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(共53张PPT)
高三一轮总复习高效讲义
物 理
01
第十六章
近代物理初步
第2讲　原子结构
知识梳理　夯实基础
考点探究　提升能力
课时通关精练
02
03
01
学习目标
教考衔接
知识梳理　夯实基础
J.J.汤姆孙
卢瑟福
正电荷
质量
AI精准定位：高考命题关键点
光谱分析
量子化
能级
－13.6 eV
AI精准定位：高考命题关键点
考点探究　提升能力
α粒子散射实验及原子核式结构
考点一
破题路径
角度突破
玻尔理论与能级
考点二
角度突破
破题路径
[课时通关精练(四十一)]　原子结构
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谢谢观看[课时通关精练(四十一)]　原子结构
(选择题每题5分，非选择题每题10分，建议用时：40分钟)
1.(2025·南通模拟)如图所示是α粒子散射实验装置，实验时在图中甲、乙、丙、丁四处观察，相同时间内荧光屏上闪光点最多的位置是(　　)
A.甲 B.乙
C.丙 D.丁
答案：选A。
2.(原创)如图为α粒子散射实验装置示意图，实验观测到少数α粒子发生大角度偏转。下列说法正确的是(　　)
A.α粒子与金原子的电子碰撞导致大角度偏转
B.该实验说明金原子核内部具有复杂结构
C.金原子中存在带正电的原子核，且其占据空间很小
D.α粒子受到金原子核的库仑引力作用
解析：选C。α粒子散射实验中，少数α粒子大角度偏转，说明金原子内有带正电的原子核，且原子核体积小、质量大，α粒子受库仑斥力作用，C正确；电子质量极小，对α粒子偏转影响可忽略，A错误；原子核内部复杂结构由天然放射现象说明，B错误；α粒子与原子核均带正电，是库仑斥力，D错误。
3.一束光照射大量处于n＝2能级的氢原子，氢原子吸收光子后，发出波长分别为λ1＞λ2＞λ3＞λ4＞λ5＞λ6的六种光，则入射光子的能量为(　　)
A.h B.h
C.h D.h
解析：选B。由题意可知氢原子吸收光子后发出六种波长的光，说明被激发到n＝4能级，入射光子能量等于n＝4跃迁到n＝2的能级差，即入射光能量为ΔE＝E4－E2＝hν＝h，分析可知n＝4跃迁到n＝2的辐射光的波长为λ3，故入射光能量为ΔE＝h，B正确。
4.如图所示是氢原子四个能级的示意图，当氢原子从高能级向低能级跃迁时会辐射出一定频率的光子，以下说法不正确的是(　　)
A.一个处于n＝3能级的氢原子，自发跃迁时最多能辐射出3种不同频率的光
B.根据玻尔理论可知，氢原子辐射出一个光子后，氢原子的势能减小，核外电子动能增大
C.处于n＝4能级的氢原子自发跃迁时，辐射出光子的最大能量为12.75 eV
D.一个处于基态的氢原子可以吸收一定频率的光子跃迁到高能级
解析：选A。一个处于n＝3能级的氢原子，可从n＝3能级跃迁到n＝2能级，再由n＝2能级跃迁到n＝1能级，最多辐射出两种频率的光子，A错误；氢原子辐射出光子后，由较高能级跃迁到较低能级，其轨道半径减小，氢原子的势能减小，核外电子动能增大，B正确；由能级跃迁条件可知，处于n＝4能级的氢原子自发跃迁时，由E＝Em－En，可得辐射出的光子的最大能量为E＝E4－E1＝－0.85 eV－(－13.6 eV)＝12.75 eV，C正确；由玻尔理论可知一个处于基态的氢原子可以吸收一定频率的光子跃迁到高能级，D正确。
5.(学科前沿融通题)我国太阳探测科学技术试验卫星羲和号在国际上首次成功实现空间太阳Hα波段光谱扫描成像。Hα和Hβ分别为氢原子由n＝3和n＝4能级向n＝2能级跃迁产生的谱线，如图所示，用Hβ对应的光照射某种金属表面，恰好能使该金属发生光电效应。下列说法正确的是(　　)
A.用Hα对应的光照射该金属表面也能发生光电效应
B.若照射光的频率大于Hβ对应的光的频率，则该金属的逸出功增大
C.用Hβ对应的光照射处于n＝4能级的氢原子，氢原子会发生电离
