四川省通江县永安中学2019-2020学年高中物理教科版选修3-5：2.3光谱 氢原子光谱 课时作业（含解析）

2.3光谱氢原子光谱
1．红宝石激光器的工作物质红宝石是含有铬离子的三氧化二铝晶体，利用其中的铬离子产生激光.铬离子的能级中，E1是基态，E2是亚稳态，E3是激发态，若以脉冲氩灯发出的波长为λ1的光照射红宝石晶体，处于基态的铬离子受到激发而跃迁到E3，而后自发地跃迁到E2，释放出波长为λ2的光子，处于亚稳态E2的铬离子跃迁到基态时辐射出的光就是激光，这种激光的波长为（
）
A．
B．
C．
D．
2．光子能量为ε的一束光照射容器中的氢（设氢原子处于n=3的能级），氢原子吸收光子后，能发出频率为v1、v2、…、v6的六种光谱线，且v1＜v2＜…＜v6，则ε等于（
）
A．hv1
B．hv6
C．h（v5－v1）
D．h（v1+v2+…+v6）
3．下列叙述中符合物理学史的有(
　
)
A．汤姆孙通过研究阴极射线实验，发现了电子
B．卢瑟福通过对α粒子散射实验现象的分析，证实了原子是可以再分的
C．查德威克通过对α粒子散射实验现象的分析，提出了原子的核式结构模型
D．玻尔根据氢原子光谱分析，总结出了氢原子光谱可见光区波长公式
4．原子从一个能级跃迁到一个较低的能级时，有可能不发射光子．例如在某种条件下，铬原子的n
=
2能级上的电子跃迁到n
=
1能级上时并不发射光子，而是将相应的能量转交给n
=
4能级上的电子，使之能脱离原子，这一现象叫做俄歇效应，以这种方式脱离了原子的电子叫做俄歇电子，已知铬原子的能级公式可简化表示为
，式中n=l，2，3，…
表示不同能级，A是正的已知常数，上述俄歇电子的动能是
A．
B．
C．
D．
5．已知处于某一能级n上的一群氢原子向低能级跃迁时，能够发出10种不同频率的光，下列表示辐射光波长最长的那种跃迁的示意图是(　　)
A．B．
C．D．
6．关于光谱，下列说法正确的是(
)
A．一切光源发出的光谱都是连续谱
B．一切光源发出的光谱都是线状谱
C．稀薄气体发出的光谱是线状谱
D．做光谱分析时，利用连续谱和线状谱都可以鉴别物质和确定物质的化学组成
7．下面关于玻尔理论的解释中，不正确的说法是（
）
A．原子只能处于一系列不连续的状态中，每个状态都对应一定的能量
B．原子中，虽然核外电子不断做变速运动，但只要能量状态不改变，就不会向外辐射能量
C．原子从一种定态跃迁到另一种定态时，一定要辐射一定频率的光子
D．原子的每一个能量状态都对应一个电子轨道，并且这些轨道是不连续的
8．关于玻尔的原子模型，下列说法正确的是(　　)
A．原子可以处于连续的能量状态中
B．原子的能量状态不是连续的
C．原子中的核外电子绕核做加速运动一定向外辐射能量
D．原子中的电子绕核运动的轨道半径是连续的
9．欲使处于基态的氢原子激发或电离，下列措施可行的是（
）
A．用的光子照射
B．用的光子照射
C．用的光子照射
D．用的光子照射
10．下列说法正确的是（
）
A．当氢原子从激发态跃迁到基态时，要吸收能量
B．由于每种原子都有自己的特征谱线，故可以根据原子光谱来鉴别物质
C．大量原子从的激发态向低能级跃迁时，产生的光谱线有3条
D．氢原子光谱线的频率与氢原子能级的能量差无关
11．人类认识原子结构和开发利用原子能经历了十分曲折的过程．请按要求回答下列问题．卢瑟福、玻尔、查德威克等科学家在原子结构或原子核的研究方面做出了卓越的贡献．请选择其中的两位，指出他们的主要成绩．
（1）___________________________________________________
（2）___________________________________________________
12．如图所示为氢原子的能级图，n为量子数，电子处在n＝3轨道上比处在n＝2轨道上离氢核的距离______
(选填“近”或“远”)，若氢原子由n＝3能级跃迁到n＝2能级的过程释放出的光子恰好能使某种金属产生光电效应，该金属的逸出功是___eV；一群氢原子从n＝4能级跃迁到基态形成的谱线中有____种频率的光照射该金属不能发生光电效应．
13．氢原子光谱的巴耳末线系中波长最长的谱线的波长为，其次为。求：
（1）的比值等于多少？
（2）其中最长波长的光子能量是多少？
14．如图所示为氢原子的能级图，现有大量氢原子处于第4能级。求：
（1）这些氢原子跃迁会产生多少种不同频率的光子；
（2）这些不同频率的光子照到逸出功为2.25eV的某种金属上，产生的光电子的最大初动能。
参考答案
1．A
【解析】
由题意，根据可得，，处于亚稳态E2的铬离子跃迁到基态时辐射出的光就是激光，设这种激光的波长为λ3，，由以上各式可得。
A.
与计算结果相符，A正确。
B.
与计算结果不符，B错误。
C.
与计算结果不符，C错误。
D.
