高中物理 第十八章 原子结构 18.4 波尔的原子模型同步训练（含解析）新人教版选修3-5.doc

18.4波尔的原子模型一、选择题1、如图所示为氢原子的能极示意图，一群氢原子处于n=3的激发态，在自发跃迁中放出一些光子，用这些光子照射逸出功为2.25ev的钾，下列说法不正确的是（） a、这群氢原子能发出三处不同频率的光b、这群氢原子发出光子均能使金属钾发生光电效应c、金属钾表面逸出的光电子最大初动能一定小于12.09evd、金属钾表面逸出的光电子最大初动能可能等于9.84ev2、下列说法正确的是（） a、衰变过程中放出的射线是氦原子b、波尔理论的假设之一是原子能量是具有连续性c、当分子间的引力和斥力平衡时，分子势能最小d、飘浮在热菜汤表面上的油滴，从上面观察是圆形的，是因为油滴液体呈各向同性的缘故3、下列说法不正确的是（） a、普朗克在研究黑体辐射问题时提出了能量子假说b、大量的氢原子从n=3的能级向低能级跃迁时只会辐射两种不同频率的光c、发生光电效应时，入射光的光强一定，频率越高，单位时间内逸出的光电子数就越少d、比结合能小的原子核分解为比结合能大的原子核时一定释放核能4、下列说法不正确的是（） a、玻尔将量子观念引入原子领域，其理论能够解释氢原子光谱的特征b、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氢原子的能量减少c、在原子核中，比结合能越小表示原子核中的核子结合得越牢固d、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6条5、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6、已知处于某一能级n上的一群氢原子向低能级跃迁时，能够发出10种不同频率的光，下列能表示辐射光波长最长的那种跃迁的示意图是（） a、b、c、d、7、处于激发状态的原子，在入射光的电磁场的影响下，从高能态向低能态跃迁，两个状态之间的能量差以辐射光子的形式发射出去，这种辐射叫做受激辐射原子发生受激辐射时，发出的光子频率、发射方向等，都跟入射光子完全一样，这样使光得到加强，这就是激光产生的机理那么，发生受激辐射时，产生激光的原子的总能量en、电势能ep、电子动能ek的变化情况是（） a、ep增大、ek减小、en减小b、ep减小、ek增大、en减小c、ep增大、ek增大、en增大d、ep减小、ek增大、en不变8、下列关于近代物理知识的说法不正确的是（） a、汤姆生发现了电子，表明原子具有核式结构b、光照到某金属上不能发生光电效应，是因为该光波长太长c、按照玻尔理论，氢原子辐射光子时，核外电子的动能增加d、衰变的实质是原子核内的中子转化成了质子和电子9、如图为氢原子的能级示意图，锌的逸出功是3.34ev ， 那么对氢原子在能量跃迁过程中发射或吸收光子的特征认识正确的是（）a、用氢原子从高能级向基态跃迁时发射的光照射锌板一定不能产生光电效应b、一群处于n=3能级的氢原子向基态跃迁时，能放出4种不同频率的光c、一群处于n=3能级的氢原子向基态跃迁时，发出的光照射锌板，锌板表面所发出的光电子的最大初动能为8.75evd、用能量为10.3ev的光子照射，可使处于基态的氢原子跃迁到激发态10、氢原子光谱在可见光部分只有四条谱线，它们分别是从n为3、4、5、6的能级直接向n=2能级跃迁时产生的四条谱线中，一条红色、一条蓝色、两条紫色，则下列说法不正确的是（） a、红色光谱是氢原子从n=3能级向n=2能级跃迁时产生的b、若氢原子从n=6能级直接向n=1能级跃迁，则能够产生红外线c、若氢原子从n=6能级直接向n=3能级跃迁时所产生的辐射不能使某金属发生光电效应，则氢原子从n=6能级直接向n=2能级跃迁时所产生的辐射将可能使该金属发生光电效应d 