出的三种波长分别为λ1、λ2、λ3（λ1>λ2>λ3）的三条谱线，则λ1=λ2+λ3
D．若处于第2能级状态的氢原子发射出的光能使某金属板发生光电效应，则从第5能级跃迁到第2能级时发射出的光也一定能使此金属板发生光电效应
【答案】A
能级时发出的光子能量为–3.40+13.60=10.2 eV，不在可见光范围之内，故则处于第4能级状态的氢原子，发射光的谱线在可见光范围内的有2条，A正确；氢原子的电子由外层轨道跃迁到内层轨道时，轨道半径减小，原子能量减小，向外辐射光子，根据，知轨道半径越小，动能越大，知电子的动能增大，电势能减小，B错误；根据，即为，C错误；因为从第5能级跃迁到第2能级时发射出的光的频率小于处于第2能级状态的氢原子发射出的光的频率，故不一定发生光电效应，D错误。
【名师点睛】所有的难题实际都是又一个一个的简单的题目复合而成的，所以在学习中不能好高骛远，贪大贪难，解决了基础题，拔高题也就迎刃而解了。
二、填空题（共2小题，共10分）
9．（4分）某原子K层失去一个电子后，其K层出现一个电子空位，当外边L层上有电子跃迁到K层填补空拉时会释放一定的能量；一种情况是辐射频率为ν0的X射线；另一种情况是跃迁释放的能量被其他层的电子吸收，使电子发生电离成为自由电子。若跃迁释放的能量被M层的一个电子吸收，电离后的自由电子的动能是E0，已知普朗克常量为h，则电子处于L层时与处于K层时原子的能级差为 ，电子处于M层时原子的能级（即能量值）为 。
【答案】（2分） （2分）
10．（6分）根据波尔理论，氢原子的电子由外层轨道跃迁到内层轨道后，原子的能量_______，电子的动能__________，（填“增加”、“不变”、“减小”）若某原子的电子从能量为E的轨道跃迁到能量为的轨道，辐射出波长为的光，以h表示普朗克常量，c表示真空中的光速，则等于________。
【答案】减小（2分） 增加（2分） （2分）
【解析】电子由外层轨道跃迁到内层轨道时，放出光子，总能量减小；根据，可知半径越小，动能越大；根据两轨道的能级差等于光子能量，，所以。
【名师点睛】解决本题的关键知道高能级向低能级跃迁，辐射光子，从低能级向高能级跃迁，吸收光子。以及掌握能级差与光子频率的关系，电子绕核运动的规律和卫星绕地球运动规律类似，在学习时可以类比进行学习，加强理解。
三、计算题（共3小题，共18分）
11．（4分）电子撞击一群处于基态的氢原子，氢原子激发后能放出6种不同频率的光子，氢原子的能级如图所示，则
（1）氢原子处于量子数n为多少的激发态？
（2）电子的动能至少为多大？
（3）观测到氢原子发射的不同波长的光中，其中最长波长光的能量为多少eV？
【答案】（1）4 （2）12.75 eV （3）0.66 eV
12．（6分）根据玻尔原子结构理论，氦离子（He+）的能级图如图所示。当大量He+处在n=4的激发态向基态跃迁时，产生的光子照射到某种金属上，其中n=3向n=2跃迁产生的光子刚好能使该金属发生光电效。求：
（1）该金属的逸出功；
（2）光电子的最大初动能。
【答案】（1）7.56 eV （2）43.44 eV
【解析】（1）原子从能级n=3向n=2跃迁所放出的光子的能量为13.60 eV–6.04 eV=7.56 eV（1分）
当光子能量等于逸出功时，恰好发生光电效应（1分）
所以逸出功W0=7.56 eV（1分）
（2）从能级n=4向n=1跃迁所放出的光子能量为54.4 eV–3.4 eV=51 eV（1分）
根据光电效应方程得，最大初动能Ekm=hv–W0=51 eV–7.56 eV=43.44 eV（2分）
13．（8分）已知氢原子基态的电子轨道半径为r1=0.528×10–10 m，量子数为n的能级值为。
（1）求电子在基态轨道上运动的动能；
（2）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？
