第十六章 第2講　原子結(jié)構(gòu)-2025高三總復(fù)習(xí) 物理（新高考）

第2講原子結(jié)構(gòu)[課標(biāo)要求]1．了解人類探索原子及其結(jié)構(gòu)的歷史。2．知道原子的核式結(jié)構(gòu)模型。3．通過對氫原子光譜的分析，了解原子的能級結(jié)構(gòu)?？键c一電子的發(fā)現(xiàn)原子的核式結(jié)構(gòu)1．電子的發(fā)現(xiàn)：英國物理學(xué)家J.J.湯姆孫在研究陰極射線時發(fā)現(xiàn)了電子，提出了原子的“棗糕模型”。2．原子的核式結(jié)構(gòu)(1)1909年，英國物理學(xué)家盧瑟福指導(dǎo)他的助手蓋革和馬斯頓進(jìn)行了α粒子散射實驗，實驗裝置如圖甲所示。1911年盧瑟福提出了原子的核式結(jié)構(gòu)模型。學(xué)生用書第340頁(2)α粒子散射實驗的結(jié)果：絕大多數(shù)α粒子穿過金箔后，基本上仍沿原來的方向前進(jìn)，但有少數(shù)α粒子發(fā)生了大角度偏轉(zhuǎn)，極少數(shù)偏轉(zhuǎn)的角度甚至大于90°，也就是說，它們幾乎被“撞了回來”，如圖乙所示。(3)原子的核式結(jié)構(gòu)模型：原子中帶正電部分的體積很小，但幾乎占有全部質(zhì)量，電子在正電體的外面運動。自主訓(xùn)練1電子的發(fā)現(xiàn)如圖為J.J.湯姆孫做陰極射線實驗時用到的氣體放電管，在K、A之間加高電壓，便有陰極射線射出；C、D間不加電壓時，光屏上O點出現(xiàn)亮點，當(dāng)C、D之間加如圖所示電壓時，光屏上P點出現(xiàn)亮點。(1)要使K、A之間有陰極射線射出，則K應(yīng)接高壓電源________(選填“正極”或“負(fù)極”)；要使光屏上P處的亮點再回到O點，可以在C、D間加垂直紙面________(選填“向里”或“向外”)的勻強(qiáng)磁場；(2)J.J.湯姆孫換用不同材料的陰極做實驗，發(fā)現(xiàn)不同陰極發(fā)出的射線的比荷是________(選填“相同”或“不同”)的。答案：(1)負(fù)極向外(2)相同解析：(1)要使K、A之間有陰極射線射出，則K應(yīng)接高壓電源負(fù)極；要使光屏上P處的亮點再回到O點，則洛倫茲力向上，根據(jù)左手定則可知，可以在C、D間加垂直紙面向外的勻強(qiáng)磁場。(2)J.J.湯姆孫換用不同材料的陰極做實驗，發(fā)現(xiàn)不同陰極發(fā)出的射線的比荷是相同的。自主訓(xùn)練2α粒子散射實驗(多選)α粒子散射實驗中，絕大多數(shù)α粒子穿過金箔后仍沿原方向前進(jìn)，少數(shù)發(fā)生了大角度偏轉(zhuǎn)，只有極少數(shù)被反彈回來，如圖所示。若反彈回來的α粒子速度大小幾乎不變，則下列說法正確的是()A．碰撞反彈過程中，α粒子的動量變化量Δp＝0B．碰撞反彈過程中，α粒子的動能變化量ΔEk＝0C．極少數(shù)α粒子被反彈回來，是因為受到了核力的作用D．少數(shù)α粒子大角度偏轉(zhuǎn)，是因為受到了金原子核的庫侖力作用答案：BD解析：設(shè)α粒子的質(zhì)量為m，速度為v，反彈回來的α粒子速度大小不變，方向反向，以反彈速度方向為正方向，則動量變化量為Δp＝mv－(－mv)＝2mv，故A錯誤；動能為標(biāo)量，大小與速度方向無關(guān)，所以動能變化量ΔEk＝0，故B正確；極少數(shù)α粒子被反彈回來，是因為受到金原子核的庫侖力作用，故D正確，C錯誤。