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1、2021年高考物理100考点最新模拟题千题精练（选修3-5）第六部分原子物理专题6.8 能级与原子结构（基础篇）选择题EI.（2020山东三校联考）已知氢原子的基态能量为日，激发态能量为E产与，其中n=2,3,4已知普n朗克常量为h,电子的质量为m,则下列说法正确的是（）A.氢原子从基态跃迁到激发态后，核外电子动能减小，原子的电势能增大，动能和电势能之和不变B.基态氢原子中的电子吸收一频率为v 的光子被电离后，电子速度大小为J 迎卫）V mC.一个处于n=4的激发态的氢原子，向低能级跃迁时最多可辐射出6 种不同频率的光D.第一激发态氢原子的电离能等于区/4【参考答案】B【名师解析】氢原子由基态
2、跃迁到激发态时，氢原子吸收光子，则能量增大，轨道半径增大，2 2根据k=m 知，电子动能减小，而其电势能增大，则动能和电势能之和增大，故A错误；根据能量守恒得：广 rhv+E产;m v?,解得电离后电子的速度大小为：丫卡仅1耳）,故B正确；一个处n=4的激发态的氢原子，向低能级跃迁时最多可辐射出3种不同频率的光，分别是从n=4跃迁n=3,再从n=3跃迁n=2,最后从n=2跃迁n=l,故C错误；第一激发态氢原子的能量为昂/4,若刚好发生电离时，其电离能等于-8/4,故口错次。【关键点拨】根据轨道半径的变化，通过库仑引力提供向心力得出电子动能的变化，结合原子能量的变化得出原子势能的变化；当吸收的能
3、量等于氢原子基态能量时，电子发生电离，根据能量守恒求出电子电离后的速度；,个处于n=4的激发态的氢原子向低能级跃迁种类不是满足数学组合公式，而是最多3种，最少是1种。解决本题的关键知道能级间跃迁时辐射或吸收的光子能量等于两能级间的能级差，掌握电离的条件，及理解跃迁的种类确定方法，注意大量氢原子与一个氢原子的区别，及刚好发生电离时，则电离能与能级的能量之和为零。2.（2020高考仿真冲刺卷）来自太阳的带电粒子会在地球的两极引起极光.带电粒子与地球大气层中的原子相遇，原子吸收带电粒子的一部分能量后,立即将能量释放出来就会产生奇异的光芒，形成极光.极光的光谱线波长范围约为3 100入 6 700演
4、14=1。/m）.据此推断以下说法不正确的是（）A.极光光谱频率的数量级约为10MHzB.极光出现在极地附近与带电粒子受到洛伦兹力有关C.原子在从高能级向低能级跃迁时辐射出光子形成极光D.对极光进行光谱分析可以鉴别太阳物质的组成成分【参考答案】.Dc【名师解析】由极光的波长3.1x10 m 6.7x10 m,由v=又 得极光的频率为9.7xl014 H z-4.5xl014 Hz,A正确;带电粒子在洛伦兹力作用下向极地附近偏转,B正确;原子从高能级向低能级跃迁时辐射出光子,C正确;极光为地球大气中原子的发射光谱,可以鉴别地球周围大气层中物质的组成,D错误.3.（2019浙江稽阳联谊学校联考模拟
5、）氢原子光谱如图甲所示，图中给出了谱线对应的波长，玻尔的氢原子能级图如图乙所示。已知普朗克常量h=6.6 3 x l0-O s可见光的频率范围约为4.2X10，Z-7.8X10，Z,下列说法错误的是（）A.谱线对应光子的能量小于Hs谱线对应光子的能量p-nn)Lii.onm4sB.图甲所示H“、Hp、H?、氏 四种光均属于可见光范畴C.如 对应光子的能量约为10.2eVD.H”谱线对应的跃迁是从n=3能级到n=2能级【参考答案】C【名师解析】本题以氢原子光谱和能级图为解题信息，光的辐射、光谱、能级和玻尔理论、电磁波谱及其相关的知识点。由氢原子光谱可知，Ha谱线其波长入最长，对应的频率V最低，由
