15.2 原子结构 氢原子光谱练习

陕西府谷中学物理教研组资料 练习 第 1 页 15 215 2 原子结构原子结构 氢原子光谱氢原子光谱 习题习题 一 选择题一 选择题 1 卢瑟福 粒子散射实验的结果 A 证明了质子的存在 B 证明了原子核是由质子和中子组成的 C 证明了原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在一个很小的核里 D 证明了原子中的电子只能在某些轨道上运动 2 已知氢原子的能级图如图 15 2 8 所示 现用光子 能量介于 10 eV 12 9 eV 范围内的光去照射一群处于基态 的氢原子 则下列说法中正确的是 A 在照射光中可能被吸收的光子能量有无数种 B 在照射光中可能被吸收的光子能量只有 3 种 C 照射后可能观测到氢原子发射不同波长的光有 6 种 图 15 2 8 D 照射后可能观测到氢原子发射不同波长的光有 3 种 3 图 15 2 9 甲所示为氢原子的能级 图乙为氢原子的光谱 已知谱线 a是氢原子从n 4 的能级跃迁到n 2 的能级时的辐射光 则谱线b是氢原子 陕西府谷中学物理教研组资料 练习 第 2 页 图 15 2 9 A 从n 3 的能级跃迁到n 2 的能级时的辐射光 B 从n 5 的能级跃迁到n 2 的能级时的辐射光 C 从n 4 的能级跃迁到n 3 的能级时的辐射光 D 从n 2 的能级跃迁到n 1 的能级时的辐射光 4 氢原子能级的示意图如图 15 2 10 所示 大量氢原 子从n 4 的能级向n 2 的能级跃迁时辐射出可见光a 从 n 3 的能级向n 2 的能级跃迁时辐射出可见光b 则 A 氢原子从高能级向低能级跃迁时可能会辐射出 射线 B 氢原子从n 4 的能级向n 3 的能级跃迁时会辐射出紫外线 图 15 2 10 C 在水中传播时 a光较b光的速度小 D 氢原子在n 2 的能级时可吸收任意频率的光而发生电离 5 处于基态的氢原子在某单色光束照射下 只能发出频率为 1 2 3的三种光 且 1 2 3 则该照射光的光子能量为 A h 1 B h 2 C h 3 D h 1 2 3 6 处于激发态的原子 如果在入射光子的电磁场的影响下 从高能态向 低能态跃迁 同时两个状态之间的能量差以光子的形式辐射出去 这种辐射叫 做受激辐射 原子发生受激辐射时 发出的光子的频率 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 发生受激辐射时 产生激光的原子的总能量En 电子的电势能Ep 电子的动能Ek的变化是 A Ep增大 Ek减小 B Ep减小 Ek增大 C Ep减小 En减小 D Ep增大 En增大 二 非选择题二 非选择题 7 氢原子的能级如图 15 2 11 所示 已知可见光的光子能量范围约为 1 62 eV 3 11 eV 则 陕西府谷中学物理教研组资料 练习 第 3 页 图 15 2 11 1 若用任意频率的紫外线照射处于n 3 能级的氢原子 氢原子能否电离 2 大量氢原子从高能级向n能级跃迁时 发出的光具有显著的热效应 则n至少等于多少 8 氢原子第n能级的能量为En 其中E1是基态能量 而 E1 n2 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 3 16 E1的激发态 则氢原子发射光子前 后分别处于第几能级 3 4 9 氢原子光谱除了巴耳末系外 还有赖曼系 帕邢系等 其中帕邢系的 公式为 R n 4 5 6 R 1 10 107 m 1 若已知帕邢系的氢 1 1 32 1 n2 原子光谱在红外线区域 试求 1 n 6 时 对应的波长 2 帕邢系形成的谱线在真空中的波速为多少 n 6 时 传播频率为多大 10 氢原子处于基态时 原子能量E1 13 6 eV 已知电子电量 e 1 6 10 19C 电子质量m 0 91 10 30 kg 氢的核外电子的第一条可能 轨道的半径为r1 0 53 10 10 m 1 若要使处于n 2 的氢原子电离 至少要用频率多大的电磁波照射氢原 子 