宁阳第四中学2019-2020学年高中物理鲁科版选修3-5：原子结构 单元测评含解析）

原子结构
1．氢原子从n = 4的激发态直接跃迁到n = 2的能级时, 发出蓝色光, 则氢原子从n = 5激发态直接跃迁到n = 2的能级时, 可能发出的是
A．红光 B．紫光 C．红外线 D．γ射线
2．已知氢原子的能级图如图所示，现用光子能量介于10eV～12．9eV范围内的光去照射一群处于基态的氢原子，则下列说法中正确的是（ ）
A．在照射光中可能被吸收的光子能量有无数种
B．在照射光中可能被吸收的光子能量只有6种
C．照射后可能观测到氢原子发射不同波长的光有6种
D．照射后可能观测到氢原子发射不同波长的光有3种
3．如图所示为氢原子的能级图，A、B、C分别表示电子在三种不同能级跃迁时放出的光子，其中（ ）
A．频率最大的是A
B．波长最长的是C
C．频率最大的是A
D．波长最长的是B
4．氢原子能级如图，当氢原子从跃迁到的能级时，辐射光的波长为656nm。以下判断正确的是( )
A．氢原子从跃迁到的能级时，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的能级
C．用波长为656nm的光照射，能使处在能级的氢原子电离
D．一个处于能级上的氢原子向低能级跃迁时最多产生3种谱线
5．处于第 2 激发态的大量氢原子向低能级跃迁辐射多种频率的光子，已知普朗克常量为 h，氢原子能级公式为 E=，不同轨道半径为 r n =n2r1，E1为基态能量，r1为第Ⅰ轨道半径， n=1，2，3…．则下列说法中错误的是 （ ）
A．共产生 3 种频率的光子
B．电子由第 2 激发态跃迁到基态时，电势能减小，动能增加，总能量减小
C．处于第 2 激发态和处于基态电子做圆周运动线速度大小之比为 1:3
D．产生光子最大波长为λm=
6．处在n=3能级的大量氢原子，在向较低能级跃迁过程中（ ）
A．最多能辐射出2种波长的光
B．最多能辐射出3种波长的光
C．从n=3能级直接跃迁到基态发出的光波长最长
D．从n=3能级跃迁到n=2能级发出的光频率最高
7．图示为氢原子的能级示意图，关于氢原子跃迁，下列说法正确的是（　　）
A．一群处于n=4激发态的氢原子，向低能级跃迁时可以发出6种不同频率的光
B．一个处于n=5激发态的氢原子，向低能级跃迁时发出10种不同频率的光
C．用12eV的光子照射处于基态的氢原子时，电子可以跃迁到n=2能级
D．氢原子中电子从高能级到低能级跃迁时动能增大，氢原子的电势能增大
8．如图所示为氢原子能级图，当氢原子从n=3能级跃迁到n=2能级时，辐射出波长为658nm的光。下列说法正确的是（ ）
A．氢原子从n=2能级跃迁到n=1能级时，辐射光的波长大于658nm
B．用一束光子能量为15eV的光照射氢原子时，氢原子不会发生电离
C．一群处于n=3能级的氢原子向低能级跃迁时最多可产生3种频率的光
D．用波长为686mm的光照射，能使处于n=2的氢原子跃迁到高能级
9．关于原子结构的认识历程，下列说法正确的有 (　　)
A．汤姆孙发现电子后猜想出原子内的正电荷集中在很小的核内
B．α粒子散射实验中少数α粒子发生了较大偏转是卢瑟福猜想原子核式结构模型的主要依据
C．对原子光谱的研究开辟了深入探索原子核内部结构的道路
D．玻尔提出的原子定态，原子可以稳定在固定的能级上，玻尔原子理论能成功地解释几乎所有原子的光谱现象
10．氢原子的核外电子从距核较近的轨道跃迁到距核较远的轨道的过程中(　　)
A．原子要吸收光子，电子的动能增大，原子的电势能增大，总能量增大
B．原子要放出光子，电子的动能减小，原子的电势能减小，总能量减小
C．原子要吸收光子，电子的动能增大，原子的电势能减小，总能量不变
D．原子要吸收光子，电子的动能减小，原子的电势能增大，总能量增大
11．如图所示,a、b、c为某原子跃迁时所发出的三种谱线,从左向右的波长依次增大,在下列各选项中,则可能正确图是
A．B．
C．D．
12．氢原子的能级公式为En=E1(n=1，2，3，…)，其中基态能量E1=－13.6eV，能级图如图所示。大量氢原子处于量子数为n的激发态，由这些氢原子共发出10种不同频率的光子，则n和发出的频率最大的光子能量分别为（ ）
A．n=5，10.2eV B．n=5，13.06eV
C．n=4，10.2eⅤ D．n=4，12.75eⅤ
13．氢原子的能级图如图所示．一群氢原子处于n＝4能级，已知某种金属的逸出功为2.5 eV，则（ ）

A．氢原子最多可能辐射4种频率的光子
B．氢原子最多可能辐射6种频率的光子
C．有4种频率的辐射光子能使该金属发生光电效应
D．有3种频率的辐射光子能使该金属发生光电效应
14．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种不同频率的光，下列说法正确的是
A．最多可辐射出3种不同频率的光
B．由n=2跃迁到n=1能级产生的光的频率最小
C．由n=4跃迁到n=1能级产生的光的波长最短
D．由n=4跃迁到n=3能级，氢原子的电势能减小
15．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，以下说法正确的是( )
A．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
B．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
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．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
16．原子半径大小的数量级为________m. ．原子核半径大小的数量级为________m.