6、光子能量公式=的可知，光子能量最小,选 项A正确；由电磁波谱可知，图甲所示的H“、H0、H,、Hs四种光均属于可见光范畴，选 项B正确；由E=hc爪可知，Hp对应光子的能量Ep=2.55eV,选项C 错误；H“谱线对应的光子能量为Ea=1.89eV,根据玻尔理论，对应的跃迁是从n=3能级跃迁到n=2能级，选项D 正确。此题选项中错误的是C。4.（2019天津一模联考）如图所示为氢原子能级图，一群氢原子处于基态，现用光子能量为E 的一束单色光照射这群氢原子，氢原子吸收光子后能向外辐射六种不同频率的光，已知普朗克常量为，真空中光速为c,在这六种光中（）n E/eV8.-04-0.853-1.512
7、-3.41-13.6A.最容易发生衍射现象的光是由n=2 能级跃迁到n=l 能级产生的B.频率最小的光是由=2 能级跃迁到=1 能级产生的C.所有光子的能量不可能大于ED.这些光在真空中的最大波长为华CJ【参考答案】.C【名师解析】用光子能量为E的一束单色光照射处于基态的一群氢原子，发 出 6 种不同频率的光，知氢原子从基态跃迁到=4 的激发态，波长越长的，越容易发生衍射现象，而由=2 能级跃迁到=1 能级，辐射光子频率不是最低，则波长不是最长，故 A 错误；频率最小的光是由=4 能级跃迁到=3 能级产生的，选 项 B 错误；用光子能量为E 的 一 束单色光照射这群氢原子，氢原子吸收光子后能向
8、外辐射出6种不同频率的光，那么所有光子的能量不可能大于E,故 C 正确；由题意可知氢原子从=4 能级跃迁到=3 能级发出的光子能量最小，所以频率最小，那么波长最长，而氢原子从=4 能级跃迁到=1 能级发出的光子能量最大，所以频率最大，波长最短，其值为，=坐，即为最短波长，故 D 错误。L,口5.（2019海口模拟）氢原子的能级示意图如图所示，现有大量的氢原子处于=4 的激发态，当向低能级跃迁时，会辐射出若干种不同频率的光，若用这些光照射逸出功为4.54 e V 的铝时，下列说法中正确的是（）n E/eV8.-.-04-0.853-1.512-3.401-13.60A.氢原子能辐射4 种不同频率
9、的光子B.氢原子辐射的光子有四种不能使鸨发生光电效应C.氢原子辐射一个光子后，氢原子的核外电子的速率增大D.鸨能吸收从n=4向=2 能级跃迁的光子而发生光电效应【参考答案】C【名师解析】一群处于=4能级的氢原子向基态跃迁时，辐射光子种类数目为或=6种，对应的能量为 A i=E 4-8 =1 2.7 e V,E2=E4-E2=2.55 e V,后 3=及一邑=0.6 6 e V,A E4=3-I=1 2.0 9 e V,A E5=E 3&=1.8 9 e V,A E6=E2-E,=1 0.2 e V,其中有3 种大于4.5 4 e V,则有3种不同频率的光能使金属发生光电效应，故选项A、B错误；
10、氢原子辐射一个光子后，则轨道半径减小，由库仑引力提供向心力，则有,2 2詈=平，可知氢原子的核外电子的速率增大，故选项C正确；”=4 能级跃迁到=2 能级辐射出光的能量为 2.55 e V,而金属逸出功为4.54 e V,所以当光照射此金属时，不能发生光电效应现象，故选项D错误。6.氢原子光谱如图甲所示，图中给出了谱线对应的波长。玻尔的氢原子能级图如图乙所示。已知普朗克常量=6.6 3x 1 0-34 j.s,则A.H&谱线对应光子的能量大于谱线对应光子的能量B.用图甲中几种谱线对应的光照射同种金属进行光电效应实验，形成光电流的饱和值一定不同C.Hp 对应光子的能量约为1 0.2 eVD.H
11、谱线对应的跃迁是从=3 能级跃迁到=2 能级【参考答案】.D【名师解析】因 Ha谱线对应光子的波长大于Hs 谱线对应光子的波长，由波速、频率及波长的关系y=，知，Ha的频率较小，再由E=/iy 知 Ha的能量较小，则 A错误；Hp 对应光子的能量E p=%=2.55 eV,则 C错误；光电流与光的强度有关，频率的高低不能确定光电流的大小，故 B错误；根据光子能量公式E=切=后 可 知 H”谱线对应光子的能量为1.8 9 e V,结合能级图可知，从=3 能级跃迁到=2 能级时辐射的光子能量为 T.5 1（3.4）e V=1.8 9 e V,则 D 正确。7.（6分）（20 1 9 吉林长春四模）
