第四章、原子结构 一、选择题（共 16 题） 1．处于 n=5 能级的大量氢原子，向低能级跃迁时，辐射光的频率有（ ） A．6 种 B．8 种 C．10 种 D．15 种 2．如图为氢原子能级图，大量处于 n  4 激发态的氢原子跃迁时，发出频率不同的大量光子。则下列说法 正确的是（　　） A．跃迁时共发出 4 种频率的光 B．跃迁时共发出 12 种频率的光 C．从 n  4 能级跃进至 n  1 能级，辐射出的光频率最大 D．从 n  4 能级跃进至 n  1 能级，辐射出的光波长最大 3．下列说法错误的是(　　) A．查德威克在原子核人工转变的实验中发现了中子 B．半衰期是指原子核有半数发生衰变所需要的时间 C．太阳光谱是连续谱 D．光是一种波，同时也是一种粒子．光子说并未否定电磁说，在光子能量 E＝hν 中，频率 ν 仍表示的是 波的特性 4．图为氢原子能级图．现有一群处于 n=4 激发态的氢原子，用这些氢原子辐射出的光照射逸出功为 2.13eV 的某金属，则（　　） A．这些氢原子能辐射出三种不同频率的光子 B．这些氢原子辐射出光子后，电子的总能量保持不变 C．这些氢原子辐射出的所有光都能使该金属发生光电效应 D．该金属逸出的所有光电子中，初动能的最大值约为 10.62eV 5．关于 α 粒子散射实验，下列说法不正确的是（ ） A．该实验在真空环境中进行 B．带有荧光屏的显微镜可以在水平面内的不同方向上移动 C．荧光屏上的闪光是散射的 α 粒子打在荧光屏上形成的 D．荧光屏只有正对 α 粒子源发出的射线方向上才有闪光 6．如图所示为氢原子的能级示意图，一群氢原子处于 n = 4 的激发态，在向较低能级跃迁的过程中向外发 出光子，已知可见光光子能量范围约为 1.61eV 至 3.10eV，下列说法正确的是（ ） A．这群氢原子能发出 4 种频率不同的光 B．其中从 n =2 跃迁到 n = l 所发出的光频率最高 C．其中从 n =2 跃迁到 n = l 所发出的光波长最长 D．这群氢原子能发出 2 种可见光 7．如图所示，图中画出了氢原子的 4 个能级，并注明了相应的能量 E，下列说法正确的是（　　） A．电子在基态的速度最小 B．电子在基态的势能最小 C．基态时电子离原子核最远 D．电子从激发态跃迁到基态，吸收光子 8．科学家已经成功检测定位了纳米晶体结构中的氢原子。按玻尔氢原子理论，氢原子的能级图如图所 示，下列判断正确的是（　　） A．氢原子从第 4 激发态跃迁到第 2 激发态需要吸收光子 B．一个处于 n=4 激发态的氢原子向基态跃迁时，最多可能发出 6 条光谱线 C．用光子能量为 13.06eV 的光照射一群处于基态的氢原子，可观测到多种不同频率的光子 D．氢原子的核外电子由低能级跃迁到高能级时，电势能减小，动能增大 9．如图是氢原子能级示意图的一部分则（ ） A．电子在各能级出现的概率是一样的 B．一个氢原子从 n=4 的能级向低能级跃迁时最多发出 3 种频率的光 C．一个动能是 13.6eV 的原子撞击处于基态的氢原子，一定能使它电离 D．一个氢原子从 n=4 的能级向低能级跃迁时，能辐射出的光子中，波长最长的是从 n=4 到 n=1 的轨道跃 迁时放出的光子 10．氢原子的能级如图所示，下列说法正确的是（　　） A．一个处于 n  2 能级的氢原子，可以吸收一个能量为 2eV 的光子 B．大量处于 n  5 能级的氢原子，跃迁到基态的过程中可以释放出 12 种不同频率的光子 C．氢原子从高能级向低能级跃迁的过程中释放的光子的能量不可能大于13.6eV D．用能量为 10eV 和 4eV 的两种光子同时持续照射大量处于基态的氢原子，有可能使个别氢原子电离 11．图 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（　　） 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 12．下列说法正确的是（　　） A．卢瑟福通过对 α 粒子散射实验结果的分析，发现了中子 B．汤姆孙通过研究阴极射线发现了电子，并提出了原子的“枣糕模型” C．光电效应中光电子的最大初动能与入射光的频率成正比 D．光谱分析时，各种原子的明线光谱中的明线和它吸收光谱中的暗线不是一一对应 13．下列说法中正确的是（ ） A．炽热的固体、液体和高压气体发出的光形成连续光谱 B．各种原子的明线光谱中的明线和它吸收光谱中的暗线必定一一对应 C．气体发出的光只能产生明线光谱 D．甲物质发出的白光通过乙物质的蒸气形成的是甲物质的吸收光谱 14．欲使处于基态的氢原子电离，下列措施可行的是 A．用 13.6 eV 的光子照射 B．用 15 eV 的光子照射 C．用 13.6 eV 的电子碰撞 D．用 15 eV 的电子碰撞 15．如图所示为氢原子的能级图，当一群氢原子从 n  3 能级向低能级跃迁时，共辐射出三种不同频率的光 v1  v2  v3 v1 v2 v3 子，光子的频率分别为 、 、 ，且 ，则下列说法正确的是（　　） 1 1 1   A． v1 v2 v3 B． v1  v2  v3 C．