（3）计算这几种光谱线中波长最短的波长.（静电力常量k=9×109 N·m2/C2，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=3.00×108 m/s）
【答案】（1）13.6 eV （2）略 （3）1.03×10–7 m
又知Ek=
故电子在基态轨道的动能为：
Ek==13.6 eV（1分）
（2）当n=1时，能级值为E1==–13.6 eV
当n=2时，能级值为E2==–3.4 eV
当n=3时，能级值为E3==–1.51 eV
能发出的光谱线分别为3→2，2→1，3→1共3种（1分）
能级图见下图（1分）
（3）由E3向E1跃迁时发出的光子频率最大，波长最短hν=E3–E1，又知ν=则有
λ=m=1.03×10–7 m（2分）
【名师点睛】本题解题关键是运用匀速圆周运动的规律求解电子运动速度，这是宏观模型微观世界利用的典型，能级间的跃迁关系式要熟悉：hν=E3–E1，ν=。属于中档题，灵活运用所学知识即可解决此类问题。
（测试时间：30分钟，总分：60分）
班级：____________ 姓名：____________ 座号：____________ 得分：____________
一、选择题（共8小题，每小题4分，共32分。在每小题给出的四个选项中，第1~6题只有一项符合题目要求，第7和8题有多项符合题目要求。全部选对的得4分，选对但不全的得2分，有选错的得0分）
1．一群氢原子中的电子从较高能级自发地跃迁到较低能级的过程中
A．原子要吸收一系列频率的光子
B．原子要吸收某一种频率的光子
C．原子要发出一系列频率的光子
D．原子要发出某一种频率的光子
【答案】C
【解析】根据玻尔理论，一群氢原子中的电子从较高能级自发地跃迁到较低能级的过程中,原子也由高能态向低能态跃迁，辐射出一系列频率不同的光子，选项C正确。
2．氢原子光谱在可见光部分只有四条谱线，它们分别是从n为3、4、5、6的能级直接向n=2能级跃迁时产生的。四条谱线中，一条红色、一条蓝色、两条紫色，则下列说法正确的是
A．红色光谱是氢原子从n=3能级向n=2能级跃迁时产生的
B．蓝色光谱是氢原子从n=6能级或n=5能级直接向n=2能级跃迁时产生的
C．若氢原子从n=6能级直接向n=1能级跃迁，则能够产生红外线
D．若氢原子从n=6能级直接向n=3能级跃迁时所产生的辐射不能使某金属发生光电效应，则氢原子从n=6能级直接向n=2能级跃迁时所产生的辐射将可能使该金属发生光电效应
【答案】AD
n=2能级辐射的光子频率大于n=6跃迁到n=3辐射的光子频率，所以氢原子从n=6能级直接向n=3能级跃迁时所产生的辐射不能使某金属发生光电效应，则氢原子从n=6能级直接向n=2能级跃迁时所产生的辐射将可能使该金属发生光电效应，故D正确。
3．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。极光的光谐线波长范围约为3100 ~6700（1-10-10 m）。据此推断以下说法不正确的是
A．极光光谐线频率的数量级约为1014 Hz
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
【答案】D
电粒子受到洛伦兹力有关。故B项正确。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。故C项正确。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，故D项错误。本题选不正确的，答案为D。
