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物理选择性必修三4.4 氢原子光谱和玻尔的原子模型同步练习（基础巩固）
一、选择题
1．处于n＝4能级的大量氢原子，向低能级跃迁时，辐射光的频率有（　　）
A．3种 B．4种 C．5种 D．6种
2．关于近代物理相关知识的描述，下列说法正确的是（　　）
A．绝对黑体不能反射电磁波，也不能辐射电磁波
B．电子从外层轨道跃迁到内层轨道时，动能增大，原子能量也增大
C．在光电效应现象中，电子吸收光子的能量需要时间，所以用光照射金属板后，需等待一段时间才有光电流
D．原子都有自己的特征谱线，我们可以利用它来鉴别物质的组成成分
3．扫描隧道显微镜让人类对原子有了直观的感受，下列关于原子结构的说法正确的是（　　）
A．玻尔的原子结构假说认为核外电子可在任意轨道上运动
B．粒子散射实验中，绝大多数粒子发生了大角度散射
C．原子光谱是线状谱，不同原子的光谱可能相同
D．氢原子在激发态自发跃迁时，氢原子能量减少
4． 大量处在激发态n的氢原子向基态跃迁时能向外辐射三种波长不同的光子，三种光子的波长分别为、、，且有，波长为的光能使某种金属发生光电效应现象。则下列说法正确的是（　　）
A．
B．波长为的光一定能使该金属发生光电效应现象
C．
D．三种光复合而成的细光束由玻璃射入空气，入射角由0°逐渐增大时，波长为的光先发生全反射
5． “能量子”引入物理学，开创了物理学的新纪元。人们在解释下列哪组实验现象时，都利用了“量子化”的观点（　　）
A．光电效应现象 氢原子光谱实验
B．光电效应现象 α粒子散射实验
C．光的折射现象 康普顿效应现象
D．光的干涉现象 α粒子散射实验
6．氢原子的赖曼系谱线，其波长满足公式：为里德堡常量。氢原子从和的激发态跃迁到基态时，辐射光子的能量之比为（　　）
A． B． C． D．
7．我国“曦和号”探日卫星首次在轨获得了太阳H-α谱线，H-α谱线是巴尔末线系中能量最小的发射谱线，如图为氢原子的能级示意图，由图可知H-α谱线的光子能量约为（　　）
A．1.89eV B．2.55eV C．2.86eV D．3.4eV
8．2022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的氢原子谱线（对应的光子能量为）。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．和能级之间的跃迁 B．和能级之间的跃迁
C．和能级之间的跃迁 D．和能级之间的跃迁
9．光谱分析仪能够灵敏、迅速地根据物质的光谱来鉴别物质，及确定它的化学组成和相对含量。如图所示为氢原子的能级示意图，则关于氢原子在能级跃迁过程中辐射或吸收光子的特征，下列说法中正确的是（　　）
A．大量处于能级的氢原子向基态跃迁时，能辐射出3种不同频率的光子
B．大量处于能级的氢原子吸收能量为的光子可以跃迁到能级
C．处于基态的氢原子吸收能量为的光子可以发生电离
D．氢原子发射光谱属于连续光谱
10．如图，为氢原子能级的示意图，现有大量的氢原子处于n=4的激发态，向低能级跃迁时辐射出若干不同频率的光。下列说法正确的是（　　）
A．这些氢原子总共可辐射出3种不同频率的光
B．用能量为10.3eV的光子照射氢原子，可使处于基态的氢原子跃迁到激发态
C．最容易表现出衍射现象的光是由n=4能级跃迁到n=3能级产生的
D．用n=4能级跃迁到n=2能级辐射出的光照射逸出功为6.34eV的金属铂能发生光电效应
11．氢原子最低的五个能级如图所示，其中为基态，若一个氢原子A处于激发态，一个氢原子B处于激发态，则下列说法正确的是（　　）
A．氢原子A可能辐射出2种频率的光子
B．氢原子A可能辐射出3种频率的光子
C．氢原子B可能辐射出6种频率的光子
D．氢原子B可能辐射出4种频率的光子
12．下图为氢原子的能级示意图，通过激光技术把处于基态的一群氢原子跃迁到的激发态上，又再向低能级跃迁而发出光子，下列说法正确的是（　　）
A．发出光子的能量连续分布在0~13.6eV之间
B．发出光子的能量连续分布在0.31eV~12.06eV之间
C．发出光子可能是10个特定的能量值
D．发出光子只能是4个特定的能量值
