4.4氢原子光谱和玻尔的原子模型 课后练习-2026-2027学年高二下学期物理人教版选择性必修第三册

**基本信息** 该同步练习按A、B、C组分层设计，题量6:4:1，梯度从基础概念到综合应用再到素养拔高，覆盖氢原子光谱和玻尔模型核心知识点，适配新授课分层教学需求。 **分层设计** |层次|知识覆盖|设计特色| |----|----------|----------| |A组|吸收光谱、核磁共振原理、玻尔理论基础|单选为主，直接考查概念辨析，如太阳光谱暗线成因| |B组|巴耳末系、能级跃迁与光谱分析、氢原子能量计算|多选与单选结合，综合应用规律，如能级跃迁光子能量比较| |C组|能级跃迁综合计算、电离能量分析|计算题，需多步骤推理，如入射光能量及电离后电子动能计算|

4.4　氢原子光谱和玻尔的原子模型 A组 必备知识基础练 1.包含各种波长的复合光,被原子吸收了某些波长的光子后,连续光谱中这些波长的位置上便出现了暗线,这样的光谱叫作吸收光谱。传到地球表面的太阳光谱就是吸收光谱,则下列说法正确的是(　　) A.太阳光谱中的暗线是太阳大气中的原子吸收光子后产生的 B.太阳光谱中的暗线是地球大气中的原子吸收光子后产生的 C.利用太阳光谱可以分析地球大气中含有哪些元素 D.利用太阳光谱可以分析太阳光中含有哪些元素 2.核磁共振成像(缩写为MRI)是一种人体不接触放射线,可进行人体多部位检查的医疗影像技术。基本原理是:外来电磁波满足一定条件时,可使处于强磁场中的人体内含量最多的氢原子吸收电磁波的能量,去掉外来电磁波后,吸收了能量的氢原子又把这部分能量以电磁波的形式释放出来,形成核磁共振信号。关于人体内氢原子吸收的电磁波能量,下列说法正确的是(　　) A.电磁波的频率越高具有的能量越低 B.吸收了电磁波的氢原子处于的状态叫基态 C.氢原子吸收的电磁波与释放的电磁波频率不相等 D.氢原子只能吸收某些特定频率的电磁波 3.(多选)按照玻尔理论,下列说法正确的是(　　) A.核外电子运动的轨道半径可取任意值 B.氢原子中的电子离原子核越远,氢原子的能量越大 C.电子跃迁时,辐射或吸收光子的能量由能级的能量差决定,即hν=Em-En(m>n) D.氢原子从激发态向基态跃迁的过程中,可能辐射能量,也可能吸收能量 4.(2024江苏卷)在某原子跃迁中,辐射如图所示的4种光子,其中只有一种光子可使某金属发生光电效应,是哪一种(　　) A.λ1 B.λ2 C.λ3 D.λ4 5.氢原子的能级图如图所示,如果大量氢原子处在基态,则下列说法正确的是(　　) A.由于氢原子只吸收特定能量的光子,所以能量为12.5 eV的光子不会被基态氢原子吸收 B.由于氢原子只吸收特定能量的光子,故动能为12.5 eV的电子的能量不会被基态氢原子吸收 C.能量为14 eV的光子不会被基态氢原子吸收 D.动能为14 eV的电子不会被基态氢原子吸收 6.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,而是将相应的能量转交给另一个能级上的电子而使之电离。某原子从n=4能级跃迁到n=2能级时放出的能量被处于n=3能级的原子吸收而使其核外电子电离,已知该原子的能级公式可简化表示为En=-,式中n=1,2,3,…表示不同的能级,A是正的已知常数。则以这种方式脱离此原子的电子的动能等于(　　) A.A B.A C.A D.A B组 关键能力提升练 7.如图所示,巴耳末由氢原子在可见光区的四条谱线Hα、Hβ、Hγ、Hδ总结出巴耳末系谱线波长公式:=R∞,n=3,4,5,…。其中,且Hα为红光,Hδ为紫光,则下列说法正确的是(　　) A.Hα对应的是电子从n=5能级向n=2能级跃迁所释放的光的谱线 B.四条谱线中Hα谱线所对应的光子的能量最高 C.大量处于同一能级的氢原子要能够发出这四条谱线,必须满足这些原子所处的能级n≥6 D.