D.从n＝3能级跃迁到n＝2能级的核外电子，其动能减小，电势能增大
解析：选C。氢原子由高能级向低能级跃迁释放的光子能量等于这两个能级的能量差值，由图可知，Hα对应的光子能量小于Hβ对应的光子能量，用Hβ照射某金属时恰好发生光电效应，则用Hα照射该金属时不能发生光电效应，A错误；逸出功的大小与入射光频率无关，由金属本身决定，B错误；Hβ对应的光子能量为－0.85 eV－(－3.4 eV)＝2.55 eV＞0－(－0.85 eV)，因此能使处于n＝4能级的氢原子发生电离，C正确；根据玻尔理论，电子向低能级跃迁时，动能增加，电势能减小，D错误。
6.(2024·江苏高考)如图所示，钠原子在几个能级间跃迁时辐射的光的波长分别为λ1、λ2、λ3和λ4。其中只有一种波长的光能使某种金属发生光电效应，该光的波长为(　　)
A.λ1 B.λ2
C.λ3 D.λ4
解析：选C。根据光电方程可知当只有一种光子可使某金属发生光电效应，该光子对应的能量最大，根据图中能级图可知跃迁时对应波长为λ3的光子能量最大，C正确。
7.(科技前沿融通题)我国太阳探测科学技术试验卫星“羲和号”在国际上首次实现了太阳Hα波段光谱成像的空间观测。氢原子由n＝3、4、5、6能级跃迁到n＝2能级时发出的光，对应的谱线为可见光区的四条谱线，分别为Hα、Hβ、Hγ、Hδ，如图所示。下列说法正确的是(　　)
A.Hα、Hβ、Hγ、Hδ四种光的波长逐渐变大
B.Hα、Hβ、Hγ、Hδ四种光在真空中传播速度逐渐变大
C.分别用Hα、Hβ、Hγ、Hδ四种光照射同一个双缝干涉实验装置时，Hδ对应的相邻条纹间距更小
D.若Hγ照射某金属时发生光电效应，则Hβ照射该金属时一定发生光电效应
解析：选C。四种光中从更高能级向n＝2能级跃迁的光，光子的能量更大，根据ε＝hν＝，可知Hα、Hβ、Hγ、Hδ四种光的能量逐渐增加，所以波长逐渐变小，A错误；电磁波在真空中的传播速度都是光速c，B错误；根据双缝干涉的条纹间距公式Δx＝λ，波长越小相邻的条纹间距越小，其中Hδ的波长最小，C正确；Hγ能让金属发生光电效应，说明其频率超过材料的截止频率，Hβ频率比Hγ低，不能确定Hβ的频率是否能大于材料的截止频率，D错误。
8.如图所示为玻尔的氢原子电子轨道示意图。大量处于n＝4能级的电子向较低能级跃迁时会发出频率不同的光，下列说法中正确的是(　　)
A.最多能产生3种不同的光子
B.电子离原子核越近，电子的总能量越大
C.电子从n＝4能级跃迁到n＝3能级，电子的动能减小
D.电子从n＝4能级跃迁到n＝3能级所发出光子的波长最长
解析：选D。大量处于n＝4能级的电子向较低能级跃迁时会发出＝6种频率不同的光子，A错误；电子离原子核越近，能级越低，电子的总能量越小，B错误；电子从n＝4能级跃迁到n＝3能级，库仑力做正功，电子的动能增大，C错误；电子从n＝4能级跃迁到n＝3能级，能级差最小，辐射光子能量最小，根据hν＝ΔE＝h，所发出光子的波长最长，D正确。
9.如图所示为氢原子能级图，从n＝3、4、5、6能级跃迁到n＝2能级时辐射出四条光谱线。已知从n＝3跃迁到n＝2的能级时辐射光的波长为658 nm，取h＝6.63×10－34 J·s。下列说法中正确的是(　　)
A.四条光谱线中，光谱线Hα和Hβ频率之比约为63∶85
B.660 nm的照射光能使氢原子从n＝2跃迁到n＝3的能级
C.处于高能级的氢原子越多，Hα和Hβ之间会出现其他频率的谱线
D.用相同功率发射的这四种细光束，单位时间发射的Hδ光的平均光子数最多
