2023人教版新教材高中物理選擇性必修第三冊同步練習-4氫原子光譜和玻爾的原子模型

第四章原子結(jié)構(gòu)和波粒二象性

4氫原子光譜和玻爾的原子模型

基礎(chǔ)過關(guān)練

題組一光譜和光譜分析

1.（2021河北宣化一中測試）關(guān)于光譜和光譜分析，下列說法正確的是（）

A.太陽光譜是連續(xù)譜，分析太陽光譜可以知道太陽內(nèi)部的化學組成

B.霓虹燈和煉鋼爐中熾熱鐵水產(chǎn)生的光譜，都是線狀譜

C.氣體中中性原子的發(fā)光光譜是線狀譜

D.進行光譜分析時，可以利用連續(xù)譜，也可以用線狀譜

2.（2022遼寧沈陽第八十三中學期初）關(guān)于原子的特征譜線，下列說法不正確的是

（）

A.不同原子的發(fā)光頻率是不一樣的，每種原子都有自己的特征譜線

B.使熾熱固體發(fā)出的白光通過低溫鈉蒸氣，可得到鈉元素的特征譜線

C.可以用特征譜線進行光譜分析來鑒別物質(zhì)和確定物質(zhì)的組成成分

D.原子的特征譜線是原子具有核式結(jié)構(gòu)的有力證據(jù)

3.如圖甲所示的a、b、c、d分別為四種元素的特征譜線，圖乙是某礦物的線狀譜,

通過光譜分析可以確定該礦物中缺少的元素為（）

-------u------------------b

甲

IIIIIIIIIIII

乙

A.a元素B.b元素

C.c元素D.d元素

題組二玻爾原子理論的基本假設(shè)

4.（2020四川綿陽期末）根據(jù)玻爾原子結(jié)構(gòu)理論，氫原子的電子繞氫原子核運動的

半徑（）

A.可以取任意值

B.可以在一定范圍內(nèi)取任意值

C.是某一特定值

D.是一系列不連續(xù)的特定值

5.（2020山東范澤期末）根據(jù)玻爾理論，下列說法正確的是（）

A.原子處于定態(tài)時，雖然電子做變速運動,但并不向外輻射能量

B.氫原子的核外電子由較高能級躍遷到較低能級時，要釋放一定頻率的光子，電勢

能的減少量等于動能的增加量

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

6.（2022重慶第八中學月考）已知氫原子的基態(tài)能量為巳激發(fā)態(tài)能量E行靜，其中

n=2,3,4,...o若氫原子從n=3能級躍遷到n=2能級放出光子的頻率為乙則大量處

于n=4激發(fā)態(tài)的氫原子向低能級躍遷時放出光子的最小頻率為（）

A.-KB.—/

220

-7-27

C-vD-y

54

題組三玻爾理論對氫光譜的解釋

7.（2022河北省級聯(lián)測）根據(jù)玻爾理論，電子在第n軌道運動時氫原子的能量日和

電子在第1軌道運動時氫原子的能量E1滿足關(guān)系式En=^0如圖為氫原子的能級

圖。巴耳末系的譜線是氫原子的電子從〃>2的能級躍高〃=2能級時發(fā)出的譜

線，賴曼系的譜線是氫原子的電子從的能級躍遷至n=l能級時發(fā)出的一系列

光譜線。則賴曼系能量最小的光子與巴耳末系能量最大的光子的能量差約為

)

