江门市艺华高中2019-2020学年高中物理粤教版选修3-5：3.4原子的能级结构 质量检测（含解析）

3.4原子的能级结构
1．氢原子从能级A跃迁到能级B时，释放频率为的光子；氢原子从能级B跃迁到能级C时，吸收频率为的光子。若，则氢原子从能级A跃迁到能级C时，下列说法正确的是
A．释放频率为的光子 B．释放频率为的光子
C．吸收频率为的光子 D．吸收频率为的光子
2．根据玻尔理论，当氢原子发出一个光子后，下列结论不正确的是
A．原子的能量将减少 B．原子的电势能将减少
C．核外电子绕核运转的周期将减小 D．核外电子绕核运转的动能将减少
3．如图所示是氢原子四个能级的示意图，当氢原子从高能级向低能级跃迁时会辐射一定频率的光子，以下说法不正确的是

A．一个处于n=3能级的氢原子，自发跃迁时最多能辐射出三种不同频率的光子
B．根据玻尔理论可知，氢原子辐射出一个光子后，氢原子的电势能减小，核外电子动能增大
C．n=4能级的氢原子自发跃迁时，辐射光子的能量最大为12.75eV
D．用能量为11.0eV的电子轰击基态氢原子能使其跃迁到更高能级
4．如图所示为氢原子能级示意图，现有大量的氢原子处于n=4的激发态，当向低能级跃迁时辐射出若干不同频率的光，照射逸出功为2.5eV的金属，能发生光电效应的有（　　）
A．2种 B．3种 C．4种 D．5种
5．下列说法正确的是（　　）
A．亚里士多德提出重的物体比轻的物体下落的快，是没有事实依据凭空猜想出来的
B．牛頓通过大量的实验验证了牛顿第一定律的正确性
C．从金属表面逸出的光电子的最大初动能与照射光的强度无关，与照射光的频率成正比
D．根据玻尔理论可知：当氢原子的核外电子从低能级跃迁到高能级时，需要吸收能量，电子的轨道半径增大
6．氢原子的能级图如图所示，关于大量氢原子的能级跃迁，对处于n=3氢原子下列说法正确的是
A．氢原子可以吸收1.6eV的光子而发生电离
B．氢原子可以吸收0.97eV的光子而向高能级跃迁
C．氢原子向低能级跃迁时可辐射出3种不同频率的光子
D．氢原子向低能级跃迁时辐射出的所有光子，都可使极限频率为1.095×1015Hz的金属钨发生光电效应
7．处于基态的一群氢原子受某种单色光的照射时，只发射波长为λl、λ2、λ3的三种单色光，且λ3＞λ2＞λ1，则照射光的波长为 ( )
A．λ1 B．λ2+λ3 C． D．
8．已知金属铯的逸出功为1.88 eV，氢原子能级图如图所示，下列说法正确的是
A．一个处于n＝4能级的氢原子跃迁到基态，可能释放出6种频率的光子
B．若氢原子先从n＝3能级跃迁到n＝2能级，再从n＝2能级跃迁到n＝1能级，辐射出的光子通过同一干涉装置，则前者条纹间距更大
C．氢原子从n＝5能级跃迁到n＝3能级，辐射出的光子不能使金属铯发生光电效应
D．大量处于n＝2能级的氢原子跃迁到基态过程中发出的光照射由金属铯作为阴极的光电管，为使光电管电流为零，则反向电压可以是8.50V
9．氢原子能级如图所示，已知可见光光子的能量在1.61eV～3.10eV范围内，则下列说法正确的是（ ）
A．氢原子能量状态由n=2能级跃迁到n=1能级，放出光子为可见光
B．大量氢原子处于n=4能级时，向低能级跃迁能发出6种频率的光子
C．处于基态的氢原子电离需要释放13.6eV的能量
D．氢原子处于n=2能级时，可吸收2.86 eV能量的光子跃迁到高能级
10．关于原子模型，下列说法正确的是（　　）
A．汤姆孙发现电子，说明原子的“枣糕”模型是正确的
B．卢瑟福粒子散射实验说明原子核具有结构
C．按照玻尔理论，氢原子核外电子的轨道是量子化的
D．按照电子云概念，原子中电子的坐标没有确定的值
11．氢原子的能级如图所示，有一群处于n=4能级的S原子，发出的光子照射某金属能产生光电效应现象，则该金属的逸出功应小于________eV；若用其中发光频率最大的光子照射到逸出功为2.75eV的光电管上，则加在该光电管上的反向遏止电压为_______V。
