17.2原子结构和能级 讲义 -2025届高考物理一轮复习三精系列

2025高考物理一轮复习三精系列 第十七章 原子物理 专题17.2 原子结构和能级 第一部分 知识点精讲 1、电子的发现：英国物理学家汤姆孙发现了电子。 2．原子的核式结构 （1）. α粒子散射实验： （i）实验装置：如下图所示。 （ii）实验条件：金属箔是由重金属原子组成，很薄，厚度接近单原子的直径，全部设备装在真空环境中，因为粒子很容易使气体电离，在空气中只能前进几厘米。显微镜可在底盘上旋转，可在的范围内进行观察。 （iii）实验结果：粒子穿过金箔后，绝大多数沿原方向前进，少数发生较大角度偏转，极少数偏转角度大于，甚至被弹回。 粒子的大角度散射现象无法用汤姆孙的原子模型解释，粒子散射实验的结果揭示了：原子内部绝大部分是空的，原子内部有一个很小的“核”。 （2）.原子的核式结构模型 （i）核式结构学说：在原子的中心有一个很小的原子核，原子的全部正电荷和几乎全部的质量都集中在原子核内，电子绕核运转。 （ii）核式结构模型对粒子散射实验的解释 ①因为原子核很小，原子的大部分空间是空的，大部分粒子穿过金箔时离核很远，受到的库仑力很小，运动几乎不受影响，因而大部分粒子穿过金箔后，运动方向几乎不改变。 ②只有少数粒子从原子核附近飞过，受到原子核的库仑力较大，才发生较大角度的偏转。 （3）粒子散射实验中能量的变化 当粒子靠近原子核时，库仑斥力做负功，电势能增加；当粒子远离原子核时，库仑斥力做正功，电势能减小；只有库仑斥力做功，只是电势能和动能之间相互转化，粒子的总能量保持不变。 3、.三个原子模型的对比 原子模型 实验基础 原子结构 成功和局限 “枣糕”模型 电子的发现 原子是一个球体，正电荷均匀分布在球内，电子镶嵌其中 可解释一些实验现象，但无法说明粒子散射实验 核式结构模型 卢瑟福的粒子散射实验 原子的中心有一个很小的核，全部正电荷和几乎全部质量集中在核里，电子在核外运动 成功解释了粒子散射实验，无法解释原子的稳定性及原子光谱的分立特征 玻尔的原子模型 氢原子光谱的研究 在核式结构模型基础上，引入量子观念 成功解释了氢原子光谱及原子的稳定性，不能解释较复杂原子的光谱现象 4．氢原子光谱 (1)光谱：用光栅或棱镜可以把各种颜色的光按波长展开，获得光的波长(频率)和强度分布的记录，即光谱。 (2)光谱分类 (3)氢原子光谱的实验规律：巴耳末系是氢光谱在可见光区的谱线，其波长公式＝R(n＝3，4，5，…，R是里德伯常量，R＝1.10×107 m－1)。 (4)光谱分析：利用每种原子都有自己的特征谱线可以用来鉴别物质和确定物质的组成成分，且灵敏度很高。在发现和鉴别化学元素上有着重大的意义。 【温馨提示】线状谱和吸收光谱都对应某种元素，都可以用来进行光谱分析。 5．玻尔理论的三条假设 (1)定态假设：原子只能处于一系列不连续的能量状态中，在这些能量状态中原子是稳定的，电子虽然绕核运动，但并不向外辐射能量。 (2)跃迁假设：原子从一种定态跃迁到另一种定态时，它辐射或吸收一定频率的光子，光子的能量由这两个定态的能量差决定，即hν＝Em－En。(h是普朗克常量，h＝6.63×10－34 J·s) (3)轨道假设：原子的不同能量状态跟电子在不同的圆周轨道绕核运动相对应。原子的定态是不连续的，因此电子的可能轨道也是不连续的。 6．氢原子的能级、能级公式 (1)氢原子的能级 能级图如图所示 （i）能级图中的横线表示氢原子可能的能量状态——定态。 （ii）横线左端的数字“1，2，3，…”表示量子数，右端的数字“，，…”表示氢原子的能级。 （iii）相邻横线间的距离，表示相邻的能级差，量子数越大，相邻的能级差越小。 （iv）带箭头的竖线表示原子由较高能级向较低能级跃迁，原子跃迁条件为：。 (2)氢原子的能级和轨道半径 ①氢原子的能级公式：En＝E1(n＝1，2，3，…)，其中基态能量E1最低，其数值为E1＝－13.6 eV。 ②氢原子的半径公式：rn＝n2r1(n＝1，2，3，…)，其中r1为基态半径，又称玻尔半径，其数值为r1＝0.53×10－10 m。 第二部分 最新高考题精选 1． （2024年1月浙江选考·12）氢原子光谱按频率展开的谱线如图所示，此四条谱线满足巴耳末公式，n=3、4、5、6用和光进行如下实验研究，则（　　） A. 照射同一单缝衍射装置，光的中央明条纹宽度宽 B. 以相同的入射角斜射入同一平行玻璃砖，光的侧移量小 C. 以相同功率发射的细光束，真空中单位长度上光的平均光子数多 D. 