【名师点睛】线状光谱：由狭窄谱线组成的光谱。单原子气体或金属蒸气所发的光波均有线状光谱，故线状光谱又称原子光谱。连续光谱：包含一切波长的光谱，炽热固体所辐射的光谱均为连续光谱。吸收光谱：具有连续谱的光波通过物质样品时，处于基态的样品原子或分子将吸收特定波长的光而跃迁到激发态，于是在连续谱的背景上出现相应的暗线或暗带，称为吸收光谱。能用来做光谱分析的是线状光谱和吸收光谱。
4．如图所示，一群处于基态的氢原子吸收某种光子后，向外辐射ν1、ν2、ν3三种频率的光子，且ν1>ν2>ν3，则
A．被氢原子吸收的光子的能量为hν1
B．被氢原子吸收的光子的能量为hν2
C．ν1=ν2+ν3
D．hν1=hν2+hν3
【答案】ACD
尔理论可知，被氢原子吸收的光子的能量为，A正确，B错误；根据玻尔理论得知，氢原子从n=3直接跃迁到基态时辐射的能量为，从n=3的激发态跃迁到n=2的激发态辐射的能量为，从n=2的激发态跃迁到基态辐射的能量为，根据能级关系可知：，则得：，则得：，故CD正确。
5．在人类认识原子与原子核结构的过程中，符合物理学史的是
A．查德威克通过研究阴极射线发现了电子
B．汤姆孙首先提出了原子的核式结构学说
C．居里夫人首先发现了天然放射现象
D．卢瑟福通过原子核的人工转变发现了质子
【答案】D
【解析】汤姆生通过研究阴极射线发现了电子，查德威克发现了中子，故选项A错误；卢瑟福首先提出了原子的核式结构学说，贝克勒尔首先发现了天然放射现象，故C错误；卢瑟福用α粒子轰击氮核实现了原子核的人工转变，并发现了质子，故选项D正确。
6．金属钾的逸出功为2.21 eV，如图所示是氢原子的能级图，一群处于n=4能级的氢原子向低能级跃迁时，辐射的光中能使金属钾发生光电效应的光谱线条数是
A．2条 B．4条
C．5条 D．6条
【答案】B
7．氢原子分能级示意图如题所示，不同色光的光子能量如下表所示。
色光
赤
橙
黄
绿
蓝—靛
紫
光子能量范围（eV）
1.61~2.00
2.00~2.07
2.07~2.14
2.14~2.53
2.53~2.76
2.76~3.10
处于某激发态的氢原子，发射的光的谱线在可见光范围内仅有2条，其颜色分别为
A．红、蓝靛
B．黄、绿
C．红、紫
D．蓝靛、紫
【答案】A
【解析】原子发光时光子的能量等于原子能级差，先分别计算各相邻的能级差，再由小到大排序。结合可见光的光子能量表可知，有两个能量分别为1.89 eV和2.55 eV的光子属于可见光。并且属于红光和蓝靛的范围，故A正确。
8．如图所示为氢原子的能级图，则下列说法正确的是
A．若己知可见光的光子能量范围为1.61 eV~3.10 eV，则处于第4能级状态的氢原子，发射光的谱线在可见光范围内的有2条
B．当氢原子的电子由外层轨道跃迁到内层轨道时，氢原子的电势能增加，电子的动能增加
C．处于第3能级状态的氢原子，发射出的三种波长分别为λ1、λ2、λ3（λ1>λ2>λ3）的三条谱线，则λ1=λ2+λ3
D．若处于第2能级状态的氢原子发射出的光能使某金属板发生光电效应，则从第5能级跃迁到第2能级时发射出的光也一定能使此金属板发生光电效应
【答案】A
能级时发出的光子能量为–3.40+13.60=10.2 eV，不在可见光范围之内，故则处于第4能级状态的氢原子，发射光的谱线在可见光范围内的有2条，A正确；氢原子的电子由外层轨道跃迁到内层轨道时，轨道半径减小，原子能量减小，向外辐射光子，根据，知轨道半径越小，动能越大，知电子的动能增大，电势能减小，B错误；根据，即为，C错误；因为从第5能级跃迁到第2能级时发射出的光的频率小于处于第2能级状态的氢原子发射出的光的频率，故不一定发生光电效应，D错误。
【名师点睛】所有的难题实际都是又一个一个的简单的题目复合而成的，所以在学习中不能好高骛远，贪大贪难，解决了基础题，拔高题也就迎刃而解了。
二、填空题（共2小题，共10分）
