2022年高考物理一輪復(fù)習(xí) 梯級演練 強(qiáng)技提能 3.1原子結(jié)構(gòu)氫原子光譜 滬科版選修3-5

2022年高考物理一輪復(fù)習(xí) 梯級演練 強(qiáng)技提能 3.1原子結(jié)構(gòu)氫原子光譜 滬科版選修3-51.(xx·廣州模擬)仔細(xì)觀察氫原子的光譜,發(fā)現(xiàn)它只有幾條分立的不連續(xù)的亮線,其原因是()A.氫原子只有幾個能級B.氫原子只能發(fā)出平行光C.氫原子有時發(fā)光,有時不發(fā)光D.氫原子輻射的光子的能量是不連續(xù)的,所以對應(yīng)的光的頻率也是不連續(xù)的2.(xx·北京高考)一個氫原子從n=3能級躍遷到n=2能級。該氫原子()A.放出光子,能量增加B.放出光子,能量減少C.吸收光子,能量增加D.吸收光子,能量減少3.用頻率為0的光照射大量處于基態(tài)的氫原子,在所發(fā)射的光譜中僅能觀測到頻率分別為1、2、3的三條譜線,且3>2>1,則()A.0<1B.3=2+1C.0=1+2+3D. 4.如圖為氫原子能級的示意圖,現(xiàn)有大量的氫原子處于n=4的激發(fā)態(tài),當(dāng)向低能級躍遷時輻射出若干不同頻率的光。關(guān)于這些光下列說法正確的是()A.最容易表現(xiàn)出衍射現(xiàn)象的光是由n=4能級躍遷到n=1能級產(chǎn)生的B.頻率最小的光是由n=2能級躍遷到n=1能級產(chǎn)生的C.這些氫原子總共可輻射出3種不同頻率的光D.用n=2能級躍遷到n=1能級輻射出的光照射逸出功為6.34eV的金屬鉑能發(fā)生光電效應(yīng)5.(多選)已知?dú)湓拥哪芗壱?guī)律為E1=-13.6eV、E2=-3.4eV、E3=-1.51eV、E4=-0.85eV。現(xiàn)用光子能量介于1112.5eV范圍內(nèi)的光去照射一大群處于基態(tài)的氫原子,則下列說法中正確的是()A.照射光中可能被基態(tài)氫原子吸收的光子只有1種B.照射光中可能被基態(tài)氫原子吸收的光子有無數(shù)種C.激發(fā)后的氫原子發(fā)射的不同能量的光子最多有3種D.激發(fā)后的氫原子發(fā)射的不同能量的光子最多有2種6.(xx·江蘇高考)如圖所示是某原子的能級圖,a、b、c為原子躍遷所發(fā)出的三種波長的光。在下列該原子光譜的各選項中,譜線從左向右的波長依次增大,則正確的是()7.(xx·江蘇高考)根據(jù)玻爾原子結(jié)構(gòu)理論,氦離子(He+)的能級圖如圖所示。電子處在n=3軌道上比處在n=5軌道上離氦核的距離(選填“近”或“遠(yuǎn)”)。當(dāng)大量He+處在n=4的激發(fā)態(tài)時,由于躍遷所發(fā)射的譜線有條。8.(1)(多選)氫原子的部分能級如圖所示,已知可見光的光子能量在1.62eV到3.11eV之間。由此可推知,氫原子()A.從高能級向n=1能級躍遷時發(fā)出的光的波長比可見光的短B.從高能級向n=2能級躍遷時發(fā)出的光均為可見光C.從高能級向n=3能級躍遷時發(fā)出的光的頻率比可見光的高D.從n=3能級向n=2能級躍遷時發(fā)出的光為可見光(2)大量氫原子處于不同能量激發(fā)態(tài),發(fā)生躍遷時放出三種不同能量的光子,其能量值分別是：1.89eV,10.2eV,12.09eV。躍遷發(fā)生前這些原子分布在個激發(fā)態(tài)能級上,其中最高能級的能量值是eV(基態(tài)能量為-13.6eV)。9.實(shí)驗(yàn)室考查氫原子躍遷時的微觀效應(yīng)。