广州市白云中学2019-2020学年高中物理粤教版选修3-5：3.3氢原子光谱 同步练习（含解析）

3.3氢原子光谱
1．从氢气放电管可以获得氢原子的光谱，1885年，巴尔末发现这些谱线能够用一个公式表示，即：，其中n = 3，4，5，…，R = 1.10 × 107 m?1，这个公式称为巴尔末公式。如图所示为氢原子光谱中的三条谱线，下列对这三条谱线的描述正确的是（　　）
A．Hα谱线光子能量最大
B．Hβ谱线是电子由激发态向基态跃迁时发出的
C．Hγ谱线是电子在两个激发态间跃迁时发出的
D．每条谱线对应核外电子绕核旋转的一条轨道，任一谱线的频率等于电子做圆周运动的频率
2．氢原子的能级如图所示，已知可见光的光子能量范围约为1.62～3.11 eV。下列说法不正确的( )
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，不可能发出可见光
C．大量处于n＝4能级的氢原子向低能级跃迁时，可能发出6种不同频率的光
D．一个处于n＝3能级的氢原子向低能级跃迁时，最多可最多可能发出3种不同频率的光
3．物理学史的学习是物理学习中很重要的一部分，下列关于物理学史叙述中不正确的是 ( )
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，提出了原子的核式结构模型
C．爱因斯坦发现了光电效应，并提出了光量子理论成功解释了光电效应
D．巴耳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
4．如图是氢原子能级示意图的一部分则（ ）
A．电子在各能级出现的概率是一样的
B．一个氢原子从 n=4 的能级向低能级跃迁时最多发出 3 种频率的光
C．一个动能是 13.6eV 的原子撞击处于基态的氢原子，一定能使它电离
D．一个氢原子从 n=4 的能级向低能级跃迁时，能辐射出的光子中，波长最长的是从 n=4 到 n=1 的轨道跃迁时放出的光子
5．对原子光谱，下列说法错误的是（ ）
A．原子光谱是不连续的
B．由于原子都是由原子核和电子组成的，所以各种原子的原子光谱是相同的
C．各种原子的原子结构不同，所以各种原子的原子光谱也不相同
D．分析物质发光的光谱可以鉴别物质中含哪些元素
6．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，发现了电子和质子的存在
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．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．汤姆孙提出的原子模型同卢瑟福的原子核式结构学说相互包容
7．氢原子光谱的巴耳末公式是（n＝3，4，5……），氢原子光谱的巴耳末系中波长最长的光波的光子能量为E1，其次E2，则为（　　）
A． B． C． D．
8．下面四幅图描述的场景分别是：图甲是测量单摆的周期时选取计时的开始（和终止）的位置；图乙是用惠更斯原理解释球面波的传播；图丙是产生电磁振荡的电路；图丁是氢原子能级图。下列关于四幅图的说法正确的是（　　）
A．图甲中取小球到达最高点时作为计时起点较好
B．图乙中波面上的每一点都可以看成新的子波源
C．图丙中开关从a端拨到b端的一瞬间线圈L中的磁场能最大
D．图丁中的若干条“跃迁线”说明氢原子光谱是连续谱
9．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
10．利用光谱分析的方法能够鉴别物质和确定物质的组成成分，关于光谱分析下列说法正确的是（ ）
A．利用高温物体的连续谱就可鉴别其组成成分
B．利用物质的线状谱就可鉴别其组成成分
C．高温物体发出的光通过物质后的光谱上的暗线反映了高温物体的组成成分
D．同一种物质的线状谱与吸收光谱上的暗线，由于光谱的不同，它们没有关系
11．用电磁波照射氢原子，使它从能量为的基态跃迁到能量为的激发态，则该电磁波的频率等于______；处在能级的大量的氢原子向低能级跃迁所辐射的光子的频率最多有______种。
12．氢原子从n＝3的能级跃迁到n＝2的能级放出光子的频率为ν，则它从基态跃迁到n＝4的能级吸收的光子频率为________．
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．已知氢原子光谱中巴耳末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.
（3）试计算巴耳末系中波长最短的光对应的波长.
参考答案
1．C
【解析】
A．根据，Hγ谱线光子能量最大，故A错误；
B．巴尔末系的Hβ谱线是电子由激发态的高能级向第二能级跃迁时产生的，故B错误；
C．Hγ谱线是电子在两个激发态间跃迁发出的，是电子由激发态的高能级向第二能级跃迁时产生的，故C正确；
D．电子跃迁时辐射的光子的频率等于能级差值，与电子绕核做圆周运动的频率无关，故D错误。
故选C。
2．D
【解析】
A．紫外线的频率比可见光的高，因此紫外线的光子的能量应大于，而处于n=3能级的氢原子其电离能力仅为
所以处于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，故A正确，选项A不符合题意；
B．大量氢原子从高能级向n=3能级跃迁时发出的光子能量小于，小于可见光的频率，故B正确，选项B不符合题意；
C．根据
可知可能发出6种不同频率的光，故C正确，C不符合题意；
D．一个处于n=3能级的氢原子向低能级跃迁时，最多可能发出
种不同频率的光，故D错误，选项D符合题意。
故选D。
3．C
【解析】
A．1897年汤姆孙根据放电管中的阴极射线在电磁场和磁场作用下的轨迹确定阴极射线中的粒子带负电，并测出其荷质比，这在一定意义上是历史上第一次发现电子，故A正确；
B．卢瑟福的 粒子散射实验结果：绝大多数粒子穿过金箔后仍沿原来的方向前进，但有少数粒子发生了较大的偏转，并有极少数粒子的偏转超过90°，有的甚至几乎达到180°而被反弹回来，这就是α粒子的散射现象。通过分析并提出了原子的核式结构模型，故B正确；
C．光电现象由德国物理学家赫兹于1887年发现，故C错误，符合题意；
D．巴耳末，瑞士数学家、物理学家。主要贡献是建立了氢原子光谱波长的经验公式——巴耳末公式，故D正确。
故选C。
4．B
【解析】
A．处于不同能级时，核外电子在各处出现的概率是不一样的，故A错误；
B．一个氢原子从 n=4 的能级向低能级逐级跃迁时光子数最多，从n=4到n=3、n=3到n=2、n=2到n=1，共3种，故B正确。
C．一个动能是 13.6eV 的原子撞击处于基态的氢原子，动能如果不能被全部吸收，那么就不能使它电离，故C错误。
D．根据

