【導(dǎo)學(xué)練】高中物理魯科版(2019)選擇性必修3：4.3-4 課后素養(yǎng)落實(shí)10 光譜與氫原子光譜 玻爾原子模型習(xí)題

課后素養(yǎng)落實(shí)(十)(建議用時(shí)：40分鐘)題組一光譜及氫原子光譜的規(guī)律1．下列對(duì)氫原子光譜實(shí)驗(yàn)規(guī)律的認(rèn)識(shí)中，正確的是()A．因?yàn)闅湓雍送庵挥幸粋€(gè)電子，所以氫原子只能產(chǎn)生一種波長的光B．氫原子產(chǎn)生的光譜是一系列波長不連續(xù)的譜線C．氫原子產(chǎn)生的光譜是一系列亮度不連續(xù)的譜線D．氫原子產(chǎn)生的光的波長大小與氫氣放電管放電強(qiáng)弱有關(guān)B[氫原子光譜是線狀譜，波長是一系列不連續(xù)的、分立的特征譜線，并不是只含有一種波長的光，也不是亮度不連續(xù)的譜線，B對(duì)，A、C錯(cuò)；氫原子光譜是氫原子的特征譜線，只要是氫原子發(fā)出的光的光譜就相同，與放電管的放電強(qiáng)弱無關(guān)，D錯(cuò)。]2．下列關(guān)于光譜的說法，正確的是()A．太陽光譜是連續(xù)譜B．日光燈產(chǎn)生的光譜是連續(xù)譜C．鈉鹽在酒精燈火焰上汽化后所產(chǎn)生的光譜是線狀譜D．白光通過鈉蒸氣，所產(chǎn)生的光譜是線狀譜C[太陽發(fā)出的白光本來是連續(xù)譜，但在穿過太陽表面溫度比較低的太陽大氣層時(shí)，被大氣層內(nèi)存在著的從太陽蒸發(fā)出來的多種元素的氣體吸收，到達(dá)地球時(shí)形成吸收光譜，故A錯(cuò)誤；日光燈是低壓蒸氣發(fā)光，所以產(chǎn)生的是線狀譜，故B錯(cuò)誤；鈉鹽在酒精燈火焰上汽化后產(chǎn)生線狀譜，故C正確；白光通過鈉蒸氣產(chǎn)生的光譜是鈉的吸收光譜，故D錯(cuò)誤。]3．以下說法中正確的是()A．進(jìn)行光譜分析，可以用連續(xù)光譜，也可以用吸收光譜B．光譜分析的優(yōu)點(diǎn)是非常靈敏而且迅速C．分析某種物質(zhì)的化學(xué)組成，可以使這種物質(zhì)發(fā)出的白光通過另一種物質(zhì)的低溫蒸氣取得吸收光譜進(jìn)行分析D．?dāng)z下月球的光譜，可以分析出月球上有哪些元素B[進(jìn)行光譜分析不能用連續(xù)光譜，只能用明線光譜或吸收光譜，A錯(cuò)誤；光譜分析的優(yōu)點(diǎn)是靈敏而且迅速，B正確；分析某種物質(zhì)的化學(xué)組成，可用白光照射其低溫蒸氣產(chǎn)生的吸收光譜進(jìn)行分析，通過另一種物質(zhì)的低溫蒸氣只能取得另一種物質(zhì)的吸收光譜，C錯(cuò)誤；月球不能發(fā)光，它只能反射太陽光，故其反射的光譜是太陽光譜，而不是月球的光譜，不能用來分析月球上的元素，D錯(cuò)誤。]題型二玻爾原子理論的基本假設(shè)4．根據(jù)玻爾原子模型，氫原子中電子繞原子核運(yùn)動(dòng)的半徑()A．可以取任意值B．可以在某一范圍內(nèi)取值C．可以取一系列不連續(xù)的任意值D．可以取一系列不連續(xù)的特定值D[根據(jù)玻爾提出的軌道量子化假設(shè)可知選項(xiàng)D正確。]5．關(guān)于玻爾理論的局限性，下列說法中正確的是()A．玻爾的原子模型與原子的核式結(jié)構(gòu)模型本質(zhì)上是完全一致的B．玻爾理論的局限性是保留了過多的經(jīng)典物理理論C．玻爾理論的局限性在于提出了定態(tài)和能級(jí)之間躍遷的概念D．