4. 氢原子光谱和玻尔的原子模型（培优考点练）物理人教版选择性必修第三册

4.氢原子光谱和玻尔的原子模型 目录 题型分组练 1 题型01 氢原子光谱 1 题型02 玻尔的原子理论 4 题型03 定态和原子的能级结构 6 创新拓展练 10 新题速递 14 题型分组练 题型01 氢原子光谱 1．氢原子的发射光谱如图所示，、、、是其中的四条光谱线，可见光的波长大致在380nm~780nm之间，下列说法错误的是（　　） A．该光谱是由氢原子核衰变产生的 B．谱线对应光子的频率最小 C．谱线对应不是可见光中的紫光 D．谱线对应光子的能量比谱线对应光子的能量小 【答案】A 【详解】A．氢原子的发射光谱是氢原子核外电子从高能级向低能级跃迁辐射光子产生的，原子核衰变是原子核内部变化产生的射线，与原子发射光谱的成因完全不同，该说法错误，故A符合题意； B．根据光速、波长、频率的关系可得频率 波长越大频率越小。由图可知的波长最大，因此对应光子的频率最小，该说法正确，故B不符合题意； C．可见光中紫光属于短波长可见光，波长约400nm左右，波长为656.3nm，属于红光波段，因此它不是紫光，该说法正确，故C不符合题意； D．光子能量 能量与波长成反比。 波长（486.1nm）大于 波长（410.2nm），因此 对应光子能量比 小，该说法正确，故D不符合题意。 故选A。 2．脱氧血红蛋白和氧合血红蛋白在红光和红外线区域的吸收光谱不同，利用这一原理可以测量血氧饱和度。关于其中的物理知识，下列说法正确的是（　　） A．吸收光谱的特点是在连续光谱的背景上出现若干条明线 B．吸收红外线光子比吸收红光光子，原子能级提升更高 C．从玻尔原子理论来看，吸收了光子的原子势能增加 D．从玻尔原子理论来看，吸收了光子的原子核外电子动能增加 【答案】C 【详解】A．吸收光谱的特征是连续光谱背景上出现若干暗线，明线是发射光谱的特征，故A错误； B．光子能量满足，红外线频率低于红光，因此红外线光子能量更小，吸收后原子能级提升幅度更小，故B错误； C．原子吸收光子后，核外电子向高能级跃迁，轨道半径增大，库仑力做负功，原子电势能（即原子势能）增加，故C正确； D．由库仑力提供向心力 推导得电子动能 轨道半径增大时电子动能减小，故D错误。 故选C。 3．(24-25高二下·河北衡水·)下列有关原子物理、原子核物理的说法中正确的是（　　） A．连续光谱和明线光谱都是由发光物质所发出的光直接产生的，被称为发射光谱 B．固体、液体发光产生的光谱一般为明线光谱，而稀薄气体发光产生的光谱为连续光谱 C．同一种原子发射光谱中的明线与吸收光谱中暗线的位置虽然不相同，但都称为这种原子的特征谱线 D．太阳光谱中的暗线，是太阳中缺少与这些暗线相对应的元素 【答案】A 【详解】A．连续光谱由高温固体、液体或高压气体直接发出，明线光谱由稀薄气体或金属蒸气发光产生，二者均属于发射光谱，故A正确； B．固体、液体发光产生连续光谱，稀薄气体发光产生明线光谱，故B错误； C．同一原子的发射光谱明线与吸收光谱暗线位置相同，均为特征谱线，故C错误； D．太阳光谱暗线是太阳大气中元素吸收特定波长光形成的，而非太阳缺少对应元素，故D错误。 故选A。 4．(24-25高三下·海南部分中学·模拟)氢原子的光谱如图所示，图中的Hα、Hβ、Hγ、Hδ四条谱线都在可见光区。这四条谱线对应的光子能量最高的是（　　） A．Hα谱线 B．Hβ谱线 C．Hγ谱线 D．Hδ谱线 【答案】D 【详解】根据 根据光谱线可知，谱线的波长最短，则谱线对应的光子能量最高。 故选D。 5．(25-26高三下·贵州金太阳联盟·)氢原子的发射光谱如图所示，、、、是其中的四条光谱线，可见光的波长大致在之间，下列说法正确的是（　　） A．该光谱是由氢原子核衰变产生的 B．谱线对应光子的频率最大 C．谱线对应的一定是可见光中的紫光 D．谱线对应光子的能量比谱线对应光子的能量小 【答案】D 【详解】A．氢原子的发射光谱是由氢原子的核外电子的跃迁产生的，故A错误； B．谱线的波长最长，对应光子的频率最小，故B错误； C．由于不同颜色的光的波长由长到短依次是“红橙黄绿青蓝紫”，所以红光、橙光的波长较长，故谱线对应的不是可见光中的紫光，故C错误； D．由可知，谱线对应光子的能量比谱线对应光子的能量小，故D正确。 故选D。 题型02 玻尔的原子理论 6．一个氢原子从能级跃迁到能级，则该氢原子可能（　　） A．放出光子，能量增加 B．吸收光子，能量增加 C．放出光子，能量减少 D．吸收光子，能量减少 【答案】B 【详解】根据玻尔理论，氢原子从低能级向高能级跃迁时，将吸收一定频率的光子，原子的能量增加。 故选B。 7．