13．如图甲是“胜哥”研究光电效应的电路图，图乙是汞原子的能级图，若用处于能级的汞原子跃迁发出的光子照射某种金属，恰好可以使它发生光电效应，则（　　）
A．该金属的逸出功
B．用处于能级的汞原子跃迁发出的光子照射该金属，不能发生光电效应
C．一个处于能级的汞原子跃迁发出的光子种类最多有两种
D．用处于能级的汞原子跃迁发出的光子照射该金属时，将滑动变阻器的滑动端移动到合适位置，可使甲图中电流表示数为零
14．小科通过视频号“胜哥课程”知道了极光的成因。太阳风中的高能带电粒子与大气层发生撞击，撞击过程的部分能量被大气原子与分子的核外电子吸收，电子被激发至高能级。电子从高能级向低能级跃迁时，形成不同颜色的极光，红色与绿色极光往往来自氧原子。下列说法中正确的是（　　）
A．红色极光的波长小于绿色极光的波长
B．红色极光光子的能量大于绿色极光光子的能量
C．玻尔原子理论可以完美解释氧原子的发光现象
D．形成的绿色极光与红色极光相比，跃迁的能级差更大
15．大连相干光源是我国第一台高增益自由电子激光用户装置，其激光辐射所应用的玻尔原子理论很好地解释了氢原子的光谱特征。图为氢原子的能级示意图，已知紫外光的光子能量大于，当大量处于能级的氢原子向低能级跃迁时，辐射不同频率的紫外光有（　　）
A．1种 B．2种 C．3种 D．4种
16． 如图所示，关于近代物理学的下列说法中，正确的是（　　）
A．普朗克为解释图甲的黑体辐射实验数据，提出了能量子的概念
B．图乙在某种单色光照射下，电流表发生了偏转，若仅将图乙中电源的正负极反接，电流表一定不会偏转
C．若图乙中的电动势足够大，滑动变阻器滑片向右滑，电流表的示数能一直增大
D．图丙为氢原子的能级示意图，一群处于的激发态的氢原子向低能级跃迁所发出的光中，从跃迁到所发出的光波长最长
17．氢原子光谱按波长展开的谱线如图甲所示，此谱线满足巴耳末公式，…，图乙为氢原子能级图。普朗克常量约为，则（　　）
A．垂直入射到同一单缝衍射装置，光的衍射中央亮条纹宽度小于
B．氢原子从跃迁到能级时会辐射出γ射线
C．氢原子从跃迁到与跃迁到产生光子的动量之比为286∶255
D．在同一光电效应装置中，光照射产生的光电子初动能都大于光照射产生的光电子
18．在研究恒星时，恒星发出的光基本可以覆盖整个可见光谱。当光经过恒星的大气层时，大气中的每一种元素都会吸收特定波长的光，这样在地球上观测到的可见光谱中会出现黑色的条纹，这样的光谱被称为吸收光谱。根据吸收光谱可以分析恒星大气层的大致成分构成。但是我们观测到某些恒星的吸收光谱中的黑色条纹会朝着红光方向偏移，该现象称为红移。根据图中信息，下列说法正确的是（　　）
A．观测到的波长变长，因此该恒星在远离地球
B．观测到的波长变长，因此该恒星在靠近地球
C．观测到的波长变短，因此该恒星在远离地球
D．观测到的波长变短，因此该恒星在靠近地球
二、多项选择题
19．如图所示为氢原子的能级图，下列说法正确的是（　　）
A．从能级跃迁到能级时，电子的动能会变大，电势能会减小
B．氢原子从高能级向低能级跃迁时要辐射光子
C．一个处于激发态的氢原子向基态跃迁时，最多可能发出3种不同频率的光子
D．用能量为9.6eV的电子轰击处于基态的氢原子，能使氢原子发生能级跃迁
20．一群处于激发态的氢原子跃迁向外辐射出不同频率的光子，则（　　）
A．需要向外吸收能量
B．共能放出6种不同频率的光子
C．向跃迁发出的光子频率最大
D．向跃迁发出的光子频率最大
21．对于原子光谱，下列说法正确的是（　　）
A．原子光谱是不连续的
B．因为原子都是由原子核和电子组成的，所以各种原子的光谱是相同的
C．各种原子的原子结构不同，所以各种原子的光谱也是不同的
D．分析物质的光谱，可鉴别物质含哪种元素
三、非选择题
22．（1）如图所示为氢原子的最低五个能级，一束光子能量为的单色光入射到大量处于基态的氢原子上，产生的光谱线是（　　）
A． B．
C． D．
（2）若用到基态跃迁放出的光照射逸出功为的某金属，则逸出电子最大初动能为　 　。
23．氢原子的能级图如图甲所示，一群处于的激发态的氢原子自发跃迁，辐射出的光子中仅有a、b两种光能使图乙中的光电管电路产生光电流，测量得到的光电流I与电压U的关系曲线如图丙所示。求：
（1）b光产生的光电子的最大初动能（结果用eV为单位）；