故選BD。自主訓(xùn)練3原子的核式結(jié)構(gòu)模型(多選)(2023·天津模擬預(yù)測)如圖甲是J.J.湯姆孫的原子模型，他認(rèn)為原子是一個球體，正電荷彌漫性地分布在整個球體內(nèi)，電子鑲嵌在其中。甲圖中的小圓點代表正電荷，大圓點代表電子。J.J.湯姆孫的原子模型無法解釋α粒子散射實驗。如圖乙是盧瑟福為解釋α粒子散射實驗假設(shè)的情景：占原子質(zhì)量絕大部分的帶正電的那部分物質(zhì)應(yīng)集中在很小的空間范圍。下列說法中正確的是()A．α粒子的質(zhì)量遠(yuǎn)大于電子的質(zhì)量，電子對α粒子速度的影響可以忽略B．入射方向的延長線越接近原子核的α粒子發(fā)生散射時的偏轉(zhuǎn)角越大C．由不同元素對α粒子散射的實驗數(shù)據(jù)可以確定各種元素原子核的質(zhì)量D．由α粒子散射的實驗數(shù)據(jù)可以估計出原子核半徑的數(shù)量級是10－15m答案：ABD解析：α粒子的質(zhì)量遠(yuǎn)大于電子的質(zhì)量，電子對α粒子速度的影響可以忽略，故A正確；入射方向的延長線越接近原子核的α粒子，所受庫侖力就越大，發(fā)生散射時的偏轉(zhuǎn)角就越大，故B正確；α粒子散射類似于碰撞，根據(jù)實驗數(shù)據(jù)無法確定各種元素原子核的質(zhì)量，故C錯誤；由α粒子散射的實驗數(shù)據(jù)可以估計出原子核半徑的數(shù)量級是10－15m，故D正確。學(xué)生用書第341頁考點二氫原子光譜1．光譜：用光柵或棱鏡可以把物質(zhì)發(fā)出的光按波長(頻率)展開，獲得波長(頻率)和強(qiáng)度分布的記錄，即光譜。2．光譜分類3．氫原子光譜的實驗規(guī)律：巴耳末系是氫原子光譜在可見光區(qū)的譜線系，其波長公式eq\f(1,λ)＝R∞eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,22)－\f(1,n2)))(n＝3，4，5，…)，R∞是里德伯常量，R∞＝1.10×107m－1。4．光譜分析：每種原子都有自己的特征譜線，因此可以用光譜來鑒別物質(zhì)和確定物質(zhì)的組成成分，且靈敏度很高，在發(fā)現(xiàn)和鑒別化學(xué)元素上有著重大的意義。自主訓(xùn)練1對光譜的認(rèn)識(多選)對原子光譜，下列說法正確的是()A．線狀譜和吸收光譜可用于光譜分析B．由于原子都是由原子核和電子組成的，所以各種原子的發(fā)光光譜是相同的C．各種原子的原子結(jié)構(gòu)不同，所以各種原子的發(fā)光光譜也不相同D．發(fā)光光譜可以用來鑒別物質(zhì)中含哪些元素答案：AC解析：線狀譜和吸收光譜都含有原子的特征譜線，因此可用于光譜分析，故A正確；各種原子都有自己的特征譜線，故B錯誤，C正確；發(fā)光光譜分為線狀譜和連續(xù)譜，對線狀譜進(jìn)行光譜分析可鑒別物質(zhì)組成，連續(xù)譜不能用于光譜分析，故D錯誤。自主訓(xùn)練2光譜分析(多選)關(guān)于光譜和光譜分析，下列說法正確的是()A．太陽光譜和白熾燈光譜都是連續(xù)譜B．霓虹燈產(chǎn)生的是線狀譜C．進(jìn)行光譜分析時，只能用線狀譜D．