高中物理人教版 (2019)选择性必修 第三册4 氢原子光谱和玻尔的原子模型测试题

这是一份高中物理人教版 (2019)选择性必修 第三册4 氢原子光谱和玻尔的原子模型测试题，共14页。试卷主要包含了关于线状谱,下列说法中正确的是，下列关于光谱的说法正确的是，下列说法正确的是，根据玻尔理论,下列说法正确的是，光子的发射和吸收过程是等内容，欢迎下载使用。

第四章　原子结构和波粒二象性
4　氢原子光谱和玻尔的原子模型
基础过关练
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
题组一　光谱和光谱分析
1.(2021河北宣化一中高二下测试)关于光谱和光谱分析,下列说法正确的是 (深度解析)
A.太阳光谱是连续谱,分析太阳光谱可以知道太阳内部的化学组成
B.霓虹灯和炼钢炉中炽热铁水产生的光谱,都是线状谱
C.气体中中性原子的发光光谱是线状谱
D.进行光谱分析时,可以利用连续谱,也可以用线状谱
2.(2020河南郑州中牟一中高二下期中)关于线状谱,下列说法中正确的是 (　　)
A.每种原子处在不同温度下的线状谱不同
B.每种原子处在不同的物质中的线状谱不同
C.每种原子在任何条件下的线状谱都相同
D.两种不同的原子的线状谱可能相同
3.(多选)下列关于光谱的说法正确的是 (　　)
A.连续谱就是由连续发光的物体产生的光谱,线状谱是线状光源产生的光谱
B.通过对连续谱的光谱分析可鉴定物质成分
C.连续谱是连在一起的光带,线状谱是一条条分立的谱线
D.通过对线状谱的亮线光谱分析或对吸收光谱的暗线分析可鉴定物质成分
4.如图甲所示的a、b、c、d分别为四种元素的特征谱线,图乙是某矿物的线状谱,通过光谱分析可以确定该矿物中缺少的元素为 (　　)

A.a元素 B.b元素
C.c元素 D.d元素
5.(2021黑龙江肇东四中高二下期中)下列说法正确的是 (深度解析)
A.烧红的煤块和白炽灯发光产生的光谱都是连续光谱
B.生活中试电笔内氖管和霓虹灯发光产生的光谱都是连续光谱
C.用光谱管观察酒精灯火焰上钠盐的光谱可以看到钠的连续谱
D.神舟七号飞船内的三名宇航员在绕着地球飞行中能够观察到太阳的连续谱
6.(2020陕西延安新区高级中学高二下测试)巴耳末系谱线波长满足巴耳末公式1λ=R122-1n2,n=3,4,5,…。在氢原子光谱可见光区(巴耳末系的前四条谱线在可见光区),最长波长与最短波长之比为 (　　)
A.85 B.95
C.43 D.98
题组二　玻尔原子理论的基本假设
7.(2020四川绵阳高二下期末)根据玻尔原子结构理论,氢原子的电子绕氢原子核运动的半径 (　　)
A.可以取任意值
B.可以在一定范围内取任意值
C.是某一特定值
D.是一系列不连续的特定值
8.(2020山东菏泽高二下期末)根据玻尔理论,下列说法正确的是 (深度解析)
A.原子处于定态时,虽然电子做变速运动,但并不向外辐射能量
B.氢原子的核外电子由较高能级跃迁到较低能级时,要释放一定频率的光子,电势能的减少量等于动能的增加量
C.氢原子可以吸收小于使氢原子电离能量的任意能量的光子,因而轨道半径可以连续增大
D.电子没有确定轨道,只存在电子云
9.(2021陕西咸阳高二下期中)(多选)关于玻尔的原子模型,下列说法中正确的有 (　　)
A.它彻底否定了卢瑟福的核式结构学说
B.它发展了卢瑟福的核式结构学说
C.它完全抛弃了经典的电磁理论
D.它引入了普朗克的量子理论
10.(2020湖北襄阳一中高二下测试)(多选)光子的发射和吸收过程是 (　　)
A.原子从基态跃迁到激发态要放出光子,放出光子的能量等于原子在始、末两个能级的能量差
B.原子不能从低能级向高能级跃迁
C.原子吸收光子后从低能级跃迁到高能级,电子的电势能增加
D.原子无论是吸收光子还是放出光子,吸收的光子或放出的光子的能量恒等于始、末两个能级的能量差
11.(2020吉林长春实验中学高二下期中)氢原子能级的示意图如图所示,大量氢原子从n=4的能级向n=2的能级跃迁时辐射出可见光a,从n=3的能级向n=2的能级跃迁时辐射出可见光b,则 (深度解析)