（2）阴极K的逸出功W（结果用eV为单位）；
（3）反向遏止电压。
答案
1．D
2．D
3．D
4．B
5．A
6．B
7．A
8．A
9．C
10．C
11．A
12．C
13．C
14．D
15．B
16．A
17．C
18．A
19．A,B,C
20．B,D
21．A,C
22．（1）C
（2）10.45
23．（1）解：对b光产生的光电子分析有
解得
（2）解：对b光的光子，有
所以逸出功为
（3）解：对a光的光子，有
，，
联立解得
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物理选择性必修三4.4 氢原子光谱和玻尔的原子模型同步练习（基础巩固）
一、选择题
1．处于n＝4能级的大量氢原子，向低能级跃迁时，辐射光的频率有（　　）
A．3种 B．4种 C．5种 D．6种
【答案】D
【知识点】氢原子光谱
【解析】【解答】现有大量的氢原子处于n=4的激发态，当这些氢原子向低能级跃迁时，辐射光子的频率为种，D符合题意．
故答案为：D
【分析】根据氢原子光谱中氢原子的跃迁得出辐射光频率的种类。
2．关于近代物理相关知识的描述，下列说法正确的是（　　）
A．绝对黑体不能反射电磁波，也不能辐射电磁波
B．电子从外层轨道跃迁到内层轨道时，动能增大，原子能量也增大
C．在光电效应现象中，电子吸收光子的能量需要时间，所以用光照射金属板后，需等待一段时间才有光电流
D．原子都有自己的特征谱线，我们可以利用它来鉴别物质的组成成分
【答案】D
【知识点】玻尔理论与氢原子的能级跃迁；黑体、黑体辐射及其实验规律；光电效应；光谱和光谱分析
【解析】【解答】A．绝对黑体不能反射电磁波，但能辐射电磁波，故A错误；
B．电子从外层轨道跃迁到内层轨道时，电子动能增大，电势能减小，由于对外辐射能量，所以原子能量减小，故B错误；
C．在光电效应现象中，电子吸收光子的能量可以认为不需要时间，所以用光照射金属板后，只要入射光频率大于截止频率，则马上有光电流产生，故C错误；
D．原子都有自己的特征谱线，我们可以利用它来鉴别物质的组成成分，故D正确。
故选D。
【分析】A．绝对黑体不能反射电磁波，但能辐射电磁波；
B．电子从外层轨道跃迁到内层轨道时，电势能减小，电子动能增大，对外辐射能量，原子能量减小；
C．在光电效应现象中，电子吸收光子的能量可以认为不需要时间，只要入射光频率大于截止频率，瞬间有光电流产生；
D．原子都有自己的特征谱线，我们可以利用它来鉴别物质的组成成分。
3．扫描隧道显微镜让人类对原子有了直观的感受，下列关于原子结构的说法正确的是（　　）
A．玻尔的原子结构假说认为核外电子可在任意轨道上运动
B．粒子散射实验中，绝大多数粒子发生了大角度散射
C．原子光谱是线状谱，不同原子的光谱可能相同
D．氢原子在激发态自发跃迁时，氢原子能量减少
【答案】D
【知识点】玻尔理论与氢原子的能级跃迁；α粒子的散射；光谱和光谱分析
【解析】【解答】在发生跃迁时，如果核外电子由低能级向高能级跃迁，需要吸收能量，如果由高能级向低能级跃迁，需要释放能量（以光子的形式）。A．玻尔的原子结构假说认为核外电子的轨道是量子化的，电子只能在特定的轨道上运动，故A错误；
B．粒子散射实验中，绝大多数粒子穿过金箔后基本上仍沿着原来的方向前进，少数粒子穿过金箔后发生了大角度的偏转，极少数粒子甚至被反弹回来，故B错误；
C．原子光谱是线状谱，不同原子的光谱不同，故C错误；
D．氢原子在激发态自发跃迁时，辐射光子释放能量，氢原子能量减少，故D正确。
故选D。
【分析】根据玻尔理论和α粒子散射实验、氢光谱的特点分析。
4． 大量处在激发态n的氢原子向基态跃迁时能向外辐射三种波长不同的光子，三种光子的波长分别为、、，且有，波长为的光能使某种金属发生光电效应现象。则下列说法正确的是（　　）
A．
B．波长为的光一定能使该金属发生光电效应现象
C．
D．三种光复合而成的细光束由玻璃射入空气，入射角由0°逐渐增大时，波长为的光先发生全反射
【答案】B
【知识点】玻尔理论与氢原子的能级跃迁；光电效应
【解析】【解答】A、 大量处在激发态n的氢原子向基态跃迁时能向外辐射三种波长不同的光子， 说明氢原子所处的能级是第三能级，A错误；
B、由
