惠阳区第三中学2019-2020学年高中物理粤教版选修3-5：3.4原子的能级结构 课时练（含解析）

3.4原子的能级结构
1．如图是氢原子的能级图，一个氢原子从n=5能级直接跃迁到n=2能级，则（　　）
A．放出某一频率的光子
B．放出一系列频率的光子
C．吸收某一频率的光子
D．吸收一系列频率的光子
2．如图所示，氢原子在不同能级间发生a、b、c三种跃迁时，释放光子的频率分别是va、vb、vc，下列关系式正确的是（ ）
A．vb =va+vc
B．
C．
D．
3．在气体放电管中，用大量能量为E的电子轰击大量处于基态的氢原子，通过光栅分光计可观测到一定数目的光谱线．调高电子的能量再次进行观测，发现光谱线的数目是原来的三倍．用表示两次观测中最高激发态的量子数n之差．根据氢原子的能级图可以判断，和E的可能值为（ ）
A． =1，E=10.30 eV B．=1，E=12.09 eV
C．=2，E=12.09 eV D．=4，E=13.06 eV
4．如图所示为氢原子的能级图，已知可见光光子的能量范围为1.62～3.11 eV，那么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．用紫光照射锌板，锌板会发生光电效应，因此氢原子从高能级向基态跃迁时发射的光照射锌板一定能产生光电效应现象
B．氢原子从高能级向n＝3的能级跃迁时发射的光，不具有显著热效应
C．处于n＝2能级的氢原子能吸收任意频率的紫外线
D．处于n＝3能级的氢原子可以吸收任意频率的紫外线，并且使氢原子电离
5．如图所示为氢原子的能级分布图，已知可见光光子的能量在1.61～3.10 eV范围内，由图可知(　　)
A．基态氢原子吸收能量为10.3 eV的光子能从n＝1能级跃迁到n＝2能级
B．基态氢原子的电离能为13.6 eV
C．一群处于n＝5能级的氢原子向低能级跃迁时，可辐射10种不同频率的光子
D．氢原子从n＝4能级跃迁到n＝3能级，辐射的光子是可见光光子
6．氢原子光谱的两条谱线如图所示，图中给出了谱线对应的波长，已知普朗克常量h=6.63×10-34J·s，氢原子能级符合规律（n是正整数），则
A．Hα谱线对应光子的能量小于 Hβ谱线对应光子的能量
B．Hα对应光子的能量约为为10.2 eV；
C．按玻尔原子模型，与Hα谱线对应的跃迁是从n =3能级到n =2能级．
D．按玻尔原子模型，与Hα谱线对应的跃迁是从n =3能级到n =1能级．
7．如图所示为氢原子的能级示意图，一群氢原子处于n=3的激发态，在向较低能级跃迁的过程中向外辐射能量。下列说法正确的是
A．这群氢原子能发出三种频率不同的光
B．从n=3能级跃迁到n=1能级发出的光最容易发生衍射现象
C．从n=3能级跃迁到n=1能级发出的光子动量最大
D．从n=3能级跃迁到n=1能级发出的光照射逸出功为2.49eV的金属钠，产生的光电子初动能一定为9.60eV
8．下列说法正确的是
A．在康普顿效应中，有些散射光的波长变长
B．光电效应实验中，遏止电压与光的强度有关
C．氢原子在的能级时可吸收任意频率的光而发生电离
D．在光的双缝干涉实验中，某一个光子在光屏上的落点是无法预测的
9．氢原子能级如图，当氢原子从跃迁到的能级时，辐射光的波0.85长为656nm．以下判断正确的是
A．氢原子从跃迁到n=1的能级时，辐射光的波长大于656nm
B．用动能为10.5eV的入射电子碰撞激发，可使氢原子从跃迁到
C．从能级跃迁到能级时，电子的电势能增大，氢原子能量减小
D．一个处于能级上的氢原子向低能级跃迁时最多产生2种谱线
10．氢原子辐射出一个光子后，根据波尔理论，下述说法中正确的是（ ）
A．氢原子的能级减小
B．氢原子的电势能增大
C．核外电子绕核旋转的半径增大
D．核外电子的运动加速度增大
11．已知氢原子的能级公式为，氢原子在下列各能级间跃迁：①从到，②从到，③从到，在跃迁过程中辐射的光子波长分别用、、表示。则三种光子的波长之比为_______________ ；如果这三种光子中只有一种光子可以使某种金属放生光电效应，则这种光一定是波长为___________的光子。
12．如图所示为氢原子的能级图。用光子能量为13．06eV的光照射一群处于基态的氢原子，可能观测到氢原子发射的不同波长的光有________种，其中最短波长为________m（结果保留2位有效数字，已知普朗克常量h＝6．63×10－34J·s）
13．已知氢原子基态的电子轨道半径r1＝0.53×10－10 m，基态的能级值为E1＝－13.6 eV.
