高中物理 第3章 原子世界探秘 3_3 量子论视野下的原子模型学业分层测评 沪科版选修3-5

3.3 量子论视野下的原子模型(建议用时：45分钟)学业达标1.关于玻尔的原子模型，下述说法中正确的有()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理论E.它保留了一些经典力学和经典的电磁理论【解析】原子核式结构模型与经典电磁理论的种种矛盾说明，经典电磁理论已不适用于原子系统，玻尔从光谱学成就得到启发，利用普朗克的能量量子化的概念，提出了量子化的原子模型；但在玻尔的原子模型中仍然认为原子中有一很小的原子核，电子在核外绕核做匀速圆周运动，电子受到的库仑力提供向心力，并没有完全抛弃经典的电磁理论.【答案】BDE2.下面关于玻尔理论的解释中，正确的说法是()A.原子只能处于一系列不连续的状态中，每个状态都对应一定的能量B.原子中，虽然核外电子不断做加速运动，但只要能量状态不改变，就不会向外辐射能量C.原子从一种定态跃迁到另一种定态时，一定要辐射一定频率的光子D.原子的每一个能量状态都对应一个电子轨道，并且这些轨道是不连续的E.原子从高能级态跃迁到另一低能级态时，一定要辐射光子，但光子的频率不固定【解析】根据玻尔原子理论可以判定选项A、B、D均正确；原子从一种定态跃迁到另一种定态时，可能辐射一定频率的光子，也可能吸收一定频率的光子，故选项C不正确；原子从高能级态跃迁到另一低能级态时，一定要辐射一定频率的光子，E错误.【答案】ABD3.设氢原子由n3的状态向n2的状态跃迁时放出能量为E、频率为的光子.则氢原子()图332A.跃迁时可以放出或吸收能量为任意值的光子B.由n2的状态向n1的状态跃迁时放出光子的能量大于EC.由n2的状态向n3的状态跃迁时吸收光子的能量等于ED.由n4的状态向n3的状态跃迁时放出光子的频率大于E.由n4的状态向n3的状态跃迁时放出光子的频率一定小于【解析】原子跃迁时可以放出或吸收能量为特定值的光子，A错；由n2的状态向n1的状态跃迁时，能量比由n3的状态向n2的状态跃迁时要大，所以放出光子的能量大于E，B项正确；由n2的状态向n3的状态跃迁时吸收光子的能量等于由n3的状态向n2的状态跃迁时放出的能量E，C项正确；由n4的状态向n3的状态跃迁时放出光子的能量较小，所以频率小于，D项错，E项正确.【答案】BCE4.已知氢原子的能级图如图333所示，现用光子能量介于1012.9 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() 【导学号：67080030】图333A.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D.照射后可能观测到氢原子发射不同波长的光有3种E.照射后观测到氢原子发射的光中波长最长的光是由n4向n3跃迁时发出的【解析】根据跃迁规律hEmEn和能级图，可知A错，B对；氢原子吸收光子后能跃迁到最高为n4的能级，能发射的光子的波长有C6种，故C对，D错；氢原子由n4的能级跃迁到n3的能级发射出的光的频率最小，波长最长，故E正确.【答案】BCE5.用光子能量为E的单色光照射容器中处于基态的氢原子，发现该容器内的氢能够释放出三种不同频率的光子，它们的频率由低到高依次为1、2、3，由此可知，开始用来照射容器的单色光的光子能量可以表示为_或_.【解析】氢原子吸收光子能向外辐射三种不同频率的光子，说明其吸收光子后从基态跃迁到第三能级，在第三能级不稳定，又向较低能级跃迁，发出光子.其中从第三能级跃迁到基态的光子能量最大为h3，所以氢原子吸收的光子能量应为Eh3，且关系式h3h1h2成立.【答案】h3h1h26.氢原子的能级图如图334所示.某金属的极限波长恰等于氢原子由n4能级跃迁到n2能级所发出的光的波长.现在用氢原子由n2能级跃迁到n1能级时发出的光去照射，求从该金属表面逸出的光电子的最大初动能是多少电子伏？