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& 学年高二物理（粤教版选修3-5）课时训练：3.4《原子的能级结构》1 Word版含解析
学年高二物理（粤教版选修3-5）课时训练：3.4《原子的能级结构》1 Word版含解析
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资料概述与简介
第四节　原子的能级结构
1．原子内部不连续的能量称为原子的______，原子从一个能级变化到另一个能级的过程叫做______．当原子从高能级向低能级跃迁时，向外辐射出光子，光子的能量为hν＝__________.
当原子从低能级向高能级跃迁时便会________一定频率的光子．
2．在正常情况下氢原子处于最低的能级，称为________，氢原子在基态的能量为____________，在激发态时氢原子的能级满足En＝____________＝.
3．氢原子发光是氢原子从______能级向______能级跃迁释放能量的过程，能级间的跃迁会产生________的谱线．
4．玻尔模型的局限性
(1)玻尔理论的成功之处：玻尔的原子理论第一次将__________引入原子领域，提出了______和______的概念，成功地解释了氢原子光谱的实验规律．
(2)玻尔理论的局限性：对更复杂的原子发光，玻尔理论却无法解释，它的不足之处在于过多地保留了__________，仍然把电子的运动看成是经典力学描述下的轨道运动．
【概念规律练】
知识点一　玻尔的原子理论
1．根据玻尔的原子模型，氢原子所处的能级(　　)
A．可以取任意值
B．可以在某一范围内取任意值
C．可以取一系列不连续的任意值
D．是一系列不连续的特定值
2．下列选项不是玻尔在他提出的原子模型中所做的假设的是(　　)
A．原子处在具有一定能量的定态中，虽然电子做圆周运动，但不向外辐射能量
B．原子的不同能量状态与电子沿不同的圆轨道绕核运动相对应，而电子的可能轨道的分布是不连续的
C．原子从一个能级跃迁到另一个能级时，辐射(或吸收)一定频率的光子
D．电子跃迁时辐射的光子的频率等于电子绕核做圆周运动的频率
知识点二　原子的跃迁
3．根据玻尔理论，某原子从能量为E的轨道跃迁到能量为E′的轨道，辐射出波长为λ的光．以h表示普朗克常量，c表示真空中的光速，E′等于(　　)
4．氢原子的核外电子从距核较近的轨道跃迁到距核较远的轨道过程中(　　)
A．原子要吸收光子，电子的动能增大，原子的电势能增大，原子的能量增大
B．原子要放出光子，电子的动能减小，原子的电势能减小，原子的能量也减小
C．原子要吸收光子，电子的动能增大，原子的电势能减小，原子的能量增大
D．原子要吸收光子，电子的动能减小，原子的电势能增大，原子的能量增大
【方法技巧练】
一、原子跃迁过程放出或吸收光子的能量的计算
5．(双选)如图1中画出了氢原子的4个能级，并注明了相应的能量En.用下列几种能量的光子照射处于基态的原子，能使氢原子发生跃迁或电离的是(　　)
A．9 eV的光子
B．12 eV的光子
C．10.2 eV的光子
D．15 eV的光子
6．设氢原子从基态向n＝2能级跃迁时，吸收的光子波长为λ1，从n＝2激发态向n＝3能级跃迁时，吸收的光子波长为λ2，则氢原子从n＝3激发态向低能级跃迁时，所辐射光子的波长不可能为(　　)
C．λ1＋λ2
二、氢原子跃迁放出光子种类的分析方法
7．已知氢原子的能级结构如图2所示，可见光的光子能量范围约为1.62 eV～3.11 eV.下列有关说法错误的是(　　)
A．处于n＝3能级的氢原子可以吸收任意频率的紫外线，并发生电离
B．大量氢原子从高能级向n＝3能级跃迁时，发出的光具有显著的热效应
C．大量处于n＝4能级的氢原子向低能级跃迁时，可能发出6种不同频率的光
D．大量处于n＝4能级的氢原子向低能级跃迁时，可能发出3种不同频率的可见光
1．根据玻尔理论，以下说法不正确的是(　　)
A．电子绕核运动有加速度，就要向外辐射电磁波
B．处于定态的原子，其电子做圆周运动，但并不向外辐射能量
C．原子内电子的可能轨道是不连续的
D．原子能级跃迁时，辐射或吸收光子的能量取决于两个轨道的能量差
2．(双选)原子的能量量子化现象是指(　　)
A．原子的能量是不可以改变的
B．原子的能量与电子的轨道无关
C．原子的能量状态是不连续的
D．原子具有分立的能级
3．根据玻尔的氢原子理论，电子在各条可能轨道上运动的能量是指(　　)
A．电子的动能
B．电子的电势能