与计算结果不符，D错误。
2．A
【解析】
对于量子数n=4的一群氢原子，当它们向较低的激发态成基态跃迁时，可能产生的谱线条数为，由此可判定氢原子吸收光子后的能量的能级是n=4，且从n=4到n=3放出的光子能量最小，频率最低即为v1，因此，处于n=3能极的氢原子吸收频率为v1的光子（能量ε=hv1），从n=3能级跃迁到n=4能级后，方可发出6种频率的光谱线。
A.
hv1与计算结果ε=hv1相符，故A符合题意；
B.
hv6与计算结果ε=hv1不相符，故B不符合题意；
C.
h（v5－v1）与计算结果ε=hv1不相符，故C不符合题意；
D.
h（v1+v2+…+v6）与计算结果ε=hv1不相符，故D不符合题意；
3．A
【解析】
汤姆孙通过研究阴极射线实验，发现了电子的存在，A正确；卢瑟福通过对α粒子散射实验现象的分析，证实了原子是由原子核和核外电子组成的，BC错误；巴尔末根据氢原子光谱分析，总结出了氢原子光谱可见光区波长公式，D错误．
4．C
【解析】
根据能级公式算出第1能级和第2能级能量，从而算出原子从2能级向1能级跃迁时释放的能量，而该能量使n=4能级上电子恰好电离后剩余能量即为俄歇电子的动能．
【详解】
由题意可知n=1能级能量为，n=2能级能量为，从n=2能级跃迁到n=1能级释放的能量为，从n=4能级能量为，电离需要能量为：，所以从n=4能级电离后的动能为：，C正确．
5．A
【解析】
试题分析：由图示可知，在A所示能级跃迁中释放光子的能量最小，辐射光波的波长越长．
考点：考查了原子跃迁
6．C
【解析】
试题分析：炽热固体发出的是连续谱，稀薄气体发光产生线状谱，所以并不是所有的光源发出的光谱都是连续光谱或线状谱，线状谱和暗线谱都对应某种元素的光谱，都可以对物质成分进行分析，故只有C对。
考点：光谱
连续光谱
线状谱
点评：熟记各种谱线的产生机理及区别是解题关键
7．C
【解析】
ABD．根据玻尔理论可知，原子只能处于一系列不连续的状态中，每个状态都对应一定的能量；原子中，虽然核外电子不断做变速运动，但只要能量状态不改变，就不会向外辐射能量；原子的每一个能量状态都对应一个电子轨道，并且这些轨道是不连续的，选项ABD正确；
C．原子从一种定态跃迁到另一种定态时，一定要辐射或吸收一定频率的光子，选项C错误.
8．B
【解析】
根据波尔理论知，电子的轨道半径是量子化的，半径是一系列不连续的特定值，且电子绕核旋转是定态，不向外辐射能量．原子的能量状态不可能是连续的，故B正确．
9．AC
【解析】
A.由氢原子的能级图可求得
即10.2eV是第二能级与基态之间的能量差，处于基态的氢原子吸收10.2eV能量的光子后将跃迁到第二能级态，可使处于基态的氢原子激发，A对；
B.，即不满足玻尔理论关于跃迁的条件，B错；
C.要使处于基态的氢原子电离，照射光的能量需大于等于13.6eV，而，故14eV能量的光子可使基态的氢原子电离，C对；
D.，既不满足玻尔理论关于跃迁的条件，也不能使氢原子电离，D错。
10．BC
【解析】
A.氢原子从激发态跃迁到基态时，要放出能量，A错；
B.每种原子都有自己的特征谱线，我们可以利用它来鉴别物质，B对；
C.大量原子从的激发态向低能级跃迁时，产生的光谱线数由知有3种，C对；
D.由能级公式可知，D错。
11．卢瑟福提出了原子的核式结构模型（或其他成就）
玻尔把量子理论引入原子模型，并成功解释了氢光谱（或其他成就）
【解析】
(1)[1]．卢瑟福根据α粒子散射实验，提出了原子的核式结构模型；
(2)[2]．玻尔把量子理论引入原子模型，次将量子化观念引入到微观领域，并成功解释了氢光谱；
12．
远；
1.89；
1；
【解析】量子数越大，轨道半径越大，距离原子核越远，电子处在n＝3轨道上比处在n＝2轨道上离氢核的距离远；
因为氢原子由n=3跃迁到n=2的过程释放出的光子恰好能使某种金属产生光电效应，即逸出功W0=E3?E2=3.4?1.51eV=1.89eV；
从n=4跃迁到n=1、2，从n=3跃迁到n=1、2，从n=2跃迁到n=1辐射的光子能量大于等于逸出功，则有5种频率的光子能使该金属产生光电效应。从n=4跃迁到n=3辐射的光子能量小于逸出功，只有1种频率的光不能使该金属发生光电效应．
13．（1）
（2）3.06×10－19J
【解析】
（1）由巴耳末公式可得：
所以。
（2）当n=3时，对应的波长最长，代入巴耳末公式有：
解得
光子能量为。
14．（1）6种；（2）10.5eV。
【解析】
（1）大量氢原子从n＝4的能级跃迁能产生＝6种不同频率的光；
（2）氢原子从n＝4的能级向n＝1发生跃迁，发射光子能量最大，产生的光电子的最大初动能也最大；
光子的能量：Em＝E4﹣E1＝﹣0.85﹣（﹣13.6）＝12.75eV
当照射光电管放出能量为：Ekm＝12.75﹣2.25＝10.5eV