2020-2021学年高中物理 第2章 原子结构 4 氢原子光谱与能级结构课时练习鲁科版选修3-5

1、2020-2021学年高中物理 第2章 原子结构 4 氢原子光谱与能级结构课时练习鲁科版选修3-52020-2021学年高中物理 第2章 原子结构 4 氢原子光谱与能级结构课时练习鲁科版选修3-5年级：姓名：- 7 -氢原子光谱与能级结构 (25分钟60分)一、选择题(本题共6小题,每小题6分,共36分)1.(多选)关于经典电磁理论与氢原子光谱之间的关系,下列说法正确的是() a.经典电磁理论不能解释原子的稳定性b.根据经典电磁理论,电子绕原子核转动时,电子会不断释放能量,最后被吸附到原子核上c.根据经典电磁理论,原子光谱应该是连续的d.氢原子光谱彻底否定了经典电磁理论【解析】选a、b、c。根

2、据经典电磁理论,电子绕原子核转动时,电子会不断释放能量最后被吸附到原子核上,原子不应该是稳定的,并且发射的光谱应该是连续的.氢原子光谱并没有完全否定经典电磁理论,而是引入了新的观念。2.(2020南平高二检测)卢瑟福的原子核式结构学说初步建立了原子核结构的正确图景,解决的问题有()a.解释了粒子散射现象b.原子中存在电子c.结合经典电磁理论解释原子的稳定性d.结合经典电磁理论解释氢光谱【解析】选a。通过粒子散射实验,卢瑟福提出了原子的核式结构模型,而经典电磁理论并不能解释原子的稳定性和氢原子光谱,a正确,c、d错误。汤姆孙通过对阴极射线的研究,提出来原子内存在电子,故b错误。3.氦原子被电离一

3、个核外电子,形成类氢结构的氦离子。已知基态的氦离子能量为e1=-54.4 ev,氦离子能级的示意图如图所示。在具有下列能量的光子中,不能被基态氦离子吸收而发生跃迁或电离的是()a.40.8 evb.43.2 evc.51.0 ev d.54.4 ev【解析】选b。要吸收光子发生跃迁需要满足一定的条件,即吸收的光子的能量必须是任意两个能级的差值,40.8 ev是第一能级和第二能级的差值,51.0 ev是第一能级和第四能级的差值,54.4 ev是电子刚好电离需要吸收的能量,选项a、c、d均满足条件,而b选项不满足条件,故正确答案为b。4.氢原子从n=4的激发态直接跃迁到n=2的能态时,发出蓝色光,

4、则氢原子从n=5的激发态直接跃迁到n=2的能态时,可能发出的是()a.红外线b.红光c.紫光d.射线【解析】选c。根据跃迁理论从n=4的激发态直接跃迁到n=2的能态时,放出光子的能量h=e4-e2,从n=5的激发态直接跃迁到n=2的能态时,放出光子的能量h=e5-e2,放出光子能量变大,频率变大,故可能是紫光,射线是从原子核内发出的,所以c正确,a、b、d错误。5.太阳的连续光谱中有许多暗线,它们对应着某些元素的特征谱线,产生这些暗线是由于()a.太阳表面大气层中缺少相应的元素b.太阳内部缺少相应的元素c.太阳表面大气层中存在着相应的元素d.太阳内部存在着相应的元素【解析】选c。太阳光谱是太阳

5、内部发出的光在经过太阳大气的时候,被太阳大气层中的某些元素吸收而产生的,是一种吸收光谱。所以太阳光的光谱中有许多暗线,它们对应着太阳大气层中的某些元素的特征谱线,故c正确,a、b、d错误。6.如图甲所示为氢原子的能级图,图乙为氢原子的光谱。已知谱线a是氢原子从n=4的能级跃迁到n=2的能级时的辐射光,则谱线b是氢原子()a.从n=3的能级跃迁到n=2的能级时的辐射光b.从n=5的能级跃迁到n=3的能级时的辐射光c.从n=4的能级跃迁到n=3的能级时的辐射光d.从n=5的能级跃迁到n=2的能级时的辐射光【解析】选d。谱线a是氢原子从n=4的能级跃迁到n=2的能级时的辐射光,波长大于谱线b,所以a

