2025版高考物理一轮总复习考点突破训练题第16章原子结构和波粒二象性原子核第40讲原子结构与原子核考点2氢原子能级及原子跃迁

这是一份2025版高考物理一轮总复习考点突破训练题第16章原子结构和波粒二象性原子核第40讲原子结构与原子核考点2氢原子能级及原子跃迁，共3页。试卷主要包含了原子吸收能量的两种情况，谱线条数的确定方法，电离等内容，欢迎下载使用。

1．原子吸收能量的两种情况
(1)光照激发：能量等于能级差的光子可被吸收，能量大于电离能的光子可被吸收，其他光子不能被吸收。
(2)实物粒子激发：只要粒子能量大于或等于能级差即可被吸收。
2．谱线条数的确定方法
(1)一个氢原子跃迁可能发出的光谱线条数最多为n－1。
(2)一群氢原子跃迁可能发出的光谱线条数最多为Ceq \\al(2,n)＝eq \f(nn－1,2)。
3．电离
(1)电离态：n＝∞，E＝0。
(2)电离能：指原子从基态或某一激发态跃迁到电离态所需要吸收的最小能量。
例如：氢原子从基态→电离态：
E吸＝0－(－13.6 eV)＝13.6 eV
(3)若吸收能量足够大，克服电离能后，获得自由的电子还具有动能。
►考向1 氢原子能级及能级跃迁
[解析] 由图可知①和③对应的跃迁能级差相同，可知①和③的能量相等，选项A正确；因②对应的能级差小于④对应的能级差，可知②的能量小于④的能量，根据E＝hν可知②的频率小于④的频率，选项B错误；因②对应的能级差小于①对应的能级差，可知②的能量小于①，②的频率小于①，则若用①照射某金属表面时能发生光电效应，用②照射该金属不一定能发生光电效应，选项C错误；因④对应的能级差大于①对应的能级差，可知④的能量大于①，即④的频率大于①，因用①照射某金属表面时能逸出光电子的最大初动能为Ek，根据Ekm＝hν－W逸出功，则用④照射该金属逸出光电子的最大初动能大于Ek，选项D错误。故选A。
►考向2 氢原子跃迁能量分析
(2024·山东汶上县高三阶段练习)按照玻尔原子理论，原子只能处于一系列不连续的能量状态，在这些不同的能量状态中，核外电子绕原子核做半径不同的圆周运动。根据此理论可知，处于n＝3能级的某氢原子辐射一定频率的光子后跃迁到n＝2能级，则( B )
A．核外电子的动能减小
B．氢原子系统的总能量减少
C．氢原子系统的电势能增大
D．氢原子系统减少的电势能等于电子增加的动能
[解析] 设电子绕氢原子核做半径为r、速率为v的匀速圆周运动，根据牛顿第二定律有eq \f(ke2,r2)＝meq \f(v2,r)，根据上式可得电子的动能为Ek＝eq \f(1,2)mv2＝eq \f(ke2,2r)，处于n＝3能级的某氢原子辐射一定频率的光子后跃迁到n＝2能级，r减小，所以电子的动能变大，库仑力对电子做正功，氢原子系统的电势能减小，氢原子辐射一定频率的光子发生跃迁，氢原子系统的总能量减小，则氢原子系统减少的电势能大于电子增加的动能，故A、C、D错误，B正确。
氢原子在各个不同的能量状态对应不同的电子轨道，电子绕核做圆周运动的动能和系统的电势能之和即为原子的能量，即E＝Eke＋EpH。电子绕核做圆周运动由库仑力提供向心力，有keq \f(e2,r\\al(2,n))＝eq \f(mv\\al(2,n),rn)，电子的动能Eke＝eq \f(1,2)mveq \\al(2,n)＝eq \f(ke2,2rn)；系统的电势能根据库仑力做功来判断：靠近核，库仑力对电子做正功，系统电势能减小，远离核，库仑力对电子做负功，系统的电势能增大。
【跟踪训练】
(两类能级跃迁)(2023·山东卷)“梦天号”实验舱携带世界首套可相互比对的冷原子钟组发射升空，对提升我国导航定位、深空探测等技术具有重要意义。如图所示为某原子钟工作的四能级体系，原子吸收频率为ν0的光子从基态能级Ⅰ跃迁至激发态能级Ⅱ，然后自发辐射出频率为ν1的光子，跃迁到钟跃迁的上能级2，并在一定条件下可跃迁到钟跃迁的下能级1，实现受激辐射，发出钟激光，最后辐射出频率为ν3的光子回到基态。该原子钟产生的钟激光的频率ν2为( D )
A．ν0＋ν1＋ν3 B．ν0＋ν1－ν3
C．ν0－ν1＋ν3D．ν0－ν1－ν3
[解析] 原子吸收频率为ν0的光子从基态能级Ⅰ跃迁至激发态能级Ⅱ时有EⅡ－EⅠ＝hν0，且从激发态能级Ⅱ向下跃迁到基态Ⅰ的过程有EⅡ－EⅠ＝hν1＋hν2＋hν3，联立解得ν2＝ν0－ν1－ν3，故选D。
(原子吸收能量的两种情况)(多选)如图是氦离子(He＋)的能级图。通常我们认为可见光光子的能量在1.64—3.19 eV之间。按照这一标准，下列操作中可能使处于基态的氦离子辐射可见光的是( BCD )
A．用能量为48.36 eV的光子照射时
B．用能量为52.89 eV的光子照射时
C．用能量为53.89 eV的电子轰击时
D．用能量为56.45 eV的电子轰击时
[解析] 用能量为48.36 eV的光子照射时，光子被全部吸收，氦离子跃迁到n＝3激发态，氦离子由n＝3激发态向低能级跃迁时，释放的最小能量光子为7.56 eV，不是可见光，故A错误；用能量为52.89 eV的光子照射时，光子被全部吸收，氦离子跃迁到n＝6激发态，由图可知，氦离子由n＝6激发态向低能级跃迁时，存在释放光子为可见光光子(n＝4到n＝3)，故B正确；用能量为53.89 eV或能量为56.45 eV的电子轰击时，氦离子可以吸收部分能量，可能跃迁到n＝6激发态，同理，可能辐射可见光，故C、D正确。