相同光强的光分别照射同一光电效应装置，光的饱和光电流小 2．（2023年1月浙江选考· 15）氢原子从高能级向低能级跃迁时，会产生四种频率的可见光，其光谱如图1所示．氢原子从能级6跃迁到能级2产生可见光I，从能级3跃迁到能级2产生可见光Ⅱ．用同一双缝干涉装置研究两种光的干涉现象，得到如图2和图3所示的干涉条纹．用两种光分别照射如图4所示的实验装置，都能产生光电效应．下列说法正确的是（ ） A．图1中的对应的是Ⅰ B．图2中的干涉条纹对应的是Ⅱ C．Ⅰ的光子动量大于Ⅱ的光子动量 D．P向a移动，电流表示数为零时Ⅰ对应的电压表示数比Ⅱ的大 3.（2023高考河北卷） 2022年8月30日，国家航天局正式发布了“羲和号”太阳探测卫星国际上首次在轨获取的太阳谱线精细结构。是氢原子巴耳末系中波长最长的谱线，其对应的能级跃迁过程为（　　） A. 从跃迁到 B. 从跃迁到 C. 从跃迁到 D. 从跃迁到 4. （2023学业水平等级考试上海卷）关于α粒子散射实验，下列说法正确的是 A. 实验必须在真空中进行 B. 荧光屏的作用是为了阻挡α粒子 C. 实验用显微镜必须正对放射源 D. 证明了原子核内有质子存在 5. （2023高考山东高中学业水平等级考试）“梦天号”实验舱携带世界首套可相互比对的冷原子钟组发射升空，对提升我国导航定位、深空探测等技术具有重要意义。如图所示为某原子钟工作的四能级体系，原子吸收频率为的光子从基态能级I跃迁至激发态能级Ⅱ，然后自发辐射出频率为的光子，跃迁到钟跃迁的上能级2，并在一定条件下可跃迁到钟跃迁的下能级1，实现受激辐射，发出钟激光，最后辐射出频率为的光子回到基态。该原子钟产生的钟激光的频率为（ ） A. B. C. D. 6. （2023高考选择性考试辽宁卷）原子处于磁场中，某些能级会发生劈裂。某种原子能级劈裂前后的部分能级图如图所示，相应能级跃迁放出的光子分别设为①②③④。若用①照射某金属表面时能发生光电效应，且逸出光电子的最大初动能为Ek，则（　　） A. ①和③的能量相等 B. ②的频率大于④的频率 C. 用②照射该金属一定能发生光电效应 D. 用④照射该金属逸出光电子的最大初动能小于Ek 7. （2023高考湖北卷）2022年10月，我国自主研发的“夸父一号”太阳探测卫星成功发射。该卫星搭载的莱曼阿尔法太阳望远镜可用于探测波长为的氢原子谱线（对应的光子能量为）。根据如图所示的氢原子能级图，可知此谱线来源于太阳中氢原子（ ） A. 和能级之间的跃迁 B. 和能级之间的跃迁 C. 和能级之间的跃迁 D. 和能级之间的跃迁 第三部分 最新模拟题精选 1.（2024湖南名校3月适应性训练）根据玻尔理论，电子在第n轨道运动时氢原子的能量En和电子在第1轨道运动时氢原子的能量E1满足关系式。如图为氢原子的能级图。巴耳末线系的谱线是氢原子的电子从n>2的能级返回n=2能级时释放出的谱线，赖曼线系的谱线是氢原子的电子从n>1的能级跃迁至n=1能级的一系列光谱线。则赖曼线系能量最小的光子与巴耳末线系能量最大的光子的能量差约为（ ） A.10.2eV B.6.8eV C.3.4eV D.0.54eV 2．(2024河南漯河高中质检)英国物理学家卢瑟福用粒子轰击厚度为微米的金箔，发现少数粒子发生较大偏转。如图所示，甲、乙两个粒子从较远处（规定电势为零）分别以相同的初速度轰击金箔，实线为两个粒子在某一金原子核附近电场中的运动轨迹，两轨迹的交点为a，虚线表示以金原子核为圆心的圆，两轨迹与该圆的交点分别为b、c。忽略其他原子核及粒子之间的作用，两粒子从较远处运动到b、c两点的过程中，下列说法正确的是（    ） A．电场力对甲、乙两个粒子做的功一定相同 B．两个粒子经过a点时加速度一定不同 C．乙粒子在a点的电势能一定大于在c点时的电势能 D．电场力对甲粒子冲量的大小一定等于对乙粒子冲量的大小 3. (2024年3月福建泉州质检)氢原子能级结构如图所示，一群处于能级的氢原子向较低能级跃迁，会发出不同频率的光，下列说法正确的是（　　） A. 这群氢原子最多可以发出6种频率的光 B. 这群氢原子最多可以发出4种频率的光 C. 从能级跃迁到能级发出的光子能量最大 D. 从能级跃迁到能级发出的光子能量最大 4．(2024海南高考模拟6)如图所示为氢原子能级图，下列说法正确的是（ ） A．处于能级的氢原子，跃迁到能级时辐射光子的频率最小 B．处于能级的氢原子，跃迁到能级时辐射光子的波长最长 C．