1、陕西府谷中学物理教研组资料练习第 1 页15.2 原子结构 氢原子光谱 习题一、选择题1卢瑟福 粒子散射实验的结果( )A证明了质子的存在B证明了原子核是由质子和中子组成的C证明了原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在一个很小的核里D证明了原子中的电子只能在某些轨道上运动2已知氢原子的能级图如图 1528 所示，现用光子能量介于 10 eV12.9 eV 范围内的光去照射一群处于基态的氢原子，则下列说法中正确的是( )A在照射光中可能被吸收的光子能量有无数种B在照射光中可能被吸收的光子能量只有 3 种C照射后可能观测到氢原子发射不同波长的光有 6 种 图1528D照射后可能观测到氢原子发射不同
2、波长的光有 3 种3图 1529 甲所示为氢原子的能级，图乙为氢原子的光谱已知谱线a 是氢原子从 n4 的能级跃迁到 n2 的能级时的辐射光，则谱线 b 是氢原子( )陕西府谷中学物理教研组资料练习第 2 页图 1529A从 n3 的能级跃迁到 n2 的能级时的辐射光B从 n5 的能级跃迁到 n2 的能级时的辐射光C从 n4 的能级跃迁到 n3 的能级时的辐射光D从 n2 的能级跃迁到 n1 的能级时的辐射光4氢原子能级的示意图如图 15210 所示，大量氢原子从 n4 的能级向 n2 的能级跃迁时辐射出可见光 a，从n3 的能级向 n2 的能级跃迁时辐射出可见光 b，则( )A氢原子从高能级
3、向低能级跃迁时可能会辐射出 射线B氢原子从 n4 的能级向 n3 的能级跃迁时会辐射出紫外线 图15210C在水中传播时， a 光较 b 光的速度小D氢原子在 n2 的能级时可吸收任意频率的光而发生电离5处于基态的氢原子在某单色光束照射下，只能发出频率为 1、 2、 3的三种光，且 1 2 3，则该照射光的光子能量为( )A h 1 B h 2C h 3 D h( 1 2 3)6处于激发态的原子，如果在入射光子的电磁场的影响下，从高能态向低能态跃迁，同时两个状态之间的能量差以光子的形式辐射出去，这种辐射叫做受激辐射原子发生受激辐射时，发出的光子的频率、发射方向等都跟入射光子完全一样，这样使光得
4、到加强，这就是激光产生的机理发生受激辐射时，产生激光的原子的总能量 En、电子的电势能 Ep、电子的动能 Ek的变化是( )A Ep增大、 Ek减小 B Ep减小、 Ek增大C Ep减小、 En减小 D Ep增大、 En增大二、非选择题7氢原子的能级如图 15211 所示，已知可见光的光子能量范围约为1.62 eV3.11 eV，则陕西府谷中学物理教研组资料练习第 3 页图 15211(1)若用任意频率的紫外线照射处于 n3 能级的氢原子，氢原子能否电离？(2)大量氢原子从高能级向 n 能级跃迁时，发出的光具有显著的热效应，则 n 至少等于多少？8氢原子第 n 能级的能量为 En ，其中 E1
5、是基态能量，而E1n2n1,2，若一氢原子发射能量为 E1的光子后处于比基态能量高出316 E1的激发态，则氢原子发射光子前、后分别处于第几能级？349氢原子光谱除了巴耳末系外，还有赖曼系、帕邢系等，其中帕邢系的公式为 R( )(n4,5,6，)， R1.1010 7 m1 .若已知帕邢系的氢1 132 1n2原子光谱在红外线区域，试求：(1)n6 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？ n6 时，传播频率为多大？10氢原子处于基态时，原子能量 E113.6 eV，已知电子电量e1.610 19 C，电子质量 m0.9110 30 kg，氢的核外电子的第一条可能轨道的半径
6、为 r10.5310 10 m.(1)若要使处于 n2 的氢原子电离，至少要用频率多大的电磁波照射氢原子？陕西府谷中学物理教研组资料练习第 4 页(2)氢原子核外电子的绕核运动可等效为一环形电流，则氢原子处于 n2的激发态时，核外电子运动的等效电流多大？(3)若已知钠的极限频率为 6.001014 Hz，今用一群处于 n4 的激发态的氢原子发射的光谱照射钠试通过计算说明有几条谱线可使钠发生光电效应？答案与解析1、解析：该题要考查的是 粒子散射实验对人类认识原子结构的贡献只要了解 粒子散射实验的结果及核式结构的建立过程，就不难得出正确答案 粒子散射实验发现了原子内存在一个集中了全部正电荷和几乎全
