高中物理人教版 (2019)选择性必修 第三册氢原子光谱和玻尔的原子模型课后测评

这是一份高中物理人教版 (2019)选择性必修 第三册氢原子光谱和玻尔的原子模型课后测评，共9页。试卷主要包含了光谱，氢原子光谱的实验规律，经典理论的困难，玻尔原子理论的基本假设等内容，欢迎下载使用。
考点一、光谱
1．定义：用棱镜或光栅把物质发出的光按波长(频率)展开，获得波长(频率)和强度分布的记录．
2．分类
2．太阳光谱
考点二、氢原子光谱的实验规律
如图所示为氢原子的光谱．
1．氢原子光谱的特点：在氢原子光谱图中的可见光区内，由右向左，相邻谱线间的距离越来越小，表现出明显的规律性．
2．巴耳末公式
(1)巴耳末对氢原子光谱的谱线进行研究得到公式：eq \f(1,λ)＝R∞(eq \f(1,22)－eq \f(1,n2))(n＝3,4,5，…)，该公式称为巴耳末公式．式中R叫作里德伯常量，实验值为R∞＝1.10×107 m－1.
(2)公式中只能取n≥3的整数，不能连续取值，波长是分立的值．
3．其他谱线：除了巴耳末系，氢原子光谱在红外和紫外光区的其他谱线也都满足与巴耳末公式类似的关系式．
考点三、经典理论的困难
1．核式结构模型的成就：正确地指出了原子核的存在，很好地解释了α粒子散射实验．
2．经典理论的困难：经典物理学既无法解释原子的稳定性，又无法解释原子光谱的分立线状谱．
考点四、玻尔原子理论的基本假设
1．轨道量子化
(1)原子中的电子在库仑引力的作用下，绕原子核做圆周运动．
(2)电子运行轨道的半径不是任意的，也就是说电子的轨道是量子化的(填“连续变化”或“量子化”)．
(3)电子在这些轨道上绕核的运动是稳定的，不产生电磁辐射．
2．定态
(1)当电子在不同的轨道上运动时，原子处于不同的状态，具有不同的能量．电子只能在特定轨道上运动，原子的能量只能取一系列特定的值．这些量子化的能量值叫作能级．
(2)原子中这些具有确定能量的稳定状态，称为定态．能量最低的状态称为基态，其他的状态叫作激发态．
3．频率条件
当电子从能量较高的定态轨道(其能量记为En)跃迁到能量较低的定态轨道(能量记为Em，m＜n)时，会放出能量为hν的光子，该光子的能量hν＝En－Em，该式称为频率条件，又称辐射条件．
2．能量量子化
(1)不同轨道对应不同的状态，在这些状态中，尽管电子做变速运动，却不辐射能量，因此这些状态是稳定的，原子在不同状态有不同的能量，所以原子的能量也是量子化的．
(2)基态：原子最低的能量状态称为基态，对应的电子在离核最近的轨道上运动，氢原子基态能量E1＝－13.6 eV.
(3)激发态：除基态之外的其他能量状态称为激发态，对应的电子在离核较远的轨道上运动．
氢原子各能级的关系为：En＝eq \f(1,n2)E1(E1＝－13.6 eV，n＝1,2,3，…)
3．跃迁
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，即高能级Emeq \(,\s\up11(发射光子hν＝Em－En),\s\d4(吸收光子hν＝Em－En))低能级En.
技巧归纳一、玻尔理论对氢光谱的解释
1．氢原子能级图
2．能级跃迁：处于激发态的原子是不稳定的，它会自发地向较低能级跃迁，经过一次或几次跃迁到达基态．所以一群氢原子处于量子数为n的激发态时，可能辐射出的光谱线条数为N＝Ceq \\al(2,n)＝eq \f(nn－1,2).
3．光子的发射：原子由高能级向低能级跃迁时以光子的形式放出能量，发射光子的频率由下式决定．
hν＝Em－En(Em、En是始末两个能级且m>n)，
能级差越大，发射光子的频率就越高．
4．光子的吸收：原子只能吸收一些特定频率的光子，原子吸收光子后会从较低能级向较高能级跃迁，吸收光子的能量仍满足hν＝Em－En(m>n)．
技巧归纳二、能级跃迁的几种情况的对比
1．自发跃迁与受激跃迁的比较
(1)自发跃迁：
①由高能级到低能级，由远轨道到近轨道．
②释放能量，放出光子(发光)：hν＝E初－E末．
③大量处于激发态为n能级的原子可能的光谱线条数：eq \f(nn－1,2).
(2)受激跃迁：
①由低能级到高能级，由近轨道到远轨道．
②吸收能量eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(a.光照射,b.实物粒子碰撞))
2．使原子能级跃迁的两种粒子——光子与实物粒子