知，光子的波长越短，对应光子的频率越大，波长为的光能使某种金属发生光电效应现象， 波长分别为、的光子一定能使同一金属发生光电效应，B正确；
C、由能级跃迁知
联立以上三式解得
C错误；
D、由
知，光的波长越短，光的频率越大，折射率越大，越容易发生全反射，所以 三种光复合而成的细光束由玻璃射入空气，入射角由0°逐渐增大时，波长为的光先发生全反射，D错误。
故答案为B。
【分析】本题考查光电效应的条件和能级跃迁，要求学生掌握光电效应中光子的能量，结合波速、频率与波长的关系，当入射光的频率大于金属的极限频率时，才能发生光电效应。根据跃迁规律，结合和分析光的频率关系，频率越大，折射率越大，根据临界角分析随着入射角增大，光发生全反射的先后顺序。
5． “能量子”引入物理学，开创了物理学的新纪元。人们在解释下列哪组实验现象时，都利用了“量子化”的观点（　　）
A．光电效应现象 氢原子光谱实验
B．光电效应现象 α粒子散射实验
C．光的折射现象 康普顿效应现象
D．光的干涉现象 α粒子散射实验
【答案】A
【知识点】氢原子光谱；能量子与量子化现象；光电效应；α粒子的散射
【解析】【解答】解答本题时，要了解“量子化”理论发展历程，知道光电效应现象，氢原子光谱实验都利用了“量子化”的观点。A．普朗克最先提出能量的量子化观点，成功解释黑体辐射现象。爱因斯坦利用“量子化”的观点解释了光电效应。玻尔将量子理论引入原子理论，解释了氢原子光谱，故A正确；
B．α粒子散射实验没有利用“量子化”的观点，故B错误；
C．光的折射现象，康普顿效应现象都没有利用“量子化”的观点，故C错误；
D．光的干涉现象，α粒子散射实验都没有利用“量子化”的观点，故D错误。
故选A。
【分析】根据光电效应现象和氢原子光谱实验利用了“量子化”的观点来解答即可。
6．氢原子的赖曼系谱线，其波长满足公式：为里德堡常量。氢原子从和的激发态跃迁到基态时，辐射光子的能量之比为（　　）
A． B． C． D．
【答案】B
【知识点】氢原子光谱；玻尔理论与氢原子的能级跃迁
【解析】【解答】氢原子位于n=3能级时，根据题意有
氢原子位于n=2能级时，根据题意有
氢原子从高能级跃迁到基态时，辐射光子的能量
故辐射光子的能量之比为
故答案为：B。
【分析】根据题意确定各能级的波长，再根据光子能量公式结合能级跃迁的特点确定从各能级跃迁到基本辐射出光子的能量在进行解答。
7．我国“曦和号”探日卫星首次在轨获得了太阳H-α谱线，H-α谱线是巴尔末线系中能量最小的发射谱线，如图为氢原子的能级示意图，由图可知H-α谱线的光子能量约为（　　）
A．1.89eV B．2.55eV C．2.86eV D．3.4eV
【答案】A
【知识点】氢原子光谱
【解析】【解答】在发生跃迁时，如果核外电子由低能级向高能级跃迁，需要吸收能量，如果由高能级向低能级跃迁，需要释放能量（以光子的形式）。由题意可知，谱线是巴尔末线系中氢原子从能级跃迁到能级辐射出的谱线，其光子能量为
故选A。
【分析】根据氢原子能级跃迁的特点，结合玻尔理论分析即可。
8．2022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的氢原子谱线（对应的光子能量为）。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．和能级之间的跃迁 B．和能级之间的跃迁
C．和能级之间的跃迁 D．和能级之间的跃迁
【答案】A
【知识点】氢原子光谱
【解析】【解答】由氢原子能级图知，和的能级能量差为：，与探测器探测到的谱线能量相等，所以此谱线来源于太阳中氢原子和能级之间的跃迁，故A符合题意，BCD不符合题意。
故答案为：A
【分析】根据探测到的谱线对应的光子能量，结合氢原子能级图求解。
9．光谱分析仪能够灵敏、迅速地根据物质的光谱来鉴别物质，及确定它的化学组成和相对含量。如图所示为氢原子的能级示意图，则关于氢原子在能级跃迁过程中辐射或吸收光子的特征，下列说法中正确的是（　　）
A．大量处于能级的氢原子向基态跃迁时，能辐射出3种不同频率的光子
B．大量处于能级的氢原子吸收能量为的光子可以跃迁到能级
C．处于基态的氢原子吸收能量为的光子可以发生电离
D．氢原子发射光谱属于连续光谱
【答案】C
【知识点】氢原子光谱；玻尔理论与氢原子的能级跃迁
【解析】【解答】A．大量处于能级的氢原子向基态跃迁时，能辐射出