处于基态的氢原子，吸收两个能量均为的光子，能跃迁到能级 D．处于基态的氢原子，吸收能量为的光子，能跃迁到和能级之间 5. （2024安徽部分学校期末）用光子能量为12.09eV的光去照射一群处于基态的氢原子，受激发后的氢原子向低能级跃迁时，释放的光子中能使逸出功为4.54eV的金属钨产生光电效应的有几种（ ） A. 1种 B. 2种 C. 3种 D. 4种 6. （2024河北沧州市1月质检）来自氢原子所发射的光谱线中有4种波长的光是可见光，其波长分别为：410nm、434nm、486nm和656nm。它们是氢原子中的电子吸收光子能量跃迁至能级较高的激发态后，再向n=2的能级跃迁时释放出的谱线。对相关信息说法正确的是（　　） A. 氢原子只能通过吸收光子才能跃迁至能级较高的激发态 B. 氢原子处于n=2能级时为基态 C. 氢原子可以吸收任何能量的光子而发生能级跃迁 D. 这四种光子中410nm的光子能量最大 7. （2024河北金科1月大联考）光刻机是生产芯片的核心设备，为了提高分辨率，目前世界上生产的光刻机主要利用紫外线作为光源，已知紫外线的光子能量范围为3eV<E<124eV。如图所示为氢原子的能级图。现有一群处于n=4能级的氢原子向低能级跃迁向外辐射光子，则下列说法正确的是（　　） A. 辐射的光子中有2种不同频率的紫外线 B. 辐射的光子中有4种不同频率的紫外线 C. 紫外线从真空进入某种液体后，光子能量减小 D. 紫外线从真空进入某种液体后，波长更短，分辨率更高 。 8. （2024全国名校联盟大联考）太阳发射出的高能带电粒子击穿大气层，并与大气中的分子和原子相碰撞，使被撞击的分子和原子处于激发状态，恢复常态时，其激发的能量就以光能的形式发射出来，从而形成了绚丽多彩的极光。受大地磁爆影响，2023年12月1日北京上空罕见地出现了极光，已知此次出现的深红色极光波长约为630nm，真空中的光速为，则（　　） A. 极光是由分子和原子从高能级向低能级跃迁时产生的 B. 大气层中的分子和原子可以吸收任意大小的能量发生跃迁 C. 深红色极光的频率约为 D. 对极光进行光谱分析可以推测太阳的物质组成 9. （2024河北部分学校期末联考）如图所示为氢原子能级示意图，铝的逸出功为4.2eV。现用某单色光照射大量处于能级的氢原子，这些氢原子释放出6种不同频率的光，用产生的光线照射铝板。下列说法中正确的是（　　） A. 氢原子被该单色光照射后跃迁到的激发态 B. 直接用该单色光照射铝板，能够发生光电效应 C. 氢原子释放出来的6种光中有4种可以使铝板发生光电效应 D. 从铝板逃逸出来的光电子的最大初动能为8.55eV 10. （2024重庆乌江新高考协作体一模）光镊技术可以用来捕获、操控微小粒子(目前已达微米级)．激光经透镜后会聚成强聚焦光斑，微粒一旦落入会聚光的区域内，就有移向光斑中心的可能，从而被捕获．由于光的作用使微粒具有势能，光斑形成了一个类似于“陷阱”的能量势阱，光斑中心为势能的最低点．结合以上信息可知，关于利用光镊捕获一个微小粒子的情况，下列说法正确的是 A. 微粒被捕获时，受到激光的作用力一定沿着激光传播的方向 B. 微粒被捕获时，受到激光的作用力一定垂直激光传播的方向 C. 微粒向光斑中心移动时，在能量势阱中对应的势能可能增大 D. 被捕获的微粒在获得较大的速度之后，有可能逃离能量势阱 11. （2024江西宜春市一中质检）氢原子钟是一种精密的时钟，它利用了原子能级跃迁时辐射出来的电磁波去控制校准石英钟。如图所示为氢原子能级的示意图，结合玻尔理论，判断下列说法正确的是（　　） A. 使能级氢原子电离至少要12.75eV的能量 B. 氢原子的核外电子在距原子核较近的地方出现的概率较小 C. 大量处于能级的氢原子辐射出的光子中波长最长的光子能量为0.66eV D. 用动能为14eV的电子轰击处于基态的氢原子，一定不能使其跃迁到激发态 12. （2024河南新郑实验高中3月质检）最新研究成果表示氦原子被电离一个核外电子后，形成类氢结构的氦离子，其能级跃迁遵循玻尔原子结构理论，能级图如甲图所示。若大量处于n=3能级的氦离子跃迁并释放光子，用释放的所有光子照射光电管K极，如图乙，已知K极板的逸出功为4.54eV。调节滑片P使电流表示数恰好为0，则下列说法正确的是（　　） A.可以产生2种不同频率的光 B.辐射出的光子均可使光电管K极板发生光电效应 C.图乙中电源的左端为负极，右端为正极 D.