高三分类练- 原子的核式结构模型、玻尔的氢原子理论(巩固)

第25章 原子结构 第81练 原子核式结构模型 玻尔的原子模型氢原子光谱 基础过关 一、单项选择题（每小题只有一个选项符合题意） 1．汤姆孙发现电子的实验是（ ） A．α粒子散射实验 B．密立根油滴实验 C．阴极射线在电场和磁场中偏转实验 D．夫兰克一赫兹实验 2．在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．正电荷在原子中是均匀分布的 B．原子只能处于一系列不连续的能量状态中 C．原子中存在着带负电的电子 D．原子的正电荷和绝大部分质量集中在一个很小的核子 3．根据玻尔理论，在氢原子中，量子数n越大，则（ ） A．电子轨道半径越小 B．核外电子运动速度越大 C．原子能量越大 D．电势能越小 4．可见光光子的能量在1.61eV~3.10eV范围内.若氢原子从高能级跃迁到量子数为n的低能级的谱线中有可见光，根据氢原子能级图可判断n为（ ） A．1 B．2 C．3 D．4 5．原子从一个能级跃迁到一个较低的能级时，有可能不发射光子.例如在某种条件下，铬原子的n=2能级上的电子跃迁到n=1能级上时并不发射光子，而是将相应的能量较交给n=4能极上的电子，使之能脱离原子，这一现象叫做锇歇效应，以这种方式脱离了原子的电子叫做俄歇电子，已知铬原子的能级公式可简化表示为En=－，式中n=1,2,3,…表示不同能级，A是正的已知常数，上述俄歇电子的动能是（ ） A．B．C．D． 6．下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，当向低能级跃迁时辐射出若干不同频率的光.关于这些光，下列说法中正确的是（ ） A．最容易表现出衍射现象的光是由n=4能级跃到n=1能级产生的 B．频率最小的光是由n=2能级跃迁到n=1能级产生的 C．这些氢原子总共可辐射出3种不同频率的光 D．用n=2能级跃迁到n=1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 7．如图所示为氢原子的四个能级，其中E1为基态，若氢原子A处于激发态E2，氢原子B处于激发态E3，则下列说法中正确的是（ ） A．原子A可能辐射出3种频率的光子 B．原子B可能辐射出3种频率的光子 C．原子A能够吸收原子B发出的光子并跃迁到能级E4 D．原子B能够吸收原子A发出的光子并跃迁到能级E4 二、多项选择题（每小题有多个选项符合题意） 8．卢瑟福的原子核式结构学说可以解决的问题是（ ） A．解释α粒子散射现象 B．用α粒子散射的实验数据估算原子核的大小 C．结合经典电磁理论，解释原子的稳定性 D．结合经典电磁理论，解释氢原子光谱 9．关于玻尔的原子模型，下列说法中正确的有（ ） A．它彻底否定了经典的电磁理论 B．它发展了卢瑟福的核式结构学说 C．它完全抛弃了经典的电磁理论 D．它引入了普朗克的量子观念 10．下列有关光谱的说法中正确的是（ ） A．炽热的固体、液体的发射光谱都是线状谱 B．稀薄气体在高电压下的发射光谱是连续着 C．各种原子的发射光谱都是线状谱 D．线状谱的谱线又叫特征谱线 11．氢原子光谱在可见光部分只有四条谱线，一条红色、一条蓝色、两条紫色，它们分别是从n=3，4，5，6能级的n=2能级跃迁时产生的，则下列说法中错误的是（ ） A．红色光谱是氢原子从n=6能级向n=2能级跃迁时产生的 B．蓝色光谱是氢原子从n=6能级或n=5能级向n=2能级跃迁时产生的 C．若从n=6能级向n=1能级跃迁时，则能够产生紫外线 D．若原子从n=6能级向n=1能级跃迁时所产生的辐射不能使某金属发生光电效应，则原子从n=6能级向n=2能级跃迁时将可能使该金属发生光电效应 12．卢瑟福原子核式结构理论的主要内容有（ ） A．原子的中心有个核，叫做原子核 B．原子的正电荷均匀分布在整个原子中 C．原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核里 D．带负电的电子在核外绕着核旋转 13．氢原子在某三个相邻能级之间跃迁时，可能发出三种不同波长的辐射光.已知其中的两个波长分别为λ1和λ2，且λ1＞λ2，则另一个波长可能是（ ） A．λ1+λ2B．λ1－λ2 C．D． 三、计算或论述题 14．氢原子第n能级的能量为En=，其中E1是基态能量，而n=1，2，….若一氢原子发射能量为－E1的光子后处于比基态能量高出－E1的激发态，则氢原子发射光子前后分别处于第几能级? 15．用波长为λ=50nm的紫外线能否使处于基态的氢原子电离？电离后的电子速率将是多大？（氢原子的基态能量为－13.6eV，电子质量为0.91×10-30kg） 16．λ0=372nm，氢原子的基态能量为－13.6eV，若氢原子的核外电子从量子数n=2跃迁到n=1时所发出的光子照射到该锌板上，此时能否产生光电效应？若能，光电子的最大初动能是多少电子伏？（真空中光速c=3×108m/s，普朗克恒量h=6.63×10-34J·s，电子电荷量e=1.6×10-19C） 能力提升 1．第25章 原子结构 第81练 原子核式结构模型 玻尔的原子模型 氢原子光谱 1．C 2.D 3.C 4.B 5.C 解析 先计算铬原子的n=2能级上的电子跃迁到n=1能级上时应释放的能量，能级上的电子要电离所需的能量E4=，则n=4能级上的电子得到的能量后，首先需要能量使之电离，然后多余的能量以动能的形式存在，所以Ek=△E-E4=6.D 7.B 8.AB 9.BD 10.CD 11.ABD 12.ACD 13.CD 14．（1）设氢原子发射光子前后分别位于第l与第m能级，依题意有： 解得：m=2,l=4 15．能 2.0×106m/s. 16．能 6.86eV 17．C 18，（1）因氢原子是从低能级向高能级跃迁，故应是吸收光子. （2）因为 所以 （3）因为 所以入射光光子的能量大于铯的逸出功，故光电管会发射光电子. 根据爱因斯坦光电效应方程可得光电子的最大初动能Ek=由动能定理W=eU=△Ek可知，欲使G表中电流为零，必须在光电管上加上0.65eV 由动能定理W=eU=△Ek可知，欲使G表中电流为零，必须在光电管上加上0.65eV的反向电压.故滑动头须滑向a端.电源所在的主干路的电流. 变阻器滑动头P与中点O间的电阻， 所以aP间电阻。

