【备战2022】高考物理选择题专项练习集：氢原子的能级结构 光子的发射和吸收 氢原子的电子云(成都专栏)

这是一份【备战2022】高考物理选择题专项练习集：氢原子的能级结构 光子的发射和吸收 氢原子的电子云(成都专栏)，共12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20小题；共80分）
1. 关于物理学家和他们对物理学的贡献，下列说法正确的是
A. 爱因斯坦提出了光的电磁说
B. 麦克斯韦预言并证实了电磁波的存在
C. 玻尔建立了量子理论，并成功解释了各种原子的发光原理
D. 卢瑟福根据 α 粒子散射实验的结果提出了原子的核式结构模型

2. 如图所示为氢原子的能级图。一群氢原子处于 n=3 的激发态上，下列说法正确的是
A. 原子向 n=2 的能级跃迁需要吸收能量
B. 原子向低能级跃迁只能发出 2 种不同频率的光子
C. 原子跃迁到低能级后电子动能减小
D. 原子至少需要吸收 1.51 eV 的能量才能发生电离

3. 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

4. 如图所示为氢原子能级的示意图，现有大量的氢原子处于 n=4 的激发态，当向低能级跃迁时辐射出若干不同频率的光。关于这些光下列说法正确的是
A. 由 n=4 能级跃迁到 n=1 能级产生光子波长最长
B. 氢原子由 n=2 能级跃迁到 n=1 能级后，其电势能减小，核外电子的动能增大，原子总能量不变
C. 这些氢原子总共可辐射出 3 种不同频率的光
D. 用 n=2 能级跃迁到 n=1 能级辐射出的光照射逸出功为 6.34 eV 的金属铂能发生光电效应

5. 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

6. 关于原子和原子核下列说法正确的是
A. β 射线是原子被电离后核外电子形成的电子流
B. 太阳辐射的能量主要来源于太阳内部的重核裂变
C. 氢原子的核外电子从高能级跃迁到低能级时，放出光子，电子的动能增加
D. 两个质子和两个中子结合成一个 α 粒子，两个质子与两个中子的质量之和小于 α 粒子的质量

7. 关于原子核，下列说法正确的有
A. 光电效应现象中，增大入射光的强度，光电子的最大初动能增大
B. 原子核外电子吸收能量脱离原子核束缚形成 β 射线
C. 两个质子与两个中子的质量之和等于 He24 原子核的质量
D. 氢原子从激发态向基态跃迁只能辐射特定频率的光子

8. 已知氢原子的基态能量为 E1，激发态能量 En=E1n2，其中 n=2,3,4,⋯，h 表示普朗克常量，c 表示真空中的光速。有一氢原子处于 n=3 的激发态，在它向低能级跃迁时，可能辐射的光子的最大波长为
A. −9hc8E1B. −4hc3E1C. −hcE1D. −36hc5E1

9. 氢原子能级如图甲所示，一群处于 n=3 能级的氢原子向低能级跃迁，产生的光照射到图乙所示的真空管。阴极 K 材料为钠，其逸出功为 2.29 eV，发射出的光电子被阳极 A 吸收，在电路中形成光电流，则
A. 跃迁产生的光中，由 n=3 能级跃迁到 n=2 能级产生的光子频率最大
B. 跃迁产生的光中，只有一种频率的光可以使阴极 K 发生光电效应
C. 当滑片 P 调至最左端时，电流表的示数不为 0
D. 当电源 a 端为负极，无论滑片 P 调至何位置，电流表的示数均为 0

10. 关于近代物理的相关知识，下列说法正确的是
A. 汤姆孙根据气体放电实验断定阴极射线是带负电的粒子流，并求出了这种粒子的比荷
B. 根据玻尔原子理论，氢原子的核外电子由能量较高的定态轨道跃迁到能量较低的定态轨道时，会辐射一定频率的光子，同时核外电子的动能变小
C. 爱因斯坦大胆地提出了运动的实物粒子也具有波动性的假设
D. 玻尔将量子观念引入原子领域，成功地解释了所有原子光谱的实验规律

11. 处于 n=3 能级的大量氢原子，向低能级跃迁时
A. 能辐射 2 种频率的光，其中从 n=3 能级跃迁到 n=2 能级放出的光子频率最大
B. 能辐射 2 种频率的光，其中从 n=3 能级跃迁到 n=1 能级放出的光子频率最大
C. 能辐射 3 种频率的光，其中从 n=3 能级跃迁到 n=2 能级放出的光子波长最长
D. 能辐射 3 种频率的光，其中从 n=3 能级跃迁到 n=1 能级放出的光子波长最长

