68 小测卷(五十六) 氢原子光谱规律和能级跃迁（Word练习）-【正禾一本通】2026年新高考物理高三一轮总复习高效讲义

小测卷(五十六)　氢原子光谱规律和能级跃迁 (每题5分，建议用时：50分钟) 【选择题】每小题5分 1．如图为氢原子发射光谱，Hα、Hβ、Hγ、Hδ是其中的四条光谱线，下列说法正确的是(　　 ) A．氢原子发射光谱属于连续光谱 B．Hα谱线对应光子的能量最大 C．Hδ谱线对应光子的频率最小 D．该光谱由氢原子核外电子的跃迁产生 2．在弗兰克－赫兹实验中，电子碰撞原子，原子吸收电子的动能从低能级跃迁到高能级。已知氢原子中电子的轨道半径为rn＝n2r1，氢原子各能级的能量为En＝，其中量子数n＝1，2，3，…，r1和E1为氢原子中电子的最小轨道半径和原子的基态能量，且E1＝－13.6 eV。假设通过电场加速的电子来轰击氢原子，使电子从最小半径r1跃迁到4r1的轨道半径上，则关于电子的加速电压的最小值U0和原子电势能的变化，下列说法中正确的是(　　 ) A．U0＝10.2 V，原子的电势能增加 B．U0＝10.2 V，原子的电势能减少 C．U0＝12.75 V，原子的电势能增加 D．U0＝12.75 V，原子的电势能减少 3．(多选)将甲图的特殊楼梯的台阶编号比作乙图原子能级的量子数n，用一系列水平线表示原子的能级，相邻水平线之间的距离与相应的能级差成正比。这样的一系列水平线便构成乙图氢原子的能级图，下列说法正确的是(　　 ) 　 A．甲图台阶的间隔可以比作乙图的能级 B．乙图中的水平线呈现“上密下疏”的分布特点，当量子数很大时，水平线将很密集地“挤”在一起 C．当量子数很大时，氢原子接近电离状态，量子化能量也逐渐趋于连续且接近某个正值 D．对乙图，能量最低的状态为基态，高于基态的状态为激发态 4．(多选)荧光是指一种光致发光的冷发光现象。荧光物质的原子吸收某一波长的入射光后进入高能态，然后向低能态跃迁，发出可见光。如图所示，E0、E1、E2为荧光物质的原子三个相邻的能级，处于低能态E0的原子吸收了波长为λ1的光子后，跃迁到高能态E2，然后再向低能态跃迁时会发出荧光，最终回到低能态E0。则下列说法正确的是(　　 ) A．若吸收的入射光是红光，则发出的光可能是绿光 B．若吸收的入射光为紫光，则发出的光可能是绿光 C．若吸收入射光后，原子发出波长分别为λ1、λ2、λ3的三种光，则λ1＝λ2＋λ3 D．若吸收入射光后，原子发出波长分别为λ1、λ2、λ3的三种光，则 5．1911年卢瑟福提出原子核式模型，这一模型与经典物理理论之间存在着尖锐矛盾，玻尔着眼于原子的稳定性，于1913年提出原子结构的玻尔理论，第一个将量子概念应用于原子现象的理论。可见光的能量范围约为1.62 eV～3.11 eV。下列说法错误的是(　　 ) A．玻尔理论成功地解释了氢原子光谱的实验规律，但对于稍微复杂一点的原子如氦原子，玻尔理论就无法解释它的光谱现象 B．一群处于n＝4的氢原子向基态跃迁时最多辐射6种光子 C．大量处于基态的氢原子被光子能量为12.75 eV的光照射后处于激发态，这些氢原子向低能级跃迁时可辐射出4种可见光 D．处于基态的氢原子可吸收14 eV的光子 6．在玻尔氢原子模型中，能量与量子数n关系的能级图如图所示，图中电子跃迁过程a～d所吸收或放出的每个光子的能量如表所示。下列说法正确的是(　　) 跃迁 吸收或放出的每个 光子的能量(eV) a 0.97 b 0.66 c ？ d 2.86 A.经历a跃迁会放出光子 B．表格中的“？”应填入2.55 C．b跃迁的光子波长小于d跃迁的光子波长 D．经历b跃迁，氢原子的能量增大，原子核外电子的动能增大 7．(多选)下列说法正确的是(　　 ) A．甲图中，光电效应实验中，验电器和锌板总是带等量异种电荷 B．乙图中，核电站的核反应堆外面修建很厚的水泥层，用来屏蔽裂变产物放出的各种射线 C．丙图中，用同一装置仅调节单缝宽度得到某单色光的两幅衍射图样，可判定A的缝宽大于B的缝宽 D．