得

可知，光子波长越长，对应的能量越低，可见一个氢原子从 n=4 的能级向低能级跃迁时，能辐射出的光子中，波长最长的是从 n=4 到 n=3 的轨道跃迁时放出的光子，故D错误。
故选B。
5．B
【解析】
A.原子光谱为线状谱，A正确；
BC.各种原子都有自己的特征谱线，故B错、C对；
D.据各种原子的特征谱线进行光谱分析可鉴别物质组成，D正确。
6．C
【解析】
A．汤姆孙通过研究阴极射线实验，发现了电子；卢瑟福发现了质子，故A错误；
B．卢瑟福通过对α粒子散射实验现象的分析，建立了原子的核式结构理论，故B错误；
C．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，故C正确；
D．玻尔提出的原子模型同卢瑟福的原子核式结构学说相互包容，故D错误。
故选C。
7．A
【解析】
当n=3时，波长最大
根据则有
同理，当n=4时，则有
则
故A正确，BCD错误。
故选A。
8．B
【解析】
A．图甲中取小球到达平衡位置时作为计时起点较好，选项A错误；
B．图乙中波面上的每一点都可以看成新的子波源，选项B正确；
C．图丙中开关从a端拨到b端的一瞬间，电容器要开始放电，此时振荡回路中电流为零，此时线圈L中的磁场能最小，选项C错误；
D．图丁中的若干条“跃迁线”说明氢原子光谱是不连续谱，选项D错误。
故选B。
9．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。
10．B
【解析】
A.由于高温物体的光谱包括了各种频率的光，与其组成成分无关，故A错误；
B.某种物质发光的线状谱中的亮线与某种原子发出的某频率的光有关，通过这些亮线与原子的特征谱对照，即可确定物质的组成成分，B正确；
C.高温物体发出的光通过物质后某些频率的光被吸收而形成暗线，这些暗线与所经物质有关，C错误；
D.某种物质发出某种频率的光，当光通过这种物质时它也会吸收这种频率的光，因此线状谱中的亮线与吸收光谱中的暗线相对应，D错误。
11． 10
【解析】
由玻尔理论可得，该电磁波的频率为
处在能级的大量的氢原子向低能级跃迁所辐射的光子的频率最多有
种。
12．
【解析】
设氢原子基态能量为E1，则由玻尔理论可得：E1－E1＝hν，E1－E1＝hν41，解得：吸收的光子频率ν41＝ν.
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），；（3）
【解析】
（1）巴耳末系中第一条谱线为，即
解得：
；
（2）巴耳末系中第四条谱线对应，则：
解得：
对应光子的能量：
；
（3）在巴耳末系中，当时，对应的波长最短，即
，
解得：
；