(1)原子若是吸收光子的能量而被激发，则光子的能量必须等于两能级的能量差，否则不被吸收，不存在激发到n能级时能量有余，而激发到n＋1能级时能量不足，则可激发到n能级的问题．
(2)原子还可吸收外来实物粒子(例如，自由电子)的能量而被激发，由于实物粒子的动能可部分地被原子吸收，所以只要入射粒子的能量大于或等于两能级的差值，就可使原子发生能级跃迁．
3．一个氢原子跃迁和一群氢原子跃迁的区别
(1)一个氢原子跃迁的情况分析
①确定氢原子所处的能级，画出能级图．
②根据跃迁原理，画出氢原子向低能级跃迁的可能情况示意图．
例如：一个氢原子最初处于n＝4激发态，它向低能级跃迁时，有4种可能情况，如图6，情形Ⅰ中只有一种频率的光子，其他情形为：情形Ⅱ中两种，情形Ⅲ中两种，情形Ⅳ中三种．
注意：上述四种情形中只能出现一种，不可能两种或多种情形同时存在．
(2)一群氢原子跃迁问题的计算
①确定氢原子所处激发态的能级，画出跃迁示意图．
②运用归纳法，根据数学公式N＝Ceq \\al(2,n)＝eq \f(nn－1,2)确定跃迁时辐射出几种不同频率的光子．
③根据跃迁能量公式hν＝Em－En(m>n)分别计算出各种光子的频率．
技巧归纳三：原子的能量及变化规律
1．原子的能量：En＝Ekn＋Epn.
2．电子绕氢原子核运动时：keq \f(e2,rn2)＝meq \f(vn2,rn)，
故Ekn＝eq \f(1,2)mvn2＝eq \f(ke2,2rn)
电子轨道半径越大，电子绕核运动的动能越小．
3．当电子的轨道半径增大时，库仑引力做负功，原子的电势能增大，反之，电势能减小．
4．电子的轨道半径增大时，说明原子吸收了能量，从能量较低的轨道跃迁到了能量较高的轨道．即电子轨道半径越大，原子的能量En越大．
二：考点题型归纳
题型一：光谱分析
1．(2023春·陕西榆林·高二绥德中学校考阶段练习)关于光谱和光谱分析，下列说法错误的是( )
A．发射光谱包括连续谱和线状谱 B．太阳光谱是连续谱，氢光谱是线状谱
C．线状谱和吸收光谱都可用作光谱分析 D．光谱分析可以帮助人们发现新元素
2．(2022春·北京丰台·高二北京市第十二中学校考阶段练习)有关光谱的说法中正确的是( )
A．太阳光谱是连续谱，氢原子光谱是线状谱 B．摄下月球的光谱可以分析出月球上有哪些元素
C．高温物体发出的光通过某物质后的光谱上的暗线反映了高温物体的组成成分
D．氢原子光谱说明氢原子只发出特定频率的光
3．(2020春·宁夏银川·高二阶段练习)根据光谱的特征谱线，可以确定物质的化学组成和鉴别物质，以下说法正确的是( )
A．线状谱中的亮线是特征谱线，吸收光谱中的暗线不是特征谱线
B．线状谱中的亮线不是特征谱线，吸收光谱中的暗线是特征谱线
C．线状谱中的亮线与吸收光谱中的暗线都不是特征谱线
D．同一元素的线状谱的亮线与吸收光谱中的暗线都是一一对应的
题型二：．氢原子光谱的特点(巴耳末公式)
4．(2023春·宁夏银川·高二校考期中)如图为氢原子光谱，Hα、Hβ、Hγ、Hδ是其中的四条光谱线，下列说法正确的是( )
A．氢原子发射光谱属于连续光谱 B．该光谱是由氢原子核的跃迁产生
C．Hδ谱线对应光子的动量最大 D．Hα谱线对应光子的能量最大
5．(2021春·河南洛阳·高二统考期末)如图所示是氢原子的能级图，大量处于n=4激发态的氢原子向低能级跃迁时，一共可以辐射出x种不同频率的光子，其中巴耳末系是指氢原子由高能级向n=2能级跃迁时释放的光子，则下列判断不正确的是( )
A．x=6
B．释放的各种光子中有2种属于巴耳末系
C．释放的各种光子中，频率最小的是从n=2激发态跃迁到基态时产生的
D．从n=4能级跃迁到基态所释放的光子康普顿效应最明显
6．(2020秋·江苏苏州·高二昆山震川高级中学期中)已知氢原子的基态能量为，激发态能量为，其中，3，4...巴尔末对当时已知的在可见光区的四条谱线做了分析，得到巴尔末公式，4，5，式中R叫做里德伯常量。则里德伯常量R可以表示为( )
A．B．C．D．
题型三：对玻尔理论的理解(基态、激发态、电离)
7．(2022春·四川资阳·高二统考期末)如图所示为氢原子的能级示意图，关于氢原子跃迁，下列说法中正确的是( )
A．无论有多少个处于激发态的氢原子，向低能级跃迁时，都能辐射出10种光子
B．处于激发态的氢原子吸收具有能量的光子后被电离
C．用的光子照射处于基态的氢原子时，电子可以跃迁到能级
D．电子从高能级向低能级跃迁时电势能的变化量与其动能的变化量是相同的

