高效作业26 4 第2课时 玻尔理论对氢光谱的解释及其局限性-【精彩三年】2023-2024学年新教材高中物理选择性必修第三册课程探究与巩固教师用书配套课件PPT（人教版）

高效作业26 [4　第2课时　玻尔 理论对氢光谱的解释及其局限性] [A级　新教材落实与巩固] 1．氢原子的能级图如图所示，大量处于n＝4激发态的氢原子向低能级跃迁时，可以辐射出多种频率的光子，其中巴耳末系是指氢原子由高能级向n＝2能级跃迁时释放的光子。下列说法正确的是(　 　) A．最多可放出6种频率不同的光子，全部属于巴 耳末系 B．放出的波长最长的光子是从n＝4激发态跃迁到 n＝3激发态时产生的 C．放出的光子可能使逸出功为13 eV的金属发生光电效应 D．用能量为2.56 eV的光子照射处于n＝2能级的氢原子，可以使它跃迁到n＝4能级 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 B 【解析】 大量处于n＝4能级的氢原子最多可放出6种频率的光子，属于巴耳末系的光子只有两种，A错误；光子波长最长时，其频率最小，即光子能量最小，对应的能级差最小，所以放出的波长最长的光子是从n＝4激发态跃迁到n＝3激发态时产生的，B正确；放出光子的能量最大值是12.75 eV，故不能使逸出功为13 eV的金属发生光电效应，C错误；处于n＝2能级的氢原子跃迁到n＝4能级需要吸收2.55 eV能量的光子，D错误。 2．氢原子的能级示意图如图所示，a表示从能级n＝5跃迁到n＝3时辐射的光子；b表示从能级n＝4跃迁到n＝2时辐射的光子；c表示从能级n＝3跃迁到n＝1时辐射的光子。以下说法正确的是(　 　) A．玻尔的原子模型可以解释所有原子辐射光子的规律 B．若b光可使某金属发生光电效应，则a光一定也可以 C．若有一个处于n＝5能级的氢原子向低能级跃迁， 则该氢原子只能发出a、b、c三种光子的其中一种 D．若有一群处于n＝5能级的氢原子向低能级跃迁， 则这些氢原子最多可辐射出10种频率的光子 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 D 【解析】 玻尔的原子模型只能解释氢原子光谱的规律，选项A错误；a光的能量比b光的能量小，不一定能使该金属发生光电效应，选项B错误；一个处于n＝5能级的氢原子向低能级跃迁，当其跃迁方式为5→3→1时，能发出a、b、c三种光子中的两种，选项C错误；大量处于n＝5能级的氢原子，最多可辐射出10种频率的光子，选项D正确。 3．氢原子的能级图如图所示，巴耳末系是吸收光子能量的原子进入激发态(n≥3)后返回n＝2的量子状态时释放出的谱线。下列说法正确的是(　 　) A．巴耳末系中的最小频率与最大频率之比为5∶36 B．处于n＝1能级的氢原子可以吸收能量为13.8 eV的 光子 C．一个氢原子从n＝4能级向基态跃迁时，可发出6种频率的光子 D．氢原子由n＝2能级跃迁到n＝1能级时，原子的电势能增加 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 B 4．目前世界上最准确的计时工具就是原子钟，它是20世纪40年代发明的，原子钟是利用原子释放能量时发出的电磁波来计时的。现在用在原子钟里的元素有氢、铯、铷等，其中氢原子的能级图如图所示。现有大量的氢原子处于n＝4的激发态，向低能级跃迁时辐射出若干种频率的光。下列说法正确的是(　 　) A．氢原子由n＝4能级跃迁到n＝1能级产生的光频率最小 B．氢原子由n＝4能级跃迁到n＝1能级产生的光能使某 金属电离，说明光是粒子 C．氢原子由n＝4能级跃迁到n＝1能级产生的光最容易发生明显衍射现象 D．这些氢原子最多可以辐射出6种频率的光 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 D 【解析】 处于n＝4能级的氢原子由n＝4能级跃迁到n＝1能级的能级差最大，产生的光子能量最高，根据E＝hν，可得光子频率最大，故A错误；光使金属电离的现象说明光具有能量，具有粒子性，但并不能说明光是粒子，故B错误；波长越长越容易发生明显衍射现象，根据A项分析可知，由n＝4能级跃迁到n＝1能级产生的光频率最大，则波长最小，最不容易发生明显衍射现象，故C错误；由C ＝6可知，大量处于n＝4能级的氢原子最多可以辐射出6种频率的光，故D正确。 5．下图为玻尔为解释氢原子光谱而画出的氢原子能级示意图，一群氢原子处于n＝4的激发态，当它们自发地跃迁到较低能级时，以下说法符合玻尔理论的是(　 　) A．氢原子跃迁时，可发出连续不断的光谱线 B．