物理总复习：原子的核式结构模型、玻尔的氢原子理论： ：【考纲要求】1、知道卢瑟福的原子核式结构学说及α粒子散射实验现象2、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3、会进行简单的原子跃迁方面的计算【知识网络】【考点梳理】考点一、原子的核式结构要点诠释：1、α粒子散射实验（1）为什么用α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。

α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α粒子。

（3）实验现象：大部分α粒子穿过金属箔沿直线运动；只有极少数α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α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α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 α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1010-m ，原子核1510-m2、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1010-m ，原子核的大小约为1510-m ～1410-m 。

【例题】卢瑟福通过对α粒子散射实验结果的分析，提出（ ）A.原子的核式结构模型．B.原子核内有中子存在．C.电子是原子的组成部分．D.原子核是由质子和中子组成的．【解析】英国物理学家卢瑟福的α粒子散射实验的结果是绝大多数α粒子穿过金箔后基本上仍沿原方向前进，但有少数α粒子发生较大的偏转。

历年(2020-2024)全国高考物理真题分类(原子结构)汇编一、单选题1．（2023ꞏ山东ꞏ统考高考真题）“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0ν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1ν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3ν的光子回到基态。

该原子钟产生的钟激光的频率2ν为（ ）A ．013ννν++B ．013ννν+-C ．013ννν-+D ．013ννν--2．（2023ꞏ辽宁ꞏ统考高考真题）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E k ，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E k3．（2023ꞏ湖北ꞏ统考高考真题）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1216nm ．的氢原子谱线（对应的光子能量为102eV ．）。

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 ．2n =和1n =能级之间的跃迁B ．3n =和1n =能级之间的跃迁C ．3n =和2n =能级之间的跃迁D ．4n =和2n =能级之间的跃迁4．（2022ꞏ重庆ꞏ高考真题）如图为氢原子的能级示意图。

已知蓝光光子的能量范围为2.53 ~ 2.76eV ，紫光光子的能量范围为2.76 ~ 3.10eV 。

若使处于基态的氢原子被激发后，可辐射蓝光，不辐射紫光，则激发氢原子的光子能量为（ ）A ．10.20eVB ．12.09eVC ．12.75eVD ．13.06eV5．（2022ꞏ北京ꞏ高考真题）氢原子从某激发态跃迁到基态，则该氢原子（ ） A ．放出光子，能量增加 B ．放出光子，能量减少 C ．吸收光子，能量增加D ．吸收光子，能量减少6．（2022ꞏ浙江ꞏ统考高考真题）如图为氢原子的能级图。