解析：选A。Hα对应n＝3→n＝2的跃迁，则其频率为να＝≈4.56×1014 Hz，Hβ对应n＝4→n＝2的跃迁，能量差为ΔE＝－0.85－(－3.40) eV＝2.55 eV，将能量转换为频率则有νβ＝≈6.15×1014 Hz，则谱线Hα和Hβ频率之比约为να∶νβ≈63∶85，A正确；由题可知，从n＝2跃迁到n＝3的能级时，需要吸收波长为658 nm的光子，B错误；氢原子的能级跃迁遵循特定的规律，只能在特定能级之间发生跃迁，产生特定频率的光谱线，因此无论处于高能级的氢原子数量多少，Hα和Hβ之间不会出现其他频率的谱线，C错误；Hδ对应n＝6→n＝2的跃迁，能级差最大，光子能量最高，功率相同情况下，光子能量越大，单位时间内发射的光子数越少，D错误。
10.如图所示为氢原子的能级示意图，已知可见光光子能量范围为1.63～3.10 eV，大量处于n＝3能级的氢原子向低能级跃迁时，会产生三种波长为λ31、λ32、λ21的光，下标数字表示相应的能级，下列说法正确的是(　　)
A.λ31＝λ32＋λ21
B.这群氢原子自发向低能级跃迁时能辐射出3种可见光
C.用能量为2 eV的电子轰击氢原子，可以使氢原子发生电离
D.金属钠的逸出功为2.3 eV，这三种光都可以使金属钠发生光电效应
解析：选C。由跃迁规律可知E31＝E32＋E21，即＝＋，即＝＋，A错误；这群氢原子自发向低能级跃迁时能辐射出1种可见光，对应于从3到2的跃迁E32＝(－1.51) eV－(－3.4) eV＝1.89 eV，B错误；处于n＝3能级的氢原子发生电离至少需要的能量为1.51 eV，则用能量为2 eV的电子轰击氢原子，可以使氢原子发生电离，C正确；从3到2的跃迁辐射出的光子的能量为1.89 eV小于金属钠的逸出功2.3 eV，则不可以使金属钠发生光电效应，D错误。
11.氢原子能级图如图甲所示，已知可见光光子的能量范围为1.61～3.11 eV，普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s，电子电荷量e＝1.60×10－19 C。
(1)求从n＝4跃迁到n＝2放出的光子能量；
(2)为使大量处于基态的氢原子跃迁后能发出可见光，求照射光的最低频率；
(3)若基态氢原子受激发射出6条光谱线，是由于运动的氢原子a与静止的氢原子b碰撞导致，如图乙所示，求氢原子a的最小动能Ek。(计算结果均保留三位有效数字)
解析：(1)当n＝2时有E2＝－3.40 eV，当n＝4时有E4＝－0.85 eV
则ΔE＝E4－E2＝2.55 eV。
(2)同理可以判断当从n＝3跃迁到n＝2时放出的能量ΔE'＝1.89 eV，在可见光范围入射光的能量至少为Emin＝E3－E1＝12.09 eV
又E＝hν
解得ν≈2.92×1015 Hz。
(3)令氢原子a的初速度为v0，则有
Ek＝m
氢原子a与氢原子b发生完全非弹性碰撞时，系统损失的动能最大，根据动量守恒可得mv0＝2mv
由能量守恒有ΔE损＝m－·2mv2
又ΔE损＝E4－E1＝12.75 eV
联立解得Ek＝25.5 eV。
答案：(1)2.55 eV　(2)2.92×1015 Hz (3)25.5 eV
12.如图所示为氢原子的能级图，一束光子能量为12.09 eV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(　　)
解析：选C。由氢原子的能级图可得，能级3的激发态与基态的能级差为ΔE＝E3－E1＝－1.51 eV－(－13.6 eV)＝12.09 eV，所以用能量为12.09 eV的光子去照射大量处于基态的氢原子，氢原子能从基态跃迁到能级3的激发态上去，氢原子吸收光子的能量跃迁到能级3的激发态后，向低能级跃迁时，任意两个能级之间发生一次跃迁，共发射＝3种频率不同的光，C正确，A、B、D错误。第2讲　原子结构
对应学生用书P358
学习目标 教考链接
1.知道J.J.汤姆孙研究阴极射线发现电子的实验，知道阴极射线是由电子组成的，知道电子是原子的组成部分 2.了解α粒子散射实验的原理和实验现象。知道卢瑟福的原子核式结构模型的主要内容 3.知道玻尔原子理论的主要内容，知道能级、能量量子化跃迁以及基态、激发态的概念 4.理解氢原子能级图及原子受激跃迁条件 1.侧重实验与模型建立 重点考查α粒子散射实验的现象与结论(否定枣糕模型，建立核式结构)，以及氢原子光谱规律与玻尔理论的关系 2.聚焦能级跃迁定量计算 核心考点是氢原子能级图的应用，包括光子吸收、发射、电离能计算及光谱线条数的判断 3.命题形式相对固定 常以选择题形式，结合能级图、图像或实验背景，综合考查对能量量子化、跃迁条件等核心概念的理解
