第18章原子结构 专题专练能级跃迁规律的应用 人教版高中物理选修35精选习题.docx
- 文档编号:17871731
- 上传时间:2023-08-04
- 格式:DOCX
- 页数:14
- 大小:186.80KB
第18章原子结构 专题专练能级跃迁规律的应用 人教版高中物理选修35精选习题.docx
《第18章原子结构 专题专练能级跃迁规律的应用 人教版高中物理选修35精选习题.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《第18章原子结构 专题专练能级跃迁规律的应用 人教版高中物理选修35精选习题.docx(14页珍藏版)》请在冰点文库上搜索。
第18章原子结构专题专练能级跃迁规律的应用人教版高中物理选修35精选习题
高二物理选修3-5第18章原子结构
专题专练:
能级跃迁规律的应用
一、激发、跃迁、电离。
1.光照激发:
原子吸收光子的能量而被激发称为光致激发.其吸收的光子的能量必须等于两能级的能量差,否则不被吸收,不存在激发到n能级时能量有余,而激发到n+1时能量不足,则可激发到n能级的问题.
2.碰撞激发:
原子吸收外来实物粒子(例如自由电子)的能量而被激发称为碰撞激发.实物粒子的动能可全部或部分地被原子吸收,所以只要入射粒子的能量大于或等于两能级的能量差值(E=Em-En),就可使原子发生能级跃迁.
3.能级跃迁:
原子吸收或辐射的光子能量等于原子两能级间的能级差,用公式hν=Em-En确定.
4.电离:
光子和原子作用使原子发生电离的情况,则不受公式hν=Em-En的限制,这是因为原子一旦电离,原子结构即被破坏,因而不再遵守有关原子结构的理论.
例如:
基态氢原子的电离能为13.6eV
(1)只要大于或等于13.6eV光子都能被基态的氢原子吸收而发生电离,只不过入射光子的能量越大,原子电离后产生的自由电子的动能越大,这与光致激发有所不同.
(2)至于实物粒子和原子碰撞的情况,只要入射粒子的动能大于或等于电离能13.6eV,就可能使氢原子电离.
题型一:
有关能级跃迁概念的区别和联系以及规律的应用
例1.将氢原子电离,就是从外部给电子以能量,使其从基态或激发态脱离原子核的束缚而成为自由电子.
(1)若要使n=2的激发态的氢原子电离,至少要用多大频率的电磁波照射该氢原子?
(2)若用波长为200nm的紫外线照射处在n=2能级的氢原子,则电子飞到离核无穷远处的速度为多大?
(普朗克常量h=6.63×10-34J·s,电子的电荷量e=1.6×10-19C,电子的质量me=0.91×10-30kg)
解析:
(1)要使处于n=2的氢原子电离,照射光光子的能量应能使电子从第2能级跃迁到无限远处,
最小的电磁波的光子能量应为E=0-(-3.4eV)=3.4eV,
再由E=hν得ν=
=
Hz=8.21×1014Hz.
(2)波长为200nm的紫外线一个光子所具有的能量
E0=h
=6.63×10-34×
J=9.95×10-19J
电离能ΔE=3.4×1.6×10-19J=5.44×10-19J
由能量守恒Ek=E0-ΔE
代入数据解得Ek=4.51×10-19J,
Ek=
mv2,
有v=1.0×106m/s.
答案:
(1)8.21×1014Hz
(2)1.0×106m/s
针对训练
1.(氢原子能级图的应用)(多选)如图18-4-3所示为氢原子的能级示意图.欲使处于基态的氢原子激发,下列措施可行的是( )
A.用11eV的光子照射
B.用12.09eV的光子照射
C.用14eV的光子照射
D.用10eV的电子照射
BC[解析]若基态的氢原子吸收11eV的光子,则能量为-13.6eV+11eV=-2.6eV,氢原子不存在能量为-2.6eV的能级,所以该光子不能被吸收,故A错误;
基态的氢原子吸收12.09eV的光子,则能量为-13.6eV+12.09eV=-1.51eV,能从n=1能级跃迁到n=3能级,所以该光子能被吸收,故B正确;
对14eV的光子,其能量大于氢原子电离能13.6eV,可使其电离,
故C正确;
n=1能级和n=2能级的能量差为-3.4eV-(-13.6eV)=10.2eV,因10eV<10.2eV,所以10eV的电子不能使处于基态的氢原子发生跃迁,故D错误.
