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课时38 原子结构 玻尔理论
考纲对本模块内容的具体要求如下：
知道卢瑟福的原子核式结构学说及粒子散射实验现象
知道玻尔理论的要点及氢原子光谱、氢原子能级结构、能级公式
会进行简单的原子跃迁方面的计算
物理观念：
1.知道原子的核式结构，通过对氢原子光谱的分析，了解原子的能级结构.
2.了解原子核的组成及核力的性质，了解半衰期及其统计意义.
3.认识原子核的结合能，了解核裂变及核聚变，能根据质量数、电荷数守恒写出核反应方程.
知识点一：原子的核式结构
1.粒子散射实验
（1）为什么用粒子的散射现象可以研究原子的结构：原子的结构非常紧密，一般的方
法无法探测它。粒子是从放射性物质（如铀和镭）中发射出来的高速运动的粒子，带
有两个单位的正电荷，质量为氢原子质量的4倍、电子质量的7300倍。
（2）实验装置：放射源、金箔、荧光屏、放大镜和转动圆盘组成。荧光屏、放大镜能围
绕金箔在圆周上转动，从而观察到穿过金箔偏转角度不同的粒子。
（3）实验现象：大部分粒子穿过金属箔沿直线运动；只有极少数粒子明显地受到排斥力作用而发生大角度散射。绝大多数α粒子穿过金箔后仍能沿原来方向前进，少数α粒子发生了较大的偏转，并且有极少数α粒子偏转角超过了90°，有的甚至被弹回，偏转角几乎达到180°。
（4）实验分析：①电子不可能使粒子大角度散射；
②汤姆孙原子结构与实验现象不符；
③少数粒子大角度偏转，甚至反弹，说明受到大质量大电量物质的作用。
④绝大多数粒子基本没有受到力的作用，说明原子中绝大部分是空的。
记住原子和原子核尺度：原子m，原子核m
2.原子的核式结构
卢瑟福对α粒子散射实验结果进行了分析，于1911年提出了原子的核式结构学说：在原子的中心有一个很小的核，叫做原子核，原子的全部正电荷和几乎所有的质量都集中在原子核里，带负电的电子在核外空间里绕着核旋转。原子核所带的单位正电荷数等于核外的电子数。
　　原子的半径大约是m，原子核的大小约为m～m。
知识点二：玻尔理论和能级跃迁
1.玻尔的三条假说
（1）轨道量子化：原子核外电子的可能轨道是某些分立的数值；
（2）能量状态量子化：原子只能处于与轨道量子化对应的不连续的能量状态中，在这些状态中，原子是稳定的，不辐射能量；
（3）跃迁假说：原子从一种定态向另一种定态跃迁时，吸收（或辐射）一定频率的光子，光子能量。
2.氢原子的能量和能级变迁
对氢原子而言，核外的一个电子绕核运行时，若半径不同，则对应着的原子能量也不同，若使原子电离，外界必须对原子做功，使电子摆脱它与原子核之间的库仑力的束缚，所以原子电离后的能量比原子其他状态的能量都高．我们把原子电离后的能量记为0，即选取电子离核处于无穷远处时氢原子的能量为零，则其他状态下的能量值就是负的．
原子各能级的关系为：
．
对于氢原子而言，基态能量：
，
其他各激发态的能量为：
，
，
（2）能级图．
氢原子的能级图如图所示．
3.原子光谱及应用
(1)光谱：用光栅或棱镜可以把各种颜色的光按波长展开，获得光的波长(频率)和强度分布的记录，即光谱．
(2)光谱分类
(3)氢原子光谱的实验规律：巴耳末系是氢原子光谱在可见光区的谱线，其波长公式＝R(－)(n＝3,4,5，…，R是里德伯常量，R＝1.10×107 m－1)．
(4)光谱分析：利用每种原子都有自己的特征谱线可以用来鉴别物质和确定物质的组成成分，且灵敏度很高．在发现和鉴别化学元素上有着重大的意义．
4.电子云
　　玻尔模型引入了量子化观点，但不完善。在量子力学中，核外电子并没有确定的轨道，玻尔的电子轨道，只不过是电子出现概率最大的地方。把电子的概率分布用图象表示时，用小黑点的稠密程度代表概率的大小，其结果如同电子在原子核周围形成云雾，称为“电子云”。
知识点三：原子核的衰变
1．原子核的衰变、半衰期
(1)原子核的衰变
①原子核放出α粒子或β粒子，变成另一种原子核的变化称为原子核的衰变．
②分类
α衰变：X→Y＋He
β衰变：X→Y＋e
当放射性物质连续发生衰变时，原子核中有的发生α衰变，有的发生β衰变，同时伴随着γ辐射．
③两个典型的衰变方程
α衰变：U→Th＋He
β衰变：Th→Pa＋e.