一、原子核式结构
1.电子：J.J.汤姆孙发现了电子。
2.α粒子散射实验：卢瑟福和他的助手用α粒子轰击金箔。
3.原子的核式结构：在原子中心有一个很小的核，原子全部的正电荷和几乎全部质量都集中在核里，带负电的电子在核外空间绕核旋转。
4.原子核的电荷与尺度
(1)原子内的电荷关系：各种元素原子核的电荷数与含有的电子数相等。
(2)原子核的组成：原子核由质子和中子组成，原子核的电荷数就是核中的质子数。
(3)原子核的大小：原子核的半径的数量级为10－15 m，原子半径的数量级为10－10 m。
AI精准定位：高考命题关键点
依托J.J.汤姆孙实验与α粒子散射现象，推导解释原子核式结构
【例1】 卢瑟福利用α粒子轰击金箔的实验研究原子结构，正确反映实验结果的示意图是(　　)
题后反思：
二、氢原子光谱和玻尔理论
1.原子发光的频率只与原子结构有关，因此可以根据其光谱来鉴别物质和确定物质的组成成分，这种方法叫作光谱分析。
2.玻尔的原子理论
(1)轨道量子化与定态
轨道量子化 电子运行的轨道半径不是连续的，而是量子化的。半径公式：rn＝n2r1(n＝1，2，3，…)，其中r1为基态轨道半径
能量量子化 电子在不同轨道上运动时，具有不同的能量，原子的能量也只能取一系列特定的值，这些量子化的能量值叫能级。En＝(n＝1，2，3，…)，其中E1为基态能量，对于氢原子来说，E1＝－13.6 eV
定态假设 电子在轨道上绕核的运动是稳定的，不产生电磁辐射，具有确定能量的稳定状态，称为定态
(2)跃迁——频率条件
①高能级→低能级：释放能量，放出光子。释放光子的能量满足hν＝ΔE＝E高－E低。
②低能级→高能级：吸收能量。吸收光子的能量必须恰好等于能级差hν＝ΔE＝E高－E低。
③电离：吸收能量大于某激发态能量即可。
[注意]若实物粒子与原子碰撞，使原子跃迁到高能级，实物粒子能量大于能级之差。
3.氢原子能级图及特点：量子数n越大，能量值越大，相邻的能级差越小。
从定态跃迁、频率条件、能级公式到能级图趋势，全面掌握玻尔理论的关键要点
1.区分定态与跃迁辐射：电子在稳定轨道不辐射，能级跃迁时以光子形式释放或吸收能量。
2.应用跃迁频率条件：光子能量严格等于两能级能量差，即hν＝｜Em－En｜。
3.利用能级公式定量进行相关计算。
4.分析能级图变化趋势：量子数n增大，能级升高、能级差减小。电离态对应 E≥0。
【例2】 根据玻尔的原子模型，当处于基态的氢原子吸收一个光子后，跃迁至n＝4能级，则(　　)
A.氢原子的电势能增大
B.氢原子的总能量减小
C.电子绕核运动的动能增大
D.电子绕核运动的半径减小
题后反思：
【例3】 大量处在第3能级的氢原子向低能级跃迁，能发出频率为ν1、ν2、ν3的三种光子，且ν1＞ν2＞ν3。已知普朗克常量为h，基态氢原子的能量为E1，则处在第3能级氢原子的能量为(　　)
A.hν1－E1　　　 B.hν1＋E1
C.h(ν1－ν2) D.h(ν1＋ν2)
题后反思：
【例1】 答案：选D。
【例2】 解析：选A。处于基态的氢原子吸收一个光子后跃迁到高能级，氢原子的总能量增大，电子的轨道半径增大，由k＝，又Ek＝mv2，联立解得Ek＝，可知电子的动能减小，由于库仑力做负功，则电势能增大，A正确。
【例3】 解析：选B。当氢原子从第3能级跃迁到基态(n＝1)时，释放的光子频率ν1对应最大能级差，即hν1＝E3－E1，可得E3＝hν1＋E1，B正确。
考点一　α粒子散射实验及原子核式结构
通过α粒子大角度偏转现象，推理得出原子具有核式结构
