人教版高中物理舉一反三-選擇性必修三專(zhuān)題4.5 氫原子光譜和玻爾的原子模型（原卷版）

專(zhuān)題4.5氫原子光譜和玻爾的原子模型【人教版】TOC\o"1-3"\t"正文,1"\h【題型1光譜和光譜分析】 【題型2玻爾原子理論】 【題型3自發(fā)躍遷】 【題型4受激躍遷】 【題型5玻爾理論的應(yīng)用及局限性】 【題型6對(duì)比問(wèn)題】 【題型7聯(lián)系實(shí)際】 【題型8綜合問(wèn)題】 【題型1光譜和光譜分析】【例1】一群氫原子處于同一較高的激發(fā)態(tài)，它們向較低激發(fā)態(tài)或基態(tài)躍遷的過(guò)程中()A．可能吸收一系列頻率不同的光子，形成光譜中的若干條暗線B．可能發(fā)出一系列頻率不同的光子，形成光譜中的若干條亮線C．只吸收頻率一定的光子，形成光譜中的一條暗線D．只發(fā)出頻率一定的光子，形成光譜中的一條亮線【變式1-1】關(guān)于線狀譜，下列說(shuō)法中正確的是()A．每種原子處在不同溫度下發(fā)光的線狀譜不同B．每種原子處在不同的物質(zhì)中的線狀譜不同C．每種原子在任何條件下發(fā)光的線狀譜都相同D．兩種不同的原子發(fā)光的線狀譜可能相同【變式1-2】（多選）關(guān)于原子光譜，下列說(shuō)法正確的是（）原子光譜是不連續(xù)的由于原子都是由原子核和電子組成的，所以各種原子的原子光譜是相同的各種原子的原子結(jié)構(gòu)不同，所以各種原子的原子光譜也不相同分析物質(zhì)發(fā)光的光譜，可以鑒別物質(zhì)中含有那些元素【變式1-3】關(guān)于光譜和光譜分析，下列說(shuō)法正確的是（）A．太陽(yáng)光譜和白熾燈光譜是線狀譜B．霓虹燈和煤氣燈火焰中燃燒的鈉蒸氣產(chǎn)生的光譜是線狀譜C．進(jìn)行光譜分析時(shí)，可以利用線狀譜，也可以利用連續(xù)譜D．觀察月亮光譜，可以確定月亮的化學(xué)組成【題型2玻爾原子理論】【例2】(多選)根據(jù)玻爾理論，以下說(shuō)法正確的是()A．電子繞核運(yùn)動(dòng)有加速度，就要向外輻射電磁波B．處于定態(tài)的原子，其電子做變速運(yùn)動(dòng)，但它并不向外輻射能量C．原子內(nèi)電子的可能軌道是不連續(xù)的D．原子能級(jí)躍遷時(shí)，輻射或吸收光子的能量取決于兩個(gè)軌道的能量差【變式2-1】根據(jù)玻爾理論，某原子從能量為E的軌道躍遷到能量為E′的軌道，輻射出波長(zhǎng)為λ的光。以h表示普朗克常量，c表示真空中的光速，E′等于()A．E－h(huán)eq\f(λ,c) B．E＋heq\f(λ,c)C．E－h(huán)eq\f(c,λ) D．E＋heq\f(c,λ)【變式2-2】根據(jù)玻爾的氫原子理論，電子在各條可能軌道上運(yùn)動(dòng)的能量是指()A．電子的動(dòng)能B．電子的電勢(shì)能C．電子的電勢(shì)能與動(dòng)能之和D．電子的動(dòng)能、電勢(shì)能和原子核能之和【變式2-3】(多選)關(guān)于玻爾的原子模型理論，下列說(shuō)法正確的是()A．原子可以處于連續(xù)的能量狀態(tài)中B．原子的能量狀態(tài)不可能是連續(xù)的C．原子的核外電子在軌道上運(yùn)動(dòng)時(shí)，要向外輻射能量D．原子的核外電子在軌道上運(yùn)動(dòng)時(shí)，不向外輻射能量【題型3自發(fā)躍遷】【例3】氫原子能級(jí)圖如圖，一群氫原子處于n＝4能級(jí)上.當(dāng)氫原子從n＝4能級(jí)躍遷到n＝3能級(jí)時(shí)，輻射光的波長(zhǎng)為1884nm，下列判斷正確的是()A.氫原子向低能級(jí)躍遷時(shí)，最多產(chǎn)生4種譜線B.從高能級(jí)向低能級(jí)躍遷時(shí)，氫原子核一定向外放出能量C.氫原子從n＝3能級(jí)躍遷到n＝2能級(jí)時(shí)，輻射光的波長(zhǎng)大于1884nmD.用從n＝5能級(jí)躍遷到n＝2能級(jí)輻射的光照射W逸＝2.29eV的鈉，能發(fā)生光電效應(yīng)【變式3-1】(多選)由玻爾原子模型求得氫原子能級(jí)如圖所示，已知可見(jiàn)光的光子能量在1.62eV到3.11eV之間，則()A.氫原子從高能級(jí)向低能級(jí)躍遷時(shí)可能輻射出γ射線B.氫原子從n＝3的能級(jí)向n＝2的能級(jí)躍遷時(shí)會(huì)輻射出紅外線C.處于n＝3能級(jí)的氫原子可以吸收任意頻率的紫外線并發(fā)生電離D.大量氫原子從n＝4能級(jí)向低能級(jí)躍遷時(shí)可輻射出2種頻率的可見(jiàn)光【變式3-2】(多選)氫原子能級(jí)示意圖如圖，當(dāng)氫原子從n＝3躍遷到n＝2的能級(jí)時(shí)，輻射光的波長(zhǎng)為656nm.以下判斷正確的是()A.氫原子從n＝2躍遷到n＝1的能級(jí)時(shí)，輻射光的波長(zhǎng)大于656nmB.用波長(zhǎng)為325nm的光照射，可使氫原子從n＝1躍遷至n＝2的能級(jí)C.一群處于n＝3能級(jí)的氫原子向低能級(jí)躍遷時(shí)最多產(chǎn)生3種譜線D.用波長(zhǎng)為633nm的光照射，不能使氫原子從n＝2躍遷到n＝3能級(jí)【變式3-3】(多選)氫原子各個(gè)能級(jí)的能量如圖所示，氫原子由n＝1能級(jí)躍遷到n＝4能級(jí)，在它回到n＝1能級(jí)過(guò)程中，下列說(shuō)法中正確的是()A．