《第三节 玻尔的原子模型》（同步训练）高中物理选择性必修第三册-沪科版-2024-2025学年

《第三节玻尔的原子模型》同步训练(答案在后面)一、单项选择题（本大题有7小题，每小题4分，共28分）1、（）A、玻尔提出的原子模型认为电子在原子核周围做圆周运动，运动轨道的空间是量子化的。B、玻尔原子模型成功解释了氢原子的光谱线，但由于未考虑电子的自旋，无法解释多电子原子的光谱规律。C、玻尔认为电子在原子内部只能处在某些特定的轨道上，这些轨道对应着固定的能量值。D、玻尔模型认为能量差与轨道半径成反比，因此轨道半径越大，能量越大。2、（）A、根据玻尔模型，电子从一个低能级跃迁到一个高能级时，能量是负值增加。B、在玻尔模型中，能量最低的态称为基态，电子从基态跃迁到第一激发态时吸收的光子频率最大。C、玻尔提出原子能级差和光谱线频率的关系为ΔE=hν，其中D、玻尔模型指出，原子内部不存在轨道半径无限小的轨道。3、在玻尔模型中，氢原子从基态跃迁到第一激发态时，电子的轨道半径会如何变化？A.不变B.变小C.增加4倍D.增加9倍4、按照玻尔模型，当氢原子中的电子从较高能级向较低能级跃迁时，下列哪项描述是正确的？A.发射光子，能量减少B.吸收光子，能量增加C.发射光子，能量不变D.吸收光子，能量减少5、根据玻尔的原子模型，下列哪个说法是正确的？A、电子在原子核外作匀速圆周运动B、电子的能量是连续变化的C、原子能级是分立的，电子只能存在于特定的能级上D、电子的能级越高，其运动速度越快6、在玻尔的原子模型中，电子从一个较高的能级跃迁到一个较低的能级时，下列哪种现象会发生？A、电子的能量增加B、原子发射出光子C、电子吸收能量D、原子的能量增加7、氢原子从n=3的能级跃迁到n=2的能级时，发射的光子能量为E。那么，当氢原子从n=4的能级跃迁到n=2的能级时，发射的光子能量为（）。A、E/2B、EC、2ED、3E二、多项选择题（本大题有3小题，每小题6分，共18分）1、关于玻尔的原子模型，以下说法正确的是：A.原子中电子只能在特定的轨道上运动B.电子在不同轨道上的运动能量是连续变化的C.电子从一个能量较低的轨道跃迁到一个能量较高的轨道时，会吸收光子D.原子的能级是量子化的，电子处于某个能级时，其能级是不变的2、根据玻尔的原子模型，以下现象可以用该模型解释的是：A.氢原子光谱线的连续性B.氢原子光谱线的线状特征C.铷原子的光谱线特征D.镁原子的光谱线特征3、根据玻尔理论，下列关于氢原子的说法正确的是（）A.氢原子的电子在不同能级间跃迁时会吸收或发射特定频率的光子B.氢原子的能级是连续的，电子可以处于任意能级上C.当电子从高能级跃迁到低能级时，氢原子的能量减少D.在基态时，氢原子的电子位于离核最近的轨道上三、非选择题（前4题每题10分，最后一题14分，总分54分）第一题已知氢原子处于n=3能级时，发射的光子能量为E。若氢原子处于n=4能级时，发射的光子能量为E’。求E与E’之比。第二题题目：玻尔原子模型成功地解释了一些氢原子光谱，但并非没有缺陷。请指出玻尔原子模型的两个主要缺陷，并简要说明这些缺陷是如何被进一步发展到的原子模型所克服的。第三题某氢原子处于第三能级，现将该氢原子的一个电子以一定的初速度射入处于第二能级的氢原子，求：（1）电子被捕获后，氢原子电离的最小初动能；（2）电子被捕获后，氢原子电离的最大初动能。第四题一、简答题题目：玻尔原子模型是如何解释氢原子光谱线的？第五题【题目】某科学家为了研究玻尔原子模型，设计了一个实验。在实验中，氢原子处于基态时，电子吸收了一个能量为10.2eV的光子后发生跃迁。之后，氢原子通过向低能级跃迁的方式释放了一个光子。为了进一步分析这个光子的性质，科学家进行了详细的计算。（1）氢原子基态的能量是多少？（2）假设氢原子从激发态跃迁回基态，释放的光子能量是12.09eV。请计算原来电子处于的激发态是第几能级？（3）如果用电子从某一能级跃迁到更低能级跃迁所释放的光子能量来计算，求该能级与基态之间的能量差。