秋学期高三物理第一轮复习课时跟踪练第十二章第二讲原子结构氢原子光谱Word版含解析

第十二章近代物理初步
第二讲原子结构氢原子光谱
课时跟踪练
A组基础巩固
1．(2017·凉州模拟)20世纪初，为了研究物质内部的结构，物理学家做了大量的实验，揭示了原子内部的结构，发现了电子、中子和质子．下图是()
A．卢瑟福的α粒子散射实验装置
B．卢瑟福发现质子的实验装置
C．汤姆孙发现电子的实验装置
D．查德威克发现中子的实验装置
解析：题图是α粒子轰击金箔，是卢瑟福的α粒子散射实验装置．A正确．
答案：A
2．(2015·天津卷)物理学重视逻辑，崇尚理性，其理论总是建立在对事实观察的基础上．下列说法正确的是()
A．天然放射现象说明原子核内部是有结构的
B．电子的发现使人们认识到原子具有核式结构
C．α粒子散射实验的重要发现是电荷是量子化的
D．密立根油滴实验表明核外电子的轨道是不连续的
解析：天然放射现象说明原子核内部是有结构的，人们认识原子核的复杂结构是从天然放射现象开始的，选项A正确；电子的发现说明了原子是可以分割的，是由更小的微粒组成的，选项B错误；由α粒子散射实验建立了原子的核式结构模型，选项C错误；密立根油滴实验说明物质所带电荷量是量子化的，选项D错误．答案：A
3．不能用卢瑟福原子核式结构模型得出的结论是()
A．原子中心有一个很小的原子核
B．原子核是由质子和中子组成的
C．原子质量几乎全部集中在原子核内
D．原子的正电荷全部集中在原子核内
解析：为了解释α粒子散射实验，卢瑟福提出了原子核式结构模型：在原子的中心有一个很小的核，叫原子核，原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核里，但不能得到原子核内的组成，故选项B不能用卢瑟福原子核式结构模型得出，A、C、D可以．答案：B
4．(2018·安阳模拟)已知处于某一能级n上的一群氢原子向低能级跃迁时，能够发出10种不同频率的光，下列能表示辐射光波长最长的那种跃迁的示意图是()
解析：由图示可知，在A 所示能级间跃迁中释放光子的能量最小，辐射光波的波长最长．选项A 正确．
答案：A
5．(2018·大同模拟)氢原子的核外电子从距核较近的轨道跃迁到距核较远的轨道过程中( )
A ．原子要吸收光子，电子的动能增大，原子的电势能增大，原子的能量增大
B ．原子要放出光子，电子的动能减小，原子的电势能减小，原子的能量也减小
C ．原子要吸收光子，电子的动能增大，原子的电势能减小，原子的能量增大
D ．原子要吸收光子，电子的动能减小，原子的电势能增大，原子的能量增大
解析：根据玻尔理论，氢原子核外电子在离核越远的轨道上运动
时，其能量越大，由能量公式E n ＝E 1n 2(E 1＝－13.6 eV)，可知电子从低轨道(量子数n 小)向高轨道(n 值较大)跃迁时，要吸收一定能量的光子，选项B 可排除；氢原子核外电子绕核做圆周运动，其向心力
由原子核对电子的库仑引力提供，即ke 2r 2＝m v 2r ，电子运动的动能E k ＝12m v 2＝ke 2
2r
，由此可知电子离核越远，r 越大时，则电子的动能就越小，选项A 、C 均可排除；由于原子核带正电荷，电子带负电荷，事实上异种电荷远离过程中需克服库仑引力做功，即库仑力对电子做负
功，则原子系统的电势能将增大，系统的总能量增大，选项D正确．答案：D
6．(2018·秦皇岛模拟)如图所示为氢原子能级示意图，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种不同频率的光，下列说法正确的是()
A．这些氢原子总共可辐射出3种不同频率的光
B．由n＝2能级跃迁到n＝1能级产生的光频率最小
C．由n＝4能级跃迁到n＝1能级产生的光最容易发生衍射现象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
解析：由原子跃迁、光电效应的规律分析．这些氢原子向低能级跃迁时可辐射出6种光子，选项A错误；由n＝4能级跃迁到n＝3能级产生的光子能量最小，光频率最小，选项B错误；由n＝4能级跃迁到n＝1能级产生的光子能量最大，光频率最大，光波长最小，最不容易发生衍射现象，选项C错误；由n＝2能级跃迁到n＝1能级辐射出的光子能量为10.20 eV >6.34 eV，所以能使金属铂发生光电效应，选项D正确．
答案：D
7．(2018·株洲模拟)根据玻尔原子结构理论，氦离子(He＋)的能级图如图所示．电子处在n＝3轨道上比处在n＝5轨道上离氦核的距离________(选填“近”或“远”)．当大量He＋处在n＝4的激发态时，由于跃迁所发射的谱线有________条．
解析：根据玻尔原子理论，量子数n 越小，轨道越靠近原子核，所以n ＝3比n ＝5的轨道离原子核近，大量处于n ＝4 激发态的原子跃迁一共有6种情形，即产生6条谱线．
答案：近 6
8．氢原子在基态时轨道半径r 1＝0.53×10－10 m ，能量E 1＝－13.6 eV ，求氢原子处于基态时：
(1)电子的动能；
(2)原子的电势能；
(3)用波长是多少的光照射可使其电离？
解析：(1)设处于基态的氢原子核外电子速度为v 1，
则k e 2r 21＝m v 21r 1
. 所以电子动能E k1＝12m v 21＝ke 2
2r 1
＝13.6 eV . (2)因为E 1＝E k1＋E p1，
所以E p1＝E 1－E k1＝－13.6 eV －13.6 eV ＝－27.2 eV .