A.氢原子在n=2的能级时可吸收能量为3.6 eV的光子而发生电离
B.氢原子从n=4的能级向n=3的能级跃迁时辐射出光子的能量可以小于0.66 eV
C.b光比a光的波长短
D.大量氢原子从n=4的能级跃迁时可辐射出5种频率的光子
12.(2021广东广州执信中学高二下期中)(多选)大量处于n=4激发态的氢原子向低能级跃迁时能辐射出多种不同频率的光,用这些光照射如图甲所示的光电管的阴极K。已知氢原子的部分能级图如图乙所示,阴极K为金属钨,其逸出功为4.54 eV。则下列说法中正确的是 (深度解析)

A.这些氢原子最多能发出6种不同频率的光
B.跃迁到基态时,会辐射γ射线
C.能使金属钨发生光电效应的光有3种
D.若将电源的正负极调换,电路中的光电流将变为0
题组三　玻尔理论对氢光谱的解释
13.(2021广东广州高三二模)如图为氢原子发射光谱,Hα、Hβ、Hγ、Hδ是其中的四条谱线,下列说法正确的是(　　)

A.氢原子发射光谱属于连续光谱
B.Hα谱线对应光子的能量最大
C.Hδ谱线对应光子的频率最小
D.该光谱由氢原子核外电子的跃迁产生
14.(2020江西南昌二中高三月考)已知氢原子的基态能量为E1,激发态能量为En=E1n2,其中n=2,3,4,…。1885年,巴耳末对当时已知的氢原子在可见光区的四条谱线做了分析,发现这些谱线的波长满足一个公式,这个公式写作1λ=R122-1n2,n=3,4,5,…。式中R叫作里德伯常量,这个公式称为巴耳末公式。用h表示普朗克常量,c表示真空中的光速,则里德伯常量R可以表示为 (　　)
A.-E1ℎc B.E12ℎc C.-E12ℎc D.E1ℎc
15.氢原子光谱除了巴耳末系外,还有赖曼系、帕邢系等,其中帕邢系的公式为1λ=R132-1n2,其中n=4,5,6,…,R=1.10×107 m-1。若已知帕邢系的氢原子光谱在红外线区域。
(1)求n=6时,对应的波长;
(2)帕邢系形成的谱线在真空中的波速为多大?n=6时,传播频率为多大?






题组四　玻尔理论的局限性
16.关于玻尔理论的局限性,下列说法中正确的是 (　　)
A.玻尔的原子模型与原子的核式结构模型本质上是完全一致的
B.玻尔理论的局限性是保留了过多的经典物理理论
C.玻尔理论的局限性在于提出了定态和跃迁的概念
D.玻尔第一次将量子观念引入原子领域,是使玻尔理论陷入局限性的根本原因
17.(2020河北石家庄鹿泉一中高二下测试)下列说法中正确的是 (　　)
A.α粒子散射实验揭示了原子不是组成物质的最小微粒
B.玻尔的原子理论成功地解释了氢原子的分立光谱,因此玻尔的原子结构理论已完全揭示了微观粒子运动的规律
C.阴极射线的实质是电子流
D.玻尔原子理论中的轨道量子化和能量量子化的假说,启发了普朗克将量子化的理论用于黑体辐射的研究
能力提升练

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
题组一　氢原子跃迁时光子的发射与吸收
1.(2021广西南宁高三一模,)如图为氢原子的能级示意图。现用光子能量在10.00 eV~12.65 eV范围内的光去照射一群处于基态的氢原子,这群氢原子被照射后辐射出的光子中,波长最短的光子能量为 (深度解析)

A.12.65 eV B.10.00 eV
C.10.20 eV D.12.09 eV
题组二　氢原子跃迁过程中的能量转化
2.(2021河北张家口高三二模,)氢原子的能级示意图如图所示,已知可见光光子能量范围为1.63 eV~3.10 eV,下列说法正确的是 (　　)

A.氢原子从n=4能级跃迁到n=2能级,辐射出的光为红外线
B.氢原子从n=2能级跃迁到n=1能级,辐射出的光为可见光
C.氢原子从n=4能级跃迁到n=2能级和从n=3能级跃迁到n=1能级相比,前者辐射出的光子的波长较长
D.处于基态的氢原子可以吸收能量为10.4 eV的光子实现跃迁
3.(2021山东济南德润中学高二下期中,)如图是氢原子能级示意图,一群氢原子处于n=4的激发态,当它们自发地跃迁到较低能级时,以下说法符合玻尔理论的是 (深度解析)

