【备战2022】高考物理选择题专题强化训练：氢原子的能级结构 光子的发射和吸收 氢原子的电子云

这是一份【备战2022】高考物理选择题专题强化训练：氢原子的能级结构 光子的发射和吸收 氢原子的电子云，共13页。试卷主要包含了单项选择题，双项选择题，多项选择题等内容，欢迎下载使用。
一、单项选择题（共18小题；共72分）
1. 根据玻尔理论，氢原子的电子由外层轨道跃迁到内层轨道后
A. 原子的能量增加，电子的动能减少B. 原子的能量增加，电子的动能增加
C. 原子的能量减少，电子的动能减少D. 原子的能量减少，电子的动能增加

2. 下列说法不正确的是
A. 巴耳末线系光谱线的条数只有 4 条
B. 巴耳末线系光谱线有无数条
C. 巴耳末线系既有可见光，又有紫外光
D. 巴耳末线系在可见光范围内只有 4 条

3. 大量氢原子从 n=5 的激发态，向低能级跃迁时，产生的光谱线条数是
A. 4 条B. 6 条C. 8 条D. 10 条

4. 按经典的电磁理论，关于氢原子光谱的描述应该是
A. 线状谱B. 连续谱C. 吸收光谱D. 发射光谱

5. 如图甲所示的 a 、 b 、 c 、 d 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

6. 每种原子都有自己的特征谱线，所以运用光谱分析可以鉴别物质和进行深入研究。氢原子光谱中巴耳末系的谱线波长公式为：1λ=−E1hc122−1n2，n=3 、 4 、 5，⋯，E1 为氢原子基态能量，h 为普朗克常量，c 为光在真空中的传播速度，锂离子 Li+ 的光谱中某个线系的波长可归纳成一个公式：1λ=−Eʹ1hc162−1m2，m=9 、 12 、 15，⋯，Eʹ1 为锂离子 Li+ 基态能量，经研究发现这个线系光谱与氢原子巴耳末系光谱完全相同。由此可以推算出锂离子 Li+ 基态能量与氢原子基态能量的比值为
A. 3B. 6C. 9D. 12

7. 下列说法正确的是
A. α 粒子散射实验说明了原子核具有复杂的结构
B. 利用原子的特征谱线可以鉴别物质的组成成分
C. 天然放射现象中，α 射线的穿透能力比 γ 射线强
D. 随温度的升高，黑体辐射强度的极大值向波长较长的方向移动

8. 下列说法正确的是
A. 爱因斯坦提出光子说理论以后普朗克用实验证实了光子的存在
B. 按照玻尔理论，氢原子核外电子从半径较小的轨道跃迁到半径较大的轨道时，电子的动能减小，电势能增大，原子的总能量不变
C. 德布罗意提出物质波假设，并未被证实
D. 若某材料的逸出功是 W0，则它的极限频率 ν0=W0h

9. 十九世纪末到二十世纪初，一些物理学家对某些物理现象的研究直接促进了“近代原子物理学”的建立和发展，以下关于 4 幅图中涉及的物理知识说法正确的是
A. 图 1 是黑体辐射实验规律，爱因斯坦为了解释此实验规律，首次提出了“能量子”概念
B. 强激光的出现使一个电子在极短时间内吸收多个光子成为可能，这已被实验证实。如图 2 所示，若用波长为 λ 的光照射锌板，验电器指针不偏转；则换用波长也为 λ 的强激光照射锌板，验电器指针可能偏转
C. 如图 3 所示，一个处于 n=5 能级的氢原子向低能级跃迁，最多可以放出 10 种不同频率的光
D. 图 4 为天然放射现象中产生的三种射线在匀强电场中的偏转情况，其中③线代表的是 β 射线

10. 现有 k 个氢原子被激发到量子数为 3 的能级上，若这些受激氢原子最后都回到基态，则在此过程中发出的光子总数是（假定处在量子数为 n 的激发态的氢原子跃迁到各较低能级的原子数都是处在该激发态能级上的原子总数的 1n−1）
A. k2 B. k C. 3k2 D. 2k