同一元素吸收光譜的暗線與線狀譜的位置是一一對應(yīng)的答案：BD解析：太陽光譜是吸收光譜，可進(jìn)行光譜分析，白熾燈光產(chǎn)生的是連續(xù)譜，不可進(jìn)行光譜分析，故A錯誤；霓虹燈管內(nèi)充有稀薄氣體，產(chǎn)生的光譜為線狀譜，故B正確；線狀譜和吸收光譜均可進(jìn)行光譜分析，且同一元素吸收光譜的暗線與線狀譜的位置是一一對應(yīng)的，故C錯誤，D正確。自主訓(xùn)練3巴耳末公式根據(jù)巴耳末公式，指出氫原子光譜在可見光范圍內(nèi)波長最長的2條譜線對應(yīng)的n，它們的波長各是多少？氫原子光譜有什么特點？(結(jié)果保留1位小數(shù)，R∞＝1.10×107m－1)答案：654.5nm484.8nm見解析解析：能夠引起人的視覺的可見光波長范圍為400～700nm。由巴耳末公式eq\f(1,λ)＝R∞eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,22)－\f(1,n2)))(n＝3，4，5，…)知，當(dāng)n＝3和4時對應(yīng)波長較長當(dāng)n＝3時，λ1≈654.5nm(λ1在可見光范圍內(nèi))；當(dāng)n＝4時，λ2≈484.8nm(λ2在可見光范圍內(nèi))。氫原子在可見光范圍內(nèi)的譜線為不連續(xù)的亮線。1．三種光譜的比較產(chǎn)生條件光譜形式應(yīng)用線狀譜稀薄氣體發(fā)光形成的光譜一些不連續(xù)的亮線組成，不同元素的亮線光譜不同(又叫特征光譜)可用于光譜分析連續(xù)譜熾熱的固體、液體和高壓氣體發(fā)光形成的連續(xù)分布，一切波長的光都有不能用于光譜分析吸收光譜熾熱的白光通過溫度較白光低的氣體后，再色散形成的用分光鏡觀察時，見到連續(xù)光譜背景上出現(xiàn)一些暗線(與特征譜線相對應(yīng))可用于光譜分析2．氫原子光譜的特點在氫原子光譜圖中的可見光區(qū)內(nèi)，由右向左，相鄰譜線間的距離越來越小，表現(xiàn)出明顯的規(guī)律性。巴耳末對氫原子光譜在可見光區(qū)的四條譜線進(jìn)行研究得到了下面的公式，該公式稱為巴耳末公式。eq\f(1,λ)＝R∞eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,22)－\f(1,n2)))(n＝3，4，5，…)(1)公式中n只能取整數(shù)，不能連續(xù)取值，波長也只會是分立的值。(2)除了巴耳末系，氫原子光譜在紅外光和紫外光區(qū)的其他譜線也都滿足與巴耳末公式類似的關(guān)系式。學(xué)生用書第342頁考點三玻爾理論能級躍遷1．玻爾原子理論(1)定態(tài)假設(shè)：當(dāng)電子在不同軌道上運動時，原子處于不同的狀態(tài)，具有不同的能量，即原子的能量是量子化的。這些確定能量的穩(wěn)定狀態(tài)稱為定態(tài)，在這些能量狀態(tài)中，原子是穩(wěn)定的，不向外輻射能量。(2)軌道量子化假設(shè)：原子不同的能量狀態(tài)與電子繞核運動的不同軌道相對應(yīng)，原子的能量是不連續(xù)的，電子的軌道也是不連續(xù)的。(3)頻率條件當(dāng)電子從能量較高的定態(tài)軌道(能量記為En)躍遷到能量較低的定態(tài)軌道(能量記為Em，m＜n)時，會放出能量為hν的光子(h是普朗克常量)，這個光子的能量由前后兩個能級的能量差決定，即hν＝En－Em，此式稱為頻率條件，又稱輻射條件。2．