日光灯管的发光原理与汞原子的能级跃迁有关，如图所示为汞原子的能级结构示意图，已知可见光光子能量范围为1.62eV~3.11eV，下列说法正确的是（　　） A．汞原子从向能级跃迁时，释放的光子属于可见光光子 B．汞原子从向能级跃迁时，释放的光子属于可见光光子 C．汞原子吸收8.0eV的能量后可以实现从基态到能级的跃迁 D．汞原子吸收8.0eV的能量后可以实现从基态到能级的跃迁 【答案】B 【详解】A․ 从向能级跃迁时，不在可见光能量范围1.62eV~3.11eV内，A错误； B․ 从向能级跃迁时，，在可见光能量范围1.62eV~3.11eV内，故B正确； C․ 汞原子从基态到、所需能量分别为4.9eV和7.7eV，均不等于，无法跃迁，C、D错误。 故选B。 8．氢原子从高能级向能级跃迁时释放的光子形成的光谱线，称为巴尔末系谱线。图甲为氢原子的能级图，图乙为氢原子的光谱图，是巴尔末系中波长最长的谱线。下列说法正确的是（　　） A．是氢原子从能级向能级跃迁时产生的 B．巴尔末系中光子能量最大的是 C．巴尔末系中光子动量最大的是 D．氢原子外层电子在不同能级上绕核运动时，不辐射电磁波 【答案】D 【详解】AB．从图乙可知，四条谱线的波长关系为，根据光子能量公式得 可知 因此四条谱线中光子能量最大的是，根据氢原子能级跃迁规律，当氢原子从高能级n=m向n=2跃迁时，光子能量为 从四条谱线中光子能量排序得，可能为n=6向n=2跃迁时的谱线，故AB错误； C．根据光子动量公式有 因为，可知四条谱线中光子动量最大的是，故C错误； D．根据玻尔原子理论的定态假设，氢原子外层电子在特定的轨道（能级）上绕核运动时，处于定态，不辐射电磁波，只有发生跃迁时才辐射或吸收光子，故D正确。 故选D。 9．1909~1911年，英国物理学家卢瑟福和他的助手进行了用粒子轰击金箔的实验，实验发现绝大多数粒子穿过金箔后，基本上仍沿原来的方向前进，但有少数粒子发生了大角度偏转，极少数偏转的角度甚至大于90°，也就是说，它们几乎被“撞”了回来。为了解释这个实验现象，卢瑟福提出了（　　） A．电子轨道量子化理论 B．原子的核式结构模型 C．原子结构“枣糕”模型 D．分子电流假说 【答案】B 【详解】A．电子轨道量子化理论是玻尔提出的，用于解释氢原子光谱规律，与粒子散射实验无关，故A错误； B．卢瑟福根据粒子散射实验的现象，提出原子的核式结构模型，认为原子中心存在体积小、带正电、集中几乎全部原子质量的原子核，电子在核外绕核运动，可完美解释实验中粒子的偏转规律，故B正确； C．原子结构“枣糕”模型是汤姆逊提出的，无法解释粒子大角度偏转的实验现象，故C错误； D．分子电流假说是安培提出的，用于解释物质磁性的本质，与本题实验无关，故D错误。 故选B。 10．(25-26高三上·江西创智协作体·调研)现代高科技材料研究已不再是简单地使用纯铅，而是致力于将铅原子以可控、安全的形式整合到先进材料结构中。新型高科技材料及其前沿用途之一为钙钛矿太阳能电池材料，这是目前最受瞩目的领域之一、铅卤化物钙钛矿，化学通式为，其高科技特性有极高的光电转换效率、卓越的光电性能。已知基态铅（Pb）原子的第三层电离能约为31.93eV，现有大量氢原子处于n=5的激发态，在向低能级自发跃迁过程中会辐射不同频率的光子。则原子（　　） A．从n=5跃迁到n=1时辐射的光子，能使基态铅原子第三层发生电离 B．从n=5跃迁到n=2时辐射的光子能量，大于从n=4跃迁到n=1的光子能量 C．从n=5跃迁到n=4时，原子的电势能减小 D．从n=2跃迁到n=1辐射发出光子能量，比其它相邻能级辐射出光子能量小 【答案】C 【详解】A．氢原子从跃迁光子能量为 小于铅原子第三层电离能，无法实现第三层电离，故A错误； B．氢原子从跃迁，能级差为 氢原子从跃迁，能级差为 可知，故B错误； C．根据玻尔理论，氢原子向低能级跃迁时，动能增大，电势能减小，故C正确； D．氢原子从跃迁到，发出的光子能量为 对应各相邻能级跃迁发出的光子能量均比小，故D错误。 故选C。 题型03 定态和原子的能级结构 11．如图所示，大量处于n=3能级的氢原子向低能级跃迁，辐射出①②③三种不同频率的光子。下列说法正确的是（　　） A．①光子波长最长 B．①光子频率最高 C．③光子能量最小 D．③光子动量最小 【答案】A 【详解】BC．氢原子向低能级跃迁时满足，， 由此可知，①光子频率最小，能量最小，③光子频率最大，能量最大，故BC错误； A．根据可知，①光子频率最小，波长最长，③光子波长最短，故A正确； D．根据可知，③光子波长最短，动量最大，故D错误。 故选A。 12．