A.氢原子向低能级跃迁时,电子的动能减小
B.氢原子向低能级跃迁时,电子的电势能增大
C.由n=4跃迁到n=1时发出光子的频率最小
D.氢原子向低能级跃迁时,能发出6种不同的光谱线
4.(2020江苏如皋中学高二下调研,)(多选)如图所示是玻尔为解释氢原子光谱画出的氢原子能级示意图。大量处于n=3能级的氢原子向低能级跃迁放出若干频率的光子,普朗克常量为h,下列说法正确的是 (　　)

A.能产生3种不同频率的光子
B.产生的光子的最大频率为E3-E1ℎ
C.当氢原子从能级n=2跃迁到n=1时,氢原子的能量变大
D.若氢原子从能级n=2跃迁到n=1时放出的光子恰好能使某金属发生光电效应,则当氢原子从能级n=3跃迁到n=1时放出的光子照到该金属表面时,逸出的光电子的最大初动能为E3-E2
5.(2021江苏平潮中学高三模拟,)如图所示,图甲为氢原子的能级图,大量处于n=4激发态的氢原子跃迁时,发出频率不同的大量光子,其中频率最高的光子照射到图乙电路中光电管阴极K上时,电路中电流随电压变化的图像如图丙。下列说法正确的是 (　　)

A.阴极K的逸出功为6.75 eV
B.氢原子跃迁时共发出4种频率的光
C.保持入射光不变,向右移动滑片P,电流表示数一定变大
D.光电子的最大初动能与入射光的频率成正比