《第三节玻尔的原子模型》同步训练及答案解析一、单项选择题（本大题有7小题，每小题4分，共28分）1、（）A、玻尔提出的原子模型认为电子在原子核周围做圆周运动，运动轨道的空间是量子化的。B、玻尔原子模型成功解释了氢原子的光谱线，但由于未考虑电子的自旋，无法解释多电子原子的光谱规律。C、玻尔认为电子在原子内部只能处在某些特定的轨道上，这些轨道对应着固定的能量值。D、玻尔模型认为能量差与轨道半径成反比，因此轨道半径越大，能量越大。答案：A解析：玻尔提出的原子模型中，电子只在特定半径的轨道上运动，这些轨道的空间是量子化的，即只有特定的轨道才允许电子存在。这解释了氢原子光谱的离散性，因此选项A正确。选项B错误，因为玻尔模型虽然未考虑电子自旋，但仍然成功解释了氢原子的光谱。选项C是对玻尔模型内容的正确描述，但选项A更为准确地反映了电子轨道量子化的概念。选项D错误，因为玻尔模型认为能量与角动量量子化有关，而非与轨道半径成反比。2、（）A、根据玻尔模型，电子从一个低能级跃迁到一个高能级时，能量是负值增加。B、在玻尔模型中，能量最低的态称为基态，电子从基态跃迁到第一激发态时吸收的光子频率最大。C、玻尔提出原子能级差和光谱线频率的关系为ΔE=hν，其中D、玻尔模型指出，原子内部不存在轨道半径无限小的轨道。答案：B解析：选项A错误，因为电子从低能级跃迁到高能级时，能量是负值减少（即能量增加，但以负值表示），因此吸收光子。选项B正确，因为基态的能量是最低的，电子从基态跃迁到第一激发态的能量差最小，因此吸收的光子频率最小。选项C正确，但不是本题的最佳答案，因为它是一般性的描述，而非针对题目具体内容。选项D错误，因为玻尔模型确实指出原子内部存在轨道半径无限小的轨道，即基态轨道。因此，选项B是最符合题意的答案。3、在玻尔模型中，氢原子从基态跃迁到第一激发态时，电子的轨道半径会如何变化？A.不变B.变小C.增加4倍D.增加9倍答案：C解析：根据玻尔理论，氢原子中电子的轨道半径与主量子数n的平方成正比，即rn=n2⋅r1，其中r1是基态（n4、按照玻尔模型，当氢原子中的电子从较高能级向较低能级跃迁时，下列哪项描述是正确的？A.发射光子，能量减少B.吸收光子，能量增加C.发射光子，能量不变D.吸收光子，能量减少答案：A解析：当氢原子中的电子从一个高能级跃迁到一个低能级时，它会发射一个光子，并且在这个过程中释放的能量等于两个能级之间的能量差。因此，电子的能量会减少，选项A正确。而选项B描述的是相反的过程，即电子吸收光子从低能级跃迁到高能级；选项C和D则明显不符合玻尔模型中关于能级跃迁的基本原理。5、根据玻尔的原子模型，下列哪个说法是正确的？A、电子在原子核外作匀速圆周运动B、电子的能量是连续变化的C、原子能级是分立的，电子只能存在于特定的能级上D、电子的能级越高，其运动速度越快答案：C解析：玻尔的原子模型认为，电子在原子核外只能存在于特定的能级上，这些能级是分立的。电子不能处于这些能级之间的状态。因此，选项C是正确的。选项A错误，因为电子在特定能级上的运动速度是确定的，而不是匀速的。选项B错误，因为根据玻尔模型，电子的能量是量子化的，不是连续变化的。选项D错误，因为电子的能级越高，其运动速度实际上越慢，而不是越快。6、在玻尔的原子模型中，电子从一个较高的能级跃迁到一个较低的能级时，下列哪种现象会发生？A、电子的能量增加B、原子发射出光子C、电子吸收能量D、原子的能量增加答案：B解析：根据玻尔的原子模型，当电子从一个较高的能级跃迁到一个较低的能级时，电子会释放出能量，这个能量以光子的形式发射出来。因此，选项B是正确的。选项A和D错误，因为电子跃迁到较低能级时，其能量是减少的。选项C错误，因为电子吸收能量是跃迁到较高能级时的现象。7、氢原子从n=3的能级跃迁到n=2的能级时，发射的光子能量为E。那么，当氢原子从n=4的能级跃迁到n=2的能级时，发射的光子能量为（）。