此时图乙中电压表的读数3.02V 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！1 学科网（北京）股份有限公司 $$ 2025高考物理一轮复习三精系列 第十七章 原子物理 专题17.2 原子结构和能级 第一部分 知识点精讲 1、电子的发现：英国物理学家汤姆孙发现了电子。 2．原子的核式结构 （1）. α粒子散射实验： （i）实验装置：如下图所示。 （ii）实验条件：金属箔是由重金属原子组成，很薄，厚度接近单原子的直径，全部设备装在真空环境中，因为粒子很容易使气体电离，在空气中只能前进几厘米。显微镜可在底盘上旋转，可在的范围内进行观察。 （iii）实验结果：粒子穿过金箔后，绝大多数沿原方向前进，少数发生较大角度偏转，极少数偏转角度大于，甚至被弹回。 粒子的大角度散射现象无法用汤姆孙的原子模型解释，粒子散射实验的结果揭示了：原子内部绝大部分是空的，原子内部有一个很小的“核”。 （2）.原子的核式结构模型 （i）核式结构学说：在原子的中心有一个很小的原子核，原子的全部正电荷和几乎全部的质量都集中在原子核内，电子绕核运转。 （ii）核式结构模型对粒子散射实验的解释 ①因为原子核很小，原子的大部分空间是空的，大部分粒子穿过金箔时离核很远，受到的库仑力很小，运动几乎不受影响，因而大部分粒子穿过金箔后，运动方向几乎不改变。 ②只有少数粒子从原子核附近飞过，受到原子核的库仑力较大，才发生较大角度的偏转。 （3）粒子散射实验中能量的变化 当粒子靠近原子核时，库仑斥力做负功，电势能增加；当粒子远离原子核时，库仑斥力做正功，电势能减小；只有库仑斥力做功，只是电势能和动能之间相互转化，粒子的总能量保持不变。 3、.三个原子模型的对比 原子模型 实验基础 原子结构 成功和局限 “枣糕”模型 电子的发现 原子是一个球体，正电荷均匀分布在球内，电子镶嵌其中 可解释一些实验现象，但无法说明粒子散射实验 核式结构模型 卢瑟福的粒子散射实验 原子的中心有一个很小的核，全部正电荷和几乎全部质量集中在核里，电子在核外运动 成功解释了粒子散射实验，无法解释原子的稳定性及原子光谱的分立特征 玻尔的原子模型 氢原子光谱的研究 在核式结构模型基础上，引入量子观念 成功解释了氢原子光谱及原子的稳定性，不能解释较复杂原子的光谱现象 4．氢原子光谱 (1)光谱：用光栅或棱镜可以把各种颜色的光按波长展开，获得光的波长(频率)和强度分布的记录，即光谱。 (2)光谱分类 (3)氢原子光谱的实验规律：巴耳末系是氢光谱在可见光区的谱线，其波长公式＝R(n＝3，4，5，…，R是里德伯常量，R＝1.10×107 m－1)。 (4)光谱分析：利用每种原子都有自己的特征谱线可以用来鉴别物质和确定物质的组成成分，且灵敏度很高。在发现和鉴别化学元素上有着重大的意义。 【温馨提示】线状谱和吸收光谱都对应某种元素，都可以用来进行光谱分析。 5．玻尔理论的三条假设 (1)定态假设：原子只能处于一系列不连续的能量状态中，在这些能量状态中原子是稳定的，电子虽然绕核运动，但并不向外辐射能量。 (2)跃迁假设：原子从一种定态跃迁到另一种定态时，它辐射或吸收一定频率的光子，光子的能量由这两个定态的能量差决定，即hν＝Em－En。(h是普朗克常量，h＝6.63×10－34 J·s) (3)轨道假设：原子的不同能量状态跟电子在不同的圆周轨道绕核运动相对应。原子的定态是不连续的，因此电子的可能轨道也是不连续的。 6．氢原子的能级、能级公式 (1)氢原子的能级 能级图如图所示 （i）能级图中的横线表示氢原子可能的能量状态——定态。 （ii）横线左端的数字“1，2，3，…”表示量子数，右端的数字“，，…”表示氢原子的能级。 （iii）相邻横线间的距离，表示相邻的能级差，量子数越大，相邻的能级差越小。 （iv）带箭头的竖线表示原子由较高能级向较低能级跃迁，原子跃迁条件为：。 (2)氢原子的能级和轨道半径 ①氢原子的能级公式：En＝E1(n＝1，2，3，…)，其中基态能量E1最低，其数值为E1＝－13.6 eV。 ②氢原子的半径公式：rn＝n2r1(n＝1，2，3，…)，其中r1为基态半径，又称玻尔半径，其数值为r1＝0.53×10－10 m。 第二部分 最新高考题精选 1． （2024年1月浙江选考·12）氢原子光谱按频率展开的谱线如图所示，此四条谱线满足巴耳末公式，n=3、4、5、6用和光进行如下实验研究，则（　　） A. 照射同一单缝衍射装置，光的中央明条纹宽度宽 B. 