可以辐射出6种不同频率的光子，A不符合题意；
B．氢原子从能级跃迁到能级
所以该光子不能被吸收，B不符合题意；
C．处于基态的氢原子吸收能量为的光子可以发生电离，剩余的能量变为光电子的初动能，C符合题意；
D．氢原子的轨道是不连续的，发射的光子的能量值是不连续的，只能是一些特殊频率的谱线，D不符合题意；
故答案为：C。
【分析】A．大量处于n能级的氢原子向基态跃迁时，能辐射出种不同频率的光子；
B.氢原子从n能级跃迁到m能级需要吸收或者释放能量为；
C.处于基态的氢原子吸收能量为13.6eV的光子可以发生电离，剩余的能量变为光电子的最大初动能；
D.氢原子光谱是线状谱。
10．如图，为氢原子能级的示意图，现有大量的氢原子处于n=4的激发态，向低能级跃迁时辐射出若干不同频率的光。下列说法正确的是（　　）
A．这些氢原子总共可辐射出3种不同频率的光
B．用能量为10.3eV的光子照射氢原子，可使处于基态的氢原子跃迁到激发态
C．最容易表现出衍射现象的光是由n=4能级跃迁到n=3能级产生的
D．用n=4能级跃迁到n=2能级辐射出的光照射逸出功为6.34eV的金属铂能发生光电效应
【答案】C
【知识点】氢原子光谱
【解析】【解答】A．处于能级的氢原子能发射
种频率的光，A不符合题意；
B．原子跃迁能量必须等于能级差，基态的氢原子吸收的能量从跃迁到，而大于，所以不能使处于基态的氢原子跃迁到激发态，B不符合题意；
C．由n=4能级跃迁到n=3能级产生的光的能量为最小值，波长最长，所以最容易表现出衍射现象，C符合题意；
D．由n=4能级跃迁到n=2能级辐射出的光的能量为
小于6.34eV，所以不能使金属铂发生光电效应，D不符合题意。
故答案为：C。
【分析】 （1）因是大量 氢原子 ，故根据判断一群氢原子从高能级向基态跃迁时发出的光子种类；
（2）由高能级向低能级跃迁，辐射或吸收的光子能量必须等于能级差；
（3）波长长的光容易发生衍射：当光子的能量大于逸出功，可发生光电效应。
11．氢原子最低的五个能级如图所示，其中为基态，若一个氢原子A处于激发态，一个氢原子B处于激发态，则下列说法正确的是（　　）
A．氢原子A可能辐射出2种频率的光子
B．氢原子A可能辐射出3种频率的光子
C．氢原子B可能辐射出6种频率的光子
D．氢原子B可能辐射出4种频率的光子
【答案】A
【知识点】玻尔理论与氢原子的能级跃迁
【解析】【解答】一个氢原子A处于激发态，向低能级跃迁时，它可能辐射1种频率的光子，即3→1，最多能辐射2种频率的光子，即3→2，2→1；一个氢原子B处于n=4能级时最多能辐射出3种频率的光子，即4→3，3→2，2→1。
故答案为：A。
【分析】单个氢原子从激发态向低能级跃迁时，是逐级跃迁（而非同时跃迁所有可能能级），因此辐射的光子频率数为 “跃迁的次数”。
12．下图为氢原子的能级示意图，通过激光技术把处于基态的一群氢原子跃迁到的激发态上，又再向低能级跃迁而发出光子，下列说法正确的是（　　）
A．发出光子的能量连续分布在0~13.6eV之间
B．发出光子的能量连续分布在0.31eV~12.06eV之间
C．发出光子可能是10个特定的能量值
D．发出光子只能是4个特定的能量值
【答案】C
【知识点】玻尔理论与氢原子的能级跃迁
【解析】【解答】AB．根据两个能级跃迁的能量差，可知发出光子的能量是不连续的，故AB错误；
CD．而从向低能级跃迁，根据排列组合的知识，可知发出光子的能量可能达到10个能量值，而不只是4个能量值，故C正确，D错误。
故答案为：C。
【分析】明确“能级不连续→光子能量特定”，并通过组合数公式计算可能的跃迁次数。
13．如图甲是“胜哥”研究光电效应的电路图，图乙是汞原子的能级图，若用处于能级的汞原子跃迁发出的光子照射某种金属，恰好可以使它发生光电效应，则（　　）
A．该金属的逸出功
B．用处于能级的汞原子跃迁发出的光子照射该金属，不能发生光电效应
C．一个处于能级的汞原子跃迁发出的光子种类最多有两种
D．用处于能级的汞原子跃迁发出的光子照射该金属时，将滑动变阻器的滑动端移动到合适位置，可使甲图中电流表示数为零
【答案】C
【知识点】玻尔理论与氢原子的能级跃迁；光电效应
【解析】【解答】解决本题的关键知道光子能量与能级差的关系，即Em-En=hν，以及知道光电效应产生的条件。A．处于能级的汞原子跃迁到能级，发出光子的能量为