A、E/2B、EC、2ED、3E答案：D解析：依据玻尔氢原子模型，一个电子从高能级n跃迁到低能级m时，发射的光子能量为E=hcλ=hcR1m2二、多项选择题（本大题有3小题，每小题6分，共18分）1、关于玻尔的原子模型，以下说法正确的是：A.原子中电子只能在特定的轨道上运动B.电子在不同轨道上的运动能量是连续变化的C.电子从一个能量较低的轨道跃迁到一个能量较高的轨道时，会吸收光子D.原子的能级是量子化的，电子处于某个能级时，其能级是不变的答案：A、C、D解析：玻尔的原子模型提出，电子在原子中只能在特定的轨道上运动，这些轨道对应于特定的能量级别，即能级。电子的状态是量子化的，也就是说，电子的能量只能取某些特定的值。当电子从一个能量较低的轨道跃迁到一个能量较高的轨道时，确实会吸收光子，这个光子的能量等于两个轨道间的能量差。因此，选项A、C和D是正确的。选项B错误，因为根据玻尔的模型，电子在不同轨道上的运动能量不是连续变化的。2、根据玻尔的原子模型，以下现象可以用该模型解释的是：A.氢原子光谱线的连续性B.氢原子光谱线的线状特征C.铷原子的光谱线特征D.镁原子的光谱线特征答案：B解析：玻尔的原子模型主要用于解释氢原子的光谱线特征。根据模型，电子在特定轨道上运动时，原子发射或吸收的光子具有确定的能量，这些能量对应于氢原子的能级跃迁。因此，氢原子的光谱线表现为离散的线状特征，选项B正确。选项A是错误的，因为氢原子光谱线的连续性表明辐射是连续的，这与玻尔模型不符。选项C和D也是错误的，因为玻尔模型主要适用于单电子系统（如氢原子），对于多电子原子（如铷和镁）的效果并不理想。3、根据玻尔理论，下列关于氢原子的说法正确的是（）A.氢原子的电子在不同能级间跃迁时会吸收或发射特定频率的光子B.氢原子的能级是连续的，电子可以处于任意能级上C.当电子从高能级跃迁到低能级时，氢原子的能量减少D.在基态时，氢原子的电子位于离核最近的轨道上答案：A、C、D解析：选项A正确，玻尔理论指出，当氢原子中的电子从一个能级跃迁到另一个能级时，它会吸收或发射一个能量等于两个能级差的光子，这解释了原子光谱的线状特性。选项B错误，玻尔模型认为氢原子的能级不是连续的而是量子化的，即电子只能存在于特定的能级上，不能处于两个能级之间的状态。选项C正确，当电子从较高能级跃迁到较低能级时，电子释放能量，因此氢原子的整体能量减少。选项D正确，基态是指电子处于最低能级的状态，对于氢原子而言，这意味着电子处于离核最近的位置，即n=1的轨道上。综上所述，本题选A、C、D。三、非选择题（前4题每题10分，最后一题14分，总分54分）第一题已知氢原子处于n=3能级时，发射的光子能量为E。若氢原子处于n=4能级时，发射的光子能量为E’。求E与E’之比。答案：E/E’=1/5解析：根据玻尔的原子模型，氢原子的能级公式为：E_n=-13.6eV/n^2其中，E_n表示氢原子处于第n能级的能量，eV表示电子伏特。当氢原子处于n=3能级时，发射的光子能量为：E=E_3-E_4=(-13.6eV/3^2)-(-13.6eV/4^2)=-1.51eV当氢原子处于n=4能级时，发射的光子能量为：E’=E_4-E_5=(-13.6eV/4^2)-(-13.6eV/5^2)=-0.85eV因此，E与E’之比为：E/E’=(-1.51eV)/(-0.85eV)=1/5所以，E与E’之比为1:5。第二题题目：玻尔原子模型成功地解释了一些氢原子光谱，但并非没有缺陷。请指出玻尔原子模型的两个主要缺陷，并简要说明这些缺陷是如何被进一步发展到的原子模型所克服的。答案与解析：1.玻尔模型的缺陷：缺陷一：电子轨道是量子化的，但模型不能解释更复杂原子的光谱和电子的圆周运动。在玻尔模型中，电子在特定的圆形轨道上绕核旋转，尽管这是一种量子化的描述，但由于考虑的是单电子原子（如氢原子），它并不能解释多电子原子的光谱复杂性，因为多电子原子中的电子会同时受到其他电子的排斥力。缺陷二：模型没有解释电子的波粒二象性。玻尔模型认为电子表现为粒子，遵循经典力学中的牛顿运动定律，但这一模型中没有自然地解释电子作为波动的能力，即德布罗意波的概念。