四川省合江中学2019-2020学年高中物理教科版选修3-5：2.3光谱 氢原子光谱 同步练习（含解析）
文档属性
| 名称 | 四川省合江中学2019-2020学年高中物理教科版选修3-5：2.3光谱 氢原子光谱 同步练习（含解析） |  | |
| 格式 | doc | ||
| 文件大小 | 334.0KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 教科版 | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2020-07-12 11:06:15 | ||
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文档简介
2.3光谱氢原子光谱
1．根据氢原子的能级图，现让一束单色光照射到一群处于基态（量子数n=1）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．13．6eV B．3．4eV C．12．75eV D．12．09eV
2．如图画出了氢原子的4个能级，并注明了相应的能量E.处在n＝4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波．已知金属铂的逸出功为6.34eV.在这些光波中，能够从金属铂的表面打出光电子的总共有( )
A．五种 B．四种 C．三种 D．二种
3．用光子能量为E的光束照射容器中的氢气,氢原子吸收光子后，能发射频率为、、的三种光子，且，入射光束中光子的能量应是( )
A． B．
C． D．
4．己知金属锌的逸出功为3.34eV，普朗克常量为6.63×10-34J·s，真空中的光速为3.0×108m/s。图为氢原子最低的四个能级，则氢原子在这些能级之间跃迁所辐射的光子的最短波长及其照射锌扳逸出电子的最大初动能分别为
A．1.0×10-7m，9.4leV
B．1.2×10-7m，9.4leV
C．1.2×10-7m，6.86cV
D．1.0×10-7m，6.86eV
5．氢原子的能级如图，当氢原子从n=4的能级跃迁到n=2的能级时，辐射出光子a，当氢原子从n=3的能级跃迁到n=1的能级时，辐射出光子b，则下列判断正确的是（ ）
A．光子a的能量大于光子b的能量
B．光子a的波长小于光子b的波长
C．b光比a光更容易发生衍射现象
D．若a为可见光，则b有可能为紫外线
6．如图所示为氢原子的能级图，一群氢原子处于n＝4能级，向低能级跃迁时要辐射光，用这些光照射钠。已知钠的逸出功为2.29eV，电子的电荷量为1.60×10﹣19C，普朗克常量为6.63×10﹣34J?S．则下列说法正确的是（ ）
A．产生的光电子的最大初动能为12.75eV
B．有4种辐射光能使钠发生光电效应
C．从能级n＝4跃迁到n＝1的辐射光波长最长
D．从能级n＝4跃迁到n＝1的辐射光照射钠，产生的光电流最强
7．如图为氢原子的能级图，大量处于n=4激发态的氢原子跃迁时，发出多个能量不同的光子，并用产生的光子照射到逸出功为2.75eV的光电管上，则，
A．发出的光子最多有4种频率
B．发出的光子最多有6种频率
C．产生的光电子最大初动能可达10eV
D．加在该光电管上的遏止电压应为10V
8．我国利用“墨子号”量子通信卫星在国际上率先实现了高速星地量子通信，初步构成量子通信网格。关于量子理论，下列说法正确的是（ ）
A．量子论是普朗克首先提出的，光量子理论则是爱因斯坦首先提出的
B．光的强度越大，则光子的能量也就越大
C．三种放射线，基本质上都是高能光子
D．大量氢原子从高能级向低能级跃迁时，只能发射某些特定频率的光子
9．图示为氢原子的能级图，氢原子从n=4能级直接跃迁到n=2能级，辐射出的是可见光光子(能量在1.63eV～3.10eV)，则下列说法正确的是
A．玻尔认为，电子在定态轨道上运动，不会发生电磁辐射
B．氢原子从n=4能级跃迁到n=3能级辐射的光子是可见光光子
C．能量为10.2eV的光子能使氢原子从n=1能级跃迁到n=2能级
D．使n=2能级的氢原子电离，需要放出的光子的能量至少为3.4eV
10．如图所示，能级间的跃迁产生不连续的谱线，从不同能级跃迁到某一特定能级就形成一个线系，比如：巴耳末系就是氢原子从n＝3，4，5…能级跃迁到n＝2的能级时辐射出的光谱，其波长λ遵循以下规律：，下列说法正确的是（ ）