若氢原子从n=3能级向n=2能级跃迁时所产生的辐射能使某金属发生光电效应，则氢原子从n=6能级直接向n=2能级跃迁时所产生的辐射一定能使该金属发生光电效应11、如图所示为氢原子的能级示意图，一群氢原子处于n=3的激发态，在向较低能级跃迁的过程中向外发出光子，用这些光照射逸出功为2.49ev的金属钠，下列说法正确的是（）a、这群氢原子能发出三种频率不同的光，其中从n=3跃迁到n=2所发出的光波长最短b、这群氢原子能发出两种频率不同的光，其中从n=3跃迁到n=1所发出的光频率最高c、金属钠表面所发出的光电子的初动能最大值为11.11evd、金属钠表面所发出的光电子的初动能最大值为9.60ev12、光子能量为e的一束光照射容器中的氢（设氢原子处于n=3的能级），氢原子吸收光子后，能发出频率1、2、3、4、5、6六种光谱线，且123456 ， 则e等于（） a、h1b、h6c、h（61）d、h（1+2+3+4+5+6）13、下列的若干叙述中，不正确的是（） a、黑体辐射电磁波的强度只与黑体的温度有关b、对于同种金属产生光电效应时，逸出光电子的最大初动能鼠与照射光的频率成线性关系c、一块纯净的放射性元素相矿石，经过一个半衰期以后，它的总质量仅剩下一半d、将核子束缚在原子核内的核力，是不同于万有引力和电磁力的另一种相互作用14、下列说法正确的是（） a、射线为原子的核外电子电离后形成的电子流b、一个氢原子从n=3的激发态跃迁到基态时，最多能产生3个不同频率的光子c、用加温、加压或改变其化学状态的方法都不能改变原子核衰变的半衰期d、原子核经过衰变生成新核，则新核的质量总等于原核的质量15、下列说法正确的是（） a、重核裂变和轻核的聚变过程都有质量亏损，都向外界放出核能b、氢原子从n=3的能级向低能级跃迁时只会辐射出两种不同频率的光c、比结合能大的原子核分解成比结合能小的原子核时要放出能量d、衰变中产生的射线实际上是原子的核外电子挣脱原子核的束缚而形成的二、填空题16、如图为氢原子的能级图，大量处于n=4激发态的氢原子跃迁时，发出多个能量不同的光子，其中频率最大的光子能量为_ev ， 若用此光照射到逸出功为2.75ev的光电管上，则加在该光电管上的遏止电压为_v 17、氢原子的能级如图所示，当氢原子从n=4向n=2的能级跃迁时，辐射的光子照射在某金属上，刚好能发生光电效应，则该金属的逸出功为_ ev 现有一群处于n=4的能级的氢原子向低能级跃迁，在辐射出的各种频率的光子中，能使该金属发生光电效应的频率共有_种18、设氢原子基态的能量为=e1 ， 大量氢原子处于某一激发态，由这些氢原子可能发出的所有光子中，频率最大的光子能量为0.96e ， 频率最小的光子的能量为_ e1 ， 这些光子可具有_种不同的频率19、根据氢原子的能级示意图，一群氢原子处于n=3能级的激发态，在向较低能级跃迁的过程中能向外发出三种频率不同的光，其中从n=3能级跃迁到n=2能级所发出的光波长_ （填“最长”或“最短”），用这些光照射逸出功为2.49ev的金属钠，金属钠表面所发出的光电子的初动能最大值为_ ev 20、当用具有1.87ev能量的光子照射到n=3激发态的氢子时，氢原子吸收该光子后被电离，则电离后电子的动能为：_三、解答题21、已知氢原子处在第一、第二激发态的能级分别为3.4ev和1.51ev ， 金属钠的截止频率为5.531014hz，普朗克常量h=6.631034js ， 请通过计算判断，氢原子从第二激发态跃迁到第一激发态过程中发出的光照射金属钠板，能否发生光电效应22、氢原子各个能级的能量值如图所示，为使一处于基态的氢原子核外电子脱离原子核的束缚而成为自由电子，所需的最小能量为多少？