由于恰好可以使某种金属发生光电效应，由
可知，该金属的逸出功
故A错误；
B．处于能级的汞原子跃迁到能级发出的光子能量为
能使该金属发生光电效应，故B错误；
C．一个处于能级的汞原子先跃迁到能级，放出一个光子，再从能级向能级跃迁放出一个光子，一共最多放出两个光子，故C正确；
D．图甲所示中电源为正向接法，放出的电子能被电场加速运动至阳极，无论滑动变阻器的滑片位置在哪，电流表示数都不会为零，故D错误；
故选C。
【分析】由高能级向低能级跃迁，辐射的光子能量等于两能级间的能级差；根据发生光电效应的条件判断；根据排列组合判断；结合光电效应电路的特点判断。
14．小科通过视频号“胜哥课程”知道了极光的成因。太阳风中的高能带电粒子与大气层发生撞击，撞击过程的部分能量被大气原子与分子的核外电子吸收，电子被激发至高能级。电子从高能级向低能级跃迁时，形成不同颜色的极光，红色与绿色极光往往来自氧原子。下列说法中正确的是（　　）
A．红色极光的波长小于绿色极光的波长
B．红色极光光子的能量大于绿色极光光子的能量
C．玻尔原子理论可以完美解释氧原子的发光现象
D．形成的绿色极光与红色极光相比，跃迁的能级差更大
【答案】D
【知识点】玻尔理论与氢原子的能级跃迁；光子及其动量
【解析】【解答】解题时需注意，在发生跃迁时，如果核外电子由低能级向高能级跃迁，需要吸收能量，如果由高能级向低能级跃迁，需要释放能量（以光子的形式）。AB．红色极光的波长大于绿色极光的波长，红色极光的频率小于绿色极光的频率，根据可知，红色极光光子的能量小于绿色极光光子的能量，故AB错误；
C．玻尔原子理论可以完美解释氢原子的发光现象，其他元素的跃迁都不能解释，故C错误；
D．玻尔原子理论能级跃迁规律
由于绿光极光的能量较大，则形成的绿色极光与红色极光相比，跃迁的能级差更大，故D正确；
故选D。
【分析】根据E=hν分析，玻尔原子理论具有局限性，结合玻尔原子理论能级跃迁规律E=Em-En分析。
15．大连相干光源是我国第一台高增益自由电子激光用户装置，其激光辐射所应用的玻尔原子理论很好地解释了氢原子的光谱特征。图为氢原子的能级示意图，已知紫外光的光子能量大于，当大量处于能级的氢原子向低能级跃迁时，辐射不同频率的紫外光有（　　）
A．1种 B．2种 C．3种 D．4种
【答案】B
【知识点】玻尔理论与氢原子的能级跃迁
【解析】【解答】大量处于n=3能级的氢原子向低能级跃迁时，能够辐射出不同频率的种类为
辐射出光子的能量分别为
其中
，，
所以辐射不同频率的紫外光有2种。
故选B。
【分析】
1.一群处于n能级的氢原子跃迁时可能发出的光谱线条数
a．用数学中的组合知识求解：N＝＝。
b．利用能级图求解：在氢原子能级图中将氢原子跃迁的各种可能情况一一画出，然后相加。
2.根据原子跃迁的频率条件hν＝Em－En计算氢原子从高能级跃迁到低能级向外辐射光子的能量，再与紫外线的能量比较。
16． 如图所示，关于近代物理学的下列说法中，正确的是（　　）
A．普朗克为解释图甲的黑体辐射实验数据，提出了能量子的概念
B．图乙在某种单色光照射下，电流表发生了偏转，若仅将图乙中电源的正负极反接，电流表一定不会偏转
C．若图乙中的电动势足够大，滑动变阻器滑片向右滑，电流表的示数能一直增大
D．图丙为氢原子的能级示意图，一群处于的激发态的氢原子向低能级跃迁所发出的光中，从跃迁到所发出的光波长最长
【答案】A
【知识点】玻尔理论与氢原子的能级跃迁；黑体、黑体辐射及其实验规律；光电效应
【解析】【解答】A、 普朗克为解释图甲的黑体辐射实验数据，提出了能量子的概念，A正确；
B、 若仅将图乙中电源的正负极反接， 由于反向电压大小未知，即光电子仍有可能到达A极板，即电流表有可能有示数，只有当反向电压大于或等于遏制电压时，光电子没有到达A极板，电流表示数为零，B错误；
C、 若图乙中的电动势足够大，滑动变阻器滑片向右滑 ，说明A、K间的正向电压在增大，而电流表的示数增大到饱和光电流后，光电流就不再增大，即电流表的示数可能先增加后不变，也有可能一直都不变，C错误；
D、 一群处于的激发态的氢原子向低能级跃迁所发出的光中，从跃迁到所发出的光 能量最高，即光的频率最高，波长最短，D错误。
答案：A.