(2)半衰期
①定义：放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间．
②影响因素：放射性元素衰变的快慢是由核内部自身的因素决定的，跟原子所处的化学状态和外部条件没有关系．
(3)公式：N余＝N原·，m余＝m原·.
2．核力和核能
(1)原子核内部，核子间所特有的相互作用力．
(2)核子在结合成原子核时出现质量亏损Δm，其对应的能量ΔE＝Δmc2.
(3)原子核分解成核子时要吸收一定的能量，相应的质量增加Δm，吸收的能量为ΔE＝Δmc2.
考点一：玻尔理论和能级跃迁
例1.(2019·全国卷Ⅰ·14)氢原子能级示意图如图3所示．光子能量在1.63 eV～3.10 eV的光为可见光．要使处于基态(n＝1)的氢原子被激发后可辐射出可见光光子，最少应给氢原子提供的能量为(　　)
图3
A．12.09 eV B．10.20 eV C．1.89 eV D．1.51 eV
答案　A
解析　因为可见光光子的能量范围是1.63 eV～3.10 eV，所以处于基态的氢原子至少要被激发到n＝3能级，要给氢原子提供的能量最少为E＝(－1.51＋13.60) eV＝12.09 eV，故选项A正确．
变式训练：　(2021·河南郑州市第三次质量检测)如图所示为氢原子能级示意图，下列有关说法正确的是(　　)
A．处于基态的氢原子吸收10.5 eV的光子后能跃迁至n＝2能级
B．大量处于n＝4能级的氢原子向低能级跃迁时，最多可辐射出3种不同频率的光
C．若用从n＝3能级跃迁到n＝2能级辐射出的光，照射某金属时恰好发生光电效应，则用从n＝4能级跃迁到n＝3能级辐射出的光，照射该金属时一定能发生光电效应
D．用n＝4能级跃迁到n＝1能级辐射出的光，照射逸出功为6.34 eV的金属铂产生的光电子的最大初动能为6.41 eV
答案　D
解析　处于基态的氢原子吸收10.2 eV的光子后能跃迁至n＝2能级，不能吸收10.5 eV能量的光子，故A错误；大量处于n＝4能级的氢原子，最多可以辐射出C＝6种不同频率的光子，故B错误；从n＝3能级跃迁到n＝2能级辐射出的光子的能量大于从n＝4能级跃迁到n＝3能级辐射出的光子的能量，用从n＝3能级跃迁到n＝2能级辐射出的光，照射某金属时恰好发生光电效应，则用从n＝4能级跃迁到n＝3能级辐射出的光，照射该金属时一定不能发生光电效应，故C错误；处于n＝4能级的氢原子跃迁到n＝1能级辐射出的光子的能量为：E＝E4－E1＝－0.85 eV－(－13.6 eV)＝12.75 eV，根据光电效应方程，照射逸出功为6.34 eV的金属铂产生的光电子的最大初动能为：Ek＝E－W0＝12.75 eV－6.34 eV＝6.41 eV，故D正确．
考点二：原子核的衰变及半衰期
例2.(2020·河北唐山市一模)花岗岩、大理石等装修材料中都不同程度地含有放射性元素，下列有关放射性的说法正确的是(　　)
A.U衰变成Pb要经过8次β衰变和6次α衰变
B.氡的半衰期为3.8天，4个氡原子核经过7.6天后只剩下1个氡原子核
C.α射线与γ射线都是电磁波，α射线穿透本领远比γ射线弱
D.放射性元素发生β衰变时所释放的电子是原子核内的中子转化为质子时产生的
答案　D
解析　铀核(U)衰变成铅核(Pb)的过程中，设发生x次α衰变，y次β衰变，衰变方程为U→
Pb＋xHe＋ye，根据质量数守恒和电荷数守恒有238＝206＋4x,92＝82＋2x－y，解得x＝8，y＝6，即要经过8次α衰变和6次β衰变，故A错误；半衰期是对大量原子核的衰变的统计规律，对于少数原子核是不成立的，故B错误；α射线是氦核流，γ射线的实质是电磁波，γ射线的穿透本领比较强，故C错误；β衰变时，原子核中的一个中子转化为一个质子和一个电子，电子释放出来，故D正确.