以相同的入射角斜射入同一平行玻璃砖，光的侧移量小 C. 以相同功率发射的细光束，真空中单位长度上光的平均光子数多 D. 相同光强的光分别照射同一光电效应装置，光的饱和光电流小 【参考答案】C 【名师解析】．根据巴耳末公式可知，光的波长较长。波长越长，越容易发生明显的衍射现象，故照射同一单缝衍射装置，光的中央明条纹宽度宽，故A错误； 光的波长较长，根据 可知光的频率较小，则光的折射率较小，在平行玻璃砖的偏折较小，光的侧移量小，故B错误； 光的频率较小，光的光子能量较小，以相同功率发射的细光束，光的光子数较多，真空中单位长度上光的平均光子数多，故C正确；若、光均能发生光电效应，相同光强的光分别照射同一光电效应装置，光的频率较小，光的光子能量较小，光的光子数较多，则光的饱和光电流大，光的饱和光电流小，故D错误。 2．（2023年1月浙江选考· 15）氢原子从高能级向低能级跃迁时，会产生四种频率的可见光，其光谱如图1所示．氢原子从能级6跃迁到能级2产生可见光I，从能级3跃迁到能级2产生可见光Ⅱ．用同一双缝干涉装置研究两种光的干涉现象，得到如图2和图3所示的干涉条纹．用两种光分别照射如图4所示的实验装置，都能产生光电效应．下列说法正确的是（ ） A．图1中的对应的是Ⅰ B．图2中的干涉条纹对应的是Ⅱ C．Ⅰ的光子动量大于Ⅱ的光子动量 D．P向a移动，电流表示数为零时Ⅰ对应的电压表示数比Ⅱ的大 【参考答案】CD 【命题意图】本题考查能级、光电效应、光子动量及其相关知识点。 【名师解析】根据题意可知。氢原子发生能级跃迁时，由公式可得 可知，可见光I的频率大，波长小，可见光Ⅱ的频率小，波长大。可知，图1中的对应的是可见光Ⅱ，故A错误；由公式有，干涉条纹间距为，由图可知，图2中间距较小，则波长较小，对应的是可见光I，故B错误；根据题意，由公式可得，光子动量为，可知，Ⅰ的光子动量大于Ⅱ的光子动量，故C正确；根据光电效应方程及动能定理可得，可知，频率越大，遏止电压越大，则P向a移动，电流表示数为零时Ⅰ对应的电压表示数比Ⅱ的大，故D正确。 3.（2023高考河北卷） 2022年8月30日，国家航天局正式发布了“羲和号”太阳探测卫星国际上首次在轨获取的太阳谱线精细结构。是氢原子巴耳末系中波长最长的谱线，其对应的能级跃迁过程为（　　） A. 从跃迁到 B. 从跃迁到 C. 从跃迁到 D. 从跃迁到 【答案】D 【解析】是氢原子巴耳末系中波长最长谱线，根据 可知是氢原子巴耳末系中频率最小的谱线，根据氢原子的能级图，利用玻尔理论中的频率条件 可见能级差越小，频率越低，波长越长。故对应的能级跃迁过程为从跃迁到。故选D。 4. （2023学业水平等级考试上海卷）关于α粒子散射实验，下列说法正确的是 A. 实验必须在真空中进行 B. 荧光屏的作用是为了阻挡α粒子 C. 实验用显微镜必须正对放射源 D. 证明了原子核内有质子存在 【参考答案】A 【名师解析】由于α粒子具有很强的电离作用，所以α粒子散射实验装置必须在真空中进行，否则α粒子会电离空气，影响实验结果，A正确；α粒子打在荧光屏上产生荧光，所以荧光屏的作用是为了便于观察，B错误； 为了观察射向不同方向的α粒子数目，显微镜要更换不同位置观察，C错误；卢瑟福利用α粒子散射实验， 证明了原子的有核模型，不能证明核内有质子存在，D错误。 5. （2023高考山东高中学业水平等级考试）“梦天号”实验舱携带世界首套可相互比对的冷原子钟组发射升空，对提升我国导航定位、深空探测等技术具有重要意义。如图所示为某原子钟工作的四能级体系，原子吸收频率为的光子从基态能级I跃迁至激发态能级Ⅱ，然后自发辐射出频率为的光子，跃迁到钟跃迁的上能级2，并在一定条件下可跃迁到钟跃迁的下能级1，实现受激辐射，发出钟激光，最后辐射出频率为的光子回到基态。该原子钟产生的钟激光的频率为（ ） A. B. C. D. 【参考答案】D 【名师解析】 原子吸收频率为光子从基态能级I跃迁至激发态能级Ⅱ时有 且从激发态能级Ⅱ向下跃迁到基态I的过程有 联立解得，D正确。 6. （2023高考选择性考试辽宁卷）原子处于磁场中，某些能级会发生劈裂。某种原子能级劈裂前后的部分能级图如图所示，相应能级跃迁放出的光子分别设为①②③④。若用①照射某金属表面时能发生光电效应，且逸出光电子的最大初动能为Ek，则（　　） A. ①和③的能量相等 B. ②的频率大于④的频率 C. 用②照射该金属一定能发生光电效应 D. 