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第1节　原子的结构
(分值：100分)
选择题1～10题，每小题8分，共80分；第11～12题，每小题10分，共20分，合计100分。
对点题组练
题组一　原子核式结构的提出
1.人们在研究原子结构时提出过许多模型，其中比较有名的是枣糕模型和核式结构模型，它们的模型示意图如图所示。下列说法正确的是(　　)
α粒子散射实验与枣糕模型和核式结构模型的建立无关
科学家通过α粒子散射实验否定了枣糕模型，建立了核式结构模型
科学家通过α粒子散射实验否定了核式结构模型，建立了枣糕模型
科学家通过α粒子散射实验否定了枣糕模型和核式结构模型
2.(多选)如图是卢瑟福的α粒子散射实验装置示意图，在一个小铅盒里放有少量的放射性元素钋，它发出的α粒子从铅盒的小孔射出，形成很细的一束射线，射到金箔上，最后打在荧光屏上产生闪烁的光点。下列说法正确的是(　　)
该实验是卢瑟福建立原子核式结构模型的重要依据
该实验证实了汤姆孙原子模型的正确性
α粒子与原子中的电子碰撞会发生大角度偏转
只有少数的α粒子发生大角度偏转
3.(粤教版教材P107练习2改编)在卢瑟福α粒子散射实验中，有少数α粒子发生大角度偏转，其原因是(　　)
原子中存在着带负电的电子
正电荷在原子中是均匀分布的
原子的正电荷和绝大部分质量集中在一个很小的核上
原子中的质量均匀分布在整个原子范围内
4.(多选)当α粒子(He)最接近金原子时，α粒子(　　)
动能最小
电势能最大
α粒子与金原子组成的系统的能量最小
所受金原子的斥力最小
题组二　氢原子光谱和原子的能级结构
5.根据玻尔的原子结构模型，原子中电子绕核运转的轨道半径(　　)
可以取任意值
可以在某一范围内取任意值
可以取不连续的任意值
是一些不连续的特定值
6.(多选)下列说法正确的是(　　)
原子从基态跃迁到激发态要放出光子，放出光子的能量等于原子在始、末两个能级的能量差
原子不能从低能级向高能级跃迁
原子吸收光子后从低能级跃迁到高能级，电子的电势能增加
原子无论是吸收光子还是放出光子，吸收的光子或放出的光子的能量恒等于始、末两个能级的能量差
7.图中画出了氢原子的4个能级，并注明了相应的能量E。处于n＝4能级的一群氢原子向低能级跃迁时，能够发出若干种不同频率的光子。其中光子能量的最大值和最小值分别是(　　)
13.6 eV和0.85 eV
10.2 eV和1.89 eV
12.75 eV和0.66 eV
12.75 eV和2.55 eV
8.(多选)如图所示为氢原子的能级分布图，已知可见光光子的能量在1.62 eV～3.11 eV范围内，由图可知(　　)
基态氢原子吸收能量为10.3 eV的光子能从n＝1能级跃迁到n＝2能级
基态氢原子的电离能为13.6 eV
一群处于n＝5能级的氢原子向低能级跃迁时，可辐射6种不同频率的光子
氢原子从n＝3能级跃迁到n＝2能级，辐射的光子是可见光
综合提升练
9.卢瑟福通过α粒子散射实验得出了原子核式结构模型，实验装置如图所示，带电粒子打到光屏上就会产生光斑，为验证α粒子散射实验结论，现在1、2、3、4四处放置带有荧光屏的显微镜，则这四处位置一段时间内统计的闪烁次数符合实验事实的是(　　)
1 605、35、11、1
1 242、1 305、723、203
2、10、655、1 205
1 232、1 110、233、203
10.(2024·广东东莞高二期末)灯会是中国一种古老的民俗文化，已传承千年。现代灯会普遍用霓虹灯，霓虹灯发光原理是不同气体，原子从高能级向低能级跃迁时发出能量各异的光子而呈现五颜六色，如图所示为氢原子能级图，氢原子处于n＝4能级上，可见光的光子能量范围为1.62 eV～3.11 eV，则下列说法正确的是(　　)
一个处于n＝4能级上的氢原子向低能级跃迁时，最多产生6种谱线
氢原子从n＝4能级向n＝2能级跃过程中发出的光为可见光
氢原子从n＝4能级向n＝1能级跃迁过程中发出光的波长最长
氢原子从n＝2能级向n＝1能级跃迁过程中发出的光不能使逸出功为4.54 eV的金属钨发生光电效应
11.(2023·辽宁卷，6)原子处于磁场中，某些能级会发生劈裂，某种原子能级劈裂前后的部分能级图如图所示，相应能级跃迁放出的光子分别设为①②③④。若用①照射某金属表面时能发生光电效应，且逸出光电子的最大初动能为Ek，则(　　)
①和③的能量相等
②的频率大于④的频率
用②照射该金属一定能发生光电效应
用④照射该金属逸出光电子的最大初动能小于Ek
培优加强练
12.氢原子的能级图如图所示，下列说法正确的是(　　)
一个处于n＝2能级的氢原子，可以吸收一个能量为2 eV的光子
大量处于n＝5能级的氢原子，跃迁到基态的过程中可以释放出12种不同频率的光子
氢原子从高能级向低能级跃迁的过程中释放的光子的能量不可能大于13.6 eV
用能量为10 eV和4 eV的两种光子同时持续照射大量处于基态的氢原子，有可能使个别氢原子电离
第1节　原子的结构
1.B　[α粒子散射实验与核式结构模型的建立有关，通过该实验，否定了枣糕模型，建立了核式结构模型，选项B正确。]
2.AD　[α粒子散射实验的现象是：绝大多数α粒子几乎不发生偏转；少数α粒子发生了较大的角度偏转；极少数α粒子发生了大角度偏转(偏转角度超过90°，有的甚至几乎达到180°，被反弹回来)，是卢瑟福建立原子核式结构模型的重要依据，A、D正确；通过α粒子散射实验，卢瑟福提出了原子核式结构模型的假设，从而否定了汤姆孙原子模型的正确性，B错误；发生α粒子偏转现象，主要是由于α粒子和原子核间库仑斥力发生作用的结果，C错误。]