基态氢原子能吸收14 eV的光子发生电离 C．基态氢原子能吸收11 eV的光子发生跃迁 D．在氢原子谱线中，从n＝2能级跃迁到基态辐射光子的波长最长 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 B 【解析】 因为能级差是量子化的，可以知道辐射的光子能量是量子化的，氢原子跃迁时，只能发出特定频率的光谱线，故A错误；基态氢原子的能量为－13.6 eV，吸收14 eV的能量会发生电离，故B正确；基态氢原子吸收11 eV的能量后，能量为－2.6 eV，可以知道该光子不能被吸收，故C错误；在氢原子谱线中，从n＝4能级跃迁到n＝3能级辐射的光子能量最小，频率最小，波长最长，故D错误。 6．氢原子能级如图所示。当氢原子从n＝3能级跃迁到n＝1能级时，辐射光的波长为λ。下列说法正确的是(　 　) A．氢原子从n＝4能级跃迁到n＝2能级时，辐射光的 波长等于λ B．氢原子从n＝5能级跃迁到n＝3能级时，辐射光的 波长大于λ C．氢原子从n＝5能级跃迁到n＝3能级时，辐射光的波长小于λ D．一群处于n＝3能级的氢原子向低能级跃迁时，最多产生2条谱线 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 B 7．氢原子的能级图如图所示，已知可见光的光子能量范围为1.62～3.11 eV。以下说法正确的是(　 　) A．原子跃迁到低能级后系统的势能减小 B．氢原子从高能级向基态跃迁时可能发射γ光子 C．处于n＝2能级的氢原子可以吸收任意频率的紫外线，并且使氢原子电离 D．用能量为11.0 eV的光子激发处于基态的氢原子，可使其跃迁到激发态 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 A 8．(多选)一群处于n＝4能级的氢原子跃迁向外辐射出不同频率的光子，则(　 　) A．该过程需要从外界吸收能量 B．共能放出6种频率的光子 C．从n＝4能级向n＝3能级跃迁发出的光子频率最大 D．从n＝4能级向n＝1能级跃迁发出的光子频率最大 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 BD 【解析】 氢原子从高能级向低能级跃迁向外放出能量，以光子形式释放出去，故A错误；一群处于n＝4能级的氢原子最多能放出不同频率光子的种数为C ＝6，故B正确；从最高能级向最低能级跃迁释放的光子能量最大，对应的频率最大，波长最小，则从n＝4能级向n＝1能级跃迁发出的光子频率最大，故D正确，C错误。 9．(多选)在氢原子的核外电子从距离核较近的轨道跃迁到距离核较远的轨道的过程中，下列说法正确的是(　 　) A．原子要吸收光子 B．原子的电势能减小 C．原子的能量减小 D．电子的动能减小 【解析】 核外电子从低轨道跃迁到高轨道，需吸收光子，轨道变高，则原子势能增大，电子动能减小，原子能量增加，故A、D正确。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 AD 10．氢原子从n＝4能级向基态跃迁时辐射出的光子的频率为ν1，从n＝4能级向n＝3能级跃迁时辐射出的光子的频率为ν2，则从n＝3能级向基态跃迁时辐射出的光子的频率为(　 　) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 A 【解析】 能级跃迁时释放的能量与辐射的光子的频率关系为E4－E1＝hν1，E4－E3＝hν2，E3－E1＝hν3，可得ν3＝ν1－ν2，故A正确，B、C、D错误。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 B 【解析】 大量氢原子跃迁时只有三个频率的光谱，这说明是从n＝3能级向低能级跃迁，从n＝3能级向n＝1能级跃迁时，hν3＝E3－E1；从n＝2能级向n＝1能级跃迁时，hν2＝E2－E1；从n＝3能级向n＝2能级跃迁时，hν1＝E3－E2，将以上三式变形可得hν3＝hν2＋hν1，解得ν3＝ν2＋ν1，故B正确，D错误。基态氢原子从n＝1能级跃迁到n＝3能级，入射光频率满足hν0＝E3－E1，则有ν0＝ν3，ν0＝ν1＋ν2，故A、C错误。 12．氢原子的能级图如图甲所示，氢原子的光谱如图乙所示。已知谱线b对应氢原子从n＝4能级跃迁到n＝2能级时的辐射光，则谱线a可能对应氢原子的能级跃迁是(　 　) A．从n＝2能级跃迁到n＝1能级 B．从n＝3能级跃迁到n＝2能级 C．从n＝3能级跃迁到n＝1能级 D．