(2)原子的核式结构模型：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。

二、氢原子光谱
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：巴耳末系是氢光谱在可见光区的谱线，其波长公式
1
λ
＝R(
1
22
－1
n2
)，(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。

三、氢原子的能级、能级公式
1．玻尔理论。

高三物理原子物理试题答案及解析1.关于下列四幅图的说法正确的是____（选对一个给3分，选对两个给4分，选对3个给6分。

每选错一个扣3分，最低得分为0分）A．甲图中A处能观察到大量的闪光点，B处能看到较多的闪光点，C处观察不到闪光点B．乙图中用弧光灯照射原来就带电的锌板时，发现验电器的张角变大，说明锌板原来带正电C．丙图中处于基态的氢原子能吸收能量为10.4eV的光子而发生跃迁D．丙图中处于基态的氢原子能吸收动能为10.4eV的电子的能量而发生跃迁E．丁图中1为α射线，它的电离作用很强，可消除静电【答案】BDE【解析】甲图中α粒子经过散射后，有少数发生大角度偏转，在C处观察到很少的粒子，A错误；乙图中为光电效应演示实验，锌板带正电，当发生光电效应后，电子从锌板飞出，锌板带正电数量增多，验电器的张角增大，B正确；C丙图为氢原子能级图，10.4eV的光子的能量不是两个能级的差值，因此这种光子不能被处于基态的氢原子吸收，C错误；丙图为氢原子能级图，电子碰撞处于基态的氢原子，氢原子吸收10.2eV能量，电子剩余0.2eV动能，D正确；丁图为射线在磁场中偏转，1射线向左偏，带正电，为α粒子，它的电离作用很强，可消除静电，E正确。

【考点】本题考查原子和原子核物理基本知识和实验现象。

2.（6分）下列说法正确的是__________(填入正确答案标号．选对一个得3分，选对两个得4分，选对3个得6分，每选错一个扣3 分，最低得0分)A．原子的核式结构模型是汤姆逊最早提出的B．铀核（）衰变为铅核（）的过程中，要经过8次衰变和6次衰变C．一个氢原子从量子数n=3的激发态跃迁到基态时最多可辐射2种不同频率的光子D．一束光照射到某种金属上不能发生光电效应，可能因为这束光的强度太小E．考古专家发现某一骸骨中C的含量为活着的生物体中C的1/4，，已知C的半衰期为5730年,则确定该生物死亡时距今约11460年【答案】BCE【解析】原子的核式结构模型是卢瑟福最早提出的，所以A错误；铀核（）衰变为铅核（）质量数减少32，所以需要8次衰变，电荷数应减少16，而铀核（）衰变为铅核（）电荷数只减少10，故有6次衰变，所以B正确；一个氢原子从量子数n=3的激发态往下跃迁时，先跃迁到n=2，再从n=2跃迁到基态，所以最多可辐射2种不同频率的光子，故C正确；一束光照射到某种金属上不能发生光电效应，可能因为这束光的频率太小，所以D错误；根据半衰期的定义可知，该生物死亡时距今约两个半衰期即11460年，所以E正确。

物理总复习：原子的核式结构模型、玻尔的氢原子理论【巩固练习】一、选择题1、(2015 大庆实验中学三模) 以下有关近代物理内容的若干叙述，正确的是（）A．紫外线照射到金属锌板表面时能够发生光电效应，则当增大紫外线的照射强度时，从锌板表面逸出的光电子的最大初动能也随之增大B．太阳辐射的能量主要来自太阳内部的核聚变反应C．有10个放射性元素的原子核，当有5个原子核发生衰变所需的时间就是该放射性元素的半衰期D．氢原子由较高能级跃迁到较低能级时，要释放一定频率的光子，同时氢原子的电势能减小，电子的动能增大E. 质子和中子结合成新原子核一定有质量亏损，释放出能量2、(2015 济南一模) 一群处于n=4的激发态的氧原子，向低能级跃迁时，可能发射出的谱线为( )A．3条B．4条C．5条D．6条3、(2015 江苏宿迁市三校检测) 关于下列四幅图中所涉及物理知识的论述中，正确的是( )A．甲图中，若两球质量相等且球m2静止，两球发生正碰后，球m2的速度一定为v B．乙图中，卢瑟福通过分析α粒子散射实验结果，发现了质子和中子C．丙图中，普朗克通过研究黑体辐射提出能量子概念，并成功解释了光电效应现象D．丁图中，链式反应属于重核的裂变4、可见光光子的能量在1.61 eV~3.10 eV范围内，若氢原子从高能级跃迁到量子数为n的低能级的谱线中有可见光，根据氢原子能级图(如图)可判断n为（）A.1B.2C.3D.45、右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，当向低能级跃迁时辐射出若干不同频率的光。