【分析】本题考查近代物理学，普朗克提出能量子的概念；光电效应实验中，接反向电压，由时，电流表会偏转；接正向电压时，当正向电压达到某一数值后，光电流不在增加，呈饱和状态；根据能级图，两个能级的能量差为辐射光的光子能量或者吸收光的光子能量，能级差越大，光子的能量越大，光的频率越大，波长越短。
17．氢原子光谱按波长展开的谱线如图甲所示，此谱线满足巴耳末公式，…，图乙为氢原子能级图。普朗克常量约为，则（　　）
A．垂直入射到同一单缝衍射装置，光的衍射中央亮条纹宽度小于
B．氢原子从跃迁到能级时会辐射出γ射线
C．氢原子从跃迁到与跃迁到产生光子的动量之比为286∶255
D．在同一光电效应装置中，光照射产生的光电子初动能都大于光照射产生的光电子
【答案】C
【知识点】玻尔理论与氢原子的能级跃迁；光电效应
【解析】【解答】A．由图甲可知，的波长大于，垂直入射到同一单缝衍射装置，光的衍射中央亮条纹宽度大于，A错误；
B．氢原子从跃迁到能级辐射出光的波长由
求得
氢原子从跃迁到能级时会辐射出光，不会辐射出γ射线，B错误；
C．根据及可得
因此动量之比为
C正确；
D．在同一光电效应装置中，光的能量大于光，照射产生的光电子最大初动能大于光照射产生的光电子的最大初动能，而不是光照射产生的光电子初动能都大于光照射产生的光电子，D错误。
故选C。
【分析】根据两束光的波长大小，由衍射条纹特点分析判断；由波尔的跃迁原理求波长；由德布罗意关系式变形后求动量之比；由爱因斯坦光电效应方程比较初动能大小。
18．在研究恒星时，恒星发出的光基本可以覆盖整个可见光谱。当光经过恒星的大气层时，大气中的每一种元素都会吸收特定波长的光，这样在地球上观测到的可见光谱中会出现黑色的条纹，这样的光谱被称为吸收光谱。根据吸收光谱可以分析恒星大气层的大致成分构成。但是我们观测到某些恒星的吸收光谱中的黑色条纹会朝着红光方向偏移，该现象称为红移。根据图中信息，下列说法正确的是（　　）
A．观测到的波长变长，因此该恒星在远离地球
B．观测到的波长变长，因此该恒星在靠近地球
C．观测到的波长变短，因此该恒星在远离地球
D．观测到的波长变短，因此该恒星在靠近地球
【答案】A
【知识点】多普勒效应；光谱和光谱分析
【解析】【解答】根据多普勒效应可知，当波源与观察者相对靠近时，观察者接收的频率变高，当波源与观察者相对远离时，观察者接收的频率变低，根据
可知，当波源与观察者相对靠近时，观察者观察到的波长变短，当波源与观察者相对远离时，观察者观察到的波长变长，结合题意，观测到恒星的吸收光谱中的黑色条纹朝着红光方向偏移，即观察到的波长变长，则接收的频率变低，即该恒星在远离地球，故A正确，BCD错误。
故选A。
【分析】根据多普勒效应可知，当波源与观察者相对靠近时，观察者接收的频率变高，观察者观察到的波长变短，当波源与观察者相对远离时，观察者接收的频率变低，观察者观察到的波长变长。
二、多项选择题
19．如图所示为氢原子的能级图，下列说法正确的是（　　）
A．从能级跃迁到能级时，电子的动能会变大，电势能会减小
B．氢原子从高能级向低能级跃迁时要辐射光子
C．一个处于激发态的氢原子向基态跃迁时，最多可能发出3种不同频率的光子
D．用能量为9.6eV的电子轰击处于基态的氢原子，能使氢原子发生能级跃迁
【答案】A,B,C
【知识点】氢原子光谱；玻尔理论与氢原子的能级跃迁
【解析】【解答】 电子子做圆周运动，静电力提供向心力，则有
联立可得；
A、从n=3能级跃迁到n=2能级时，电子的轨道半径减小，由动能表达式分析可知电子的动能会变大，因静电力做正功，电势能会减小，故A正确；
B、根据玻尔理论可知氢原子从高能级向低能级跃迁时要辐射光子，故B正确；
C、一个处于n=4激发态的氢原子向基态跃迁时，最多可能发出3种不同频率的光子，故C正确；
D、从n=1能级跃迁到n=2能级时，需要吸收的能量
9.6eV<10.2eV，用能量为9.6eV 的电子轰击处于基态的氢原子，不能使氢原子跃迁到n=2能级，故D错误；
故答案为：ABC。
【分析】根据圆周运动可知轨道半径和动能的关系，再根据氢原子能级图去计算跃迁需要的能量，一个氢原子跃迁发出可能的光谱线条数最多为(n－1)。
20．一群处于激发态的氢原子跃迁向外辐射出不同频率的光子，则（　　）
A．需要向外吸收能量
B．共能放出6种不同频率的光子
C．向跃迁发出的光子频率最大
D．向跃迁发出的光子频率最大
