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第十五章第2讲原子结构［基础巩固］
1.1909年，英国物理学家卢瑟福和他的学生盖革、马斯顿一起进行了著名的“粒子散射实验”，实验中大量的粒子穿过金箔前后的运动图景如图所示.卢瑟福通过对实验结果的分析和研究，于1911年建立了他自己的原子结构模型.下列关于“a粒子穿过金箔后”的描述中，正确的是（）a粒子笈原子核aJdA.绝大多数a粒子穿过金箔后，都发生了大角度偏转B.少数粒子穿过金箔后，基本上沿原来方向前进C.通过粒子散射实验，确定了原子核半径的数量级为IO〉5mD.通过Q粒子散射实验，确定了原子半径的数量级为5m解析C绝大多数a粒子穿过金箔后，基本上沿原来方向前进.少数a粒子穿过金箔后，发生大角度偏转，AB错误；通过“a粒子散射实验”卢瑟福确定了原子核半径的数量级为1015m原子半径的数量级为IOrm不是通过a粒子散射实验确定的，D错误；C正确..2021年开始实行“十四五”规划提出，把量子技术与人工智能和半导体一起列为重点研发对象.技术方面，中国量子通信专利数超3000项，领先美国.在通往量子论的道路上一大批物理学家做出了卓越的贡献，下列有关说法正确的是（）A.玻尔在1900年把能量子引入物理学，破除了“能量连续变化”的传统观念B.德布罗意第一次将量子观念引入原子领域，提出了定态和跃迁的概念C.弗兰克和赫兹利用电子轰击汞原子，获得了除光谱测量外用其他方法证实原子中分立能级存在的途径，为能够证明原子能量的量子化现象提供了实验基础D.普朗克大胆地把光的波粒二象性推广到实物粒子，预言实物粒子也具有波动性解析C普朗克在1900年把能量子引入物理学，破除了“能量连续变化”的传统观念所以A错误；玻尔第一次将量子观念引入原子领域，提出了定态和跃迁的概念，所以B错误;弗兰克和赫兹利用电子轰击汞原子，获得了除光谱测量外用其他方法证实原子中分立能级存在的途径，为能够证明原子能量的量子化现象提供了实验基础，所以C正确；德布罗意大胆地把光的波粒二象性推广到实物粒子，预言实物粒子也具有波动性，所以D错误..“实时荧光定量PCR”是目前检测新型冠状病毒的最常见的方法.一般情况下，当特定的荧光染料被一定波长的光照射时，入射光的一部分能量被该物质吸收，剩余的能量将荧光染料中的原子激发，由低能级跃迁到较高能级，经过较短时间后荧光染料便可发出荧光.仅考虑以上情况，下列关于荧光染料发出的荧光的说法中正确的是（）A.荧光光谱是连续谱B.荧光光谱是吸收光谱C.荧光波长可能小于入射光的波长D.荧光波长一定等于入射光的波长解析C因为荧光染料吸收的是一定波长的光，由于能级的不连续性，所以荧光染料被激发后，发出的光是不连续的.A错误；吸收光谱是温度很高的光源发出来的白光，通过温度较低的蒸气或气体后产生的.B错误；由于原子从低能级向高能级跃迁后不稳定再次向低能级跃迁，跃迁中释放的能量可能大于、等于或者小于入射光的能量，所以荧光波长可能小于入射光的波长，故C正确，D错误..为了做好疫情防控工作，小区物业利用红外测温仪对出入人员进行体温检测.红外测温仪的原理是被测物体辐射的光线只有红外线可被捕捉，并转变成电信号.图为氢原子能级示意图，已知红外线单个光子能量的最大值为L62eV要使氢原子辐射出的光子可被红外测温仪捕捉，最少应给处于力=2激发态的氢原子提供的能量为（）E/eV
23.401-
13.60A.
10.20eVB.
2.89eVC.
2.55eVD.