【例1】 (2025·盐城高三期中)如图所示为α粒子散射的实验装置图。对该实验的解释，说法合理的是(　　)
A.原子内部存在中子
B.实验结果表明原子的正电荷均匀分布在原子内
C.大多数α粒子发生大角度偏转，少数α粒子沿原方向前进
D.原子的全部正电荷和绝大部分的质量都集中在一个很小的核上
题后反思：
破题路径
【例1】 解析：选D。α粒子散射实验现象为，绝大多数α粒子穿过金箔后仍沿原来的方向前进，但有少数α粒子发生了较大的偏转，并有极少数α粒子的偏转超过90°，有的甚至几乎达到180°而被反弹回来。卢瑟福根据该实验现象提出了原子核式结构模型，即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里绕着核旋转，A、B、C错误，D正确。
考点二　玻尔理论与能级
跃迁与光谱分析：根据能级差计算光子频率，并判断可能产生的光谱线条数
【例2】 如图所示为玻尔的氢原子电子轨道示意图。一群处于n＝4能级的原子向低能级跃迁，下列说法中正确的是(　　)
A.一共能产生3种不同的光子
B.一共能产生4种不同的光子
C.其中从能级n＝4跃迁到n＝1产生的光子动量最小
D.其中从能级n＝4跃迁到n＝1产生的光子能量最大
题后反思：
角度突破
1.自发跃迁：高能级→低能级，释放能量，放出光子。释放光子的能量满足hν＝ΔE＝E高－E低。
2.受激跃迁：低能级→高能级，吸收能量。
(1)光照(吸收光子)：光子的能量必须严格满足公式hν＝Em－En。
(2)其他方式(碰撞、加热、加电压)：入射粒子能量大于或等于能级差，E外≥Em－En。
3.一个氢原子跃迁发出光谱线条数：最多为n－1条。
4.一群(大量)氢原子跃迁发出光谱线条数：＝。
【例2】 解析：选D。一群处于n＝4能级的原子向低能级跃迁，一共能产生6种不同的光子，A、B错误；光子能量与氢原子能级差成正比，由氢原子的能级公式可知，从能级n＝4跃迁到n＝1产生的光子能量最大，因而辐射光子的能量(频率)也最大，对应的波长最小，根据p＝，可知从能级n＝4跃迁到n＝1产生的光子的动量也最大，C错误，D正确。
电离能与能级图：利用能级图计算从特定能级使原子电离所需的最小能量
【例3】 如图是氢原子的能级图，对于一群处于量子数n＝3的氢原子(　　)
A.用光子能量0.1 eV的光束照射这群氢原子，只要时间足够长就能够使其电离
B.这群氢原子自发地向高能级跃迁，最多能够发出3种不同频率的光子
C.这群氢原子从n＝3能级跃迁到n＝1能级发出的光波长最长
D.若用电子轰击这群氢原子，使其发光种类增加7种，则电子的动能至少为0.97 eV
题后反思：
角度突破
1.电离：指原子吸收能量，使其核外电子完全脱离原子核束缚跃迁到无穷远处，成为自由电子的过程。原子因失去电子而成为正离子。
2.电离能
(1)基态电离能：使处于基态(n＝1)的原子发生电离所需的最小能量。W基＝E∞－E1＝0－E1＝－E1(为正值)。
(2)激发态电离能：使处于某一激发态(n＝k)的原子发生电离所需的最小能量。Wk＝E∞－Ek＝－Ek(为正值)。
【例3】 解析：选D。要想使处于量子数n＝3的氢原子电离，需要用光子能量至少为1.51 eV，A错误；这群氢原子不能自发地向高能级跃迁，而是吸收了能量之后才可能跃迁，B错误；这群氢原子从n＝3能级跃迁到n＝1能级，发出的光子的能量最大，频率最大，光波长最短，C错误；根据题意可知大量氢原子由高能级向低能级跃迁发出光子种类为10，则有＝10，即大量氢原子从n＝5能级向低能级跃迁恰好发出10种频率的光，所以氢原子从n＝3能级跃迁到n＝5能级吸收的能量至少为ΔE＝E5－E3＝0.97 eV，D正确。
与光电效应的综合：分析原子跃迁发射的光子在另一金属表面引发光电效应的条件
【例4】 如图甲为氢原子能级示意图，图乙为研究光电流与电压关系的电路。一群处于n＝3能级的氢原子自发跃迁，辐射出的光照射光电管的阴极K，通过实验只能得到图丙所示的2条光电流随电压变化的图线，则下列说法正确的是(　　)
