广州市第六十五中学2019-2020学年高中物理粤教版选修3-5：3.4原子的能级结构 课时训练（含解析）

3.4原子的能级结构
1．关于原子结构，下列说法错误的是
A．汤姆孙根据气体放电管实验断定阴极射线是带负电的粒子流，并求出了这种粒子的比荷
B．卢瑟福粒子散射实验表明：原子中带正电部分的体积很小，电子在带正电部分的外面运动
C．各种原子的发射光谱都是连续谱
D．玻尔在原子核式结构模塑的基础上，结合普朗克的量子概念，提出了玻尔的原子模型
2．大量处于基态的氢原子在某单色光束照射下，只能发出频率为v?1、v2、v3的三种光，且v1A．hv1 B．hv2 C．hv3 D．h（v1＋v2＋v3）
3．欲使处于基态的氢原子跃迁，下列措施不可行的是
A．用能量为的光子照射氢原子 B．用能量为的光子照射氢原子
C．用能量为的光子照射氢原子 D．用能量为的电子与氢原子发生碰撞
4．根据玻尔理论，关于氢原子的能量，下列说法中正确的是（ ）
A．是一系列不连续的任意值
B．是一系列不连续的特定值
C．可以取任意值
D．可以在某一范围内取任意值
5．氮原子被电离出一个核外电子，形成类氢结构的氮离子，已知基态的氮离子能量为.氢离子能级的示意图如图所示，在具有下列能量的光子中，不能被基态氮离子吸收的是
A． B． C． D．
6．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，这一现象叫作俄歇效应，以这种方式脱离原子的电子叫作俄歇电子．已知铬原子的能级公式可简化表示为，式中n＝1，2，3，…，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．
7．用能量为12.30 eV的光子去照射一群处于基态的氢原子，则受到光的照射后下列关于氢原子跃迁的说法正确的是( )
A．电子能跃迁到n=2的能级上去
B．电子能跃迁到n=3的能级上去
C．电子能跃迁到n=4的能级上去
D．电子不能跃迁到其他能级上去
8．图示为氢原子能级示意图，己知大量处于n＝2能级的氢原子，当它们受到某种频率的光线照射后，可辐射出6种频率的光子，下面说法中正确的是

A．n＝2能级氢原子受到照射后跃迁到n＝5能级
B．n＝2能级氢原子吸收的能量为2.55eV
C．频率最高的光子是氢原子从n＝3能级跃迁到n＝l能级放出的
D．波长最大的光子是氢原子从n＝4能级跃迁到n＝1能级放出的
9．如图所示为氢原子的能级图，若氢原子群A处于n=2的能级，氢原子群B处于n=3的能级．则下列说法正确的是
A．原子群B最多可能辐射出2种频率的光子
B．原子群A能够吸收原子B发出的光子并跃迁到n=4的能级
C．若要使原子群A发生电离，所吸收的光子的能量可以大于3.4 eV
D．若原子群A辐射出的光能使某金属发生光电效应，则原子群B可能辐射出的所有光也都能使该金属发生光电效应
10．关于氢原子能级的跃迁，下列叙述中正确的是( )
A．用波长为60 nm的X射线照射，可使处于基态的氢原子电离出自由电子
B．用能量为10.2 eV的光子照射，可使处于基态的氢原子跃迁到激发态
C．用能量为11.0 eV的光子照射，可使处于基态的氢原子跃迁到激发态
D．用能量为12.5 eV的光子照射，可使处于基态的氢原子跃迁到激发态
11．如图所示为氢原子的能级图，莱曼线系是氢原子从n=2，3，4，5……激发态跃迁到基态时辐射的光谱线系，辐射出光子的最小频率为______，该光子被某种金属吸收后，逸出的光电子最大初动能为Ek，则该金属的逸出功为_________．已知普朗克常量为h，氢原子处于基态时的能级为E1．
12．一群氢原子处于量子数n=4能级状态，氢原子的能级图如图甲所示，氢原子可能发射______种频率的光子；用n=4的能级跃迁到n=2的能级时辐射的光子照射图乙表中___种金属，能发生光电效应的有_____种金属．
13．已知氢原子处于基态时的能级值为-13.6eV，普朗克常量h=6.63×10-34J·s，如果大量氢原子处在n=4的能级：
(1)会辐射出几种频率的光?