玻尔理论假定：当电子从能量较高的定态轨道（能量记为）跃迁到能量较低的定态轨道（能量记为）时，会放出一定量的光子，则该光子频率为（    ） A． B． C． D． 【答案】C 【详解】根据玻尔跃迁理论，电子从高能级（能量）跃迁到低能级（能量）时，释放的光子能量等于两个定态的能量差，满足关系，变形可得光子频率。 故选C。 13．图1为氢原子的能级图，入射光照射大量处于基态的氢原子，发出三种不同频率的光，现用这三种光分别去照射图2的光电效应实验装置，只有两种光能得到图3所示的电流与电压的关系曲线。已知电子电荷量。下列说法正确的是（    ） A．入射光的光子能量为 B．滑片向端移动时，电流表示数变大 C．光照射下，遏止电压 D．光照射下，单位时间内到达极板光电子数最多为个 【答案】D 【详解】A．入射光照射大量处于基态的氢原子，发出三种不同频率的光，可知基态氢原子跃迁到能级，这样有跃迁到、跃迁到、跃迁到三种不同频率的光，可知入射光的光子能量，故A错误； B．图2中滑片P向端移动过程中，部分的电阻变大，K端的电势变高，K端的电势高于A端的电势，电压反向，可知电流表示数变小，故B错误； C．用这三种光分别去照射图2的光电效应实验装置，只有两种光发生光电效应，可知两种光为跃迁到、跃迁到发出的光，根据图3可知 根据 可知，可知光的能量为12.09eV，光的能量为10.2eV，则， 从而解得，故C错误； D．图3中的a光照射阴极，光电流达到饱和时，饱和电流为，由 可知每秒射出的电荷量为，所以阴极每秒射出的光电子数大约，故D正确。 故选D。 14．(25-26高三下·河北枣强中学·期中)图1为探究光电流I与电压U间关系的装置，图2为氢原子的部分能级图。现利用大量的处于能级的氢原子辐射的某两种光，分别照射光电管的K极，依据实验数据，作出的图像如图3所示，且已知图线甲对应的光是氢原子从能级跃迁到能级时辐射的光。下列说法正确的是（　　） A．电源的a端应为电源的正极 B．氢原子最多能辐射3种频率的光 C．光电管内的金属K的逸出功为 D．图线乙对应的光是氢原子从能级跃迁到时辐射的光 【答案】D 【详解】A．由图3可知，光电流随电压增大而减小至零，说明加的是反向电压（遏止电压）。光电管加反向电压时，阴极K接高电势，阳极接低电势。由图1电路可知，K极接电源b端，阳极接电源a端，故b为正极，a为负极，故A错误； B．大量处于能级的氢原子向低能级跃迁，最多能辐射种频率的光，故B错误； CD．由图3可知，甲光的遏止电压，乙光的遏止电压。根据光电效应方程 可知乙光的光子能量较大。由题意及题图信息可知，甲光对应氢原子从能级跃迁到能级，辐射光子能量。则金属K的逸出功 乙光的光子能量 氢原子能级差 故乙光对应氢原子从能级跃迁到能级时辐射的光，故C错误，D正确。 故选D。 15．(25-26高三下·北京东城区·)核磁共振（NMR）是一种在化学生物等方面具有极多应用的检验手段。已知氢原子核有自旋，自旋产生微小环形电流，环形电流产生磁场，其效果类似小磁针。如图1所示为核磁共振仪工作原理的简化图。与扫描发生器、射频发生器、探测器相连的线圈分别称作扫描线圈、射频线圈、探测线圈。核磁共振仪开始工作后，扫描线圈中通以强电流，形成水平方向的强磁场。此时氢原子小磁针的运动形式可类比为陀螺：可认为一端固定，另一端点以外界强磁场方向为轴做圆周运动，这一运动形式称为进动，如图2所示。当氢原子小磁针在强磁场中排列稳定后，在射频线圈中通以正弦交变电流。类似核外电子吸收能量跃迁至更高能级，射频线圈产生的电磁波激发氢原子核跃迁至更高能级，氢原子小磁针进动模式因而发生改变。随后撤去射频电流，氢原子小磁针重新回到原进动模式。在这一恢复过程中，大量氢原子小磁针所产生的宏观磁场切割探测线圈，所形成的电流经处理最终成像。下列说法正确的是（    ） A．氢原子小磁针进动时，原子核的自旋以为轴 B．氢原子小磁针在重回原进动模式的过程中会释放能量 C．进动模式恢复过程中，探测线圈中的磁通量不变 D．射频线圈产生的电磁波频率高于射线 【答案】B 【详解】A．由图2可知氢原子自旋不是以为轴，而是以NS极方向为轴转动，故A错误； B．由题意可知，“射频线圈产生的电磁波激发氢原子核跃迁至更高能级”，说明激发后的状态能量较高。当氢原子小磁针“重新回到原进动模式”时，是从高能级跃迁回低能级（稳定态），根据能量守恒定律，该过程必然释放能量，这部分能量转化为探测线圈中的电能，故B正确； C．在恢复过程中，探测线圈中形成了电流，根据法拉第电磁感应定律，穿过探测线圈的磁通量必然发生变化，若磁通量不变则不会产生感应电流，故C错误； D．射频属于无线电波波段，其频率远低于X射线的频率，故D错误。 故选B。 创新拓展练 16．