2018-2019学年高二物理上册选修知识点综合检测题65

课时训练12 原子的能级结构

基础夯实

1.仔细观察氢原子的光谱,发现它只有几条不连续的亮线,其原因是( )

A.氢原子只有几个能级 B.氢原子只能发出平行光 C.氢原子有时发光,有时不发光

D.氢原子辐射的光子的能量是不连续的,所以对应的光的频率也是不连续的 答案D 解析不连续的亮线对应着不同频率的光,选项B、C错误;氢原子在不同的能级之间跃迁时,辐射出不同能量的光子,并且满足E=hν.能量不同,相应光子频率不同,体现在光谱上是一些不连续的亮线,选项A错误,选项D正确.

2.如图,氢原子的能级图,若用能量为10.5 eV的光子去照射一群处于基态的氢原子,则氢原子( ) A.能跃迁到n=2的激发态上去 B.能跃迁到n=3的激发态上去 C.能跃迁到n=4的激发态上去

D.以上三种说法均不对 答案D 解析用能量为10.5 eV的光子去照射一群处于基态的氢原子,从能级差可知,若氢原子跃迁到某一能级上,则该能级的能量为(10.5-13.6) eV=-3.1 eV,根据氢原子的能级图可知,不存在定态能量为-3.1 eV的能级,因此氢原子无法发生跃迁. 3.

如图,某原子的能级图,a、b、c为原子跃迁所发出的三种波长的光.在下列该原子光谱的各选项中,谱线从左向右的波长依次增大,则正确的是( )

答案C 解析由En=、h=ΔE及能级跃迁图可得a光的波长最短,b光的波长最长,选项C正确.

4.用频率为ν0的光照射大量处于基态的氢原子,在所发射的光谱中仅能观测到频率分别为ν1、ν2、ν3的三条谱线,且ν3>ν2>ν1,则以下关系正确的是( )

A.ν0<ν1

B.ν3=ν2+ν1

C.ν0=ν1+ν2+ν3 D.

答案B 解析在光谱中仅能观测到三条谱线,可知基态的氢原子被激发到n=3,且hν3=hν2+hν1,ν3=ν0,选项B正确.

5.原子从一个能级跃迁到一个较低的能级时,有可能不发射光子,例如在某种条件下,铬原子的n=2能级上的电子跃迁到n=1能级上时并不发射光子,而是将相应的能量转交给n=4能级上的电子,使之能脱离原子,这一现象叫做俄歇效应,以这种方式脱离了原子的电子叫做俄歇电子.已知铬原子的能级公式可简化表示为En=,式中n=1,2,3,…表示不同能级,A是正的已知常数.上述俄歇电子的动能是( ) A.A 答案C 解析由题意知E1=-A,E2=-,E4=-,电子从n=2能级跃迁到n=1能级释放的能量ΔE=E2-E1=A.该能量使处于n=4能级的电子电离后的动能Ek=ΔE-|E4|=A,即选项C正确.

6.(多选)氢原子核外电子由一个轨道向另一轨道跃迁时,可能发生的情况是( )

A.原子吸收光子,电子的动能增大,原子的电势能增大,原子的能量增大

B.原子放出光子,电子的动能减小,原子的电势能减小,原子的能量减小

C.原子吸收光子,电子的动能减小,原子的电势能增大,原子的能量增大

B.A

C.A

D.A

D.原子放出光子,电子的动能增大,原子的电势能减小,原子的能量减小 答案CD 解析氢原子核外电子由一个轨道跃迁到另一个轨道,可能有两种情况:一是由较高能级向较低能级跃迁,即原子的电子由距核较远处跃迁到较近处,要放出光子.原子的能量(电子和原子核共有的电势能与电子动能之和,也即能级)要减小,原子的电势能要减小(电场力做正功),而电子的动能增大.在氢原子中,电子绕核做圆周运动的向心力由原子核对电子的静电引力提供,即k=m,v=.可见,原子由高能级跃迁到低能级时,电子轨道半径减小,动能增加;二是由较低能级向较高能级跃迁.与上述相反.综上所述,C、D正确. 7.(1)

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.