2.(多选)如图所示为氢原子的能级示意图.现用能量介于10~12.9eV范围内的光子去照射一群处于基态的氢原子,则下列说法正确的是( )
A.照射光中只有一种频率的光子被吸收
B.照射光中有三种频率的光子被吸收
C.氢原子发射出三种不同波长的光
D.氢原子发射出六种不同波长的光
BD解析:
E2-E1=10.2eV,E3-E1=12.09eV,E4-E1=12.75eV,可知照射光中有三种频率的光子被吸收.氢原子跃迁的最高能级为n=4能级,根据
=6知,氢原子发射出六种不同波长的光,故选项B,D正确,A,C错误.
3.红宝石激光器的工作物质红宝石含有铬离子的三氧化二铝晶体,利用其中铬离子产生激光.铬离子的能级图中,E1是基态,E2是亚稳态,E3是激发态,若以脉冲氙灯发出的波长为λ1的氯光照射晶体,处于基态的铬离子受到激发而跃迁到E3,而后自发地跃迁到E2,释放出波长为λ2的光子,处于亚稳态E2的离子跃迁到基态时辐射出的光就是激光,这种激光的波长为( )
A.
B.
C.
D.
A解析:
由题意,根据ΔE=
可得E3-E1=
;E3-E2=
;设处于亚稳态E2的离子跃迁到基态时辐射出的光就是激光,这种激光的波长为λ3,则E2-E1=
;由以上各式可得λ3=
选项A正确,B,C,D错误.
4.(多选)氢原子能级如图所示,当氢原子从n=3跃迁到n=2的能级时,辐射光的波长为656nm.以下判断正确的是( )
A.氢原子从n=2跃迁到n=1的能级时,辐射光的波长大于656nm
B.用波长为325nm的光照射,可使氢原子从n=1跃迁到n=2的能级
C.一群处于n=3能级上的氢原子向低能级跃迁时最多产生3种谱线
D.用波长为633nm的光照射,不能使氢原子从n=2跃迁到n=3的能级
CD解析:
从n=3跃迁到n=2的能级时,辐射光的波长为656nm,而当从n=2跃迁到n=1的能级时,辐射能量更多,则频率更高,则波长小于656nm,选项A错误;当从n=2跃迁到n=1的能级,释放的能量
=[-3.4-(-13.6)]×1.6×10-19,则解得,释放光的波长是λ=122nm,则用波长为122nm的光照射,才可使氢原子从n=1跃迁到n=2的能级,选项B错误;根据数学组合
=3,可知一群n=3能级上的氢原子向低能级跃迁时最多产生3种谱线,选项C正确;同理,氢原子的电子从n=2跃迁到n=3的能级,必须吸收的能量,与从n=3跃迁到n=2的能级放出能量相等,因此只能用波长为656nm的光照射,才能使得电子从n=2跃迁到n=3的能级,选项D正确.
5.(多选)氢原子能级如图所示,当氢原子从n=3跃迁到n=2的能级时,辐射出光在真空中的波长为λ.以下判断正确的是( )
A.氢原子从n=2跃迁到n=1的能级时,辐射出的光在真空中的波长小于λ
B.用真空中波长为
λ的光照射,可使氢原子从n=1跃迁到n=2的能级
C.一群处于n=4能级上的氢原子向低能级跃迁时最多产生6种谱线
D.用真空中波长为λ的光照射,不能使氢原子从n=2跃迁到n=3的能级
ABC 解析:
因氢原子1和2之间的能级差大于2和3间的能级差,从n=2跃迁到n=1的能级时,辐射光子的能量大于氢原子从n=3跃迁到n=2的能级时辐射出光子的能量,则氢原子从n=2跃迁到n=1的能级时,辐射出光在真空中的波长小于λ,选项A正确;由能级图可知E3-E2=
-
=-
=
;E2-E1=
-E1=-
=
则用真空中波长为
λ的光照射,可使氢原子从n=1跃迁到n=2的能级,选项B正确;一群处于n=4能级上的氢原子向低能级跃迁时最多产生
=6种谱线,选项C正确;因为氢原子从n=3跃迁到n=2的能级时,辐射出光在真空中的波长为λ,则用真空中波长为λ的光照射,能使氢原子从n=2跃迁到n=3的能级,选项D错误.