8“布喇開系鏟V

5

4

3-T-;ill；--0.85

2而加系J干

巴耳末系

1也出--------------13.6

賴曼系

A.10.2eVB.6.8eV

C.3.4eVD.0.54eV

8.（2022天津和平第二次質(zhì)量調(diào)查）如圖甲為氫原子光譜，圖乙為氫原子部分能級

示意圖。甲中的H$、也、出、H。是氫原子在可見光區(qū)的四條譜線，這四條譜線

為氫原子從高能級向n=2能級躍遷時發(fā)出的，稱為巴耳末系,則下列說法正確的是

A/nm410.29434.17486.27656.47

甲

8................................0

4--------------------------0.85

3--------------------------1.51

2一3.4

1------------------------13.6

A.Hy對應的光子能量比H.,對應的光子能量小

B.Hs可能是氫原子從n=3能級向n=2能級躍遷時產(chǎn)生的

C.若用小照射某種金屬不能發(fā)生光電效應，則用H..照射該金屬一定也不能發(fā)生

光電效應

D.亮線分立說明氫原子有時發(fā)光有時不發(fā)光

9.（2022山東青島期中）大千世界的五光十色是由于原子躍遷發(fā)光而產(chǎn)生的。氫原

子能級的示意圖如圖所示,關(guān)于氫原子在躍遷過程中發(fā)射或吸收光子的描述，下列

說法正確的是（）

3--------------------1-51

2--------------------3.4

1--------------------13.6

A.氫原子從n=3能級向n=2能級躍遷時，吸收的光子能量為1.89eV

B.大量氫原子從n=4的激發(fā)態(tài)向低能級躍遷時發(fā)射的譜線有3條

C.用光子能量為10.3eV的光照射氫原子，可使處于基態(tài)的氫原子躍遷到激發(fā)態(tài)

D.n=4能級的氫原子躍遷到n=2能級比躍遷到基態(tài)發(fā)出的光更易發(fā)生衍射現(xiàn)象題

組四玻爾理論的局限性

10.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

能力提升練

題組一氫原子躍遷時光子的發(fā)射與吸收

1.（2021廣西南寧一模）如圖為氫原子的能級示意圖?，F(xiàn)用光子能量在

10.00~12.65eV范圍內(nèi)的光去照射一群處于基態(tài)的氫原子，這群氫原子被照射后

輻射出的光子中，波長最短的光子能量為（）

3--------------------1-51

2--------------------3.4

1--------------------13.6

A.12.65eVB.10.00eV

C.10.20eVD.12.09eV

題組二氫原子躍遷過程中的能量轉(zhuǎn)化

P201定點

2.（2021山東濟南德潤中學期中）如圖是氫原子能級示意圖，一群氫原子處于n=4

的激發(fā)態(tài)，當它們自發(fā)地躍遷到較低能級時，以下說法符合玻爾理論的是（）

rV

8〃-/(O?

485

-51

3--O.

2--I.4

-3.

I--------------------------------13.6

A.氫原子向低能級躍遷時，電子的動能減小

B.氫原子向低能級躍遷時，電子的電勢能增大

C.由n=4能級躍遷到c=l能級時發(fā)出光子的頻率最小

D.氫原子向低能級躍遷時,能發(fā)出6種不同的光譜線

3.（2022江蘇淮安二模）氫原子能級圖如圖所示，用大量處于n=2能級的氫原子躍

遷到基態(tài)時發(fā)出的光去照射光電管陰極K,測得光電管兩端的遏止電壓為8.6V,已

知光子能量在1.63~3.10eV范圍*內(nèi).為.可見.光，下r列判斷正確的是（）

4--------------------------0.85

3--------------------------1.51

2--------------------------3.4

I------------------------13.6

A.電子從陰極K表面逸出的最大初動能為10.2eV

B.陰極K材料的逸出功為8.6eV

C.大量處于n=4能級的氫原子躍遷一定能發(fā)出6種不同頻率的可見光

D.氫原子從n=4能級躍遷到n=2能級,發(fā)出的光照射該光電管陰極K時能發(fā)生光

電效應

4.（2021江蘇平潮中學模擬）如圖所示，圖甲為氫原子的能級圖，大量處于n=4激發(fā)