从n＝5能级跃迁到n＝2能级 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 B 【解析】 从题图乙看出，谱线a对应的波长大于谱线b对应的波长，所以谱线a对应的光子频率小于谱线b对应的光子频率，谱线a对应的光子能量小于谱线b对应的光子能量，因谱线b对应氢原子从n＝4能级跃迁到n＝2能级时的辐射光，所以谱线a对应的光子能量小于n＝4与n＝2间的能级差，结合选项可知B正确，A、C、D错误。 13．氢原子的能级图如图所示，现有大量的氢原子处于n＝3的激发态。当氢原子从n＝3能级跃迁到n＝2能级时，辐射出光子a；当氢原子从n＝3能级跃迁到n＝1能级时，辐射出光子b。下列说法正确的是(　 　) A．大量处于n＝3能级的氢原子最多可放出2种频率的 光子 B．光子a的能量大于光子b的能量 C．光子a能使处于n＝3能级的氢原子电离 D．处于n＝3能级的氢原子可吸收能量是0.76 eV的光子 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 C 【解析】 根据公式C ＝3可知大量处于n＝3能级的氢原子能发出3种频率的光子，故A错误；氢原子从n＝3能级跃迁到n＝2能级的能级差为－1.51 eV－(－3.40) eV＝1.89 eV，小于从n＝3能级跃迁到n＝1能级时的能级差－1.51 eV－(－13.6) eV＝12.09 eV，根据公式E＝hν＝Em－En可知光子a的能量小于光子b的能量，故B错误；氢原子从n＝3能级跃迁到n＝2能级的能级差为E＝hν＝－1.51 eV－(－3.40) eV＝1.89 eV，因为1.89 eV大于1.51 eV，所以光子a能使处于n＝3能级的氢原子电离，故C正确；用光子能量是E＝0.76 eV的光照射处于n＝3能级的氢原子，根据公式E＝hν＝Em－E3可得Em＝－0.75 eV，由氢原子的能级图可知该光子不可被吸收，故D错误。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 B 感谢聆听，再见！ 【解析】 由巴耳末公式＝R∞(n＝3，4，5，…)知，当n＝∞ 时，有最小波长λ1，＝＝，当n＝3时，有最大波长λ2，＝R∞＝R∞，则＝，根据c＝λν，则巴耳末系中的最小频率与最大频率之比为5∶9，A错误；氢原子的能级中能量值最小为－13.6 eV，处于n＝1能级的氢原子可以吸收能量为13.8 eV的光子，从而发生电离现象，B正确；一个处于n＝4能级的氢原子向低能级跃迁时，最多能发出3种频率的光，为n＝4→n＝3，n＝3→n＝2，n＝2→n＝1，C错误；氢原子由n＝2能级跃迁到n＝1能级后，其轨道半径减小，电势能减小，D错误。 【解析】 从n＝3能级跃迁到n＝1能级时，辐射光的波长满足E3－E1＝[－1.51－(－13.6)]×1.6×10-19 J＝h，氢原子从n＝4能级跃迁到n＝2能级时，辐射光的波长满足E4－E2＝[－0.85－(－3.4)]×1.6×10-19 J＝h，由此可得λ42>λ，故A错误；氢原子从n＝5能级跃迁到n＝3能级时，辐射光的波长满足E5－E3＝[－0.54－(－1.51)]×1.6×10-19 J＝h，由此可知λ53>λ，故B正确，C错误；根据C32＝3，可知一群处于n＝3能级的氢原子向低能级跃迁时最多产生3条谱线，故D错误。 【解析】 氢原子由较高能级跃迁到较低能级时，能量减小，轨道半径减小，根据k＝m知电子动能增大，则电势能减小，故A正确；氢原子从高能级向基态跃迁时，放出的光子能量小于等于13.6 eV，小于γ光子的能量，故B错误；紫外线光子的能量大于3.11 eV，处于n＝2能级的氢原子吸收紫外线后，能量不一定大于0，氢原子不一定能电离，故C错误；11.0 eV的能量不等于基态与其他能级间的能级差，所以基态氢原子不会吸收该光子发生跃迁，故D错误。 A．ν1－ν2 B．ν2＋ν1 C． D． [B级　素养养成与评价] 11．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(　 　) A．ν0<ν1 B．ν3＝ν2＋ν1 C．ν0＝ν1＋ν2＋ν3 D．＝＋ 14．已知氢原子的基态能量为E1，激发态能量En＝，其中n＝2，3，4，…。若氢原子从n＝3能级跃迁到n＝2能级放出光子的频率为ν，则大量处于n＝4能级的氢原子向低能级跃迁时放出光子的最小频率为(　 　) A．ν B．ν C．ν D．ν 【解析】 根据题意可得E3－E2＝－＝hν，E4－E3＝－＝hνmin，联立可得大量处于n＝4能级的氢原子向低能级跃迁时放出光子的最小频率为νmin＝ν，故B正确，A、C、D错误。 $$