12. μ 子与氢原子核（质子）构成的原子称为 μ 氢原子，它在原子核物理的研究中有重要作用。如图为 μ 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 n=2 能级的 μ 氢原子，μ 氢原子吸收光子后，发出频率为 ν1，ν2，ν3，ν4，ν5，ν6 的光，且频率依次增大，则 E 等于
A. h(ν3−ν1)B. h(ν5+ν6)C. hν3D. hν4

13. 根据玻尔的原子模型，一个氢原子从 n=1 能级跃迁到 n=3 的能级时，该氢原子
A. 吸收光子，能量增加B. 放出光子，能量减小
C. 放出光子，能量增加D. 吸收光子，能量减小

14. 用光子能量为 E 的一束单色光照射处于基态的一群氢原子，这群氢原子吸收光子后能发出 6 种不同频率的光。在这 6 种光中（h 是普朗克常量，c 是真空中的光速）
A. 频率最低的光，频率是 Eh
B. 光子能量最小的光，频率是 Eh
C. 在真空中波长最大的光，波长是 hcE
D. 真空中波长最小的光，波长是 hcE

15. 紫外线照射一些物质时，会发生荧光效应，即物质发出可见光。这些物质中的原子先后发生两次跃迁，其能量变化分别为 ΔE1 和 ΔE2，关于原子的这两次跃迁，下列说法正确的是
A. 两次均向高能级跃迁，且 ∣ΔE1∣>∣ΔE2∣
B. 两次均向低能级跃迁，且 ∣ΔE1∣<∣ΔE2∣
C. 先向高能级跃迁，再向低能级跃迁，且 ∣ΔE1∣<∣ΔE2∣
D. 先向高能级跃迁，再向低能级跃迁，且 ∣ΔE1∣>∣ΔE2∣

16. 氢原子辐射出一个光子后，则
A. 电子绕核旋转的半径增大B. 电子的动能增大
C. 氢原子的电势能增大D. 原子的总能量增大

17. 氢原子的能级图如图所示。如果大量氢原子处于 n=3 能级的激发态，则下列说法正确的是
A. 这群氢原子只可能辐射 1 种频率的光子
B. 氢原子从 n=3 能级跃迁到 n=1 能级，辐射光子的能量最大
C. 这群氢原子辐射光子的最小能量为 12.09 eV
D. 处于 n=3 能级的氢原子至少需吸收 13.6 eV 能量的光子才能电离

18. 在氢原子光谱中，电子从较高能级跃迁到 n=2 能级发出的谱线属于巴耳末线系。若一群氢原子自发跃迁时发出的谱线中只有 3 条属于巴耳末线系，则这群氢原子自发跃迁时最多可发出 条不同频率的谱线。
A. 3 B. 4 C. 6 D. 10

19. 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 能级向 n=2 的能级跃迁时辐射出可见光 b，则
A. 氢原子从高能级向低能级跃迁时可能会辐射出 γ 射线
B. 氢原子从 n=4 的能级向 n=3 的能级跃迁时会辐射出紫外线
C. 在水中传播时，a 光较 b 光的速度小
D. 氢原子在 n=2 的能级时可吸收任意频率的光而发生电离

20. 图为氢原子能级的示意图，现有大量的氢原子处于 n=4 的激发态，当向低能级跃迁时辐射出若干不同频率的光。关于这些光下列说法正确的是
A. 最容易表现出衍射现象的光是由 n=4 能级跃迁到 n=1 能级产生的
B. 频率最小的光是由 n=2 能级跃迁到 n=1 能级产生的
C. 这些氢原子总共可辐射出 3 种不同频率的光
D. 用 n=2 能级跃迁到 n=1 能级辐射出的光照射逸出功为 6.34 eV 的金属铂能发生光电效应

二、双项选择题（共6小题；共24分）
21. 由玻尔原子模型求得氢原子能级如图所示，已知可见光的光子能量在 1.62 eV 到 3.11 eV 之间，则
A. 氢原子从高能级向低能级跃迁时可能辐射出 γ 射线
B. 氢原子从 n=3 的能级向 n=2 的能级跃迁时会辐射出红外线
C. 处于 n=3 能级的氢原子可以吸收任意频率的紫外线并发生电离
D. 大量氢原子从 n=4 能级向低能级跃迁时可辐射出 2 种频率的可见光