【答案】B,D
【知识点】氢原子光谱
【解析】【解答】A.氢原子从高能级向低能级跃迁，对外释放能量，故A不符合题意；
B.根据可知，共能放出6种不同频率的光子，故B符合题意；
CD.根据可知，从向跃迁发出的光子能量最大，光频率最大，故C不符合题意，D符合题意。
故答案为：BD
【分析】氢原子从高能级向低能级跃迁，释放能量；根据求放出不同频率光子的种类；根据分析判断。
21．对于原子光谱，下列说法正确的是（　　）
A．原子光谱是不连续的
B．因为原子都是由原子核和电子组成的，所以各种原子的光谱是相同的
C．各种原子的原子结构不同，所以各种原子的光谱也是不同的
D．分析物质的光谱，可鉴别物质含哪种元素
【答案】A,C
【知识点】光谱和光谱分析
【解析】【解答】A．原子光谱是不连续的亮线组成的，是线状谱，不是连续谱，故A正确；
BC．原子都是由原子核和电子组成的，但不同原子的原子结构不同，而各种原子的原子光谱都有各自的特征谱线，所以不同原子的原子光谱是不相同的，故B错误，C正确；
D．明线光谱和暗线谱特征谱线与原子的结构有关，可以利用明线光谱和暗线谱鉴别物质，但不能利用物质的连续光谱分析物质中含有哪种元素，故D错误。
故选：AC。
【分析】原子光谱是线状谱，是不连续的；原子都是由原子核和电子组成的，但不同原子的光谱都有各自的特征谱线，原子光谱是不相同的；鉴别物质可以利用明线光谱和暗线谱。
三、非选择题
22．（1）如图所示为氢原子的最低五个能级，一束光子能量为的单色光入射到大量处于基态的氢原子上，产生的光谱线是（　　）
A． B．
C． D．
（2）若用到基态跃迁放出的光照射逸出功为的某金属，则逸出电子最大初动能为　 　。
【答案】（1）C
（2）10.45
【知识点】玻尔理论与氢原子的能级跃迁；光电效应
【解析】【解答】（1）由能级图可得
可知一束光子能量为的单色光入射到大量处于基态的氢原子上，则氢原子将跃迁到能级，根据可知产生的光谱线有3条。
故选C。
（2）用到基态跃迁放出的光照射逸出功为的某金属，放出的光的光子能量为
根据光电效应方程可得逸出电子最大初动能为
【分析】一、氢原子能级与跃迁
1、能级公式（玻尔理论），基态 n=1，
激发态能量为负值，随 增大而升高（绝对值减小）。
2、光子激发
单色光照射基态氢原子，光子能量必须精确等于某能级与基态的能量差，才能被吸收并跃迁到该能级。
计算跃迁到的能级 n：
3、谱线条数
处于能级 n 的氢原子向低能级跃迁，可能产生的光谱线条数：
二、光电效应方程
1、方程形式：，hν：光子能量， ：金属逸出功，：光电子最大初动能
2、计算步骤
氢原子从 跃迁到 放出光子的能量 （即 ）。
逸出功 代入得：
三、综合要点
1、单色光激发与连续谱激发区别
单色光只能使氢原子跃迁到特定能级（能量匹配）。
白光或连续谱可使氢原子跃迁到多个能级。
2、跃迁与辐射的对应关系
吸收光子是特定能量 → 跃迁到固定高能级。
从高能级向低能级自发辐射时，可能产生多条谱线（组合跃迁）。
3、原子物理与光电效应的结合
先由氢原子跃迁求辐射光子能量，再用该能量代入光电效应方程求光电子动能。
（1）由能级图可得
可知一束光子能量为的单色光入射到大量处于基态的氢原子上，则氢原子将跃迁到能级，根据
可知产生的光谱线有3条。
故选C。
（2）用到基态跃迁放出的光照射逸出功为的某金属，放出的光的光子能量为
根据光电效应方程可得逸出电子最大初动能为
23．氢原子的能级图如图甲所示，一群处于的激发态的氢原子自发跃迁，辐射出的光子中仅有a、b两种光能使图乙中的光电管电路产生光电流，测量得到的光电流I与电压U的关系曲线如图丙所示。求：
（1）b光产生的光电子的最大初动能（结果用eV为单位）；
（2）阴极K的逸出功W（结果用eV为单位）；
（3）反向遏止电压。
【答案】（1）解：对b光产生的光电子分析有
解得
（2）解：对b光的光子，有
所以逸出功为
（3）解：对a光的光子，有
，，
联立解得
【知识点】玻尔理论与氢原子的能级跃迁；光电效应
【解析】【分析】（1）利用遏止电压与最大初动能的关系 ，直接由图丙读 计算。
（2）氢原子跃迁确定b光光子能量，结合光电效应方程 推导。
（3）先由氢原子跃迁得a光光子能量，再用光电效应方程求a光的 ，由 计算。
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