如图甲所示是部分氢原子能级示意图，、是氢原子从能级向低能级跃迁时所放出的两束光，利用这两束光来研究某金属的光电效应，如图乙为光电效应的实验装置示意图，初始时，滑片P位于滑动变阻器的中点处。现分别用、两种光进行光电效应实验，光电子到达极时动能的最大值随电压的变化关系如图丙所示，则（　　） A．实验时，P是向端滑动的 B．实验时，P是向端滑动的 C．图丙中图线甲是光入射得到的关系图线 D．图丙中图线甲是光入射得到的关系图线 【答案】BC 【详解】AB．由图丙可知，实验时光电管两端所加的电压为正向电压，且正向电压逐渐变大，则P是向端滑动的，A错误，B正确； CD．图丙中，当U=0时甲对应的最大初动能较大，根据可知，甲对应的光子的频率较大，因a光对应的能级差较大，则a光频率较大，则图线甲是光入射得到的关系图线，C正确，D错误。 故选BC。 17．1885年约翰巴耳末发现一个经验公式，可以用来计算氢原子发射谱线系列中某一个谱线系所有光谱线的波长，该谱线系称之为巴耳末系，其光谱线如图所示。巴耳末公式为，其中为某一常量，为正整数。巴耳末系的光谱线在可见光范围内包含4个波长的光谱线，根据波长由大到小分别称之为、、和。其中谱线的波长约为，也是该谱线系中波长最长的谱线。用谱线所对应的光子照射金属钠，可以使得金属钠发生光电效应，并且测得光电子的最大初动能为。若已知普朗克常数为，光速，元电荷量，则下列说法正确的是（　　） A．、、、谱线所对应的光子的能量逐渐减小 B．巴耳末公式中的常数的值约为 C．谱线所对应的波长约为 D．用谱线所对应的光子照射金属钠，也可以发生光电效应，光电子的最大初动能约为0.74eV 【答案】BD 【详解】A．根据 可知，波长越小，频率越大，光子的能量越大，故A错误； B．根据巴耳末公式可知，越大越小，因此时，波长最大，则 解得，故B正确； C．谱线对应，代入巴耳末公式可得，故C错误； D．由 可得光子的能量为 由巴耳末公式可得的波长为 光子的能量为 根据题意可知金属钠的逸出功 因此用光子照射时光电子的最大初动能为，故D正确。 故选BD。 18．我国首颗探日卫星“羲和号”获得太阳多种谱线，研究发现，太阳谱线包含氢原子光谱。氢原子能级如图，现有大量氢原子从能级自发向低能级跃迁。已知金属锡的逸出功为4.42eV。则（　　） A．从向能级跃迁发出的光的频率最大 B．从向能级跃迁发出的光的波长最大 C．从向能级跃迁发出的光，能使锡发生光电效应 D．从向能级跃迁发出的光，不能使锡发生光电效应 【答案】AD 【详解】AB．根据氢原子的能级图，由 可知，从向的能级差最大，对应光子的能量最大，因此其频率也最大；根据可知，波长最短，故A正确，B错误； CD．从向能级跃迁发出的光子的能量为 所以从向能级跃迁发出的光，不能使锡发生光电效应，故C错误，D正确。 故选AD。 19．如图所示为半圆柱形玻璃砖的截面图，为其过圆心的对称轴。关于对称的两束单色细光束a、b从空气垂直射入玻璃砖的上表面，出射光线交于P点。已知光束a、b均由氢原子能级跃迁而产生。下列说法正确的是（　　） A．玻璃对a光的折射率小于对b光的折射率 B．从玻璃射向空气，a光的临界角小于b光的临界角 C．a光在玻璃砖中的传播时间大于b光的传播时间 D．产生a光的跃迁能级差小于产生b光的跃迁能级差 【答案】BC 【详解】A．由图知玻璃砖对a光的偏折程度大，原因是玻璃对a光的折射率大于对b光的折射率，故A错误； B．由， 故从玻璃射向空气，a光的临界角小于b光的临界角，故B正确； C．由， 故a光在玻璃砖中的传播速度小于b光的传播速度，则a光在玻璃砖中的传播时间大于b光的传播时间，故C正确； D．原因是 又，产生a光的跃迁能级差大于产生b光的跃迁能级差，故D错误。 故选BC。 20．如图甲是氢原子的能级结构，图乙是研究光电效应的实验装置，大量处于激发态的氢原子跃迁时，发出频率不同的大量光子，照射K极，其中3条光电流I随电压U变化的图线如图丙所示，已知可见光光子能量范围约为1.6eV到3.1eV之间。下列说法正确的是（　　） A．氢原子从能级向低能级跃迁时能辐射出6种频率的可见光 B．若调节滑动变阻器滑片能使光电流为零，则可判断图乙中电源右侧为负极 C．b光的光子能量小于a光的光子能量 D．氢原子从能级向低能级跃迁时释放出落在可见光区域的射线，通过相同装置做双缝干涉实验，其中相邻亮条纹间距最宽的是n=3向n=2跃迁时释放出的射线。 【答案】BD 【详解】A．由可得氢原子从能级向低能级跃迁时能辐射出的光子的能量分别为，，，，，，只有从能级跃迁到能级，和从能级跃迁到能级发出的光在可见光范围内，A错误； B．若调节滑动变阻器滑片能使光电流为零，则光电管所加电压为反向电压，A端电势低，则可判断图乙中电源右侧为负极，B正确； C．