3.C　[原子中存在着带负电的电子，是汤姆孙发现的，与α粒子发生大角度偏转无关，故A错误；正电荷在原子中不是均匀分布的，与α粒子发生大角度偏转有关，故B错误；α粒子和电子之间有相互作用力，它们接近时就有库仑引力作用，但由于电子的质量只有α粒子质量的约七千分之一，α粒子与电子碰撞就像一颗子弹与一粒灰尘碰撞一样，α粒子质量大，其运动方向几乎不改变。α粒子散射实验中，有少数α粒子发生大角度偏转说明三点：一是原子内有一质量很大的粒子存在；二是这一粒子带有较大的正电荷；三是这一粒子的体积很小，故C正确，D错误。]
4.AB　[α粒子和金原子都带正电，库仑力表现为斥力，二者距离减小时，库仑力做负功，动能减小，电势能增大，最接近金原子时，动能最小，电势能最大，故A、B正确；α粒子与金原子组成的系统能量守恒，故C错误；根据库仑力计算公式F＝k，当两个点电荷距离减小时，库仑力增大，则当α粒子(He)最接近金原子时，所受金原子的斥力最大，故D错误。]
5.D　[根据玻尔的原子结构理论可知，原子中电子围绕原子核运动的轨道是分立的，特定的，故只有选项D正确。]]
6.CD　[原子从基态跃迁到激发态要吸收光子，吸收的光子的能量等于原子在始、末两个能级的能量差，故A错误；原子吸收光子可从低能级跃迁到高能级，该过程电子动能变小，电子的电势能增加，故B错误，C正确；根据玻尔理论可知，原子无论是吸收光子还是放出光子，吸收的光子或放出的光子的能量恒等于始、末两个能级的能量差，故D正确。]
7.C　[一群处在n＝4能级的氢原子向低能级跃迁时，能够发出C＝6种不同频率的光子，其中从n＝4能级跃迁到n＝1能级释放出的光子的能量值最大，为Emax＝E4－E1＝－0.85 eV＋13.6 eV＝12.75 eV，从n＝4能级跃迁到n＝3能级释放出的光子的能量值最小，为Emin＝E4－E3＝－0.85 eV＋1.51 eV＝0.66 eV。故A、B、D错误，C正确。]
8.BD　[根据玻尔理论可知，氢原子能级跃迁时，吸收的光子能量必须严格等于始末两个能级的能量差，故A错误；基态氢原子电离时的电离能为13.6 eV，故B正确；一群处于n＝5能级的氢原子向低能级跃迁时，可辐射C＝10种不同频率的光子，故C错误；氢原子从n＝3能级跃迁到n＝2能级，辐射的光子的能量为E＝－1.51 eV－(－3.4 eV)＝1.89 eV，能量在可见光范围内，故D正确。]
9.A　[α粒子散射实验现象是绝大多数粒子直接穿过，少数发生大角度偏转，极少数甚至原路返回，故A正确，B、C、D错误。]
10.B　[一个处于n＝4能级上的氢原子向低能级跃迁时，最多产生的谱线为n－1＝3种，选项A错误；从n＝4能级跃迁到n＝2能级，两能级的能量差为2.55 eV，则辐射出光子的能量为2.55 eV，可见光的光子能量范围为1.62 eV～3.11 eV，则该光属于可见光，选项B正确；氢原子从n＝4能级向n＝1能级跃迁过程中能级差最大，发出光的频率最大，波长最短，选项C错误；氢原子从n＝2能级向n＝1能级跃迁过程中发出的光子的能量为10.2 eV，大于金属钨的逸出功为4.54 eV，所以会发生光电效应，选项D错误。]
11.A　[由题图可知跃迁时放出的光子①和③均由同一高能级跃迁到同一低能级，又释放的能量等于两能级的能量差，所以①和③的能量相等，A正确；由题图可知②的能量比④的能量小，则由公式E＝hν可知②的频率小于④的频率，B错误；用①照射某金属表面时能发生光电效应现象，但由于②的能量小于①，所以用②照射该金属时不一定能发生光电效应，C错误；用①照射某金属时逸出光电子的最大初动能为Ek，由于④的能量大于①，则由Ek＝hν－W0可知，用④照射该金属逸出光电子的最大初动能一定大于Ek，D错误。]
12.C　[一个处于n＝2能级的氢原子，吸收一个能量为2 eV的光子后能量为－1.4 eV，无此能级，A错误；大量处于n＝5能级的氢原子，跃迁到基态的过程中可以释放出C＝10种不同频率的光子，B错误；氢原子从高能级向低能级跃迁的过程中释放的光子的能量不可能大于13.6 eV，因为最高能级为0，最低能级为－13.6 eV，C正确；用能量为10 eV和4 eV的两种光子同时持续照射大量处于基态的氢原子，因为这两种光子基态氢原子都不吸收，不可能使个别氢原子电离，D错误。]第1节　原子的结构
学习目标　1.了解α粒子散射实验现象以及卢瑟福原子核式结构模型的主要内容。2.知道玻尔原子理论的基本假设的主要内容。了解能级跃迁、轨道和能量量子化以及基态、激发态等概念。
知识点一　原子核式结构的提出
（1）汤姆孙发现电子之后，人们立刻进行建立各种原子模型的尝试，你都知道有哪些典型的模型呢？
（2）在探究原子内部结构的过程中，卢瑟福说：“我知道了，原子到底是什么样的……可以将它想象成一个小的太阳系。”你是怎么样理解这段话的？
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1.电子的发现：　　　　　　在气体电离和光电效应实验现象中发现了电子。
2.汤姆孙的原子结构模型：原子是一个球体，正电荷　　　　地分布在其中，质量很小的电子镶嵌其中，被形象称为“枣糕模型”或“葡萄干布丁模型”。
3.α粒子散射实验
（1）英国物理学家　　　　指导他的助手进行了α粒子散射实验。
（2）如图所示，α粒子散射实验装置由α粒子源、　　　　、显微镜等几部分组成，实验时从α粒子源到荧光屏这段路程应处于　　　　中。
（3）实验现象：　　　　α粒子穿过金箔后仍沿原来的方向前进，但少数α粒子发生了较大的偏转，并且有　　　　α粒子的偏转超过了90°，有的甚至达到了180°。
（4）现象分析
①由于α粒子的质量远大于电子的质量，原子中的电子　　　　使α粒子发生大角度的偏转。
②少数α粒子发生了大角度偏转，甚至反弹回来，表明这些α粒子一定是受到原子内部正电荷产生的极强的　　　　作用，运动方向才会发生如此大的改变。