变式训练：(2020·山东潍坊市模拟)Th具有放射性，发生一次β衰变成为新原子核X的同时放出能量.下列说法正确的是(　　)
A.Th核能放射出β粒子，说明其原子核内有β粒子
B.新核X的中子数为143
C.Th核的质量等于新核X与β粒子的质量之和
D.让Th同其他稳定元素结合成化合物，其半衰期将增大
答案　B
解析　由题意可知衰变方程为Th→X＋e.Th核能放出β粒子，是原子核内部一个中子转化成一个质子并放出一个电子，原子核内没有β粒子(电子)，故A错误；由衰变方程可知，新核X的中子数为234－91＝143个，故B正确；衰变前后质量数守恒，质量并不守恒，故C错误；同种元素无论是单质还是与其他元素形成化合物，其半衰期不变，D错误.
1.（2020 天津）在物理学发展的进程中，人们通过对某些重要物理实验的深入观察和研究，获得正确的理论认识。下列图示的实验中导致发现原子具有核式结构的是（　　）
A． B．
C． D．
2．（2021 北京）北京高能光源是我国首个第四代同步辐射光源，计划于2025年建成。同步辐射光具有光谱范围宽（从远红外到X光波段，波长范围约为10﹣5m～10﹣11m，对应能量范围约为10﹣1eV～105eV）、光源亮度高、偏振性好等诸多特点，在基础科学研究、应用科学和工艺学等领域已得到广泛应用。速度接近光速的电子在磁场中偏转时，会沿圆弧轨道切线发出电磁辐射，这个现象最初是在同步加速器上观察到的，称为“同步辐射”。以接近光速运动的单个电子能量约为109eV，回旋一圈辐射的总能量约为104eV。下列说法正确的是（　　）
A．同步辐射的机理与氢原子发光的机理一样
B．用同步辐射光照射氢原子，不能使氢原子电离
C．蛋白质分子的线度约为10﹣8m，不能用同步辐射光得到其衍射图样
D．尽管向外辐射能量，但电子回旋一圈后能量不会明显减小
3．（2020 北京）氢原子能级示意如图。现有大量氢原子处于n＝3能级上，下列说法正确的是（　　）
A．这些原子跃迁过程中最多可辐射出2种频率的光子
B．从n＝3能级跃迁到n＝1能级比跃迁到n＝2能级辐射的光子频率低
C．从n＝3能级跃迁到n＝4能级需吸收0.66eV的能量
D．n＝3能级的氢原子电离至少需要吸收13.6eV的能量
4．（2020 浙江）由玻尔原子模型求得氢原子能级如图所示，已知可见光的光子能量在1.62eV到3.11eV之间，则（　　）
A．氢原子从高能级向低能级跃迁时可能辐射出γ射线
B．氢原子从n＝3的能级向n＝2的能级跃迁时会辐射出红外线
C．处于n＝3能级的氢原子可以吸收任意频率的紫外线并发生电离
D．大量氢原子从n＝4能级向低能级跃迁时可辐射出2种频率的可见光
5．（2020 江苏）大量处于某激发态的氢原子辐射出多条谱线，其中最长和最短波长分别为λ1和λ2，则该激发态与基态的能量差为　　，波长为λ1的光子的动量为　　。（已知普朗克常量为h，光速为c）
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课时38 原子结构 玻尔理论
考纲对本模块内容的具体要求如下：
知道卢瑟福的原子核式结构学说及粒子散射实验现象
知道玻尔理论的要点及氢原子光谱、氢原子能级结构、能级公式
会进行简单的原子跃迁方面的计算
物理观念：
1.知道原子的核式结构，通过对氢原子光谱的分析，了解原子的能级结构.