电子从n=6能级向n=3能级跃迁时能辐射紫外线 8.根据玻尔理论,氢原子的能级图如图甲所示。大量处于某一激发态的氢原子向低能级跃迁时,发出的光通过玻璃三棱镜后分成如图乙所示的a、b、c、d四条可见光束。已知可见光的光子能量在1.62 eV到3.11 eV之间,则c光为(　　) A.第3能级向第1能级跃迁产生的 B.第4能级向第1能级跃迁产生的 C.第4能级向第2能级跃迁产生的 D.第5能级向第2能级跃迁产生的 9.氢原子跃迁与巴耳末系的对比图像如图所示,已知光速为c,普朗克常量为h,下列说法正确的是(　　) A.巴耳末系就是氢原子从n=3,4,5,…能级跃迁到基态时辐射出的光谱 B.气体的发光原理是气体放电管中原子受到高速电子的撞击跃迁到激发态,再向低能级跃迁,放出光子 C.氢原子从n=3能级跃迁到n=2能级时辐射出的光是巴耳末系中波长最短的 D.若处于某个激发态的几个氢原子,只发出λ1、λ2、λ3三种波长的光,且λ1>λ2>λ3,则有(λ1-λ2)λ3=λ1λ2 10.根据玻尔的能级理论,氢原子核外电子可在不同的轨道围绕原子核做匀速圆周运动。取无穷远处为零电势能点,氢原子核外电子在半径为r的轨道上电势能Ep=-,e为电子电荷量,k为静电力常量。已知氢原子在第n能级时的轨道半径满足rn=n2r1,r1为第一能级的轨道半径。氢原子在第n能级的总能量En=Epn+Ekn,Ekn为核外电子动能。下列说法正确的是(　　) A.氢原子的能级越高,核外电子的动能越大 B.氢原子的能量满足En-En-1>En+1-En C.氢原子在第n能级时,核外电子的动能为 D.氢原子在第n能级时,氢原子的总能量为- C组 核心素养拔高练 11.氢原子的能级图如图所示。一束光长时间照射容器中大量处于n=3能级的氢原子,氢原子吸收光子后发出6种频率的光。 (1)求入射光光子的能量; (2)已知可见光的光子能量范围约为1.62~3.11 eV,求这6种频率的光中可见光光子的最大能量; (3)发出的光使得部分氢原子发生了电离,求电离后电子的最大动能。 参考答案 1.A　解析 太阳光谱中的暗线是太阳大气中的原子吸收光子后产生的,且太阳光谱中的许多暗线与太阳大气中存在的金属元素的特征谱线相对应,于是我们知道太阳大气中存在哪些金属元素。故选A。 2.D　解析 电磁波的频率越高具有的能量越高,A错误;吸收了电磁波的氢原子处于的状态叫激发态,B错误;氢原子吸收的电磁波与释放的电磁波频率是相等的,从而形成核磁共振信号,C错误;根据波尔理论可知,氢原子只能吸收某些特定频率的电磁波然后才能发生跃迁,最后以电磁波的形式释放出来,D正确。 3.BC　解析 根据玻尔理论,核外电子运动的轨道半径是确定的值,而不是任意值,A错误;氢原子中的电子离原子核越远,氢原子的能量越大,B正确;由跃迁规律可知,C正确;氢原子从激发态向基态跃迁的过程中,应辐射能量,D错误。 4.C　解析 因为只有一种光子可使某金属发生光电效应,所以应当是能级差最大的,即C正确。 5.A　解析 根据玻尔理论,氢原子吸收光子可以从低能级跃迁至高能级,光子的能量恰好等于两能级差,如果不等于,则光子不能被吸收,基态与第3能级的能级差为12.09 eV,与第4能级的能级差为12.75 eV,所以12.5 eV的光子不会被吸收,故A正确;氢原子被外来自由电子撞击俘获能量被激发,电子的能量为12.5 eV,氢原子最高可跃迁到第3能级,剩余能量可以以动能形式存在,所以,可以被吸收,故B错误;当光子的能量大于13.6 eV时,氢原子吸收光子后发生电离,多余的能量作为脱离氢原子后电子的动能,因此,可以被吸收,故C错误;动能为14 eV的电子最高可以使氢原子电离,因此,可以被吸收,故D错误。 6.C　解析 原子从n=4能级跃迁到n=2能级时放出的能量为ΔE=-A,放出的能量被处于n=3能级的原子吸收而使其核外电子电离,则脱离此原子的电子的动能为Ek=ΔE-A-A=A,故选C。 