四川省夹江中学2019-2020学年高中物理教科版选修3-5：2.3光谱 氢原子光谱 跟踪训练（含解析）
文档属性
| 名称 | 四川省夹江中学2019-2020学年高中物理教科版选修3-5：2.3光谱 氢原子光谱 跟踪训练（含解析） |  | |
| 格式 | doc | ||
| 文件大小 | 351.0KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 教科版 | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2020-07-12 12:52:27 | ||
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文档简介
2.3光谱氢原子光谱
1．氢原子的能级示意图如图所示，现有大量的氢原子处于n＝4的激发态，当向低能级跃迁时，会辐射出若干种不同频率的光子，下列说法中正确的是（ ）
A．从n＝2跃迁到n＝1时，辐射出的光的波长最大
B．从n＝2跃迁到n＝1时，辐射出的光子能量最大
C．氢原子的核外电子的电势能减小量等于动能的增加量
D．会辐射出6种不同频率的光子
2．如图所示为氢原子能级图，已知可见光的能量范围为1. 62eV～3. 11eV，下列说法正确的是
A．氢原子从高能级跃迁到第二能级，辐射的光子均为可见光
B．处于基态的氢原子可吸收能量较强的可见光跃迁到高能级
C．处于第四能级的大量氢原子，向基态跃迁时只能释放出3种不同频率的光子
D．处于第三能级的氢原子可以吸收可见光的能量被电离
3．氢原子的能级如图所示，氢原子从n＝4能级直接向n＝1能级跃迁所放出的光子，恰能使某金属产生光电效应， 下列判断错误的是( )
A．氢原子辐射出光子后，氢原子能量变小
B．该金属的逸出功W0＝12.75 eV
C．用一群处于n＝3能级的氢原子向低能级跃迁时所发出的光照射该金属，该金属仍有光电子逸出
D．氢原子处于n＝1能级时，其核外电子在最靠近原子核的轨道上运动
4．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．4eV C．12.75eV D．12.09eV
5．如图，用能量为12.09eV的光子照射一群处于基态的氢原子，则氢原子
A．不能跃迁到其他能级
B．只能跃迁到n=3的能级
C．跃迁后只能辐射一种频率的光子
D．跃迁后不能再辐射出能量为12.09eV的光子
6．氢原子的能级图如图所示，如果大量氢原子处在n=4能级的激发态，则下列说法中正确的是
A．这群氢原子能辐射出3种不同频率的光子
B．这群氢原子能辐射的光子的最小能量为0.66eV
C．处于该能级的氢原子至少需吸收13.6eV的能量才能电离
D．波长最长的光子是氢原子从n=4能级跃迁到n=1能级产生的
7．如图所示是氢原子能级图，大量氢原子从n=4的能级向n=2的能级跃迁时辐射出可见光a，从n=3的能级向n=2的能级跃迁时辐射出可见光b，则（ ）
A．b光的光子能量大于a光的光子能量
B．在真空中，a光较b光的速度小
C．b光频率小于a光的频率
D．氢原子从n=4的能级向n=3的能级跃迁时会辐射出紫外线
8．如图是氢原子能级示意图，具有下列哪一能量的光子能被处在n＝2能级的氢原子吸收（ ）
A．1.5leV B．1.89eV C．2.16eV D．2.40eV
9．根据氢原子的玻尔模型，氢原子核外电子在第一轨道和第二轨道运行时（ ）
A．轨道半径之比为1：4
B．速度之比为4：1
C．周期之比为1：8
D．动能之比为4：1
10．关于线状谱，下列说法中正确的是（ ）
A．每种原子处在不同温度下发光的线状谱不同
B．每种原子处在不同的物质中的线状谱相同
C．每种原子在任何条件下发光的线状谱都相同
D．两种不同的原子发光的线状谱可能相同
11．已知氢原子的基态能量为E1(E1<0)，量子数为n的激发态的能量为，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，其中频率最大的光子的频率为______．电子质量为m，基态氢原子中的电子吸收一频率为ν的光子被电离后，电子速度大小为_______（普朗克常量为h）．
12．如图为氢原子的能级图，大量处于n＝5激发态的氢原子跃迁时，可能发出_____________种能量不同的光子，其中频率最大的光子能量为____________eV.
