2019高中物理 第二章 原子结构 原子光谱习题 教科版选修3-5.doc

1原子光谱原子光谱一、选择题一、选择题 1关于光谱，下列说法中正确的是（ ） A太阳光谱是连续光谱B稀薄的氢气发光产生的光谱是线状谱C煤气灯上燃烧的钠盐汽化后的钠蒸气产生的光谱是线状谱D白光通过钠蒸气产生的光谱是线状谱2关于太阳光谱，下列说法正确的是（ ） A太阳光谱是吸收光谱B太阳光谱中的暗线，是太阳光经过太阳大气层时某些特定频率的光被吸收后而产生的c根据太阳光谱中的暗线，可以分析太阳的物质组成D根据太阳光谱中的暗线，可以分析地球大气层中含有哪些元素3关于巴耳末公式22111 2Rn，n=3，4，5，的理解，正确的是（ ） A此公式是巴耳末在研究氢光谱特征时发现的B公式中 n 可取任意值，故氢光谱是连续谱C公式中 n 只能取某些整数值，故氢光谱是线状谱D公式不但适用于氢光谱的分析，也适用于其他原子的光谱4氢原子的能级是氢原子处于各个定态时的能量值，它包括氢原子系统的电势能和电子在轨道 上运动的动能氢原子的电子由外层轨道跃迁到内层轨道时（ ） A氢原子的能量减小，电子的动能增加 B氢原子的能量增加，电子的动能增加C氢原子的能量减小，电子的动能减小 D氢原子的能量增加，电子的动能减小5氢原子的基态能级 E1=13.6 eV，第 n 能级1 2nEEn，若氢原子从 n=3 能级跃迁到 n=2 能级时放出的光能使某金属发生光电效应则以下跃迁中放出的光也一定能使此金属产生光电效应的是（ ） A从 n=2 能级跃迁至 n=1 能级 B从 n=4 能级跃迁至 n=3 能级C从 n=5 能级跃迁至 n=3 能级 D从 n=6 能级跃迁至 n=5 能级6用能量为 12.30 eV 的光子去照射一群处于基态的氢原子，则受到光的照射后下列关于氢原子 跃迁的说法正确的是（ ） A电子能跃迁到 n=2 的能级上去 B电子能跃迁到 n=3 的能级上去C电子能跃迁到 n=4 的能级上去 D电子不能跃迁到其他能级上去7欲使处于基态的氢原子激发，下列措施可行的是（ ） A用 10.2 eV 的光子照射 B用 11 eV 的光子照射C用 14 eV 的光子照射 D用 10 eV 的光子照射28氢原子的基态能量为 E1，如图所示，正确代表氢原子能级图的是（ ） 9下列应用激光的实例中，正确的是（ ） A利用激光通信 B利用激光加工坚硬的材料C利用激光室内照明 D利用激光精确测量距离10大功率激光炮可以摧毁飞机、导弹、坦克等军事目标，是利用激光的（ ） A相干性好、平行度好 B相干性好、亮度高C平行度好、亮度高 D相干性好、平行度好、亮度高11下列说法中正确的是（ ） A强激光产生的高压可引起原子核的聚变B激光能像无线电波那样用来传递信息CVCD 机、CD 唱机是用激光来读取信息的D医学上激光“光刀”用来切开皮肤，是利用激光的高能特性二、填空题二、填空题 12图给出了氢原子最低的四个能级，大量氢原子在这些能级之间跃迁所辐射的光子的频率最多 有_种，其中最小的频率等于_Hz （保留两位有效数字）13氢原子从 m 能级跃迁到 n 能级时，辐射出波长为1的光子，从 m 能级跃迁到 k 能级时，辐 射出波长为2的光子，若12，则氢原子从 n 能级跃迁到 k 能级时，将_波长为 _的光子14氢原子基态的能量 E1=13.6 eV，电子绕核运动的半径 r1=0.53×1010 m求氢原子处于 n=2 的激发态时：（1）原子系统具有的能量为_；（2）电子在轨道上运动的动能为_；（3）电子具 有的电势能为_三、解答题三、解答题15请根据巴耳末公式22111 2Rn，计算当 n=3，4，5，6 时的氢原子光谱线的波长，并3与教材上介绍的实验结果对比 16计算氢原子光谱中莱曼系中波长最长的光子的能量17氢原子处于基态时，原子能量为 E1=13.6 eV，求：（1）当氢原子从 n=3 能级跃迁到 n=2 能级时，向外辐射的光子的波长；（2）若要使处于基态的氢原子电离，至少要用多大频率的光子照射氢原子；（3）氢原子在 n=4 能级时可放出几种不同能量的光子？18氢原子处于基态时，原子能量 E1=13.6 eV，求：（1）若用一群动能为 12.8 eV 的电子去轰击处于基态的一群氢原子，受激发的氢原子向低能级 跃迁时，可能辐射的谱线条数是多少？