態(tài)的氫原子躍遷時，發(fā)出大量頻率不同的光子，其中頻率最高的光子照射到圖乙電

路中光電管陰極K上時，電路中電流隨電壓變化的圖像如圖丙。下列說法正確的

是（）

A.陰極K的逸出功為6.75eV

B.這些氫原子躍遷時共發(fā)出4種頻率的光

C.若光電管兩端所加電壓為正向電壓，保持入射光不變,向右移動滑片P,電流表示

數(shù)一定變大

D.光電子的最大初動能與入射光的頻率成正比

5.（2022河南商開大聯(lián)考期中）如圖所示為氫原子的能級圖，大量氫原子處于某一

激發(fā)態(tài)，由這些氫原子可能發(fā)出的所有的光子中，頻率最大的光子能量為-||且,已知

激發(fā)態(tài)能量與基態(tài)能量的關(guān)系為:&=*（c為所處能級E為基態(tài)能量），求：

⑴這些光子總共有幾種不同的頻率；

⑵頻率最小的光子的能量（結(jié)果以eV為單位，保留2位有效數(shù)字）。

nE/eV

oc......................................0

3------------------------瑪

2-----------------------瑪

1--------------------------n6

6.（2021遼寧沈陽市郊聯(lián)體期末）已知氫原子處于基態(tài)時能量為巳處于量子數(shù)為n

的激發(fā)態(tài)時能量為務(wù)普朗克常量為h。氫原子從n=2能級向n=l能級躍遷時所

放出的光子，正好使某種金屬材料發(fā)生光電效應。用一群處于〃=4能級的氫原子

向較低能級躍遷時發(fā)出的光照射該金屬。求：

⑴該金屬的截止頻率人；

⑵產(chǎn)生光電子的最大初動能Eko

答案與分層梯度式解析

4氫原子光譜和玻爾的原子模型

基礎(chǔ)過關(guān)練

1.C太陽光譜是連續(xù)譜，通過連續(xù)譜無法分析物質(zhì)的化學組成，通過線狀譜則可

以分析物質(zhì)的化學組成，故A、D錯誤丁煉鋼爐中熾熱鐵水產(chǎn)生的光譜是連續(xù)光譜,

故B錯誤;氣體中中性原子的發(fā)光光譜是線狀譜，故C正確。

2.D不同原子的發(fā)光頻率是不一樣的，每種原子都有自己的特征譜線,A正確;熾

熱固體發(fā)出的白光通過低溫鈉蒸氣時,某些波長的光被吸收產(chǎn)生鈉的吸收光譜,B

正確;每種原子都有自己的特征譜線，可以用特征譜線進行光譜分析來鑒別物質(zhì)和

確定物質(zhì)的組成成分,C正確；a粒子散射實驗是原子具有核式結(jié)構(gòu)的有力證據(jù),D

錯誤。故選D。

3.B將礦物的線狀譜與幾種元素的特征譜線進行對照力元素的譜線在該線狀譜

中不存在，故B正確。礦物的線狀譜中有與這兒種元素的特征譜線不對應的線，說

明該礦物中還有其他元素。

4.D根據(jù)玻爾理論可知，電子的軌道半徑是量子化的,是一系列不連續(xù)的特定值，

故D正確。

5.A原子中具有確定能量的穩(wěn)定狀態(tài)稱為定態(tài)，電子繞核運動，但它并不向外輻

射能量，故A正確;氫原子的核外電子由較高能級躍遷到較低能級時，要釋放一定

頻率的光子,電勢能的減少量大于動能的增加量，故B錯誤;原子的不同能量狀態(tài)與

電子沿不同的軌道繞核運動相對應，而電子的可能軌道的分布是不連續(xù)的,當電子

從一個軌道躍遷到另一個軌道時原子才發(fā)射或吸收能量，所以氫原子只能吸收特

定頻率的光子的能量，故c錯誤;根據(jù)玻爾理論，核外電子具有量子化的確定的軌道,

實際上，電子的坐標沒有確定的值，只能說某時刻電子在某點附近單位體積內(nèi)出現(xiàn)

的概率是多少，電子云是對電子在各個位置出現(xiàn)的概率的描述，故D錯誤。

方法技巧

玻爾理論的基本假設(shè)

⑴定態(tài)假設(shè):當電子在不同軌道上運動時，原子處于有不同值但有確定能量的穩(wěn)定

狀態(tài)中，原子的能量是量子化的。

⑵躍遷假設(shè):當電子從能量較高的定態(tài)軌道（其能量記為Em）躍遷到能量較低的定

態(tài)軌道（能量記為時,會放出能量為hv的光子，該光子的能量6y=Em-Eno

⑶軌道假設(shè):電子繞原子核做圓周運動,服從經(jīng)典力學的規(guī)律，但電子的軌道是量

子化的，電子在這些軌道上繞核的轉(zhuǎn)動是穩(wěn)定的，不向外輻射能量。

6.B據(jù)題意可得E3-E2=^=hLE4-E3用卷融飛向聯(lián)立可得大量處于n=4激發(fā)

態(tài)的氫原子向低能級躍遷時放出光子的最小頻率為％皿=（L故選B。

導師點睛

原子從一種定態(tài)躍遷到另一種定態(tài)時,它輻射（或吸收）一定頻率的光子，光子

的能量由這兩個定態(tài)的能量差決定。

發(fā)射光于/2=E“一E”