氫原子的能級圖和能級公式(1)氫原子的能級圖(2)能級和半徑公式：①氫原子的能級公式：En＝eq\f(E1,n2)(n＝1，2，3，…)，其中E1為基態(tài)能量，E1＝－13.6_eV。②氫原子核外電子的軌道半徑公式：rn＝n2r1(n＝1，2，3，…)，其中r1為基態(tài)半徑，又稱玻爾半徑，r1＝0.53×10－10m。【高考情境鏈接】(2023·山東高考·改編)“夢天號”實驗艙攜帶世界首套可相互比對的冷原子鐘組發(fā)射升空，對提升我國導(dǎo)航定位、深空探測等技術(shù)具有重要意義。如圖所示為某原子鐘工作的四能級體系，原子吸收頻率為ν0的光子從基態(tài)能級Ⅰ躍遷至激發(fā)態(tài)能級Ⅱ，然后自發(fā)輻射出頻率為ν1的光子，躍遷到鐘躍遷的上能級2，并在一定條件下可躍遷到鐘躍遷的下能級1，實現(xiàn)受激輻射，發(fā)出鐘激光，最后輻射出頻率為ν3的光子回到基態(tài)。判斷下列說法的正誤：(1)原子從基態(tài)能級Ⅰ躍遷至激發(fā)態(tài)能級Ⅱ吸收的光子能量為hν0。(√)(2)原子只要吸收的光子能量大于hν0就能躍遷至激發(fā)態(tài)能級Ⅱ。(×)(3)原子從能級Ⅱ躍遷至鐘躍遷的上能級2放出光子的能量為hν1。(√)(4)該原子鐘產(chǎn)生的鐘激光的頻率ν2＝ν0－ν1－ν3。(√)1．躍遷條件(1)從低能級(m)eq\o(→,\s\up10(躍遷))高能級(n)→吸收能量，hν＝En－Em。(2)從高能級(n)eq\o(→,\s\up10(躍遷))低能級(m)→放出能量，hν＝En－Em。2．電離(1)電離態(tài)：n＝∞，E＝0。(2)基態(tài)→電離態(tài)：E吸＞0－(－13.6eV)＝13.6eV。(3)激發(fā)態(tài)→電離態(tài)：E吸＞0－En＝eq\b\lc\|\rc\|(\a\vs4\al\co1(En))若吸收能量足夠大，克服電離能后，獲得自由的電子還攜帶動能。學(xué)生用書第343頁3．譜線條數(shù)的確定方法(1)一個氫原子躍遷發(fā)出可能的光譜線條數(shù)最多為(n－1)。(2)一群氫原子躍遷發(fā)出可能的光譜線條數(shù)的兩種求解方法。①用數(shù)學(xué)中的組合知識求解：N＝Ceq\o\al(2,n)＝eq\f(n（n－1）,2)。②利用能級圖求解：在氫原子能級圖中將氫原子躍遷的各種可能情況一一畫出，然后相加?？枷?一個氫原子與一群氫原子的能級躍遷(多選)氫原子能級圖如圖所示，可見光的光子能量范圍為1.62～3.11eV。根據(jù)玻爾理論判斷下列說法正確的是()A．一個處在n＝5能級的氫原子向低能級躍遷時，最多可產(chǎn)生4種不同頻率的光B．大量處在n＝4能級的氫原子向低能級躍遷時，最多可產(chǎn)生3種不同頻率的光C．大量處在n＝5能級的氫原子向低能級躍遷時，由n＝5能級向n＝4能級躍遷輻射出的光子的波長最長D．大量處在n＝3能級的氫原子向低能級躍遷時，能產(chǎn)生3種不同頻率的可見光答案：AC解析：一個處在n＝5能級的氫原子向低能級躍遷時，最多可能發(fā)出5－1＝4種不同頻率的光，故A正確；大量處在n＝4能級的氫原子向低能級躍遷時，最多可產(chǎn)生Ceq\o\al(2,4)＝6種不同頻率的光，故B錯誤；光子的頻率越低，波長越長，大量處在n＝5能級的氫原子向低能級躍遷時，由n＝5能級向n＝4能級躍遷輻射出的光子的頻率最低，則波長最長，故C正確；大量處在n＝3能級的氫原子向低能級躍遷時，能產(chǎn)生Ceq\o\al(2,3)＝3種不同頻率的光子，可見光的光子能量范圍為1.62～3.11eV，n＝3能級到n＝2能級躍遷釋放的光子能量為[(－1.51)－(－3.4)]eV＝1.89eV，在可見光范圍內(nèi)，其他躍遷產(chǎn)生的光子能量不在1.62～3.11eV范圍內(nèi)，不屬于可見光，故D錯誤。