12、如图为氢原子的能级示意图，已知锌板的逸出功是3.34eV.下列说法正确的 是（)/eVA.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发生光电效应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.用能量为10.3eV的光子照射氢原子时，可使处于基态的氢原子跃迁到激发态D.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8.75eV【参考答案】D【名师解析】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,大于锌的逸出功，照射金属锌板一定能产生光电效应现象，故 A 错误；一群处于n=3 能级的氢原子向基态
13、跃迁时，能放出C2=3种不同频率的光，故 B 错误；能 量 10.3eV不等于任何两个能级的能级差不能被氢原子吸收，发生跃迁，故 C 错误；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大为E 卜=-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=12.09-3.34=8.75eV,故 D 正确。【方法归纳】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：hy=0-E,o8
14、.（2019江西重点中学盟校联考）一群处于量子数为=3 的激发态的氢原子跃迁到量子数为=2 的激发态时，向外辐射频率为孙的光子，该光子恰好能使某种金属发生光电效应。下列说法正确的是（）A.这群氢原子向外辐射的光子频率共有2 种B.当照射光的频率v 大于均时，若 v 增大，则此金属的逸出功增大C.当照射光的频率v 大于vo时，若光强增大一倍，则光电子的最大初动能也增大一倍D.当用频率为2Vo的单色光照射该金属时，所产生的光电子的最大初动能为6 o【参考答案】D【名师解析】一群处于量子数为=3 的激发态的氢原子向外辐射的光子频率种数为C；=3,故 A 错误；金属外层电子克服原子核的束缚，从金属表面
15、逸出所需的最小能量，称为金属的逸出功，由金属本身决定，与入射光的频率无关，故 B错误；光电子的最大初动能Ek m =/?v W，与光强无关，故 C错误；频率为 V。的光子，恰好能使某种金属发生光电效应，则/n，o=W,用频率为2%的单色光照射该金属，所产生的光电子的最大初动能=26（）W=/1V 0,故 D正确。9.（2 0 1 9天津市调研）如图所示为氢原子的能级示意图，一群氢原子处于=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2.4 9 e V 的金属钠。下列说法正确的是（）1-13.6A.这群氢原子能发出3 种不同频率的光，其中从=3能级跃迁到=2能级所发出
16、的光波长最短B.这群氢原子能发出6种不同频率的光，其中从”=3能级跃迁到”=1能级所发出的光频率最小C.这群氢原子发出不同频率的光，只有一种频率的光可使金属钠发生光电效应D.金属钠表面发出的光电子的最大初动能为9.6 0 e V【参考答案】D【名师解析】一群氢原子处于=3能级的激发态，可能发出d=3种不同频率的光子，=3 能级和n=2能级间能级差最小，所以从=3能级跃迁到=2能级发出的光子频率最低，波长最长，选项A错误。因为=3能级和=1 能级间能级差最大，所以氢原子从=3能级跃迁到”=1能级发出的光子频率最高,故 B错误。当入射光频率大于金属钠的极限频率时，金属钠能发生光电效应，即入射光的能