大量处于量子数n=4的能级氢原子跃迁到n=2的能级跃迁时最多可以产生多少种不同频率的谱线？23、氢原子的能级示意图如图所示，现有每个电子的动能都为ee=12.89ev的电子束与处在基态的氢原子束射入同一区域，使电子与氢原子发生迎头正碰已知碰撞前一个电子与一个原子的总动量为零碰撞后，氢原子受激，跃迁到n=4的能级求碰撞后1个电子与1个受激氢原子的总动能（已知电子的质量me与氢原子的质量mh之比为1：1840）24、某个光子是氢原子核外电子从n=4跃迁到n=1时所发出的，已知普朗克常量h=6.631034js ， 求：(1)该光子的能量为多少ev？ (2)频率为多少hz？ 25、氢原子能级及各能级值如图所示当大量氢原子从第4能级向第2能级跃迁时，可以释放出中不同频率的光子，所释放的光子最小频率为（用普朗克常量h和图中给出的能级值字母表示）答案解析部分一、选择题 1、【答案】b 【考点】玻尔原子理论 【解析】【解答】a、根据 =3知，这群氢原子能辐射出三种不同频率的光子，从n=3向n=2跃迁的光子频率最小，波长最长故a正确b、只有从n=3跃迁到n=1，以及从n=2跃迁到n=1辐射的光子能量大于逸出功，所以能发生光电效应的光有两种，故b错误c、从n=3跃迁到n=1辐射的光子能量最大，发生光电效应时，产生的光电子最大初动能最大，光子能量最大值为13.61.51ev=12.09ev ， 根据光电效应方程得，ekm=hvw0=12.092.25ev=9.84ev 故cd正确；故选：b【分析】根据数学组合公式 求出辐射光子的种类，抓住辐射的光子能量等于两能级间的能级差求出辐射的光子能量，根据光电效应的条件判断能发生光电效应的光子种数，结合光电效应求出光电子的最大初动能 2、【答案】 c【考点】玻尔原子理论【解析】【解答】a、衰变过程中放出的射线是氦原子核，不是氦原子故a错误；b、波尔理论的假设之一是原子能量是不连续的，核外的电子只能处于不连续的轨道上故b错误；c、分子间同时存在斥力和引力，当分子距离大于平均距离r0时，分子力表现为引力，分子距离越大，分子势能越大；当分子距离小于平均距离r0时，分子力表现为斥力，分子距离越小，分子势能越大；所以当分子间的引力和斥力平衡时，分子势能最小；故c正确d、飘浮在热菜汤表面上的油滴，从上面观察是圆形的，是由于表面张力的原因故d错误故选：c【分析】衰变过程中放出的射线是氦原子核；波尔理论的假设之一是原子能量是不连续的；当分子间的引力和斥力平衡时，分子势能最小；飘浮在热菜汤表面上的油滴，从上面观察是圆形的，是由于表面张力3、【答案】 b【考点】玻尔原子理论【解析】【解答】a、普朗克在研究黑体辐射问题时提出了能量子假说，成功地解释了黑体辐射现象，故a正确；b、一群氢原子处于n=3的激发态，当它向基态跃迁时可以发出3条不同频率的光谱线，分别是32，31，21，故b错误；c、入射光的光强一定，频率越高，则单个光子的能量值就越大，光子的数目就越少，所以发生光电效应时，单位时间内逸出的光电子数就越少，故c正确；d、比结合能小的原子核分解为比结合能大的原子核时，原子核的结合能的差会释放出来，即一定释放核能；故d正确；故选：b【分析】普朗克的能量子假说成功地解释了黑体辐射现象，第一次将量子观点引入到微观世界；光电效应释放出的光电子的数目与光子的数目有关；比结合能小的原子核分解为比结合能大的原子核时一定释放核能；据德布罗意的理论，运动的宏观物体也具有波动性，其速度越大物质波的波长越短4、【答案】 c【考点】玻尔原子理论【解析】【解答】a、玻尔将量子观念引入原子领域，其理论能够解释氢原子光谱的特征，但不能解释其它元素原子光谱的特征故a正确b、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，轨道半径减小，原子能量减小故b正确c、在原子核中，比结合能越大表示原子核中的核子结合得越牢固故c错误d、处于n=4的激发态的氧原子，向低能级跃迁时，根据数学组合 =6，可能发射出的谱线为6条故d正确故选：c【分析】半衰期与外界因素无关；玻尔理论将量子观念引入原子领域，提出定态和跃迁的概念，成功解释了氢原子光谱；核外电子的轨道半径减小，原子能量增大；比结合能越大，原子核中核子结合得越牢固；并根据数学组合 ，即可求解5、【答案】 d【考点】玻尔原子理论【解析】【解答】因为 =6，知可能发射出的谱线有6种故d正确，a、b、c错误故选d【分析】根据数学组合公式 求出一群处于n=4的激发态的氧原子，向低能级跃迁时，可能发射出的谱线的条数6、【答案】 a【考点】玻尔原子理论【解析】【解答】由图示可知，在a所示能级跃迁中释放光子的能量最小，则频率最低，辐射光波的波长最长，故a正确，bcd错误；故选：a【分析】根据两能级的能量差越小，所释放光子的能量越小，频率越低，则光的波长越长7、【答案】 b【考点】玻尔原子理论【解析】【解答】发生受激辐射时，向外辐射能量，知原子总能量减小，轨道半径减小，根据 = 知，电子的动能增大，由于能量减小，则电势能减小故acd错误，b正确故选：b【分析】由高能级向低能级跃迁，辐射光子能量减小，根据轨道半径的变化，结合库仑引力提供向心力判断电子动能的变化，根据能量的变化判断电势能的变化8、【答案】a 【考点】玻尔原子理论 【解析】【解答】a、汤姆生发现了电子，表明原子是可以分割的，故a错误；b、光照到某金属上不能发生光电效应，知入射光的频率较小，即波长太长故b正确c、按照玻尔理论，氢原子辐射光子时，知从高能级跃迁到低能级，轨道半径减小，根据 = 知，核外电子的动能增加故c正确d、衰变的实质是原子核内的中子转化成了质子和电子故d正确故选：a【分析】汤姆生发现了电子，知道原子还能再分；太阳辐射的能量来自轻核聚变；根据光电效应的条件判断不能发生光电效应的原因；根据辐射光子能量，得出电子轨道半径的变化，结合库仑引力提供向心力比较电子动能的变化衰变的电子来自原子核，不是核外电子 9、【答案】 c【考点】玻尔原子理论【解析】【解答】a、氢原子从高能级向基态跃迁时发出的光子的最小能量为10.2ev ， 照射金属锌板一定能产生光电效应现象，故a错误；b、一群处于n=3能级的氢原子向基态跃迁时，根据 可知，能放出3种不同频率的光，故b不正确；c、氢原子从高能级向n=3的能级向基态跃迁时发出的光子的能量最小为e大=1.51+13.6=12.09ev ， 因锌的逸出功是3.34ev ， 锌板表面所发出的光电子的最大初动能为ekm=12.093.34=8.75ev ， 故c正确；d、用能量为10.3ev的光子照射，小于12.09ev ， 不可使处于基态的氢原子跃迁到激发态，要正好等于12.09ev ， 才能跃迁，故d错误；故选：c【分析】氢原子从高能级向基态跃迁时发出的光子的最小能量与锌板的逸出功的关系判断是否发生光电效应现象要使处于基态的氢原子电离，照射光光子的能量应能使电子从基态跃迁到无限远处，最小频率的电磁波的光子能量应为：h=0e1 10、【答案】b 【考点】玻尔原子理论 【解析】【解答】a、从n为3、4、5、6的能级直接向n=2能级跃迁时，从n=3跃迁到n=2辐射的光子频率最小，波长最大，可知为红色光谱故a正确b、氢原子从n=6能级直接向n=1能级跃迁，辐射的光子频率大于从n=6跃迁到n=2时辐射的光子频率，即产生的光子频率大于紫光故b错误c、由于n=6跃迁到n=2能级辐射的光子频率大于n=6跃迁到n=3辐射的光子频率，所以氢原子从n=6能级直接向n=3能级跃迁时所产生的辐射不能使某金属发生光电效应，则氢原子从n=6能级直接向n=2能级跃迁时所产生的辐射将可能使该金属发生光电效应故c正确d、从n=6能级直接向n=2能级跃迁时所产生的光子能量大于n=3跃迁到n=2辐射的光子能量，所以氢原子从n=3能级向n=2能级跃迁时所产生的辐射能使某金属发生光电效应，则氢原子从n=6能级直接向n=2能级跃迁时所产生的辐射一定能使该金属发生光电效应故d正确故选：c【分析】能级间跃迁时辐射的光子能量两能级间的能级差，能级差越大，光子能量越大；发生光电效应的条件是入射光子的频率大于金属的极限频率 