可能激發(fā)出頻率不同的光子只有6種B．可能激發(fā)出頻率不同的光子只有3種C．可能激發(fā)出的光子的最大能量為12.75eVD．可能激發(fā)出的光子的最大能量為0.66eV【題型4受激躍遷】【例4】氦原子被電離一個(gè)核外電子，形成類(lèi)氫結(jié)構(gòu)的氦離子，已知基態(tài)的氦離子能量為E1＝－54.4eV，氦離子的能級(jí)示意圖如圖所示。在具有下列能量的光子或者電子中，不能被基態(tài)氦離子吸收而發(fā)生躍遷的是()A．42.8eV(光子) B．43.2eV(電子)C．41.0eV(電子) D．54.4eV(光子)【變式4-1】對(duì)于基態(tài)氫原子，下列說(shuō)法正確的是()A．它能吸收10.2eV的光子B．它能吸收11eV的光子C．它能吸收動(dòng)能為10eV的電子的能量D．它能吸收具有11eV動(dòng)能的電子的全部動(dòng)能【變式4-2】(多選)欲使處于基態(tài)的氫原子激發(fā)，下列措施中可行的是()A．用10.2eV的光子照射 B．用11eV的光子照射C．用14eV的光子照射 D．用11eV的電子碰撞【變式4-3】氫原子能級(jí)示意圖如圖所示。光子能量在1.63eV～3.10eV的光為可見(jiàn)光。要使處于基態(tài)(n＝1)的氫原子被激發(fā)后可輻射出可見(jiàn)光光子，最少應(yīng)給氫原子提供的能量為()A．12.09eV B．10.20eVC．1.89eV D.1.51eV【題型5玻爾理論的應(yīng)用及局限性】【例5】在原子結(jié)構(gòu)的研究方面，科學(xué)家前赴后繼、不斷完善，以下說(shuō)法錯(cuò)誤的是（）A．湯姆孫通過(guò)對(duì)陰極射線的研究發(fā)現(xiàn)了電子，使人們認(rèn)識(shí)到原子本身是有結(jié)構(gòu)的B．盧瑟福通過(guò)對(duì)α粒子散射實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的分析提出了原子的核式結(jié)構(gòu)模型，完全否定了湯姆孫的“棗糕模型”C．玻爾把微觀世界中物理量取分立值的觀念應(yīng)用到原子系統(tǒng)，提出了自己的原子結(jié)構(gòu)假說(shuō)，完全否定了核式結(jié)構(gòu)模型D．玻爾的原子理論只成功解釋了氫原子光譜的實(shí)驗(yàn)規(guī)律，這說(shuō)明了玻爾模型也是有局限性的【變式5-1】氦原子被電離出一個(gè)核外電子，形成類(lèi)氫結(jié)構(gòu)的氫離子。已知基態(tài)的氦離子能量為E1＝－54.4eV，氫離子能級(jí)的示意圖如圖所示，在具有下列能量的光子中，不能被基態(tài)氦離子吸收而發(fā)生躍遷的是()A．40.8eV B．43.2eVC．51.0eV D．48.4eV【變式5-2】如圖甲所示的a、b、c、d為四種元素的特征譜線，圖乙是某礦物的線狀譜，通過(guò)光譜分析可以確定該礦物中缺少的元素為()A．a(chǎn)元素 B．b元素C．c元素 D．d元素【變式5-3】(多選)關(guān)于玻爾的原子模型，下列說(shuō)法中正確的是()A．它徹底否定了盧瑟福的核式結(jié)構(gòu)學(xué)說(shuō)B．它發(fā)展了盧瑟福的核式結(jié)構(gòu)學(xué)說(shuō)C．它完全拋棄了經(jīng)典的電磁理論D．它引入了普朗克的量子理論【題型6對(duì)比問(wèn)題】【例6】氫原子的核外電子處于第三軌道上，當(dāng)它向能級(jí)較低的軌道躍遷時(shí)，放出光子，則(1)放出光子的最長(zhǎng)波長(zhǎng)和最短波長(zhǎng)之比是多少？(2)若電離n=3的氫原子至少需要給它多少能量？(E1=－13.6eV)【變式6-1】已知?dú)湓拥哪芗?jí)公式En＝eq\f(E1,n2)(E1＝－13.6eV，n＝1，2，3…)。大量處于某激發(fā)態(tài)的氫原子向低能級(jí)躍遷時(shí)，發(fā)出的復(fù)色光通過(guò)玻璃三棱鏡后分成a、b、c、d、e、f六束(含不可見(jiàn)光)，如圖2所示。據(jù)此可知，從n＝3能級(jí)向n＝1能級(jí)(基態(tài))躍遷產(chǎn)生的那一束是()A.b B.cC.d D.e【變式6-2】（多選）如圖為氫原子能級(jí)圖，氫原子中的電子從n＝5能級(jí)躍遷到n＝2能級(jí)可產(chǎn)生a光；從n＝4能級(jí)躍遷到n＝2能級(jí)可產(chǎn)生b光。a光和b光的波長(zhǎng)分別為λa和λb，照射到逸出功為2.29eV的金屬鈉表面均可產(chǎn)生光電效應(yīng)，遏止電壓分別為Ua和Ub。則()A．λa>λbB．Ua>UbC．a(chǎn)光的光子能量為2.86eVD．b光產(chǎn)生的光電子最大初動(dòng)能Ek＝0.26eV【變式6-3】a、b兩束單色光分別用同一雙縫干涉裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，在距雙縫恒定距離的屏上得到如圖所示的干涉圖樣，圖甲是a光照射時(shí)形成的干涉圖樣，圖乙是b光照射時(shí)形成的干涉圖樣。下列關(guān)于a、b兩束單色光的說(shuō)法正確的是()A.a光子的能量較大B.在水中a光傳播的速度較小C.