考向2兩種氫原子的電離(2023·廣東茂名一模)如圖為氫原子能級示意圖的一部分，已知當(dāng)氫原子吸收能量大于或等于其所在能級與n＝∞能級的能級差時，氫原子將電離，吸收的多余能量將轉(zhuǎn)化為電離的電子的動能，相反氫離子俘獲電子時，可類似看為電離過程的“相反過程”。則下列說法正確的是()A．當(dāng)處于基態(tài)的氫原子吸收光子能量發(fā)生電離時，光子能量必須恰好為13.6eVB．當(dāng)處于基態(tài)的氫原子受到質(zhì)子撞擊時，當(dāng)質(zhì)子動能為13.6eV時，氫原子一定會電離C．當(dāng)氫離子俘獲電子形成氫原子時，會以光子形式釋放能量，光子最大能量可能大于13.6eVD．當(dāng)氫離子俘獲電子形成氫原子時，會以光子形式釋放能量，光子最小能量為0.54eV答案：C解析：氫原子吸收光子能量發(fā)生電離時，其吸收的光子能量大于或等于其所在能級與n＝∞能級的能級差，故A錯誤；當(dāng)質(zhì)子撞擊氫原子時，質(zhì)子的動能只有部分會被氫原子吸收，所以氫原子并不會電離，故B錯誤；當(dāng)氫離子俘獲電子形成氫原子時，相當(dāng)于電子從n＝∞能級向低能級躍遷，當(dāng)電子初始動能為零時，釋放光子能量為能級差，當(dāng)電子在n＝∞能級處動能不為零時，從n＝∞能級躍遷到n＝1能級時釋放能量將大于13.6eV，故C正確；氫原子的激發(fā)態(tài)并不只有5個，釋放光子的最小能量不一定是0.54eV，故D錯誤。故選C?？枷?能級的多次躍遷問題氫原子能級示意圖如圖所示。光子能量在1.62～3.11eV的光為可見光。要使處于基態(tài)(n＝1)的氫原子被激發(fā)后可輻射出可見光光子，最少應(yīng)給氫原子提供的能量為()A．12.09eV B．10.20eVC．1.89eV D．1.51eV答案：A解析：由題意可知，基態(tài)(n＝1)氫原子被激發(fā)后，至少被激發(fā)到n＝3能級后，躍遷才可能產(chǎn)生能量在1.62～3.11eV的可見光，故ΔE＝－1.51eV－(－13.6)eV＝12.09eV，故選A?？枷?能級躍遷與光電效應(yīng)的綜合(2023·遼寧高考)原子處于磁場中，某些能級會發(fā)生劈裂。某種原子能級劈裂前后的部分能級圖如圖所示，相應(yīng)能級躍遷放出的光子分別設(shè)為①②③④。若用①照射某金屬表面時能發(fā)生光電效應(yīng)，且逸出光電子的最大初動能為Ek，則()A．①和③的能量相等B．②的頻率大于④的頻率C．用②照射該金屬一定能發(fā)生光電效應(yīng)D．用④照射該金屬逸出光電子的最大初動能小于Ek答案：A解析：由題圖可知①和③對應(yīng)的躍遷能級差相同，可知①和③的能量相等，選項A正確；因②對應(yīng)的能級差小于④對應(yīng)的能級差，可知②的能量小于④的能量，根據(jù)E＝hν可知②的頻率小于④的頻率，選項B錯誤；因②對應(yīng)的能級差小于①對應(yīng)的能級差，可知②的能量小于①，②的頻率小于①，則若用①照射某金屬表面時能發(fā)生光電效應(yīng)，用②照射該金屬不一定能發(fā)生光電效應(yīng)，選項C錯誤；因④對應(yīng)的能級差大于①對應(yīng)的能級差，可知④的能量大于①，即④的頻率大于①，因用①照射某金屬表面時能逸出光電子的最大初動能為Ek，根據(jù)Ek＝hν－W0，則用④照射該金屬逸出光電子的最大初動能大于Ek，選項D錯誤。