③绝大多数α粒子在穿过厚厚的金原子层时运动方向没有明显变化，说明原子中绝大部分是空的，原子的正电荷和几乎全部质量都集中在体积很小的核内。
（5）实验意义：卢瑟福通过α粒子散射实验，否定了汤姆孙的原子结构模型，建立了　　　　模型。
4.核式结构模型：原子的中心有一个带正电的很小的原子核，它几乎集中了原子的全部质量，而电子则在核外空间绕原子核旋转。
5.原子的大小：原子半径的数量级大约是　　　　 m，而原子核半径的数量级为10－15～10－14 m，仅相当于原子半径的万分之一。
【思考】 如图所示为1909年英国物理学家卢瑟福指导他的助手进行α粒子散射实验的实验装置，回答以下问题：
（1）什么是α粒子？
（2）实验装置中各部件的作用是什么？
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例1 1909－1911年，物理学家卢瑟福指导他的助手用α粒子轰击金箔，研究α粒子被散射的情况。关于α粒子散射实验，下列说法正确的是（　　）
A.在α粒子散射实验中，绝大多数α粒子发生了较大角度的偏转
B.α粒子大角度散射是由于它跟电子发生了碰撞
C.α粒子散射实验说明原子中带正电部分的体积很小，但几乎占有原子的全部质量
D.通过α粒子散射实验还可以估计原子核半径的数量级是10－10 m
听课笔记____________________________________________________________
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例2 （多选）卢瑟福提出的原子核式结构学说包括下列哪些内容（　　）
A.原子的中心有一个很小的核
B.原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核里
C.原子的正电荷均匀分布在它的全部体积上
D.带负电的电子在核外空间绕原子核旋转
听课笔记____________________________________________________________
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训练1 （粤教版教材P107练习2改编）根据α粒子散射实验，卢瑟福提出了原子的核式结构模型。如图所示为原子核式结构模型的α粒子散射图景，图中实线表示α粒子运动轨迹。下列说法正确的是（　　）
A.卢瑟福在α粒子散射实验中发现了电子
B.α粒子出现较大角度偏转的原因是α粒子接近原子核时受到的库仑斥力较小
C.α粒子出现较大角度偏转的过程中电势能先变小后变大
D.α粒子出现较大角度偏转的过程中加速度先变大后变小
知识点二　氢原子光谱和原子的能级结构
如图所示为氢原子的光谱。
仔细观察，氢原子光谱具有什么特点？
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1.氢原子光谱
（1）原子光谱：某种原子的气体通电后可以发光并产生固定不变的　　　　。
（2）实验得到的氢原子光谱是　　　　的。
2.原子的能级结构
（1）轨道量子化
①电子绕原子核运动的轨道半径是　　　　的，电子只能在某些　　　　的轨道上运动。
②氢原子的电子轨道最小半径为r1＝0.053 nm，其余轨道半径满足rn＝n2r1，式中n称为量子数，对应不同的轨道，只能取正整数。
（2）能级：当电子在不同的轨道上运动时，原子处于不同的状态，具有不同的能量。这些分立的　　　　被称为原子的能级。
（3）跃迁：原子从一个能级变化到　　　　能级的过程叫作跃迁。
（4）基态：氢原子处于　　　　的能级E1（n＝1），这个最低能级对应的状态称为基态。选取电子处于无穷远处时氢原子的能量为零，氢原子在基态时的能量为　　　　 eV。
（5）激发态：当电子受到外界激发时，可从外界　　　　能量，并从基态跃迁到　　　　的能级E2，E3，…上，这些能级对应的状态称为激发态。氢原子各能级的关系为：En＝E1[E1＝－13.6 eV，（n＝1，2，3，…）]。
3.能级跃迁
（1）处于激发态的原子是不稳定的，它会自发地向较低能级跃迁，跃迁时释放出来的能量以光子形式向外辐射，辐射出的光子的能量等于两能级间的能量差，即hν＝　　　　；反之原子吸收特定频率的光子获得能量时，便可从低能级向高能级跃迁，同样遵循上述规律。
（2）原子还可吸收外来实物粒子（例如自由电子）的能量而被激发，由于实物粒子的动能可全部或部分地被原子吸收，所以当入射粒子的能量大于或等于两能级的能量差值，也可使原子发生能级跃迁。
（3）氢原子能级跃迁的可能情况
①大量处于n能级的氢原子向低能级跃迁时，最多可辐射C种频率的光。
②一个处于n能级的氢原子向低能级跃迁时，最多辐射（n－1）种频率的光。
（4）电离
①定义：指电子获得能量后脱离原子核的束缚成为自由电子的现象。
②电离能：是氢原子从某一状态跃迁到n＝∞时所需吸收的能量，其数值等于氢原子处于各定态时的能级值的绝对值。如基态氢原子的电离能是13.6 eV，氢原子处于n＝2激发态时的电离能为3.4 eV。氢原子吸收光子发生电离时，光子的能量大于或等于氢原子的电离能就可以。
【思考】 （1）在玻尔原子模型中哪些方面用到了量子假设？哪些方面量子的概念不彻底？
（2）电子由高能量状态跃迁到低能量状态时，释放出的光子的频率可以是任意值吗？
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例3 根据玻尔理论，下列关于氢原子的论述正确的是（　　）
A.若氢原子由能级Em向低能级En跃迁，则氢原子要辐射的光子能量为hν＝Em－En
B.电子沿某一轨道绕核运动，若圆周运动的频率为ν，则其发光的频率也是ν