若用b光照射某金屬?zèng)]有光電子逸出，則a光照射該金屬時(shí)也沒(méi)有光電子逸出D.若a光是氫原子的核外電子從第三能級(jí)向第二能級(jí)躍遷時(shí)產(chǎn)生的，則b光可能是氫原子的核外電子從第四能級(jí)向第三能級(jí)躍遷時(shí)產(chǎn)生的【題型7聯(lián)系實(shí)際】【例7】如圖甲為氫原子光譜，圖乙為氫原子部分能級(jí)圖。甲中的、、、是氫原子在可見(jiàn)光區(qū)的四條譜線，這四條譜線為氫原子從高能級(jí)向能級(jí)躍遷時(shí)釋放的光子，稱(chēng)為巴爾末系，則下列正確的是（）A．對(duì)應(yīng)的光子能量比對(duì)應(yīng)的光子能量的小B．可能是氫原子從向能級(jí)躍遷時(shí)產(chǎn)生的C．若用照射某種金屬不能發(fā)生光電效應(yīng)，則一定也不能D．亮線分立說(shuō)明氫原子有時(shí)發(fā)光有時(shí)不發(fā)光【變式7-1】為了做好疫情防控工作，小區(qū)物業(yè)利用紅外測(cè)溫儀對(duì)出入人員進(jìn)行體溫檢測(cè)。紅外測(cè)溫儀的原理是：被測(cè)物體輻射的光線只有紅外線可被捕捉，并轉(zhuǎn)變成電信號(hào)。圖為氫原子能級(jí)示意圖，已知紅外線單個(gè)光子能量的最大值為1.62eV，要使氫原子輻射出的光子可被紅外測(cè)溫儀捕捉，最少應(yīng)給處于n＝2激發(fā)態(tài)的氫原子提供的能量為()A.10.20eV B.2.89eVC.2.55eV D.1.89eV【變式7-2】北京高能光源是我國(guó)首個(gè)第四代同步輻射光源，計(jì)劃于2025年建成。同步輻射光具有光譜范圍寬（從遠(yuǎn)紅外到X光波段，波長(zhǎng)范圍約為10-5m～10-11m，對(duì)應(yīng)能量范圍約為10-1eV～105eV）、光源亮度高、偏振性好等諸多特點(diǎn)，在基礎(chǔ)科學(xué)研究、應(yīng)用科學(xué)和工藝學(xué)等領(lǐng)域已得到廣泛應(yīng)用。速度接近光速的電子在磁場(chǎng)中偏轉(zhuǎn)時(shí)，會(huì)沿圓弧軌道切線發(fā)出電磁輻射，這個(gè)現(xiàn)象最初是在同步加速器上觀察到的，稱(chēng)為“同步輻射”。以接近光速運(yùn)動(dòng)的單個(gè)電子能量約為109eV，回旋一圈輻射的總能量約為104eV。下列說(shuō)法正確的是（）A．同步輻射的機(jī)理與氫原子發(fā)光的機(jī)理一樣B．用同步輻射光照射氫原子，不能使氫原子電離C．蛋白質(zhì)分子的線度約為10-8m，不能用同步輻射光得到其衍射圖樣D．盡管向外輻射能量，但電子回旋一圈后能量不會(huì)明顯減小【變式7-3】子與氫原子核（質(zhì)子）構(gòu)成的原子稱(chēng)為氫原子，它在原子核物理的研究中有重要作用。氫原子的能級(jí)示意圖如圖所示，假定頻率為的一束光照射大量處于能級(jí)的氫原子，氫原子吸收光子后，發(fā)出6種不同頻率的光，下列說(shuō)法正確的是（）A．氫原子吸收光子后處于能級(jí)B．氫原子從能級(jí)躍遷到能級(jí)時(shí)釋放的光的頻率大于C．普朗克常量D．一個(gè)被激發(fā)的氫原子最多能發(fā)出3種不同頻率的光【題型8綜合問(wèn)題】【例8】如圖所示為氫原子的能級(jí)示意圖，則關(guān)于氫原子在能級(jí)躍遷過(guò)程中輻射或吸收光子的特征，下列說(shuō)法中正確的是()A.一群處于n＝4能級(jí)的氫原子向基態(tài)躍遷時(shí)，能輻射出5種不同頻率的光子B.一群處于n＝3能級(jí)的氫原子吸收能量為0.9eV的光子可以躍遷到n＝4能級(jí)C.處于基態(tài)的氫原子吸收能量為13.8eV的光子可以發(fā)生電離D.若氫原子從n＝3能級(jí)躍遷到n＝1能級(jí)輻射出的光照在某種金屬表面上能發(fā)生光電效應(yīng)，則從n＝5能級(jí)躍遷到n＝2能級(jí)輻射出的光也一定能使該金屬發(fā)生光電效應(yīng)【變式8-1】a、b兩種可見(jiàn)光在同一光電效應(yīng)裝置中測(cè)得的光電流和電壓的關(guān)系如圖甲所示，圖乙為氫原子能級(jí)圖。已知可見(jiàn)光的光子能量在到之間，下列說(shuō)法正確的是（）A．a(chǎn)光的波長(zhǎng)比b光的小B．單色光a的光子動(dòng)量比單色光b的光子動(dòng)量大C．若a光是從躍遷到能級(jí)時(shí)發(fā)出的光，則b光是從躍遷到能級(jí)時(shí)發(fā)出的光D．用的電子去轟擊基態(tài)的氫原子，可以得到兩種可見(jiàn)光【變式8-2】氫原子能級(jí)示意圖如圖所示，已知大量處于基態(tài)的氫原子，當(dāng)它們受到某種頻率的光線照射后，可輻射出6種頻率的光。下列說(shuō)法正確的是（）A．基態(tài)的氫原子受到照射后躍遷到n=3能級(jí)B．用這些光照射逸出功為3.34eV的金屬鋅，能使金屬鋅逸出光電子的光子頻率有4種C．氫原子向低能級(jí)躍遷后核外電子的動(dòng)能減小D．氫原子由n=4能級(jí)躍遷到n=3能級(jí)產(chǎn)生的光的波長(zhǎng)最大【變式8-3】氫原子的能級(jí)圖如圖甲所示，一群處于第4能級(jí)的氫原子，向低能級(jí)躍遷過(guò)程中能發(fā)出6種不同頻率的光，其中只有頻率為νa、νb兩種光可讓圖乙所示的光電管陰極K發(fā)生光電效應(yīng)。分別用頻率為νa、νb的兩個(gè)光源照射光電管陰極K，測(cè)得電流隨電壓變化的圖像如圖丙所示。下列說(shuō)法中正確的是（）A．處于第4能級(jí)的氫原子可以吸收一個(gè)能量為0.75eV的光子并電離B．圖丙中的圖線b所表示的入射光是氫原子由第4能級(jí)向基態(tài)躍遷發(fā)出的C．圖丙中的圖線b所表示的入射光的光子能量為12.09eVD．用圖丙中的圖線a所表示的光照射陰極K時(shí)，光電子的最大初動(dòng)能比用圖線b所表示的光照射時(shí)更大