A．公式中n只能取整数值，故氢光谐是线状谱
B．氢原子从n＝3能级跃迁到n＝2能级，该氢原子放出光子，其核外电子的动能增大
C．氢原子从n＝3能级跃迁到n＝2能级时辐射出的光子，在巴耳末系中波长最短
D．用能量为13.0eV的光子去照射一群处于基态的氢原子，受照射后，氢原子能跃迁到n＝4的能级
11．一群处于量子数n = 3的激发态氢原子向低能级跃迁时，可能发出的光谱线条数是___________。
12．氢原子从第3能级跃迁到第2能级时辐射出的光子的波长是_______nm，这种光子属于_________光。（已知氢原子的基态能级为-13.6eV）
13．氢原子光谱除了巴耳末系外，还有赖曼系，帕邢系等，其中赖曼系的表达式为，求赖曼系中波长最长的波对应的频率．
14．已知氢原子光谱中巴耳末线系第一条谱线的波长为。
（1）试推算里德伯常量的值。
（2）利用巴耳末公式求其中第四条谱线的波长和对应光子的能量。（）
参考答案
1．C
【解析】
根据氢原子只发出6种不同频率的色光，根据公式确定单色光照射大量处于基态的氢原子使它跃迁到哪一个激发态，从而根据能极差求出照射光子的能量；
【详解】
由题意应该有，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：，故C正确，ABD错误。
【点睛】
明确原子吸收光子是量子化的，会求能级差是求这类问题的基础，解决本题的关键知道能级间发生跃迁时吸收的能量必须等于能极差，否则能量不能被吸收。
2．C
【解析】
处在n=4的能级的一群氢原子向低能级跃迁时能发出不同光电子的数目为，n=4跃迁到n=3辐射的光子能量为0.66eV，n=3跃迁到n=2辐射的光子能量为1.89eV，n=4跃迁到n=2辐射的光子能量为2.55eV，均小于3.2eV，不能使金属钾发生光电效应，其它三种光子能量都大于3.2eV．故C正确，A、B、D错误。故选C。
【点睛】解决本题的关键知道能极差与光子能量的关系，以及掌握发生光电效应的条件．
3．B
【解析】
处于激发态的氢原子并不稳定，能够自发向低能级跃迁并发射光子，其发射光子的种类有种；故
解得；
显然从直接跃迁到能级时辐射光子的能量等于入射光子的能量，故入射光子的能量
；
而先从跃迁到，再从跃迁到辐射的能量与从直接跃迁到能级时辐射光子的能量相同，故
。
A.，与结论不相符，选项A错误；
B. 与结论相符，选项B正确；
C. 与结论不相符，选项C错误；
D. 与结论不相符，选项D错误。
4．A
【解析】
氢原子在这些能级之间跃迁所辐射的光子的最短波长，对应着从n=4到n=1的跃迁，则，解得；照射锌板逸出电子的最大初动能分别为 ，故选A.
5．D
【解析】
ABC.氢原子从n=4的能级跃迁到n=2的能级的能级差小于从n=3的能级跃迁到n=1的能级时的能级差，根据Em-En=hγ，知，光子a的能量小于光子b的能量。所以a光的频率小于b光的频率，a光的波长大于b光的波长，a光比b光更容易发生衍射现象，故ABC不符合题意；
D. 因为a光的频率小于b光的频率，所以若a为可见光，则b有可能为紫外线，故D符合题意。
6．B
【解析】
A.从n＝4能级向基态跃迁时发出的光子的能量值最大，为：
E41＝E4﹣E1＝﹣0.85﹣（﹣13.6）eV=12.75eV
发生光电效应时，产生的光电子的最大初动能：
Ekm＝E41﹣W0＝12.75﹣2.29＝10.46ev
故A不符合题意；
B.n＝4跃迁到n＝3辐射的光子能量为0.66eV；n＝3跃迁到n＝2辐射的光子能量为1.89eV，均小于逸出功，不能发生光电效应；n＝4跃迁到n＝2辐射的光子能量为2.55eV，大于逸出功，能发生光电效应，同理其余3种（n＝4跃迁到n＝1；n＝3跃迁到n＝2；n＝2跃迁到n＝1）光子能量均大于2.29eV，所以这群氢原子辐射的光中有4种频率的光子能使钠发生光电效应。故B符合题意；
C.从n＝4能级向基态跃迁时发出的光子的能量值最大，频率最大，波长最短。故C不符合题意；
D.光电流的大小与入射光的频率无关，与入射光的强度有关。故D不符合题意；
7．BCD
【解析】
AB．根据知，大量处于n=4的氢原子向低能级跃迁时，可能发出6种能量不同的光子，故A错误，B正确；
