高中物理原子与原子核问题(含答案)Word格式文档下载.doc

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s）

③轨道：

原子的不同能量状态跟电子在不同的圆周轨道绕核运动相对应．原子的定态是不连续的，因此电子的可能轨道也是不连续的．

（2）几个概念

①能级：

在玻尔理论中，原子的能量是量子化的，这些量子化的能量值，叫做能级．

②基态：

原子能量最低的状态．

③激发态：

在原子能量状态中除基态之外的其他的状态．

④量子数：

原子的状态是不连续的，用于表示原子状态的正整数．

（3）氢原子的能级公式：

En＝E1（n＝1,2,3，…），其中E1为基态能量，其数值为E1＝－13.6eV.

（4）氢原子的半径公式：

rn＝n2r1（n＝1,2,3，…），其中r1为基态半径，又称玻尔半径，其数值为r1＝0.53×

10－10m..

3．氢原子的能级图

【例题】

1当用具有1.87eV能量的光子照射n＝3激发态的氢原子时，氢原子（）

A.不会吸收这个光子

B.吸收该光子后被电离，电离后的动能为0.36eV

C.吸收该光子后被电离，电离后电子的动能为零

D.吸收该光子后不会被电离

解析：

当n＝3时，氢原子的能量，所以处于n＝3激发态的氢原子的电离能是1.51eV，当该原子吸收具有1.87eV能量的光子后被电离，电离后电子的动能是，所以选项B正确。

2如图为氢原子的能级示意图的部分，氢原子光谱在可见光部分只有四条谱线，一条红色、一条蓝色、两条紫色，它们分别是从n=3、4、5、6能级向n=2能级跃迁时产生的，则下列说法中正确的是（　）

A红色光谱是氢原子从n=6能级向n=2能级跃迁时产生的

B蓝色光谱是氢原子从n=6能级或n=5能级向n=2能级跃迁时产生的

C若从n=7能级向n=3能级跃迁时，则能够产生紫外线

D若原子从n=6能级向n=1能级跃迁时所产生的辐射不能使某金属发生光电效应，则原子从n=6能级向n=2能级跃迁时所产生的辐射将不可能使该金属发生光电效应

【答案】D

【解析】A、四条谱线中，红色光谱的频率最小，知红色光谱是氢原子从n=3能级向n=2 

能级跃迁时产生的．故A错误．

B、蓝色谱线频率大于红色谱线，小于紫色谱线，知蓝色光谱是氢原子从n=4能级或n=5能级向n=2能级跃迁时产生的．故B错误．

C、从n=7能级向n=3能级跃迁时，辐射的光子能量小于n=6能级向n=2能级跃迁时辐射的光子能量，即辐射的光子频率小于紫光的频率，不可能是紫外线．故C错误．

D、若原子从n=6能级向n=1能级跃迁时所产生的辐射不能使某金属发生光电效应，知光子频率小于金属的极限频率，而原子从n=6能级向n=2能级跃迁时辐射的光子频率更小于金属的极限频率，不可能发生光电效应．故D正确．

故选D．

3【2014·

浙江卷】玻尔氢原子模型成功解释了氢原子光谱的实验规律，氢原子能级图如图2所示，当氢原子从n＝4的能级跃迁到n＝2的能级时，辐射出频率为______Hz的光子．用该频率的光照射逸出功为2.25 eV的钾表面，产生的光电子的最大初动能为_____eV.（电子电荷量e＝1.60×

10－19C，普朗克常量h＝6.63×

10－34J·

s） 

【解析】由跃迁条件，可知

hν＝E4－E2＝（3.40－0.85）eV＝4.08×

10－19 J，

解得辐射出的光子的频率为6.2×

1014Hz，根据爱因斯坦光电效应方程Ek＝hν－W，计算可得产生电子的最大初动能为0.3 eV.

4用总能量为13eV的一个自由电子与处于基态的氢原子发生碰撞（不计氢原子的动量变化），则电子可能剩余的能量（碰撞中无能量损失）是（）

A.10.2eVB.2.8eVC.0.91eVD.12.75eV

【解析】：

根据光子说，每一个光子的能量均不可“分”，也只有频率的光子才能使k态的原子跃迁到n态。

实物粒子与光子不同，其能量不是一份一份的。

实物粒子使原子发生能级跃迁是通过碰撞来实现的。

当实物粒子速度达到一定数值，具有一定的动能时，实物粒子与原子发生碰撞，其动能可全部或部分地被原子吸收，使原子从一个较低的能级跃迁到另一个较高的能级，原子从实物粒子所处获得的能量只是两个能级的能量之差。

只要入射粒子的能量大于或等于两个能级的能量差值，均可使原子发生能级跃迁。

本题母氢原子各级能量由低到高分别用E1、E2、E3、E4表示，则，，，因射电子的能量大于任一激发态与基态的能量差，处于基态的氢原子可能分别跃迁到n＝2、3、4能级，而电子可能剩余的能量分别为2.8eV、0.91eV、0.25eV，故正确选项为B、C。

【练习】

1如图为氢原子的能级图，A、B、C分别表示电子在三种不同能级跃迁时放出的光子，其中（　　）

A频率最大的是BB波长最长的是C

C频率最大的是AD波长最长的是B

选A,B

2如图所示是氢原子的能级图，大量处于n=4激发态的氢原子向低能级跃时，一共可以辐射出6种不同频率的光子．其中巴耳末系是指氢原子由高能级n=2能级跃迁时释放的光子，则（　　）