故選A。課時測評75原子結(jié)構(gòu)eq\f(對應(yīng)學(xué)生,用書P497)(時間：45分鐘滿分：60分)(本欄目內(nèi)容，在學(xué)生用書中以獨立形式分冊裝訂！)(選擇題1～6題，每題5分，7～11題，每題6分，共60分)1．根據(jù)α粒子散射實驗，盧瑟福提出了原子的核式結(jié)構(gòu)模型。如圖是α粒子散射實驗的圖景，圖中實線表示α粒子的運動軌跡，下列說法正確的是()A．軌跡3是正確的B．軌跡2是正確的C．少部分的α粒子穿過金箔后仍沿原方向前進(jìn)D．α粒子在軌跡3的電勢能先減小后增大答案：A解析：在α粒子散射實驗結(jié)果中，絕大多數(shù)α粒子穿過金箔后仍沿原來方向前進(jìn)，極少數(shù)發(fā)生超過90°的大角度偏轉(zhuǎn)，越靠近原子核，軌跡偏轉(zhuǎn)越大，而題圖中軌跡2的偏轉(zhuǎn)程度超過軌跡3，故軌跡2錯誤，軌跡3正確；在軌跡3，原子核對α粒子先做負(fù)功再做正功，所以α粒子電勢能先增大后減小，故A正確，B、C、D錯誤。2．(多選)將甲圖的特殊樓梯的臺階編號比作乙圖原子能級的量子數(shù)n，用一系列水平線表示原子的能級，相鄰水平線之間的距離與相應(yīng)的能級差成正比。這樣的一系列水平線便構(gòu)成乙圖氫原子的能級圖，下列說法正確的是()A．甲圖臺階的間隔可以比作乙圖的能級差B．乙圖中的水平線呈現(xiàn)“上密下疏”的分布特點，當(dāng)量子數(shù)很大時，水平線將很密集地“擠”在一起C．當(dāng)量子數(shù)很大時，氫原子接近電離狀態(tài)，量子化能量也逐漸趨于連續(xù)且接近某個正值D．對乙圖，能量最低的狀態(tài)為基態(tài)，高于基態(tài)的狀態(tài)為激發(fā)態(tài)答案：ABD解析：題圖甲臺階的間隔可以比作乙圖的能級差，A正確；題圖乙中的水平線呈現(xiàn)“上密下疏”的分布特點，當(dāng)量子數(shù)很大時，水平線將很密集地“擠”在一起，B正確；當(dāng)量子數(shù)很大時，氫原子接近電離狀態(tài)，量子化能量也逐漸趨于連續(xù)且接近零，C錯誤；對題圖乙，能量最低的狀態(tài)為基態(tài)，高于基態(tài)的狀態(tài)為激發(fā)態(tài)，D正確。故選ABD。3．(2023·湖北高考)2022年10月，我國自主研發(fā)的“夸父一號”太陽探測衛(wèi)星成功發(fā)射。該衛(wèi)星搭載的萊曼阿爾法太陽望遠(yuǎn)鏡可用于探測波長為121.6nm的氫原子譜線(對應(yīng)的光子能量為10.2eV)。根據(jù)如圖所示的氫原子能級圖，可知此譜線來源于太陽中氫原子()A．n＝2和n＝1能級之間的躍遷B．n＝3和n＝1能級之間的躍遷C．n＝3和n＝2能級之間的躍遷D．n＝4和n＝2能級之間的躍遷答案：A解析：由題圖可知n＝2和n＝1的能級差之間的能量差值為ΔE＝E2－E1＝－3.4eV－eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(－13.6eV))＝10.2eV，與探測器探測到的譜線能量相等，故可知此譜線來源于太陽中氫原子n＝2和n＝1能級之間的躍遷，A正確。