C.一个氢原子中的电子从一个半径为ra的轨道直接跃迁到另一半径为rb的轨道，则此过程原子要辐射某一频率的光子
D.氢原子吸收光子后，将从高能级向低能级跃迁
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训练2 （2023·湖北卷，1）2022年10月，我国自主研发的“夸父一号”太阳探测卫星成功发射。该卫星搭载的莱曼阿尔法太阳望远镜可用于探测波长为121.6 nm的氢原子谱线（对应的光子能量为10.2 eV）。根据如图所示的氢原子能级图，可知此谱线来源于太阳中氢原子（　　）
A.n＝2和n＝1能级之间的跃迁
B.n＝3和n＝1能级之间的跃迁
C.n＝3和n＝2能级之间的跃迁
D.n＝4和n＝2能级之间的跃迁
随堂对点自测
1.（原子核式结构的提出）如图所示为卢瑟福和他的助手做α粒子散射实验装置的示意图，荧光屏和显微镜一起分别放在图中的A、B、C、D四个位置时，观察到屏上的闪光次数最多的是（　　）
A.A位置 B.B位置
C.C位置 D.D位置
2.（原子核式结构的提出）（多选）下列关于原子结构，说法正确的是（　　）
A.汤姆孙提出了原子的“枣糕模型”，卢瑟福提出了原子的核式结构模型
B.原子的核式结构模型认为原子的全部正电荷及几乎全部的质量都在原子核内
C.根据α粒子散射实验的数据，卢瑟福推算原子核半径的数量级为10－10 m
D.原子的核式结构模型解释了α粒子散射实验中α粒子的大角度散射现象
3.（氢原子光谱分析和原子的能级结构）（多选）玻尔在他提出的原子模型中所作的假设有（　　）
A.原子处于称为定态的能量状态时，电子在轨道上绕核转动，但并不向外辐射能量
B.原子的不同能量状态与电子沿不同的圆轨道绕核运动相对应，而电子的可能轨道的分布是不连续的
C.电子从一个轨道跃迁到另一个轨道时，辐射（或吸收）一定频率的光子
D.电子跃迁时辐射的光子的频率等于电子绕核做圆周运动的频率
4.（氢原子光谱分析和原子的能级结构）（2023·山东卷，1）“梦天号”实验舱携带世界首套可相互比对的冷原子钟组发射升空，对提升我国导航定位、深空探测等技术具有重要意义。如图所示为某原子钟工作的四能级体系，原子吸收频率为ν0的光子从基态能级Ⅰ跃迁至激发态能级Ⅱ，然后自发辐射出频率为ν1的光子，跃迁到钟跃迁的上能级2，并在一定条件下可跃迁到钟跃迁的下能级1，实现受激辐射，发出钟激光，最后辐射出频率为ν3的光子回到基态。该原子钟产生的钟激光的频率ν2为（　　）
A.ν0＋ν1＋ν3 B.ν0＋ν1－ν3
C.ν0－ν1＋ν3 D.ν0－ν1－ν3
第1节　原子的结构
知识点一
导学　提示　(1)汤姆孙的“枣糕模型”、卢瑟福的核式结构模型。
(2)在原子的中心有一个很小的核，叫作原子核，原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核里，带负电的电子在核外空间运动，这就像行星绕太阳运转一样，原子内部就像一个小型的太阳系。
知识梳理
1.J.J.汤姆孙　2.均匀　3.(1)卢瑟福　(2)金箔　真空　(3)绝大多数　极少数　(4)①不可能　②电场斥力　(5)核式结构　5.10－10
[思考] 提示　(1)α粒子是从放射性物质中发射出来的快速运动的粒子，实质是失去两个电子的氦原子核。
(2)①α粒子源：把放射性元素钋放在带小孔的铅盒中，放射出高能的α粒子。
②带荧光屏的显微镜：观察α粒子打在荧光屏上发出的微弱闪光。
例1 C　[当α粒子穿过金箔时，电子对α粒子影响很小，主要影响α粒子运动的是原子核，离核远则α粒子受到的库仑斥力很小，运动方向改变小。只有当α粒子与核十分接近时，才会受到很大的库仑斥力，而原子核很小，所以α粒子接近它的机会就很少，所以只有极少数发生大角度的偏转，而绝大多数基本沿原来的方向前进，故A错误；造成α粒子散射角度大的原因是受到的原子核的斥力比较大，不是由于它跟电子发生了碰撞，故B错误；从绝大多数α粒子几乎不发生偏转，可以推测使α粒子受到排斥力的原子核体积极小，实验表明原子中心的核占有原子的全部正电和几乎全部质量，故C正确；α粒子散射实验可以估算出原子核半径的数量级是10－15～10－14 m，故D错误。]
例2 ABD　[卢瑟福提出的原子核式结构模型是：原子的中心有一个很小的原子核，它集中了原子的几乎全部质量和所有的正电荷，带负电的电子在核外空间绕原子核旋转，故A、B、D正确。]
训练1 D　[卢瑟福通过α粒子散射实验提出原子核式结构，汤姆孙发现了电子，故A错误；α粒子在接近金原子核的过程中，斥力越来越大，加速度越来越大，做负功；在远离金原子核的过程中，斥力越来越小，加速度越来越小，斥力做正功，故D正确，B、C错误。]
知识点二
导学　提示　从左至右，相邻谱线间的距离越来越小。
知识梳理
1.(1)光谱　(2)分立　2.(1)①分立　特定　(2)能量值　(3)另一个　(4)最低　－13.6　(5)吸收　较高　3.(1)Em－En
[思考] 提示　(1)玻尔的原子模型中用到量子假设的是：
①原子存在一系列定态，定态的能量取分立值(能级)E1，E2，E3，…，原子在定态中不发射也不吸收电磁辐射能。
②当原子在能级E1、E2之间跃迁时，以发射或吸收特定频率光子的形式与电磁辐射场交换能量。光子的频率满足ν＝。
量子概念不彻底的是：认为电子绕原子核沿一定的轨道运动，遵从牛顿运动定律。
(2)不可以。因各定态轨道的能量是确定的，由hν＝Em－En可知，跃迁时释放出的光子的频率，也是一系列分立值。
例3 A　[原子由能级Em向低能级En跃迁时，辐射的光子能量等于两能级的能量差，即hν＝Em－En，故A正确；电子沿某一轨道绕核运动，处于某一定态，不向外辐射能量，故不发光，故B错误；电子只有由半径大的轨道跃迁到半径小的轨道，能级降低，才能辐射某一频率的光子，故C错误；原子吸收光子后能量增加，能级升高，故D错误。]
