高考物理复习特训考点十五原子结构和波粒二象性原子核第111练原子结构和波粒二象性含解析

第111练　原子结构和波粒二象性　

（时间　20分钟）

选择题

1．He＋、Li2＋等离子具有与氢原子类似的原子结构模型，又称为“类氢离子”．He＋从能级N跃迁到能级M，释放频率为ν1的光子，从能级P跃迁到能级M，吸收频率为ν2的光子，且ν1>ν2.则它从能级N跃迁到能级P时(　　)

A．吸收频率为ν1＋ν2的光子

B．释放频率为ν1＋ν2的光子

C．吸收频率为ν1－ν2的光子

D．释放频率为ν1－ν2的光子

2．氢原子能级示意图如图所示，现有大量氢原子处于n＝3能级，下列说法正确的是(　　)

A．这些氢原子跃迁过程中最多可辐射出2种频率的光子

B．从n＝3能级跃迁到n＝1能级需吸收12.09 eV的能量

C．从n＝3能级跃迁到n＝4能级辐射出0.66 eV的能量

D．n＝3能级的氢原子电离至少需要吸收1.51 eV的能量

3．[2020·北京卷]氢原子能级示意如图．现有大量氢原子处于n＝3能级上，下列说法正确的是(　　)

A.这些原子跃迁过程中最多可辐射出2种频率的光子

B．从n＝3能级跃迁到n＝1能级比跃迁到n＝2能级辐射的光子频率低

C．从n＝3能级跃迁到n＝4能级需吸收0.66 eV的能量

D．n＝3能级的氢原子电离至少需要吸收13.6 eV的能量

4．(多选)[2022·江西南昌测试]如图所示为氢原子的能级示意图，一群处于n＝4能级的氢原子，在向较低能级跃迁的过程中向外辐射光子，用这些光照射逸出功为1.90 eV的金属铯，下列说法正确的是(　　)

A．这群氢原子最多能发出6种不同频率的光，其中从n＝4能级跃迁到n＝3能级所发出的光波长最长

B．这群氢原子发出的光子均能使金属铯发生光电效应

C．金属铯表面逸出的光电子最大初动能一定小于12.75 eV

D．金属铯表面所逸出的光电子的初动能最大值为10.19 eV

5．[2021·浙江杭州测试]如图是氢原子的能级图，各能级能量关系为En＝，其中E1为基态能量，n为量子数．当氢原子从n＝5能级跃迁到n＝3能级时，释放出的一个光子能量为E，下列说法正确的是(　　)

A．一个处于n＝5能级的氢原子向低能级跃迁时，最多能辐射出10种不同频率的光子

B．氢原子从n＝5能级向低能级跃迁，跃迁到n＝4能级时辐射的光波长最短

C．处于n＝3能级的氢原子跃迁到基态吸收光子的能量为12.5E

D．某金属的逸出功为E，用n＝4能级跃迁到n＝2能级辐射的光子照射该金属，逸出光电子的最大初动能为E

6．(多选)[2022·湖北十一校联考]一群处于n＝4能级的氢原子，向低能级跃迁过程中能发出6种不同频率的光，将这些光分别照射到图甲电路阴极K的金属上，只能测得两条电流随电压变化的图像，如图乙所示，已知氢原子的能级图如图丙所示，则下列推断正确的是(　　)

A.图乙中的a光是氢原子由n＝4能级向基态跃迁发出的

B．图乙中的b光光子能量为12.75 eV

C．动能为1 eV的电子能使处于n＝4能级的氢原子电离

D．阴极金属的逸出功可能为6.75 eV

7．(多选)巴耳末系是指氢原子从n＝3，4，5，6，…能级跃迁到n＝2能级时发出的光谱线系，如图甲所示，因瑞士数学教师巴耳末于1885年总结出其波长通项公式(巴耳末公式)而得名．图乙中给出了巴耳末谱线对应的波长，已知可见光的光子能量在1.62 eV到3.11 eV之间，普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s，则下列说法正确的是(　　)

A．Hα谱线对应光子的能量大于Hβ谱线对应光子的能量

B．巴耳末系辐射的Hα、Hβ、Hγ、Hδ谱线均属于可见光

C．按玻尔原子模型，与Hα谱线对应的跃迁是从n＝3能级到n＝2能级

D．该谱线系的光照射极限频率为10.95×1014 Hz的金属钨，能发生光电效应现象

第111练　原子结构和波粒二象性

1．答案：B

解析：He＋从能级N跃迁到能级M，释放频率为ν1的光子，说明能级N的能量大于能级M的能量，且两能级能量差为hν1，同理能级P的能量小于能级M的能量，且两能级能量差为hν2，所以从能级N跃迁到能级P释放光子，且光子的能量为h（ν1＋ν2），故B正确．