7.C　解析 根据巴耳末系谱线波长公式=R∞,Hα对应的谱线波长最长,是电子从n=3能级向n=2能级跃迁所释放的光的谱线,故A错误;Hα对应的能级的能量差最小,辐射光子能量最低,故B错误;Hδ对应的是电子从n=6能级向n=2能级跃迁所释放的光的谱线,故n≥6,故C正确;根据氢原子跃迁理论,从n=6能级向n=3能级跃迁时,则=R∞,其对应波长λ大于Hα的波长,属于红外线,故D错误。 8.D　解析 根据玻尔原子模型理论,依题意,因a、b、c、d 4种光的光子能量在1.62 eV到3.11 eV之间,不可能由任何一个较高能级向第1能级跃迁而产生,因为从第2能级到第1能级辐射的光子能量最低,为10.2 eV,故A、B错误;结合前面分析,因光子能量在1.62 eV到3.11 eV之间,故c光也不可能是由更高能级向第3能级跃迁产生的,因为辐射的最高能量为1.51 eV,所以c光一定是从较高能级向第2能级跃迁时产生的,根据玻尔理论,第7能级向第 2 能级跃迁辐射光子的能量大于3.11 eV,所以a、b、c、d 四条光束只能是第6、5、4、3能级向第2能级跃迁辐射产生,且辐射光子能量依次减小,a、b、c、d四条可见光通过三棱镜,根据偏折程度可知,d光光子能量最大,c光光子能量大小仅次于d光,所以c光为第5能级向第2能级跃迁产生的,故D正确,C错误。 9.B　解析 巴耳末系就是氢原子从n=3,4,5,…能级跃迁到n=2能级时辐射出的光谱,选项A错误;气体的发光原理是气体放电管中的原子受到高速运动的电子的撞击,有可能跃迁到激发态,激发态是不稳定的,会自发地向低能级跃迁,放出光子,选项B正确;氢原子从n=3能级跃迁到n=2能级时辐射出的光是巴耳末系中频率最小、波长最长的,选项C错误;若处于某个激发态的几个氢原子,只发出λ1、λ2、λ3三种波长的光,若λ1>λ2>λ3,则ν1<ν2<ν3,由能级差关系可知hν1+hν2=hν3,即,可得(λ1+λ2)λ3=λ1λ2,选项D错误。 10.B　解析 根据玻尔的能级理论,氢原子在第n能级时,满足k=m,核外电子的动能为Ekn=,氢原子的能级越高,核外电子的动能越小,故A、C错误;由于En=Epn+Ekn=-,可知En-En-1>En+1-En,故B正确,D错误。 11.答案 (1)0.66 eV　(2)2.55 eV　(3)11.9 eV 解析 (1)由=6可知大量处于n=4能级的氢原子向低能级跃迁能发出6种频率的光,所以n=3能级的氢原子吸收入射光子的能量跃迁到n=4能级,则入射光光子的能量E=E4-E3=-0.85 eV-(-1.51 eV)=0.66 eV。 (2)氢原子从n=4能级向n=3能级跃迁过程中发出的光子能量为-0.85 eV-(-1.51 eV)=0.66 eV 氢原子从n=4能级向n=2能级跃迁过程中发出的光子能量为-0.85 eV -(-3.4 eV)=2.55 eV 氢原子从n=4能级向n=1能级跃迁过程中发出的光子能量为-0.85 eV -(-13.6 eV)=12.75 eV 氢原子从n=3能级向n=2能级跃迁时,发出的光子能量-1.51 eV -(-3.4 eV)=1.89 eV 氢原子从n=3能级向n=1能级跃迁时,发出的光子能量-1.51 eV -(-13.6 eV)=12.09 eV 氢原子从n=2能级向n=1能级跃迁时,发出的光子能量-3.4 eV -(-13.6 eV)=10.20 eV 可见光的光子能量范围约为1.62~3.11 eV,这6种频率的光中可见光光子的最大能量是2.55 eV。 (3)发出的这6种频率的光,最大能量是12.75 eV,氢原子发生电离后电子的最大动能 Ekm=12.75 eV-0.85 eV=11.9 eV。 8 学科网（北京）股份有限公司 $