高中物理粤教版选修3-5自测题 第三章第三四节原子的能级结构 Word版含解析

第三章 原子结构之谜
第三节 氢原子光谱
第四节 原子的能级结构
A级　抓基础
1．下列对于巴耳末公式的说法正确的是(　　)
A．所有氢原子光谱的波长都与巴耳末公式相对应
B．巴耳末公式只确定了氢原子发光中可见光部分的光的波长
C．巴耳末公式确定了氢原子发光中一个线系的波长，其中既有可见光，又有紫外光
D．巴耳末公式确定了各种原子发光中的光的波长
解析：巴耳末公式只确定了氢原子发光中一个线系的波长，不能描述氢原子发出的各种光的波长，也不能描述其他原子的发光，A、D错误；巴耳末公式是由当时已知的可见光中的部分谱线总结出来的，但它适用于整个巴耳末线系，该线系包括可见光和紫外光，B错误，C正确．
答案：C
2．关于玻尔建立的氢原子模型，下列说法正确的是(　　)
A．氢原子处于基态时，电子的轨道半径最大
B．氢原子在不同能量态之间跃迁时可以吸收任意频率的光子
C．氢原子从基态向较高能量态跃迁时，电子的动能减小
D．氢原子从基态向较高能量态跃迁时，系统的电势能减小
解析：根据电子轨道半径公式rn＝n2r1，可知，处于基态时电子的轨道半径最小，故A错误；根据跃迁时吸收光子的能量差公式ΔE＝Em－En可知，跃迁时可以吸收特定频率的光子，故B错误；氢原子吸收能量后从低能级向较高能级跃迁，能级增大，总能量增大，根据＝m知，核外电子的动能减小，则电势能增大，电子绕核旋转的半径增大，故C正确，D错误．
答案：C
3．太阳光谱中有许多暗线，它们对应着某些元素的特征谱线，产生这些暗线的原因是 (　　)
A．太阳表面大气层中缺少相应的元素
B．太阳内部缺少相应元素
C．太阳表面大气层中存在着相应的元素
D．太阳内部存在着相应的元素
解析：太阳光谱是太阳内部发出的光在经过太阳大气层时，被太阳大气层中的某些元素吸收而产生的，是一种吸收光谱，所以太阳光谱中有许多暗线，它们对应着太阳大气层中某些元素的特征谱线，故C正确，A、B、D错误．
答案：C
4．欲使处于基态的氢原子激发或电离，下列措施可行的是(　　)
①用10.2 eV的光子照射　②用11 eV的光子照射　③用14 eV的光子照射　④用11 eV动能的电子碰撞
A．①②③ B．①③④
C．②③④ D．①②④
解析：①用10.2 eV的光子照射，即(－13.6＋10.2)eV＝－3.4 eV，跃迁到第二能级，故①正确；
②因为(－13.6＋11)eV＝－2.6 eV，不能被吸收，故②错误；
③用14 eV的光子照射，即(－13.6＋14)eV＞0，氢原子被电离，故③正确；
④用11 eV的动能的电子碰撞，可能吸收10.2 eV能量，故④正确．
综上所述，故B正确，A、C、D错误．
答案：B
5.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发出光子，用这些光照射逸出功为2.49 eV的金属钠，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，其中从n＝3跃迁到n＝2所发出的光波长最短
B．这群氢原子能发出两种频率不同的光，其中从n＝3跃迁到n＝1所发出的光频率最高
C．金属钠表面所发出的光电子的初动能最大值为11.11 eV
D．金属钠表面所发出的光电子的初动能最大值为9.60 eV
解析：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＝2所发出的光波长最长，选项A、B错误；金属钠表面所发出的光电子的初动能最大值为(－1.51＋13.60－2.49)eV＝9.60 eV，选项D正确，选项C错误．
答案：D
6．若氢原子吸收光子，则(　　)
A．电子的动能增大，原子的电势能增大，原子的能量增大
B．电子的动能减小，原子的电势能减小，原子的能量也减小
C．电子的动能增大，原子的电势能减小，原子的能量增大
D．电子的动能减小，原子的电势能增大，原子的能量增大
解析：根据玻尔理论，若氢原子吸收光子，其能量增大，电子从低轨道(量子数n值较小)向高轨道(量子数n值较大)跃迁，氢原子核外电子绕核做圆周运动，其向心力由原子核对电子的库仑引力提供，即＝，电子运动的动能Ek＝mv2＝，由此可知电子离核越远，r越大时，则电子的动能就越小．由于原子核带正电荷，电子带负电荷，异性电荷远离过程中需克服库仑引力做功，即库仑力对电子做负功，则原子的电势能将增大，原子的能量增大，故D项正确．
答案：D
B级　提能力
7．氢原子的部分能级如图所示，下列说法正确的是(　　)
A．大量处于n＝5能级的氢原子向低能级跃迁时，可能发出10种不同频率的光