12．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_____种频率不同的光子．若用其中频率最大的光照射到逸出功为2.75eV的光电管上，则加在该光电管上的遏止电压为______V．
13．有一群氢原子处于量子数n=3的激发态．已知量子数为n的能级为，氢原子基态的电子轨道半径为r，静电力常量为k，电子的电荷量为e，普朗克常量为h，真空中的光速为c．
（1）求这群原子发出光谱线的条数，并画出原子跃迁能级示意图；
（2）求这群原子跃迁发出的光子中，频率最大的光子波长；
（3）假设电子在基态轨道上做匀速圆周运动，求电子的动能．
14．氢原子的能级图如图所示,氢原子的能级跃迁到的能级时,辐射出能量为2.55eV的光子．
（1）最少要给基态的氢原子提供多少能量,才能使它跃迁到的能级
（2）请画出处于一群能级的氢原子可能的辐射跃迁图
参考答案
1．A
【解析】
【详解】
氢原子从能级A跃迁到能级B释放光子，则B能级的能量小于A能级的能量，从能级B跃迁到能级C，吸收光子，则B能级的能量小于C能级的能量；由于，可知C能级的能量小于A能级的能量。A与C能级间的能量为
所以从A到C将释放光子，根据玻尔理论可知
故A正确。
2．D
【解析】
【详解】
AB．原子发出一个光子后，其能量要减少;电子要到更小的轨道上运行，原子的势能即电子与原子核之间的库仑引力所对应的能量，距离减小势能减少。故AB不符合题意。
C．由，解得：
可知T随r的减小而减小。故C不符合题意。
D．由，解得：
动能随r的减小而增大。故D符合题意。
3．A
【解析】A、一个处于n=3能级的氢原子，自发跃迁时最多能辐射出二种不同频率的光子（3→2、2→1），故A不正确；B、氢原子辐射出一个光子后，从高能级向低能级跃迁，轨道半径减小，根据知，电子速率增大，动能增大，又由于氢原子能量减小，则氢原子电势能减小（或根据库仑力做正功判断也可），故B正确；C、n=4能级的氢原子自发跃迁时，辐射光子的能量最大为，故C正确；D、用能量为11.0eV的电子轰击基态氢原子，因为11.0eV>10.2 eV，所以能使其跃迁到更高能级，故D正确。本题选不正确的故选A.
【点睛】知道从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，以及知道原子的能量等于电子动能和电势能的总和，通过动能的变化可以得出电势能的变化．氢原子跃迁时放出的光子的频率取决于初末能级之差．
4．C
【解析】
考查原子跃迁、光电效应规律，根据相关规律分析计算可得。
【详解】
大量的氢原子处于n=4的激发态，总共可辐射出6种不同频率的光，而使金属发生光电效应的条件是光子的能量大于电子的逸出功，故可以发生光电效应的光子的能量值须大于等于2.5eV，其中n=4→1，n=3→1和n=2→1的光子的能量都大于2.5eV，n=4→2的光子的能量值等于2.55eV，也大于2.5eV，n=3→2的光子的能量为1.89eV，n=4→3的光子的能量值为0.66eV，都小于2.5eV．所以照射逸出功为2.5eV的金属，能发生光电效应的有4种。故C符合题意，ABD不符合题意。
【点睛】
氢原子从高能级向低能级跃迁时要向外辐射能量，辐射能量等于两个能级差对应的能量，能级差越大，辐射光子的能量越大，频率越大，波长越短。发生光电效应的条件是入射光子的能量大于等于逸出功。
5．D
【解析】
【详解】
A.亚里士多德提出重的物体比轻的物体下落的快，是根据生活经验猜想出来的.故选项A不符合题意.
B.牛顿第一定律是逻辑思维的产物，不能用实验验证.故选项B不符合题意.
C. 根据光电效应方程
EKm=hv-W0
知光电子的最大初动能与光子的频率成一次函数关系，不是正比关系；光电子的最大初动能与光强无关.故选项C不符合题意.