22. 以下说法正确的是
A. 放射性元素的半衰期决定于原子的化学状态，与物理状态无关
B. 氢原子由较高能级跃迁到较低能级时，电子的动能增加，原子的电势能减少
C. 在光的双缝干涉实验中，若仅将入射光由紫光改为红光，则条纹间距变大
D. 拍摄玻璃橱窗内的物品时，往往在镜头前加装一个偏振片以增加透射光的强度

23. 已知氦离子（He+）的能级图如图所示，根据能级跃迁理论可知
A. 氦离子（He+）从 n=4 能级跃迁到 n=3 能级比从 n=3 能级跃迁到 n=2 能级辐射出光子的频率低
B. 大量处在 n=3 能级的氦离子（He+）向低能级跃迁，只能发出 2 种不同频率的光子
C. 氦离子（He+）处于 n=1 能级时，能吸收 45 eV 的能量跃迁到 n=2 能级
D. 氦离子（He+）从 n=3 能级跃迁到 n=2 能级比从 n=4 能级跃迁到 n=2 能级辐射出的光容易衍射

24. 一群处于 n=3 激发态的氢原子向基态跃迁，发出的光以入射角 θ 照射到一块平行玻璃砖 A 上，经玻璃砖 A 后又照射到一块金属板 B 上，如图则下列说法正确的是
A. 入射光经玻璃砖 A 后会分成相互平行的三束光线，从 n=3 直接跃迁到基态发出的光经玻璃砖 A 后的出射光线与入射光线间的距离最小
B. 在同一双缝干涉装置上，从 n=3 直接跃迁到基态发出的光形成的干涉条纹最窄
C. 经玻璃砖 A 后有些光子的能量将减小，但不会在玻璃砖的下表面发生全反射
D. 若从 n=3 能级跃迁到 n=2 能级放出的光子刚好能使金属板 B 发生光电效应，则从 n=2 能级跃迁到基态放出的光子一定能使金属板 B 发生光电效应

25. 图为氢原子能级图，现有一群处于 n=3 激发态的氢原子，则这些氢原子
A. 发出的光子的最小能量是 0.66 eV
B. 发出的光子的最大能量 12.75 eV
C. 能发出 3 种不同频率的光子
D. 由 n=3 能级跃迁到 n=1 能级时发出的光子频率

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

三、多项选择题（共4小题；共16分）
27. 有关原子光谱，下列说法正确的是
A. 原子光谱反映了原子结构特征
B. 氢原子光谱跟氧原子光谱是不同的
C. 太阳光谱是连续谱
D. 鉴别物质的成分可以采用光谱分析

28. 关于光谱和光谱分析，下列说法中正确的是
A. 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. 光谱分析帮助人们发现了许多新元素