2.了解原子核的组成及核力的性质，了解半衰期及其统计意义.
3.认识原子核的结合能，了解核裂变及核聚变，能根据质量数、电荷数守恒写出核反应方程.
知识点一：原子的核式结构
1.粒子散射实验
（1）为什么用粒子的散射现象可以研究原子的结构：原子的结构非常紧密，一般的方
法无法探测它。粒子是从放射性物质（如铀和镭）中发射出来的高速运动的粒子，带
有两个单位的正电荷，质量为氢原子质量的4倍、电子质量的7300倍。
（2）实验装置：放射源、金箔、荧光屏、放大镜和转动圆盘组成。荧光屏、放大镜能围
绕金箔在圆周上转动，从而观察到穿过金箔偏转角度不同的粒子。
（3）实验现象：大部分粒子穿过金属箔沿直线运动；只有极少数粒子明显地受到排斥力作用而发生大角度散射。绝大多数α粒子穿过金箔后仍能沿原来方向前进，少数α粒子发生了较大的偏转，并且有极少数α粒子偏转角超过了90°，有的甚至被弹回，偏转角几乎达到180°。
（4）实验分析：①电子不可能使粒子大角度散射；
②汤姆孙原子结构与实验现象不符；
③少数粒子大角度偏转，甚至反弹，说明受到大质量大电量物质的作用。
④绝大多数粒子基本没有受到力的作用，说明原子中绝大部分是空的。
记住原子和原子核尺度：原子m，原子核m
2.原子的核式结构
卢瑟福对α粒子散射实验结果进行了分析，于1911年提出了原子的核式结构学说：在原子的中心有一个很小的核，叫做原子核，原子的全部正电荷和几乎所有的质量都集中在原子核里，带负电的电子在核外空间里绕着核旋转。原子核所带的单位正电荷数等于核外的电子数。
　　原子的半径大约是m，原子核的大小约为m～m。
知识点二：玻尔理论和能级跃迁
1.玻尔的三条假说
（1）轨道量子化：原子核外电子的可能轨道是某些分立的数值；
（2）能量状态量子化：原子只能处于与轨道量子化对应的不连续的能量状态中，在这些状态中，原子是稳定的，不辐射能量；
（3）跃迁假说：原子从一种定态向另一种定态跃迁时，吸收（或辐射）一定频率的光子，光子能量。
2.氢原子的能量和能级变迁
对氢原子而言，核外的一个电子绕核运行时，若半径不同，则对应着的原子能量也不同，若使原子电离，外界必须对原子做功，使电子摆脱它与原子核之间的库仑力的束缚，所以原子电离后的能量比原子其他状态的能量都高．我们把原子电离后的能量记为0，即选取电子离核处于无穷远处时氢原子的能量为零，则其他状态下的能量值就是负的．
原子各能级的关系为：
．
对于氢原子而言，基态能量：
，
其他各激发态的能量为：
，
，
（2）能级图．
氢原子的能级图如图所示．
3.原子光谱及应用
(1)光谱：用光栅或棱镜可以把各种颜色的光按波长展开，获得光的波长(频率)和强度分布的记录，即光谱．
(2)光谱分类
(3)氢原子光谱的实验规律：巴耳末系是氢原子光谱在可见光区的谱线，其波长公式＝R(－)(n＝3,4,5，…，R是里德伯常量，R＝1.10×107 m－1)．
(4)光谱分析：利用每种原子都有自己的特征谱线可以用来鉴别物质和确定物质的组成成分，且灵敏度很高．在发现和鉴别化学元素上有着重大的意义．
4.电子云
　　玻尔模型引入了量子化观点，但不完善。在量子力学中，核外电子并没有确定的轨道，玻尔的电子轨道，只不过是电子出现概率最大的地方。把电子的概率分布用图象表示时，用小黑点的稠密程度代表概率的大小，其结果如同电子在原子核周围形成云雾，称为“电子云”。
知识点三：原子核的衰变
1．原子核的衰变、半衰期
(1)原子核的衰变
①原子核放出α粒子或β粒子，变成另一种原子核的变化称为原子核的衰变．
②分类
α衰变：X→Y＋He
β衰变：X→Y＋e
当放射性物质连续发生衰变时，原子核中有的发生α衰变，有的发生β衰变，同时伴随着γ辐射．
③两个典型的衰变方程
α衰变：U→Th＋He
β衰变：Th→Pa＋e.