參考答案【題型1光譜和光譜分析】【例1】一群氫原子處于同一較高的激發(fā)態(tài)，它們向較低激發(fā)態(tài)或基態(tài)躍遷的過(guò)程中()A．可能吸收一系列頻率不同的光子，形成光譜中的若干條暗線B．可能發(fā)出一系列頻率不同的光子，形成光譜中的若干條亮線C．只吸收頻率一定的光子，形成光譜中的一條暗線D．只發(fā)出頻率一定的光子，形成光譜中的一條亮線答案B解析當(dāng)原子由高能級(jí)向低能級(jí)躍遷時(shí)，原子將發(fā)出光子，由于不只是兩個(gè)特定能級(jí)之間的躍遷，所以它可以發(fā)出一系列頻率的光子，形成光譜中的若干條亮線?！咀兪?-1】關(guān)于線狀譜，下列說(shuō)法中正確的是()A．每種原子處在不同溫度下發(fā)光的線狀譜不同B．每種原子處在不同的物質(zhì)中的線狀譜不同C．每種原子在任何條件下發(fā)光的線狀譜都相同D．兩種不同的原子發(fā)光的線狀譜可能相同解析每種原子都有自己的結(jié)構(gòu)，只能發(fā)出由內(nèi)部結(jié)構(gòu)決定的自己的特征譜線，不會(huì)因溫度、物質(zhì)不同而改變，選項(xiàng)C正確。答案C【變式1-2】（多選）關(guān)于原子光譜，下列說(shuō)法正確的是（）原子光譜是不連續(xù)的由于原子都是由原子核和電子組成的，所以各種原子的原子光譜是相同的各種原子的原子結(jié)構(gòu)不同，所以各種原子的原子光譜也不相同分析物質(zhì)發(fā)光的光譜，可以鑒別物質(zhì)中含有那些元素解析：選ACD,原子光譜為線狀譜，選項(xiàng)A正確；各種原子都有自己的特征譜線，故選項(xiàng)B錯(cuò)誤，選項(xiàng)C正確；對(duì)各種原子的特征譜線進(jìn)行光譜分析可鑒別物質(zhì)組成，選項(xiàng)D正確。故選ACD?！咀兪?-3】關(guān)于光譜和光譜分析，下列說(shuō)法正確的是（）A．太陽(yáng)光譜和白熾燈光譜是線狀譜B．霓虹燈和煤氣燈火焰中燃燒的鈉蒸氣產(chǎn)生的光譜是線狀譜C．進(jìn)行光譜分析時(shí)，可以利用線狀譜，也可以利用連續(xù)譜D．觀察月亮光譜，可以確定月亮的化學(xué)組成答案：B解析：太陽(yáng)光譜是吸收光譜，白熾燈是連續(xù)光譜，所以A錯(cuò)誤；煤氣燈火焰中鈉蒸氣產(chǎn)生的光譜屬稀薄氣體發(fā)光，是線狀譜，所以B正確；進(jìn)行光譜分析時(shí)，可以利用線狀譜，不可以利用連續(xù)譜，所以C錯(cuò)誤；由于月亮反射太陽(yáng)光，其光譜無(wú)法確定月亮的化學(xué)組成，所以D錯(cuò)誤；故選B?！绢}型2玻爾原子理論】【例2】(多選)根據(jù)玻爾理論，以下說(shuō)法正確的是()A．電子繞核運(yùn)動(dòng)有加速度，就要向外輻射電磁波B．處于定態(tài)的原子，其電子做變速運(yùn)動(dòng)，但它并不向外輻射能量C．原子內(nèi)電子的可能軌道是不連續(xù)的D．原子能級(jí)躍遷時(shí)，輻射或吸收光子的能量取決于兩個(gè)軌道的能量差解析根據(jù)玻爾理論，電子繞核運(yùn)動(dòng)有加速度，但并不向外輻射能量，也不會(huì)向外輻射電磁波，故選項(xiàng)A錯(cuò)誤，選項(xiàng)B正確；玻爾理論中的第二條假設(shè)，就是電子繞核運(yùn)動(dòng)可能的軌道半徑是量子化的，不連續(xù)的，選項(xiàng)C正確；原子在發(fā)生能級(jí)躍遷時(shí)，要放出或吸收一定頻率的光子，光子能量取決于兩個(gè)軌道的能量差，故選項(xiàng)D正確。答案BCD【變式2-1】根據(jù)玻爾理論，某原子從能量為E的軌道躍遷到能量為E′的軌道，輻射出波長(zhǎng)為λ的光。以h表示普朗克常量，c表示真空中的光速，E′等于()A．E－h(huán)eq\f(λ,c) B．E＋heq\f(λ,c)C．E－h(huán)eq\f(c,λ) D．E＋heq\f(c,λ)解析釋放的光子能量為hν＝heq\f(c,λ)，所以E′＝E－h(huán)ν＝E－h(huán)eq\f(c,λ)。答案C【變式2-2】根據(jù)玻爾的氫原子理論，電子在各條可能軌道上運(yùn)動(dòng)的能量是指()A．電子的動(dòng)能B．電子的電勢(shì)能C．電子的電勢(shì)能與動(dòng)能之和D．電子的動(dòng)能、電勢(shì)能和原子核能之和解析根據(jù)玻爾理論，電子繞核在不同軌道上做圓周運(yùn)動(dòng)，庫(kù)侖引力提供向心力，故電子的能量指電子的總能量，包括動(dòng)能和電勢(shì)能，所以C選項(xiàng)是正確的。答案C【變式2-3】(多選)關(guān)于玻爾的原子模型理論，下列說(shuō)法正確的是()A．原子可以處于連續(xù)的能量狀態(tài)中B．