(1)有一群氢原子处于量子数n＝3的激发态，画出能级图，在图上用箭头标明这些氢原子能发出哪几条光谱线．
(2)计算这几条光谱线中最长的波长．
14．氢原子处于基态时，原子能量E1=－13.6eV，已知电子电量e =1.6×10—19C，
（1）若要使处于n=2的氢原子电离，至少要用频率多大的电磁波照射氢原子？
（2）若已知钠的极限频率为6.00×1014Hz，今用一群处于n=4的激发态的氢原子发射的光谱照射钠，试通过计算说明有几条谱线可使钠发生光电效应？
参考答案
1．A
【解析】
根据题意可知考查原子跃迁规律，从高能级跃迁到低能级要辐射一定频率的光子。
【详解】
由较高能级向较低能级跃迁，放出光子的能量：hν=Em-En．一个氢原子从n=5能级直接跃迁到n=2能级只能够放出某一频率的光子。故A符合题意，BCD不符合题题误。
故选：A。
【点睛】
从高能级跃迁到低能级，能级差越大，辐射出光子的频率越高，设氢原子初始能级为n，大量的氢原子从高能级跃迁到基态辐射出光子频率的种类为 ，一个氢原子从高能级n跃迁到基态辐射出光子频率的种类为最多为n-1
2．A
【解析】
因为Em-En=hv，知Eb=Ea+EC，即，解得，故选A.
3．A
【解析】
由题意可知：
化简后可得：
AB．当时，解得，所以：
因此电子的动能应该大于此时的能级差，但小于基态与第3能级之间的能级差，否则将跃迁到更高能级，即：
故A正确，B错误.
C．当时，解得n是无理数，不符题意，故C错误.
D．当时，解得n是无理数，不符题意，故D错误.
4．AD
【解析】
【详解】
A．用紫光照射锌板，即可产生光电效应，氢原子从高能级向基态跃迁时只发射紫外线，因此一定会发生光电效应，故A正确；
B．氢原子从高能级向n＝3的能级跃迁时发射的光，其能量不会超过1.51 eV，属于红外线，它具有显著热效应，故B错误；
C．紫外线光子的最小能量只有3.11eV，显然不可以被处于n＝2能级的氢原子吸收，故C错误；
D．紫外线光子的最小能量为3.11eV，处于n＝3能级的氢原子的电离能为1.51eV，因此n＝3能级的氢原子可以吸收任意频率的紫外线，并使得氢原子电子电离成自由电子，故D正确。
故选AD。
5．BC
【解析】
【详解】
A．根据玻尔理论可知，氢原子能级跃迁时，吸收的光子能量必须严格等于能级差，故A错误；
B．由氢原子能级分布图可知，基态氢原子电离时的电离能为13.6eV，故B正确；
C．一群处于n＝5能级的氢原子向低能级跃迁时，可辐射C52＝10种不同频率的光子，故C正确
D．氢原子从n＝4能级跃迁到n＝3能级，辐射的光子的能量为
－0.85eV－(－1.51eV)＝0.66eV
能量比可见光光子的能量小，不可能是可见光光子，故D错误。
故选BC。
6．AC
【解析】
【详解】
光子的能量
E=hv=
所以波长大的，光子对应的能量小，即Hα谱线对应光子的能量小于Hβ谱线对应光子的能量；Hα对应光子的能量
E==3.03×10-19J
转化为eV，为1.89eV；根据氢原子跃迁规律，应该从n =3能级到n =2能级
故选AC。
7．AC
【解析】试题分析：一群处于激发态的氢原子在向低能级跃迁时，放出种光子频率，频率最大的光子，波长最短；结合发生明显衍射的条件分析；根据光电效应方程求出光电子的最大初动能，要理解发生光电效应时产生的光电子的初动能不一定都是最大。