玻爾第一次將量子觀念引入原子領(lǐng)域，是使玻爾理論陷入局限性的根本原因B[玻爾的原子模型與原子的核式結(jié)構(gòu)模型本質(zhì)上是不同的，故A錯(cuò)誤；玻爾第一次將量子觀念引入原子領(lǐng)域，提出了定態(tài)和能級(jí)之間躍遷的概念，所以成功地解釋了氫原子光譜的實(shí)驗(yàn)規(guī)律，但是由于過多保留了經(jīng)典粒子的觀念，仍然擺脫不了核式結(jié)構(gòu)模型的局限性，可見B正確，C、D錯(cuò)誤。故選B。]題型三氫原子的能級(jí)結(jié)構(gòu)和躍遷問題的理解6．下列關(guān)于氫原子光譜和能級(jí)的說法正確的是()A．氫原子光譜中的亮線是由于氫原子從高能級(jí)向低能級(jí)躍遷時(shí)釋放出光子形成的B．氫原子光譜不是連續(xù)的，是一些分立的亮線，說明了氫原子能量是連續(xù)的C．原子能量越高原子越穩(wěn)定D．原子從高能態(tài)向低能態(tài)躍遷會(huì)吸收光子，光子能量等于兩個(gè)能級(jí)之差A(yù)[氫原子光譜中的亮線，是明線光譜，它是由于氫原子從高能級(jí)向低能級(jí)躍遷時(shí)釋放出光子形成的，故A正確；氫原子光譜不是連續(xù)的，是一些分立的亮線，說明了氫原子的能級(jí)是不連續(xù)的，而是分立的，故B錯(cuò)誤；原子能量越低原子越穩(wěn)定，在基態(tài)最穩(wěn)定，故C錯(cuò)誤；原子從高能態(tài)向低能態(tài)躍遷會(huì)放出光子，光子能量等于兩個(gè)能級(jí)之差，故D錯(cuò)誤。故選A。]7．根據(jù)玻爾理論，下列關(guān)于氫原子的論述正確的是()A．若氫原子由能量為En的定態(tài)向低能級(jí)m躍遷，則氫原子要輻射的光子能量為hν＝En－EmB．電子沿某一軌道繞核運(yùn)動(dòng)，若圓周運(yùn)動(dòng)的頻率為ν，則其發(fā)光的頻率也是νC．一個(gè)氫原子中的電子從一個(gè)半徑為ra的軌道直接躍遷到另一半徑為rb的軌道，則此過程原子要輻射某一頻率的光子D．氫原子吸收光子后，將從高能級(jí)向低能級(jí)躍遷A[原子由能量為En的定態(tài)向低能級(jí)躍遷時(shí)，輻射的光子能量等于兩能級(jí)的能量差，故A正確；電子沿某一軌道繞核運(yùn)動(dòng)，處于某一定態(tài)，不向外輻射能量，故B錯(cuò)誤；電子只有由半徑大的軌道躍遷到半徑小的軌道，能級(jí)降低，才能輻射某一頻率的光子，故C錯(cuò)誤；原子吸收光子后能量增加，能級(jí)升高，故D錯(cuò)誤。]8．如圖所示是某原子的能級(jí)圖，a、b、c為原子躍遷所發(fā)出的三種波長的光。在下列該原子光譜的各選項(xiàng)中，譜線從左向右的波長依次增大，則正確的是()ABCDC[根據(jù)ΔE＝hν，ν＝eq\f(c,λ)，可知λ＝eq\f(c,ν)＝eq\f(hc,ΔE)，能級(jí)差越大，波長越小，所以a的波長最小，b的波長最大，C正確。]9．氫原子光譜在巴耳末系中最長波長的光子能量是多少？[解析]當(dāng)n＝3時(shí)，對(duì)應(yīng)的波長最長，代入巴耳末公式有eq\f(1,λ1)＝1.10×107×eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,22)－\f(1,32)))解之得λ1≈6.5×10－7m光子能量為ε1＝hν＝heq\f(c,λ1)＝eq\f(6.63×10－34×3×108,6.5×10－7)J＝3.06×10－19J。[答案]3.06×10－19J10．(多選)氫原子能級(jí)圖如圖所示，a、b、c分別表示原子在不同能級(jí)之間的三種躍遷途徑，設(shè)a、b、c在躍遷過程中，放出光子的能量和波長分別是Ea、Eb、Ec和λa、λb、λc，若a光恰能使某金屬發(fā)生光電效應(yīng)，則()A．