2020高中物理第3章第3、4节氢原子光谱原子的能级结构学案粤教版选修3-5

第三节氢原子光谱第四节原子的能级结构

1．原子的气体通电后可以发光并产生固定不变的光谱，这种光谱被称为原子光谱．2．每种原子都有自己特定的原子光谱，不同的原子，其原子光谱不同，因而原子光谱被称为原子的指纹．

3．人们把一系列符合巴耳末公式的光谱线称为巴耳末系，其公式为1

λ

＝

，n＝3，4，5，…

4．由于氢原子光谱是分立的，因此我们猜想原子内部的能量也是不连续的，并把此能量称为原子的能级．

5．氢原子的能级公式为En＝，n＝1，2，3，…其中E1＝－13.6_eV，这个最低能级对应的状态称为基态，其他状态称为激发态．

6．处于激发态的氢原子是不稳定的，它会向较低的能级跃迁，跃迁时释放出来的能量以光子的形式向外辐射，辐射出来的能量等于两能级间的能量差．

1．(多选)关于玻尔原子理论的基本假设，下列说法中正确的是(AB)

A．原子中的电子绕原子核做圆周运动，库仑力提供向心力

B．电子绕核运动的轨道半径只能取某些特定的值，而不是任意的

C．原子的能量包括电子的动能和势能，电子动能可取任意值，势能只能取某些分立值D．电子由一条轨道跃迁到另一条轨道上时，辐射(或吸收)的光子频率等于电子绕核运动的频率

解析：由玻尔理论知，A、B正确；因电子轨道是量子化的，所以原子的能量也是量子化的，C错误；电子绕核做圆周运动时，不向外辐射能量，原子辐射的能量与电子绕核运动无关，D错误．

2．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(D)

A．4条B．6条C．8条D．10条

解析：由题意可知，当大量氢原子从n＝5能级跃迁时，有C25＝10条光谱线产生．3．下列物质产生的光谱是线状谱的是(D)

A．炽热的钢水

B．发亮的白炽灯

C．炽热的高压气体

D．固体或液体汽化成稀薄气体后发光

解析：炽热的固体、液体和高压气体产生的光谱是连续谱．

4．(多选)关于玻尔的原子模型，下述说法中正确的有(BD)

A．它彻底否定了卢瑟福的核式结构学说

B．它发展了卢瑟福的核式结构学说

C．它完全抛弃了经典的电磁理论

D．它引入了普朗克的量子理论

解析：玻尔的原子模型在核式结构模型的前提下提出轨道量子化、能量量子化及能级跃迁，故A错误、B正确，它的成功就在于引入了量子化理论，缺点是被过多引入的经典力学所困，故C错误、D正确．

5．一群氢原子处于同一较高的激发态，它们向较低激发态或基态跃迁的过程中(B) A．可能吸收一系列频率不同的光子，形成光谱中的若干条暗线

B．可能发出一系列频率不同的光子，形成光谱中的若干条亮线

C．只吸收频率一定的光子，形成光谱中的一条暗线

D．只发出频率一定的光子，形成光谱中的一条亮线

解析：当原子由高能级向低能级跃迁时，原子将发出光子，由于不只是两个特定能级之间的跃迁，所以它可以发出一系列频率的光子，形成光谱中的若干条亮线．6．(多选)有关原子光谱，下列说法正确的是(BD)

A．原子光谱不能反映原子结构特征

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

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，利用光谱分析可以用来确定元素，原子光谱可以间接反映原子结构的特征，故B、D正确，A错误．太阳光谱是不连续的，故C不正确．

7．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，则该氢原子需要吸收的能量至少是(A)

A．13.60 eV B．10.20 eV

C．0.54 eV D．27.20 eV

解析：要使氢原子变成氢离子，是使氢原子由低能级向高能级跃迁，需要吸收的能量大于等于ΔE＝En－E1＝0－(－13.60) eV＝13.60 eV，选项A满足题意．

8．根据玻尔理论，下列关于氢原子的论述正确的是(C)

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

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．

处于某激发态的氢原子，发射的光的谱线在可见光范围内仅有2条，其颜色分别为(A) A．红、蓝—靛 B．黄、绿

C．红、紫 D．蓝—靛、紫

解析：本题意在考查考生对氢原子能级的理解，并能正确结合电磁波谱解决氢原子跃迁的能级问题．由七种色光的光子的不同能量可知，可见光光子的能量范围在1.61～3.10 eV，故可能是由第4能级向第2能级跃迁过程中所辐射的光子，E1＝－0.85 eV－(－3.40)eV＝2.55 eV，即蓝—靛光；也可能是氢原子由第3能级向第2能级跃迁过程中所辐射的光子，E2＝－1.51 eV－(－3.40)eV＝1.89 eV，即红光．

10．如图所示为氢原子最低的四个能级，当氢原子在这些能级间跃迁时．

(1)有可能放出几种不同能量的光子？

(2)在哪两个能级间跃迁时，所发出的光子波长最长？波长是多少？

解析：(1)由N＝，可得N＝＝6种；

(2)氢原子由第四能级向第三能级跃迁时，能级差最小，辐射的光子能量最小，波长最长，根据hν＝E4－E3＝－0.85－(－1.51) eV＝0.66 eV，λ＝＝

m＝1.88×m.

答案：(1)6 (2)第四能级向第三能级 1.88×m