17、量大于钠的逸出功2.4 9 e V 时就能产生光电效应。根据能级图可知，从=3能级跃迁到“=2能级所发出的光能量为-1.5 1e V-（-3.4）e V=1.8 9 e V 2.4 9e V,能使金属钠的表面发生光电效应。从=3能级跃迁到=1能级发出的光子频率最高，发出的光子能量为=1 2.0 9 e V,根据光电效应方程反=加一W o 得，最大初动能Ek=1 2.0 9e V 2.4 9e V=9.6 0 e V。故 C错误，D正确。1 0.（2 0 1 9领航高考冲刺卷）如图所示为氢原子的能级图，已知某金属的逸出功为6.4 4 e V,则下列说法正确的是（）口8 5 4 32EJeV0-0
18、.54-0.85-1.51-3.401-13.6A.处于基态的氢原子可以吸收能量为12.1eV的光子而被激发B.用能量为12.5eV的电子轰击处于基态的氢原子，一定不能使氢原子发生能级跃迁C.用”=4能级跃迁到”=1能级辐射的光子照射金属，从金属表面逸出的光电子最大初动能为6.31eVD.一群处于=4能级上的氢原子向低能级跃迁时最多产生4种谱线【参考答案】C【名师解析】（-13.6eV）+（12.1eV）=1.50eV不等于任何能级差，则处于基态的氯原子吸收能量为12.1eV的光子不能被激发，选项A错误：12.5eV大于1、2和1、3之间的能级差，则用能量为12.5eV的电子轰击处于基态的氢原
19、了，能使氢原子发生能级跃迁，选项B错误；从=4能级跃迁到=1能级辐射的光子能量为（-0.85eV）一（一l3.6eV）=12.75eV,则用它照射金属，从金属表面逸出的光电子最大初动能为12.75eV-6.44eV=6.31eV,选项C正确；一群处于=4能级上的氯原子向低能级跃迁时最多产生C；=6种谱线，选项D错误.11.（多选）（2018湖南省永州市三模）如图所示是玻尔为解释氢原子光谱画出的氢原子能级示意图.大量处于“=3能级的氢原子向低能级跃迁放出若干频率的光子，设普朗克常量为，下列说法正确的是（）n E00-04-3-E32-E21-3A.能产生3种不同频率的光子B.产生的光子的最大频率
20、为用国C.当氢原子从能级=2跃迁到=1时，氢原子的能量变大D.若氢原子从能级=2跃迁到时放出的光子恰好能使某金属发生光电效应，则当氢原子从能级=3跃迁到”=1时放出的光子照到该金属表面时，逸出的光电子的最大初动能为当一反【参考答案】ABD【名师解析】根据常可得从=3能级向低能级跃迁能产生C：=3种不同频率的光子，A正确；产生的光子有最大能量的是从=3能级向”=1能级跃迁时产生的，根据公式加=心一&，解得丫=卫泸，B正确;从高能级向低能级跃迁，释放光子，氢原子能量变小，C错误；若氢原子从能级=2跃迁到=1时放出的光子恰好能使某金属发生光电效应，则当氢原子从能级=3跃迁到”=1时放出的光子照到该金
21、属表面时,逸出的光电子的最大初动能为Ekm=hv-Wo=（E3-E。一医 一 Ei）=E3-Ez，故 D正确.1 2.（多选）（2 0 1 8 山东省烟台市上学期期末）如图，一群处于=5能级的氢原子在向=1 的能级跃迁的过程中（）n ZeV3-1.512-3.41-13.6A.放出4种频率不同的光子B.放 出 1 0 种频率不同的光子C.放出的光子的最大能量为1 3.0 6 e V,最小能量为0.6 6 e VD.放出的光子有的能使逸出功为1 3 e V 的金属发生光电效应现象【参考答案】B D【名师解析】一群处于=5 能级的氢原子向低能级跃迁时，共 产 生 或=寸=1 0 种频率不同的光子，
22、故A项错误，B项正确；根据玻尔理论知能级差越大，跃迁时放出的光子能量越大，故 ma x=E 5-8 =-0.5 4e V-（-1 3.6 e V）=1 3.0 6 e V,AEm i n-E5-E4=-0.5 4 e V -（-0.8 5 e V）=0.3 1 e V,C 项错误；因 AE m a x=1 3.0 6e V 1 3 e V,故有的光子的能量大于逸出功可以使逸出功为1 3 e V 的金属发出光电效应，D项正确.1 3.（2 0 1 9 四川省成都市调研）氢原子能级图如图所示，当氢原子从=3的能级跃迁到=2的能级时，辐射光的波长为6 5 6 nm,下列判断正确的是（）n E/eV8