17．白炽灯的光谱是________光谱；太阳的光谱是________光谱（填“线状”或“连续”）
18．氢原子的能级公式为En=-（n=1，2，3…），式中E0为已知量．氢原子吸收光子从基态跃迁到第二激发态，氢原子吸收光子的能量为_____，增加的质量为_____（光速用c表示）．
19．2019年1月，中国散裂中子源加速器打靶束流功率超过50kW，技术水平达到世界前列，散裂中子源是由加速器提供高能质子轰击重金属靶而产生中子的装置，一能量为109eV的质子打到汞、钨等重核后，导致重核不稳定而放出20～30个中子，大大提高了中子的产生效率。汞原子能级图如图所示，大量的汞原子从n＝4的能级向低能级跃迁时辐射出光子，其中辐射光子能量的最小值是_____eV；用辐射光照射金属钨为阴极的光电管，已知钨的逸出功为4.54eV，使光电流为零的反向电压至少为_____V。
20．有大量的氢原子吸收某种频率的光子后从基态跃迁到n=3的激发态，已知氢原子的能级公式：En=（n=1，2，3，L），氢原子处于基态时的能量为E1。
（1）则吸收光子的频率v是多少？
（2）当这些处于激发态的氢原子向低能级跃迁发光时，可发出几条谱线？辐射光子的能量分别为多少？
参考答案
1．B
【解析】:氢原子从的激发态直接跃迁到的能级时,辐射的光子能量大于从 的激发态直接跃迁到的能级时辐射的光子能量,所以光子能量大于蓝光的光子能量，根据电磁波谱我们知道不是红光和红外线，而 射线是由于原子核的衰变而产生的高频电磁波，所以辐射的光子能量小于射线的光子能量。
综上所述本题答案是：B
2．C
【解析】
试题分析：因为，，可知照射光中有三种频率的光子被吸收，故AB错误；氢原子跃迁的最高能级为能级，根据知，氢原子发射出六种不同波长的光，故C正确，D错误．
考点：氢原子的能级公式和跃迁
【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，根据数学组合公式求出处于激发态的氢原子可能发射出不同波长光的种数．
3．B
【解析】由ΔE＝hν＝可知，B频率最大，C波长最长。
4．B
【解析】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：，而用入射电子碰撞转移能量可能会损失或部分转移，则10.5eV>10.2eV,可以使电子跃迁，故B正确；C、波长为656nm的光对应的能量为，而n=2能级的电子电离需要的电离能为，故光的能量不够电离，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错误。故选B。
【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．
5．D
【解析】
A、大量处于第3能级的氢原子向低能级跃迁放出若干频率的光子，能产生3种不同频率的光子，故A正确；
B、当氢原子从能级n＝3跃迁到n＝1时，速率增大，动能增加，电势能减小，而总能量，因向外辐射光子，而减小，故B正确；
C、依据库仑引力提供向心力，即为m，及rn＝n2r1，则有第2激发态，即n＝3和处于基态，即n＝1，电子做圆周运动速度之比为：1：3，故C正确；
D、产生的光子的最小频率为γ小，依据λ，对应波长最大，即为λm，故D错误．
6．B
【解析】
AB．根据=3，所以这些氢原子总共可辐射出3种不同频率的光。故A错误，B正确；
C．从n=3能级直接跃迁到基态，能级差最大，频率最大，释放出的光子波长最小，故C错误；
D．从n=3能级跃迁到n=2能级，能级差最小，频率最小，故D错误；
7．A
【解析】
A、根据6知，一群处于n＝4激发态的氢原子，向低能级跃迁时，可以放出6种不同频率的光子，故A正确；
B、一个处于n＝5激发态的氢原子，向低能级跃迁时，最多放出4种不同频率的光子，故B错误；
C、用12eV的光子照射处于基态的氢原子时，该光子能量不能被吸收发生跃迁，故C错误。
D、氢原子中的电子从高能级到低能级跃迁时，原子能量减小，根据得，电子动能增大，则氢原子的电势能减小，故D错误。
8．C
【解析】
A项：氢原子从n=2能级跃迁到n=1能级时的能量比氢原子从n=3能级跃迁到n=2能级时的能量，由公式可知，能量越大，波长越小，所以氢原子从n=2能级跃迁到n=1能级时，辐射光的波长小于658nm，故A错误；
B项：由于基态氢原子的能量为，所以用的光照射氢原子时，能使氢原子发电离，多余的能量转换为电离后电子的动能，故B错误；
C项：一群处于n=3能级的氢原子向低能级跃迁时最多可产生，故C正确；
D项：氢原子从n=3能级跃迁到n=2能级时，辐射出波长为658nm的光，当用用波长为686mm的光照射即波长更长，频率更小，能量更小，所以不能使处于n=2的氢原子跃迁到高能级，故D错误。
9．B
【解析】
卢瑟福通过对α粒子散射实验的研究，猜想原子内的正电荷及几乎全部质量集中在很小的核内，选项A错误； α粒子散射实验中少数α粒子发生了较大偏转是卢瑟福猜想原子核式结构模型的主要依据，选项B正确；对天然放射现象的研究开辟了深入探索原子核有复杂结构的道路，故C错误；玻尔提出的原子定态，原子可以处在一系列不连续的能量状态中；玻尔原子理论只是成功解释了氢原子光谱，但是不能解释所有原子的光谱现象，选项D错误；故选B.