2．答案：D

解析：大量处于n＝3能级的氢原子跃迁到n＝1能级，最多可辐射出C＝3种不同频率的光子，选项A错误；根据能级示意图可知从n＝3能级跃迁到n＝1能级辐射的光子能量为hν1＝－1.51 eV－（－13.6 eV）＝12.09 eV，选项B错误；同理可知从n＝3能级跃迁到n＝4能级，需要吸收的能量为E＝－0.85 eV－（－1.51 eV）＝0.66 eV，选项C错误；根据能级示意图可知氢原子处于n＝3能级的能量为－1.51 eV，故要使其电离至少需要吸收1.51 eV的能量，选项D正确．

3．答案：C

解析：这些原子跃迁过程中最多可辐射出C＝3种频率的光子，故选项A错误；从n＝3能级跃迁到n＝1能级比跃迁到n＝2能级辐射的光子能量大，辐射的光子频率高，故选项B错误；从n＝3能级跃迁到n＝4能级需要吸收－0.85 eV－（－1.51 eV）＝0.66 eV的能量，故选项C正确；n＝3能级的氢原子电离至少需要吸收1.51 eV的能量，故选项D错误．

4．答案：AC

解析：一群处于n＝4能级的氢原子，向低能级跃迁的过程中最多能够发出C＝6种不同频率的光，其中从n＝4能级跃迁到n＝1能级所发出的光子能量最大，频率最高；从n＝4能级跃迁到n＝3能级所发出的光子能量最小，频率最低，波长最长，选项A正确．根据产生光电效应的条件可知，只有光子能量大于金属铯逸出功的光子才能使金属铯发生光电效应，而从n＝4能级跃迁到n＝3能级所发出的光子能量只有（－0.85 eV）－（－1.51 eV）＝0.66 eV，从n＝3能级跃迁到n＝2能级所发出的光子能量只有（－1.51 eV）－（－3.40 eV）＝1.89 eV，都小于金属铯的逸出功，均不能发生光电效应，选项B错误；从n＝4能级跃迁到n＝1能级所发出的光子能量最大，为E＝（－0.85 eV） －（－13.60 eV）＝12.75 eV，由爱因斯坦光电效应方程，可知金属铯表面逸出的光电子最大初动能Ek＝E－W0＝12.75 eV－1.90 eV＝10.85 eV，一定小于12.75 eV，选项C正确，D错误．

5．答案：D

解析：一个处于n＝5能级的氢原子向低能级依次跃迁时，最多能辐射出4种不同频率的光子，A项错误．氢原子从n＝5能级向低能级跃迁时，由于n＝5能级与n ＝4能级间的能量差最小，故对应的光子的频率最低，波长最长，B项错误．由氢原子能级跃迁规律可知，氢原子由n＝3能级跃迁到基态时，会辐射出光子，C项错误．氢原子由n＝5能级跃迁到n＝3能级辐射出光子的能量E＝－；由n＝4能级跃迁到n＝2能级辐射的光子能量为－＝E1，由光电效应方程可知照射逸出功为E的金属产生光电子的最大初动能Ekm＝E1－E，解得Ekm＝E，D项正确．

6．答案：BC

解析：由题图乙可知，图中a光的遏止电压小于b光的遏止电压，由动能定理得eUc＝Ek，故a光照射阴极K发生光电效应产生的光电子的最大初动能小于b光照射阴极K发生光电效应产生的光电子的最大初动能，结合爱因斯坦光电效应方程可知，a光的光子能量（或频率）小于b光的，结合原子能级知识可知，b光是氢原子由n＝4能级向基态跃迁发出的，a光是氢原子由n＝3能级向基态跃迁发出的，选项A错误；题图乙中b光光子能量为Eb＝（－0.85 eV）－（－13.6 eV）＝12.75 eV，选项B正确；由于n＝4能级的氢原子的电离能为0.85 eV，所以动能为1 eV的电子能使处于n＝4能级的氢原子电离，选项C正确；由于只有2种频率的光使金属发生光电效应，阴极金属逸出功W0，有10.2 eV<W0<12.09 eV，选项D错误．

7．答案：BC

解析：由题图乙可知，Hα谱线对应的波长大于Hβ谱线对应的波长，根据光子能量与频率成正比，与波长成反比，可知Hα谱线对应的光子的能量小于Hβ谱线对应的光子的能量，选项A错误；根据光子能量公式E＝，计算可得巴耳末系辐射Hα谱线光子的能量为Eα＝＝ J＝3×10－19 J＝1.89 eV，处在1.62 eV到3.11 eV之间，属于可见光，同理可以计算出Hβ、Hγ、Hδ谱线光子能量均在1.62 eV到3.11 eV之间，均属于可见光，选项B正确；按照玻尔原子模型，与Hα谱线对应的跃迁是从n＝3能级到n＝2能级，选项C正确；极限频率为10.95×1014 Hz的金属钨，其逸出功W＝hν＝6.63×10－34×10.95×1014 J＝7.26×10－19 J＝4.54 eV，大于3.40 eV，用该谱线系的光照射极限频率为10.95×1014 Hz的金属钨，不能发生光电效应现象，选项D错误．