13．有一群氢原子处于量子数的激发态，当它们跃迁时，
（1）有可能放出几种能量的光子？
（2）在哪两个能级间跃迁时，所发出的光子的波长最长？波长是多少？
14．根据巴耳末公式，指出氢原子光谱巴耳末线系的最长波长和最短波长所对应的，并计算其波长。
参考答案
1．D
【解析】
n＝4和n＝3间的能级差最小，辐射的光子频率最小，波长最大，故A错误。n＝4和n＝1间的能级差最大，辐射的光子频率最大，能量最大，故B错误。氢原子向外辐射光子的过程中氢原子的能量减少，所以氢原子的核外电子的电势能减小量大于动能的增加量，故C错误。根据6知，这些氢原子总共可辐射出6种不同频率的光子，故D正确。
2．D
【解析】
A.氢原子从无穷远处向n=2能级跃迁时发出的光子能量为3.4 eV，则从高能级跃迁到第二能级时，辐射的光子的能量的大于3.11 eV，不是均为可见光，选项A错误；
B. 处于基态的氢原子至少要吸收10.2 eV的光子才能跃迁到高能级，则处于基态的氢原子不能吸收能量较强的3. 11eV的可见光跃迁到高能级，选项B错误；
C. 处于第四能级的大量氢原子，向基态跃迁时只能释放出种不同频率的光子，选项C错误；
D. 处于第三能级的氢原子的只要至少吸收1.51eV的光子就能电离，则处于第三能级的氢原子可以吸收可见光的能量被电离，选项D正确.
3．C
【解析】
A.氢原子发生跃迁，辐射出光子后，氢原子能量变小，故A说法正确。
B. 恰能使某金属产生光电效应，由跃迁到，辐射的光子能量最大值为，所以该金属的逸出功为，故B说法正确。
D. 一群处于能级的氢原子向低能级跃迁时，辐射的能量小于从能级直接向能级跃迁辐射出光子的能量，则不会发生光电效应，故C说法错误。
D.根据波尔原子模型可知，处于能级时，其核外电子在最靠近原子核的轨道上运动，故D说法正确。本题选不正确的，应该C。
4．C
【解析】
据题意有
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：
A．13.6eV，与计算结果不符，故A项不符合题意；
B．4eV，与计算结果不符，故B项不符合题意；
C．12.75eV，与计算结果相符，故C项符合题意；
D．12.09eV，与计算结果不符，故D项不符合题意。
5．B
【解析】
AB.若用能量为12.09eV的光子去照射一群处于基态的氢原子，原子能量为E=-13.6+12.09eV=-1.51eV，依据氢原子的能级图可知处于基态的氢原子能发生跃迁到n=3的能级，故B正确，A错误；
CD.从n=3向低能级跃迁，能辐射出3种不同频率的光子，其中从n=3到n=1的跃迁能辐射出12.09eV的光子，选项CD错误。
6．B
【解析】
A. 这群原子能辐射出种不同频率的光子，故A项不符合题意；
B. 根据玻尔理论可知，这群氢原子能辐射的光子的最小能量是氢原子从n=4能级跃迁到能级n=3能级产生的，为0.66eV，故B项符合题意；
C. 处于该能级(n=4)的氢原子至少需吸收0.85eV能量的光子才能电离，故C项不符合题意；
D. 波长最长的辐射光对应着能级差最小，则是氢原子从n=4能级跃迁到能级n=3能级产生的，故D项不符合题意。
7．C
【解析】
AC.根据跃迁规律可知从n=4向n=2跃迁时辐射光子的能量大于从n=3向n=2跃迁时辐射光子的能量，则可见光a的光子能量大于b，又根据光子能量可得b光子的频率小于a，故A错误，C正确；
B.在真空中它们的速度均相等，故B错误；
D.从n=4的能级向n=2的能级跃迁时辐射出可见光，且紫外线的频率大于可见光，因此从n=4的能级向n=3的能级跃迁时会辐射出能量还小于可见光a，因此不可能是紫外线，故D错误。