关于这些光下列说法正确的是（ ）Ａ. 最容易表现出衍射现象的光是由ｎ＝４能级跃到ｎ＝１能级产生的 Ｂ. 频率最小的光是由ｎ＝２能级跃迁到ｎ＝１能级产生的 Ｃ. 这些氢原子总共可辐射出３种不同频率的光Ｄ. 用ｎ＝２能级跃迁到ｎ＝１能级辐射出的光照射逸出功为6.34 eV 的金属铂能发生光电效应。

6、处于n ＝4能级的大量氢原子，向低能级跃迁的过程中，只有一种光子照射某金属时不能产生光电效应，则此光子为（ ）A ．从n ＝3能级跃迁到基态发出的光子B ．从n ＝2能级跃迁到基态发出的光子C ．从n ＝4能级跃迁到n ＝3能级发出的光子D ．从n ＝4能级跃迁到n ＝2能级发出的光子7、使某种金属发生光电效应所需的光子的最小能量为2.60eV 。

第59讲原子的核式结构模型氢原子光谱原子能级考情剖析(注：①考纲要求及变化中Ⅰ代表了解和认识，Ⅱ代表理解和应用；②命题难度中的A 代表容易，B代表中等，C代表难)知识 整合知识网络基础自测一、原子结构 1．电子的发现英国物理学家____________________发现了电子． 2．α粒子散射实验1909～1911年，英国物理学家____________和他的助手进行了用α粒子轰击金箔的实验，实验发现绝大多数α粒子穿过金箔后基本上仍沿______________方向前进，但有少数α粒子发生了大角度偏转，偏转的角度甚至大于______________，也就是说它们几乎被“撞”了回来．3．原子的核式结构模型在原子中心有一个很小的核，原子全部的__________________和几乎全部__________________都集中在核里，带负电的电子在核外空间绕核旋转．4．三种原子模型的对比二、氢原子光谱与玻尔理论1．光谱(1)光谱用光栅或棱镜可以把光按波长展开，获得光的____________________(频率)和强度分布的记录，即光谱．(2)光谱分类有些光谱是一条条的____________，这样的光谱叫做线状谱．有的光谱是连在一起的____________，这样的光谱叫做连续谱．(3)氢原子光谱的实验规律巴耳末线系是氢原子光谱在可见光区的谱线，其波长公式1λ＝________________________，(n＝3,4,5，…)，R是里德伯常量，R＝1.10×107m－1，n为量子数．2．玻尔理论(1)定态原子只能处于一系列____________的能量状态中，在这些能量状态中原子是__________________的，电子虽然绕核运动，但并不向外辐射能量．(2)跃迁原子从一种定态跃迁到另一种定态时，它辐射或吸收一定频率的光子，光子的能量由这两个定态的能量差决定，即hν＝__________________.(h是普朗克常量，h＝6.63×10－34 J·s)(3)轨道原子的不同能量状态跟电子在不同的圆周轨道绕核运动相对应．原子的定态是________________，因此电子的可能轨道也是________________________________________________________________________．3．玻尔模型的局限性玻尔模型的成功之处在于引入了量子化观点，其不足之处在于保留了轨道的观念．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____________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”．三、氢原子的能级、能级公式1．氢原子的能级和轨道半径(1)氢原子的能级公式：E n＝__________(n＝1,2,3，…)，其中E1为基态能量，其数值为E1＝__________.(2)氢原子的半径公式：r n＝____________________(n＝1,2,3，…)，其中r1为基态半径，又称玻尔半径，其数值为r1＝0.53×10－10 m.2．氢原子的能级图能级图如图所示．重点阐述重点知识概述能级图中相关量意义的说明难点释疑1．氢原子跃迁时电子动能、电势能与原子能量的变化(1)原子能量：E n ＝E kn ＋E pn ＝E 1n2，随n 增大而增大，其中E 1＝－13.6 eV.(2)电子动能：电子绕氢原子核运动时静电力提供向心力，即k e 2r 2＝m v 2r ，所以E k n ＝ke 22r n，随r 增大而减小．