6、光的光子频率小于b光的光子频率;所以b光的光子能量大于n=4和n=2间的能级差。n=3跃迁到n=2,n=4跃迁到n=3,n=5跃迁到n=3的能级差小于n=4和n=2的能级差;只有n=5和n=2间的能级差大于n=4和n=2间的能级差。故选d。二、非选择题(本题共2小题,共24分)7.(12分)有一群处于n=4能级上的氢原子,已知里德伯常量r=1.097107 m-1,则:(1)这群氢原子发光的光谱有几条?几条是可见光?(2)根据巴尔末公式计算出可见光中的最大波长是多少?【解析】(1)这群氢原子的能级图如图所示,由图可以判断出,这群氢原子可能发生的跃迁共有6种,所能发出的光谱共有6条,其中有2条是

7、可见光。(2)根据巴尔末公式=r(-)得,当n=3时,波长最大,=6.56310-7 m。答案:(1)6条2条(2)6.56310-7 m8.(12分)氢原子光谱除了巴尔末系外,还有赖曼系、帕邢系等,其中帕邢系的公式为=r(-)(n=4,5,6,),r=1.10107m-1。若已知帕邢系的氢原子光谱在红外线区域,求:(1)n=6时,对应的波长。(2)帕邢系形成的谱线在真空中的波速为多少?n=6时,传播频率为多大?【解析】(1)由帕邢系公式=r(-),当n=6时,得=1.0910-6m。(2)帕邢系形成的谱线在红外区域,而红外线属于电磁波,在真空中以光速传播,故波速为光速c=3108m/s,由v

8、=,得=hz=2.751014hz。答案:(1)1.0910-6m(2)3108 m/s2.751014hz (15分钟40分)9.(6分)(多选)关于巴尔末公式:=r(-)(n=3,4,5,),理解正确的是 ()a.式中n只能取整数,r称为巴尔末常量b.巴尔末系的4条谱线位于可见光区c.在巴尔末系中n值越大,对应的波长越短d.巴尔末系的4条谱线是氢原子从n=2的能级向n=3、4、5、6能级跃迁时辐射产生的【解析】选b、c。巴尔末公式中n为量子数,不可以取任意值,只能取整数,且n3,式中r叫作里德伯常量,故a错误;巴尔末系的4条谱线位于可见光区,故b正确;根据巴尔末公式=r(-),可知n值越大

9、,对应的波长越短,故c正确;公式只适用于氢原子从n3的能级向n=2的能级跃迁时发出的光谱,故d错误。10.(6分)一群处于基态的氢原子受某种单色光照射时,只能发射甲、乙、丙三种单色光,其中甲光的波长最短,丙光的波长最长,则甲、丙这两种单色光的光子能量之比e甲e丙等于()a.32b.61c.325d.94 【解析】选c。因发出三种单色光,波长最短的甲光应是由n=3能级跃迁到n=1能级发出的。波长最长的丙光应是由n=3能级跃迁到n=2能级发出的,所以e甲=e3-e1=-=-e1,e丙=e3-e2=-=-e1,e甲e丙=325,c对,故选c。11.(6分)氢原子从第4能级跃迁到第2能级发出蓝光,那么

10、当氢原子从第5能级跃迁到第2能级应发出() a.x射线b.红光c.黄光d.紫光【解析】选d。氢原子从第5能级跃迁到第2能级发出的光在可见光范围内,且比蓝光的频率更大。e5-e2=h2e4-e2=h1,由此可知,只能是紫光,故d正确。【加固训练】可见光光子的能量在1.613.10 ev范围内。若氢原子从高能级跃迁到低能级,根据氢原子能级图(如图所示)可判断()a.从n=4能级跃迁到n=3能级时发出可见光b.从n=3能级跃迁到n=2能级时发出可见光c.从n=2能级跃迁到n=1能级时发出可见光d.从n=4能级跃迁到n=1能级时发出可见光【解析】选b。发出的可见光的能量h=|en-em|,故四个选项中

11、,只有b选项的能级差在1.613.10 ev范围内,故b选项正确。12.(22分)玻尔的原子模型认为,电子绕核运动的轨道是量子化的,原子的能量也是量子化的。氢原子能级图如图所示,求:(1)一个氢原子从n=3能级跃迁到n=2能级时,该氢原子向外辐射出的能量是多少?(2)设氢原子核外电子绕核做匀速圆周运动(忽略电子的自转),可将电子的运动等效为一个环形电流,求这个环形电流的大小。(已知电子的质量为m、轨道半径为r ,静电力常量k,元电荷电量e )(3)1885年,巴尔末通过对氢光谱可见光的4条谱线的分析,总结出了这些谱线波长满足的关系式,后来被里德伯修改为=rh(n=3,4,5,rh为里德伯常量)。1913年,玻尔在他的原子模型理论中提出氢原子的能级公式en=(n=1,2, 3,e1为基态能级)及跃迁假设,很好地解释了巴尔末观察到