用④照射该金属逸出光电子的最大初动能小于Ek 【参考答案】A 【名师解析】 由图可知①和③对应的跃迁能级差相同，可知①和③的能量相等，选项A正确； 因②对应的能级差小于④对应的能级差，可知②的能量小于④的能量，根据可知②的频率小于④的频率，选项B错误；因②对应的能级差小于①对应的能级差，可知②的能量小于①，②的频率小于①，则若用①照射某金属表面时能发生光电效应，用②照射该金属不一定能发生光电效应，选项C错误；因④对应的能级差大于①对应的能级差，可知④的能量大于①，即④的频率大于①，因用①照射某金属表面时能逸出光电子的最大初动能为Ek，根据 则用④照射该金属逸出光电子的最大初动能大于Ek，选项D错误。 7. （2023高考湖北卷）2022年10月，我国自主研发的“夸父一号”太阳探测卫星成功发射。该卫星搭载的莱曼阿尔法太阳望远镜可用于探测波长为的氢原子谱线（对应的光子能量为）。根据如图所示的氢原子能级图，可知此谱线来源于太阳中氢原子（ ） A. 和能级之间的跃迁 B. 和能级之间的跃迁 C. 和能级之间的跃迁 D. 和能级之间的跃迁 【参考答案】A 【名师解析】由图中可知n=2和n=1能级差之间的能量差值为 与探测器探测到的谱线能量相等，故可知此谱线来源于太阳中氢原子n=2和n=1能级之间的跃迁。A正确。 第三部分 最新模拟题精选 1.（2024湖南名校3月适应性训练）根据玻尔理论，电子在第n轨道运动时氢原子的能量En和电子在第1轨道运动时氢原子的能量E1满足关系式。如图为氢原子的能级图。巴耳末线系的谱线是氢原子的电子从n>2的能级返回n=2能级时释放出的谱线，赖曼线系的谱线是氢原子的电子从n>1的能级跃迁至n=1能级的一系列光谱线。则赖曼线系能量最小的光子与巴耳末线系能量最大的光子的能量差约为（ ） A.10.2eV B.6.8eV C.3.4eV D.0.54eV 【参考答案】B 【名师解析】赖曼线系的光子中，从n2能级跃迁到n1基态释放的能量最小， 即为 巴耳末线系的光子中，从n能级跃迁至n2能级释放的能量最大， 即为 所以有，B正确，ACD错误。 2．(2024河南漯河高中质检)英国物理学家卢瑟福用粒子轰击厚度为微米的金箔，发现少数粒子发生较大偏转。如图所示，甲、乙两个粒子从较远处（规定电势为零）分别以相同的初速度轰击金箔，实线为两个粒子在某一金原子核附近电场中的运动轨迹，两轨迹的交点为a，虚线表示以金原子核为圆心的圆，两轨迹与该圆的交点分别为b、c。忽略其他原子核及粒子之间的作用，两粒子从较远处运动到b、c两点的过程中，下列说法正确的是（    ） A．电场力对甲、乙两个粒子做的功一定相同 B．两个粒子经过a点时加速度一定不同 C．乙粒子在a点的电势能一定大于在c点时的电势能 D．电场力对甲粒子冲量的大小一定等于对乙粒子冲量的大小 【参考答案】AC 【名师解析】 两粒子从较远处运动到b、c两点的过程中，由于b、c两点在以场源电荷为圆心的圆上，而以场源电荷为圆心的圆都属于等势面，即b、c两点的电势相等，因此可得两粒子在b、c两点的电势能 由题意较远处（规定电势为零），设两粒子的初速度为，达到b、c两点时的速度大小分别为、，则由能量守恒有 可得 设电场力对甲乙两粒子所做的功分别为、，则根据动能定理有 可得 故A正确； B．两个粒子经过a点时所受电场力相同，由牛顿第二定律可知，两个粒子在a点时的加速度相同，故B错误； C．沿着电场线的方向电势降低，则可知离正的点电荷越近电势越高，因此有 而乙离子带正电，带正电的离子在电势越高的地方电势能越大，由此可知乙粒子在a点的电势能一定大于在c点时的电势能，故C正确； D．根据以上分析可知，甲乙两离子在b、c两点处的速度大小相等，但方向不同，而根据动量定理 该式为矢量式，甲乙两粒子速度变化量为两粒子初末速度的矢量变化量，根据矢量运算法则可知，两粒子速度变化量的大小、方向均不同，因此电场力对甲粒子冲量的大小一定不等于对乙粒子冲量的大小，故D错误。故选AC。 3. (2024年3月福建泉州质检)氢原子能级结构如图所示，一群处于能级的氢原子向较低能级跃迁，会发出不同频率的光，下列说法正确的是（　　） A. 这群氢原子最多可以发出6种频率的光 B. 这群氢原子最多可以发出4种频率的光 C. 从能级跃迁到能级发出的光子能量最大 D. 从能级跃迁到能级发出的光子能量最大 【参考答案】AC 【名师解析】一群处于能级的氢原子向较低能级跃迁，这群氢原子最多可以发出不同频率的光的数目为：，A正确，B错误；一群处于能级的氢原子向较低能级跃迁，根据波尔理论有：，可知，越小，发出的光子能量越大，即从能级跃迁到能级发出的光子能量最大，C正确，D错误。 