训练2 A　[由题图可知n＝2和n＝1的能级之间的能量差值为ΔE＝E2－E1＝－3.4 eV－(－13.6 eV)＝10.2 eV，与探测器探测到的谱线能量相等，可知此谱线来源于太阳中氢原子n＝2和n＝1能级之间的跃迁，故A正确。]
随堂对点自测
1.A　[α粒子散射实验的现象是绝大多数α粒子穿过金箔后仍沿原来的方向前进，但少数α粒子发生了较大的偏转，极少数α粒子偏转超过90°，有的甚至达到180°，可知A位置观察到屏上的闪光次数最多，故D错误。]
2.ABD　[汤姆孙发现电子后，认为原子是一个球体，正电荷弥漫性地均匀分布在整个球体中，电子镶嵌其中，这个模型被称为“枣糕模型”，卢瑟福根据α粒子散射实验提出了原子的核式结构模型，A正确；原子的核式结构模型认为原子的全部正电荷及几乎全部的质量都集中在原子核内，B正确；根据α粒子散射实验的数据，卢瑟福推算原子核半径的数量级为10－15 m，整个原子半径的数量级为10－10 m，两者相差十万倍之多，C错误；因为原子核很小，α粒子接近它的机会很少，所以绝大多数α粒子基本上仍按直线方向前进，发生偏转的粒子中大多数偏转角度也不大，只有极少数α粒子发生大角度偏转，甚至被弹回，原子的核式结构模型很好地解释了α粒子大角度散射现象，D正确。]
3.ABC
4.D　[原子吸收频率为ν0的光子从基态能级Ⅰ跃迁至激发态能级Ⅱ时有EⅡ－EⅠ＝hν0，且从激发态能级Ⅱ跃迁到基态Ⅰ的过程有EⅡ－EⅠ＝hν1＋hν2＋hν3，联立解得ν2＝ν0－ν1－ν3，故D正确。](共48张PPT)
第1节　原子的结构
第五章 原子与原子核
1.了解α粒子散射实验现象以及卢瑟福原子核式结构模型的主要内容。
2.知道玻尔原子理论的基本假设的主要内容。了解能级跃迁、轨道和能量量子化以及基态、激发态等概念。
学习目标
目 录
CONTENTS
知识点
01
随堂对点自测
02
课后巩固训练
03
知识点
1
知识点二　氢原子光谱和原子的能级结构
知识点一　原子核式结构的提出
知识点一　原子核式结构的提出
　　　(1)汤姆孙发现电子之后，人们立刻进行建立各种原子模型的尝试，你都知道有哪些典型的模型呢？
(2)在探究原子内部结构的过程中，卢瑟福说：“我知道了，原子到底是什么样的……可以将它想象成一个小的太阳系。”你是怎么样理解这段话的？
提示　(1)汤姆孙的“枣糕模型”、卢瑟福的核式结构模型。
(2)在原子的中心有一个很小的核，叫作原子核，原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核里，带负电的电子在核外空间运动，这就像行星绕太阳运转一样，原子内部就像一个小型的太阳系。
1.电子的发现：________________在气体电离和光电效应实验现象中发现了电子。
2.汤姆孙的原子结构模型：原子是一个球体，正电荷______地分布在其中，质量很小的电子镶嵌其中，被形象称为“枣糕模型”或“葡萄干布丁模型”。
3.α粒子散射实验
(1)英国物理学家________指导他的助手进行了α粒子散射实验。
(2)如图所示，α粒子散射实验装置由α粒子源、______、显微镜等几部分组成，实验时从α粒子源到荧光屏这段路程应处于______中。
J.J.汤姆孙
均匀
卢瑟福
金箔
真空
(3)实验现象：__________α粒子穿过金箔后仍沿原来的方向前进，但少数α粒子发生了较大的偏转，并且有________α粒子的偏转超过了90°，有的甚至达到了180°。
(4)现象分析
①由于α粒子的质量远大于电子的质量，原子中的电子________使α粒子发生大角度的偏转。
②少数α粒子发生了大角度偏转，甚至反弹回来，表明这些α粒子一定是受到原子内部正电荷产生的极强的__________作用，运动方向才会发生如此大的改变。
③绝大多数α粒子在穿过厚厚的金原子层时运动方向没有明显变化，说明原子中绝大部分是空的，原子的正电荷和几乎全部质量都集中在体积很小的核内。
(5)实验意义：卢瑟福通过α粒子散射实验，否定了汤姆孙的原子结构模型，建立了__________模型。
绝大多数
极少数
不可能
电场斥力
核式结构
4.核式结构模型：原子的中心有一个带正电的很小的原子核，它几乎集中了原子的全部质量，而电子则在核外空间绕原子核旋转。
5.原子的大小：原子半径的数量级大约是________ m，而原子核半径的数量级为10－15～10－14 m，仅相当于原子半径的万分之一。
10－10
【思考】 如图所示为1909年英国物理学家卢瑟福指导他的助手进行α粒子散射实验的实验装置，回答以下问题：
(1)什么是α粒子？
(2)实验装置中各部件的作用是什么？
提示　(1)α粒子是从放射性物质中发射出来的快速运动的粒子，实质是失去两个电子的氦原子核。
(2)①α粒子源：把放射性元素钋放在带小孔的铅盒中，放射出高能的α粒子。
②带荧光屏的显微镜：观察α粒子打在荧光屏上发出的微弱闪光。
例1 1909－1911年，物理学家卢瑟福指导他的助手用α粒子轰击金箔，研究α粒子被散射的情况。关于α粒子散射实验，下列说法正确的是(　　)
A.在α粒子散射实验中，绝大多数α粒子发生了较大角度的偏转
B.α粒子大角度散射是由于它跟电子发生了碰撞
C.α粒子散射实验说明原子中带正电部分的体积很小，但几乎占有原子的全部质量
D.通过α粒子散射实验还可以估计原子核半径的数量级是10－10 m
C