11. 关于光谱，下列说法正确的是
A. 一切光源发出的光谱都是连续谱
B. 一切光源发出的光谱都是线状谱
C. 稀薄气体发出的光谱是线状谱
D. 做光谱分析时，利用连续谱和线状谱都可以鉴别物质和确定物质的组成

12. 氢原子光谱中巴尔末系中最短波长
A. 4R B. 43R C. R D. R2

13. 根据玻尔理论，某原子从能量为 E 的轨道跃迁到能量为 Eʹ 的轨道，辐射出波长为 λ 的光.以 h 表示普朗克常量，c 表示真空中的光速，Eʹ 等于
A. E−hλc B. E+hλc C. E−hcλ D. E+hcλ

14. 根据玻尔理论，下列关于氢原子的论述正确的是
A. 若氢原子由能量为 En 的定态向低能级跃迁，则氢原子要辐射的光子能量为 hν=En
B. 电子沿某一轨道绕核运动，若圆周运动的频率为 ν，则其发光的频率也是 ν
C. 一个氢原子中的电子从一个半径为 ra 的轨道自发地直接跃迁到另一半径为 rb 的轨道，已知 ra>rb，则此过程原子要辐射某一频率的光子
D. 氢原子吸收光子后，将从高能级向低能级跃迁

15. 如图所示，1 ， 2 ， 3 ， 4 为玻尔理论中氢原子最低的四个能级。处在 n=4 能级的一群氢原子向低能级跃迁时，能发出若干种频率不同的光子，在这些光子中，波长最长的是
A. n=4 跃迁到 n=1 时辐射的光子B. n=4 跃迁到 n=3 时辐射的光子
C. n=2 跃迁到 n=1 时辐射的光子D. n=3 跃迁到 n=2 时辐射的光子

16. 氢原子的能级图如图所示，欲使一处于基态的氢原子释放出一个电子而变成氢离子，氢原子需要吸收的能量至少是
A. 13.6 eV B. 10.20 eV C. 0.54 eV D. 27.20 eV

17. 氢原子光谱在可见光区域内有四条谱线 Hα 、 Hβ 、 Hγ 、 Hδ，都是氢原子中电子从量子数 n>2 的能级跃迁到 n=2 的能级发出的光，它们在真空中的波长由长到短，可以判定
A. Hα 对应的前后能级之差最小
B. 同一介质对 Hα 的折射率最大
C. 同一介质中 Hδ 的传播速度最大
D. 用 Hγ 照射某一金属能发生光电效应，则 Hβ 也一定能

18. 红宝石激光器的工作物质红宝石含有铬离子的三氧化二铝晶体，利用其中的铬离子产生激光。铬离子的能级图如图所示，E1 是基态，E2 是亚稳态，E3 是激发态，若以脉冲氙灯发出的波长为 λ1 的绿光照射晶体，处于基态的铬离子受到激发而跃迁到 E3，然后自发地跃迁到 E2，释放波长为 λ2 的光子，处于亚稳态 E2 的离子跃迁到基态时辐射出的光就是激光，这种激光的波长为
A. λ1λ2λ2−λ1 B. λ1λ2λ1−λ2 C. λ1−λ2λ1λ2 D. λ2−λ1λ1λ2

二、双项选择题（共9小题；共36分）
19. 氢原子能级图如图所示，a 、 b 、 c 分别表示原子在不同能级之间的三种跃迁途径，设 a 、 b 、 c 在跃迁过程中，放出光子的能量和波长分别是 Ea 、 Eb 、 Ec 和 λa 、 λb 、 λc，若 a 光恰能使某金属产生光电效应，则
A. Eb=Ea+EcB. 1λb=1λa+1λc
C. λa=λb+λcD. c 光也能使该金属产生光电效应

20. 下列实验中，深入地揭示了光的粒子性一面的有
A.
X 射线被石墨散射后部分波长增大
B.
锌板被紫外线照射时有电子逸出，但被可见光照射时没有电子逸出
C.
轰击金箔的 α 粒子中有少数运动方向发生较大偏转
D.
氢原子发射的光经三棱镜分光后，呈现线状光谱