B．一个处于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
C．大量处于n＝4能级的氢原子向低能级跃迁时，可能发出的最长波长的光是由n＝4直接跃迁到n＝1辐射的
D．大量处于n＝3能级的氢原子向低能级跃迁时，可能发出的不同频率的光中最多有3种能使逸出功为2.23 eV的钾发射光电子
解析：大量处于n＝5能级的氢原子向低能级跃迁时，能辐射C＝10种不同频率的光，所以选项A正确；一个处于n＝4能级的氢原子向低能级跃迁时，最多可能发出3种不同频率的光，选项B错误；大量处于n＝4能级的氢原子向低能级跃迁时，可能发出的最长波长的光是由n＝4直接跃迁到n＝3而辐射的光，所以选项C错误；大量处于n＝3能级的氢原子向低能级跃迁时，辐射的光子能量有12.09 eV、10.20 eV、1.89 eV，只有两种能使逸出功为2.23 eV的钾发射光电子，所以选项D错误．
答案：A
8．如图所示为氢原子的能级图．用光子能量为13.06 eV的光照射一群处于基态的氢原子，可能观测到氢原子发射不同波长的光有(　　)
A．15种　　　B．10种　　　C．4种　　　D．1种
解析：吸收13.06 eV能量后氢原子处于量子数n＝5的激发态，故可产生10种不同波长的光，故B正确．
答案：B
9．关于玻尔的氢原子理论，以下看法正确的是(　　)
A．原子的各个可能的能量状态的能量值En＝，由此可知，量子数n越大，原子的能量越小
B．当原子由激发态跃迁到基态时，电子绕核运动的轨道半径变大
C．当原子吸收一个光子而发生跃迁后，电子的动能增大
D．不管原子是吸收还是辐射一个光子而发生跃迁，其电势能的变化量的绝对值总是大于电子绕核运动动能变化量大小
解析：原子的各个可能的能量状态的能量值En＝，由此可知，量子数n越大，原子的能量越大，故A错误； 当原子由激发态跃迁到基态时，电子绕核运动的轨道半径变小，故B错误； 当原子吸收一个光子而发生跃迁后，电子的运转半径变大，速度减小，动能减小，故C错误；氢原子辐射光子的过程中，能量减小，轨道半径减小，根据k＝m知，电子动能增大，则电势能减小，且电势能的减小量大于动能增加量；同理可知，氢原子吸收光子的过程中，能量增加，轨道半径变大，根据k＝m知，电子动能减小，则电势能增加，且电势能的增加量大于动能减小量；即不管原子是吸收还是辐射一个光子而发生跃迁，其电势能的变化量的绝对值总是大于电子绕核运动动能变化量大小，故D正确．
答案：D
10．原子从a能级状态跃迁到b能级状态时发射波长为λ1的光子；原子从b能级状态跃迁到c能级状态时吸收波长为λ2的光子，已知λ1>λ2.那么原子从a能级状态跃迁到c能级状态时将要(　　)
A．发出波长为λ1－λ2的光子
B．发出波长为的光子
C．吸收波长为λ1－λ2的光子
D．吸收波长为的光子
解析：根据题意画出能级图如图所示，则Ea－Eb＝h ，Ec－Eb＝，
得Ec－Ea＝h－h，
设由a到c吸收光子的波长为λ
则h－h＝h，
可知λ＝，A、B、C错，D正确．
答案：D
11.红宝石激光器的工作物质红宝石是含有铬离子的三氧化二铝晶体，利用其中的铬离子产生激光．铬离子的能级如图所示，E1是基态，E2是亚稳态，E3是激发态，若以脉冲氙灯发出波长为λ1的绿光照射晶体，处于基态的铬离子受激发跃迁到E3，然后自发跃迁到E2，释放波长为λ2的光子，处于亚稳态E2的离子跃迁到基态时辐射出的光就是激光，这种激光的波长λ为(　　)
A. B.
C. D.
解析：由＝＋，解得λ＝，选项A正确．
答案：A
12．氢原子处于基态时，原子的能量为E1＝－13.6 eV，当处于n＝3的激发态时，能量为E3＝－1.51 eV，则：
(1)当氢原子从n＝3的激发态跃迁到n＝1的基态时，向外辐射的光子的波长是多少？
(2)若要使处于基态的氢原子电离，至少要用多大频率的电磁波照射原子？
(3)若有大量的氢原子处于n＝3的激发态，则在跃迁过程中可能释放出几种频率的光子？其中波长最长的是多少(普朗克恒量h＝6.63×10－34 J·s，真空中光速c＝3.0×108 m/s)?
解析：(1)据玻尔理论有E3－E1＝h
λ＝＝ m＝1.03×10－7 m
(2)要使处于基态的氢原子电离，入射光子须满足hν≥0－E1
解得ν≥＝ Hz＝3.28×1015 Hz
(3)当大量氢原子处于n＝3能级时，可释放出的光子频率种类为N＝C＝3(种)
由于E2＝＝＝－3.4 eV
氢原子由n＝3向n＝2跃迁时放出的光子波长最长，设为λ′，则
h ＝E3－E2
所以λ′＝＝ m＝6.58×10－7 m
答案：(1)1.03×10－7 m　(2)3.28×1015 Hz
(3)3种　6.58×10－7 m