解析　当α粒子穿过金箔时，电子对α粒子影响很小，主要影响α粒子运动的是原子核，离核远则α粒子受到的库仑斥力很小，运动方向改变小。只有当α粒子与核十分接近时，才会受到很大的库仑斥力，而原子核很小，所以α粒子接近它的机会就很少，所以只有极少数发生大角度的偏转，而绝大多数基本沿原来的方向前进，故A错误；造成α粒子散射角度大的原因是受到的原子核的斥力比较大，不是由于它跟电子发生了碰撞，故B错误；从绝大多数α粒子几乎不发生偏转，可以推测使α粒子受到排斥力的原子核体积极小，实验表明原子中心的核占有原子的全部正电和几乎全部质量，故C正确；α粒子散射实验可以估算出原子核半径的数量级是10－15～10－14 m，故D错误。
例2 (多选)卢瑟福提出的原子核式结构学说包括下列哪些内容(　 　)
A.原子的中心有一个很小的核
B.原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核里
C.原子的正电荷均匀分布在它的全部体积上
D.带负电的电子在核外空间绕原子核旋转
解析　卢瑟福提出的原子核式结构模型是：原子的中心有一个很小的原子核，它集中了原子的几乎全部质量和所有的正电荷，带负电的电子在核外空间绕原子核旋转，故A、B、D正确。
ABD
D
训练1 (粤教版教材P107练习2改编)根据α粒子散射实验，卢瑟福提出了原子的核式结构模型。如图所示为原子核式结构模型的α粒子散射图景，图中实线表示α粒子运动轨迹。下列说法正确的是(　　)
A.卢瑟福在α粒子散射实验中发现了电子
B.α粒子出现较大角度偏转的原因是α粒子接近原子核时
受到的库仑斥力较小
C.α粒子出现较大角度偏转的过程中电势能先变小后变大
D.α粒子出现较大角度偏转的过程中加速度先变大后变小
解析　卢瑟福通过α粒子散射实验提出原子核式结构，汤姆孙发现了电子，故A错误；α粒子在接近金原子核的过程中，斥力越来越大，加速度越来越大，做负功；在远离金原子核的过程中，斥力越来越小，加速度越来越小，斥力做正功，故D正确，B、C错误。
知识点二　氢原子光谱和原子的能级结构
　　　如图所示为氢原子的光谱。
仔细观察，氢原子光谱具有什么特点？
提示　从左至右，相邻谱线间的距离越来越小。
1.氢原子光谱
(1)原子光谱：某种原子的气体通电后可以发光并产生固定不变的______。
(2)实验得到的氢原子光谱是______的。
2.原子的能级结构
(1)轨道量子化
①电子绕原子核运动的轨道半径是______的，电子只能在某些______的轨道上运动。
②氢原子的电子轨道最小半径为r1＝0.053 nm，其余轨道半径满足rn＝n2r1，式中n称为量子数，对应不同的轨道，只能取正整数。
光谱
分立
分立
特定
(2)能级：当电子在不同的轨道上运动时，原子处于不同的状态，具有不同的能量。这些分立的________被称为原子的能级。
(3)跃迁：原子从一个能级变化到________能级的过程叫作跃迁。
(4)基态：氢原子处于______的能级E1(n＝1)，这个最低能级对应的状态称为基态。选取电子处于无穷远处时氢原子的能量为零，氢原子在基态时的能量为_________eV。
能量值
另一个
最低
－13.6
吸收
较高
3.能级跃迁
(1)处于激发态的原子是不稳定的，它会自发地向较低能级跃迁，跃迁时释放出来的能量以光子形式向外辐射，辐射出的光子的能量等于两能级间的能量差，即hν＝____________；反之原子吸收特定频率的光子获得能量时，便可从低能级向高能级跃迁，同样遵循上述规律。
(2)原子还可吸收外来实物粒子(例如自由电子)的能量而被激发，由于实物粒子的动能可全部或部分地被原子吸收，所以当入射粒子的能量大于或等于两能级的能量差值，也可使原子发生能级跃迁。
Em－En
(4)电离
①定义：指电子获得能量后脱离原子核的束缚成为自由电子的现象。
②电离能：是氢原子从某一状态跃迁到n＝∞时所需吸收的能量，其数值等于氢原子处于各定态时的能级值的绝对值。如基态氢原子的电离能是13.6 eV，氢原子处于n＝2激发态时的电离能为3.4 eV。氢原子吸收光子发生电离时，光子的能量大于或等于氢原子的电离能就可以。
【思考】 (1)在玻尔原子模型中哪些方面用到了量子假设？哪些方面量子的概念不彻底？
(2)电子由高能量状态跃迁到低能量状态时，释放出的光子的频率可以是任意值吗？
提示　(1)玻尔的原子模型中用到量子假设的是：
①原子存在一系列定态，定态的能量取分立值(能级)E1，E2，E3，…，原子在定态中不发射也不吸收电磁辐射能。
量子概念不彻底的是：认为电子绕原子核沿一定的轨道运动，遵从牛顿运动定律。
(2)不可以。因各定态轨道的能量是确定的，由hν＝Em－En可知，跃迁时释放出的光子的频率，也是一系列分立值。
例3 根据玻尔理论，下列关于氢原子的论述正确的是(　　)
A.若氢原子由能级Em向低能级En跃迁，则氢原子要辐射的光子能量为hν＝Em－En
B.电子沿某一轨道绕核运动，若圆周运动的频率为ν，则其发光的频率也是ν
C.一个氢原子中的电子从一个半径为ra的轨道直接跃迁到另一半径为rb的轨道，则此过程原子要辐射某一频率的光子
D.氢原子吸收光子后，将从高能级向低能级跃迁
解析　原子由能级Em向低能级En跃迁时，辐射的光子能量等于两能级的能量差，即hν＝Em－En，故A正确；电子沿某一轨道绕核运动，处于某一定态，不向外辐射能量，故不发光，故B错误；电子只有由半径大的轨道跃迁到半径小的轨道，能级降低，才能辐射某一频率的光子，故C错误；原子吸收光子后能量增加，能级升高，故D错误。
A
A
训练2 (2023·湖北卷，1)2022年10月，我国自主研发的“夸父一号”太阳探测卫星成功发射。该卫星搭载的莱曼阿尔法太阳望远镜可用于探测波长为121.6 nm的氢原子谱线(对应的光子能量为10.2 eV)。根据如图所示的氢原子能级图，可知此谱线来源于太阳中氢原子(　　)
A.n＝2和n＝1能级之间的跃迁
B.n＝3和n＝1能级之间的跃迁
C.n＝3和n＝2能级之间的跃迁
D.n＝4和n＝2能级之间的跃迁