从图丙可看出，b光的遏止电压大于a光，由知b光光子的能量大于a光光子的能量，C错误； D．由前面分析知从能级跃迁到能级发出的可见光的光子能量最小，由知其光子的波长最长，由知，其产生的干涉条纹的宽度最宽，D正确。 故选BD。 新题速递 21．如图甲是研究光电效应的实验装置，图乙是氢原子的能级结构图，大量处于激发态的氢原子跃迁时，发出频率不同的大量光子，照射极，其中3条光电流随电压变化的图线如图丙所示，已知可见光的光子能量范围约为到之间。则下列说法正确的是（　　） A．三种光的波长关系： B．若调节滑动变阻器滑片能使光电流为零，则可判断图甲中电源右侧为负极 C．光的光子能量小于光的光子能量 D．氢原子从能级向低能级跃迁时释放出落在可见光区域的射线，通过相同装置做双缝干涉实验，其中相邻亮条纹间距最宽的是向跃迁时释放出的射线。 【答案】BD 【详解】AC．由图丙得遏止电压绝对值 因此频率 能量 波长 故AC错误； B．要使光电流为零，需要加反向电压（阴极K接正极，阳极A接负极，阻碍光电子向A运动）。甲图中K在左、A在右，若电源右侧为负极、左侧为正极，才能提供反向电压，调节滑片使反向电压足够大时，可让光电流为零；若电源右侧为正极，只能加正向电压，无论如何调节都无法让光电流减为零，故B正确； D．计算向低能级跃迁的所有光子能量，结合可见光能量范围（）：：（红外，不属于可见光） ：（属于可见光） ：（属于可见光） 其余跃迁的光子能量都大于（紫外线，不属于可见光）。 双缝干涉相邻亮纹间距满足 波长越长，间距越大；光子能量越低，因此跃迁的光子能量最低、波长最长，相邻亮条纹间距最宽，故D正确。 故选BD。 22．下列说法正确的是（　　） A．自由落体过程中任意连续相等时间通过的位移之比可能为2：3 B．电场线一定是不闭合的 C．光电效应实验中光的频率越高，逸出光电子的动能就越大 D．根据玻尔的氢原子理论，氢原子由低能级向高能级跃迁时动能变小、电势能增大 【答案】AD 【详解】A．设从下落开始经过连续T时间，位移比 根据题意 解得 存在实数解，故A正确； B．感生电场的电场线是闭合的，故B错误； C．根据，光电效应实验中光的频率越高，逸出光电子的动能不一定越大，但最大初动能一定越大，故C错误； D．根据玻尔的氢原子理论，氢原子由低能级向高能级跃迁时克服电场力做功，动能变小、电势能增大，故D正确。 故选AD。 23．氢原子的部分能级图如图甲所示，大量处于能级的氢原子向低能级跃迁，能辐射出多种频率的光，这些光照射到同种材料后发生光电效应，产生的光电流与电压关系如图乙所示。下列说法正确的是（　　） A．由于跃迁时辐射的光子能量不连续，因此氢原子光谱是线状谱 B．氢原子从能级跃迁到能级，核外电子动能增大 C．a、b、c三种光子的波长关系满足 D．图线的光对应从能级向能级的跃迁 【答案】AB 【详解】A．跃迁时有 可知，跃迁时辐射的光子能量不连续，因此氢原子光谱是线状谱，故A正确； B．氢原子的核外电子可以近似看作绕核做匀速圆周运动，则有 电子的动能 解得 氢原子从能级跃迁到能级时，轨道半径减小，可知，核外电子动能增大，故B正确； D．根据图乙可知，遏止电压大小关系满足 根据 可知，三种光的频率关系满足 由于大量处于能级的氢原子向低能级跃迁，能辐射出的光的种类数目为 可知，图线a的光对应从能级向能级的跃迁，图线b的光对应从能级向能级的跃迁，图线的光对应从能级向能级的跃迁，故D错误； C．结合上述有，， 根据频率与波长的关系有，， 解得，故C错误。 故选AB。 24．玻尔的氢原子能级模型验证了玻尔理论的正确性，氢原子能级图如图所示。已知可见光的能量范围是，普朗克常量，则（　　） A．氢原子在基态的电势能为 B．用光子能量为的光照射基态氢原子，能跃迁到能级 C．用动能为的电子轰击一群基态氢原子，最多发出2种频率的可见光 D．要使基态氢原子电离，至少用波长约的光照射 【答案】CD 【详解】A．由图可知，氢原子在基态的能量为，该能量为电子的动能与电势能的总和，故A错误； B．氢原子能级跃迁时，吸收的光子能量必须等于两个能级的能量差，从到的能量差为 而光子能量为，不等于该能量差，所以用光子能量为的光照射基态氢原子，基态氢原子不能跃迁到能级，故B错误； C．用动能为的电子轰击一群基态氢原子，电子的能量可部分被氢原子吸收，氢原子可能跃迁到，，等能级； 从到，能量差为 可知该能量差不在可见光的能量范围内； 从到，能量差为 可知该能量差在可见光的能量范围内； 从到，能量差为 可知该能量差不在可见光的能量范围内； 从到，能量差为 可知该能量差在可见光的能量范围内； 从到，能量差为 可知该能量差不在可见光的能量范围内； 从到，能量差为 可知该能量差不在可见光的能量范围内； 综上分析，可知最多发出2种频率的可见光，即从到和从到，故C正确； D．