A.图丙中Ub的值为－4.45 V
B.变阻器的滑片移动到最左端时，电流表的示数为0
C.这群氢原子向低能级跃迁时可以发出4种不同频率的光
D.b光照射产生的光电子最大初动能大于a光
破题路径
【例4】 解析：选A。变阻器的滑片移动到最左端时，所加的反向电压为零，电流表的示数不为0，B错误；一群处于n＝3能级的氢原子向低能级跃迁时可以发出＝＝3种不同频率的光，C错误；根据辐射条件hν＝Em－En(m＞n)，可知能使金属发生光电效应的光为3能级到1能级的和2能级到1能级的两种光，根据光电效应方程可得hν＝W0＋Ekm，根据动能定理可得eUc＝0－Ekm，由丙图可知，a光对应遏止电压大于b光对应遏止电压，则a光照射出的光电子最大初动能大于b光照射出的光电子最大初动能，a光的光子能量大于b光的光子能量，b光的光子为2能级到1能级跃迁辐射出的，联立上述两式有－1.51 eV－(－13.6 eV)＝W0＋(－eUa)，－3.4 eV－(－13.6 eV)＝W0＋(－eUb)，代入Ua＝－6.34 V，可得Ub＝－4.45 V，A正确，D错误。
[课时通关精练(四十一)]　原子结构
(选择题每题5分，非选择题每题10分，建议用时：40分钟)
1.(2025·南通模拟)如图所示是α粒子散射实验装置，实验时在图中甲、乙、丙、丁四处观察，相同时间内荧光屏上闪光点最多的位置是(　　)
A.甲 B.乙
C.丙 D.丁
答案：选A。
2.(原创)如图为α粒子散射实验装置示意图，实验观测到少数α粒子发生大角度偏转。下列说法正确的是(　　)
A.α粒子与金原子的电子碰撞导致大角度偏转
B.该实验说明金原子核内部具有复杂结构
C.金原子中存在带正电的原子核，且其占据空间很小
D.α粒子受到金原子核的库仑引力作用
解析：选C。α粒子散射实验中，少数α粒子大角度偏转，说明金原子内有带正电的原子核，且原子核体积小、质量大，α粒子受库仑斥力作用，C正确；电子质量极小，对α粒子偏转影响可忽略，A错误；原子核内部复杂结构由天然放射现象说明，B错误；α粒子与原子核均带正电，是库仑斥力，D错误。
3.一束光照射大量处于n＝2能级的氢原子，氢原子吸收光子后，发出波长分别为λ1＞λ2＞λ3＞λ4＞λ5＞λ6的六种光，则入射光子的能量为(　　)
A.h B.h
C.h D.h
解析：选B。由题意可知氢原子吸收光子后发出六种波长的光，说明被激发到n＝4能级，入射光子能量等于n＝4跃迁到n＝2的能级差，即入射光能量为ΔE＝E4－E2＝hν＝h，分析可知n＝4跃迁到n＝2的辐射光的波长为λ3，故入射光能量为ΔE＝h，B正确。
4.如图所示是氢原子四个能级的示意图，当氢原子从高能级向低能级跃迁时会辐射出一定频率的光子，以下说法不正确的是(　　)
A.一个处于n＝3能级的氢原子，自发跃迁时最多能辐射出3种不同频率的光
B.根据玻尔理论可知，氢原子辐射出一个光子后，氢原子的势能减小，核外电子动能增大
C.处于n＝4能级的氢原子自发跃迁时，辐射出光子的最大能量为12.75 eV
D.一个处于基态的氢原子可以吸收一定频率的光子跃迁到高能级
解析：选A。一个处于n＝3能级的氢原子，可从n＝3能级跃迁到n＝2能级，再由n＝2能级跃迁到n＝1能级，最多辐射出两种频率的光子，A错误；氢原子辐射出光子后，由较高能级跃迁到较低能级，其轨道半径减小，氢原子的势能减小，核外电子动能增大，B正确；由能级跃迁条件可知，处于n＝4能级的氢原子自发跃迁时，由E＝Em－En，可得辐射出的光子的最大能量为E＝E4－E1＝－0.85 eV－(－13.6 eV)＝12.75 eV，C正确；由玻尔理论可知一个处于基态的氢原子可以吸收一定频率的光子跃迁到高能级，D正确。
5.(学科前沿融通题)我国太阳探测科学技术试验卫星羲和号在国际上首次成功实现空间太阳Hα波段光谱扫描成像。Hα和Hβ分别为氢原子由n＝3和n＝4能级向n＝2能级跃迁产生的谱线，如图所示，用Hβ对应的光照射某种金属表面，恰好能使该金属发生光电效应。下列说法正确的是(　　)