(3)电势能通过库仑力做功判断电势能的增减． 当轨道半径减小时，库仑力做正功，电势能减小；反之，轨道半径增大时，电势能增加． 2．关于光谱线条数的两点说明(1)一群氢原子跃迁发出可能的光谱线条数为N ＝C 2n＝n (n －1)2. (2)一个氢原子跃迁发出可能的光谱线条数最多为(n －1)．【典型例题1】 (1)能量为E i 的光子照射基态氢原子，刚好可使该原子中的电子成为自由电子．这一能量E i 称为氢的电离能．现用一频率为ν的光子从基态氢原子中击出了一电子，该电子在远离核以后速度的大小为____________(用光子频率ν、电子质量m 、氢原子的电离能E i 和普朗克常量h 表示)．(2)氢原子在基态时轨道半径r 1＝0.53×10－10 m ，能量E 1＝－13.6 eV ，求氢原子处于基态时：①电子的动能；②原子的电势能；③用波长是多少的光照射可使其电离？温馨提示(2)由圆周运动规律、能量守恒定律和光电效应方程易解本题．记录空间【变式训练1】如图所示为氢原子最低的四个能级，当氢原子在这些能级间跃迁时：(1)有可能放出多少种能量的光子？(2)在哪两个能级间跃迁时，所放出光子波长最长？波长是多少？【变式训练2】如图所示，氢原子从n＞2的某一能级跃迁到n＝2的能级，辐射出能量为2.55 eV的光子．问：(1)最少要给基态的氢原子提供多少电子伏特的能量，才能使它辐射出上述能量的光子？(2)请在图中画出获得该能量后的氢原子可能的辐射跃迁图．易错诊所1．光子的发射和吸收(1)能级的跃迁根据玻尔模型，原子只能处于一系列的不连续的能量状态中，这些状态分基态和激发态两种．其中原子在基态时是稳定的，原子在激发态时是不稳定的，当原子处于激发态时会自发地向较低能级跃迁，经过一次或几次跃迁到达基态．【注意】①原子能级跃迁时，处于激发态的原子可能经过一次跃迁回到基态；也可能由较高能级的激发态先跃迁到较低能级的激发态，最后回到基态．一个原子由较高能级回到基态，到底发生了几次跃迁，是不确定的．②物质中含有大量的原子，各个原子的跃迁方式也是不统一的．有的原子可能经过一次跃迁就回到基态．而有的原子可能经过几次跃迁才回到基态．(2)光子的发射原子能级跃迁时以光子的形式放出能量，原子在始末两个能级E m和E n(m>n)间跃迁时发射光子的能量可由下式表示：hν＝E m－E n由上式可以看出，能级的能量差越大，放出光子的频率就越高．(3)光子的吸收光子的吸收是光子发射的逆过程，原子在吸收了光子后会从较低能级向较高能级跃迁．两个能级的能量差值仍是一个光子的能量．其关系式仍为hν＝E m－E n.【说明】由于原子的能级是一系列不连续的值，则任意两个能级差也是不连续的，故原子只能发射一些特定频率的光子，同样也只能吸收一些特定频率的光子．但是．当光子能量足够大时，如光子能量E≥13.6 eV时，则处于基态的氢原子仍能吸收此光子并发生电离．2．原子能级跃迁问题跃迁是指电子从某一轨道跳到另一轨道，而电子从某一轨道跃迁到另一轨道对应着原子就从一个能量状态(定态)跃迁到另一个能量状态(定态)．(1)跃迁时电子动能、原子势能与原子能量的变化．当轨道半径减小时，库仑引力做正功，原子的电势能E p减小，电子动能增大，原子能量减小．反之，轨道半径增大时，原子电势能增大，电子动能减小，原子能量增大．(2)使原子能级跃迁的两种粒子——光子与实物粒子．原子若是吸收光子的能量而被激发，则光子的能量必须等于两能级的能量差，否则不被吸收．不存在激发到n＝2时能量有余，而激发到n＝3时能量不足，则可激发到n＝2的问题．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，所以只要入射粒子的能量大于或等于两能级的能量差值(E＝E m－E n)，均可使原子发生能级跃迁．【典型例题2】试计算处于基态的氢原子吸收波长为多少的光子，电子可以跃迁到n ＝2轨道上．温馨提示大于或小于这个能量均不能发生上述跃迁．记录空间【变式训练3】欲使处于基态的氢原子激发，下列措施可行的是()①用10.2 eV的光子照射；②用11 eV的光子照射；③用14 eV的光子照射；④用动能为11 eV的电子碰撞．A．①②③B．①③④C．②③④D．①②④随堂演练1．在卢瑟福的α粒子散射实验中，有极少数α粒子发生了大角度的偏转，其原因可能是()A．原子的正电荷和绝大部分质量集中在一个很小的核上B．