(2)半衰期
①定义：放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间．
②影响因素：放射性元素衰变的快慢是由核内部自身的因素决定的，跟原子所处的化学状态和外部条件没有关系．
(3)公式：N余＝N原·，m余＝m原·.
2．核力和核能
(1)原子核内部，核子间所特有的相互作用力．
(2)核子在结合成原子核时出现质量亏损Δm，其对应的能量ΔE＝Δmc2.
(3)原子核分解成核子时要吸收一定的能量，相应的质量增加Δm，吸收的能量为ΔE＝Δmc2.
考点一：玻尔理论和能级跃迁
例1.(2019·全国卷Ⅰ·14)氢原子能级示意图如图3所示．光子能量在1.63 eV～3.10 eV的光为可见光．要使处于基态(n＝1)的氢原子被激发后可辐射出可见光光子，最少应给氢原子提供的能量为(　　)
图3
A．12.09 eV B．10.20 eV C．1.89 eV D．1.51 eV
答案　A
解析　因为可见光光子的能量范围是1.63 eV～3.10 eV，所以处于基态的氢原子至少要被激发到n＝3能级，要给氢原子提供的能量最少为E＝(－1.51＋13.60) eV＝12.09 eV，故选项A正确．
变式训练：　(2021·河南郑州市第三次质量检测)如图所示为氢原子能级示意图，下列有关说法正确的是(　　)
A．处于基态的氢原子吸收10.5 eV的光子后能跃迁至n＝2能级
B．大量处于n＝4能级的氢原子向低能级跃迁时，最多可辐射出3种不同频率的光
C．若用从n＝3能级跃迁到n＝2能级辐射出的光，照射某金属时恰好发生光电效应，则用从n＝4能级跃迁到n＝3能级辐射出的光，照射该金属时一定能发生光电效应
D．用n＝4能级跃迁到n＝1能级辐射出的光，照射逸出功为6.34 eV的金属铂产生的光电子的最大初动能为6.41 eV
答案　D
解析　处于基态的氢原子吸收10.2 eV的光子后能跃迁至n＝2能级，不能吸收10.5 eV能量的光子，故A错误；大量处于n＝4能级的氢原子，最多可以辐射出C＝6种不同频率的光子，故B错误；从n＝3能级跃迁到n＝2能级辐射出的光子的能量大于从n＝4能级跃迁到n＝3能级辐射出的光子的能量，用从n＝3能级跃迁到n＝2能级辐射出的光，照射某金属时恰好发生光电效应，则用从n＝4能级跃迁到n＝3能级辐射出的光，照射该金属时一定不能发生光电效应，故C错误；处于n＝4能级的氢原子跃迁到n＝1能级辐射出的光子的能量为：E＝E4－E1＝－0.85 eV－(－13.6 eV)＝12.75 eV，根据光电效应方程，照射逸出功为6.34 eV的金属铂产生的光电子的最大初动能为：Ek＝E－W0＝12.75 eV－6.34 eV＝6.41 eV，故D正确．
考点二：原子核的衰变及半衰期
例2.(2020·河北唐山市一模)花岗岩、大理石等装修材料中都不同程度地含有放射性元素，下列有关放射性的说法正确的是(　　)
A.U衰变成Pb要经过8次β衰变和6次α衰变
B.氡的半衰期为3.8天，4个氡原子核经过7.6天后只剩下1个氡原子核
C.α射线与γ射线都是电磁波，α射线穿透本领远比γ射线弱
D.放射性元素发生β衰变时所释放的电子是原子核内的中子转化为质子时产生的
答案　D
解析　铀核(U)衰变成铅核(Pb)的过程中，设发生x次α衰变，y次β衰变，衰变方程为U→
Pb＋xHe＋ye，根据质量数守恒和电荷数守恒有238＝206＋4x,92＝82＋2x－y，解得x＝8，y＝6，即要经过8次α衰变和6次β衰变，故A错误；半衰期是对大量原子核的衰变的统计规律，对于少数原子核是不成立的，故B错误；α射线是氦核流，γ射线的实质是电磁波，γ射线的穿透本领比较强，故C错误；β衰变时，原子核中的一个中子转化为一个质子和一个电子，电子释放出来，故D正确.