局）能級Em吸收光子/”=E“一E"'低能級Eno

7.B賴曼系的光子中，從〃=2能級躍遷到/?=1能級釋放的能量最小，為△&=-3.4

eV-（-13.6eV）=10.2eV。巴耳末系的光子中，從n=箱旨級躍遷至n=2能級釋放的能

量最大，為△E2=0（3.4eV）=3.4eV,所以△E=△△&=10.2eV-3.4eV=6.8eV,故選

Bo

8.CH?譜線的波長最長，頻率最小，能量最小，故也對應的光子能量比H?對應的

光子能量大,A錯誤;M譜線的波長最短，頻率最大,而氫原子從高能級向n=2能級

躍遷產(chǎn)生的光子中，從n=3能級向n=2能級躍遷時產(chǎn)生的光子能量最小，其波長最

長，頻率最小,B錯誤;HR譜線的頻率高于H.譜線的，若用H。照射某種金屬不能發(fā)

生光電效應，則用比照射該金屬一定也不能發(fā)生光電效應,C正確;亮線分立說明

氫原子躍遷時發(fā)射的光子的能量是不連續(xù)的，對應的光的頻率也是不連續(xù)的，并不

是氫原子有時發(fā)光有時不發(fā)光,D錯誤。故選C。

9.D氫原子從〃=3能級向n=2能級躍遷時，放出的光子能量為1.89eV,A錯誤;大

量氫原子從n=4的激發(fā)態(tài)向低能級躍遷時發(fā)射的譜線有量=6條,B錯誤;用光子能

量為10.3eV的光照射處于基態(tài)的氫原子，&=-13.6eV+10.3eV=-3.3eV,氫原子不存

在En=-3.3eV的能級,C錯誤力=4能級的氫原子躍遷到n=2能級比躍遷到基態(tài)發(fā)出

的光子能量小，光子的頻率小,波長大，所以更容易發(fā)生衍射,D正確。故選Do

方法技巧

大量處于量子數(shù)為n的激發(fā)態(tài)的氫原子向低能級躍遷時，最多可輻射風尸種

不同頻率的光子;一個處于量子數(shù)為n的激發(fā)態(tài)的氫原子向低能級躍遷時，最多可

輻射S-i)種不同頻率的光子。

10.B玻爾理論認為，電子的軌道是量子化的,原子的能量也只能取一系列特定的

值，與原子的核式結(jié)構(gòu)模型本質(zhì)上是不同的，故A錯誤;玻爾第一次將量子觀念引

入原子領(lǐng)域，提出了定態(tài)和躍遷的概念，成功地解釋了氫原子光譜的實驗規(guī)律，不足

之處在于保留了經(jīng)典粒子的觀念，仍然把電子的運動看作經(jīng)典力學描述下的軌道

運動，故B正確,C、D錯誤。

能力提升練

因為所以用光子能量在

1.DE4-￡I=-0.85eV-(-13.6eV)=12.75eV>12.65eV,

10.00~12.65eV范圍內(nèi)的光去照射一群處于基態(tài)的氫原子，最多可使氫原子躍遷

至n=3能級;處于基態(tài)的氫原子，只能吸收能量為某能級與基態(tài)能級能量差的光子,

處于基態(tài)的氫原子吸收光子后最高處在n=3的能級，從n=3能級躍遷至n=l能級

時輻射出的光子波長最短，光子能量為12.09eV,故D正確。

方法技巧

能級圖的理解及應用

⑴由&=*知，量子數(shù)越大，相鄰能級間的能量差越小。n=l是原子的基態(tài)，〃-8是

原子電離時對應的狀態(tài)。

⑵躍遷過程中吸收或輻射光子的頻率和波長滿足hr=|Em-EnI,檸=IEm-En|o

2.D氫原子從n=4能級向低能級躍遷時，原子的能量減小，電子的軌道半徑減小，

電子的動能增大，電勢能減小，故A、B錯誤;由n=4能級躍遷到n=l能級時發(fā)出光

子的能量最大，光子的頻率最大，故c錯誤;向低能級躍遷時,這群氫原子可能輻射

第=6種頻率的光子,故D正確。

方法技巧

分析電子在某條軌道上運動的動能時，要將玻爾的軌道理論與電子繞核做圓

周運動結(jié)合起來，即向一「’立2

小向二尸庫=#。

3.D電子從陰極K表面逸出的最大初動能為Ek=eUc=8.6eV,A錯誤;氫原子從n=2

能級躍遷到基態(tài)時發(fā)出的光子能量為h-E2-Ei=10.2eV,根據(jù)愛因斯坦光電效應

方程Ek=h入Wo,解得陰極K材料的逸出功為W0=hK-Ek=1.6eV,B錯誤;大量處于

。=4能級的氫原子躍遷時，可能輻射出6種不同頻率的