10．D
【解析】
从距核较近的轨道跃迁到距核较远的轨道过程中，能级增大，总能量增大，原子要吸收光子,根据知，电子的动能减小，则电势能增大。故D正确，ABC错误。
11．B
【解析】
从第3能级跃迁到第1能级，能级差最大，放出的光子的频率最大，波长最短，该光为a光；从第3能级跃迁到第2能级，能级差最小，放出的光子频率最小，波长最长，该光的为c光，故选项B正确，A、C、D错误；
12．B
【详解】
大量氢原子处于量子数为n的激发态，由这些氢原子共发出10种不同频率的光子，因为可知n=5；发出的频率最大的光子能量对应着从n=5到n=1的跃迁，则，故选B.
13．BC
【解析】
A、B项：根据，这群氢原子可能辐射6种频率的光子，故A错误，B正确；
C、D项：n=4跃迁到n=3辐射的光子能量为0.66eV，n=3跃迁到n=2辐射的光子能量为1.89eV，均小于逸出功，不能发生光电效应，其余4种光子能量均大于2.7eV，所以这群氢原子辐射的光中有3种频率的光子能使该金属发生光电效应，故C正确，D错误．
14．CD
【解析】
根据=6知，这些氢原子总共可辐射6种不同频率的光子，故A错误；n=2和n=1间的能级差不是最小，辐射的光子频率也不是最小，故B错误；n=4和n=1件的能级差最大，辐射的光子频率最大，波长最短，故C正确；由n=4跃迁到n=3能级，氢原子的电势能减小，选项D正确.
15．ABC
【解析】
【详解】
A．氢原子辐射出一个光子后，从高能级向低能级跃迁，氢原子的能量减小，轨道半径减小，根据，得轨道半径减小，电子速率增大，动能增大，由于氢原子能量减小，则氢原子电势能减小，故A正确；
B．用能量为11.0eV的电子轰击，基态的氢原子吸收的能量可以等于10.2eV，可以使处于基态的氢原子跃迁到n=2能级，故B正确；
C．根据玻尔理论得知，n=4能级直接跃迁到基态放出的光子能量最大，最大能量为Emax=E4-E1=-0.85eV-（-13.6）eV=12.75eV，故C正确；
D．一个处于n=3能级的氢原子，自发跃迁时最多能辐射出2种不同频率的光子，即3能级到2能级，2能级到1能级，故D错误．
16．10－10 10－15
【解析】
【详解】
原子半径大小的数量级10－10m，原子核半径大小的数量级为10－15m．
17．连续 线状
【解析】
【详解】
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。
18．
【解析】
【详解】
氢原子吸收光子从基态（n=1）跃迁到第二激发态（n=3），氢原子吸收光子的能量为；根据可知增加的质量为．
19．1.1 4.26
【解析】
【详解】
根据跃迁理论可知，当原子从4能级跃迁到3能级时释放的光子能量最小，最小能量为E＝E4﹣E3＝﹣1.6eV﹣（﹣2.7eV）＝1.1eV；若要使钨发生光电效应，则当光电子的最大初动能最小的时候，此时的反向电流最小，由题意可知，从2能级跃迁到1能级上，入射光子的能量最小为E＝4.9eV，根据光电效应方程为：Ekm＝hγ﹣W逸，Ekm＝eU，解得：U＝4.26V。
20．（1）-（2）当这些处于激发态的氢原子向低能级跃迁发光时，可发出3条谱线，辐射光子的能量分别为-，-，-。
【解析】
【详解】
（1）据跃迁理论：E3-E1=hv，而E3=，解得：v==-。
（2）由于是大量原子，可从n=3跃迁到n=1，从从n=3跃迁到从n=2，再从从n=2跃迁到从n=1，故应有三条谱线，光子能量分别为△E1=E3-E1，△E2=E3-E2，△E3=E2-E1，
即△E1=-，△E2=-，△E3=-。