图334【解析】设氢原子由n4能级跃迁到n2能级所发出的光子波长为0，由n2能级跃迁到n1能级所发出的光子波长为，则E4E2h，并且逸出功W0h，E2E1h，根据爱因斯坦光电方程EkhW0得，光子的最大初动能为Ekhhhchc2E2E1E47.65 eV.【答案】7.65 eV7.已知氢原子基态的电子轨道半径为r10.5281010 m，量子数为n的能级值为En eV.(1)求电子在基态轨道上运动时的动能；(2)有一群氢原子处于量子数n3的激发态.画出能级图，在图上用箭头标明这些氢原子能发出哪几条光谱线；(3)计算这几条光谱线中波长最短的一条的波长.(其中静电力常量k9.0109 Nm2/C2，电子电量e1.61019 C，普朗克常量h6.631034 Js，真空中光速c3.0108 m/s)【解析】(1)设电子的质量为m，电子在基态轨道上的速率为v1，根据牛顿第二定律和库仑定律有m，所以Ekmv J2.181018 J13.6 eV.(2)当氢原子从量子数n3的能级跃迁到较低能级时，可以得到3条光谱线，如图所示.(3)与波长最短的一条光谱线对应的能级差为E3E1. m1.03107 m.【答案】(1)13.6 eV(2)见解析(3)1.03107 m能力提升8.如图335为氢原子能级示意图的一部分，则氢原子()图335A.从n4能级跃迁到n3能级比从n3能级跃迁到n2能级辐射出电磁波的波长长B.从n5能级跃迁到n1能级比从n5能级跃迁到n4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不一样的D.从高能级向低能级跃迁时，氢原子一定向外放出能量E.处于n5能级的一群原子跃迁时，最多可以发出6种不同频率的光子【解析】根据Eh，可知Eh，从n4能级跃迁到n3能级比从n3能级跃迁到n2能级放出能量小，所以从n4能级跃迁到n3能级比从n3能级跃迁到n2能级辐射出电磁波的波长长，选项A正确；电磁波的速度是光速，与电磁波的波长、频率无关，选项B错误；处于不同能级时，核外电子在各处出现的概率不相同，C正确；从高能级向低能级跃迁时，氢原子一定向外放出能量，D正确；处于n5能级的一群原子跃迁时，最多可以发出10种不同频率的光子，E项错误.【答案】ACD9.氢原子部分能级的示意图如图336所示，不同色光的光子能量如下表所示：图336色光红橙黄绿蓝靛紫光子能量范围(eV)1.612.002.002.072.072.142.142.532.532.762.763.10处于某激发态的氢原子，发射的光的谱线在可见光范围内仅有2条，其颜色分别为_、_.【解析】由七种色光的光子的不同能量可知，可见光光子的能量范围在1.613.10 eV，故可能是由第4能级向第2能级跃迁过程中所辐射的光子，E10.85(3.40) eV2.55 eV，即蓝靛光；也可能是氢原子由第3能级向第2能级跃迁过程中所辐射的光子，E21.51(3.40) eV1.89 eV，即红光.【答案】红蓝靛10.原子可以从原子间的碰撞中获得能量，从而发生能级跃迁(在碰撞中，动能损失最大的是(完全非弹性碰撞).一个具有13.6 eV动能、处于基态的氢原子与另一个静止的、也处于基态的氢原子发生对心正碰，设碰撞中损失的能量全部被静止的氢原子吸收.图337(1)是否可以使基态氢原子发生能级跃迁(氢原子能级如图337所示).(2)若上述碰撞中可以使基态氢原子发生电离，则氢原子的初动能至少为多少？【解析】设运动氢原子的速度为v0，完全非弹性碰撞后两者的速度为v，损失的动能E被基态氢原子吸收.若E10.2 eV，则基态氢原子可由n1跃迁到n2.由动量守恒和能量守恒有：mv02mvmvmv2mv2EmvEkEk13.6 eV解得，Emv6.8 eV因为E6.8 eV10.2 eV.所以不能使基态氢原子发生跃迁.(2)若使基态氢原子电离，则E13.6 eV，代入得Ek27.2 eV.【答案】不能(2)27.2 eV