C．电子的电势能与动能之和
D．电子的动能、电势能和原子核能之和
4．一群氢原子处于同一较高的激发态，它们在向较低激发态或基态跃迁的过程中(　　)
A．可能吸收一系列频率不同的光子，形成光谱中的若干条暗线
B．可能发出一系列频率不同的光子，形成光谱中的若干条明线
C．只能吸收频率一定的光子，形成光谱中的一条暗线
D．只能发出频率一定的光子，形成光谱中的一条明线
5．(双选)有关氢原子光谱的说法正确的是(　　)
A．氢原子的发射光谱是连续谱
B．氢原子光谱说明氢原子只发出特定频率的光
C．氢原子光谱说明氢原子能级是分立的
D．氢原子光谱线的频率与氢原子能级的能量差无关
6．氦原子被电离一个核外电子，形成类氢结构的氦离子，已知基态氦离子能量为E1＝－54.4 eV，氦离子能级的示意图如图3所示，在具有下列能量的光子中，不能被基态氦离子吸收而发生跃迁的是(　　)
A．40.8 eV
B．43.2 eV
C．51.0 eV
D．54.4 eV
7．氢原子从能量为E1的较高激发态跃迁到能量为E2的较低激发态，设真空中的光速为c，则(　　)
A．吸收光子的波长为
B．辐射光子的波长为
C．吸收光子的波长为
D．辐射光子的波长为
8．(双选)氢原子的部分能级如图4所示．已知可见光的光子能量在1.62 eV到3.11 eV之间．由此可推知，氢原子(　　)
A．从高能级向n＝1能级跃迁时发出的光的波长比可见光的短
B．从高能级向n＝2能级跃迁时发出的光均为可见光
C．从高能级向n＝3能级跃迁时发出的光的频率比可见光的高
D．从n＝3能级向n＝2能级跃迁时发出的光为可见光
9．图5所示为氢原子的能级图．一群处于n＝4激发态的氢原子，发生跃迁时可观测到氢原子发射不同波长的光有多少种(　　)
题　号 1 2 3 4 5 6 7 8 9
10.已知氢原子的电子轨道半径为r1＝0.528×10－10 m，量子数为n的能级的能量值为En＝ eV.
(1)有一群氢原子处于量子数n＝3的激发态，画一张能级图，在图上用箭头标明这些氢原子能发出哪几种光谱线；
(2)计算这几种光谱线中最短的波长．(静电力常量k＝9×109 N·m2/C2，电子电荷量e＝1.6×10－19 C，普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s，真空中光速c＝3.00×108 m/s)
第四节　原子的能级结构
课前预习练
1．能级　跃迁　Em－En　吸收
2．基态　－13.6 eV　－
3．高　低　不连续
4．(1)量子观念　定态　跃迁　(2)经典理论
课堂探究练
2．D　[A、B、C三项都是玻尔提出来的假设，其核心是原子定态概念的引入与能级跃迁学说的提出，也就是“量子化”概念，原子的不同能量状态与电子绕核运动的不同圆轨道相对应，是经典理论与量子化概念的结合．电子跃迁辐射的能量为hν＝Em－En与电子绕核做的圆周运动无关，故选D.]
3．C　[释放的光子能量为：hν＝h，所以E′＝E－hν＝E－h.]
4．D　[根据玻尔理论，氢原子核外电子在离核越远的轨道上运动时，其能量越大，电子从低轨道(量子数n小)向高轨道(n值较大)跃迁时，要吸收一定能量的光子，故选项B可排除；氢原子核外电子绕核做圆周运动，其向心力由原子核对电子的库仑引力提供，即＝，电子运动的动能Ek＝mv2＝.由此可知：电子离核越远，r越大，则电子的动能越小，故选项A、C均可排除；由于原子核带正电荷，电子带负电荷，事实上异种电荷远离过程中需克服库仑引力做功，即库仑力对电子做负功，则原子系统的电势能将增大，系统的总能量增加，故选项D正确．]
5．CD　[能使处于基态的氢原子发生电离的最小能量为13.6 eV，能使电子发生跃迁的最小能量为10.2 eV，故选项C、D正确．]
方法总结　由跃迁条件可知，氢原子在各能级间跃迁时，只能吸收能量值刚好等于某两能级之差的光子，即hν＝E末－E初；当光子的能量大于氢原子的基态电离能时，电子将脱离原子核的束缚而成为自由电子，不受氢原子能级间跃迁条件的限制．
7．D　[处于n＝3能级的氢原子欲发生电离，只需吸收1.51 eV的能量即可，低于可见光的光子能量范围，所以可以吸收任意频率的紫外线而发生电离，A正确；大量氢原子从高能级向n＝3能级跃迁时，放出的能量至多为1.51 eV，低于可见光的光子能量，此光处于红外线区域，具有显著的热效应，B正确；大量处于n＝4能级的氢原子向低能级跃迁时，可能发出的不同频率的光的种类为N＝C＝6，能量差在可见光范围内的只有2种，C正确，D错误．本题应该选D.]