8．(2023春·四川成都·高二树德中学校考阶段练习)我国“北斗三号”最后一颗全球组网卫星已于2020年6月23日成功发射。“北斗三号”采用星载氢原子钟，该钟数百万年到一千万年才有1s误差。氢原子的部分能级结构如图所示，则下列说法正确的是( )
A．用动能为14eV的电子轰击处于基态的氢原子，一定不能使其跃迁到激发态
B．氢原子由基态跃迁到激发态后，核外电子动能减小，原子的电势能增大
C．某个处于基态的氢原子可以吸收12.09eV的光子，发出3种不同频率的光
D．处于基态的氢原子只能吸收13.6eV的能量实现电离
9．(2023春·辽宁抚顺·高二校联考期中)氢原子部分能级示意图如图所示，大量的氢原子处于n=4的激发态，当它们自发地跃迁到较低能级时，下列说法正确的是( )
A．氢原子由n=4能级跃迁到n=1能级时，发出光子的频率最小
B．氢原子由n=2能级跃迁到n=1能级时，发出的光的波长最短
C．氢原子从高能级向低能级跃迁时，电子的动能增大，电势能减小
D．这些氢原子向低能级跃迁时，能辐射3种不同频率的光子
题型四：计算电子跃迁过程中频率的种数、波长
10．(2023春·重庆沙坪坝·高二重庆一中校考期中)根据玻尔的原子理论，氢原子具有能量量子化和轨道量子化。若氢原子的基态能量为，当量子数为n时，激发态能量为，光在真空中传播速度为c。下列描述正确的是( )
A．当氢原子的量子数减小时，其核外电子绕原子核做圆周运动的动能增大，原子能量也增大
B．一个处于激发态的氢原子向基态跃迁时最多能发出6条光线
C．氢原子从跃迁到时，所辐射光子的能量是
D．氢原子从跃迁到时，所辐射光波的波长是
11．(2023春·重庆沙坪坝·高二重庆南开中学校考期中)如图所示，氢原子在不同能级间发生a、b、c三种跃迁时，释放光子的波长分别是，则下列说法正确的是( )
A．从能级跃迁到能级时，释放光子的波长为
B．从能级跃迁到能级时，释放光子的波长为
C．从能级跃迁到能级时，电子的动能减少
D．用的电子碰撞处于基态的氢原子时，氢原子一定不会发生跃迁

12．(2022春·河南周口·高二阶段练习)如图为玻尔解释氢原子光谱画出的氢原子能级图，一群处于n=4激发态的氢原子，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( )
A．这群氢原子跃迁时最多可产生3种不同频率的光子
B．核外电子的轨道半径减小、动能增大，电势能变小，总能量不变
C．由n=4能级跃迁到n=1能级时发出光子的波长最短
D．已知金属钾的逸出功为2.25eV，从n=3能级跃迁到n=2能级释放的光子可使金属钾发生光电效应
题型五：玻尔的原子模型综合问题
13．(2023春·辽宁沈阳·高二东北育才学校校联考期中)如图，图甲为氢原子的能级图，大量处于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极板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．这些氢原子跃迁时共发出3种频率的光
B．光电管极板K的逸出功为
C．若调节滑动变阻器滑片能使光电流为零，则可判断图乙中电源左侧为负极
D．氢原子跃迁放出的光子中共有2种频率的光子可以使极板K发生光电效应现象
14．(2023春·江苏南通·高二海安高级中学校考期中)图甲为研究光电效应的电路，K极为金属钠(截止频率为Hz，逸出功为2.29eV)。图乙为氢原子能级图。氢原子光谱中有四种可见光，分别是从、5、4、3能级跃迁到能级产生的。下列说法正确的是( )
A．氢原子光谱中有三种可见光能够让图甲K极金属发生光电效应
B．大量处于能级的氢原子最多能辐射出8种不同频率的光
C．仅将图甲中P向右滑动，电流计示数一定变大
D．仅将图甲中电源的正负极颠倒，电流计示数一定为0