(3)设用波长为λ的光照射可使氢原子电离
hc λ＝0－E 1.
所以λ＝－hc E 1＝－6.63×10－34×3×108－13.6×1.6×10
－19m ≈9.14×10－8m. 答案：(1)13.6 eV (2)－27.2 eV
(3)9.14×10－8m
B组能力提升
9．(多选)(2018·大连模拟)如图所示为氢原子的能级示意图，锌的逸出功是3.34 eV，那么对氢原子在能级跃迁过程中发射或吸收光子的特征认识正确的是()
A．用氢原子从高能级向基态跃迁时发射的光照射锌板一定不能产生光电效应现象
B．一群处于n＝3能级的氢原子向基态跃迁时，能放出3种不同频率的光
C．一群处于n＝3能级的氢原子向基态跃迁时，发出的光照射锌板，锌板表面所发出的光电子的最大初动能为8.75 eV D．用能量为10.3 eV的光子照射，可使处于基态的氢原子跃迁到激发态
解析：当氢原子从高能级向低能级跃迁时，辐射出光子的能量有可能大于3.34 eV，锌板有可能产生光电效应，选项A错误；由跃迁关系可知，选项B正确；从n＝3能级向基态跃迁时发出的光子最大能量为12.09 eV，由光电效应方程可知，发出光电子的最大初动能为8.75 eV，选项C正确；氢原子在吸收光子能量时需满足两能级间的能量差，因此选项D错误．
答案：BC
10．(多选)(2018·烟台模拟)已知氢原子的能级如图所示，现用光子能量在10～12.9 eV范围内的光去照射一群处于基态的氢原子，则下列说法中正确的是()
A．在照射光中可能被吸收的光子能量有无数种
B．在照射光中可能被吸收的光子能量只有3种
C．照射后可能观测到氢原子发射不同波长的光有6种
D．照射后可能观测到氢原子发射不同波长的光有3种
解析：n＝1→n＝5，hν＝E5－E1＝13.06 eV，故能量在10～12.9 eV范围内的光子，仅吸收符合n＝1→n＝2，n＝1→n＝3，n＝1→n ＝4的能级差的三种光子，选项A错误，B正确；照射后处于最高能级的原子的量子数n＝4，故向低能级跃迁能辐射的光谱条数N＝n（n－1）
2＝6，选项C正确，D错误．
答案：BC
11．玻尔氢原子模型成功解释了氢原子光谱的实验规律，氢原子能级图如图所示．当氢原子从n＝4的能级跃迁到n＝2 的能级时，辐射出频率为________Hz的光子，用该频率的光照射逸出功为2.25 eV的钾表面，产生的光电子的最大初动能为________eV(电子电荷量e＝1.60×10－19 C，普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s)．
解析：氢原子从n＝4的能级跃迁到n＝2的能级时，释放出光子的能量为E＝－0.85 eV－(－3.40 eV)＝2.55 eV，由hν＝E解得光子的频率ν＝6.2×1014Hz.用此光照射逸出功为2.25 eV的钾时，由光
电效应方程知，产生光电子的最大初动能为E k ＝h ν－W ＝(2.55－
2.25) eV ＝0.30 eV .
答案：6.2×1014 0.30
12．氢原子基态能量E 1＝－13.6 eV ，电子绕核做圆周运动的半径r 1＝0.53×10－10 m ．求氢原子处于n ＝4激发态时：
(1)原子系统具有的能量；
(2)电子在n ＝4轨道上运动的动能(已知能量关系E n ＝1n 2E 1，半径关系r n ＝n 2r 1，k ＝9.0×109 N ·m 2/C 2，e ＝1.6×10－19 C)；
(3)若要使处于n ＝2轨道上的氢原子电离，至少要用频率为多大的电磁波照射氢原子(普朗克常量h ＝6.63×10－34 J ·s)?
解析：(1)由E n ＝1n 2E 1得 E 4＝E 142＝－0.85 eV . (2)因为r n ＝n 2r 1，所以r 4＝42r 1，由圆周运动知识得
k e 2
r 24＝m v 2r 4
， 所以E k4＝12m v 2＝ke 2
32r 1
＝9.0×109×（1.6×10－19）2
32×0.53×10－10
J ≈0.85 eV .
(3)要使处于n ＝2的氢原子电离，照射光的光子能量应能使电子从第2能级跃迁到无限远处，最小频率的电磁波的光子能量应为
h ν＝0－E 14
， 解得ν≈8.21×1014Hz.
答案：(1)－0.85 eV(2)0.85 eV (3)8.21×1014 Hz。