由题知，要使基态氢原子电离，至少需要吸收的能量，根据光子能量公式 其中光速为，代入数据解得，故D正确。 故选CD。 25．关于高中物理教科书中的以下四张图片，下列说法正确的是（　　） A．图甲中，车从你身边疾驰而过，鸣笛的音调由高变低，是由声波反射引起的 B．图乙中，若换用频率更大的单色光，其他条件不变，观察到的干涉条纹变窄 C．图丙中，光子与电子碰撞时，一部分动量转移给电子，光子的波长变长 D．图丁中，卢瑟福根据粒子散射实验提出了原子的核式结构模型，成功解释了氢原子光谱分立特点 【答案】BC 【详解】A．车从身边疾驰而过，鸣笛音调由高变低，是由多普勒效应引起的，不是声波反射，A错误； B．在双缝干涉中，根据条纹间距公式可知，若换用频率更大的单色光，波长λ变短，其他条件不变，则干涉条纹变窄，B正确； C．光子与电子碰撞时，一部分动量转移给电子，光子动量减小。由可知，光子的波长变长，C正确； D．卢瑟福根据粒子散射实验提出了原子的核式结构模型，但成功解释氢原子光谱分立特点的是玻尔的原子模型，D错误。 故选BC。 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $ 4.氢原子光谱和玻尔的原子模型 目录 题型分组练 1 题型01 氢原子光谱 1 题型02 玻尔的原子理论 2 题型03 定态和原子的能级结构 4 创新拓展练 6 新题速递 8 题型分组练 题型01 氢原子光谱 1．氢原子的发射光谱如图所示，、、、是其中的四条光谱线，可见光的波长大致在380nm~780nm之间，下列说法错误的是（　　） A．该光谱是由氢原子核衰变产生的 B．谱线对应光子的频率最小 C．谱线对应不是可见光中的紫光 D．谱线对应光子的能量比谱线对应光子的能量小 2．脱氧血红蛋白和氧合血红蛋白在红光和红外线区域的吸收光谱不同，利用这一原理可以测量血氧饱和度。关于其中的物理知识，下列说法正确的是（　　） A．吸收光谱的特点是在连续光谱的背景上出现若干条明线 B．吸收红外线光子比吸收红光光子，原子能级提升更高 C．从玻尔原子理论来看，吸收了光子的原子势能增加 D．从玻尔原子理论来看，吸收了光子的原子核外电子动能增加 3．(24-25高二下·河北衡水·)下列有关原子物理、原子核物理的说法中正确的是（　　） A．连续光谱和明线光谱都是由发光物质所发出的光直接产生的，被称为发射光谱 B．固体、液体发光产生的光谱一般为明线光谱，而稀薄气体发光产生的光谱为连续光谱 C．同一种原子发射光谱中的明线与吸收光谱中暗线的位置虽然不相同，但都称为这种原子的特征谱线 D．太阳光谱中的暗线，是太阳中缺少与这些暗线相对应的元素 4．(24-25高三下·海南部分中学·模拟)氢原子的光谱如图所示，图中的Hα、Hβ、Hγ、Hδ四条谱线都在可见光区。这四条谱线对应的光子能量最高的是（　　） A．Hα谱线 B．Hβ谱线 C．Hγ谱线 D．Hδ谱线 5．(25-26高三下·贵州金太阳联盟·)氢原子的发射光谱如图所示，、、、是其中的四条光谱线，可见光的波长大致在之间，下列说法正确的是（　　） A．该光谱是由氢原子核衰变产生的 B．谱线对应光子的频率最大 C．谱线对应的一定是可见光中的紫光 D．谱线对应光子的能量比谱线对应光子的能量小 题型02 玻尔的原子理论 6．一个氢原子从能级跃迁到能级，则该氢原子可能（　　） A．放出光子，能量增加 B．吸收光子，能量增加 C．放出光子，能量减少 D．吸收光子，能量减少 7．日光灯管的发光原理与汞原子的能级跃迁有关，如图所示为汞原子的能级结构示意图，已知可见光光子能量范围为1.62eV~3.11eV，下列说法正确的是（　　） A．汞原子从向能级跃迁时，释放的光子属于可见光光子 B．汞原子从向能级跃迁时，释放的光子属于可见光光子 C．汞原子吸收8.0eV的能量后可以实现从基态到能级的跃迁 D．汞原子吸收8.0eV的能量后可以实现从基态到能级的跃迁 8．氢原子从高能级向能级跃迁时释放的光子形成的光谱线，称为巴尔末系谱线。图甲为氢原子的能级图，图乙为氢原子的光谱图，是巴尔末系中波长最长的谱线。下列说法正确的是（　　） A．是氢原子从能级向能级跃迁时产生的 B．巴尔末系中光子能量最大的是 C．巴尔末系中光子动量最大的是 D．氢原子外层电子在不同能级上绕核运动时，不辐射电磁波 9．1909~1911年，英国物理学家卢瑟福和他的助手进行了用粒子轰击金箔的实验，实验发现绝大多数粒子穿过金箔后，基本上仍沿原来的方向前进，但有少数粒子发生了大角度偏转，极少数偏转的角度甚至大于90°，也就是说，它们几乎被“撞”了回来。