原子的能量狀態(tài)不可能是連續(xù)的C．原子的核外電子在軌道上運(yùn)動(dòng)時(shí)，要向外輻射能量D．原子的核外電子在軌道上運(yùn)動(dòng)時(shí)，不向外輻射能量解析由玻爾的原子模型知原子的能量是不連續(xù)的，是量子化的，電子在定態(tài)軌道上繞核運(yùn)動(dòng)時(shí)，不向外輻射能量，處于定態(tài)，只有從高能級(jí)軌道向低能級(jí)軌道躍遷時(shí)，才向外輻射能量。答案BD【題型3自發(fā)躍遷】【例3】氫原子能級(jí)圖如圖，一群氫原子處于n＝4能級(jí)上.當(dāng)氫原子從n＝4能級(jí)躍遷到n＝3能級(jí)時(shí)，輻射光的波長(zhǎng)為1884nm，下列判斷正確的是()A.氫原子向低能級(jí)躍遷時(shí)，最多產(chǎn)生4種譜線B.從高能級(jí)向低能級(jí)躍遷時(shí)，氫原子核一定向外放出能量C.氫原子從n＝3能級(jí)躍遷到n＝2能級(jí)時(shí)，輻射光的波長(zhǎng)大于1884nmD.用從n＝5能級(jí)躍遷到n＝2能級(jí)輻射的光照射W逸＝2.29eV的鈉，能發(fā)生光電效應(yīng)答案D解析根據(jù)Ceq\o\al(2,4)＝6知，一群處于n＝4能級(jí)上的氫原子向低能級(jí)躍遷時(shí)最多產(chǎn)生6種譜線，故A錯(cuò)誤；由高能級(jí)向低能級(jí)躍遷，氫原子向外輻射能量，不是原子核向外輻射能量，故B錯(cuò)誤；C錯(cuò)誤；從n＝5能級(jí)，而使金屬發(fā)生光電效應(yīng)的條件是光子的能量大于金屬的逸出功，故可以發(fā)生光電效應(yīng)，故D正確.【變式3-1】(多選)由玻爾原子模型求得氫原子能級(jí)如圖所示，已知可見(jiàn)光的光子能量在1.62eV到3.11eV之間，則()A.氫原子從高能級(jí)向低能級(jí)躍遷時(shí)可能輻射出γ射線B.氫原子從n＝3的能級(jí)向n＝2的能級(jí)躍遷時(shí)會(huì)輻射出紅外線C.處于n＝3能級(jí)的氫原子可以吸收任意頻率的紫外線并發(fā)生電離D.大量氫原子從n＝4能級(jí)向低能級(jí)躍遷時(shí)可輻射出2種頻率的可見(jiàn)光答案CD【變式3-2】(多選)氫原子能級(jí)示意圖如圖，當(dāng)氫原子從n＝3躍遷到n＝2的能級(jí)時(shí)，輻射光的波長(zhǎng)為656nm.以下判斷正確的是()A.氫原子從n＝2躍遷到n＝1的能級(jí)時(shí)，輻射光的波長(zhǎng)大于656nmB.用波長(zhǎng)為325nm的光照射，可使氫原子從n＝1躍遷至n＝2的能級(jí)C.一群處于n＝3能級(jí)的氫原子向低能級(jí)躍遷時(shí)最多產(chǎn)生3種譜線D.用波長(zhǎng)為633nm的光照射，不能使氫原子從n＝2躍遷到n＝3能級(jí)答案CD解析由玻爾的能級(jí)躍遷公式得：E3－E2＝heq\f(c,λ1)，E2－E1＝heq\f(c,λ2)，又λ1＝656nm，結(jié)合題圖上的能級(jí)值解得λ2≈122nm<656nm，故A、B錯(cuò)誤，D正確；根據(jù)Ceq\o\al(2,3)＝3可知，一群處于n＝3能級(jí)的氫原子向低能級(jí)躍遷，輻射的光子頻率最多有3種，故C正確.【變式3-3】(多選)氫原子各個(gè)能級(jí)的能量如圖所示，氫原子由n＝1能級(jí)躍遷到n＝4能級(jí)，在它回到n＝1能級(jí)過(guò)程中，下列說(shuō)法中正確的是()A．可能激發(fā)出頻率不同的光子只有6種B．可能激發(fā)出頻率不同的光子只有3種C．可能激發(fā)出的光子的最大能量為12.75eVD．可能激發(fā)出的光子的最大能量為0.66eV解析：選AC氫原子由n＝4能級(jí)躍遷到n＝1能級(jí)，可能發(fā)出的譜線條數(shù)為C42，即6種頻率或能量不同的光子，A正確，B錯(cuò)誤；能激發(fā)出的光子的最大能量為從n＝4能級(jí)躍遷到n＝1能級(jí)所對(duì)應(yīng)的，為(－0.85eV)－(－13.6eV)＝12.75eV，C正確，D錯(cuò)誤?！绢}型4受激躍遷】【例4】氦原子被電離一個(gè)核外電子，形成類(lèi)氫結(jié)構(gòu)的氦離子，已知基態(tài)的氦離子能量為E1＝－54.4eV，氦離子的能級(jí)示意圖如圖所示。在具有下列能量的光子或者電子中，不能被基態(tài)氦離子吸收而發(fā)生躍遷的是()A．42.8eV(光子) B．43.2eV(電子)C．41.0eV(電子) D．54.4eV(光子)解析：選A入射光子使原子躍遷時(shí)，其能量應(yīng)正好等于原子的兩能級(jí)間的能量差，而電子使原子躍遷時(shí)，其能量大于等于原子兩能級(jí)間的能量差即可，發(fā)生電離而使原子躍遷時(shí)入射光子的能量要大于等于54.4eV，故選A?！咀兪?-1】對(duì)于基態(tài)氫原子，下列說(shuō)法正確的是()A．它能吸收10.2eV的光子B．它能吸收11eV的光子C．它能吸收動(dòng)能為10eV的電子的能量D．它能吸收具有11eV動(dòng)能的電子的全部動(dòng)能解析注意到光子能量只能全部被吸收，而電子能量則可以部分被吸收。10.2eV剛好是n＝1、n＝2的能級(jí)差，而11eV不是，由玻爾理論知A正確；基態(tài)氫原子只可吸收動(dòng)能為11eV的電子的部分能量(10.2eV)，剩余0.8eV仍為原來(lái)電子所有。