已知?dú)湓幽芗増D如圖所示,氫原子質(zhì)量為mH=1.67×10-27kg。設(shè)原來處于靜止?fàn)顟B(tài)的大量激發(fā)態(tài)氫原子處于n=5的能級狀態(tài)。(1)求氫原子由高能級向低能級躍遷時,可能發(fā)射出多少種不同頻率的光;(2)若躍遷后光子沿某一方向飛出,且光子的動量可以用p=表示(h為普朗克常量,為光子頻率,c為真空中光速),求發(fā)生電子躍遷后氫原子的最大反沖速率。(保留三位有效數(shù)字)10.一個運(yùn)動的處于基態(tài)的氫原子與另一個靜止的處于基態(tài)的氫原子發(fā)生完全非彈性碰撞時,可使這兩個氫原子發(fā)生相同的能級躍遷,則運(yùn)動的氫原子碰撞前的最小動能是多少?已知?dú)湓拥碾婋x能E=13.6eV。答案解析1.【解析】選D。光譜中的亮線對應(yīng)不同頻率的光,“分立的不連續(xù)的亮線”對應(yīng)著不同頻率的光,B、C錯。氫原子在不同的能級之間躍遷時,輻射不同能量的光子,并且滿足E=h。能量不同,相應(yīng)光子頻率不同,體現(xiàn)在光譜上是一些不連續(xù)的亮線,A錯誤D正確。2.【解析】選B。根據(jù)玻爾理論,氫原子能級越高對應(yīng)的能量越大,當(dāng)氫原子從較高能級向較低能級躍遷時放出光子,能量減少。【加固訓(xùn)練】(2011·四川高考)氫原子從能級m躍遷到能級n時輻射紅光的頻率為1,從能級n躍遷到能級k時吸收紫光的頻率為2,已知普朗克常量為h,若氫原子從能級k躍遷到能級m,則()A.吸收光子的能量為h1+ h2B.輻射光子的能量為h1+ h2C.吸收光子的能量為h2-h1D.輻射光子的能量為h2-h1【解析】選D。氫原子從能級m躍遷到n時輻射紅光,說明能級m高于能級n,而從能級n躍遷到能級k時吸收紫光,說明能級k也高于能級n,由于紫光頻率2大于紅光頻率1,所以h2>h1,因此能級k要高于能級m,氫原子從能級k躍遷到m時應(yīng)當(dāng)向外輻射光子,光子的能量為E=h2-h1,故D正確。3.【解析】選B。大量氫原子發(fā)生躍遷時只有三條譜線,這說明氫原子受激發(fā)躍遷到n=3的激發(fā)態(tài),然后從n=3能級向低能級躍遷產(chǎn)生三個頻率的譜線,根據(jù)能量守恒有：h0=h3=h2+h1,解得：0=3=2+1,故選項B正確。4.【解題指南】解答本題時應(yīng)從以下三個方面入手：(1)最容易發(fā)生衍射現(xiàn)象的光,應(yīng)是波長最長的光;(2)波長最長的光對應(yīng)的頻率最小,能量最小;(3)能量最小的光應(yīng)是能級差最小的兩個能級躍遷時產(chǎn)生的?！窘馕觥窟xD。最容易發(fā)生衍射的應(yīng)是波長最長而頻率最小、能量最低的光波,h=Em-En,對應(yīng)躍遷中能級差最小的應(yīng)為n=4到n=3,故A、B錯。由可知處于n=4能級上的氫原子共可輻射出=6種不同頻率的光,故C錯。根據(jù)h=E2-E1及發(fā)生光電效應(yīng)的條件hW可知D正確。5.【解析】選A、C。只有n=1至n=3的能級差在光子的能量范圍內(nèi),選項A正確,B錯誤。吸收光子的能量后躍遷到n=3能級,可以產(chǎn)生3種光子,選項C正確,D錯誤。6.【解析】選C。根據(jù)E=h,=,可知=,能級差越大,波長越小,所以a的波長最小,b的波長最大,答案選C?！炯庸逃?xùn)練】(2011·大綱版全國卷)已知?dú)湓拥幕鶓B(tài)能量為E1,激發(fā)態(tài)能量En=,其中n=2,3,。用h表示普朗克常量,c表示真空中的光速。能使氫原子從第一激發(fā)態(tài)電離的光子的最大波長為()A.-B.