23、-04-0.853-1.512-3 4)1-13.60A.氢原子从=2的能级跃迁到=1 的能级时，辐射光的波长大于6 5 6 n mB.当氢原子从=4的能级跃迁到=2的能级时，辐射出的光子不能使逸出功为2.2 5 e V 的钾发生光电效应C.一个处于=4的能级上的氢原子向低能级跃迁时最多产生6种谱线D.用能量为1.0 e V 的光子照射处于=4能级的氢原子，可以使氢原子电离【参考答案】D【名师解析】氢原子从=2的能级跃迁到=1 的能级时，辐射光的能量大于氢原子从=3的能级跃迁到n=2的能级时辐射光的能量，根据E 吟 可 知,氢原子从=2的能级跃迁到=1的能级时，辐射光的波长一定小于656 n
24、m,故 A 错误；从=4 的能级跃迁到=2 的能级时辐射出的光子能量为2.55 e V,大于金属钾的逸出功，能使钾发生光电效应，故 B 错误；一个处于”=4 的能级上的氢原子向低能级跃迁时最多产生3 种谱线，故 C 错误；当处于=4 能级的氢原子吸收的能量大于或等于0.85 eV 时，将会被电离，故D 正确.14.（多选）欲使处于基态的氢原子激发，下列措施中可行的是（）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 11 eV 的电子碰撞【参考答案】ACD【名师解析】-13.6 eV+10.2 eV=-3.4 e V,而&=-3.4 e
25、 V,故 A 正 确;-1 3.6 eV+ll eV=-2.6eV,不 符 合 加=&一&（7）的条件，故 B 错误；14eV13.6eV,已经足以使氢原子电离，故 C 正确；用 11 eV的电子碰撞，E2-E,=IO.2eVll e V,故 D 正确。15.如图所示为氢原子能级示意图的一部分，则氢原子（）n E/eV5-0.54I-0.853-1.512-3.41-13.6A.从=4 能级跃迁到=3 能级比从=3 能级跃迁到=2 能级辐射出电磁波的波长长B.从=5 能级跃迁到=1 能级比从=5 能级跃迁到=4 能级辐射出电磁波的速度大C.处于不同能级时，核外电子在各处出现的概率是一样的D.从
26、高能级向低能级跃迁时，氢原子核一定向外放出能量【参考答案】A【名师解析】由林=E,”一E“和丫=烹结合能级图知A 对、B 错；处于不同能级时，核外电子在各处出现的概率不一样，C 错；从高能级向低能级跃迁时，是氢原子向外放出能量，D 项错。1 6.如图中所示的八 仄 c、d 为四种元素的特征谱线，图乙是某矿物的线状谱，通过光谱分析可以确定该矿物中缺少的元素为（）-II-bI I II I I I II III乙A.a元素 B.Z 7 元素C.c,元素 D.d元素【参考答案】B【名师解析】由矿物的线状谱与几种元素的特征谱线进行对照，元素的谱线在该线状谱中不存在，故 B正确；与几个元素的特征谱线不对
27、应的线说明该矿物中还有其他元素。二.计 算 题1.氢原子处于基态时，原 子 的 能 量 为 旦=-1 3.6 e V,当处于=3的激发态时，能 量 为 良=-L 5 l e V,则：(1)当氢原子从=3的激发态跃迁到=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=3的激发态，则在跃迁过程中可能释放出几种频率的光子？其中最长波长是多少？【名师解析】(1)/1=7-=1.0 3 x 1 0 7m 已 3 14(2)v=3.2 8 x l 01 5 H z o(3)3 种，其中波长最长的是从=3到”=2所放出光子，/=*F=*=6.5 8 x l O-7 m。答 案(1)1.0 3 x 1 0 7 m (2)3.2 8 x 1()1 5 取(3)3 种 6.5 8 x l 0 7m