答案A【變式4-2】(多選)欲使處于基態(tài)的氫原子激發(fā)，下列措施中可行的是()A．用10.2eV的光子照射 B．用11eV的光子照射C．用14eV的光子照射 D．用11eV的電子碰撞解析－13.6eV＋10.2eV＝－3.4eV，而E2＝－3.4eV，故A正確；－13.6eV＋11eV＝－2.6eV，不符合hν＝Em－En(m>n)的條件，故B錯(cuò)誤；14eV>13.6eV，已經(jīng)足以使氫原子電離，故C正確；用11eV的電子碰撞，E2－E1＝10.2eV<11eV，故D正確。答案ACD【變式4-3】氫原子能級(jí)示意圖如圖所示。光子能量在1.63eV～3.10eV的光為可見(jiàn)光。要使處于基態(tài)(n＝1)的氫原子被激發(fā)后可輻射出可見(jiàn)光光子，最少應(yīng)給氫原子提供的能量為()A．12.09eV B．10.20eVC．1.89eV D.1.51eV答案A解析因?yàn)榭梢?jiàn)光光子的能量范圍是1.63eV～3.10eV，所以氫原子至少要被激發(fā)到n＝3能級(jí)，要給氫原子提供的能量最少為E＝(－1.51＋13.60)eV＝12.09eV，即選項(xiàng)A正確?！绢}型5玻爾理論的應(yīng)用及局限性】【例5】在原子結(jié)構(gòu)的研究方面，科學(xué)家前赴后繼、不斷完善，以下說(shuō)法錯(cuò)誤的是（）A．湯姆孫通過(guò)對(duì)陰極射線的研究發(fā)現(xiàn)了電子，使人們認(rèn)識(shí)到原子本身是有結(jié)構(gòu)的B．盧瑟福通過(guò)對(duì)α粒子散射實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的分析提出了原子的核式結(jié)構(gòu)模型，完全否定了湯姆孫的“棗糕模型”C．玻爾把微觀世界中物理量取分立值的觀念應(yīng)用到原子系統(tǒng)，提出了自己的原子結(jié)構(gòu)假說(shuō)，完全否定了核式結(jié)構(gòu)模型D．玻爾的原子理論只成功解釋了氫原子光譜的實(shí)驗(yàn)規(guī)律，這說(shuō)明了玻爾模型也是有局限性的答案：C解析：湯姆孫通過(guò)對(duì)陰極射線的研究發(fā)現(xiàn)了電子，使人們認(rèn)識(shí)到原子本身是有結(jié)構(gòu)的，故A正確；盧瑟福通過(guò)對(duì)α粒子散射實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的分析提出了原子的核式結(jié)構(gòu)模型，完全否定了湯姆孫的“棗糕模型”，故B正確；玻爾在原子核式結(jié)構(gòu)模型的基礎(chǔ)上把微觀世界中物理量取分立值的觀念應(yīng)用到原子系統(tǒng)中，提出了自己的原子結(jié)構(gòu)假說(shuō)。故C錯(cuò)誤；玻爾的原子理論只成功解釋了氫原子光譜的實(shí)驗(yàn)規(guī)律，無(wú)法解釋更復(fù)雜的原子光譜，這說(shuō)明了玻爾模型也是有局限性的。故D正確。故選C?！咀兪?-1】氦原子被電離出一個(gè)核外電子，形成類(lèi)氫結(jié)構(gòu)的氫離子。已知基態(tài)的氦離子能量為E1＝－54.4eV，氫離子能級(jí)的示意圖如圖所示，在具有下列能量的光子中，不能被基態(tài)氦離子吸收而發(fā)生躍遷的是()A．40.8eV B．43.2eVC．51.0eV D．48.4eV解析光子如要被基態(tài)氦離子吸收而發(fā)生躍遷，光子能量必須等于兩能級(jí)間的能量差，B不符合條件。答案B【變式5-2】如圖甲所示的a、b、c、d為四種元素的特征譜線，圖乙是某礦物的線狀譜，通過(guò)光譜分析可以確定該礦物中缺少的元素為()A．a(chǎn)元素 B．b元素C．c元素 D．d元素解析由礦物的線狀譜與幾種元素的特征譜線進(jìn)行對(duì)照，b元素的譜線在該線狀譜中不存在，故B正確；與幾個(gè)元素的特征譜線不對(duì)應(yīng)的線說(shuō)明該礦物中還有其他元素。答案B【變式5-3】(多選)關(guān)于玻爾的原子模型，下列說(shuō)法中正確的是()A．它徹底否定了盧瑟福的核式結(jié)構(gòu)學(xué)說(shuō)B．它發(fā)展了盧瑟福的核式結(jié)構(gòu)學(xué)說(shuō)C．它完全拋棄了經(jīng)典的電磁理論D．它引入了普朗克的量子理論解析玻爾的原子模型在核式結(jié)構(gòu)模型的前提下提出軌道量子化、能量量子化及能級(jí)躍遷，故A錯(cuò)誤、B正確；它的成功就在于引入了量子化理論，缺點(diǎn)是被過(guò)多引入的經(jīng)典力學(xué)所困，故C錯(cuò)誤、D正確。答案BD【題型6對(duì)比問(wèn)題】【例6】氫原子的核外電子處于第三軌道上，當(dāng)它向能級(jí)較低的軌道躍遷時(shí)，放出光子，則(1)放出光子的最長(zhǎng)波長(zhǎng)和最短波長(zhǎng)之比是多少？(2)若電離n=3的氫原子至少需要給它多少能量？(E1=－13.6eV)【解析】(1)當(dāng)大量氫原子處于n=3能級(jí)時(shí)，可釋放出的光子頻率種類(lèi)為據(jù)玻爾理論在這3種頻率光子中，當(dāng)氫原子從n=3能級(jí)向n=2能級(jí)躍遷時(shí)輻射的光子波長(zhǎng)最長(zhǎng)、則、而波長(zhǎng)最短則(2)n=3的氫原子的能量為若電離n=3的氫原子至少需要給它1.51eV。