8．B
【解析】
根据玻尔理论，氢原子辐射或吸收的光子能量等于两能级间的能级差，Em﹣En＝hv。
【详解】
A.处于n＝2能级的氢原子若吸收1.51eV的能量，则能量值为：E＝E2+1.51＝﹣3.4+1.51＝﹣1.89eV，氢原子没有该能级，所以不能吸收。故A不符合题意；
B.处于n＝2能级的氢原子若吸收1.89eV的能量，则能量值为：E＝E2+1.89＝﹣3.4+1.89＝﹣1.51eV，等于氢原子第3能级，所以能吸收后跃迁到n＝3能级。故B符合题意；
C.处于n＝2能级的氢原子若吸收2.16eV的能量，则能量值为：E＝E2+2.16＝﹣3.4+2.16＝﹣1.24eV，氢原子没有该能级，所以不能吸收。故C不符合题意；
D.处于n＝2能级的氢原子若吸收2.40eV的能量，则能量值为：E＝E2+2.40＝﹣3.4+2.40＝﹣1.00eV，氢原子没有该能级，所以不能吸收。故D不符合题意；
9．ACD
【解析】
A.由玻尔公式rn=n2r1，所以轨道半径之比为r1：r2=12：22=1：4，故A对。
B.根据库仑定律和牛顿第二定律有：
，
所以速度之比为
故B错。
C.根据库仑定律和牛顿第二定律有：
所以周期之比为为
故C对。
D.根据，所以动能之比为
故D对。
10．BC
【解析】
每种原子都有自己的结构，只能发出由内部结构决定的自己的特征谱线，不会因温度、所处物质不同而改变。
A.A项与上述分析结论不相符，故A不符合题意；
B.B项与上述分析结论相符，故B符合题意；
C.C项与上述分析结论相符，故C符合题意；
D.D项与上述分析结论不相符，故D不符合题意。
11．
【解析】根据可知光子频率越大，光子能量越大，所以从n=4跃迁到n=1发出的光子的频率最大，最大为；基态的能量为，故可得，解得．
12．1013.06
【解析】
大量处于n＝5激发态的氢原子跃迁时，可能发出种能量不同的光子，其中频率最大的光子对应从5到1的跃迁，能量为（-0.54eV）-（-13.6eV）=13.06eV.
13．（1）3（2）的跃迁； 6.58×10－7m
【解析】
（1）由激发态向低能级跃迁的路径为或，故能放出三种能量的光子。
（2）上述三种跃迁辐射中，由的跃迁能级差最小，辆射的光子能量最小，波长最长。
由氢原子能级图知，
，
由可得
m
14．当时，波长最长为6.55×10－7m；当时，波长最短为3.64×10－7m
【解析】
对应的n越小，波长越长，故当n=3时，氢原子发光所对应的波长最长。
当n=3时，
解得。
当n=∞时，波长最短，
1．氢原子的能级示意图如图所示，现有大量的氢原子处于n＝4的激发态，当向低能级跃迁时，会辐射出若干种不同频率的光子，下列说法中正确的是（ ）
A．从n＝2跃迁到n＝1时，辐射出的光的波长最大
B．从n＝2跃迁到n＝1时，辐射出的光子能量最大
C．氢原子的核外电子的电势能减小量等于动能的增加量
D．会辐射出6种不同频率的光子
2．如图所示为氢原子能级图，已知可见光的能量范围为1. 62eV～3. 11eV，下列说法正确的是
A．氢原子从高能级跃迁到第二能级，辐射的光子均为可见光
B．处于基态的氢原子可吸收能量较强的可见光跃迁到高能级
C．处于第四能级的大量氢原子，向基态跃迁时只能释放出3种不同频率的光子
D．处于第三能级的氢原子可以吸收可见光的能量被电离
3．氢原子的能级如图所示，氢原子从n＝4能级直接向n＝1能级跃迁所放出的光子，恰能使某金属产生光电效应， 下列判断错误的是( )