1.89eV解析C处于〃=2能级的原子不能吸收
10.20eV、
2.89eV的能量，则选项AB错误;处于〃=2能级的原子能吸收
2.55eV的能量而跃迂到〃=4的能级，然后向低能级跃迁时辐射光子，其中从〃=4到〃=3的跃迁辐射出的光子的能量小于
1.62eV可被红外测温仪捕捉选项C正确；处于〃=2能级的原子能吸收L89eV的能量而跃迁到〃=3的能级，从〃=3到低能级跃迁时辐射光子的能量均大于L62eV不能被红外测温仪捕捉，选项D错误..（
2021.山东日照市模拟）氢原子能级图如图，一群氢原子处于〃=4能级上.当氢原子从〃=4能级跃迁到〃=3能级时，辐射光的波长为1884nm下列判断正确的是（）C.氢原子从〃=3能级跃迁到〃=2能级时，辐射光的波长大于1884nmD.用从〃=2能级跃迁到〃=1能级辐射的光照射W逸=
6.34eV的柏，能发生光电效应解析D根据C=6知，一群处于〃=4能级上的氢原子向低能级跃迁时最多产生6种谱线，故A错误；由高能级向低能级跃迁，氢原子向外辐射能量，不是原子核辐射能量，故B错误；〃=3和n=2的能级差大于〃=4和几=3的能级差，则从〃=3能级跃迁到n=2能级比从〃=4能级跃迁到〃=3能级辐射出的电磁波的频率大，波长短，即辐射光的波长小于1884nm故C错误；从〃=2能级跃迁到〃=1能级辐射出的光子的能量为E=E2—E\=—
3.4eV--
13.6eV=
10.2eV
6.34eV而使金属发生光电效应的条件是光子的能量大于金属的逸出功，故可以发生光电效应，故D正确..图甲为氢原子部分能级图，大量的氢原子处于〃=4的激发态，向低能级跃迁时，会辐射出若干种不同频率的光.用辐射出的光照射图乙光电管的阴极K已知阴极K的逸出功为
4.54eV则A.这些氢原子能辐射4种不同频率的光子B.某氢原子辐射出一个光子后，核外电子的速率减小C.阴极K逸出光电子的最大初动能为
8.21eVD.若滑动变阻器的滑片右移，电路中的光电流一定增大解析C大量氢原子处于〃=4的激发态，向低能级跃迁时，会辐射出N=C=6即6种不同频率的光子，故A错误；某氢原子辐射出一个光子后，能量减小，轨道半径减小，库仑力做正功，核外电子的速率增大，故B错误；处于〃=4的氢原子向低能级跃迁时放出光子的最大能量为△£=—£=[—
0.85——
13.6]eV=
12.75eV由光电效应方程可知Ekmax=Av-W0=
12.75-
4.54eV=
8.21eV故C正确；若滑动变阻器的滑片右移，正向电压增大如果光电流达到饱和光电流时，则电路中的光电流不变，故D错误..氢原子的部分能级如图所示，已知可见光的光子能量范围为
1.62eV〜
3.11eV现有大量的氢原子处于〃=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E/eV0-
0.85-
1.51A.这些氢原子总共可辐射出3种不同频率的光.波长最长的光是由〃=4能级跃迁到〃=1能级产生的C.频率最小的光是由〃=4能级跃迁到n=3能级产生的D.处于〃=2能级的氢原子可以吸收任意频率的可见光，并发生电离解析C大量的氢原子处于〃=4的激发态，可能发出光子频率的种数〃==6故A错误；由〃=4能级跃迁到〃=3能级产生的光子，能量最小，频率最小，波长最长.故B错误，C正确；处于〃=2能级的氢原子发生电离，光子最小能量
3.4eV［能力提升］）
8.氮原子被电离一个核外电子，形成类氢结构的氨离子，已知基态的氢离子能量为g=—
54.4eV氢离子的能级示意图如图所示.在具有下列能量的光子或者电子中，不能被基态氢离子吸收而发生跃迁的是（）A.
42.8eV（光子）B.
43.2eV（电子）C.
41.0eV（电子）D.
54.4eV（光子）解析A入射光子使原子跃迂时，其能量应正好等于原子的两能级间的能量差，而电子使原子跃迁时，其能量大于等于原子两能级间的能量差即可，发生电离而使原子跃迁时入射光子的能量要大于等于
54.4eV故选A.
9.氢原子能级示意如图.现有大量氢原子处于〃=3能级上，下列正确的是（）EleV0-
0.54-
0.85-
1.
5123.4-
13.6A.这些原子跃迁过程中最多可辐射出6种频率的光子B.从〃=3能级跃迁到〃=1能级比跃迁到n=2能级辐射的光子频率低C.从n=3能级跃迁到〃=4能级需吸收
0.66eV的能量D.〃=3能级的氢原子电离至少需要吸收
13.6eV的能量解析C大量氢原子处于〃=3能级跃迁到〃=1多可辐射出G=3种不同频率的光子故A错误；根据能级图可知从〃=3能级跃迁到〃=1能级辐射的光子能量为Avi=
13.6eV-
1.51eV=
12.09eV从n—3能级跃迁到n—2能级辐射的光子能量为〃吸=
3.4eV—
1.51eV=
1.89eV比较可知从〃=3能级跃迁到〃=1能级比跃迁到〃=2能级辐射的光子频率高，故B错误;根据能级图可知从〃=3能级跃迁到〃=4能级，需要吸收的能量为石=
1.51eV-
0.85eV=
0.66eV故C正确；根据能级图可知氢原子处于〃=3能级的能量为-
1.51eV故要使其电离至少需要吸收
1.51eV的能量，故D错误.