陕西府谷中学物理教研组资料 练习 第 4 页 2 氢原子核外电子的绕核运动可等效为一环形电流 则氢原子处于n 2 的激发态时 核外电子运动的等效电流多大 3 若已知钠的极限频率为 6 00 1014 Hz 今用一群处于n 4 的激发态 的氢原子发射的光谱照射钠 试通过计算说明有几条谱线可使钠发生光电效应 答案与解析 1 解析 该题要考查的是 粒子散射实验对人类认识原子结构的贡 献 只要了解 粒子散射实验的结果及核式结构的建立过程 就不难得出正 确答案 粒子散射实验发现了原子内存在一个集中了全部正电荷和几乎全 部质量的核 数年后卢瑟福发现核内有质子并预言核内存在中子 答案 C 2 解析 根据跃迁规律 h E2 E1和能级图可确定 A 错误 B 正 确 氢原子最高能跃迁到n 4 的能级 根据发光波长种类N C42 6 种 C 正 确 D 错误 答案 BC 3 解析 从氢原子光谱图上可以看出谱线a b相邻且波长 b a 则 谱线b光子的频率大于谱线a光子的频率 产生谱线b的能级差仅大于产生谱 线a的能级差 所以 B 正确 答案 B 陕西府谷中学物理教研组资料 练习 第 5 页 4 解析 射线是原子核受激发而产生 故 A 项错误 从n 4 向n 3 能级跃迁时辐射光子的能量小于从n 3 向n 2 能级跃迁时辐射光子的能量 而紫外线的能量大于可见光 所以 B 项错误 由氢原子能级图知 a光子的能 量Ea h a大于b光子的能量Eb h b 故 a b 而光子频率越大 在介 质中的折射率越大 折射率越大 在同种介质中传播时传播速度越小 C 项正 确 氢原子在n 2 能级上需要吸收大于 E 3 4 eV 的光子能量才可以发生 电离 故 D 项错误 答案 C 5 解析 根据玻尔理论 当处于基态的氢原子受到某单色光照射时 氢 原子应吸收一个光子的能量h 从基态 能量为E1 跃迁到某一定态 能量为 En 如果处于该定态的氢原子向较低定态跃迁只能发出频率为 1 2 3 的三种光 则该定态与基态之间只能隔一个定态 由题意 1 2 3 因 此在单色光束的照射下要使处于基态的氢原子跃迁到能量为En的定态 照射 光的光子能量应为h 3 答案 C 6 解析 产生激光的原子是从高能级向低能级跃迁的 所以原子的总能 量En减小 电子的电势能Ep减小 而电子的动能Ek增加 答案 BC 7 解析 1 可见光能量范围为 1 62 eV 3 11 eV 紫外线的光子能量 一定大于 3 11 eV 而处于n 3 激发态的氢原子发生电离需要的能量大于等 于 1 51 eV 所以任意频率的紫外线均可使n 3 激发态的氢原子电离 2 发出的光具有显著的热效应 其光子能量E 1 62 eV 由能级图可知 n 3 即n至少等于 3 答案 1 能电离 2 3 8 解析 设氢原子发射光子前 后分别处于第l与第m能级 则依题意 有 陕西府谷中学物理教研组资料 练习 第 6 页 E1 E1 l2 E1 m2 3 16 E1 E1 E1 m2 3 4 解得 m 2 l 4 答案 4 2 9 解析 1 根据帕邢系公式 R 1 1 32 1 n2 当n 6 时 得 1 09 10 6 m 2 帕邢系形成的谱线在红外线区域 而红外线属于电磁波 在真空中以 光速传播 故波速为光速c 3 108 m s 由c 得 Hz 2 75 1014 Hz c 3 108 1 09 10 6 答案 1 1 09 10 6 m 2 3 108 m s 2 75 1014 Hz 10 解析 1 要使处于n 2 的氢原子电离 照射光光子的能量应能使电 子从第 2 能级跃迁到无限远处 最小频率的电磁波的光子能量应为 h 0 得 E1 4 8 21 1014 Hz 2 氢原子核外电子绕核做匀速圆周运动 库仑力作为向心力 有 ke2 r22 4 2mr2 T2 其中r2 4r1 根据电流强度的定义I e T 由 得I e2 16 r1 k mr1 陕西府谷中学物理教研组资料 练习 第 7 页 将数据代入 得I 1 3 10 4 A 3 由于钠的极限频率为 6 00 1014Hz 则使钠发生光电效应的光子的能