A．氢原子辐射出光子后，氢原子能量变小
B．该金属的逸出功W0＝12.75 eV
C．用一群处于n＝3能级的氢原子向低能级跃迁时所发出的光照射该金属，该金属仍有光电子逸出
D．氢原子处于n＝1能级时，其核外电子在最靠近原子核的轨道上运动
4．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．4eV C．12.75eV D．12.09eV
5．如图，用能量为12.09eV的光子照射一群处于基态的氢原子，则氢原子
A．不能跃迁到其他能级
B．只能跃迁到n=3的能级
C．跃迁后只能辐射一种频率的光子
D．跃迁后不能再辐射出能量为12.09eV的光子
6．氢原子的能级图如图所示，如果大量氢原子处在n=4能级的激发态，则下列说法中正确的是
A．这群氢原子能辐射出3种不同频率的光子
B．这群氢原子能辐射的光子的最小能量为0.66eV
C．处于该能级的氢原子至少需吸收13.6eV的能量才能电离
D．波长最长的光子是氢原子从n=4能级跃迁到n=1能级产生的
7．如图所示是氢原子能级图，大量氢原子从n=4的能级向n=2的能级跃迁时辐射出可见光a，从n=3的能级向n=2的能级跃迁时辐射出可见光b，则（ ）
A．b光的光子能量大于a光的光子能量
B．在真空中，a光较b光的速度小
C．b光频率小于a光的频率
D．氢原子从n=4的能级向n=3的能级跃迁时会辐射出紫外线
8．如图是氢原子能级示意图，具有下列哪一能量的光子能被处在n＝2能级的氢原子吸收（ ）
A．1.5leV B．1.89eV C．2.16eV D．2.40eV
9．根据氢原子的玻尔模型，氢原子核外电子在第一轨道和第二轨道运行时（ ）
A．轨道半径之比为1：4
B．速度之比为4：1
C．周期之比为1：8
D．动能之比为4：1
10．关于线状谱，下列说法中正确的是（ ）
A．每种原子处在不同温度下发光的线状谱不同
B．每种原子处在不同的物质中的线状谱相同
C．每种原子在任何条件下发光的线状谱都相同
D．两种不同的原子发光的线状谱可能相同
11．已知氢原子的基态能量为E1(E1<0)，量子数为n的激发态的能量为，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，其中频率最大的光子的频率为______．电子质量为m，基态氢原子中的电子吸收一频率为ν的光子被电离后，电子速度大小为_______（普朗克常量为h）．
12．如图为氢原子的能级图，大量处于n＝5激发态的氢原子跃迁时，可能发出_____________种能量不同的光子，其中频率最大的光子能量为____________eV.
13．有一群氢原子处于量子数的激发态，当它们跃迁时，
（1）有可能放出几种能量的光子？
（2）在哪两个能级间跃迁时，所发出的光子的波长最长？波长是多少？
14．根据巴耳末公式，指出氢原子光谱巴耳末线系的最长波长和最短波长所对应的，并计算其波长。
参考答案
1．D
【解析】
n＝4和n＝3间的能级差最小，辐射的光子频率最小，波长最大，故A错误。n＝4和n＝1间的能级差最大，辐射的光子频率最大，能量最大，故B错误。氢原子向外辐射光子的过程中氢原子的能量减少，所以氢原子的核外电子的电势能减小量大于动能的增加量，故C错误。根据6知，这些氢原子总共可辐射出6种不同频率的光子，故D正确。
2．D
【解析】
A.氢原子从无穷远处向n=2能级跃迁时发出的光子能量为3.4 eV，则从高能级跃迁到第二能级时，辐射的光子的能量的大于3.11 eV，不是均为可见光，选项A错误；