A.用Hα对应的光照射该金属表面也能发生光电效应
B.若照射光的频率大于Hβ对应的光的频率，则该金属的逸出功增大
C.用Hβ对应的光照射处于n＝4能级的氢原子，氢原子会发生电离
D.从n＝3能级跃迁到n＝2能级的核外电子，其动能减小，电势能增大
解析：选C。氢原子由高能级向低能级跃迁释放的光子能量等于这两个能级的能量差值，由图可知，Hα对应的光子能量小于Hβ对应的光子能量，用Hβ照射某金属时恰好发生光电效应，则用Hα照射该金属时不能发生光电效应，A错误；逸出功的大小与入射光频率无关，由金属本身决定，B错误；Hβ对应的光子能量为－0.85 eV－(－3.4 eV)＝2.55 eV＞0－(－0.85 eV)，因此能使处于n＝4能级的氢原子发生电离，C正确；根据玻尔理论，电子向低能级跃迁时，动能增加，电势能减小，D错误。
6.(2024·江苏高考)如图所示，钠原子在几个能级间跃迁时辐射的光的波长分别为λ1、λ2、λ3和λ4。其中只有一种波长的光能使某种金属发生光电效应，该光的波长为(　　)
A.λ1 B.λ2
C.λ3 D.λ4
解析：选C。根据光电方程可知当只有一种光子可使某金属发生光电效应，该光子对应的能量最大，根据图中能级图可知跃迁时对应波长为λ3的光子能量最大，C正确。
7.(科技前沿融通题)我国太阳探测科学技术试验卫星“羲和号”在国际上首次实现了太阳Hα波段光谱成像的空间观测。氢原子由n＝3、4、5、6能级跃迁到n＝2能级时发出的光，对应的谱线为可见光区的四条谱线，分别为Hα、Hβ、Hγ、Hδ，如图所示。下列说法正确的是(　　)
A.Hα、Hβ、Hγ、Hδ四种光的波长逐渐变大
B.Hα、Hβ、Hγ、Hδ四种光在真空中传播速度逐渐变大
C.分别用Hα、Hβ、Hγ、Hδ四种光照射同一个双缝干涉实验装置时，Hδ对应的相邻条纹间距更小
D.若Hγ照射某金属时发生光电效应，则Hβ照射该金属时一定发生光电效应
解析：选C。四种光中从更高能级向n＝2能级跃迁的光，光子的能量更大，根据ε＝hν＝，可知Hα、Hβ、Hγ、Hδ四种光的能量逐渐增加，所以波长逐渐变小，A错误；电磁波在真空中的传播速度都是光速c，B错误；根据双缝干涉的条纹间距公式Δx＝λ，波长越小相邻的条纹间距越小，其中Hδ的波长最小，C正确；Hγ能让金属发生光电效应，说明其频率超过材料的截止频率，Hβ频率比Hγ低，不能确定Hβ的频率是否能大于材料的截止频率，D错误。
8.如图所示为玻尔的氢原子电子轨道示意图。大量处于n＝4能级的电子向较低能级跃迁时会发出频率不同的光，下列说法中正确的是(　　)
A.最多能产生3种不同的光子
B.电子离原子核越近，电子的总能量越大
C.电子从n＝4能级跃迁到n＝3能级，电子的动能减小
D.电子从n＝4能级跃迁到n＝3能级所发出光子的波长最长
解析：选D。大量处于n＝4能级的电子向较低能级跃迁时会发出＝6种频率不同的光子，A错误；电子离原子核越近，能级越低，电子的总能量越小，B错误；电子从n＝4能级跃迁到n＝3能级，库仑力做正功，电子的动能增大，C错误；电子从n＝4能级跃迁到n＝3能级，能级差最小，辐射光子能量最小，根据hν＝ΔE＝h，所发出光子的波长最长，D正确。
9.如图所示为氢原子能级图，从n＝3、4、5、6能级跃迁到n＝2能级时辐射出四条光谱线。已知从n＝3跃迁到n＝2的能级时辐射光的波长为658 nm，取h＝6.63×10－34 J·s。下列说法中正确的是(　　)
A.四条光谱线中，光谱线Hα和Hβ频率之比约为63∶85
B.660 nm的照射光能使氢原子从n＝2跃迁到n＝3的能级
C.处于高能级的氢原子越多，Hα和Hβ之间会出现其他频率的谱线
D.用相同功率发射的这四种细光束，单位时间发射的Hδ光的平均光子数最多