(2)其中波长最长的光是在哪两个能级之间跃迁时发出的?
(3)金属钠的截止频率为5.53×1014Hz，请通过计算判断，让这些氢原子辐射的光照射金属钠板，能发生光电效应的光共有几种?
14．氢原子第n能级的能量为En＝，其中E1是基态能量，而n＝1,2，…，若一氢原子发射能量为－E1的光子后处于比基态能量高出－E1的激发态，则氢原子发射光子前、后分别处于第几能级？
参考答案
1．C
【解析】
A．汤姆孙通过研究求出了阴极射线的比荷，明确了阴极射线是电子流，故A不符合题意；
B．极少数粒子发生了大角度偏转，表明原子全部正电荷集中在原子中央很小的体积内，电子在带正电部分的外面运动，故B不符合题意；
C．各种原子的发射光谱都是线状谱，不是连续谱，故C符合题意；
D．玻尔在原子核式结构模型的基础上，结合普朗克的量子概念，提出了玻尔的原子模型，故D不符合题意；
故选C。
2．C
【解析】
氢原子能释放出三种不同频率的光子，知氢原子被单色光照射后跃迁到第3能级，吸收的光子能量等于两能级间的能级差．
【详解】
由题意可知，氢原子吸收能量后跃迁到第三能级，则吸收的能量等于n=1和n=3能级间的能级差，即单色光的能量E=hv3．故C正确，A、B、D错误．
故选C．
3．B
【解析】
【详解】
AB．由玻尔理论的跃迁假设可知，氢原子跃迁时，只能吸收能量值刚好等于两能级能量差的光子，根据氢原子能级图不难算出，刚好为氢原子和两能级的能量差，而则不等于氢原子任一激发态和基态的能量差，因而氢原子能吸收能量为的光子被激发，而不能吸收能量为的光子，故A不符合题意，B符合题意；
C．对于能量为的光子，其能量大于氢原子的电离能，可使氢原子电离，而不受氢原子能级间跃迁条件限制，由能量守恒定律可知，氢原子吸收能量为的光子电离后产生的自由电子仍具有的动能，故C不符合题意；
D．用电子去碰撞氢原子时，入射电子的动能可全部或部分地被氢原子吸收，所以只要入射电子的动能大于或等于某个激发态和基态的能量差，就可使氢原子发生跃迁，故D不符合题意；
故选B。
4．B
【解析】
【详解】
根据波尔理论，氢原子的能量是一系列不连续的特定值。
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项与上述分析结论不相符，故C不符合题意；
D. D项与上述分析结论不相符，故D不符合题意。
5．B
【解析】
【详解】
要吸收光子发生跃迁需要满足一定的条件，即吸收的光子的能量必须等于某两个能级的能量差；
A．由能级示意图可知第2能级和基态能级差为：
的光子能量能被基态氮离子吸收，故A不符合题意；
B．没有能级之间的能量差和的光子能量相等，所以的光子能量被基态氮离子吸收，故B符合题意；
C．由能级示意图可知第4能级和基态能级差为：
的光子能量能被基态氮离子吸收，故C不符合题意；
D．当光子能量大于等于基态能量时，将被处于基态离子吸收并能使其电离，所以的光子能量能被吸收，故D不符合题意；
故选B。
6．D
【解析】
试题分析：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．
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，D正确．
7．D
【解析】
用能量为12.30eV的光子去照射一群处于基态的氢原子，由于12.30eV的能量不等于任何一个能级与基态间的能级差，可知该光子不能被吸收而发生跃迁，故D正确，A. B.?C错误．
故选D．
【名师点睛】
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，当吸收的光子能量等于两能级间的能级差，可以发生跃迁．
8．B
【解析】大量处于n＝2能级的氢原子，当它们受到某种频率的光线照射后，可辐射出6种频率的光子可知n＝2能级氢原子受到照射后跃迁到n＝4能级，吸收的能量为（-0.85）-（-3.4）=2.55eV，选项B正确；频率最高的光子对应的能级差最大，则是氢原子从n＝4能级跃迁到n＝l能级放出的，选项C错误；波长最大的光子对应的能级差最小，则是氢原子从n＝4能级跃迁到n＝3能级放出的，选项D错误；故选B.