B. 处于基态的氢原子至少要吸收10.2 eV的光子才能跃迁到高能级，则处于基态的氢原子不能吸收能量较强的3. 11eV的可见光跃迁到高能级，选项B错误；
C. 处于第四能级的大量氢原子，向基态跃迁时只能释放出种不同频率的光子，选项C错误；
D. 处于第三能级的氢原子的只要至少吸收1.51eV的光子就能电离，则处于第三能级的氢原子可以吸收可见光的能量被电离，选项D正确.
3．C
【解析】
A.氢原子发生跃迁，辐射出光子后，氢原子能量变小，故A说法正确。
B. 恰能使某金属产生光电效应，由跃迁到，辐射的光子能量最大值为，所以该金属的逸出功为，故B说法正确。
D. 一群处于能级的氢原子向低能级跃迁时，辐射的能量小于从能级直接向能级跃迁辐射出光子的能量，则不会发生光电效应，故C说法错误。
D.根据波尔原子模型可知，处于能级时，其核外电子在最靠近原子核的轨道上运动，故D说法正确。本题选不正确的，应该C。
4．C
【解析】
据题意有
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：
A．13.6eV，与计算结果不符，故A项不符合题意；
B．4eV，与计算结果不符，故B项不符合题意；
C．12.75eV，与计算结果相符，故C项符合题意；
D．12.09eV，与计算结果不符，故D项不符合题意。
5．B
【解析】
AB.若用能量为12.09eV的光子去照射一群处于基态的氢原子，原子能量为E=-13.6+12.09eV=-1.51eV，依据氢原子的能级图可知处于基态的氢原子能发生跃迁到n=3的能级，故B正确，A错误；
CD.从n=3向低能级跃迁，能辐射出3种不同频率的光子，其中从n=3到n=1的跃迁能辐射出12.09eV的光子，选项CD错误。
6．B
【解析】
A. 这群原子能辐射出种不同频率的光子，故A项不符合题意；
B. 根据玻尔理论可知，这群氢原子能辐射的光子的最小能量是氢原子从n=4能级跃迁到能级n=3能级产生的，为0.66eV，故B项符合题意；
C. 处于该能级(n=4)的氢原子至少需吸收0.85eV能量的光子才能电离，故C项不符合题意；
D. 波长最长的辐射光对应着能级差最小，则是氢原子从n=4能级跃迁到能级n=3能级产生的，故D项不符合题意。
7．C
【解析】
AC.根据跃迁规律可知从n=4向n=2跃迁时辐射光子的能量大于从n=3向n=2跃迁时辐射光子的能量，则可见光a的光子能量大于b，又根据光子能量可得b光子的频率小于a，故A错误，C正确；
B.在真空中它们的速度均相等，故B错误；
D.从n=4的能级向n=2的能级跃迁时辐射出可见光，且紫外线的频率大于可见光，因此从n=4的能级向n=3的能级跃迁时会辐射出能量还小于可见光a，因此不可能是紫外线，故D错误。
8．B
【解析】
根据玻尔理论，氢原子辐射或吸收的光子能量等于两能级间的能级差，Em﹣En＝hv。
【详解】
A.处于n＝2能级的氢原子若吸收1.51eV的能量，则能量值为：E＝E2+1.51＝﹣3.4+1.51＝﹣1.89eV，氢原子没有该能级，所以不能吸收。故A不符合题意；
B.处于n＝2能级的氢原子若吸收1.89eV的能量，则能量值为：E＝E2+1.89＝﹣3.4+1.89＝﹣1.51eV，等于氢原子第3能级，所以能吸收后跃迁到n＝3能级。故B符合题意；
C.处于n＝2能级的氢原子若吸收2.16eV的能量，则能量值为：E＝E2+2.16＝﹣3.4+2.16＝﹣1.24eV，氢原子没有该能级，所以不能吸收。故C不符合题意；
D.处于n＝2能级的氢原子若吸收2.40eV的能量，则能量值为：E＝E2+2.40＝﹣3.4+2.40＝﹣1.00eV，氢原子没有该能级，所以不能吸收。故D不符合题意；
9．ACD
【解析】
A.由玻尔公式rn=n2r1，所以轨道半径之比为r1：r2=12：22=1：4，故A对。
B.根据库仑定律和牛顿第二定律有：
，
所以速度之比为
故B错。
C.根据库仑定律和牛顿第二定律有：
所以周期之比为为
故C对。
D.根据，所以动能之比为
故D对。
10．BC
【解析】
每种原子都有自己的结构，只能发出由内部结构决定的自己的特征谱线，不会因温度、所处物质不同而改变。
A.A项与上述分析结论不相符，故A不符合题意；
B.B项与上述分析结论相符，故B符合题意；
C.C项与上述分析结论相符，故C符合题意；
D.D项与上述分析结论不相符，故D不符合题意。
11．
【解析】根据可知光子频率越大，光子能量越大，所以从n=4跃迁到n=1发出的光子的频率最大，最大为；基态的能量为，故可得，解得．
12．1013.06
【解析】
大量处于n＝5激发态的氢原子跃迁时，可能发出种能量不同的光子，其中频率最大的光子对应从5到1的跃迁，能量为（-0.54eV）-（-13.6eV）=13.06eV.
13．（1）3（2）的跃迁； 6.58×10－7m
【解析】
（1）由激发态向低能级跃迁的路径为或，故能放出三种能量的光子。
（2）上述三种跃迁辐射中，由的跃迁能级差最小，辆射的光子能量最小，波长最长。
由氢原子能级图知，
，
由可得
m
14．当时，波长最长为6.55×10－7m；当时，波长最短为3.64×10－7m
【解析】
对应的n越小，波长越长，故当n=3时，氢原子发光所对应的波长最长。
当n=3时，
解得。
当n=∞时，波长最短，