4．2023年2月，我國自主研制的空間站雙光子顯微鏡首獲航天員皮膚三維圖像。該種顯微鏡成像時，需要將介質(zhì)分子從基態(tài)S0激發(fā)到激發(fā)態(tài)Sn，雙光子顯微鏡是通過讓介質(zhì)分子同時吸收兩個光子a實現(xiàn)此激發(fā)過程，如圖甲所示；單光子顯微鏡是讓介質(zhì)分子只吸收一個光子b實現(xiàn)此激發(fā)過程，如圖乙所示。則光子a和光子b的波長之比為()A．1∶1 B．2∶1C．4∶1 D．1∶2答案：B解析：將介質(zhì)分子從基態(tài)S0激發(fā)到激發(fā)態(tài)Sn，兩過程吸收的光子能量一樣多2hνa＝hνb，則光子頻率關(guān)系為eq\f(νa,νb)＝eq\f(1,2)，波長和頻率成反比，故光子a和光子b的波長之比為2∶1。故選B。5．一群氫原子處于同一較高的激發(fā)態(tài)，它們向較低激發(fā)態(tài)或基態(tài)躍遷的過程中()A．可能吸收一系列頻率不同的光子，形成光譜中的若干條暗線B．可能發(fā)出一系列頻率不同的光子，形成光譜中的若干條亮線C．只吸收頻率一定的光子，形成光譜中的一條暗線D．只發(fā)出頻率一定的光子，形成光譜中的一條亮線答案：B解析：當(dāng)原子由高能級向低能級躍遷時，原子將發(fā)出光子，由于不只是兩個特定能級之間的躍遷，所以它可以發(fā)出一系列頻率的光子，形成光譜中的若干條亮線，故B正確，A、C、D錯誤。6．如圖為氫原子的能級示意圖，現(xiàn)有一群氫原子處于n＝4的能級上，下列說法正確的是()A．該氫原子向低能級躍遷最多可發(fā)出8種頻率的光子B．從n＝4能級躍遷到n＝3能級發(fā)出的光子波長最短C．該氫原子可以吸收能量為0.32eV的光子躍遷到n＝5的能級D．使該氫原子電離至少需要吸收0.85eV的能量答案：D解析：根據(jù)Ceq\o\al(2,4)＝6，可知一群處于n＝4能級的氫原子最多可發(fā)出6種頻率的光子，故A錯誤；從n＝4能級躍遷到n＝3能級發(fā)出的光子的能量最小，根據(jù)ΔE＝hν＝heq\f(c,λ)，可知其波長最長，故B錯誤；該氫原子從低能級吸收能量躍遷到高能級，吸收光子的能量必須等于兩個能級之間的差值，由能級示意圖可知該氫原子可以吸收ΔE＝－0.54eV－(－0.85eV)＝0.31eV的光子躍遷到n＝5的能級，而不是0.32eV，故C錯誤；根據(jù)電離的定義，可得使該氫原子電離至少需要吸收的能量為ΔE′＝0－(－0.85eV)＝0.85eV，故D正確。故選D。7．如圖所示，銫133原子基態(tài)有兩個超精細(xì)能級，從能級2躍遷到能級1發(fā)出光子的頻率約為9.2×109Hz，時間單位“秒”是根據(jù)該輻射光子的頻率定義的?？梢姽獠ㄩL范圍為400～700nm。則()A．秒是國際單位制中的導(dǎo)出單位B．該躍遷輻射出的是γ射線C．銫133從激發(fā)態(tài)向基態(tài)躍遷時輻射光子的頻率大于9.2×109HzD．