（2）当氢原子处于 n=2 的能级状态时，核外电子具有的动能是多少？它的运转所形成的等效电 流是多少？19氢原子处于基态时，原子的能量为 E1=13.6 eV，当处于 n=3 的激发态时，能量为 E3=1.5 eV，则：（1）当氢原子从 n=3 的激发态跃迁到 n=1 的基态时，向外辐射的光子的波长是多少？（2）若要使处于基态的氢原子电离，至少要用多大频率的电磁波照射原子？（3）若有大量的氢原子处于 n=3 的激发态，则在跃迁过程中可能释放出几种频率的光子?其中波 长最长是多少？20一个处于基态的氢原子和另一个静止的基态氢原子碰撞，问可能发生非弹性碰撞的最小速度 是多少？（氢原子的质量为 1.67×1027 kg，电离能 E=13.6 eV=2.18×1018 J）【答案与解析】 一、选择题一、选择题 1 【答案】B、C 【解析】太阳光谱是太阳光产生的白光，通过太阳周围温度较低的大气时，某些波长的光被太阳 大气层中的某些元素吸收从而产生的吸收光谱，所以 A 不正确；稀薄的氢气发光是原子光谱又叫明线 光谱，所以 B 正确；钠蒸气产生的光谱是原子光谱，C 正确；白光通过钠蒸气产生的光谱是吸收光谱， 所以 D 不正确，应选 B、C 2 【答案】A、B 【解析】太阳光谱是吸收光谱：，因为太阳是一个高温物体，它发出的白光通过温度较低的太阳 大气层时，会被太阳大气层中的某些元素的原子吸收，从而使我们观察到的太阳光谱是吸收光谱，所 以分析太阳的吸收光谱，可知太阳大气层的物体组成，而某种物质要观察到它的吸收光谱，要求它的 温度不能太低，但也不能太高，否则会直接发光，由于地球大气层的温度很低，所以太阳光通过地球 大气层时不会被地球大气层中的物质原子吸收，上述选项中正确的是 A、B 3 【答案】A、C 【解析】此公式是巴耳末在研究氢光谱在可见光区的 14 条谱线中得到的，只适用于氢光谱的分 析，且 n 只能取大于等于 3 的整数，则 A 不能取连续值，故氢原子光谱是线状谱 答案： 4 【答案】A 【解析】氢原子的电子由外层轨道向内层轨道跃迁时，要辐射光子，辐射光子就是辐射能量，根 据能量守恒定律，氢原子能量就应减小，而电子动能变化则由动能与轨道半径的关系判断，电子绕核4做匀速圆周运动，则由222emvkrr得22kkeEr，可知 r 越小，动能越大5 【答案】A 【解析】由1 2nEEn可得各能级213.6eV3.4eV4E ，313.6eV1.51eV9E ，413.6eV0.85eV16E ，513.6eV0.54eV25E ，613.6eV0.38eV36E 氢原子由高能级向低能级跃迁时，辐射光子，由'hEE可得32 0EE h，21 1EE h，43 2EE h，65 4EE h，又 E3E2=1.89 eV，E2E1=10.2 eV，E4E3=0.66 eV，E5E3=0.97 eV，E6E5=0.16 eV，故只有10，A 选项正确抓住1 2nEEn与'hEE，整理分析可解此题6 【答案】D 【解析】根据玻尔理论，原子的能量是不连续的，即能量是量子化的，因此只有那些能量刚好等 于两能级间的能量差的光子才能被氢原子吸收，使氢原子发生跃迁氢原子由基态向 n=2、3、4 轨道 跃迁时吸收的光子能量分别为：1 21123.4eV( 13.6)eV10.20eV2EEE 1 31121.51eV( 13.6)eV10.09eV3EEE 1 41120.85eV( 13.6)eV12.75eV4EEE 故电子不能跃迁到其他能级上去 7 【答案】A、C 【解析】由氢原子能级图算出只有 10.2 eV 为第 2 能级与基态之间的能级差而大于 13.6 eV 的 光子能使氢原子电离 8 【答案】C 【解析】本题考查玻尔理论计算结果中的第二个公式即121nEEn9 【答案】A、B、D 10 【答案】C 【解析】要摧毁军事目标，不但要有足够多的能量而且要密集，这样在极短时间内使被照目标产 生几千万度高温，这就需要平行度好，能量才不分散，亮度高能量才大，才能实现摧毁的目的，所以 C 项正确 11 【答案】A、B、C、D二、填空题二、填空题 12 【答案】6 1.6×1014 【解析】由数学知识可得放出不同光子种类为(1)4(4 1)622n