正电荷在原子中是均匀分布的C．原子中存在着带负电的电子D．原子只能处于一系列不连续的能量状态中2．关于玻尔的原子模型理论，下面说法正确的是()A．原子可以处于连续的能量状态中B．原子能量状态不可能是连续的C．原子中的电子在核外轨道上运动时，要向外辐射能量D．原子核外电子在轨道上运动时，不向外辐射能量3．卢瑟福通过α粒子散射实验，判断出原子中心有一个很小的核，并由此提出了原子的核式结构学说．如图所示的平面示意图中①、③两条线表示α粒子运动的轨迹，则沿②所示方向射向原子核的α粒子可能的运动轨迹是()第3题图A．轨迹a B．轨迹bC．轨迹c D．轨迹d4．已知氢原子的基态能量为－13.6eV，用能量为12.3eV的光子去照射一群处于基态的氢原子，受光子照射后，下列关于氢原子跃迁的说法中正确的是()A．原子能跃迁到n＝2的轨道上去B．原子能跃迁到n＝3的轨道上去C．原子能跃迁到n＝4的轨道上去D．原子不能跃迁到其他轨道上去5．(多选)(1)氢原子的核外电子由离原子核较远的轨道跃迁到离核较近的轨道上时，下列说法中正确的是()A．氢原子的能量增加B．氢原子的能量减少C．氢原子要吸收一定频率的光子D．氢原子要放出一定频率的光子(2)在氢原子光谱中，电子从较高能级跃迁到n＝2能级发出的谱线属于巴耳末线系，若一群氢原子自发跃迁时发出的谱线中只有2条属于巴耳末线系，则这群氢原子自发跃迁时最多发出__________一条不同频率的谱线．第59讲 原子的核式结构模型氢原子光谱 原子能级知识整合 基础自测一、1.汤姆孙 2.卢瑟福 原来 90° 3.正电荷 质量二、1.(1)波长 (2)亮线 光带 (3)R ⎝⎛⎭⎫122－1n 2 2.(1)不连续 稳定 (2)E m －E n (3)不连续的 不连续的 3.概率最大三、1.(1)1n2E 1 －13.6 eV (2)n 2r 1重点阐述【典型例题1】 (1)能量为E i 的光子照射基态氢原子，刚好可使该原子中的电子成为自由电子．这一能量E i 称为氢的电离能．现用一频率为ν的光子从基态氢原子中击出了一电子，该电子在远离核以后速度的大小为____________(用光子频率ν、电子质量m 、氢原子的电离能E i 和普朗克常量h 表示)．(2)氢原子在基态时轨道半径r 1＝0.53×10－10 m ，能量E 1＝－13.6 eV ，求氢原子处于基态时：①电子的动能； ②原子的电势能；③用波长是多少的光照射可使其电离？【答案】 (1)2（hν－E i ）m(2)①13.6eV ②－27.2eV ③9.14×10－8m 【解析】 (1)由能量守恒得12mv 2＝h ν－E i ，解得电子速度为v ＝2（hν－E i ）m.(2)①设处于基态的氢原子核外电子速度为v 1，则k e 2r 21＝mv 2r 1.所以电子动能E k1＝12mv 21ke 22r 1＝9×109×（1.6×10－19）22×0.53×10－10×1.6×10－19eV ＝13.6eV. ②因为E 1＝Ek 1＋Ep 1，所以Ep 1＝E 1－Ek 1＝－13.6eV －13.6eV ＝－27.2eV . ③设用波长为λ的光照射可使氢原子电离：hcλ＝0－E 1.所以λ＝－hc E 1＝－6.63×10－34×3×108－13.6×1.6×10－19m ＝9.14×10－8m. 【点评】 与能级有关的能量问题的规范求解1.一般解题步骤(1)分析已知量，根据库仑力提供核外电子做圆周运动的向心力列圆周运动动力学方程．(2)根据处于某定态原子的能量等于电子动能与电子电势能之和列方程，求电势能． (3)原子发生能级跃迁时能量与吸收或放出光子(或实物粒子)的能量相等，可列方程求光子的频率或相关物理量．2.对氢原子能级跃迁的进一步理解 (1)原子从低能级向高能级跃迁：吸收一定能量的光子，当一个光子的能量满足hν＝E末－E 初时，才能被某一个原子吸收，使原子从低能级E 初向高能级E 末跃迁，而当光子能量hν大于或小于E 末－E 初时都不能被原子吸收．(2)原子从高能级向低能级跃迁，以光子的形式向外辐射能量，所辐射的光子能量恰等于发生跃迁时的两能级间的能量差．(3)当光子能量大于或等于13.6 eV 时，也可以被处于基态的氢原子吸收，使氢原子电离；当处于基态的氢原子吸收的光子能量大于13.6 eV 时，氢原子电离后，电子具有一定的初动能．(4)原子还可以吸收外来实物粒子(例如自由原子)的能量而被激发．