用頻率為9.2×109Hz的光照射鋅板，能發(fā)生光電效應(yīng)(鋅板一般需要用紫外線照射才能發(fā)生光電效應(yīng))答案：C解析：秒是國際單位制中的基本單位，A錯誤；根據(jù)ν＝eq\f(c,λ)，可得可見光的頻率范圍為4.29×1014～7.5×1014Hz，該躍遷輻射出的電磁波頻率小于可見光，所以該躍遷輻射出的電磁波不是γ射線，B錯誤；激發(fā)態(tài)與基態(tài)的能量差大于兩個超精細(xì)能級之間的能量差，所以銫133從激發(fā)態(tài)向基態(tài)躍遷時輻射光子的頻率大于9.2×109Hz，C正確；用可見光照射鋅板，不能發(fā)生光電效應(yīng)，因該光的頻率小于可見光，故不能發(fā)生光電效應(yīng)，D錯誤。8．(多選)為了解決光信號長距離傳輸中的衰減問題，常常在光纖中摻入鉺元素。如圖是鉺離子的能級示意圖，標(biāo)識為4I13/2的鉺離子處在亞穩(wěn)態(tài)，不會立即向下躍遷：如果用光子能量約為2.03×10－19J的激光把處于基態(tài)能級4I15/2的鉺離子激發(fā)到4I11/2能級，再通過“無輻射躍遷”躍遷到能級4I13/2，從而使該能級積聚的離子數(shù)遠(yuǎn)超過處于基態(tài)的離子數(shù)。當(dāng)光纖中傳輸某波長的光波時，能使處在亞穩(wěn)態(tài)能級的離子向基態(tài)躍遷，產(chǎn)生大量能量約為1.28×10－19J的光子，于是輸出的光便大大加強(qiáng)了。根據(jù)上述資料你認(rèn)為下列說法正確的是()A．無輻射躍遷中一個鉺離子放出的能量約為7.50×10－20JB．這種光纖傳輸任何頻率的光信號衰減都能得到有效補(bǔ)償C．大量處在4I11/2能級的鉺離子向下躍遷能產(chǎn)生4種頻率的光子D．上述情景發(fā)生時，光纖中傳輸?shù)墓庑盘柌ㄩL約為1.55μm答案：AD解析：電子從軌道4I15/2躍遷到軌道4I11/2需要的能量E13＝2.03×10－19J，電子從軌道4I13/2躍遷到軌道4I15/2放出的能量E12＝1.28×10－19J，則無輻射躍遷中一個鉺離子放出的能量約為E23＝E13－E12＝7.50×10－20J，故A正確；由E＝hν，可得這種光纖只有傳輸頻率為eq\f(2.03×10－19J,h)的光信號衰減才能得到有效補(bǔ)償，故B錯誤；大量處在4I11/2能級的鉺離子向下躍遷有以下幾種情況4I11/2→4I13/2、4I13/2→4I15/2、4I11/2→4I15/2，因為4I11/2能級躍遷到4I13/2能級是無輻射躍遷，所以不會放出光子，故處在4I11/2能級的鉺離子向下躍遷能產(chǎn)生2種頻率的光子，故C錯誤；由E12＝eq\f(hc,λ)，可得λ＝eq\f(hc,E12)，帶入數(shù)據(jù)可解得光纖中傳輸?shù)墓庑盘柌ㄩL約為1.55μm，故D正確。故選AD。9．(多選)處于較高能級的氫原子向較低能級躍遷時，能輻射出a、b兩種可見光，a光照射某金屬表面時有光電子逸出，b光照射該金屬表面時沒有光電子逸出，則()A．以相同的入射角射向一平行玻璃磚，a光的側(cè)移量小于b光的B．垂直入射到同一單縫衍射裝置，a光的衍射中央亮條紋寬度小于b光的C．a(chǎn)光和b光的頻率之比可能是eq\f(20,27)D．a(chǎn)光子的動量大于b光子的答案：BD解析：根據(jù)題意可知a光頻率高于b光頻率，玻璃磚對a光的折射率大于對b光的折射率，b光的折射率較小，以相同角度斜射到同一玻璃板透過平行表面后，b光的折射角較大，所以b光側(cè)移量小，即a光的側(cè)移量大于b光的，A錯誤；頻率越大，波長越小，通過同一單縫衍射裝置時，中央亮條紋寬度越小，B正確；a光的頻率大，故頻率之比不可能為eq\f(20,27)，C錯誤；頻率越大，波長越小，即λa＜λb，根據(jù)λ＝eq\f(h