D. 根据玻尔理论可知：当氢原子的核外电子从低能级跃迁到高能级时，需要吸收能量，电子的轨道半径增大.故选项D符合题意.
6．ABC
【解析】
【详解】
A． n=3能级的能量为-1.51eV，则氢原子可以吸收1.6eV的光子而发生电离，选项A正确；
B．因-1.51eV+0.97eV=-0.54 eV，则氢原子可以吸收0.97eV的光子而向n=5的高能级跃迁，选项B正确；
C．处于n=3能级的氢原子向低能级跃迁时可辐射出种不同频率的光子，选项C正确；
D．根据
；
处于n=3的氢原子向低能级跃迁时辐射出的光子能量分别为：
则氢原子向低能级跃迁时辐射出的所有光子中，有两种可使金属钨发生光电效应，选项D错误。
7．AD
【解析】
能放出三种光，说明此时氢原子处在第3能级，从第三能级跃迁到基态时放出光子能量为
或者
能使处于基态氢原子跃迁的光子能量和第三能级与基态之间能级差相等，所以
，
或者
解得：
A. λ1与分析相符，故A项与题意相符；
B. λ2+λ3与分析不相符，故B项与题意不相符；
C. 与分析不相符，故C项与题意不相符；
D. 与分析相符，故D项与题意相符．
8．BCD
【解析】
【详解】
A．大量处于n=4能级的氢原子，跃迁到基态的过程中，根据，因此释放出6种频率的光子。故A正确。
B．n=3与n=2间的能级差小于n=2与n=1间的能级差，则前者光子的能量小于后者光子的能量。前者光的频率小，则波长长，根据，可知前者光的双缝干涉条纹间距大。故B正确。
C．氢原子从n＝5能级跃迁到n＝3能级释放的能量为0.97eV，小于金属铯的逸出功，所以辐射出的光子不能使金属铯发生光电效应。故D正确。
D．根据辐射的光子能量等于两能级间的能级差，可知，n=2能级的氢原子跃迁到基态过程中发出的光能量为△E′=13.6-3.4=10.2eV，再根据EKm=hv-W，则有产生的光电子最大初动能为：
EKm=10.2-1.88=8.32eV
可得反向电压为8.32V，所以反向电压为8.50V时，光电管电流为零。故D正确。
9．BD
【解析】
根据，由n=2能级跃到n=1能级产生的光子能量为，大于可见光的能量范围，故放出的光子不是可见光，故A错误；处于n=4能级的激发态氢原子向低能级跃迁时，能产生种不同频率的光子，故B正确．处于基态的氢原子电离需要吸收13.6eV的能量，故C错误．电子处于n=2能级吸收能量为2.86eV的光子，能量变为-0.54eV，即将跃迁到n=5能级，故D正确．选BD.
10．CD
【解析】
【详解】
A.汤姆生发现电子，提出原子的枣糕模型，故A错误。
B.卢瑟福通过α粒子散射实验得出原子的核式结构模型，故B错误。
C.按照玻尔理论，氢原子核外电子的轨道是量子化的，故C正确。
D.氢原子核外电子的轨道是量子化的，结合测不准原理可知，电子的轨道是测不准的，其轨道只能是在一定的范围内出现的概率的大小，即电子云。故D正确。
11． 12.75 10
【解析】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．
发出的光子照射某金属能产生光电效应现象，则光电子的动能恰好为0时，该金属的逸出功最大，是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，所以加在该光电管上的遏止电压为 10eV．
12． 6 10
【解析】大量处于n=4激发态的氢原子跃迁时，发出种频率不同的光子．若用其中频率最大的光子的能量E=（-0.85）-（-13.6）=12.75eV，光照射到逸出功为2.75eV的光电管上，最大初动能为12.75-2.75=10eV，根据Ekm=eU，可知加在该光电管上的遏止电压为10V．
13．(1) 3条
(2) (3)
【解析】
（1）根据=3，这群原子发出光谱线的条数为3条，如图所示：
(2) 与频率最大的一条光谱线对应的能级差为E3-E1
，E3=
代入解得：
(3) 设电子的质量为m，在基态轨道上的速度为υ1，根据牛顿第二定律和库仑定律有

联立解得：
点睛：频率最大的对应原子从3能级跃迁到1能级，能级间发生跃迁时吸收或辐射的光子能量等于两能级间的能级差，由此确定辐射的最长波长．根据高能级跃迁到低能级画图，由能级公式计算各能级的能级值；根据库仑引力提供向心力求出电子在基态轨道上运动的速率，再求出动能．
14．（1）12.75eV （2）
【解析】
（1）氢原子从的能级跃迁到的能级时，辐射光子的频率应满足：
；
解得：；
结合题图可知：，基态氢原子要跃迁到的能级应提供的能量为：
（2）辐射跃迁图如图所示：