由于实物粒子的动能可全部或部分被原子吸收，所以只要入射粒子的能量大于或等于两能级的能量差值(E ＝E m －E n )，均可使原子发生能级跃迁．(5)跃迁时电子动能、原子势能与原子能量的变化当轨道半径减小时，库仑引力做正功，原子的电势能减小，电子动能增大，原子能量减小．反之，轨道半径增大时，原子电势能增大，电子动能减小，原子能量增大．变式训练1 (1)6种 (2)第4能级向第3能级跃迁 1.88×10－6m【解析】 (1)N ＝n （n －1）2＝4×（4－1）2种＝6种．(2)氢原子由第4能级向第3能级跃迁时，能量差最小，辐射的光子波长最长．由hν＝E 4－E 3 得：h cλ＝E 4－E 3所以λ＝hcE 4－E 3＝ 6.63×10－34×3×108[－0.85－（－1.51）]×1.6×10－19m≈1.88×10－6 m.变式训练2 (1)12.75eV (2)如图所示 【解析】 (1)氢原子从n ＞2的某一能级跃迁到n ＝2的能级，辐射光子的频率应满足hν＝E n －E 2＝2.55eV ，E n ＝hν＋E 2＝－0.85eV ，所以n ＝4，基态氢原子要跃迁到n ＝4的能级，应提供：ΔE ＝E 4－E 1＝12.75eV .(2)辐射跃迁图如图所示．【典型例题2】 试计算处于基态的氢原子吸收波长为多少的光子，电子可以跃迁到n ＝2轨道上．【答案】 1.22×10－7m【解析】 氢原子基态对应的能量E 1＝－13.6 eV ，电子在n ＝2的轨道上时，氢原子的能量为E 2＝E 122＝－3.4 eV ，氢原子核外电子从n ＝1轨道跃迁到n ＝2轨道需要的能量：ΔE ＝E 2－E 1＝10.2 eV ＝1.632×10－18J.由玻尔理论有：hν＝ΔE ，又ν＝c/λ，所以chλ＝ΔE.11 λ＝ch ΔE ＝3×108×6.63×10－341.632×10－18m ＝1.22×10－7m. 变式训练3 B 【解析】 由原子的跃迁条件知：氢原子在各能级间跃迁时，只有吸收能量值刚好等于某两能级能量之差的光子(即hν＝E 初－E 终)．由氢原子能级关系不难算出10.2 eV 刚好为氢原子n ＝1和n ＝2的两能级能量之差，而11 eV 则不是氢原子基态和任一激发态的能量之差，因而氢原子只能吸收前者被激发，而不能吸收后者．对于14 eV 的光子，其能量大于氢原子的电离能(13.6 eV)，足以使氢原子电离——使电子脱离核的束缚而成为自由电子，因而不受氢原子能级间跃迁条件的限制．由能的转化和守恒定律不难知道，氢原子吸收14 eV 的光子电离后产生的自由电子还应具有0.4 eV 的动能．另外，用电子去碰撞氢原子时，入射电子的动能可全部或部分地被氢原子吸收，所以只要入射电子的动能大于或等于基态和某个激发态能量之差，也可使氢原子激发，由以上分析知选项B 正确．随堂演练1.A 【解析】 卢瑟福根据α粒子散射实验提出核式结构模型：在原子的中心有一很小的核，原子的全部正电荷和几乎全部的质量都集中在原子核上，带负电的电子在核外空间里绕核高速旋转．本题答案为选项A.2.BD 【解析】 根据玻尔模型中能级的量子化可知，A 错，B 正确；而原子核外电子处于不同能级时，电子虽然加速运动，但不向外辐射能量，C 错，D 正确．3.A 【解析】 α粒子的运动轨迹夹在速度与合力的方向之间并向合力的一侧偏转，沿②所示方向的α粒子所受原子核的作用力的合力方向向下，故轨迹为a ，即A 正确．4.D 【解析】 由E ＝13.6n 2 eV 可知： E 1＝－13.6 eV, E 2＝－3.4 eVE 3＝－1.51 eV, E 4＝－0.85 eV则：E 2－E 1＝10.2 eV<12.3 eVE 3－E 1＝12.09 eV<12.3 eVE 4－E 1＝12.75 eV>12.3 eV所以处于基态的氢原子不可能吸收该光子，因而氢原子不能跃迁到其他轨道上去．正确答案为选项D.5.(1)BD (2)6【解析】 (1)氢原子的核外电子离原子核越远，氢原子的能量(包括动能和势能)越大．当氢原子的核外电子由离原子核较远的轨道跃迁到离核较近的轨道上时，原子的能量减少，氢原子要放出一定频率的光子．显然，选项B 、D 正确．(2)氢原子发出的光谱线中有2条属于巴耳末线系，说明电子是从n ＝4能级向低能级跃迁的，因此可发出的谱线条数为n ＝C 24＝6(条)．。