变式训练：(2020·山东潍坊市模拟)Th具有放射性，发生一次β衰变成为新原子核X的同时放出能量.下列说法正确的是(　　)
A.Th核能放射出β粒子，说明其原子核内有β粒子
B.新核X的中子数为143
C.Th核的质量等于新核X与β粒子的质量之和
D.让Th同其他稳定元素结合成化合物，其半衰期将增大
答案　B
解析　由题意可知衰变方程为Th→X＋e.Th核能放出β粒子，是原子核内部一个中子转化成一个质子并放出一个电子，原子核内没有β粒子(电子)，故A错误；由衰变方程可知，新核X的中子数为234－91＝143个，故B正确；衰变前后质量数守恒，质量并不守恒，故C错误；同种元素无论是单质还是与其他元素形成化合物，其半衰期不变，D错误.
1.（2020 天津）在物理学发展的进程中，人们通过对某些重要物理实验的深入观察和研究，获得正确的理论认识。下列图示的实验中导致发现原子具有核式结构的是（　　）
A． B．
C． D．
【解答】解：A、此实验为双缝干涉实验，和原子核式结构无关，故A错误。
B、此实验为光电效应实验，和原子核式结构无关，故B错误。
C、此实验为电磁波的发射和接收实验，和原子核式结构无关，故C错误。
D、此实验为α散射实验，卢瑟福通过这个实验提出了原子的核式结构模型，故D正确。
故选：D。
2．（2021 北京）北京高能光源是我国首个第四代同步辐射光源，计划于2025年建成。同步辐射光具有光谱范围宽（从远红外到X光波段，波长范围约为10﹣5m～10﹣11m，对应能量范围约为10﹣1eV～105eV）、光源亮度高、偏振性好等诸多特点，在基础科学研究、应用科学和工艺学等领域已得到广泛应用。速度接近光速的电子在磁场中偏转时，会沿圆弧轨道切线发出电磁辐射，这个现象最初是在同步加速器上观察到的，称为“同步辐射”。以接近光速运动的单个电子能量约为109eV，回旋一圈辐射的总能量约为104eV。下列说法正确的是（　　）
A．同步辐射的机理与氢原子发光的机理一样
B．用同步辐射光照射氢原子，不能使氢原子电离
C．蛋白质分子的线度约为10﹣8m，不能用同步辐射光得到其衍射图样
D．尽管向外辐射能量，但电子回旋一圈后能量不会明显减小
【解答】解：A、速度接近光速的电子在磁场中偏转时，会沿圆弧轨道切线发出电磁辐射，这是“同步辐射”。处于激发态的原子是不稳定的，会自发地向能量较低的能级跃迁，放出光子，这是原子发光的机理，二者发光的机理不同，故A错误；
B、使基态的氢原子电离需要的能量是13.6eV，单个电子回旋一圈辐射的总能量约为104eV＞13.6eV，所以用同步辐射光照射氢原子，能使氢原子电离，故B错误；
C、同步辐射光具有光谱范围宽（从远红外到X光波段，波长范围约为10﹣5m～10﹣11m，蛋白质分子的线度约为10﹣8m，可以用同步辐射光得到其衍射图样，故C错误；
D、回旋一圈辐射的总能量约为104eV，占单个电子能量的十万分之一，所以电子回旋一圈后能量不会明显减小，故D正确。
故选：D。
3．（2020 北京）氢原子能级示意如图。现有大量氢原子处于n＝3能级上，下列说法正确的是（　　）