15．(2022春·河北沧州·高二任丘市第一中学校考期末)如图所示为氢原子的能级图，现有大量处于能级的氢原子向低能级跃迁，并辐射出光子。下列说法正确的是( )
A．一个处于能级的氢原子向低能级跃迁时，最多能辐射出6种不同频率的光
B．这些氢原子中由能级跃迁到能级的氢原子辐射的光的频率最高
C．若由能级跃迁到能级、由能级跃迁到能级和由能级跃迁到能级辐射的光的波长分别为、、，则
D．若由能级跃迁到能级的氢原子辐射的光能使某种金属逸出光电子，则由能级跃迁到能级的氢原子辐射的光也一定能使该种金属逸出光电子
三：课堂过关精练
一、单选题
16．(2023春·江苏南通·高二统考阶段练习)氢原子的能级图如图所示，下列说法正确的是( )
A．处于基态的氢原子是不稳定的
B．一个氢原子处于第三激发态时，可能辐射出的光谱线条数为3条
C．一群氢原子处于第三激发态时，可能辐射出的光谱线条数为3条
D．用10eV的光子照射基态的氢原子，能使氢原子向高能级跃迁

17．(2023春·江苏南通·高二江苏省南通中学校考期中)如图所示是氢原子能级图，现用一束单色光照射大量处于基态的氢原子，能辐射出3种不同频率的光。已知光速，普朗克常量，元电荷的电荷量，则下列说法正确的是( )
A．不能计算出该单色光的光子能量 B．能计算出辐射光中波长最长的光子动量
C．基态氢原子吸收光子后，核外电子动能增加 D．处于基态的氢原子数量越多，辐射的光会形成连续光谱
18．(2023春·江苏泰州·高二泰州中学校考期中)子与氢原子核(质子)构成的原子称为氢原子，它在原子核物理的研究中有重要作用。下图为氢原子的能级示意图，假定光子能量为E的一束光照射容器中大量处于能级的氢原子，氢原子吸收光子后，发出频率为和的光子，且频率依次增大，则E等于( )
B．C．D．

19．(2023春·江苏南京·高二江苏省溧水高级中学校考期中)如图所示为氢原子的能级图。一群处于基态的氢原子受到激发后，会辐射出种不同频率的光。已知可见光光子的能量范围为，下列说法正确的是( )
A．6种不同频率的光中包含有射线 B．基态的氢原子受激后跃迁到的能级
C．从能级跃迁到发出的光是可见光 D．从能级跃迁到发出的光波长最短
20．(2023春·黑龙江佳木斯·高二佳木斯一中校考期中)如图所示为氢原子的能级图，下列说法正确的是( )
A．从能级跃迁到能级时，电子的动能会变大，电势能会减小
B．氢原子从高能级向低能级跃迁时可能会吸收光子
C．一个处于激发态的氢原子向基态跃迁时，最多可能发出5条光谱线
D．用能量为12.5eV的电子轰击处于基态的氢原子，一定不能使氢原子发生能级跃迁

21．(2022春·重庆荣昌·高二重庆市荣昌永荣中学校校考期末)氢原子能级图如图所示，下列说法中正确的有( )
A．氢原子可能吸收能量为1.89eV的光子 B．用光子能量为10.2eV的光照射时，可能使处于基态的氢原子电离
C．氢原子可能向外辐射出能量为11eV的光子 D．用光子能量为13eV的光照射时，可使稳定的氢原子电离
22．(2023秋·新疆哈密·高二校考期末)如图所示为氦离子(He+)的能级图，根据玻尔原子理论，关于氦离子能级跃迁，下列说法正确的是( )
A．大量处于n=3能级的氦离子，最多可辐射2种不同频率的光子
B．从n=4向n=3能级跃迁，要向外辐射2.64eV能量
C．处于n=1能级的氦离子，可以吸收54.0eV的能量而发生电离
D．从n=3跃迁到n=2能级比从n=2跃迁到n=1能级辐射出的光子波长短
23．(2022春·新疆乌鲁木齐·高二校联考期末)图示为几种金属的逸出功和氢原子能级图。现有大量处于能级的氢原子向低能级跃迁，结合图表信息可知( )
A．铷的极限频率大于钙的极限频率
B．氢原子跃迁时对外辐射连续光谱
C．能级跃迁到能级辐射出的光照射钨发生光电效应的最大初动能为
D．氢原子辐射的光有4种频率能使钨发生光电效应特点
在连续谱的背景上出现一些不连续的暗线，是一种吸收光谱
产生原因
阳光中含有各种颜色的光，但当阳光透过太阳的高层大气射向地球时，太阳高层大气中含有的元素会吸收它自己特征谱线的光，然后再向四面八方发射出去，到达地球的这些谱线看起来就暗了，这就形成了明亮背景下的暗线
金属
钨
钙
钾
铷
W／eV
4.54
3.20
2.25
2.13