29. 氢原子的量子数越小，则
A. 电子轨道半径越小B. 原子的能量越小
C. 原子的能量越大D. 原子的电势能越小

30. 根据玻尔理论，氢原子核外电子在 n=1 和 n=2 的轨道上运动，其运动的
A. 轨道半径之比为 1:4 B. 动能之比为 4:1
C. 速度大小之比为 4:1 D. 周期之比为 1:8
答案
第一部分
1. D
【解析】麦克斯韦提出了光的电磁说，认为光是一种电磁波，A不符合题意；麦克斯韦预言电磁波的存在，赫兹用实验证实了电磁波的存在，B不符合题意；玻尔结合普朗克的量子概念、爱因斯坦的光子概念和卢瑟福的原子核式结构模型提出了玻尔理论，成功解释了氢原子发光现象；但由于过多保留了经典电磁学的理论，不能很好地解释其他原子的发光现象，C不符合题意；卢瑟福根据 α 粒子散射实验的结果提出了原子的核式结构模型，D符合题意。
2. D
【解析】原子由 n=3 向 n=2 的能级跃迁需要放出能量，选项A错误；原子由 n=3 向低能级跃迁时能发出 3 种不同频率的光子，选项B错误；原子跃迁到低能级后，电子的轨道半径减小，故它的动能增大，选项C错误；因为 n=3 能级的能量是 −1.51 eV，所以原子至少需要吸收 1.51 eV 的能量才能发生电离，选项D正确。
3. 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。
4. D
【解析】由 n=4 能级跃迁到 n=1 能级产生的光子波长最短，其释放的能量最大，所以A错误；
氢原子由 n=2 能级跃迁到 n=1 能级后，其电势能减小，核外电子的动能增大，原子总能量减小，所以B错误；
这些氢原子总共可能辐射出 6 种不同频率的光，所以C错误；
根据 ΔE=E2−E1=−1.51−(−13.6)=12.09 eV
则用 n=2 能级跃迁到 n=1 能级辐射出的光照射逸出功为 6.34 eV 的金属铂能发生光电效应，所以D正确。
5. 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。
6. C
【解析】β 射线是原子核的中子衰变成质子和电子后释放出来的电子流，选项A错误；太阳辐射的能量主要来自于太阳内部的聚变，选项B错误；氢原子的核外电子从高能级跃迁到低能级时，放出光子，电子的轨道变低，半径减小，它也有与卫星绕地球运行同样的低轨、高速的规律，所以电子的动能增大，选项C正确；两个质子和两个中子结合成一个 α 粒子时，两个质子与两个中子的质量之和会大于 α 粒子的质量，选项D错误。
7. D
【解析】发生光电效应时，光电子的最大初动能与入射光的强度无关，与入射光的频率有关，故A错误；
β 衰变中产生的 β 射线实际上是原子核中的中子转变为一个质子和一个电子，电子释放出来，故B错误；
两个质子与两个中子结合成一个 He24 原子核的过程中会释放能量，结合爱因斯坦质能方程可知，两个质子与两个中子的质量之和大于 He24 原子核的质量，故C错误；
根据玻尔理论可知，氢原子从激发态中跃迁只能辐射特定频率的光子，故D正确。
8. D
【解析】一群氢原子处于 n=3 的激发态，可辐射出的光子频率种类为 3 种，据玻尔理论在这 3 种频率的光子中，当氢原子从 n=3 能级向 n=2 能级跃迁时辐射的光子频率最小，波长最长，E2=E14，E3=E19，hcλ=E3−E2，λ=hcE3−E2=−36hc5E1，故D正确。
9. C
10. A
【解析】汤姆孙通过研究求出了阴极射线中粒子的比荷，明确阴极射线是电子流，故A正确；
能级跃迁时，由于高能级轨道半径较大，速度较小，电势能较大，故氢原子的核外电子由较高能级跃迁到较低能级时，要辐射一定频率的光子，同时电子的动能增大，故B错误；
德布罗意大胆提出假设，认为实物粒子也具有波动性，故C错误；
玻尔原子理论第一次将量子观念引入原子领域，成功地解释了氢原子光谱的实验规律，但不能解释所有原子光谱的实验规律，故D错误。
11. C
12. C
【解析】设能量为 E 的光照射后，μ 氢原子能量的最大量子数为 n，跃迁能发出的光子种类为 6 种，由 Cn2=n(n−1)2=6，得 n=4，发出光子的频率大小相对应的能级跃迁如图所示。能量为 E 的光照射到 n=2 的 μ 氢原子上，E 应该等于 n=2 跃迁到 n=4 的所吸收的能量，E=hν3，选项C正确。
13. A
14. D
【解析】氢原子能发出 6 种不同频率的光，说明氢原子处于 n=4 的激发态。由玻尔理论可知氢原子从 n=4 能级跃迁到 n=1 能级发出的光子能量最大，为 E，故频率最高的光的频率为 Eh，其波长最小 λmin=hcE。
15. D
【解析】原子吸收紫外线，使原子由低能级向高能级跃迁，再由高能级向低能级跃迁，放出可见光，紫外线光子能量大于可见光的光子能量，故 ∣ΔE1∣>∣ΔE2∣，选项D正确。
16. B