9．（4分）某原子K层失去一个电子后，其K层出现一个电子空位，当外边L层上有电子跃迁到K层填补空拉时会释放一定的能量；一种情况是辐射频率为ν0的X射线；另一种情况是跃迁释放的能量被其他层的电子吸收，使电子发生电离成为自由电子。若跃迁释放的能量被M层的一个电子吸收，电离后的自由电子的动能是E0，已知普朗克常量为h，则电子处于L层时与处于K层时原子的能级差为 ，电子处于M层时原子的能级（即能量值）为 。
【答案】（2分） （2分）
10．（6分）根据波尔理论，氢原子的电子由外层轨道跃迁到内层轨道后，原子的能量_______，电子的动能__________，（填“增加”、“不变”、“减小”）若某原子的电子从能量为E的轨道跃迁到能量为的轨道，辐射出波长为的光，以h表示普朗克常量，c表示真空中的光速，则等于________。
【答案】减小（2分） 增加（2分） （2分）
【解析】电子由外层轨道跃迁到内层轨道时，放出光子，总能量减小；根据，可知半径越小，动能越大；根据两轨道的能级差等于光子能量，，所以。
【名师点睛】解决本题的关键知道高能级向低能级跃迁，辐射光子，从低能级向高能级跃迁，吸收光子。以及掌握能级差与光子频率的关系，电子绕核运动的规律和卫星绕地球运动规律类似，在学习时可以类比进行学习，加强理解。
三、计算题（共3小题，共18分）
11．（4分）电子撞击一群处于基态的氢原子，氢原子激发后能放出6种不同频率的光子，氢原子的能级如图所示，则
（1）氢原子处于量子数n为多少的激发态？
（2）电子的动能至少为多大？
（3）观测到氢原子发射的不同波长的光中，其中最长波长光的能量为多少eV？
【答案】（1）4 （2）12.75 eV （3）0.66 eV
12．（6分）根据玻尔原子结构理论，氦离子（He+）的能级图如图所示。当大量He+处在n=4的激发态向基态跃迁时，产生的光子照射到某种金属上，其中n=3向n=2跃迁产生的光子刚好能使该金属发生光电效。求：
（1）该金属的逸出功；
（2）光电子的最大初动能。
【答案】（1）7.56 eV （2）43.44 eV
【解析】（1）原子从能级n=3向n=2跃迁所放出的光子的能量为13.60 eV–6.04 eV=7.56 eV（1分）
当光子能量等于逸出功时，恰好发生光电效应（1分）
所以逸出功W0=7.56 eV（1分）
（2）从能级n=4向n=1跃迁所放出的光子能量为54.4 eV–3.4 eV=51 eV（1分）
根据光电效应方程得，最大初动能Ekm=hv–W0=51 eV–7.56 eV=43.44 eV（2分）
13．（8分）已知氢原子基态的电子轨道半径为r1=0.528×10–10 m，量子数为n的能级值为。
（1）求电子在基态轨道上运动的动能；
（2）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？
（3）计算这几种光谱线中波长最短的波长.（静电力常量k=9×109 N·m2/C2，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=3.00×108 m/s）
【答案】（1）13.6 eV （2）略 （3）1.03×10–7 m
又知Ek=
故电子在基态轨道的动能为：
Ek==13.6 eV（1分）
（2）当n=1时，能级值为E1==–13.6 eV
当n=2时，能级值为E2==–3.4 eV
当n=3时，能级值为E3==–1.51 eV
能发出的光谱线分别为3→2，2→1，3→1共3种（1分）
能级图见下图（1分）
（3）由E3向E1跃迁时发出的光子频率最大，波长最短hν=E3–E1，又知ν=则有
λ=m=1.03×10–7 m（2分）
【名师点睛】本题解题关键是运用匀速圆周运动的规律求解电子运动速度，这是宏观模型微观世界利用的典型，能级间的跃迁关系式要熟悉：hν=E3–E1，ν=。属于中档题，灵活运用所学知识即可解决此类问题。