C．能级间跃迁放出或吸收光子的能量满足：hγ=Em-En，所以频率最大的光子能量为：
E=E4-E1=-0.85+13.60eV=12.75eV
若用此光照射到逸出功为2.75eV的光电管上，则光电子的最大初动能为：
12.75eV-2.75eV=10eV
故C正确；
D．光电子的最大初动能为10eV，所以加在该光电管上的遏止电压为 10V，故D正确。
8．AD
【解析】A、量子论是普朗克首先提出的，光量子理论则是爱因斯坦首先提出的，故A正确；
B、光的强度越大，并不是光的频率越大，所以光子能量不一定越大，故B错误；
C、三种放射线中， 射线是氦核流， 射线是电子流，只有射线才是光子流，故C错误；
D、大量氢原子从高能级向低能级跃迁时，只能发射某些特定频率的光子，故D正确；
故选AD。
9．AC
【解析】
A.玻尔认为，电子在一系列定态轨道上运动，不会发生电磁辐射，选项A正确；
B.氢原子从n= 4能级跃迁到n=3能级辐射的光子的能量
能量不在可见光能量范围内，不是可见光子，选项B错误；
C.使氢原子从n=1能级跃迁到n=2能级，入射光子的能量
选项C正确；
D.使n=2能级的氢原子电离，需要吸收的光子的能量至少为
选项D错误。
10．AB
【解析】
A.根据玻尔理论可知，公式中n只能取整数值，故氢光谐是线状谱，故A项与题意相符；
B.氢原子从n＝3能级跃迁到n＝2能级，该氢原子放出光子，其核外电子的轨道半径静止，由：
可知，电子动能增大，故B项与题意相符；
C.根据玻尔理论可知氢原子从n＝3能级跃迁到n＝2能级时辐射出的光子，在巴耳末系中光子中能量值最小，则波长最长，故C项与题意不相符；
D.用能量为13.0eV的光子去照射一群处于基态的氢原子，受照射后，若氢原子能吸收该光子，则新的能级为：
E＝﹣13.6eV+13.0eV=0.6eV
氢原子没有该能级，所以氢原子不能吸收该光子，故D项与题意不符。
11．3
【解析】
根据，知这群氢原子最多能发出3种频率的光．
12．658红
【解析】
据求出第3能级和第2能级能量，通过求出辐射光子的波长．
【详解】
根据得第3能级和第2能级能量分别是-1.51eV，-3.4eV．氢原子从第3能级跃迁到第2能级时，根据得，这种光子属红光．
13．
【解析】
对于赖曼系，当时对应光的波长最长
波长的光对应的频率为
14．（1）（2）
【解析】
（1）巴耳末系中第一条谱线为时，即
（2）巴耳末系中第四条谱线对应，则
1．根据氢原子的能级图，现让一束单色光照射到一群处于基态（量子数n=1）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．13．6eV B．3．4eV C．12．75eV D．12．09eV
2．如图画出了氢原子的4个能级，并注明了相应的能量E.处在n＝4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波．已知金属铂的逸出功为6.34eV.在这些光波中，能够从金属铂的表面打出光电子的总共有( )
A．五种 B．四种 C．三种 D．二种
3．用光子能量为E的光束照射容器中的氢气,氢原子吸收光子后，能发射频率为、、的三种光子，且，入射光束中光子的能量应是( )
A． B．
C． D．
4．己知金属锌的逸出功为3.34eV，普朗克常量为6.63×10-34J·s，真空中的光速为3.0×108m/s。图为氢原子最低的四个能级，则氢原子在这些能级之间跃迁所辐射的光子的最短波长及其照射锌扳逸出电子的最大初动能分别为
A．1.0×10-7m，9.4leV
B．1.2×10-7m，9.4leV
C．1.2×10-7m，6.86cV
D．1.0×10-7m，6.86eV
5．氢原子的能级如图，当氢原子从n=4的能级跃迁到n=2的能级时，辐射出光子a，当氢原子从n=3的能级跃迁到n=1的能级时，辐射出光子b，则下列判断正确的是（ ）
A．光子a的能量大于光子b的能量
B．光子a的波长小于光子b的波长
C．b光比a光更容易发生衍射现象
D．若a为可见光，则b有可能为紫外线
6．如图所示为氢原子的能级图，一群氢原子处于n＝4能级，向低能级跃迁时要辐射光，用这些光照射钠。已知钠的逸出功为2.29eV，电子的电荷量为1.60×10﹣19C，普朗克常量为6.63×10﹣34J?S．则下列说法正确的是（ ）