4．(2024海南高考模拟6)如图所示为氢原子能级图，下列说法正确的是（ ） A．处于能级的氢原子，跃迁到能级时辐射光子的频率最小 B．处于能级的氢原子，跃迁到能级时辐射光子的波长最长 C．处于基态的氢原子，吸收两个能量均为的光子，能跃迁到能级 D．处于基态的氢原子，吸收能量为的光子，能跃迁到和能级之间 【参考答案】B 【名师解析】辐射光子的能量，可知从能级跃迁到能级时辐射光子的频率最大，从能级跃迁到能级时辐射光子的波长最长，A错误，B正确；当原子吸收光子时会从能量较低的定态轨道跃迁到能量较高的定态轨道，吸收光子的能量必须等于前后两能级之差，C、D错误。 5. （2024安徽部分学校期末）用光子能量为12.09eV的光去照射一群处于基态的氢原子，受激发后的氢原子向低能级跃迁时，释放的光子中能使逸出功为4.54eV的金属钨产生光电效应的有几种（ ） A. 1种 B. 2种 C. 3种 D. 4种 【参考答案】B 【名师解析】 用能量为12.09eV的光子去照射处于基态的一群氢原子，则 受激发后的氢原子跃迁到n=3能级，向低能级跃迁时产生3种不同能量的光子，能量分别为 所以只有2种频率的光子，能使逸出功为4.54eV的金属钨产生光电效应。 故B正确。 6. （2024河北沧州市1月质检）来自氢原子所发射的光谱线中有4种波长的光是可见光，其波长分别为：410nm、434nm、486nm和656nm。它们是氢原子中的电子吸收光子能量跃迁至能级较高的激发态后，再向n=2的能级跃迁时释放出的谱线。对相关信息说法正确的是（　　） A. 氢原子只能通过吸收光子才能跃迁至能级较高的激发态 B. 氢原子处于n=2能级时为基态 C. 氢原子可以吸收任何能量的光子而发生能级跃迁 D. 这四种光子中410nm的光子能量最大 【参考答案】D 【名师解析】 A．氢原子可以通过吸收光子或者实物粒子轰击进入能级较高的激发态，故A错误； B．氢原子处于能级时为基态，故B错误； C．氢原子从低能级向高能级跃迁，所吸收的光子能量应该是两能级的差值，故C错误； D．根据光子能量公式 可知波长越短能量越大，故D正确。 7. （2024河北金科1月大联考）光刻机是生产芯片的核心设备，为了提高分辨率，目前世界上生产的光刻机主要利用紫外线作为光源，已知紫外线的光子能量范围为3eV<E<124eV。如图所示为氢原子的能级图。现有一群处于n=4能级的氢原子向低能级跃迁向外辐射光子，则下列说法正确的是（　　） A. 辐射的光子中有2种不同频率的紫外线 B. 辐射的光子中有4种不同频率的紫外线 C. 紫外线从真空进入某种液体后，光子能量减小 D. 紫外线从真空进入某种液体后，波长更短，分辨率更高 【参考答案】D 【名师解析】 根据能级跃迁知识，从n=4能级跃迁到n=3能级、从n=4能级跃迁到n=2能级、从n=3能级跃迁到n=2能级辐射的光子能量均小于3eV，而从n=4能级跃迁到n=1能级、从n=3能级跃迁到n=1能级、从n=2能级跃迁到n=1能级辐射的光子能量均大于3eV，所以氢原子辐射的光子中，有三种频率的光子为紫外线，故AB错误； 紫外光从真空进入某种液体后，频率不变，光子能量不变，波长更短，更不容易衍射，分辨率更高，C错误，D正确。 。 8. （2024全国名校联盟大联考）太阳发射出的高能带电粒子击穿大气层，并与大气中的分子和原子相碰撞，使被撞击的分子和原子处于激发状态，恢复常态时，其激发的能量就以光能的形式发射出来，从而形成了绚丽多彩的极光。受大地磁爆影响，2023年12月1日北京上空罕见地出现了极光，已知此次出现的深红色极光波长约为630nm，真空中的光速为，则（　　） A. 极光是由分子和原子从高能级向低能级跃迁时产生的 B. 大气层中的分子和原子可以吸收任意大小的能量发生跃迁 C. 深红色极光的频率约为 D. 对极光进行光谱分析可以推测太阳的物质组成 【参考答案】A 【名师解析】 ．根据题意可知，极光是由分子和原子从高能级向低能级跃迁时产生的，故A正确； ．由玻尔原子理论可知，大气层中的分子和原子只能吸收特定大小的能量发生跃迁，而不是任意大小的能量，故B错误； ．根据题意，由公式可得，深红色极光的频率约为 故C错误； ．对极光进行光谱分析可以推测地球大气的物质组成，无法推测太阳的物质组成，故D错误。 9. （2024河北部分学校期末联考）如图所示为氢原子能级示意图，铝的逸出功为4.2eV。