6如图18-T-1所示为氢原子的能级图,下列说法正确的是( )
A.从n=3能级跃迁到n=2能级时,电子的动能会变大,电势能会减小
B.氢原子从高能级向低能级跃迁时可能会吸收光子
C.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
D.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
7.氢原子基态能量E1=-13.6eV,电子绕核运动半径r1=0.53×10-10m.En=
rn=n2r1,求氢原子处于n=4激发态时(静电力常量k=9×109N·m2/C2,电子的质量m=0.9×10-30kg).
(1)原子系统具有的能量;
(2)电子在轨道上运动的动能;
(3)电子具有的电势能;
(4)向低能级跃迁辐射的光子频率最多有多少种?
解析:
(1)E4=
=-0.85eV.
(2)r4=42r1,k
=m
所以动能Ek4=
mv2=
=
J=1.36×10-19J=0.85eV.
(3)由于E4=Ek4+Ep4,所以电势能Ep4=E4-Ek4=-1.7eV.
(4)最多有六种.从n=4→3,3→2,2→1,4→2,4→1,3→1.
答案:
(1)-0.85eV
(2)0.85eV (3)-1.7eV (4)六种
二、能级跃迁与光电效应。
(1)发生的条件:
照射光的频率大于金属板的极限频率.
(2)光电效应方程:
电子动能Ek=hν-W0(h为普朗克常量,W0为逸出功)
题型二:
能级跃迁问题与光电效应的综合应用
例1如图18-4-2所示为氢原子的能级图.已知某金属的逸出功为6.44eV,则下列说法正确的是( )
A.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.用氢原子从n=4能级跃迁到n=1能级辐射的光子照射
该金属,从金属表面逸出的光电子最大初动能为6.31eV
D.一群处于n=4能级的氢原子向低能级跃迁时最多产生4种谱线
针对训练
1.氢原子的基态能级E1=-13.6eV,第n能级En=
若氢原子从n=3能级跃迁到n=2能级时发出的光能使某金属发生光电效应,则以下跃迁中放出的光也一定能使此金属发生光电效应的是( A )
A.从n=2能级跃迁到n=1能级
B.从n=4能级跃迁到n=3能级
C.从n=5能级跃迁到n=3能级
D.从n=6能级跃迁到n=5能级
解析:
n=2跃迁到n=1辐射的光子能量大于n=3跃迁到n=2辐射的光子能量,根据光电效应产生的条件知,一定能使该金属发生光电效应,选项A正确;从n=4跃迁到n=3,n=5跃迁到n=3,从n=6跃迁到n=5辐射的光子能量均小于n=3跃迁到n=2辐射的光子能量,都不一定能使
金属发生光电效应,选项B,C,D错误.
2.如图为氢原子能级图,五种金属的逸出功如下表:
大量处在n=4能级的氢原子向低能级跃迁时,可产生多种不同频率的光.现将其中频率最大的光,分别照射在以下五种金属的表面.则在这五种金属表面逸出的光电子中,最大的动能约为( B )
材料
铯
钙
镁
钛
铍
逸出功(eV)
2.14
2.87
3.66
4.33
4.98
A.7.77eVB.10.61eV
C.11.46eVD.12.75eV
解析:
在氢原子向低能级跃迁时,从n=4跃迁到n=1的能级时,产生的光的频率最大,即E=hν41=-0.85eV-(-13.6eV)=12.75eV,根据光电效应方程Ek=hν-W0得,从4能级到1能级跃迁发出的光子照射金属铯产生光电子最大初动能为(12.75-2.14)eV=10.61eV,选项B正确.
3.如图为玻尔解释氢原子光谱画出的氢原子能级示意图,一群氢原子处于n=4的激发态,当它们自发地跃迁到较低能级时,以下说法符合玻尔理论的有( )
A.电子轨道半径减小,动能减小
B.氢原子跃迁时,可发出连续的光谱线
C.由n=4跃迁到n=1时发出光子的频率最小
D.金属钾的逸出功为2.21eV,能使金属钾发生光电效应的光谱线有4条
D解析:
当氢原子从第4能级向低能级跃迁时,原子的能量减小,轨道半径减小,电子的动能增大,电势能减小,选项A错误;能级间跃迁辐射或吸收的光子能量必须等于两能级间的能级差,氢原子跃迁时,发出不连续的光谱线,选项B错误;由n=4跃迁到n=1时辐射的光子能量最大,发出光子的频率最大,选项C错误;第4能级的氢原子可以放出6条光谱线,其放出的光子能量分别为E1=-0.85eV-(-1.51eV)=0.66eV;E2=-0.85eV-(-3.40eV)=2.55eV;E3=-0.85eV-(-13.6eV)=12.75eV;E4=-1.51eV-(-3.40eV)=1.89eV;E5=-1.51eV-(-13.6eV)=12.09eV;E6=-3.40eV-(-13.6eV)=10.20eV,故大于2.21eV的光谱线有4条,选项D正确.
