山东省济南历城四中2019-2020学年高中物理鲁科版选修3-5：2.4氢原子光谱与能级结构 达标作业（含解析）

2.4氢原子光谱与能级结构
1．氢原子能级如图所示，则下列说法正确的是
A．氢原子能级越高原子的能量越大，电子绕核运动的轨道半径越大，动能也越大
B．用动能为12.3eV的电子射向一群处于基态的氢原子，原子有可能跃迁到n=2的能级
C．用光子能量为12.3eV的光照射一群处于基态的氢原子，氢原子有可能跃迁到n=2的能级
D．用光子能量为1.75eV的可见光照射大量处于n=3能级的氢原子时，氢原子不能发生电离
2．一种利用红外线感应控制的紫外线灯，人在时自动切断紫外线灯电源，人离开时自动开启紫外线灯杀菌消毒。已知红外线的光子最高能量是1.61eV，紫外线的光子最低能量是3.11eV；如图是氢原子能级示意图，则大量氢原子（　　）
A．从n=2跃迁到低能级过程只可能辐射出红外线
B．从n=3跃迁到低能级过程不可能辐射出红外线
C．从n=4跃迁到低能级过程只可能辐射出紫外线
D．从n=5跃迁到低能级过程不可能辐射出紫外线
3．根据玻尔的原子模型，当氢原子吸收一个光子后（　　）
A．氢原子的电势能增大
B．氢原子的总能量减小
C．电子绕核运动的动能增大
D．电子绕核运动的半径减小
4．氦氖激光器能产生三种波长的激光，其中两种波长分别为λ1=0.632 8 μm，λ2=3.39 μm．已知波长为λ1的激光是氖原子在能级间隔为ΔE1=1.96 eV的两个能级之间跃迁产生的．用ΔE2表示产生波长为λ2的激光所对应的跃迁的能级间隔，则ΔE2的近似值为
A．10.50 eV B．0.98 eV C．0.53 eV D．0.37 eV
5．如图所示为氢原子的能级示意图，一群处于n=4能级的氢原子，在向较低能级跃迁的过程中能向外发出几种频率的光子，用这些光照射逸出功为2.49eV的金属钠有几种能使其产生光电效应（　　）
A．6、3 B．6、4 C．4、3 D．4、4
6．一个氢原子从基态跃迁到n=2的激发态。该氢原子（　　）
A．吸收光子，能量增加 B．吸收光子，能量减少
C．放出光子，能量增加 D．放出光子，能量减少
7．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的线状谱不同
B．每种原子处在不同的物质中的线状谱不同
C．每种原子在任何条件下的线状谱都相同
D．两种不同的原子的线状谱可能相同
8．如图为氢原子的能级示意图，锌的逸出功是3.34eV，下列对氢原子在能级跃迁过程中发射或吸收光子的特征认识正确的是（　　）
A．用氢原子从高能级向基态跃迁时发射的光照射锌板一定不能发生光电效应现象
B．一群处于n=3能级的氢原子向基态跃迁时，能放出3种不同频率的光
C．一群处于n=3能级的氢原子向基态跃迁时，发出的光照射锌板，锌板表面所发出的光电子的最大初动能为8.75eV
D．用能量为10.3eV的光子照射，可使处于基态的氢原子跃迁到激发态
9．氢原子的能级如图所示，已知可见的光的光子能量范围约为1.62eV—3.11eV，下列说法正确的是（ ）
A．处于n = 3能级的氢原子可以吸收任意频率的紫外线，并发生电离
B．大量氢原子从高能级向n = 3能级跃迁时，发出的光具有显著的热效应
C．大量处于n＝4能级的氢原子向低能级跃迁时，可能发出3种不同频率的光
D．大量处于n＝4是能级的氢原子向低能级跃迁时，可能发出2种不同频率的可见光
10．如图为氢原子能级图，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10.2eV的光子照射 B．用11eV的光子照射
C．用14eV的光子照射 D．用动能为11eV的电子撞击
11．如图，一群处于n＝5能级的氢原子在向n＝1的能级跃迁的过程中，放出____种频率不同的光子；放出的光子的最小能量为 ____eV.
12．白炽灯的光谱是________光谱；太阳的光谱是________光谱（填“线状”或“连续”）
13．试计算氢原子光谱中赖曼系中的最长波和最短波的波长.
14．氢原子处于基态的能级值为﹣E0，普朗克常量为h．原子从能级n＝2向n＝1跃迁所放出的光子，正好使某种金属材料产生光电效应．有一群处于n＝4能级的氢原子向较低能级跃迁时所发出的光照射该金属．求该金属的截止频率ν0和产生光电子最大初动能Ek．
参考答案
1．B
【解析】
根据玻尔理论，氢原子能级越高原子的能量越大，电子绕核运动的轨道半径越大，根据 可知动能越小，选项A错误；因12.3eV大于n=1和n=2之间的能级差10.2eV，则用动能为12.3eV的电子射向一群处于基态的氢原子，原子有可能跃迁到n=2的能级，选项B正确；因12.3eV不等于n=1和n=2之间的能级差，则用光子能量为12.3eV的光照射一群处于基态的氢原子，光子不能被氢原子吸收，则氢原子不能跃迁到n=2的能级，选项C错误；用光子能量为1.75eV的可见光照射大量处于n=3能级的氢原子时，氢原子能发生电离，选项D错误.