【解析】由玻尔理论可知，氢原子辐射光子后，电子会从离核较远的轨道跃迁到离核较近的轨道，绕核旋转的半径减小；在此跃迁过程中，氢原子的电场力对电子做正功，因而电势能减小，电子绕核做匀速圆周运动的向心力即为氢核对电子的库仑力，即 ke2r2=mv2r，解得 Ek=12mv2=ke22r，故电子运动半径越小，其动能越大；由能量转化和守恒定律可知，氢原子放出光子时，要辐射出一定的能量，故原子的总能量减小。
17. B
18. D
【解析】电子从较高能级跃迁到 n=2 能级发出的谱线属于巴耳末线系。若一群氢原子自发跃迁时发出的谱线中只有 3 条属于巴耳末线系，可知是从 n=3 跃迁到 n=2，从 n=4 跃迁到 n=2，从 n=5 跃迁到 n=2，即氢原子处于第 5 能级，根据 C52=10 知，这群氢原子最多可发出 10 条不同频率的谱线，故D正确，A、B、C错误。
19. C
【解析】 γ 射线是原子核跃迁时辐射的各种高频电磁波，不能来自原子的跃迁；氢原子从 n=4 的能级向 n=3 的能级跃迁时能量差对应的光子处于红外线波段；因为 a 光的能量高，频率大，所以在介质中的速度小，b 光的能量低，频率小，所以在介质中的速度大；氢原子在 n=2 的能级时能量为 −3.4 eV，所以只有吸收光子能量大于 3.4 eV 时才能电离。
20. D
【解析】由 △E=hcλ，故 λ=hc△E=4 跃迁到 n=1 能级产生的光子能量最大，波长最短，所以该光子最不容易发生衍射现象；因由 n=2 能级跃迁到 n=1 能级产生的光子能量大于由 n=4 能级跃迁到 n=3 能级产生光子的能量，故其频率不是最小的；大量的氢原子由 n=4 的激发态向低能级跃迁，可能辐射出 6 种不同频率的光子；由 n=2 能级跃迁到 n=1 能级辐射出光子的能量 E=−3.4 eV−(−13.6) eV＝10.2 eV，E＞W逸=6.34 eV。
第二部分
21. C， D
【解析】A．γ 射线为重核衰变或裂变时才会放出，氢原子跃迁无法辐射 γ 射线，故A错误；
B．氢原子从 n=3 的能级向 n=2 的能级辐射光子的能量：
E=−1.51 eV−(−3.40 eV)=1.89 eV
在可见光范围之内，故B错误；
C．氢原子在 n=3 能级吸收 1.51 eV 的光子能量就可以电离，紫外线的最小频率大于 1.51 eV，可以使处于 n=3 能级的氢原子电离，故C正确；
D．氢原子从 n=4 能级跃迁至 n=2 能级辐射光子的能量：
Eʹ=−0.85 eV−(−3.40 eV)=2.55 eV
在可见光范围之内；同理，从 n=3 能级向 n=2 的能级辐射光子的能量也在可见光范围之内，所以大量氢原子从 n=4 能级向低能级跃迁时可辐射出 2 种频率的可见光，故D正确。
故选CD。
22. B， C
【解析】放射性元素的半衰期与原子的化学状态，及物理状态均无关，由自身性质决定，故A错误；
氢原子由较高能级跃迁到较低能级时，电子的轨道半径减小，根据 ke2r2=mv2r 知，电子的动能变大，由于能量减小，则电势能减小，故B正确；
双缝干涉实验中，根据 Δx=Ldλ 知，条纹间距与光的波长成正比，红光的波长大于紫光的波长，若仅将入射光由紫光改为红光，则条纹间距一定变大，故C正确；
拍摄玻璃橱窗内的物品时，往往在镜头前加装一个偏振片以减弱反射光的强度，使照片清晰，故D错误。
23. A， D
24. B， D
25. C， D
【解析】由氢原子能级图可知，氢原子发出的光子的最小能量为 E3−E2=1.89 eV，选项A错误；
发出的光子的最大能量为 E3−E1=12.09 eV，由 ΔE=hν 知，此时对应光子的频率最高，选项B错误，D正确；
能发出不同频率光子种类为 3×(3−1)2=3，选项C正确。
26. A， C
【解析】根据 C42=6 知，氢原子可能辐射 6 种频率的光子。故A正确，B错误。
金属钙的逸出功为 2.7 eV，只有 n=4 跃迁到 n=1，n=3 跃迁到 n=1，n=2 跃迁到 n=1 所辐射的光子能量大于逸出功，才能发生光电效应。故C正确，D错误。
第三部分
27. A， B， D
【解析】不同的原子发出的谱线不相同，每一种原子都有自己的特征谱线，利用光谱分析可以确定元素，原子光谱可以间接反映原子结构的特征，故A、B、D正确。太阳光谱是不连续的，故C不正确。
28. A， C， D
【解析】由光谱的概念和产生知A选项正确。太阳光谱是吸收光谱，则B选项错误。由光谱分析原理和应用知C、D选项正确。
29. A， B， D
【解析】根据玻尔理论，不同的轨道对应不同的能级，对应不同的量子数。量子数越小，则氢原子核外电子轨道半径越小，对应能量越小。由于静电引力做正功，电子动能越大，由 E=Ek+Ep 知，电子的电势能越小。
30. A， B， D
【解析】玻尔的原子理论表明：氢原子核外电子绕核做匀速圆周运动，其向心力由原子核对它的库仑引力来提供。因为 rn=n2r1，所以 r1:r2=1:4，由 mvn2rn=ke2rn2，得电子在某条轨道上运动时，电子运动的动能 Ekn=ke22rn，则 Ek1:Ek2=4:1，由电子运动的速度 vn=ekmrn，得 v1:v2=2:1；由电子绕核做圆周运动的周期 Tn=2πrnvn=2πrne⋅mrnk，得 T1:T2=1:8。