4.(多选)如图所示为氢原子的能级图,一群处于量子数n=4的激发态的氢原子,能够自发跃迁到较低的能量状态,并向外辐射光子.已知可见光的光子的能量范围为1.64~3.19eV,锌板的逸出功为3.34eV,则向外辐射的多种频率的光子中( )
A.最多有6种频率的光子
B.最多有3种频率的可见光
C.能使锌板发生光电效应的最多有4种频率的光子
D.能使锌板发射出来的光电子,其初动能的最大值为9.41eV
AD解析:
根据
=6,得处于n=4的激发态一共可能产生6条光谱线,选项A正确,B错误;因锌板的逸出功为3.34eV,而一群处于量子数n=4的激发态氢原子,向基态跃迁过程中,产生的光子能量分别是12.75eV,12.09eV,10.2eV,2.55eV,1.89eV,0.66eV,依据光电效应产生条件:
入射光的能量大于或等于锌板的逸出功,能使锌板发生光电效应的最多有3种频率的光子,选项C错误;依据光电效应方程Ek=hν-W,使锌板发射出来的光电子,其最大初动能的最大值为Ek=(12.75-3.34)eV=9.41eV,选项D正确.
5.(多选)如图为氢原子能级图,氢原子中的电子从n=5能级跃迁到n=2能级可产生a光;从n=4能级跃迁到n=2能级可产生b光.a光和b光的波长分别为λa和λb,照射到逸出功为2.29eV的金属钠表面均可产生光电效应,遏止电压分别为Ua和Ub.则( )
A.λa>λb
B.Ua>Ub
C.a光的光子能量为2.86eV
D.b光产生的光电子最大初动能
=0.26eV
BCD解析:
根据能级跃迁知识hνa=E5-E2=[-0.54-(-3.4)]eV=2.86eV,hνb=E4-E2=[-0.85-(-3.4)]eV=2.55eV,显然a光的光子能量大于b光,即a光频率要大,波长要短,选项A错误,C正确;根据光电效应方程可知,最大初动能Ek=hν-W0,所以a光照射后的最大初动能为
=(2.86-2.29)eV=0.57eV,b光照射后的最大初动能为
=(2.55-2.29)eV=0.26eV,选项D正确.根据遏止电压知识可知Ua>Ub,选项B正确.
6.(多选)如图所示,当氢原子从n=4跃迁到n=2的能级和从n=3跃迁到n=1的能级时,分别辐射出光子a和光子b,则( )
A.由于放出光子,原子的能量增加
B.光子a的能量小于光子b的能量
C.光子a的波长小于光子b的波长
D.若光子a能使某金属发生光电效应,则光子b也一定能使该金属发生光电效应
BD解析:
由于放出光子,原子的能量减小,选项A错误;氢原子从n=4的能级跃迁到n=2的能级的能级差小于从n=3的能级跃迁到n=1的能级时的能级差,根据Em-En=hν,可知光子a的能量小于光子b的能量,选项B正确;a光子的能量小于光子b的能量,光子a的频率小于光子b的频率,所以b的频率大,波长短,即光子a的波长大于光子b的波长,选项C错误;光子a的频率小于光子b的频率,所以光子a能使某金属发生光电效应,则光子b也能使某种金属发生光电效应,选项D正确.
7.如图为氢原子的能级图,大量处于n=4激发态的氢原子跃迁时,发出多少种频率不同的光子.若用其中频率最大的光照射到逸出功为2.75eV的光电管上,则加在该光电管上的遏止电压为多少?
解析:
根据
=6知,大量处于n=4的氢原子向低能级跃迁时,可能发出6种能量不同的光子.能级间跃迁放出或吸收光子的能量满足hν=Em-En.
所以频率最大的光子能量为
E=E4-E1=-0.85eV+13.60eV=12.75eV.
根据爱因斯坦光电效应方程,有Ek=hν-W0
根据动能定理有eU=Ek,解得U=10V.
答案:
6种 10V
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 第18章原子结构 专题专练能级跃迁规律的应用 人教版高中物理选修35精选习题 18 原子结构 专题 能级 跃迁 规律 应用 人教版 高中物理 选修 35 精选 习题
![提示](https://static.bingdoc.com/images/bang_tan.gif)