nN又由mnhEE光子最小频率为：519 1443 34 0.85( 1.51) 1.6 10Hz1.6 10 Hz6.63 10EE h 由能级图可看出，能级越高，相邻能级间能量差越小，则辐射光子的频率越小13 【答案】辐射 1212 【解析】由玻尔跃迁假设可得，1mnhcEE，2mkhcEE，两式相减得 1212()nkhcEE ，因为12，则nkEE，故氢原子由 n 能级向 k 能级跃迁，辐射光子又nkhcEE，则1212()hchc ，解得辐射光子的波长 1212 14 【答案】 （1）3.4 eV （2）3.4 eV （3）6.8 eV【解析】 （1）由1 2nEEn可得，2213.6eV3.4eV2E ，即为原子系统的能量（2）由|knnEE得，22| 3.4eVkEE，即电子在轨道上动能为 3.4 eV（3）由2pnnEE得2226.8eVpEE ，即电子具有的电势能为6.8 eV三、解答题三、解答题 15 【答案】见解析。 【解析】R=1.096775 8×107 m1当 n=3 时，22 1111 23R解得1=6.5647×107 m=656.47 nm当 n=4 时，22 2111 24R解得2=4.862 7×107 m=486.27 nm当 n=5 时，22 3111 25R6解得3=4.3417×107 m=434.17 nm当 n=6 时，22 4111 26R解得4=4.1029×107 m=410.29 nm 通过与教材上的实验结果比较可以发现：由公式计算所得的结果在实验误差范围内同测得的数值 是一致的 16 【答案】见解析。 【解析】在莱曼系中，当 n=2 时对应的谱线波长最长由莱曼公式有：22111 12R解得=1.2157×107 m=121.57 nm对应光子的能量181.6361 10JcEhh17 【答案】见解析。【解析】 （1）由1 2nEEn得，2213.6eV3.4eV2E ，3213.6eV1.51eV3E ，由h=E3E2及c得348 7 19 326.63 103 10m6.58 10 m 1.51 ( 3.4) 1.60 10hc EE （2）要使基态氢原子电离，光子能量至少为 13.6 eV，又光子能量 E=h，则19 15 3413.6 1.60 10Hz3.28 10 Hz6.63 10E h，Hz，即至少要用 3.28×1015 Hz 的光子来照射氢原子（3）由公式(1) 2n nN得4 (4 1) 2N种=6 种，即氢原子在 n=4 能级时可放出 6 种不同能量的光子本题考查对玻尔理论的理解与综合能力 18 【答案】见解析。 【解析】 （1）用电子轰击氢原子，电子动能全部或部分可被氢原子吸收而向较高能级跃迁，轰击 后氢原子最大能量为：E1+12.8 eV=13.6 eV+12.8 eV=0.8 eV由1 2nEEn可得413.6eV0.85eV42E ，故氢原子最高能跃迁到 n=4 能级，激发态不稳定，氢原子自发再向低能级跃迁，并辐射不同频率的光子由(1)4 (4 1)622n nN，即可能辐射的光谱线条数为 6 条（2）由222 22kemv rr可得222kkeEr，22kevmr，又 r2=22r1，故22 12 2kkeEr，代入数值得Ek=3.4 eV由电流定义eIT等效，又22 rTv则2222ekIrmr等效，代入数值可得等效电流 I等效7=1.3×104 A19 【答案】见解析。【解析】 （1）7311.03 10 mhc EE（2）151|3.28 10 HzE h（3）3 种，其中波长最长的是从 E3E2所放出光子，71323'6.54 10 m4hchc EEEE20 【答案】见解析。【解析】处于基态的氢原子的能量为 E1=E，处于第二激发态的氢原子的能量为221 2EE ，被原子吸收的最小能量为18 211311.64 10J44EEEEE我们必须求出在碰撞中能量损失为以上数值的最小速度如果碰撞是完全非弹性的，则碰撞中能 量损失最大，碰撞后的速度将是，初动能和末动能之差为2 2211122224vmvmmv，这个值等于最小的能量21 4Emv，因此18 4 2744 1.64 10m / s6.27 10 m / s1.67 10Evm