【答案】(1)；(2)1.51eV【變式6-1】已知?dú)湓拥哪芗?jí)公式En＝eq\f(E1,n2)(E1＝－13.6eV，n＝1，2，3…)。大量處于某激發(fā)態(tài)的氫原子向低能級(jí)躍遷時(shí)，發(fā)出的復(fù)色光通過(guò)玻璃三棱鏡后分成a、b、c、d、e、f六束(含不可見(jiàn)光)，如圖2所示。據(jù)此可知，從n＝3能級(jí)向n＝1能級(jí)(基態(tài))躍遷產(chǎn)生的那一束是()A.b B.cC.d D.e答案D解析大量處于某激發(fā)態(tài)的氫原子向低能級(jí)躍遷時(shí)，發(fā)出的復(fù)色光通過(guò)玻璃三棱鏡后分成6束，可知?dú)湓影l(fā)生了從n＝4到基態(tài)的躍遷，其中從n＝4能級(jí)向n＝1能級(jí)(基態(tài))躍遷產(chǎn)生的光的頻率最大，從n＝3能級(jí)向n＝1能級(jí)(基態(tài))躍遷產(chǎn)生的光的頻率從高到低排列是第2位，因頻率越大的光折射率越大，折射程度越大，可知該光對(duì)應(yīng)著e光。【變式6-2】（多選）如圖為氫原子能級(jí)圖，氫原子中的電子從n＝5能級(jí)躍遷到n＝2能級(jí)可產(chǎn)生a光；從n＝4能級(jí)躍遷到n＝2能級(jí)可產(chǎn)生b光。a光和b光的波長(zhǎng)分別為λa和λb，照射到逸出功為2.29eV的金屬鈉表面均可產(chǎn)生光電效應(yīng)，遏止電壓分別為Ua和Ub。則()A．λa>λbB．Ua>UbC．a(chǎn)光的光子能量為2.86eVD．b光產(chǎn)生的光電子最大初動(dòng)能Ek＝0.26eV解析：選BCD根據(jù)能級(jí)躍遷知識(shí)hfa＝E5－E2＝－0.54－(－3.4)eV＝2.86eV，hfb＝E4－E2＝－0.85－(－3.4)eV＝2.55eV，顯然a光子的能量大于b光子，即a光頻率要大，波長(zhǎng)要短，所以A錯(cuò)，C正確。根據(jù)光電效應(yīng)可知，最大初動(dòng)能Ek＝hf－W0，所以a光照射后的最大初動(dòng)能為Eka＝2.86－2.29eV＝0.57eV，b光照射后的最大初動(dòng)能為Ekb＝2.55－2.29eV＝0.26eV，選項(xiàng)D正確。根據(jù)截止電壓知識(shí)可知，Ua>Ub，選項(xiàng)B正確?！咀兪?-3】a、b兩束單色光分別用同一雙縫干涉裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，在距雙縫恒定距離的屏上得到如圖所示的干涉圖樣，圖甲是a光照射時(shí)形成的干涉圖樣，圖乙是b光照射時(shí)形成的干涉圖樣。下列關(guān)于a、b兩束單色光的說(shuō)法正確的是()A.a光子的能量較大B.在水中a光傳播的速度較小C.若用b光照射某金屬?zèng)]有光電子逸出，則a光照射該金屬時(shí)也沒(méi)有光電子逸出D.若a光是氫原子的核外電子從第三能級(jí)向第二能級(jí)躍遷時(shí)產(chǎn)生的，則b光可能是氫原子的核外電子從第四能級(jí)向第三能級(jí)躍遷時(shí)產(chǎn)生的答案C解析根據(jù)Δx＝eq\f(l,d)λ得，a光的干涉條紋間距大于b光的干涉條紋間距，所以a光的波長(zhǎng)大于b光的波長(zhǎng)，根據(jù)c＝λν知，a光的頻率小于b光的頻率，根據(jù)E＝hν，可知b光的光子能量大，故A錯(cuò)誤；a光的折射率小于b光的折射率，根據(jù)v＝eq\f(c,n)可知，a光在水中的傳播速度大，故B錯(cuò)誤；若用b光照射某金屬?zèng)]有光電子逸出，因?yàn)閍光的頻率小于b光的頻率，所以用a光照射該金屬時(shí)也沒(méi)有光電子逸出，故C正確；因?yàn)閎光的能量大于a光的能量，氫原子的核外電子從第四能級(jí)向第三能級(jí)躍遷時(shí)產(chǎn)生的光子能量小于核外電子從第三能級(jí)向第二能級(jí)躍遷時(shí)產(chǎn)生的光子能量，故D錯(cuò)誤。【題型7聯(lián)系實(shí)際】【例7】如圖甲為氫原子光譜，圖乙為氫原子部分能級(jí)圖。甲中的、、、是氫原子在可見(jiàn)光區(qū)的四條譜線，這四條譜線為氫原子從高能級(jí)向能級(jí)躍遷時(shí)釋放的光子，稱(chēng)為巴爾末系，則下列正確的是（）A．對(duì)應(yīng)的光子能量比對(duì)應(yīng)的光子能量的小B．可能是氫原子從向能級(jí)躍遷時(shí)產(chǎn)生的C．若用照射某種金屬不能發(fā)生光電效應(yīng)，則一定也不能D．亮線分立說(shuō)明氫原子有時(shí)發(fā)光有時(shí)不發(fā)光【答案】C【解析】譜線的波長(zhǎng)最長(zhǎng)，頻率最小，能量最小，故對(duì)應(yīng)的光子能量比對(duì)應(yīng)的光子能量的大，A錯(cuò)誤；譜線的波長(zhǎng)最短，頻率最大應(yīng)為，氫原子從向能級(jí)躍遷時(shí)產(chǎn)生的波長(zhǎng)最長(zhǎng)，頻率最小，故B錯(cuò)誤；譜線的頻率高于譜線，若用照射某種金屬不能發(fā)生光電效應(yīng)，則一定也不能，C正確。只有幾條不連續(xù)的亮線，其原因是氫原子輻射的光子的能量是不連續(xù)的，所以對(duì)應(yīng)的光的頻率也是不連續(xù)的，D錯(cuò)誤。