11、【答案】 d【考点】玻尔原子理论【解析】【解答】a、一群氢原子处于n=3的激发态，可能发出3中不同频率的光子，因为n=3和n=1间能级差最大，所以从n=3跃迁到n=1发出的光子频率最高，波长最短故a、b错误c、所以从n=3跃迁到n=1发出的光子频率最高，发出的光子能量为13.601.51ev=12.09ev 根据光电效应方程ekm=hvw0得，最大初动能ekm=12.092.49ev=9.6ev 故c错误，d正确故选：d【分析】氢原子能级间跃迁时，吸收和辐射的光子能量等于两能级间的能级差，能级差越大，光子频率越大根据光电效应方程求出光电子的最大初动能12、【答案】 a【考点】玻尔原子理论【解析】【解答】根据题意知，光子吸收的能量等于n=3和n=4之间的能级差，氢原子吸收光子后，能发出频率为1、2、3、4、5、6的六种光谱线，且123456 ， 因为v1最小，知频率为v1的光子能量等于等于n=3和n=4之间的能级差，即e=hv1 故a正确，b、c、d错误故选：a【分析】光子能量为e的一束光照射容器中的氢（设氢原子处于n=3的能级），氢原子吸收光子后，能发出频率为1、2、3、4、5、6的六种光谱线，知氢原子跃迁到第4能级，通过能级间跃迁吸收或放出光子能量等于两能级间的能级差确定吸收的光子能量13、【答案】 c【考点】玻尔原子理论【解析】【解答】a、由黑体辐射规律可知，辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的温度有关，故a正确；b、根据光电效应方程，ek=hw ， 可知，逸出光电子的最大初动能ek与照射光的频率成线性关系，与频率无关，故b正确；c、经过一个半衰期以后，有一半的质量发生衰变，但产生新核，故c错误；d、库仑力对电子做负功，所以动能变小，电势能变大（动能转为电势能）而因为吸收了光子，总能量变大故d错误；d、将核子束缚在原子核内的核力，是不同于万有引力和电磁力的另一种相互作用，故d正确故选：c【分析】a、黑体辐射时波长越短，温度越高时，其辐射强度越强；b、根据光电效应方程，ek=hw ， 可知，最大初动能ek与照射光的频率的关系；c、经过一个半衰期以后，有一半质量发生衰变；d、将核子束缚在原子核内的核力，是不同于万有引力和电磁力的另一种相互作用14、【答案】 c【考点】玻尔原子理论【解析】【解答】a、射线即电子是由核内的中子变为质子同时放出电子产生的，而非核外电子电离后形成的电子流，故a错误；b、一个氢原子从n=3的激发态跃迁到基态时，最多能产生2个不同频率的光子，若是一批氢原子从n=3的激发态跃迁到基态时，最多能产生3个不同频率的光子，故b错误；c、半衰期只与元素本身有关，与所处的物理、化学状态以及周围环境、温度等无关，故c正确；d、在衰变过程中伴随着质量亏损，因此新核质量一定小于原核质量，故d错误故选：c【分析】解答本题要掌握：、三种射线的区别，衰变过程遵循规律以及半衰期的物理意义15、【答案】 