7、部质量的核，数年后卢瑟福发现核内有质子并预言核内存在中子答案：C2、解析：根据跃迁规律， h E2 E1和能级图可确定，A 错误，B 正确氢原子最高能跃迁到 n4 的能级，根据发光波长种类 NC 426 种，C 正确，D 错误答案：BC3、解析：从氢原子光谱图上可以看出谱线 a、 b 相邻且波长 b a，则谱线 b 光子的频率大于谱线 a 光子的频率，产生谱线 b 的能级差仅大于产生谱线 a 的能级差，所以 B 正确答案：B陕西府谷中学物理教研组资料练习第 5 页4、解析： 射线是原子核受激发而产生，故 A 项错误；从 n4 向 n3能级跃迁时辐射光子的能量小于从 n3 向 n2 能级跃迁时辐
8、射光子的能量，而紫外线的能量大于可见光，所以 B 项错误；由氢原子能级图知， a 光子的能量 Ea h a大于 b 光子的能量 Eb h b，故 a b，而光子频率越大，在介质中的折射率越大，折射率越大，在同种介质中传播时传播速度越小，C 项正确；氢原子在 n2 能级上需要吸收大于 E3.4 eV 的光子能量才可以发生电离，故 D 项错误答案：C5、解析：根据玻尔理论，当处于基态的氢原子受到某单色光照射时，氢原子应吸收一个光子的能量 h 从基态(能量为 E1)跃迁到某一定态(能量为En)如果处于该定态的氢原子向较低定态跃迁只能发出频率为 1、 2、 3的三种光，则该定态与基态之间只能隔一个定态
9、，由题意 1 2 3，因此在单色光束的照射下要使处于基态的氢原子跃迁到能量为 En的定态，照射光的光子能量应为 h 3.答案：C6、解析：产生激光的原子是从高能级向低能级跃迁的，所以原子的总能量 En减小，电子的电势能 Ep减小，而电子的动能 Ek增加答案：BC7、解析：(1)可见光能量范围为 1.62 eV3.11 eV，紫外线的光子能量一定大于 3.11 eV，而处于 n3 激发态的氢原子发生电离需要的能量大于等于 1.51 eV，所以任意频率的紫外线均可使 n3 激发态的氢原子电离(2)发出的光具有显著的热效应，其光子能量 E1.62 eV，由能级图可知，n3，即 n 至少等于 3.答案
10、：(1)能电离 (2)38、解析：设氢原子发射光子前、后分别处于第 l 与第 m 能级，则依题意有陕西府谷中学物理教研组资料练习第 6 页 E1E1l2 E1m2 316 E1 E1E1m2 34解得： m2， l4.答案：4 29、解析：(1)根据帕邢系公式 R( )，1 132 1n2当 n6 时，得 1.0910 6 m.(2)帕邢系形成的谱线在红外线区域，而红外线属于电磁波，在真空中以光速传播，故波速为光速 c310 8 m/s，由 c 得 Hz2.7510 14 Hz.c 31081.0910 6答案：(1)1.0910 6 m (2)310 8 m/s 2.7510 14 Hz10
11、、解析：(1)要使处于 n2 的氢原子电离，照射光光子的能量应能使电子从第 2 能级跃迁到无限远处，最小频率的电磁波的光子能量应为：h 0( )，得E14 8.2110 14 Hz，(2)氢原子核外电子绕核做匀速圆周运动，库仑力作为向心力，有 ke2r22 4 2mr2T2其中 r24 r1根据电流强度的定义 I eT由得 I e216 r1 kmr1陕西府谷中学物理教研组资料练习第 7 页将数据代入得 I1.310 4 A(3)由于钠的极限频率为 6.001014Hz，则使钠发生光电效应的光子的能量至少为E0 h eV2.486 eV.6.6310 346.0010141.610 19一群处于 n4 的激发态的氢原子发射的光子，要使钠发生光电效应，应使跃迁时两能级的差 E E0，所以在六条光谱线中有 E41、 E31、 E21、 E42四条谱线可使钠发生光电效应答案：(1)8.2110 14 Hz (2)1.310 4 A (3)4