因为，所以这群氢原子能发出三种频率不同的光，A正确；这群氢原子能发出三种频率不同的光，其中从n=3跃迁到n=1所发出的光子频率最高，根据，知频率最高的光子，波长最短，最不容易发生衍射现象，B错误；从n=3跃迁到n=1所发出的光子频率最高，根据：，其动量也最大，C正确；氢原子跃迁时产生的最大光子能量，根据光电效应方程知，产生的光电子最大初动能为，但不一定都是9.60eV，D错误．
8．AD
【解析】
【详解】
A．在康普顿效应中，当入射光子与晶体中的电子碰撞时，把一部分动量转移给电子，则动量减小，根据知波长增大．故A符合题意．
B．根据光电效应方程Ekm=eUc=hγ-W0，知遏止电压与入射光的频率、逸出功有关，与入射光的强度无关．故B不符合题意．
C．氢原子在n=2能级时，吸收的能量需大于等于3.4eV，才能发生电离．故C不符合题意．
D．光子的粒子性并非宏观实物粒子的粒子性，所以某一个光子在光屏上的落点是无法预测的．故D符合题意．
9．BD
【解析】
【详解】
A. 从n=3跃迁到n=2的能级时，辐射光的波长为656nm，而当从n=2跃迁到n=1的能级时，辐射能量更多，则频率更高，由c=λγ知波长小于656nm．故A错误．
B. 当从n=1跃迁到n=2的能级，吸收的能量：
E12=E2-E1=-3.4-（-13.6）=10.2eV
而用入射电子碰撞转移能量可能会损失或部分转移，因10.5eV＞10.2eV，可以使电子跃迁，故B正确；
C. 根据库仑引力提供向心力，结合牛顿第二定律，可知
从n=3能级跃迁到n=2能级时，氢原子的能量减小，电子的动能增大，那么电子的电势能减小，故C错误．
D. 一个氢原子只有一个电子能跃迁，同一时刻只能出现在一个能级上，则逐级向下跃迁产生的谱线最多为2种，故D正确．
10．AD
【解析】
【详解】
A．氢原子辐射出一个光子后，根据波尔理论可知，氢原子的能级减小，选项A正确；
BC．氢原子辐射出一个光子后，电子绕核旋转的半径减小，原子的电势能减小，选项BC错误；
D．电子绕核旋转的半径减小，可知电子与原子核间的库仑力变大，则核外电子的运动加速度增大，选项D正确．
11． ； ；
【解析】从到， ；
从到， ；
从到， ；
联立可得： ；
波长为的光频率最高，如果只有一种光子可以使某种金属放生光电效应，则这种光一定是波长为的光。
12．10 9．5×10－8
【解析】用13．06eV的光照射可使处于基态的氢原子跃迁到n＝5的激发态，所以可能发出的光子有10种。其中波长最短的是：＝E5－E1，λ＝，代入数据得λ＝9．5×10－8m。
13．（1） （2）6.58×10－7m
【解析】
【详解】
（1）当氢原子从量子数n=3的能级跃迁到较低能级时，可以得到3条光谱线．如图所示：
（3）从n=3向n=2跃迁，发出的光子频率最小，波长最长，故：
解得：
14．（1）8.21×1014Hz（2）四条
【解析】
【详解】
(1)要使处于n=2的氢原子电离，照射光光子的能量应能使电子从第2能级跃迁到无限远处，最小频率的电磁波的光子能量应为
代入数据解得
(2)由于钠的极限频率为，则使钠发生光电效应的光子的能量至少为：
一群处于n=4的激发态的氢原子发射的光子，要使钠发生光电效应,应使跃迁时两能级的差，所以在六条光谱线中有E41、E31、E21、E42四条谱线可使钠发生光电效应．