故選C?！咀兪?-1】為了做好疫情防控工作，小區(qū)物業(yè)利用紅外測(cè)溫儀對(duì)出入人員進(jìn)行體溫檢測(cè)。紅外測(cè)溫儀的原理是：被測(cè)物體輻射的光線只有紅外線可被捕捉，并轉(zhuǎn)變成電信號(hào)。圖為氫原子能級(jí)示意圖，已知紅外線單個(gè)光子能量的最大值為1.62eV，要使氫原子輻射出的光子可被紅外測(cè)溫儀捕捉，最少應(yīng)給處于n＝2激發(fā)態(tài)的氫原子提供的能量為()A.10.20eV B.2.89eVC.2.55eV D.1.89eV答案C解析處于n＝2能級(jí)的氫原子不能吸收10.20eV、2.89eV的能量，則選項(xiàng)A、B錯(cuò)誤；處于n＝2能級(jí)的氫原子能吸收2.55eV的能量而躍遷到n＝4的能級(jí)，然后向低能級(jí)躍遷時(shí)輻射光子，其中從n＝4到n＝3的躍遷輻射出的光子的能量小于1.62eV可被紅外測(cè)溫儀捕捉，選項(xiàng)C正確；處于n＝2能級(jí)的氫原子能吸收1.89eV的能量而躍遷到n＝3的能級(jí)，從n＝3到低能級(jí)躍遷時(shí)輻射光子的能量均大于1.62eV，不能被紅外測(cè)溫儀捕捉，選項(xiàng)D錯(cuò)誤?！咀兪?-2】北京高能光源是我國(guó)首個(gè)第四代同步輻射光源，計(jì)劃于2025年建成。同步輻射光具有光譜范圍寬（從遠(yuǎn)紅外到X光波段，波長(zhǎng)范圍約為10-5m～10-11m，對(duì)應(yīng)能量范圍約為10-1eV～105eV）、光源亮度高、偏振性好等諸多特點(diǎn)，在基礎(chǔ)科學(xué)研究、應(yīng)用科學(xué)和工藝學(xué)等領(lǐng)域已得到廣泛應(yīng)用。速度接近光速的電子在磁場(chǎng)中偏轉(zhuǎn)時(shí)，會(huì)沿圓弧軌道切線發(fā)出電磁輻射，這個(gè)現(xiàn)象最初是在同步加速器上觀察到的，稱(chēng)為“同步輻射”。以接近光速運(yùn)動(dòng)的單個(gè)電子能量約為109eV，回旋一圈輻射的總能量約為104eV。下列說(shuō)法正確的是（）A．同步輻射的機(jī)理與氫原子發(fā)光的機(jī)理一樣B．用同步輻射光照射氫原子，不能使氫原子電離C．蛋白質(zhì)分子的線度約為10-8m，不能用同步輻射光得到其衍射圖樣D．盡管向外輻射能量，但電子回旋一圈后能量不會(huì)明顯減小【答案】D【解析】同步輻射是在磁場(chǎng)中圓周自發(fā)輻射光能的過(guò)程，氫原子發(fā)光是先吸收能量到高能級(jí)，在回到基態(tài)時(shí)輻射光，兩者的機(jī)理不同，故A錯(cuò)誤；用同步輻射光照射氫原子，總能量約為104eV大于電離能13.6eV，則氫原子可以電離，故B錯(cuò)誤；同步輻射光的波長(zhǎng)范圍約為10-5m～10-11m，與蛋白質(zhì)分子的線度約為10-8m差不多，故能發(fā)生明顯的衍射，故C錯(cuò)誤；以接近光速運(yùn)動(dòng)的單個(gè)電子能量約為109eV，回旋一圈輻射的總能量約為104eV，則電子回旋一圈后能量不會(huì)明顯減小，故D正確；故選D?！咀兪?-3】子與氫原子核（質(zhì)子）構(gòu)成的原子稱(chēng)為氫原子，它在原子核物理的研究中有重要作用。氫原子的能級(jí)示意圖如圖所示，假定頻率為的一束光照射大量處于能級(jí)的氫原子，氫原子吸收光子后，發(fā)出6種不同頻率的光，下列說(shuō)法正確的是（）A．氫原子吸收光子后處于能級(jí)B．氫原子從能級(jí)躍遷到能級(jí)時(shí)釋放的光的頻率大于C．普朗克常量D．一個(gè)被激發(fā)的氫原子最多能發(fā)出3種不同頻率的光【答案】D【詳解】大量激發(fā)后的氫原子從m能級(jí)向低能級(jí)躍遷時(shí)總共可以產(chǎn)生的輻射光子的種類(lèi)，則，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；基態(tài)氫原子吸收頻率為的能量后從能級(jí)躍遷到能級(jí)，則有從能級(jí)躍遷到能級(jí)釋放的能量較小，故發(fā)出光的頻率小于，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；根據(jù)能級(jí)規(guī)律有解得普朗克常量為選項(xiàng)C錯(cuò)誤；一個(gè)被激發(fā)的氫原子從能級(jí)躍遷至低能級(jí)時(shí)若逐級(jí)躍遷，最多能發(fā)出3種不同頻率的光，選項(xiàng)D正確；故選D。【題型8綜合問(wèn)題】【例8】如圖所示為氫原子的能級(jí)示意圖，則關(guān)于氫原子在能級(jí)躍遷過(guò)程中輻射或吸收光子的特征，下列說(shuō)法中正確的是()A.一群處于n＝4能級(jí)的氫原子向基態(tài)躍遷時(shí)，能輻射出5種不同頻率的光子B.一群處于n＝3能級(jí)的氫原子吸收能量為0.9eV的光子可以躍遷到n＝4能級(jí)C.處于基態(tài)的氫原子吸收能量為13.8eV的光子可以發(fā)生電離D.若氫原子從n＝3能級(jí)躍遷到n＝1能級(jí)輻射出的光照在某種金屬表面上能發(fā)生光電效應(yīng)，則從n＝5能級(jí)躍遷到n＝2能級(jí)輻射出的光也一定能使該金