从 n3 能级跃迁到 n2 能级，辐射出的光子频率为 v1 v2 v1 D．辐射出频率为 的光子能量比频率为 的光子能量大 16．关于电子的发现，下列叙述中正确的是（　　） A．电子的发现，说明原子是由电子和原子核组成的 B．电子的发现，说明原子具有一定的结构 C．电子是第一种被人类发现的微观粒子 D．电子的发现，比较好地解释了物体的带电现象 二、填空题 17．氢原子处于基态时能量为 E1，由于吸收某种单色光后氢原子产生能级跃迁，最多只能产生 3 种不同波 长的光，则吸收单色光的能量为__________，产生的 3 种不同波长的光中，最大波长为___________（普朗 克常量为 h，光速为 c，）。 18．1991 年卢瑟福依据 α 粒子散射实验中 α 粒子发生了____（选填“大”或“小”）角度散射现象，提出了原子 的核式结构模型。若用动能为 1MeV 的 α 粒子轰击金箔，则其速度约为_____m/s。（质子和中子的质量均 为 1.67×10－27kg，1MeV=1×106eV） - E1 19．氢原子处于基态时的能量为-E1，激发态与基态之间的能量关系为 En  n 2 （n 为量子数），处于基态 的大量氢原子由于吸收某种单色光后，最多能产生 3 种不同波长的光，则被吸收的单色光的频率为_______ ________产生的 3 种不同波长的光中，最大波长为________。（已知普朗克常量为 h，光速为 c） 20．根据玻尔原子结构理论，氦离子(He＋)的能级图如图所示。电子处在 n=3 轨道上比处在 n=5 轨道上离氦 核的距离______ (选填“近”或“远”)。当 He＋处在 n=4 的激发态向基态跃迁时辐射光子的能量为______eV。 三、综合题 21．  粒子质量为 6.65 �10 27 kg ，以速度 v  2.0 �107 m / s 轰击金箔后，速度方向偏转了 180°.试求粒子与金 原子核最接近时，所具有的电势能（以  粒子距离金原子核无限远的位置为零电势点）. 22．1885 年，巴尔末对当时已知的，氢原子在可见光区的四条谱线进行了分析，发现这些谱线的波长能够 用一个公式表示，即 1 1 1  R( 2  2 ) （R 为里德伯常量， n  3, 4,5,L ）.物理学家玻尔 28 岁时连续发表三篇  2 n 论文，成功地解释了氢原子光谱的规律，揭示了光谱线与原子结构的内在联系，玻尔理论是从经典理论向 量子理论的一个重要过渡，为量子力学的诞生提供了条件，玻尔既引入了量子化的概念，同时又运用了“轨 道”等经典物理理论和牛顿力学的规律推导出上述公式请同学们试用课本中的知识和以下假设定量做玻尔的 推导. (1)绕氢原子核旋转的电子质量为 m，电荷量为 e； (2)取离核无限远处的电势能为零，半径 r 处电子的电势能为 Ep   ke 2 r （k 为静电力常量）； (3)电子所在的轨道的圆周长与其动量的乘积等于普朗克常量 h 的整数倍时，这样的轨道才是电子的可能轨 道. 23．处在激发态的氢原子向能量较低的状态跃迁时发出一系列不同频率的光，称为氢原子光谱，氢原子光 1 1 1 谱谱线对应的波长  可以用广义的巴耳未公式表示：   R ( m 2  n 2 ) ，n、m 分别表示氢原子跃迁前、后所 处状态的量子数， m  1, 2, 3,L 对每一个 m，有 n  m  1, m  2, m  3,L ，R 称为里德伯常量，是一个已知 量，对于 m  1 的一系列谱线其波长处在紫外光区，称为赖曼系； m  2 的一系列谱线其波长处在可见光 区，称为巴耳末系，用氢原子发出的光照射某种金属进行光电效应实验，当用赖曼系波长最长的光照射 时，遏止电压的大小为 U1 ；当用巴耳末系波长最短的光照射时，遏止电压的大小为 U2 .已知电子电荷量的 大小为 e，真空中的光速为 c，试求：普朗克常量和该种金属的逸出功。参考答案： 1．C 【详解】 大量的氢原子处于 n=4 的激发态，当这些氢原子向低能级跃迁时，辐射光子的频率为 C52  10 ，故 C 正 确，ABD 错误． 2．C 【详解】 大量处于 n  4 能级的氢原子发生跃迁最多可能发出 E  Em  En 可知，从 n4 跃迁至 n 1 C2n  n  n  1 2 6 种光；由跃迁辐射出的光能量为 辐射出的光能量最大，则频率最大、波长最小，故选 C。 3．C 【详解】 查德威克在原子核人工转变的实验中发现了中子，选项 A 正确；半衰期是指原子核有半数发生衰变所需要 的时间，选项 B 正确；太阳光谱是线状光谱，选项 C 错误；光是一种波，同时也是一种粒子．光子说并未 否定电磁说，在光子能量 E＝hν 中，频率 ν 仍表示的是波的特性，选项 D 正确；此题选项错误的选项，故 选 C. 4．D 【详解】 A．根据 C24 =6 知，这些氢原子可能辐射出 6 种不同频率的光子．故 A 错误； B．这些氢原子辐射出光子后，电子的动能增大，电势能减小，总能量会减小．故 B 错误； C．氢原子由