解析：选A。Hα对应n＝3→n＝2的跃迁，则其频率为να＝≈4.56×1014 Hz，Hβ对应n＝4→n＝2的跃迁，能量差为ΔE＝－0.85－(－3.40) eV＝2.55 eV，将能量转换为频率则有νβ＝≈6.15×1014 Hz，则谱线Hα和Hβ频率之比约为να∶νβ≈63∶85，A正确；由题可知，从n＝2跃迁到n＝3的能级时，需要吸收波长为658 nm的光子，B错误；氢原子的能级跃迁遵循特定的规律，只能在特定能级之间发生跃迁，产生特定频率的光谱线，因此无论处于高能级的氢原子数量多少，Hα和Hβ之间不会出现其他频率的谱线，C错误；Hδ对应n＝6→n＝2的跃迁，能级差最大，光子能量最高，功率相同情况下，光子能量越大，单位时间内发射的光子数越少，D错误。
10.如图所示为氢原子的能级示意图，已知可见光光子能量范围为1.63～3.10 eV，大量处于n＝3能级的氢原子向低能级跃迁时，会产生三种波长为λ31、λ32、λ21的光，下标数字表示相应的能级，下列说法正确的是(　　)
A.λ31＝λ32＋λ21
B.这群氢原子自发向低能级跃迁时能辐射出3种可见光
C.用能量为2 eV的电子轰击氢原子，可以使氢原子发生电离
D.金属钠的逸出功为2.3 eV，这三种光都可以使金属钠发生光电效应
解析：选C。由跃迁规律可知E31＝E32＋E21，即＝＋，即＝＋，A错误；这群氢原子自发向低能级跃迁时能辐射出1种可见光，对应于从3到2的跃迁E32＝(－1.51) eV－(－3.4) eV＝1.89 eV，B错误；处于n＝3能级的氢原子发生电离至少需要的能量为1.51 eV，则用能量为2 eV的电子轰击氢原子，可以使氢原子发生电离，C正确；从3到2的跃迁辐射出的光子的能量为1.89 eV小于金属钠的逸出功2.3 eV，则不可以使金属钠发生光电效应，D错误。
11.氢原子能级图如图甲所示，已知可见光光子的能量范围为1.61～3.11 eV，普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s，电子电荷量e＝1.60×10－19 C。
(1)求从n＝4跃迁到n＝2放出的光子能量；
(2)为使大量处于基态的氢原子跃迁后能发出可见光，求照射光的最低频率；
(3)若基态氢原子受激发射出6条光谱线，是由于运动的氢原子a与静止的氢原子b碰撞导致，如图乙所示，求氢原子a的最小动能Ek。(计算结果均保留三位有效数字)
解析：(1)当n＝2时有E2＝－3.40 eV，当n＝4时有E4＝－0.85 eV
则ΔE＝E4－E2＝2.55 eV。
(2)同理可以判断当从n＝3跃迁到n＝2时放出的能量ΔE'＝1.89 eV，在可见光范围入射光的能量至少为Emin＝E3－E1＝12.09 eV
又E＝hν
解得ν≈2.92×1015 Hz。
(3)令氢原子a的初速度为v0，则有
Ek＝m
氢原子a与氢原子b发生完全非弹性碰撞时，系统损失的动能最大，根据动量守恒可得mv0＝2mv
由能量守恒有ΔE损＝m－·2mv2
又ΔE损＝E4－E1＝12.75 eV
联立解得Ek＝25.5 eV。
答案：(1)2.55 eV　(2)2.92×1015 Hz (3)25.5 eV
12.如图所示为氢原子的能级图，一束光子能量为12.09 eV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(　　)
解析：选C。由氢原子的能级图可得，能级3的激发态与基态的能级差为ΔE＝E3－E1＝－1.51 eV－(－13.6 eV)＝12.09 eV，所以用能量为12.09 eV的光子去照射大量处于基态的氢原子，氢原子能从基态跃迁到能级3的激发态上去，氢原子吸收光子的能量跃迁到能级3的激发态后，向低能级跃迁时，任意两个能级之间发生一次跃迁，共发射＝3种频率不同的光，C正确，A、B、D错误。

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