A6种光子中波长最长的是n=4激发态跃迁到基态时产生的

B6种光子中有2种属于巴耳末系

C使n=4能级的氢原子电离至少要0.85eV的能量

D从n=2能级跃迁到基态释放光子的能量小于n=3能级跃迁到n=2能级释放光子的能量

解：

A、n=4激发态跃迁到基态时产生光子的能量最大，根据E=h知，波长最短，故A错误；

B、6中巴耳末系是指氢原子由高能级向n=2能级跃迁时释放的光子，6种光子中从n=4→2与n=3→2的属于巴耳末系，即2种，故B正确；

C、n=4能级的氢原子具有的能量为-0.85ev，故要使其发生电离能量变为0，至少需要0.85eV的能量，故C正确；

D、从n=2能级跃迁到基态释放的光子能量为13.6-3.4=10.2ev，若能使某金属板发生光电效应，从n=3能级跃迁到n=2能级释放的光子能量3.4-1.51=1.89ev＜10.2ev，不一定能使该板发生光电效应，故D错误．

故选：

BC

3有一个处于量子数n＝4的激发态的氢原子，它向低能级跃迁时，最多可能发出几种频率的光子？

对于一个氢原子，它只能是多种可能的跃迁过程的一种，如图所示，由能级跃迁规律可知：

处于量子数n＝4的氢原子跃迁到n＝3，n＝2，n＝1较低能级，所以最多的谱线只有3条。

4已知氢原子的能级公式为：

，其中E1=-13.6eV．现让一束单色光照射一群处于基态的氢原子，受照射后的氢原子能自发地发出3种不同频率的光，则该照射单色光的光子能量为（　　）

A13.6eVB12.75eVC12.09eVD10.2eV

选C根据氢原子能自发的发出3种不同频率的光，可得：

，解得：

n=3，此时氢原子处于第3能级，

有：

能级差为：

△E=E3-E1=-1.51-（-13.6）=12.09eV，

故ABD错误，C正确．

5已知氢原子的能级规律为E1=-13.6eV、E2=-3.4eV、E3=-1.51eV、E4=-0.85eV．现用光子能量介于11eV～12.5eV范围内的光去照射一大群处于基态的氢原子，下列说法中正确的是（　　）

A照射光中可能被基态的氢原子吸收的光子只有一种

B照射光中可能被基态的氢原子吸收的光子有无数种

C激发后的氢原子发射的不同能量的光子最多有三种

D激发后的氢原子发射的不同能量的光子最多有两种

选AC

6氢原子能级图的一部分如图所示，a、b、c分别表示在不同能级之间的三种跃迁途径，设在a、b、c三种跃迁过程中，放出光子的能量和波长分别是和，则（）

A.B.

C.D.

由能量关系可知，由代入上式有，即。

所以选项B、D正确。

7用大量具有一定能量的电子轰击大量处于基态的氢原子，观测到了一定数目的光谱线。

调高电子的能量再此进行观测，发现光谱线的数目比原来增加了5条。

用△n表示两次观测中最高激发态的量子数n之差，E表示调高后电子的能量。

根据氢原子的能级图可以判断，△n和E的可能值为（    ） 

A．△n=1，13.22eV<

E<

13.32eV B．△n=2，13.22eV<

13.32eV C．△n=1，12.75eV<

13.06eV D．△n=2，12.75eV<

13.06eV 

本题由于是电子轰击, 存在两种可能：

 第一种n=2到n=4，所以电子的能量必须满足13.6-0.85<

13.6-0.54，故D选项正确；

第二种可能是n=5，n=6，电子能量必须满足13.6-0.38<

13.6-0.28，故A选项正确。

 所以答案应选AD。

8　一个氢原子从n＝3能级跃迁到n＝2能级，该氢原子（　　）

A．放出光子，能量增加B．放出光子，能量减少

C．吸收光子，能量增加D．吸收光子，能量减少

答案　B

解析　氢原子从高能级向低能级跃迁时，放出光子，能量减少，故选项B正确，选项A、C、D错误．

二、原子核　核反应和核能

1．原子核的组成

（1）原子核由质子和中子组成，质子和中子统称为核子．质子带正电，中子不带电．

（2）X元素的原子核的符号为X，

A—质量数＝核子数＝质子数＋中子数，

Z—核电荷数＝质子数（Z）＝元素的原子序数＝核外电子数．

2．天然放射现象

（1）天然放射现象：

元素自发地放出射线的现象，首先由贝可勒尔发现．天然放射现象的发现，说明原子核具有复杂的结构．

（2）三种射线

名称

构成

符号

电荷量

质量

电离能力

贯穿本领

α射线

氦核

2（4）He

＋2e

4u

最强

最弱

β射线

电子

　－1（0）e

－e

1840

（1） 

u

较强

γ射线

光子

γ

（3）放射性同位素的应用与防护

①放射性同位素：

有天然放射性同位素和人工放射性同位素两类，放射性同位素的化学性质相同．

②应用：

消除静电、工业探伤、做示踪原子等．

③防护：

防止放射性对人体组织的伤害．

3．核反应类型及核反应方程

类型

可控性

核反应方程典例

衰变

α衰变

自发

92（238）U→90（234）Th＋2（4）He

β衰变

90（234）Th→91（234）Pa＋－1（0）e

人工转变

人工控制

7（14）N＋2（4）He→8（17）O＋1

（1）H（卢瑟福发现质子）

2（4）He＋4（9）Be→6（