λa＝λb＋λcB．eq\f(1,λb)＝eq\f(1,λa)＋eq\f(1,λc)C．Eb＝Ea＋EcD．c光也能使該金屬發(fā)生光電效應(yīng)BC[Ea＝E2－E1，Eb＝E3－E1，Ec＝E3－E2，故Eb＝Ea＋Ec，C正確；又因?yàn)镋＝hν＝heq\f(c,λ)，故eq\f(1,λb)＝eq\f(1,λa)＋eq\f(1,λc)，A錯(cuò)誤，B正確；a光恰能使某金屬發(fā)生光電效應(yīng)，而Ea>Ec，D錯(cuò)誤。]11．根據(jù)玻爾理論，下列說法正確的是()A．原子處于定態(tài)時(shí)，雖然電子做變速運(yùn)動(dòng)，但并不向外輻射能量B．氫原子的核外電子由較高能級(jí)躍遷到較低能級(jí)時(shí)，要釋放一定頻率的光子，電勢能的減少量等于動(dòng)能的增加量C．氫原子可以吸收小于使氫原子電離能量的任意能量的光子，因而軌道半徑可以連續(xù)增大D．電子沒有確定軌道，只存在電子云A[根據(jù)玻爾理論中的定態(tài)假設(shè)可知，原子處于定態(tài)時(shí)，不向外輻射能量，A正確；氫原子發(fā)生躍遷輻射光子，減少的電勢能一部分轉(zhuǎn)化為電子的動(dòng)能，另一部分轉(zhuǎn)化為光子能量輻射出去，B錯(cuò)誤；氫原子只能吸收等于能級(jí)差的能量的光子，軌道半徑也是一系列不連續(xù)的特定值，C、D錯(cuò)誤。]12．已知?dú)湓拥幕鶓B(tài)能量為－13.6eV，核外電子的第一軌道半徑為0.53×10－10m，電子質(zhì)量me＝9.1×10－31kg，電荷量為1.6×10－19C，求電子躍遷到第三軌道時(shí)，氫原子的能量、電子的動(dòng)能和原子的電勢能各為多大？[解析]氫原子能量E3＝eq\f(1,32)E1≈－1.51eV電子在第三軌道時(shí)半徑為r3＝n2r1＝32r1＝9r1 ①電子繞核做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力由庫侖力提供，所以eq\f(ke2,req\o\al(\s\up1(2),\s\do1(3)))＝eq\f(meveq\o\al(\s\up1(2),\s\do1(3)),r3) ②由①②可得電子動(dòng)能為Ek3＝eq\f(1,2)meveq\o\al(\s\up11(2),\s\do4(3))＝eq\f(ke2,2×32r1)＝eq\f(9×109×（1.6×10－19）2,2×9×0.53×10－10×1.6×10－19)eV≈1.51eV由于E3＝Ek3＋Ep3，故原子的電勢能為Ep3＝E3－Ek3＝－1.51eV－1.51eV＝－3.02eV。[答案]－1.51eV1.51eV－3.02eV13．將氫原子電離，就是從外部給電子能量，使其從基態(tài)或激發(fā)態(tài)脫離原子核的束縛而成為自由電子。(1)若要使處于n＝2激發(fā)態(tài)的氫原子電離，至少要用多大頻率的電磁波照射該氫原子？(2)若用波長為200nm的紫外線照射氫原子，則電子飛到離核無窮遠(yuǎn)處時(shí)的速度為多大？(電子電荷量e＝1.6×10－19C，普朗克常量h＝6.63×10－34J·s，電子質(zhì)量me＝9.1×10－31kg)[解析](1)n＝2時(shí)，E2＝－eq\f(13.6,22)eV＝－3.4eV所謂電離，就是使處于基態(tài)或激發(fā)態(tài)的原子的核外電子躍遷到n＝∞的軌道，n＝∞時(shí)，E∞＝0。所以，要使處于n＝2激發(fā)態(tài)的原子電離，電離能為ΔE＝E∞－E2＝3.4eVν＝eq\f(ΔE,h)＝eq\f(3.4×1.6×10－19,6.63×10－34)Hz≈8.21×1014Hz。(2)