21. 关于光谱和光谱分析，下列说法正确的是
A. 太阳光谱和白炽灯光谱都是连续谱
B. 霓虹灯产生的是明线光谱
C. 进行光谱分析时，只能用明线光谱
D. 同一元素吸收光谱的暗线与明线光谱的位置是一一对应的

22. 关于太阳光谱，下列说法正确的是
A. 太阳光谱是吸收光谱
B. 太阳光谱中的暗线，是太阳光经过太阳大气层时某些特定频率的光被吸收后而产生的
C. 根据太阳光谱中的暗线，可以分析太阳的物质组成
D. 根据太阳光谱中的暗线，可以分析地球大气层中含有哪些元素

23. 巴耳末通过对氢光谱的研究总结出巴耳末公式 1λ=R(122−1n2)，n=3,4,5,⋯ 对此，下列说法正确的是
A. 巴耳末依据核式结构理论总结出巴耳末公式
B. 巴耳末公式反映了氢原子发光的连续性
C. 巴耳末依据氢原子光谱的分析总结出巴耳末公式
D. 巴耳末公式反映了氢原子发光的分立性，其波长的分立值并不是人为规定的

24. 某原子的部分能级图如图所示，大量处于某激发态的该原子向低能级跃迁时，发出三种波长的光如图所示，它们的波长分别为 λa 、 λb 、 λc。下列说法正确的是
A. 在同种均匀介质中传播时，b 光的速度最大
B. 用同一套装置做双缝干涉实验，a 光相邻亮纹的间距最大
C. 若 b 光照射某种金属能发生光电效应，c 光照射该金属也能发生光电效应
D. 三种光的波长关系为 1λc=1λa+1λb

25. 如图所示，甲图为演示光电效应的实验装置；乙图为用甲装置在 a 、 b 、 c 三种光照射下得到的三条电流表与电压表读数之间的关系曲线；丙图为氢原子的能级图；丁表格给出了几种金属的逸出功和极限频率。以下说法正确的是
金属W0/eVνc/(1014 Hz)钠钾铷
丁
A. 若 b 光为绿光，c 光可能是紫光
B. 若 a 光为绿光，c 光可能是紫光
C. 若 b 光光子能量为 2.81 eV，用它照射由金属铷构成的阴极，所产生的大量具有最大初动能的光电子去撞击大量处于 n=3 能级的氢原子，可以辐射出 6 种不同频率的光
D. 若 b 光光子能量为 2.81 eV，用它直接照射大量处于 n=2 能级的氢原子，可以辐射出 6 种不同频率的光

26. 已知金属钙的逸出功为 2.7 eV，氢原子的能级图如图所示。一群氢原子处于量子数 n=4 能级状态，则
A. 氢原子可能辐射 6 种频率的光子
B. 氢原子可能辐射 5 种频率的光子
C. 有 3 种频率的辐射光子能使钙发生光电效应
D. 有 4 种频率的辐射光子能使钙发生光电效应

27. 关于氢原子能级跃迁，下列叙述正确的是
A. 用波长为 60 nm 的 X 射线照射，可使处于基态的氢原子电离出自由电子
B. 用能量为 10.2 eV 的光子照射，可使处于基态的氢原子跃迁到激发态
C. 用能量为 11.0 eV 的光子照射，可使处于基态的氢原子跃迁到激发态
D. 用能量为 12.5 eV 的光子照射，可使处于基态的氢原子跃迁 到激发态

三、多项选择题（共3小题；共12分）
28. 对原子光谱，下列说法正确的是
A. 原子光谱是不连续的
B. 由于原子都是由原子核和电子组成的，所以各种原子的原子光谱是相同的
C. 各种原子的原子结构不同，所以各种原子的原子光谱也不相同
D. 分析物质发光的光谱，可以鉴别物质中含哪些元素