答案全解全析
第四章　原子结构和波粒二象性
4　氢原子光谱和玻尔的原子模型
基础过关练
1.C　太阳光谱不是连续谱,通过连续谱无法分析物质的化学组成,通过线状谱则可以分析物质的化学组成,故A、D错误;炼钢炉中炽热铁水产生的光谱是连续光谱,故B错误;气体中中性原子的发光光谱都是线状谱,故C正确。
方法技巧
不同元素的原子产生的线状谱是不同的,但同种元素的原子产生的线状谱是相同的,这意味着,某种物质的原子可用其线状谱加以鉴别,因此称某种元素原子的线状谱为这种元素原子的特征谱线。
2.C　每种原子都有自己的结构,只能发出由内部结构决定的自己的特征谱线,不会因温度、组成物质不同而改变,故C正确。
3.CD　连续谱是连在一起的光带,而不是由连续发光的物体产生的光谱,炽热固体、液体及高压气体发光产生的光谱是连续谱;线状谱是由一些不连续的亮线组成的谱线,稀薄气体、金属蒸气发光产生的谱线是线状谱,线状谱不是指线状光源产生的光谱,A错,C对。光谱分析是根据不同原子都有自己的特征谱线来鉴别物质和确定物质的组成成分的方法,连续谱不能用来进行光谱分析,而线状谱和吸收光谱都是原子自身的特征谱线,可以用来进行光谱分析,鉴定物质成分,B错,D对。
4.B　将矿物的线状谱与几种元素的特征谱线进行对照,b元素的谱线在该线状谱中不存在,故B正确。矿物的线状谱中有与这几个元素的特征谱线不对应的线,说明该矿物中还有其他元素。
5.A　烧红的煤块和白炽灯发光产生的光谱都是连在一起的光带,是连续谱,故A正确;生活中试电笔内氖管和霓虹灯发光产生的光谱属于线状谱,故B错误;在燃烧的酒精灯芯上放上少许食盐,用光谱管观察可看到钠的线状谱,故C错误;太阳光谱中有许多的暗线,不是连续谱,故D错误。
导师点睛
要明确光谱和物质发光的对应关系,炽热的固体、液体和高压气体发出的是连续谱,而稀薄气体发出的是线状谱。
6.A　在巴耳末系中,根据1λ=R122-1n2知,当n=3时,光子能量最小,波长最长;当n=6时,光子能量最大,波长最短。则有1λmax=R122-132=5R36,1λmin=R122-162=2R9,所以λmaxλmin=85,故A正确。
7.D　根据玻尔理论可知,电子的轨道半径是量子化的,是一系列不连续的特定值,故D正确。
8.A　原子具有的稳定能量状态称为定态,电子绕核运动,但它并不向外辐射能量,故A正确;氢原子的核外电子由较高能级跃迁到较低能级时,要释放一定频率的光子,电势能的减少量大于动能的增加量,故B错误;原子的不同能量状态与电子沿不同的轨道绕核运动相对应,而电子的可能轨道的分布是不连续的,当电子从一个轨道跃迁到另一个轨道时原子才发射或吸收能量,所以氢原子只能吸收特定频率的光子的能量,故C错误;根据玻尔理论,核外电子具有量子化的确定的轨道,电子云是对电子轨道出现的概率的描述,故D错误。
方法技巧
玻尔理论的基本假设
(1)定态假设:当电子在不同轨道上运动时,原子处于有不同值但有确定能量的稳定状态中,原子的能量是量子化的。
(2)跃迁假设:当电子从能量较高的定态轨道(其能量记为Em)跃迁到能量较低的定态轨道(能量记为En,m>n)时,会放出能量为hν的光子,该光子的能量hν=Em-En。
(3)轨道假设:电子绕原子核做圆周运动,服从经典力学的规律,但电子的轨道是量子化的,电子在这些轨道上绕核的转动是稳定的,不向外辐射能量。
9.BD　玻尔首先把普朗克的量子假说推广到原子内部的能量,来解决卢瑟福原子模型在稳定性方面的困难,故A错误,B、D正确。玻尔的原子理论第一次将量子观念引入原子领域,提出了定态和跃迁的概念,成功地解释了氢原子光谱的实验规律,但对于稍微复杂一点的原子如氦原子,玻尔理论就无法解释它的光谱现象,这说明玻尔理论还没有完全揭示微观粒子运动的规律,它的不足之处在于保留了经典粒子的观念,仍然把电子的运动看作经典力学描述下的轨道运动,故C错误。
10.CD　原子从基态跃迁到激发态要吸收光子,吸收的光子的能量等于原子在始、末两个能级的能量差,故A错误;原子吸收光子后可能从低能级跃迁到高能级,故B错误;原子吸收光子后从低能级向高能级跃迁,电子动能变小,电子的电势能增加,总能量增加,故C正确;根据玻尔理论可知,原子无论是吸收光子还是放出光子,吸收的光子或放出的光子的能量恒等于始、末两个能级的能量差,故D正确。
11.A　氢原子从n=2的能级电离所需的最小能量E=0-(-3.4 eV)=3.4 eV,光子能量3.6 eV高于此值,故能发生电离,故A正确;氢原子从n=4的能级向n=3的能级跃迁时辐射出光子的能量为E=-0.85 eV-(-1.51 eV)=0.66 eV,故B错误;氢原子从n=4的能级向n=2的能级跃迁时辐射光子的能量大于从n=3的能级向n=2的能级跃迁时辐射光子的能量,则可见光a的光子能量大于b的,又根据光子能量ε=hν,可得a的频率大于b的频率,由c=λf可得,频率越大,波长越短,所以a光比b光的波长短,故C错误;大量氢原子从n=4的能级跃迁时,能辐射出C42=6种频率的光子,故D错误。
导师点睛
原子从一种定态跃迁到另一种定态时,它辐射(或吸收)一定频率的光子,光子的能量由这两种定态的能量差决定。高能级Em低能级En。