解析　由题图可知n＝2和n＝1的能级之间的能量差值为ΔE＝E2－E1＝－3.4 eV－(－13.6 eV)＝10.2 eV，与探测器探测到的谱线能量相等，可知此谱线来源于太阳中氢原子n＝2和n＝1能级之间的跃迁，故A正确。
随堂对点自测
2
A
1.(原子核式结构的提出)如图所示为卢瑟福和他的助手做α粒子散射实验装置的示意图，荧光屏和显微镜一起分别放在图中的A、B、C、D四个位置时，观察到屏上的闪光次数最多的是(　　)
A.A位置 B.B位置
C.C位置 D.D位置
解析　α粒子散射实验的现象是绝大多数α粒子
穿过金箔后仍沿原来的方向前进，但少数α粒
子发生了较大的偏转，极少数α粒子偏转超过90°，有的甚至达到180°，可知A位置观察到屏上的闪光次数最多，故D错误。
ABD
2.(原子核式结构的提出)(多选)下列关于原子结构，说法正确的是(　 　)
A.汤姆孙提出了原子的“枣糕模型”，卢瑟福提出了原子的核式结构模型
B.原子的核式结构模型认为原子的全部正电荷及几乎全部的质量都在原子核内
C.根据α粒子散射实验的数据，卢瑟福推算原子核半径的数量级为10－10 m
D.原子的核式结构模型解释了α粒子散射实验中α粒子的大角度散射现象
解析　汤姆孙发现电子后，认为原子是一个球体，正电荷弥漫性地均匀分布在整个球体中，电子镶嵌其中，这个模型被称为“枣糕模型”，卢瑟福根据α粒子散射实验提出了原子的核式结构模型，A正确；原子的核式结构模型认为原子的全部正电荷及几乎全部的质量都集中在原子核内，B正确；根据α粒子散射实验的数据，卢瑟福推算原子核半径的数量级为10－15 m，整个原子半径的数量级为10－10 m，两者相差十万倍之多，C错误；因为原子核很小，α粒子接近它的机会很少，所以绝大多数α粒子基本上仍按直线方向前进，发生偏转的粒子中大多数偏转角度也不大，只有极少数α粒子发生大角度偏转，甚至被弹回，原子的核式结构模型很好地解释了α粒子大角度散射现象，D正确。
ABC
3.(氢原子光谱分析和原子的能级结构)(多选)玻尔在他提出的原子模型中所作的假设有(　　 )
A.原子处于称为定态的能量状态时，电子在轨道上绕核转动，但并不向外辐射能量
B.原子的不同能量状态与电子沿不同的圆轨道绕核运动相对应，而电子的可能轨道的分布是不连续的
C.电子从一个轨道跃迁到另一个轨道时，辐射(或吸收)一定频率的光子
D.电子跃迁时辐射的光子的频率等于电子绕核做圆周运动的频率
D
4.(氢原子光谱分析和原子的能级结构)(2023·山东卷，1)“梦天号”实验舱携带世界首套可相互比对的冷原子钟组发射升空，对提升我国导航定位、深空探测等技术具有重要意义。如图所示为某原子钟工作的四能级体系，原子吸收频率为ν0的光子从基态能级Ⅰ跃迁至激发态能级Ⅱ，然后自发辐射出频率为ν1的光子，跃迁到钟跃迁的上能级2，并在一定条件下可跃迁到钟
跃迁的下能级1，实现受激辐射，发出钟激光，最后辐
射出频率为ν3的光子回到基态。该原子钟产生的钟激光
的频率ν2为(　　)
A.ν0＋ν1＋ν3 B.ν0＋ν1－ν3
C.ν0－ν1＋ν3 D.ν0－ν1－ν3
解析　原子吸收频率为ν0的光子从基态能级Ⅰ跃迁至激发态能级Ⅱ时有EⅡ－EⅠ＝hν0，且从激发态能级Ⅱ跃迁到基态Ⅰ的过程有EⅡ－EⅠ＝hν1＋hν2＋hν3，联立解得ν2＝ν0－ν1－ν3，故D正确。
课后巩固训练
3
B
题组一　原子核式结构的提出
1.人们在研究原子结构时提出过许多模型，其中比较有名的是枣糕模型和核式结构模型，它们的模型示意图如图所示。下列说法正确的是(　　)
A.α粒子散射实验与枣糕模型和核式
结构模型的建立无关
B.科学家通过α粒子散射实验否定了
枣糕模型，建立了核式结构模型
C.科学家通过α粒子散射实验否定了
核式结构模型，建立了枣糕模型
D.科学家通过α粒子散射实验否定了
枣糕模型和核式结构模型
解析　α粒子散射实验与核式结构模型的建立有关，通过该实验，否定了枣糕模型，建立了核式结构模型，选项B正确。
对点题组练
AD
2.(多选)如图是卢瑟福的α粒子散射实验装置示意图，在一个小铅盒里放有少量的放射性元素钋，它发出的α粒子从铅盒的小孔射出，形成很细的一束射线，射到金箔上，最后打在荧光屏上产生闪烁的光点。下列说法正确的是(　　)
A.该实验是卢瑟福建立原子核式结构模型的重要依据
B.该实验证实了汤姆孙原子模型的正确性
C.α粒子与原子中的电子碰撞会发生大角度偏转
D.只有少数的α粒子发生大角度偏转
解析　α粒子散射实验的现象是：绝大多数α粒子几乎不发生偏转；少数α粒子发生了较大的角度偏转；极少数α粒子发生了大角度偏转(偏转角度超过90°，有的甚至几乎达到180°，被反弹回来)，是卢瑟福建立原子核式结构模型的重要依据，A、D正确；通过α粒子散射实验，卢瑟福提出了原子核式结构模型的假设，从而否定了汤姆孙原子模型的正确性，B错误；发生α粒子偏转现象，主要是由于α粒子和原子核间库仑斥力发生作用的结果，C错误。
C
3.(粤教版教材P107练习2改编)在卢瑟福α粒子散射实验中，有少数α粒子发生大角度偏转，其原因是(　　)
A.原子中存在着带负电的电子
B.正电荷在原子中是均匀分布的
C.原子的正电荷和绝大部分质量集中在一个
很小的核上
D.原子中的质量均匀分布在整个原子范围内
解析　原子中存在着带负电的电子，是汤姆孙发现的，与α粒子发生大角度偏转无关，故A错误；正电荷在原子中不是均匀分布的，与α粒子发生大角度偏转有关，故B错误；α粒子和电子之间有相互作用力，它们接近时就有库仑引力作用，但由于电子的质量只有α粒子质量的约七千分之一，α粒子与电子碰撞就像一颗子弹与一粒灰尘碰撞一样，α粒子质量大，其运动方向几乎不改变。α粒子散射实验中，有少数α粒子发生大角度偏转说明三点：一是原子内有一质量很大的粒子存在；二是这一粒子带有较大的正电荷；三是这一粒子的体积很小，故C正确，D错误。