丁图中，由氢原子能级图可知，某一氢原子从n＝2能级向基态跃迁辐射的光子，有可能被另一个处于n＝2能级的氢原子吸收并使之电离 8．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En＝。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.10.2 eV B．6.8 eV C．3.4 eV D．0.54 eV 9．玻尔原子理论描述的氢原子的电子轨道示意图如图所示，E1、E2、E3分别表示电子处于轨道1、2、3时原子具有的能量，Ek1、Ek2、Ek3分别表示电子处于轨道1、2、3时具有的动能，则(　　 ) A．E1>E2>E3 B．Ek3>Ek2>Ek1 C．E2－E1>E3－E2 D．|Ek3－Ek2|>|Ek2－Ek1| 10．为了更形象地描述氢原子能级和氢原子轨道的关系，作出如图所示的能级轨道图，处于n＝4能级的氢原子向n＝2能级跃迁时辐射出可见光a，处于n＝3能级的氢原子向 n＝2能级跃迁时辐射出可见光b，则以下说法错误的是(　　 ) A．a光的波长比b光的波长短 B．辐射出b光时，电子的动能和电势能都会变大 C．一个处于n＝4能级的氢原子自发跃迁最多可释放3种频率的光 D．a光照射逸出功为2.14 eV的金属时，光电子的最大初动能为0.41 eV 11．(多选)为了解决光信号长距离传输中的衰减问题，常常在光纤中掺入铒元素。如图所示的是铒离子的能级示意图，标识为4I13/2的铒离子处在亚稳态，不会立即向下跃迁：如果用光子能量约为2.03×10-19 J的激光把处于基态能级4I15/2的铒离子激发到4I11/2能级，再通过“无辐射跃迁”跃迁到能级4I13/2，从而使该能级积聚的离子数远超过处于基态的离子数。当光纤中传输某波长的光波时，能使处在亚稳态能级的离子向基态跃迁，产生大量能量约为1.28×10-19 J的光子，于是输出的光便大大加强了。根据上述资料你认为下列说法正确的是(　　 ) A．无辐射跃迁中一个铒离子放出的能量约为7.50×10-20 J B．这种光纤传输任何频率的光信号衰减都能得到有效补偿 C．大量处在4I11/2能级的铒离子向下跃迁能产生4种频率的光子 D．上述情景发生时，光纤中传输的光信号波长约为1.55 μm 小测卷(五十六)　氢原子光谱规律和能级跃迁 1．解析：氢原子发射光谱属于线状谱，A错误；Hα谱线波长最长，频率最小，所以光子能量最小，B错误；Hδ谱线波长最短，频率最大，C错误；该光谱由氢原子核外电子的跃迁产生，D正确。 2．解析：由rn＝4r1可知，电子的轨道量子数n＝2，则相应的原子的能量为E2＝＝－3.4 eV，由eU＝E2－E1＝10.2 eV，所以电子的加速电压U至少为10.2 V；原子从低轨道向高轨道跃迁，引力做负功，原子的电势能增加，故A正确。 3．解析：题图甲台阶的间隔可以比作乙图的能级，A正确；题图乙中的水平线呈现“上密下疏”的分布特点，当量子数很大时，水平线将很密集地“挤”在一起，B正确；当量子数很大时，氢原子接近电离状态，量子化能量也逐渐趋于连续且接近零，C错误；对题图乙，能量最低的状态为基态，高于基态的状态为激发态，D正确。 4．解析：由题图可知，吸收的入射光光子的能量为E2－E0，而发出的光的能量有三种，分别为E2－E1，E1－E0和E2－E0，所以发出光的能量一定小于或等于入射光的能量，根据ε＝hν可知红光的能量小于绿光，紫光的能量大于绿光，故A错误，B正确；若吸收入射光的波长为λ1，发出三种光波长分别为λ1、λ2、λ3，则发出的可见光的能量分别为E2－E0，E2－E1，E1－E0，故有hν1＝hν2＋hν3，又ν＝，所以有，故C错误，D正确。 5．