为了解释这个实验现象，卢瑟福提出了（　　） A．电子轨道量子化理论 B．原子的核式结构模型 C．原子结构“枣糕”模型 D．分子电流假说 10．(25-26高三上·江西创智协作体·调研)现代高科技材料研究已不再是简单地使用纯铅，而是致力于将铅原子以可控、安全的形式整合到先进材料结构中。新型高科技材料及其前沿用途之一为钙钛矿太阳能电池材料，这是目前最受瞩目的领域之一、铅卤化物钙钛矿，化学通式为，其高科技特性有极高的光电转换效率、卓越的光电性能。已知基态铅（Pb）原子的第三层电离能约为31.93eV，现有大量氢原子处于n=5的激发态，在向低能级自发跃迁过程中会辐射不同频率的光子。则原子（　　） A．从n=5跃迁到n=1时辐射的光子，能使基态铅原子第三层发生电离 B．从n=5跃迁到n=2时辐射的光子能量，大于从n=4跃迁到n=1的光子能量 C．从n=5跃迁到n=4时，原子的电势能减小 D．从n=2跃迁到n=1辐射发出光子能量，比其它相邻能级辐射出光子能量小 题型03 定态和原子的能级结构 11．如图所示，大量处于n=3能级的氢原子向低能级跃迁，辐射出①②③三种不同频率的光子。下列说法正确的是（　　） A．①光子波长最长 B．①光子频率最高 C．③光子能量最小 D．③光子动量最小 12．玻尔理论假定：当电子从能量较高的定态轨道（能量记为）跃迁到能量较低的定态轨道（能量记为）时，会放出一定量的光子，则该光子频率为（    ） A． B． C． D． 13．图1为氢原子的能级图，入射光照射大量处于基态的氢原子，发出三种不同频率的光，现用这三种光分别去照射图2的光电效应实验装置，只有两种光能得到图3所示的电流与电压的关系曲线。已知电子电荷量。下列说法正确的是（    ） A．入射光的光子能量为 B．滑片向端移动时，电流表示数变大 C．光照射下，遏止电压 D．光照射下，单位时间内到达极板光电子数最多为个 14．(25-26高三下·河北枣强中学·期中)图1为探究光电流I与电压U间关系的装置，图2为氢原子的部分能级图。现利用大量的处于能级的氢原子辐射的某两种光，分别照射光电管的K极，依据实验数据，作出的图像如图3所示，且已知图线甲对应的光是氢原子从能级跃迁到能级时辐射的光。下列说法正确的是（　　） A．电源的a端应为电源的正极 B．氢原子最多能辐射3种频率的光 C．光电管内的金属K的逸出功为 D．图线乙对应的光是氢原子从能级跃迁到时辐射的光 15．(25-26高三下·北京东城区·)核磁共振（NMR）是一种在化学生物等方面具有极多应用的检验手段。已知氢原子核有自旋，自旋产生微小环形电流，环形电流产生磁场，其效果类似小磁针。如图1所示为核磁共振仪工作原理的简化图。与扫描发生器、射频发生器、探测器相连的线圈分别称作扫描线圈、射频线圈、探测线圈。核磁共振仪开始工作后，扫描线圈中通以强电流，形成水平方向的强磁场。此时氢原子小磁针的运动形式可类比为陀螺：可认为一端固定，另一端点以外界强磁场方向为轴做圆周运动，这一运动形式称为进动，如图2所示。当氢原子小磁针在强磁场中排列稳定后，在射频线圈中通以正弦交变电流。类似核外电子吸收能量跃迁至更高能级，射频线圈产生的电磁波激发氢原子核跃迁至更高能级，氢原子小磁针进动模式因而发生改变。随后撤去射频电流，氢原子小磁针重新回到原进动模式。在这一恢复过程中，大量氢原子小磁针所产生的宏观磁场切割探测线圈，所形成的电流经处理最终成像。下列说法正确的是（    ） A．氢原子小磁针进动时，原子核的自旋以为轴 B．氢原子小磁针在重回原进动模式的过程中会释放能量 C．进动模式恢复过程中，探测线圈中的磁通量不变 D．射频线圈产生的电磁波频率高于射线 创新拓展练 16．如图甲所示是部分氢原子能级示意图，、是氢原子从能级向低能级跃迁时所放出的两束光，利用这两束光来研究某金属的光电效应，如图乙为光电效应的实验装置示意图，初始时，滑片P位于滑动变阻器的中点处。现分别用、两种光进行光电效应实验，光电子到达极时动能的最大值随电压的变化关系如图丙所示，则（　　） A．实验时，P是向端滑动的 B．实验时，P是向端滑动的 C．图丙中图线甲是光入射得到的关系图线 D．图丙中图线甲是光入射得到的关系图线 17．1885年约翰巴耳末发现一个经验公式，可以用来计算氢原子发射谱线系列中某一个谱线系所有光谱线的波长，该谱线系称之为巴耳末系，其光谱线如图所示。巴耳末公式为，其中为某一常量，为正整数。巴耳末系的光谱线在可见光范围内包含4个波长的光谱线，根据波长由大到小分别称之为、、和。其中谱线的波长约为，也是该谱线系中波长最长的谱线。