9．C
【解析】
【详解】
A．根据知，大量n=3能级的氢原子可以辐射出三种不同频率的光子，A错误；
B．根据辐射的光子能量等于两能级间的能级差，可知，原子群A能够吸收时，才能跃迁到n=4的能级，而原子B发出的光子大于或小于2.55eV，B错误；
C．若氢原子群A处于n=2的能级，E2=-3.4eV，要使原子群A发生电离，所吸收的光子的能量可以大于3.4eV，至少等于3.4eV，C正确；
D．若原子群A辐射出的光能使金属发生光电效应，根据辐射的光子能量等于两能级间的能级差，可知，则原子群B从n=3到n=2能级，辐射出的光不能使该金属发生光电效应，D错误．
故选C。
10．AB
【解析】
根据玻尔理论，只有那些能量刚好等于两能级间的能量差的光子才能被氢原子所吸收(即hν＝Em－En)，使氢原子发生跃迁．当氢原子由基态向n＝2、3、4…轨道跃迁时应吸收的光子能量分别为：
ΔE21＝E2－E1＝－E1＝－eV－(－13.6)eV＝10.20 eV，
ΔE31＝E3－E1＝－E1＝－eV－(－13.6)eV＝12.09 eV，
ΔE41＝E4－E1＝－E1＝－eV－(－13.6)eV＝12.75 eV，
ΔE∞1＝0－E1＝－(－13.6 eV)＝13.6 eV(电离)．
波长为λ＝60 nm的X射线，其光子能量E＝h·＝6.63×10－34×J＝3.315×10－18 J＝20.71 eV>ΔE∞1.所以可使氢原子电离，A正确；比较B、C、D选项中的光子能量与各能级与基态的能量差，知道只有B项中光子可使氢原子从基态跃迁到n＝2的激发态，B正确．故选AB.
【点睛】
解决本题的关键知道能级间跃迁所满足的规律，即Em-En=hv．能级间发生跃迁吸收的光子能量能用两能级间的能级差．基态的氢原子吸收的能量若大于等于13.61eV，则会发生电离．
11．
【解析】
由激发态跃迁到基态的能级差越小，辐射出的光子能量越小，则从n=2跃迁到n=1辐射出的光子频率最小，，而，可得；根据爱因斯坦的光电效应方程，可得.
【点睛】解决本题的关键掌握光电效应的条件，以及知道能级间跃迁辐射的光子能量等于两能级间的能级差
12．6 3
【解析】
根据 知,氢原子可能发射6种不同频率的光子.?
用n=4的能级跃迁到n=2的能级时辐射的光子能量为：根据光电效应发生条件,入射光的频率大于极限频率,因此有3种金属能发生光电效应现象,?
13．(1)6种(2)从第四能级向第三能级跃迁时：光子的能量最小，波长最长(3) 4种
【解析】
(1)大量处在n=4能级的氢原子向低能级跃迁时能辐射的不同频率的光子数为=6种；
(2)从第四能级向第三能级跃迁时：光子的能量最小，波长最长．
(3)由可得：



故能发生光电效应的共有四种
14．4　2
【解析】
设氢原子发射光子前、后分别处于第n与第m能级，根据玻尔理论有：
①
②
联立①②式解得：n=4；m=2