2．B
【解析】
A．从n=2跃迁到低能级过程中辐射的光子能量为
由题意可知该光子属于紫外线，故A错误；
B．从n=3跃迁到低能级过程中，跃迁到n=2能级过程辐射的光子能量最小，其值为
该光子能量大于红外线光子的最高能量，其他光子能量均大于该光子，故B正确；
C．从n=4跃迁到n=3能级辐射的光子能量为
该光子属于红外线，故C错误；
D．从n=5跃迁到低能级过程中辐射的光子能量最大为
该光子属于紫外线，故D错误；
故选B。
3．A
【解析】
处于基态的氢原子吸收一个光子后跃迁到高能级后，氢原子的总能量增大，电子的轨道半径增大，由
又
联立解得
可知电子的动能减小，由于库伦力做负功，则电势能增大，故A正确，BCD错误。
故选A。
4．D
【解析】
氦氖激光器能产生三种波长的激光，其中两种波长分别为λ1=0.632?8?μm，λ2=3.39?μm．
辐射光子的能量与能级差存在这样的关系△E=，△E1=，△E2=，
联立两式得，△E2=0.37eV．
故D正确，ABC错误．故选D．
5．B
【解析】
一群氢原子处于n=4的激发态，在向较低能级跃迁的过程中向外发出光子，可以释放6种不同能量的光子，从n=4跃迁到n=1，辐射的光子能量为12.75eV，从n=4跃迁到n=2，辐射的光子能量为2.55eV，由n=4跃迁到n=3，辐射的光子能量为0.66eV，从n=3跃迁到n=1，辐射的光子能量为12.09eV，从n=3跃迁到n=2，辐射的光子能量为1.89eV，由n=2跃迁到n=1，辐射的光子能量为10.2eV，可见有4种光子能量大于金属的逸出功，所以有4种频率的光能使金属钠发生光电效应，故B正确，ACD错误。
故选B。
6．A
【解析】
一个氢原子从基态跃迁到n=2的激发态，即从低能级向高能级跃迁，需要吸收光子，能量增加，故A正确，BCD错误。
故选A。
7．C
【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、物质不同而改变，故C正确ABD错误。
故选C。
8．BC
【解析】
A．从高能级向基态跃迁最小能量值为
故一定能产生光电效应，故A错误；
B．从n=3向基态跃迁时，辐射的光子频率种类为
故B正确；
C．从n=3跃迁到n=1辐射光子的能量为
照射锌板的最大初动能
故C正确；
D．10.3eV的光子能量不能满足能级差公式，不会使基态的氢原子跃迁，故D错误。
故选BC。
9．ABD
【解析】
A．n=3能级的氢原子能量是-1.51eV，紫外线的频率大于3.11eV，所以吸收紫外线后，能量一定大于0，氢原子一定发生电离，A正确；
B．氢原子从高能级向n=3能级跃迁时发出的光子能量小于1.51eV，小于可见光的频率，有可能是红外线，红外线有显著的热效应，B正确；
CD．根据，知能放出6种不同频率的光，因为可见光的光子能量范围约为1.62eV～3.11eV，满足此范围的有：n=4到n=2，n=3到n=2．所以可将有2种不同频率的可见光，C错误D正确．
故选ABD。
10．ACD
【解析】
A．用10.2eV的光子照射，即
?13.6eV +10.2eV=?3.4eV
跃迁到第二能级，故A正确；
B．因为
?13.6 eV +11eV=?2.6eV
不能被吸收，故B错误；
C．用14eV的光子照射，即
?13.6eV +14eV>0
氢原子被电离，故C正确；
D．用11eV的动能的电子碰撞，氢原子可能吸收10.2eV能量，跃迁到第二能级，故D正确。
故选ACD。
11．10 0.31
【解析】
[1]根据，可知，放出10种频率不同的光子，从能级5跃迁到能级1放出的光子能量最大，从能级5跃迁到能级4放出的光子能量最小，即。
12．连续 线状
【解析】
炽热的液体发射连续光谱、白炽灯的光谱是连续光谱；太阳光谱是吸收光谱，其中的暗线，是太阳光经过太阳大气层时某些特定频率的光被吸收后而产生，是线状谱。
13．最长波的波长为；最短波的波长为
【解析】
根据赖曼系波长倒数公式
，
可得：
，
当时波长最长，其值为
当时，波长最短，其值为
.
14．（1） （2）
【解析】
抓住原子从能级n=2向n=1跃迁所放出的光子，正好使某种金属材料产生光电效应，求出金属的逸出功，从而得出金属的截止频率，根据光电效应方程求出光电子的最大初动能．
【详解】
原子从能级n＝2向n＝1跃迁所放出的光子，正好使某种金属材料产生光电效应，可知两能级间的能级差等于金属的逸出功，根据E2﹣E1＝hv0得金属的截止频率为： ；逸出功为：W0＝E2﹣E1＝，处于n＝4能级的氢原子向较低能级跃迁时放出的最大光子能量为：hv＝E4﹣E1＝ ﹣（﹣E0）＝ ，则光电子的最大初动能为：Ekm＝hv﹣W0＝﹣＝．