a【考点】玻尔原子理论【解析】【解答】a、重核裂变和轻核的聚变过程都有质量亏损，都向外界放出核能，故a正确；b、一群氢原子处于n=3的激发态，当它向基态跃迁时可以发出3条不同频率的光谱线，分别是32，31，21，故b错误；c、比结合能大的原子核分解为比结合能小的原子核时，核子的总结合能减小，一定要吸收核能才能完成；故c不正确；d、衰变中产生的射线实际上是原子核中的一个中子衰变为一个质子和一个电子而形成的故d错误故选：a【分析】重核裂变和轻核的聚变过程都有质量亏损；氢原子从n=3的能级向低能级跃迁时只会辐射出3种不同频率的光；比结合能小的原子核分解为比结合能大的原子核时一定释放核能，比结合能大的原子核分解为比结合能小的原子核时吸收能量；衰变的实质是原子核中的一个中子衰变为一个质子和一个电子二、填空题 16、【答案】12.75；10 【考点】玻尔原子理论 【解析】【解答】根据 =6知，大量处于n=4的氢原子向低能级跃迁时，可能发出6种能量不同的光子能级间跃迁放出或吸收光子的能量满足h=emen 所以频率最大的光子能量为e=e4e1=0.85+13.60ev=12.75ev 根据爱因斯坦光电效应方程，有ekm=hve0根据动能定理eu=ekm解得：u=10v故答案为：12.75；10【分析】根据频率条件公式，能及相差越大，光子的频率越高；根据爱因斯坦光电效应方程和动能定理列式计算反向遏止电压 17、【答案】 2.55；4【考点】玻尔原子理论【解析】【解答】原子从高能级向低能级跃迁时，向外辐射光子这种光子照射在某金属上，刚好能发生光电效应，则：w=e4e2=0.85（3.4）ev=2.55ev 氢原子跃迁的最高能级为n=4能级，根据 知，处于n=4的能级的氢原子向低能级跃迁，氢原子发射出六种不同波长的光根据emen=hv得：从n=4跃迁到n=3辐射的光子能量最小，小于2.55ev ， 其次从n=3跃迁到n=2辐射的光子能量：e3e2=1.51（3.4）ev=1.89ev2.55ev所以能使该金属发生光电效应的频率共有4种故答案为：2.55；4【分析】原子从高能级向低能级跃迁时，向外辐射光子；能级间发生跃迁时吸收或辐射的光子能量等于两能级间的能级差，能发生光电效应的条件是入射光子的能量大于逸出功；根据数学组合公式 求出处于激发态的氢原子可能发射出不同波长光的种数18、【答案】 0.0225；10【考点】玻尔原子理论【解析】【解答】氢原子基态的能量为e1=13.6ev 大量氢原子处于某一激发态由这些氢原子可能发出的所有光子中，频率最大的光子能量为0.96e1 ， 即跃迁到最高能级能量e=0.04e1=0.544ev ， 即处在n=5能级；频率最小的光子的能量为e=0.544ev（0.85ev）=0.31ev=0.0225e1 ，根据 =10，所以这些光子可具有10种不同的频率故答案为：0.0225；10【分析】能级间跃迁辐射的光子能量等于两能级间的能级差，根据能级差的大小求出辐射的最小和最大光子能量，从而判断哪个能级间跃迁辐射的光子频率最大，波长最短19、【答案】 最长；9.60【考点】玻尔原子理论【解析】【解答】根据辐射的光子能量等于两能级间的能级差，可知，从n=3向n=2跃迁的光子频率最小，波长最长从n=3跃迁到n=1辐射的光子能量最大，发生光电效应时，产生的光电子最大初动能最大，光子能量最大值为13.61.51ev=12.09ev ，根据光电效应方程得，ekm=hvw0=12.092.49ev=9.60ev 故答案为：最长，9.60【分析】根据辐射的光子能量等于两能级间的能级差求出辐射的光子能量，得出频率大小，再由 ，即可得出波长的长还是短；根据光电效应的条件判断能发生光电效应的光子种数，结合光电效应求出光电子的最大初动能20、【答案】 0.36ev【考点】玻尔原子理论【解析】【解答】处于n=3激发态的氢原子所具有的能量为e3= =1.51ev 由于1.87ev+（1.51ev）=0.36ev0，说明氢原子能够吸收该光子而电离，电离后电子的动能为0.36ev 故答案为：0.36ev【分