解析：玻尔的原子理论成功地解释了氢原子光谱的实验规律，但不足之处，是它保留了经典理论中的一些观点，如电子轨道的概念，对于稍微复杂一点的原子如氦原子，玻尔理论就无法解释它的光谱现象，故A正确，不符合题意；一群处于n＝4的氢原子向基态跃迁时，最多辐射光子的种类为＝6，故B正确，不符合题意；大量处于基态的氢原子被光子能量为12.75 eV的光照射后处于激发态，能跃迁到n＝4的激发态上，这些氢原子向低能级跃迁时可辐射出2种可见光，故C错误，符合题意；处于基态的氢原子可吸收超过13.6 eV的光子，吸收后能脱离原子核的约束成为自由电子，所以可以吸收14 eV的光子，故D正确，不符合题意。 6．解析：由题图可知跃迁a是从n＝3能级跃迁到n＝5能级，需要吸收能量，故A错误；由题图可知跃迁a、b从n＝5能级跃迁到n＝4能级释放的能量为E1＝0.97 eV－0.66 eV＝0.31 eV，跃迁c是从n＝4能级跃迁到n＝2能级，则释放的能量为E2＝2.86 eV－0.31 eV＝2.55 eV，故B正确；由题图可知跃迁b释放的光子能量小于跃迁d释放的光子能量，能量越小，光的频率越小，光的波长越大，所以b跃迁的光子波长大于d跃迁的光子波长，故C错误；经历b跃迁，氢原子从高能级跃迁到低能级，能量减小，原子核外电子的动能增大，故D错误。 7．解析：甲图中，光电效应实验中，验电器和锌板带同种电荷，故A错误；乙图中，核电站的核反应堆外面修建很厚的水泥层，用来屏蔽裂变产物放出的各种射线，故B正确；丙图中，用同一装置仅调节单缝宽度得到某单色光的两幅衍射图样，缝的宽度小衍射现象越明显，可判定A的缝宽小于B的缝宽，故C错误；丁图中，由氢原子能级图可知，某一氢原子从n＝2能级向基态跃迁辐射的光子能量ΔE＝E2－E1＝10.2 eV，处于n＝2能级的氢原子发生电离所需要的能量ΔE′＝0－E2＝3.4 eV，因为ΔE>ΔE′，故D正确。 8．解析：赖曼线系的光子中，从n＝2能级跃迁到n＝1基态释放的能量最小，即为ΔE1＝E1－E2＝－3.4 eV－(－13.6 eV)＝10.2 eV，巴耳末线系的光子中，从n＝∞能级跃迁至n＝2能级释放的能量最大，即为ΔE2＝E∞－E2＝0－(－3.4 eV)＝3.4 eV，所以有ΔE＝ΔE1－ΔE2＝10.2 eV－3.4 eV＝6.8 eV，B正确，A、C、D错误。 9．解析：根据玻尔原子模型，轨道量子数越大，且En＝E1，E1为负值，能级越高，能极差越小，即E1<E2<E3，E2－E1>E3－E2，故A错误，C正确；根据正负电荷间的作用力提供向心力，有k，所以Ek＝，故B、D错误。 10．解析：处于n＝4能级的氢原子向n＝2能级跃迁时辐射出可见光a，有E4－E2＝hνa＝2.55 eV，处于n＝3能级的氢原子向n＝2能级跃迁时辐射出可见光b，有E3－E2＝hνb＝1.89 eV，所以a光的频率大于b光的频率，由于光的频率越大其波长越小，则a光的波长比b光的波长短，故A正确；辐射出b光时，电子的动能变大，电势能减小，总能量小，故B错误；一群处于n＝4能级的氢原子自发跃迁可释放＝6种频率的光，一个处于n＝4能级的氢原子自发跃迁最多可释放3种频率的光，故C正确；a光照射逸出功为2.14 eV的金属时，根据光电效应方程有hνa－W0＝Ek，联立解得Ek＝0.41 eV，故D正确。 11．解析：电子从4I15/2轨道跃迁到轨道4I11/2得能量ε13＝2.03×10-10 J，电子从轨道4I15/2跃迁到轨道4I13/2得能量ε12＝1.28×10-19 J，则无辐射跃迁中一个铒离子放出的能量约为ε23＝ε13－ε12＝7.50×10-20 J，故A正确；由ε＝hν，可得这种光纤传输只有频率为的光信号衰减才能得到有效补偿，故B错误；大量处在4I11/2能级的铒离子向下跃迁有以下几种情况4I11/2→4I13/2，4I13/2→4I15/2，4I11/2→4I15/2，因为4I11/2能级跃迁到4I13/2能级是无辐射跃迁，所以不会放出光子，故处在4I11/2能级的铒离子向下跃迁能产生2种频率的光子，故C错误；由ε12＝，可得λ＝，代入数据可解得光纤中传输的光信号波长约为1.55 μm，故D正确。 学科网（北京）股份有限公司 $