用谱线所对应的光子照射金属钠，可以使得金属钠发生光电效应，并且测得光电子的最大初动能为。若已知普朗克常数为，光速，元电荷量，则下列说法正确的是（　　） A．、、、谱线所对应的光子的能量逐渐减小 B．巴耳末公式中的常数的值约为 C．谱线所对应的波长约为 D．用谱线所对应的光子照射金属钠，也可以发生光电效应，光电子的最大初动能约为0.74eV 18．我国首颗探日卫星“羲和号”获得太阳多种谱线，研究发现，太阳谱线包含氢原子光谱。氢原子能级如图，现有大量氢原子从能级自发向低能级跃迁。已知金属锡的逸出功为4.42eV。则（　　） A．从向能级跃迁发出的光的频率最大 B．从向能级跃迁发出的光的波长最大 C．从向能级跃迁发出的光，能使锡发生光电效应 D．从向能级跃迁发出的光，不能使锡发生光电效应 19．如图所示为半圆柱形玻璃砖的截面图，为其过圆心的对称轴。关于对称的两束单色细光束a、b从空气垂直射入玻璃砖的上表面，出射光线交于P点。已知光束a、b均由氢原子能级跃迁而产生。下列说法正确的是（　　） A．玻璃对a光的折射率小于对b光的折射率 B．从玻璃射向空气，a光的临界角小于b光的临界角 C．a光在玻璃砖中的传播时间大于b光的传播时间 D．产生a光的跃迁能级差小于产生b光的跃迁能级差 20．如图甲是氢原子的能级结构，图乙是研究光电效应的实验装置，大量处于激发态的氢原子跃迁时，发出频率不同的大量光子，照射K极，其中3条光电流I随电压U变化的图线如图丙所示，已知可见光光子能量范围约为1.6eV到3.1eV之间。下列说法正确的是（　　） A．氢原子从能级向低能级跃迁时能辐射出6种频率的可见光 B．若调节滑动变阻器滑片能使光电流为零，则可判断图乙中电源右侧为负极 C．b光的光子能量小于a光的光子能量 D．氢原子从能级向低能级跃迁时释放出落在可见光区域的射线，通过相同装置做双缝干涉实验，其中相邻亮条纹间距最宽的是n=3向n=2跃迁时释放出的射线。 新题速递 21．如图甲是研究光电效应的实验装置，图乙是氢原子的能级结构图，大量处于激发态的氢原子跃迁时，发出频率不同的大量光子，照射极，其中3条光电流随电压变化的图线如图丙所示，已知可见光的光子能量范围约为到之间。则下列说法正确的是（　　） A．三种光的波长关系： B．若调节滑动变阻器滑片能使光电流为零，则可判断图甲中电源右侧为负极 C．光的光子能量小于光的光子能量 D．氢原子从能级向低能级跃迁时释放出落在可见光区域的射线，通过相同装置做双缝干涉实验，其中相邻亮条纹间距最宽的是向跃迁时释放出的射线。 22．下列说法正确的是（　　） A．自由落体过程中任意连续相等时间通过的位移之比可能为2：3 B．电场线一定是不闭合的 C．光电效应实验中光的频率越高，逸出光电子的动能就越大 D．根据玻尔的氢原子理论，氢原子由低能级向高能级跃迁时动能变小、电势能增大 23．氢原子的部分能级图如图甲所示，大量处于能级的氢原子向低能级跃迁，能辐射出多种频率的光，这些光照射到同种材料后发生光电效应，产生的光电流与电压关系如图乙所示。下列说法正确的是（　　） A．由于跃迁时辐射的光子能量不连续，因此氢原子光谱是线状谱 B．氢原子从能级跃迁到能级，核外电子动能增大 C．a、b、c三种光子的波长关系满足 D．图线的光对应从能级向能级的跃迁 24．玻尔的氢原子能级模型验证了玻尔理论的正确性，氢原子能级图如图所示。已知可见光的能量范围是，普朗克常量，则（　　） A．氢原子在基态的电势能为 B．用光子能量为的光照射基态氢原子，能跃迁到能级 C．用动能为的电子轰击一群基态氢原子，最多发出2种频率的可见光 D．要使基态氢原子电离，至少用波长约的光照射 25．关于高中物理教科书中的以下四张图片，下列说法正确的是（　　） A．图甲中，车从你身边疾驰而过，鸣笛的音调由高变低，是由声波反射引起的 B．图乙中，若换用频率更大的单色光，其他条件不变，观察到的干涉条纹变窄 C．图丙中，光子与电子碰撞时，一部分动量转移给电子，光子的波长变长 D．图丁中，卢瑟福根据粒子散射实验提出了原子的核式结构模型，成功解释了氢原子光谱分立特点 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $函学科网·上好课 www zxxk.com 上好每一堂课 4.氢原子光谱和玻尔的原子模型 1 2 3 5 6 7 P 9 10 A C A D D B B D C 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 A C D D B BC BD AD BC BD 21 22 23 24 25 BD AD AB CD BC 1/1