10.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.例如在某种条件下铭原子的〃=2能级上的电子跃迁到〃=1能级上时并不发射光子，而是将相应的能量转交给〃=4能级上的电子，使之能脱离原子，这一现象叫作俄歇效应，以这种方式脱离了原子的电A子叫作俄歇电子，已知铭原子的能级公式可简化表示为瓦=一节，式中〃=123…表示不同能级，A是正的已知常数，上述俄歇电子的动能是37A.诏4B.营C16AA解析C由题意可知〃=1能级能量为E\=—An=2能级能量为E2=—从〃=27AA能级跃迁到〃=1能级释放的能量为A£=E2一用=芋，从〃=4能级能量为昂=一金，电离AQ4A1]4需要能量为£=0—£4=合所以从〃=4能级电离后的动能为=AE—七=等一金=皆C正确.
11.
2021.河南省郑州市高三下学期二模由玻尔原子模型求得氢原子能级如图所示，已知可见光的光子能量在
1.62eV到
3.11eV之间，则E/eV
40.853-
1.
5123.40-
13.60A.处于高能级的氢原子向低能级跃迁时有可能辐射出Y射线B.氢原子从〃=2的能级向〃=1的能级跃迁时会辐射出红外线C.处于〃=3能级的氢原子可以吸收任意频率的紫外线并发生电离D.大量氢原子从〃=4能级向低能级跃迁时可辐射出6种频率的可见光解析CY射线为重核衰变或裂变时才会放出，氢原子跃迁无法辐射Y射线，故A错误；氢原子从〃=2的能级向〃=1的能级辐射光子的能为E=-
3.40--
13.60eV=
10.20eV红外线的能量小于可见光光子的能量，因此不会辐射红外线，故B错误；氢原子在〃=3能级吸收超过
1.51eV的光子能量就可以电离，紫外线的最小频率光子的能量大于L5eV可以使处于〃=3能级的氢原子电离，故C正确；计算可知，氢原子从〃=4能级跃迁至〃=2能级时，辐射光子的能量为E=—
0.85—―
3.40eV=
2.55eV在可见光范围之内，氢原子从〃=3能级向〃=2跃迁时辐射光子的能量为E=-
1.51--
3.40eV=
1.89eV在可见光范围之内，除此之外氢原子跃迁时都不能辐射可见光，所以大量氢原子从〃=4能级向低能级跃迁时可辐射出2种频率的可见光，故D错误.
12.已知氢原子的基态能量为S，激发态能量为=《£i，其中〃=234…・已知普朗克常量为人电子的质量为加，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-的光子被电离后，电子的速度大小为2Zzu+EimC.一个处于〃=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加।解析B氢原子由基态跃迁到激发态时，氢原子吸收光子，则能量增大，即动能和电势能之和增大，核外电子轨道半径增大，根据后=/得电子动能为双=/=等，可知电子动能减小，由于动能和电势能之和增大，则其电势能增大，故A错误；根据能量守恒得+£1=斗加，解得电离后电子的速度大小为=\P（与冲’，故B正确；一个处于〃=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〃=4跃迁到〃=3再从〃=3跃迁到〃=2最后从〃=2跃迁到〃=1故C错误；第一激发态氢原子的能量为争，若刚好发生电离，则其电离能等于一号，故D错误.
13.如图所示放电管两端加上高压，管内的稀薄气体会发光，从其中的氢气放电管观察氢原子的光谱，发现它只有一些分立的不连续的亮线，下列说法正确的是（）
410.
29397.12I
434.
17486.
27656.47K/nm邮HI1=1A.亮线分立是因为氢原子有时发光，有时不发光B.有几条谱线，就对应着氢原子有几个能级C.核式结构决定了氢原子有这种分立的光谱D.光谱不连续对应着氢原子辐射光子能量的不连续解析D放电管两端加上高压，管内的稀薄气体会发光，这是因为原子发生了跃迁，同时辐射出光子，形成光谱，但是因为原子在不同能级之间跃迁时，形成不同波长的光，而形成的光谱是已经发生了跃迁的能级形成的，由于不同能级之间发生跃迁的条件不一样，几条光谱线并不对应着氢原子有几个能级，同时氢原子的光谱是一些分立的不连续的亮线，故ABC错误，D正确.
14.（
2021.辽宁高三二模）（多选）已知氢原子的能级图如图所示，一群处于〃=3能级的氢原子，用其向低能级跃迁过程中发出的光照射下图电路阴极K的金属，X10-19C则下列说法正确的是（）A.阴极金属的逸出功为
12.09eVB.题述光电子能使处于〃=3能级的氢原子电离C.若第三张图中饱和电流为/o=L6UA则1s内最少有1016个氢原子发生跃迁D.当电压表示数为3V时到达A极的光电子的动能取三3eV解析BD由题可知，该群氢原子只有从第3能级跃迁到第一能级的光子照射金属发生光电效应，所以光子能量为
12.09eV结合光电流图像，其遏止电压为
1.6V所以光电子的最大初动能为l.6eV根据光电效应方程得£km=
12.09eV—
1.6eV=
10.49eVA错误；光电子的最大初动能大于使处于〃=3能级的氢原子电离所需要的能量.B正确；1s内发出的光电子数目为〃==错误！=10%C错误；因为光电子具有初动能，所以当正向电压为3V时，到达阳极的动能不小于正确.。
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