2023年高考物理热点复习：光电效应波粒二象性【2023高考课标解读】一、光电效应波粒二象性1．光电效应(1)定义：在光的照射下从金属表面发射出电子的现象(发射出的电子称为光电子)。

(2)产生条件：入射光的频率大于金属极限频率。

(3)光电效应规律①存在着饱和电流：对于一定颜色的光，入射光越强，单位时间内发射的光电子数越多。

②存在着遏止电压和截止频率：光电子的能量只与入射光的频率有关，而与入射光的强弱无关。

当入射光的频率低于截止频率时不发生光电效应。

③光电效应具有瞬时性：当频率超过截止频率时，无论入射光怎样微弱，几乎在照到金属时立即产生光电流，时间不超过10－9s。

2．光电效应方程(1)基本物理量①光子的能量ε＝hν，其中h＝6.626×10－34J·s(称为普朗克常量)。

②逸出功：使电子脱离某种金属所做功的最小值。

③最大初动能：发生光电效应时，金属表面上的电子吸收光子后克服原子核的引力逸出时所具有动能的最大值。

(2)光电效应方程：E k＝hν－W0。

【知识拓展】与光电效应有关的五组概念对比1．光子与光电子：光子指光在空间传播时的每一份能量，光子不带电；光电子是金属表面受到光照射时发射出来的电子，其本质是电子。

光子是光电效应的因，光电子是果。

2．光电子的动能与光电子的最大初动能：光照射到金属表面时，电子吸收光子的全部能量，可能向各个方向运动，需克服原子核和其他原子的阻碍而损失一部分能量，剩余部分为光电子的初动能；只有金属表面的电子直接向外飞出时，只需克服原子核的引力做功的情况，才具有最大初动能。

光电子的初动能小于或等于光电子的最大初动能。

3．光电流与饱和光电流：金属板飞出的光电子到达阳极，回路中便产生光电流，随着所加正向电压的增大，光电流趋于一个饱和值，这个饱和值是饱和光电流，在一定的光照条件下，饱和光电流与所加电压大小无关。

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考点规范练47原子结构氢原子光谱一、单项选择题1.下列说法正确的是()A.α粒子散射实验揭示了原子不是组成物质的最小微粒B.玻尔的原子理论成功地解释了氢原子的分立光谱,因此玻尔的原子结构理论已完全揭示了微观粒子运动的规律C.阴极射线的实质是电子流D.玻尔原子理论中的轨道量子化和能量量子化的假说,启发了普朗克将量子化的理论用于黑体辐射的研究2.利用光谱分析的方法能够鉴别物质和确定物质的组成成分,下列关于光谱分析的说法正确的是()A.利用高温物体的连续谱就可鉴别其组成成分B.利用物质的线状谱就可鉴别其组成成分C.高温物体发出的光通过某物质后的光谱上的暗线反映了高温物体的组成成分D.同一种物质的线状谱的亮线与吸收光谱上的暗线由于光谱的不同,它们没有关系3.(2021·四川仪陇宏德中学高三模拟)氦原子被电离出一个核外电子,形成类氢结构的氦离子。

已知基态的氦离子能量E1=-54.4 eV,氦离子的能级示意图如图所示。

在具有下列能量的光子中,不能被基态氦离子吸收而发生跃迁的是()A.40.8 eVB.51.0 eVC.43.2 eVD.48.4 eV4.下图为氢原子的能级示意图。

现有大量的氢原子从n=4的激发态向低能级跃迁,辐射出若干种不同频率的光,下列说法正确的是()A.从n=4的激发态向基态跃迁时,只能辐射出3种特定频率的光B.氢原子由n=2能级跃迁到n=1能级时,辐射出的光频率最小C.氢原子由n=4能级跃迁到n=1能级时,电子的动能增加D.氢原子由n=3能级跃迁到n=1能级时,辐射出的光子能量为10.2 eV二、多项选择题5.氢原子的能级图如图所示,a 和b 是从高能级向低能级跃迁时辐射出的两种可见光,则( )A.a 光子的能量高于b 光子的能量B.a 光的波长大于b 光的波长C.a 光与b 光在空间叠加时可以发生干涉现象D.同一玻璃对a 光的折射率大于对b 光的折射率6.已知氢原子的基态能量为E 1,n=2、3能级所对应的能量分别为E 2和E 3,大量处于第3能级的氢原子向低能级跃迁放出若干频率的光子。