29. 有关原子光谱下列说法正确的是
A. 原子光谱反映了原子的结构特征
B. 氢原子光谱跟其他原子的光谱是不同的
C. 太阳光谱是连续的
D. 鉴别物质的成分可以采用光谱分析

30. “通过观测的结果，间接构建微观世界图景”是现代物理学研究的重要手段，如通过光电效应实验确定了光具有粒子性。弗兰克 − 赫兹实验是研究汞原子能量是否具有量子化特点的重要实验。实验原理如图 1 所示，灯丝 K 发射出初速度不计的电子，K 与栅极 G 间的电场使电子加速，GA 间加有 0.5 V 电压的反向电场使电子减速，电流表的示数大小间接反映了单位时间内能到达 A 极电子的多少。在原来真空的容器中充入汞蒸气后，发现 KG 间电压 U 每升高 4.9 V 时，电流表的示数 I 就会显著下降，如图 2 所示。科学家猜测电流的变化与电子和汞原子的碰撞有关，玻尔进一步指出该现象应从汞原子能量量子化的角度去解释。下列说法正确的是
A. 汞原子基态和第一激发态的能级之差可能是 4.9 eV
B. KG 间电压低于 4.9 V 时，电流随电压增大而上升，是因为电子能量越高，越容易克服反向电压到达 A 极
C. KG 间电压在 5∼10 V 时，出现电流随电压增大而上升的一段图线，是因为单位时间内使汞原子发生跃迁的电子个数增加
D. 即使 KG 间电压高于 4.9 V，电子也存在始终不与汞原子发生碰撞的可能性
答案
第一部分
1. D
【解析】先根据氢原子的能量公式 En=E1n2(E1=−13.6e V)，En 随 n 的减少而减少，排除选项A，B；再根据电子的动能公式 Ekn=ke2rn=ke2n2r1，随 n 的减少而增加，排除选项C，因此选D。
2. A
【解析】巴耳末线系中的光谱线有无数条，但在可见光区域只有 4 条光谱线，故B、C、D正确，A错误。
3. D
【解析】由题意可知，当大量氢原子从 n=5 能级跃迁时，有 10 条光谱线产生.
4. B
5. B
【解析】由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。
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。
6. C
【解析】因为锂离子这个线系光谱与氢原子巴耳末系光谱完全相同，则可知对应的各个波长都是相同的，由数学知识可知 Eʹ162=E122，可得 Eʹ1=9E1，故选C。
7. B
【解析】在 α 粒子散射实验中发现少数 α 粒子发生了较大偏转，说明原子的质量绝大部分集中在很小空间范围，α 粒子散射实验说明了原子具有核式结构，故A错误；每种元素都有自己的特征谱线，利用特征谱线可以鉴别物质或确定物质的组成成分，故B正确；天然放射现象中，γ 射线穿透能力比 α 射线强，故C错误；随温度的升高，黑体辐射强度的极大值向波长较短的方向移动，故D错误。
8. D
【解析】爱因斯坦受普朗克量子理论的启发，提出了光子说理论，美国物理学家米立肯利用光电效应实验证实了光子的存在，选项A错误；按照玻尔理论，氢原子核外电子从半径较小的轨道跃迁到半径较大的轨道时，电子的动能减小，电势能增大，原子的总能量增大，选项B错误；德布罗意提出物质波假设，并被电子的衍射实验所证实，选项C错误；根据爱因斯坦光电效应方程，若某材料的逸出功是 W0，则它的极限频率 ν0=W0h，选项D正确。
9. B