A．这些原子跃迁过程中最多可辐射出2种频率的光子
B．从n＝3能级跃迁到n＝1能级比跃迁到n＝2能级辐射的光子频率低
C．从n＝3能级跃迁到n＝4能级需吸收0.66eV的能量
D．n＝3能级的氢原子电离至少需要吸收13.6eV的能量
【解答】解：A．大量氢原子处于n＝3能级跃迁到n＝1最多可辐射出C＝3种不同频率的光子，故A错误；
B．根据能级图可知从n＝3能级跃迁到n＝1能级辐射的光子能量为：hv1＝13.6eV﹣1.51eV＝12.09eV
从n＝3能级跃迁到n＝2能级辐射的光子能量为：hv2＝3.4eV﹣1.51eV＝1.89eV
比较可知从n＝3能级跃迁到n＝1能级比跃迁到n＝2能级辐射的光子频率高，故B错误；
C．根据能级图可知从n＝3能级跃迁到n＝4能级，需要吸收的能量为：E＝1.51eV﹣0.85eV＝0.66eV，故C正确；
D．根据能级图可知氢原子处于n＝3能级的能量为﹣1.51eV，故要使其电离至少需要吸收1.51eV的能量，故D错误。
故选：C。
4．（2020 浙江）由玻尔原子模型求得氢原子能级如图所示，已知可见光的光子能量在1.62eV到3.11eV之间，则（　　）
A．氢原子从高能级向低能级跃迁时可能辐射出γ射线
B．氢原子从n＝3的能级向n＝2的能级跃迁时会辐射出红外线
C．处于n＝3能级的氢原子可以吸收任意频率的紫外线并发生电离
D．大量氢原子从n＝4能级向低能级跃迁时可辐射出2种频率的可见光
【解答】解：A．γ射线为重核衰变或裂变时才会放出，氢原子跃迁无法辐射γ射线，故A错误；
B．氢原子从n＝3的能级向n＝2的能级辐射光子的能量：E＝﹣1.51eV﹣（﹣3.40eV）＝1.89eV，在可见光范围之内，故B错误；
C．氢原子在n＝3能级吸收大于1.51eV的光子能量就可以电离，紫外线为非可见光，故紫外线最小能量大于3.11eV，可以使处于n＝3能级的氢原子电离，多余能量转化为电子动能，故C正确；
D．氢原子从n＝4能级跃迁至n＝2能级辐射光子的能量：E′＝﹣0.85eV﹣（﹣3.40eV）＝2.55eV，在可见光范围之内；同理，从n＝3的能级向n＝2的能级辐射光子的能量也在可见光范围之内，所以大量氢原子从n＝4能级向低能级跃迁时可辐射出2种频率的可见光，故D正确。
故选：CD。
5．（2020 江苏）大量处于某激发态的氢原子辐射出多条谱线，其中最长和最短波长分别为λ1和λ2，则该激发态与基态的能量差为　　，波长为λ1的光子的动量为　　。（已知普朗克常量为h，光速为c）
【解答】解：（1）由波长和频率关系v＝知，波长越短，对应的频率越大，辐射出去的光子能量越大，该激发态与基态的能量差最大，最大值为：E＝hv2＝；
（2）由光子的能量为E＝hv及质能方程E＝mc2，可得光子的动量为：
p＝mc＝＝
因为频率v＝
故光子的动量可以写为：p＝
所以波长为λ1的光子的动量为：p1＝
故答案为：（1）；（2）。
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