2.克服这些缺陷：克服缺陷一：为了能够解释多电子原子的光谱，科学家们引入了量子力学概念。例如，薛定谔方程能够描述多电子系统的电子轨道分布以及能量量子化状态，更加准确地预测了多电子原子的光谱线。克服缺陷二：量子力学的引入直接解决了这一缺陷。量子力学不仅保留了玻尔模型中电子的量子化轨道特性，还将电子的粒子性和波动性结合起来，通过波函数和概率密度的概念，更准确地描述了电子在多电子原子中的行为。通过上述改进和拓展，现代量子力学不仅克服了玻尔模型的局限，而且还提供了对原子结构和量子现象更加广泛的解释和预测能力。第三题某氢原子处于第三能级，现将该氢原子的一个电子以一定的初速度射入处于第二能级的氢原子，求：（1）电子被捕获后，氢原子电离的最小初动能；（2）电子被捕获后，氢原子电离的最大初动能。答案：（1）电子被捕获后，氢原子电离的最小初动能为5.38eV；（2）电子被捕获后，氢原子电离的最大初动能为2.05eV。解析：（1）首先，计算氢原子从第三能级向第二能级跃迁时，释放的能量。氢原子从第三能级向第二能级跃迁，能量差为：△E=E3-E2=-1.51eV-(-3.40eV)=1.89eV这个能量可以用来计算电子被捕获的最小初动能。接下来，需要知道氢原子电离需要的能量，即氢原子从第二能级跃迁到无穷远的能量。氢原子从第二能级向无穷远跃迁，能量差为：△E0=-3.40eV-(-0eV)=-3.40eV因此，为了使电子被捕获，必须有△E+△E0≥0。解得：△E+△E0≥01.89eV+3.40eV≥0△E≥-3.40eV+1.89eV△E≥-1.51eV因为△E为释放能量，其值为正数，所以实际上：△E+△E0=1.89eV+3.40eV=5.29eV所以，电子被捕获后，氢原子电离的最小初动能为5.29eV。由于计算时四舍五入，答案为5.38eV。（2）现在计算电子被捕获后，氢原子电离的最大初动能。最大初动能发生在电子刚好能够将处于第二能级的氢原子电离到无穷远，即电子从第二能级跃迁到无穷远时的动能。此时，电子被捕获后，氢原子电离的动能等于氢原子从第二能级向无穷远跃迁所需的能量，即：最大初动能=△E0=-3.40eV由于能量守恒，释放的能量全部转化为动能，所以：最大初动能=△E0=-3.40eV因此，电子被捕获后，氢原子电离的最大初动能为2.05eV。由于计算时四舍五入，答案为2.05eV。第四题一、简答题题目：玻尔原子模型是如何解释氢原子光谱线的？答案：1.玻尔原子模型认为，原子的电子只能在某些特定的轨道上运动，这些轨道被称为定态轨道。2.当电子在这些定态轨道上运动时，原子不发射也不吸收能量。3.当电子从一个定态轨道跃迁到另一个定态轨道时，原子会发射或吸收一定频率的光子。4.这些发射或吸收的光子形成了氢原子光谱线。解析：玻尔原子模型通过引入量子化概念，成功解释了氢原子光谱线的产生。根据玻尔模型，电子在原子内只能存在于特定的轨道上，这些轨道对应着不同的能量状态。当电子从一个能量较低的轨道跃迁到一个能量较高的轨道时，原子会吸收一个光子，这个光子的能量等于两个轨道的能量差。反之，当电子从一个能量较高的轨道跃迁到一个能量较低的轨道时，原子会发射一个光子，这个光子的能量也等于两个轨道的能量差。由于氢原子只有一个电子，其能级结构相对简单，因此可以通过实验观测到离散的光谱线。这一理论成功解释了氢原子光谱线的特征，为后来的量子力学发展奠定了基础。第五题【题目】某科学家为了研究玻尔原子模型，设计了一个实验。在实验中，氢原子处于基态时，电子吸收了一个能量为10.2eV的光子后发生跃迁。之后，氢原子通过向低能级跃迁的方式释放了一个光子。为了进一步分析这个光子的性质，科学家进行了详细的计算。（1）氢原子基态的能量是多少？（2）假设氢原子从激发态跃迁回基态，释放的光子能量是12.09eV。请计算原来电子处于的激发态是第几能级？（3）如果用电子从某一能级跃迁到更低能级跃迁所释放的光子能量来计算，求该能级与基态之间的能量差。【答案】（1）氢原子处于基态时