12.AC　这些氢原子最多能发出C42=6种不同频率的光,故A正确。γ射线是原子核从高能级向低能级跃迁时放出的,故B错误。氢原子从n=4的能级向n=1的能级跃迁时辐射光子的能量为E4-E1=12.75 eV,从n=3的能级向n=1的能级跃迁时辐射光子的能量为E3-E1=12.09 eV,从n=2的能级向n=1的能级跃迁时辐射光子的能量为E2-E1=10.2 eV,能使金属钨发生光电效应的光有3种,故C正确。若将电源的正负极调换,光电管两端加反向电压,当电压小于遏止电压时,电路中的光电流不为0,故D错误。
方法技巧
大量处于量子数为n的激发态的氢原子向基态跃迁时,最多可辐射n(n-1)2种不同频率的光子;一个处于量子数为n的激发态的氢原子向基态跃迁时,最多可辐射(n-1)种不同频率的光子。
13.D　氢原子发射光谱属于线状谱,故A错误;Hα谱线的波长最长,频率最小,所以光子能量最小,故B错误;Hδ谱线的波长最短,频率最大,故C错误;该光谱由氢原子核外电子的跃迁产生,故D正确。
14.A　若n>m,由n→m跃迁,释放光子,则E1n2-E1m2=hν,因为ν=cλ,则E11n2-1m2=hcλ,又hcλ=hcR122-1n2,得-E1=hcR,解得里德伯常量R=-E1ℎc,故A正确。
15.答案　(1)1.09×10-6 m
(2)3×108 m/s　2.75×1014 Hz
解析　(1)由帕邢系公式1λ=R132-1n2,当n=6时,得λ≈1.09×10-6 m。
(2)帕邢系形成的谱线在红外线区域,而红外线属于电磁波,在真空中以光速传播,故波速为v=c=3×108 m/s。
由v=λT=λν,得ν=vλ=cλ=3×1081.09×10-6 Hz≈2.75×1014 Hz。
16.B　玻尔理论认为,电子的轨道是量子化的,原子的能量也只能取一系列特定的值,与原子的核式结构模型本质上是不同的,故A错误;玻尔第一次将量子观念引入原子领域,提出了定态和跃迁的概念,成功地解释了氢原子光谱的实验规律,不足之处在于保留了经典粒子的观念,仍然把电子的运动看作经典力学描述下的轨道运动,故B正确,C、D错误。
17.C　α粒子散射实验得出原子具有核式结构模型,故A错误;玻尔的原子理论成功地解释了氢原子的分立光谱,但不能解释稍微复杂一点的原子的光谱现象,这说明玻尔理论还没有完全揭示微观粒子的运动规律,故B错误;阴极射线的实质是电子流,故C正确;玻尔受到普朗克关于黑体辐射的量子论和爱因斯坦关于光子的概念的启发,得出电子轨道的量子化和能量的量子化,故D错误。
能力提升练
1.D　用光子能量在10.00 eV~12.65 eV范围内的光去照射一群处于基态的氢原子,最多可使氢原子跃迁至n=3能级[因为E4-E1=-0.85 eV-(-13.60 eV)=12.75 eV>12.65 eV];处于基态的氢原子,只能吸收能量为某能级与基态能级能量差的光子,处于基态的氢原子吸收光子后最高处在n=3的能级,此时辐射出的光子波长最短,光子能量为12.09 eV,故D正确。
方法技巧
能级图的理解及应用:
(1)由En=E1n2知,量子数越大,能级差越小。n=1是原子的基态,n→∞是原子电离时对应的状态。
(2)跃迁过程中吸收或辐射光子的频率和波长满足hν=|Em-En|,hcλ=|Em-En|。
2.C　根据玻尔理论有hν=En-Em(n>m),氢原子从n=4能级跃迁到n=2能级,辐射出的光子的能量为E4-E2=2.55 eV,在可见光能量范围内,故A错误;氢原子从n=2能级跃迁到n=1能级,辐射出的光子的能量为E2-E1=10.2 eV,大于可见光的光子能量,故B错误;氢原子从n=4能级跃迁到n=2能级和从n=3能级跃迁到n=1能级相比,前者辐射出的光子的能量较小,对应光子波长较长,故C正确;10.4 eV不等于基态与任何能级的能量差,处于基态的氢原子不能吸收能量为10.4 eV的光子实现跃迁,故D错误。
3.D　氢原子从n=4能级向低能级跃迁时,原子的能量减小,电子的轨道半径减小,电子的动能增大,电势能减小,故A、B错误;由n=4跃迁到n=1时发出光子的能量最大,光子的频率最大,故C错误;向低能级跃迁时,这群氢原子可能辐射C42=6种频率的光子,故D正确。
方法技巧
分析电子在某条轨道上运动的动能时,要将玻尔的轨道理论与电子绕核做圆周运动的向心力结合起来,即F向=mv2r,F向=F库=ke2r2。
4.ABD　大量氢原子从n=3能级向低能级跃迁能产生C32=3种光子,故A正确;产生的光子能量最大的是从n=3能级向n=1能级跃迁时,根据hν=E3-E1,解得ν=E3-E1ℎ,故B正确;从高能级向低能级跃迁,释放光子,氢原子能量变小,故C错误;若氢原子从能级n=2跃迁到n=1时放出的光子恰好能使某金属发生光电效应,W0=E2-E1,则当氢原子从能级n=3跃迁到n=1时放出的光子照到该金属表面时,逸出的光电子的最大初动能为Ek=E3-E1-W0=E3-E2,故D正确。
5.A　由爱因斯坦光电效应方程Ek=hν-W0和eUc=12mvmax2=Ek得到eUc=hν-W0,则W0=hν-eUc=[-0.85-(-13.60)]eV-6 eV=6.75 eV,故A正确;大量处于n=4能级的氢原子跃迁时共发出N=C42=6种频率的光,故B错误;保持入射光不变,向右移动滑片P,当光电流已达到饱和电流时,电流表示数不再变化,故C错误;由爱因斯坦光电效应方程Ek=hν-W0可知,光电子的最大初动能与入射光的频率成一次函数关系,但不是成正比,故D错误。