(2)有大量的氢原子,吸收某种频率的光子后从基态跃迁到n=3的激发态,已知氢原子处于基态时的能量为E1,则吸收光子的频率ν= ,当这些处于激发态的氢原子向低能态跃迁发光时,可发出

条谱线,辐射光子的能量分别为 . 答案(1)近 6 (2) 3

解析(1)能级越小的电子,离原子核越近;从n=4的激发态跃迁时,发射的谱线条数为=6条.

(2)根据玻尔的假设,当原子从基态跃迁到n=3的激发态时,吸收光子的能量hν=E3-E1,而E3=E1,所以吸收光子的频率ν=.当原子从n=3的激发态向低能态跃迁时,由于是大量的原子,可能的跃迁有多种,如从n=3到n=1,从n=3到n=2,再从n=2到n=1,因此可能发出三条谱线,三种光子的能量分别为E31=-E1,E32=-E1,E21=-E1.

能力提升

8.氦原子被电离出一个核外电子,形成类氢结构的氦离子.已知基态的氦离子能量为E1=-54.4 eV,氦离子能级的示意图如图所示.在具有下列能量的光子中,不能被基态氦离子吸收而发生跃迁的是( )(导学号

51160179)

A.40.8 eV C.51.0 eV 答案B 解析要吸收光子发生跃迁需要满足一定的条件,即吸收的光子的能量必须是某两个能级的差值,40.8 eV是第一能级和第二能级的差值,51.0 eV是第一能级和第四能级的差值,54.4 eV是电离需要吸收的能量,均满足条件,故A、C、D均可以,而B不满足条件.

B.43.2 eV D.54.4 eV

9.氢原子部分能级的示意图如图所示.不同色光的光子能量如下表所示.

色光 光子能量 范围(eV) 1.61~ 2.00~ 2.07~ 2.14~ 2.53~ 2.76~ 2.00 2.07 2.14 2.53 2.76 3.10 红 橙 黄 绿 蓝—靛 紫

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( )(导学号51160180)

A.红、蓝—靛 B.黄、绿 C.红、紫 答案A 解析由能级图可知,只有原子从n=4能级向n=3能级以及从n=3能级向n=2能级跃迁时发射光子的能量符合题目要求,两种光子对应的能量分别为2.55 eV和1.89 eV,分别为蓝—靛光和红光,选项A正确. 10.(多选)处于基态的一群氢原子受某种单色光的照射时,只发射波长为λ1、λ2、λ3的三种单色光,且λ1>λ2>λ3,则照射光的波长为( )(导学

号51160181)

D.蓝—靛、紫

A.λ3 B.λ1+λ2+λ3

C. 答案AD D.

解析由玻尔理论知,该氢原子吸收光子后被激发到n=3的激发态,其辐射的能量最大(波长最短)的单色光的波长应为λ3,则h=h+h,所以λ3=,即选项D正确.

11.(多选)用具有一定动能的电子轰击大量处于基态的氢原子,使这些氢原子被激发到量子数为n(n>2)的激发态.此时出现的氢光谱中有N条谱线,其中波长的最大值为λ.现逐渐提高入射电子的动能,当动能达到某一值时,氢光谱中谱线数增加到N'条,其中波长的最大值变为λ'.下列各式中可能正确的是( )(导学号51160182) A.N'=N+n C.λ'>λ 答案AC 解析氢原子处于n能级向较低激发态或基态跃迁时,可能产生的光谱线条数的计算公式为N=.设氢原子被激发到量子数为n'的激发态时出现的氢光谱中有N'条谱线,若n'=n+1,N'==N+n,故A项正确.氢原子能级越高相邻能级差越小,则ΔE=,n'>n,则ΔE'<ΔE,所以λ'>λ,故C项正确.

12.有一群氢原子处于n=4的能级上,已知氢原子的基态能量E1=-13.6 eV,普朗克常量h=6.63×10-34 J·s,求:(导学号51160183) (1)这群氢原子的光谱共有几条谱线? (2)这群氢原子发出的光子的最大频率是多少?

B.N'=N+n-1 D.λ'<λ

答案(1)6 (2)3.1×1015 Hz

解析(1)这群氢原子的能级如图所示,由图可以判断,这群氢原子可能发生的跃迁共有6种,所以它们的谱线共有6条.

(2)频率最大的光子能量最大,对应的跃迁能级差也最大,即从n=4跃迁到n=1发出的光子能量最大,根据玻尔第二假设,发出光子的能量hν=-E1()

代入数据,解得ν=3.1×1015 Hz.

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