现用某单色光照射大量处于能级的氢原子，这些氢原子释放出6种不同频率的光，用产生的光线照射铝板。下列说法中正确的是（　　） A. 氢原子被该单色光照射后跃迁到的激发态 B. 直接用该单色光照射铝板，能够发生光电效应 C. 氢原子释放出来的6种光中有4种可以使铝板发生光电效应 D. 从铝板逃逸出来的光电子的最大初动能为8.55eV 【参考答案】D 【名师解析】 该单色光照射氢原子后释放6种不同频率的光，故氢原子被照射后跃迁到的激发态，故A错误； 由前面分析可知该单色光的光子能量 所以直接用该单色光照射铝板，不能发生光电效应，故B错误； 由前面分析可知当氢原子从不同激发态向基态跃迁时释放出的光都可以使铝板发生光电效应，所以应该有三种不同频率的光，故C错误； 当用氢原子从跃迁到基态释放出来的光照射铝板时，从铝板逃逸出来的光电子的初动能最大，此时光子的能量 由爱因斯坦光电效应方程有 故D正确。 10. （2024重庆乌江新高考协作体一模）光镊技术可以用来捕获、操控微小粒子(目前已达微米级)．激光经透镜后会聚成强聚焦光斑，微粒一旦落入会聚光的区域内，就有移向光斑中心的可能，从而被捕获．由于光的作用使微粒具有势能，光斑形成了一个类似于“陷阱”的能量势阱，光斑中心为势能的最低点．结合以上信息可知，关于利用光镊捕获一个微小粒子的情况，下列说法正确的是 A. 微粒被捕获时，受到激光的作用力一定沿着激光传播的方向 B. 微粒被捕获时，受到激光的作用力一定垂直激光传播的方向 C. 微粒向光斑中心移动时，在能量势阱中对应的势能可能增大 D. 被捕获的微粒在获得较大的速度之后，有可能逃离能量势阱 【参考答案】D 【名师解析】.微粒被捕获时，受到激光的作用力朝着激光焦点的方向，故A错误； .微粒被捕获时，受到激光的作用力朝着激光焦点的方向，故B错误； .由题干可知，光斑中心为势能的最低点，所以微粒向光斑中心移动时，在能量势阱中对应的势能不能增大，只能减小，故C错误； .根据能量守恒，较大的初速度对应较大初动能，可以让微粒逃离能量势阱，故D正确． 11. （2024江西宜春市一中质检）氢原子钟是一种精密的时钟，它利用了原子能级跃迁时辐射出来的电磁波去控制校准石英钟。如图所示为氢原子能级的示意图，结合玻尔理论，判断下列说法正确的是（　　） A. 使能级氢原子电离至少要12.75eV的能量 B. 氢原子的核外电子在距原子核较近的地方出现的概率较小 C. 大量处于能级的氢原子辐射出的光子中波长最长的光子能量为0.66eV D. 用动能为14eV的电子轰击处于基态的氢原子，一定不能使其跃迁到激发态 【参考答案】C 【名师解析】 由题图可知，使能级的氢原子电离至少要0.85eV的能量，故A项错误； 氢原子处于低能级时出现的概率较大，即氢原子的核外电子在距原子核较近的地方出现的概率较大，故B项错误； 大量处于能级的氢原子辐射出的光子中波长最长的光子能量最小为 故C项正确； 由题图可知，若要使处于基态的氢原子电离需要能量13.6eV，所以用动能为14eV的电子轰击处于基态的氢原子，可以使其跃迁到激发态，故D项错误。 12. （2024河南新郑实验高中3月质检）最新研究成果表示氦原子被电离一个核外电子后，形成类氢结构的氦离子，其能级跃迁遵循玻尔原子结构理论，能级图如甲图所示。若大量处于n=3能级的氦离子跃迁并释放光子，用释放的所有光子照射光电管K极，如图乙，已知K极板的逸出功为4.54eV。调节滑片P使电流表示数恰好为0，则下列说法正确的是（　　） A.可以产生2种不同频率的光 B.辐射出的光子均可使光电管K极板发生光电效应 C.图乙中电源的左端为负极，右端为正极 D.此时图乙中电压表的读数3.02V 【参考答案】BC 【名师解析】A.大量处于能级的氢离子向低能级跃迁时，可以产生种不同频率的光，故A错误； B.其中能级差最小的3→2跃迁释放的光子的能量为 （-6.04eV）-（-13.6eV）=7.56eV>4.54eV 则辐射出的光子均可使光电管K极板发生光电效应，故B正确； C.图乙中光电管所加的是反向电压，则电源的左端为负极，右端为正极，故C正确； D.因为从3→1跃迁释放的光子的能量最大，最大为 （-6.04eV）-（-54.4eV）=48.38eV 此时根据 解得 U=43.82V 即图乙中电压表的读数，故D错误。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！1 学科网（北京）股份有限公司 $$