AB
4.(多选)当α粒子(He)最接近金原子时，α粒子(　　)
A.动能最小 B.电势能最大
C.α粒子与金原子组成的系统的能量最小 D.所受金原子的斥力最小
D
题组二　氢原子光谱和原子的能级结构
5.根据玻尔的原子结构模型，原子中电子绕核运转的轨道半径(　　)
A.可以取任意值
B.可以在某一范围内取任意值
C.可以取不连续的任意值
D.是一些不连续的特定值
解析　根据玻尔的原子结构理论可知，原子中电子围绕原子核运动的轨道是分立的，特定的，故只有选项D正确。
CD
6.(多选)下列说法正确的是(　　)
A.原子从基态跃迁到激发态要放出光子，放出光子的能量等于原子在始、末两个能级的能量差
B.原子不能从低能级向高能级跃迁
C.原子吸收光子后从低能级跃迁到高能级，电子的电势能增加
D.原子无论是吸收光子还是放出光子，吸收的光子或放出的光子的能量恒等于始、末两个能级的能量差
解析　原子从基态跃迁到激发态要吸收光子，吸收的光子的能量等于原子在始、末两个能级的能量差，故A错误；原子吸收光子可从低能级跃迁到高能级，该过程电子动能变小，电子的电势能增加，故B错误，C正确；根据玻尔理论可知，原子无论是吸收光子还是放出光子，吸收的光子或放出的光子的能量恒等于始、末两个能级的能量差，故D正确。
C
7.图中画出了氢原子的4个能级，并注明了相应的能量E。处于n＝4能级的一群氢原子向低能级跃迁时，能够发出若干种不同频率的光子。其中光子能量的最大值和最小值分别是(　　)
A.13.6 eV和0.85 eV
B.10.2 eV和1.89 eV
C.12.75 eV和0.66 eV
D.12.75 eV和2.55 eV
BD
8.(多选)如图所示为氢原子的能级分布图，已知可见光光子的能量在1.62 eV～3.11 eV范围内，由图可知(　　)
A.基态氢原子吸收能量为10.3 eV的光子能从n＝1
能级跃迁到n＝2能级
B.基态氢原子的电离能为13.6 eV
C.一群处于n＝5能级的氢原子向低能级跃迁时，
可辐射6种不同频率的光子
D.氢原子从n＝3能级跃迁到n＝2能级，辐射的光
子是可见光
A
9.卢瑟福通过α粒子散射实验得出了原子核式结构模型，实验装置如图所示，带电粒子打到光屏上就会产生光斑，为验证α粒子散射实验结论，现在1、2、3、4四处放置带有荧光屏的显微镜，则这四处位置一段时间内统计的闪烁次数符合实验事实的是(　　)
A.1 605、35、11、1
B.1 242、1 305、723、203
C.2、10、655、1 205
D.1 232、1 110、233、203
解析　α粒子散射实验现象是绝大多数粒子直接穿过，少数发生大角度偏转，极少数甚至原路返回，故A正确，B、C、D错误。
综合提升练
B
10.(2024·广东东莞高二期末)灯会是中国一种古老的民俗文化，已传承千年。现代灯会普遍用霓虹灯，霓虹灯发光原理是不同气体，原子从高能级向低能级跃迁时发出能量各异的光子而呈现五颜六色，如图所示为氢原子能级图，氢原子处于n＝4能级上，可见光的光子能量范围为1.62 eV～3.11 eV，则下列说法正确的是(　　)
A.一个处于n＝4能级上的氢原子向低能级跃迁时，
最多产生6种谱线
B.氢原子从n＝4能级向n＝2能级跃过程中发出的
光为可见光
C.氢原子从n＝4能级向n＝1能级跃迁过程中发出
光的波长最长
D.氢原子从n＝2能级向n＝1能级跃迁过程中发出
的光不能使逸出功为4.54 eV的金属钨发生光电效应
解析　一个处于n＝4能级上的氢原子向低能级跃迁时，最多产生的谱线为n－1＝3种，选项A错误；从n＝4能级跃迁到n＝2能级，两能级的能量差为2.55 eV，则辐射出光子的能量为2.55 eV，可见光的光子能量范围为1.62 eV～3.11 eV，则该光属于可见光，选项B正确；氢原子从n＝4能级向n＝1能级跃迁过程中能级差最大，发出光的频率最大，波长最短，选项C错误；氢原子从n＝2能级向n＝1能级跃迁过程中发出的光子的能量为10.2 eV，大于金属钨的逸出功为4.54 eV，所以会发生光电效应，选项D错误。
A
11.(2023·辽宁卷，6)原子处于磁场中，某些能级会发生劈裂，某种原子能级劈裂前后的部分能级图如图所示，相应能级跃迁放出的光子分别设为①②③④。若用①照射某金属表面时能发生光电效应，且逸出光电子的最大初动能为Ek，则(　　)
A.①和③的能量相等
B.②的频率大于④的频率
C.用②照射该金属一定能发生光电效应
D.用④照射该金属逸出光电子的最大初动能小于Ek
解析　由题图可知跃迁时放出的光子①和③均由同一高能级跃迁到同一低能级，又释放的能量等于两能级的能量差，所以①和③的能量相等，A正确；由题图可知②的能量比④的能量小，则由公式E＝hν可知②的频率小于④的频率，B错误；用①照射某金属表面时能发生光电效应现象，但由于②的能量小于①，所以用②照射该金属时不一定能发生光电效应，C错误；用①照射某金属时逸出光电子的最大初动能为Ek，由于④的能量大于①，则由Ek＝hν－W0可知，用④照射该金属逸出光电子的最大初动能一定大于Ek，D错误。
C
12.氢原子的能级图如图所示，下列说法正确的是(　　)
A.一个处于n＝2能级的氢原子，可以吸收一个能量
为2 eV的光子
B.大量处于n＝5能级的氢原子，跃迁到基态的过程
中可以释放出12种不同频率的光子
C.氢原子从高能级向低能级跃迁的过程中释放的光
子的能量不可能大于13.6 eV
D.用能量为10 eV和4 eV的两种光子同时持续照射大量处于基态的氢原子，有可能使个别氢原子电离
培优加强练

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