【解析】题图 1 是黑体辐射实验规律，普朗克为了解释此实验规律，首次提出了“能量子”概念，选项A错误；强激光的出现使个电子在极短时间内吸收多个光子成为可能，若用波长为 λ 的光照射锌板，验电器指针不偏转；则换用波长也为 λ 的强激光照射锌板，由于强激光能使电子吸收多个光子，从而可能发生光电效应，验电器指针可能偏转，选项B正确；一个处于 n=5 能级的氢原子向低能级跃迁时，最多可能放出 4 种不同频率的光，即 n=5 能级到 n=4 能级，n=4 能级到 n=3 能级，n=3 能级到 n=2 能级，n=2 能级到 n=1 能级，选项C错误；题图 4 是天然放射现象中产生的三种射线在匀强电场中的偏转情况，其中①线带负电，则其代表的是 β 射线，选项D错误。
10. C
【解析】处在量子数为 3 的 k 个氢原子跃迁到量子数为 2 和量子数为 1 的氢原子个数各为 k2，而处于量子数为 2 的 k2 个氢原子还会向量子数为 1 的基态跃迁，故发出光子总数为 32k。
11. C
【解析】由于物质发光的条件不同，得到的光谱不同，故A、B错误；稀薄气体发光的光谱为线状谱，C正确；在光谱分析中连续谱无法判断物质的组成成分，D错误。
12. A
【解析】根据巴尔末公式有 1λ=R122−1n2，λ=1R122−1n2，当 n=∞ 时，最短波长为 114R=4R。
13. C
【解析】释放的光子能量为 hν=hcλ，所以 Eʹ=E−hν=E−hcλ。
14. C
【解析】原子由能量为 En 的定态向低能级跃迁时，辐射的光子能量等于能级差，与 En 不相等，故A错；
电子沿某一轨道绕核运动，处于某一定态，不向外辐射能量，故B错；
电子由半径大的轨道跃迁到半径小的轨道，能级降低，因而要辐射某一频率的光子，故C正确；
原子吸收光子后能量增加，能级升高，故D错。
15. B
16. A
【解析】要使氢原子变成氢离子，需要吸收的能量大于等于 ΔE=En−E1=0−(−13.6 eV)=13.6 eV。
17. A
18. A
【解析】由题意知 E3−E1=hcλ1 ⋯⋯①
E3−E2=hcλ2 ⋯⋯②
E2−E1=hcλ ⋯⋯③
由 ①②③ 式解得 λ=λ1λ2λ2−λ1，故A选项正确。
第二部分
19. A， B
【解析】原子在不同能级跃迁时，放出光子的能量等于能级差，所以 Ea=10.20 eV，Eb=12.09 eV，Ec=1.89 eV，
所以A对，根据光子能量 E=hv=hcλ，得B对，C错；a 光恰能使金属发生光电效应，c 光子能量比 a 小，故D错。
20. A， B
【解析】选项A为康普顿效应，选项B为光电效应，康普顿效应和光电效应都深入揭示了光的粒子性；
选项C为 α 粒子散射实验，未涉及光子，揭示了原子的核式结构；
选项D为光的折射，揭示了氢原子能级的不连续.
21. B， D
【解析】太阳光谱是吸收光谱，可进行光谱分析；白炽灯光产生的是连续谱；霓虹灯管内充有稀薄气体，产生的光谱为明线光谱。
22. A， B
【解析】太阳光谱是吸收光谱.因为太阳是一个高温物体，它发出的白光通过温度较低的太阳大气层时，会被太阳大气层中的某些元素的原子吸收，从而使我们观察到的太阳光谱是吸收光谱，所以分析太阳的吸收光谱，可知太阳大气层的物质组成，而某种物质要观察到它的吸收光谱，要求它的温度不能太低，但也不能太高，否则会直接发光，由于地球大气层的温度很低，所以太阳光通过地球大气层时不会被地球大气层中的物质原子吸收，故上述选项中正确的是A、B。
23. C， D
【解析】巴耳末公式是根据氢原子光谱总结出来的。氢原子光谱的不连续性反映了氢原子发光的分立性，即辐射波长的分立特征，选项C、D正确。
24. A， C
【解析】因为 Em−En=hν，那么 Ea>Ec>Eb，依据 E=hν，可知，νa>νc>νb，从而确定 a 光的频率最高，b 光的频率最低，再由 ν=cn，知当在同种均匀介质中传播时，b 光的速度最大，故A正确；由上可知，结合 λ=cν=hcE，因此 λa