-C.-D.-【解析】選C。從第一激發(fā)態(tài)到電離狀態(tài)吸收的能量E=0-=-,根據(jù)E=h=h,所以=-,因此正確答案為C。7.【解析】根據(jù)玻爾理論,電子離原子核越遠(yuǎn),原子所處的能級就越高,另外,處于n=4能級的原子向基態(tài)躍遷時,會產(chǎn)生=6種譜線。答案：近6【總結(jié)提升】能級躍遷的分析方法(1)如果氫原子處于高能級,對應(yīng)量子數(shù)為n,則有可能向量子數(shù)為(n-1)、(n-2)、(n-3)1諸能級躍遷,共可形成(n-1)條譜線,而躍遷至量子數(shù)為(n-1)的氫原子又可向(n-2)、(n-3)1諸能級躍遷,共可形成(n-2)條譜線。同理,還可以形成(n-3)、(n-4)1條譜線。(2)將以上分析結(jié)果歸納求和,則從量子數(shù)為n對應(yīng)的能級向低能級(n-1)、(n-2)1躍遷可形成的譜線總數(shù)目為(n-1)+(n-2)+(n-3)+1=,可表示為。8.【解析】(1)選A、D。由E=h=h知,光子能量越大時,光的頻率越高,波長越短。從高能級向n=1能級躍遷時光子能量為EE2-E1=10.2eV,A正確。從高能級向n=2的能級躍遷時發(fā)出的光子能量為E3-E2E-E2,即1.89eVE3.40eV,可見有一部分光處于紫外線區(qū)域,B錯誤。從高能級向n=3的能級躍遷時,光子能量最高E=-E3=1.51eV,比可見光光子能量小,C錯誤。從n=3能級向n=2能級躍遷時,光子能量E=E3-E2=1.89eV,D正確。(2)由于大量氫原子在處于不同能量激發(fā)態(tài)發(fā)生躍遷時放出三種不同能量的光子,可知?dú)湓铀幍淖罡吣芗壥莕=3,躍遷發(fā)生前這些原子分布在2個激發(fā)態(tài)能級上;其中最高能級的能量值是E3=-1.51eV。答案：(1)A、D(2)2-1.519.【解析】(1)可以有n=10種不同頻率的光輻射。(2)由題意知?dú)湓訌膎=5能級躍遷到n=1能級時,氫原子具有最大反沖速率。氫原子發(fā)生躍遷時輻射出的光子能量為E=E=|E5-E1|開始時,將原子(含核外電子)和即將輻射出去的光子作為一個系統(tǒng),由動量守恒定律可得：mHvH-p光=0光子的動量p光=,E=h氫原子速度為vH=,所以vH=4.17m/s答案：(1)10(2)4.17m/s10.【解析】要使運(yùn)動氫原子的速度最小,則必須使兩氫原子發(fā)生正碰且氫原子發(fā)生完全非彈性碰撞損失的動能將全部被基態(tài)氫原子所吸收,由玻爾理論知兩基態(tài)氫原子碰撞時損失的動能的最小值必為氫原子從n=1激發(fā)到n=2能級的能量差E=E2-E1=E,設(shè)碰前運(yùn)動的氫原子最小速度為v0,初動能為Ek,碰后兩氫原子速度為v,由動量守恒mv0=2mv,由能量守恒得：m-·2m·v2=2E,即Ek=2E得Ek=4E=40.8eV。答案：40.8eV【總結(jié)提升】原子躍遷的兩種類型(1)原子吸收光子的能量時,原子將由低能級態(tài)躍遷到高能級態(tài)。但只吸收能量為能級差的光子,原子發(fā)光時是由高能級態(tài)向低能級態(tài)躍遷,發(fā)出的光子能量仍為能級差。(2)實(shí)物粒子和原子作用而使原子激發(fā)或電離,是通過實(shí)物粒子和原子碰撞來實(shí)現(xiàn)的。在碰撞過程中,實(shí)物粒子的動能可以全部或部分地被原子吸收,所以只要入射粒子的動能大于或等于原子某兩個能級差值,就可以使原子受激發(fā)而躍遷到較高的能級;當(dāng)入射粒子的動能大于原子在某能級的能量值時,也可以使原子電離。