A．产生的光电子的最大初动能为12.75eV
B．有4种辐射光能使钠发生光电效应
C．从能级n＝4跃迁到n＝1的辐射光波长最长
D．从能级n＝4跃迁到n＝1的辐射光照射钠，产生的光电流最强
7．如图为氢原子的能级图，大量处于n=4激发态的氢原子跃迁时，发出多个能量不同的光子，并用产生的光子照射到逸出功为2.75eV的光电管上，则，
A．发出的光子最多有4种频率
B．发出的光子最多有6种频率
C．产生的光电子最大初动能可达10eV
D．加在该光电管上的遏止电压应为10V
8．我国利用“墨子号”量子通信卫星在国际上率先实现了高速星地量子通信，初步构成量子通信网格。关于量子理论，下列说法正确的是（ ）
A．量子论是普朗克首先提出的，光量子理论则是爱因斯坦首先提出的
B．光的强度越大，则光子的能量也就越大
C．三种放射线，基本质上都是高能光子
D．大量氢原子从高能级向低能级跃迁时，只能发射某些特定频率的光子
9．图示为氢原子的能级图，氢原子从n=4能级直接跃迁到n=2能级，辐射出的是可见光光子(能量在1.63eV～3.10eV)，则下列说法正确的是
A．玻尔认为，电子在定态轨道上运动，不会发生电磁辐射
B．氢原子从n=4能级跃迁到n=3能级辐射的光子是可见光光子
C．能量为10.2eV的光子能使氢原子从n=1能级跃迁到n=2能级
D．使n=2能级的氢原子电离，需要放出的光子的能量至少为3.4eV
10．如图所示，能级间的跃迁产生不连续的谱线，从不同能级跃迁到某一特定能级就形成一个线系，比如：巴耳末系就是氢原子从n＝3，4，5…能级跃迁到n＝2的能级时辐射出的光谱，其波长λ遵循以下规律：，下列说法正确的是（ ）
A．公式中n只能取整数值，故氢光谐是线状谱
B．氢原子从n＝3能级跃迁到n＝2能级，该氢原子放出光子，其核外电子的动能增大
C．氢原子从n＝3能级跃迁到n＝2能级时辐射出的光子，在巴耳末系中波长最短
D．用能量为13.0eV的光子去照射一群处于基态的氢原子，受照射后，氢原子能跃迁到n＝4的能级
11．一群处于量子数n = 3的激发态氢原子向低能级跃迁时，可能发出的光谱线条数是___________。
12．氢原子从第3能级跃迁到第2能级时辐射出的光子的波长是_______nm，这种光子属于_________光。（已知氢原子的基态能级为-13.6eV）
13．氢原子光谱除了巴耳末系外，还有赖曼系，帕邢系等，其中赖曼系的表达式为，求赖曼系中波长最长的波对应的频率．
14．已知氢原子光谱中巴耳末线系第一条谱线的波长为。
（1）试推算里德伯常量的值。
（2）利用巴耳末公式求其中第四条谱线的波长和对应光子的能量。（）
参考答案
1．C
【解析】
根据氢原子只发出6种不同频率的色光，根据公式确定单色光照射大量处于基态的氢原子使它跃迁到哪一个激发态，从而根据能极差求出照射光子的能量；
【详解】
由题意应该有，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：，故C正确，ABD错误。
【点睛】
明确原子吸收光子是量子化的，会求能级差是求这类问题的基础，解决本题的关键知道能级间发生跃迁时吸收的能量必须等于能极差，否则能量不能被吸收。
2．C
【解析】
处在n=4的能级的一群氢原子向低能级跃迁时能发出不同光电子的数目为，n=4跃迁到n=3辐射的光子能量为0.66eV，n=3跃迁到n=2辐射的光子能量为1.89eV，n=4跃迁到n=2辐射的光子能量为2.55eV，均小于3.2eV，不能使金属钾发生光电效应，其它三种光子能量都大于3.2eV．故C正确，A、B、D错误。故选C。
【点睛】解决本题的关键知道能极差与光子能量的关系，以及掌握发生光电效应的条件．
3．B
【解析】
处于激发态的氢原子并不稳定，能够自发向低能级跃迁并发射光子，其发射光子的种类有种；故
解得；
显然从直接跃迁到能级时辐射光子的能量等于入射光子的能量，故入射光子的能量
；
而先从跃迁到，再从跃迁到辐射的能量与从直接跃迁到能级时辐射光子的能量相同，故
。
A.，与结论不相符，选项A错误；
B. 与结论相符，选项B正确；
C. 与结论不相符，选项C错误；
D. 与结论不相符，选项D错误。
4．A
【解析】
氢原子在这些能级之间跃迁所辐射的光子的最短波长，对应着从n=4到n=1的跃迁，则，解得；照射锌板逸出电子的最大初动能分别为 ，故选A.
5．D
【解析】
ABC.氢原子从n=4的能级跃迁到n=2的能级的能级差小于从n=3的能级跃迁到n=1的能级时的能级差，根据Em-En=hγ，知，光子a的能量小于光子b的能量。所以a光的频率小于b光的频率，a光的波长大于b光的波长，a光比b光更容易发生衍射现象，故ABC不符合题意；
D. 因为a光的频率小于b光的频率，所以若a为可见光，则b有可能为紫外线，故D符合题意。
6．B
【解析】
A.从n＝4能级向基态跃迁时发出的光子的能量值最大，为：
E41＝E4﹣E1＝﹣0.85﹣（﹣13.6）eV=12.75eV
发生光电效应时，产生的光电子的最大初动能：
Ekm＝E41﹣W0＝12.75﹣2.29＝10.46ev
故A不符合题意；
B.n＝4跃迁到n＝3辐射的光子能量为0.66eV；n＝3跃迁到n＝2辐射的光子能量为1.89eV，均小于逸出功，不能发生光电效应；n＝4跃迁到n＝2辐射的光子能量为2.55eV，大于逸出功，能发生光电效应，同理其余3种（n＝4跃迁到n＝1；n＝3跃迁到n＝2；n＝2跃迁到n＝1）光子能量均大于2.29eV，所以这群氢原子辐射的光中有4种频率的光子能使钠发生光电效应。故B符合题意；
C.从n＝4能级向基态跃迁时发出的光子的能量值最大，频率最大，波长最短。故C不符合题意；
D.光电流的大小与入射光的频率无关，与入射光的强度有关。故D不符合题意；
7．BCD
【解析】
AB．根据知，大量处于n=4的氢原子向低能级跃迁时，可能发出6种能量不同的光子，故A错误，B正确；
C．能级间跃迁放出或吸收光子的能量满足：hγ=Em-En，所以频率最大的光子能量为：
E=E4-E1=-0.85+13.60eV=12.75eV
若用此光照射到逸出功为2.75eV的光电管上，则光电子的最大初动能为：
12.75eV-2.75eV=10eV
故C正确；
D．光电子的最大初动能为10eV，所以加在该光电管上的遏止电压为 10V，故D正确。
8．AD
【解析】A、量子论是普朗克首先提出的，光量子理论则是爱因斯坦首先提出的，故A正确；
B、光的强度越大，并不是光的频率越大，所以光子能量不一定越大，故B错误；
C、三种放射线中， 射线是氦核流， 射线是电子流，只有射线才是光子流，故C错误；
D、大量氢原子从高能级向低能级跃迁时，只能发射某些特定频率的光子，故D正确；
故选AD。
9．AC
【解析】
A.玻尔认为，电子在一系列定态轨道上运动，不会发生电磁辐射，选项A正确；
B.氢原子从n= 4能级跃迁到n=3能级辐射的光子的能量
能量不在可见光能量范围内，不是可见光子，选项B错误；
C.使氢原子从n=1能级跃迁到n=2能级，入射光子的能量
选项C正确；
D.使n=2能级的氢原子电离，需要吸收的光子的能量至少为
选项D错误。
10．AB
【解析】
A.根据玻尔理论可知，公式中n只能取整数值，故氢光谐是线状谱，故A项与题意相符；
B.氢原子从n＝3能级跃迁到n＝2能级，该氢原子放出光子，其核外电子的轨道半径静止，由：
可知，电子动能增大，故B项与题意相符；
C.根据玻尔理论可知氢原子从n＝3能级跃迁到n＝2能级时辐射出的光子，在巴耳末系中光子中能量值最小，则波长最长，故C项与题意不相符；
D.用能量为13.0eV的光子去照射一群处于基态的氢原子，受照射后，若氢原子能吸收该光子，则新的能级为：
E＝﹣13.6eV+13.0eV=0.6eV
氢原子没有该能级，所以氢原子不能吸收该光子，故D项与题意不符。
11．3
【解析】
根据，知这群氢原子最多能发出3种频率的光．
12．658红
【解析】
据求出第3能级和第2能级能量，通过求出辐射光子的波长．
【详解】
根据得第3能级和第2能级能量分别是-1.51eV，-3.4eV．氢原子从第3能级跃迁到第2能级时，根据得，这种光子属红光．
13．
【解析】
对于赖曼系，当时对应光的波长最长
波长的光对应的频率为
14．（1）（2）
【解析】
（1）巴耳末系中第一条谱线为时，即
（2）巴耳末系中第四条谱线对应，则