方法总结　判断辐射光子的种类时要注意区别是一群氢原子还是一个氢原子，一个氢原子时最多发出的光子数为n－1种；大量氢原子从高能级向低能级跃迁时辐射的可能频率数用C计算．
课后巩固练
2．CD　[正确理解玻尔理论中的量子化概念是解题关键．根据玻尔理论，原子处于一系列不连续的能量状态中，这些能量值称为能级，原子不同的能量状态对应不同的轨道，故C、D选项正确．]
3．C　[根据玻尔理论，电子绕核在不同轨道上做圆周运动，库仑引力提供向心力，故电子的能量指电子的总能量，包括动能和势能，所以C选项是正确的．]
5．BC　[氢原子的发射光谱是线状谱，故选项A错误；氢原子光谱说明：氢原子只能发出特定频率的光，氢原子能级是分立的，故选项B、C正确；由玻尔理论知氢原子发射出的光子能量由前、后两个能级的能量差决定，即hν＝Em－En，故选项D错误．]
6．B　[要吸收光子发生跃迁需要满足一定的条件，即吸收的光子的能量必须是任意两个能级的差值，40.8 eV是第一能级和第二能级的差值，51.0 eV是第一能级和第四能级的差值，54.4 eV是电子电离需要吸收的能量，均满足条件，选项A、C、D均可以，而B选项不满足条件．]
7．D　[由玻尔理论的跃迁假设，当氢原子由较高的能级向较低的能级跃迁时辐射光子，故A、C错；由关系式ν＝和λ＝，得辐射光子的波长λ＝，故B错，D对．]
8．AD　[从高能级向n＝1能级跃迁时发出的光子的能量最小值ΔE＝E2－E1＝－3.4 eV－(－13.6) eV＝10.2 eV>3.11 eV，由λ＝可判断，从高能级向n＝1能级跃迁时发出的光的最大波长比可见光的最小波长还小，因此选项A正确；从高能级向n＝2能级跃迁发出的光子的能量范围是1.89 eV≤ΔE≤3.40 eV，与可见光光子的能量有重合的范围，因此，从高能级向n＝2能级跃迁时发出的光有可见光，也有非可见光，故选项B错误；从高能级向n＝3能级跃迁时，发出的光子能量范围为：0.66 eV≤ΔE≤1.51 eV，比可见光光子的能量小，由ΔE＝hν可知这些光子的频率均小于可见光的频率，故选项C错误；从n＝3能级向n＝2能级跃迁时发出光子的能量为ΔE＝1.89 eV，在可见光光子能量范围之内，故选项D正确．]
10．见解析
解析　(1)当n＝1时，能量级为E1＝ eV＝－13.6 eV；
当n＝2时，能量级为E2＝ eV＝－3.4 eV；
当n＝3时，能量级为E3＝ eV＝－1.51 eV；
能发出的光谱线分别为3→2,2→1,3→1共三种，能级图如下图所示．
(2)由E3向E1跃迁时发出的光子频率最大，波长最短．
hν＝Em－En，又知ν＝则有
＝1.03×10－7 m
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红外吸收光谱法的应用
导读：红外吸收光谱法的应用，摘要：简要介绍了红外吸收光谱的情况，并介绍了傅里叶变换红外吸收光谱仪，随着红外仪器的改良，新的光谱理论和光度分析方法的建立，特别是计算机技术和化学计量学的广泛应用和迅速发展，使红外光谱技术成为目前发展最快、最引人注目的分析技术，在复杂物质的分析上得到广泛应用，在包括制糖和制药的许多与化学分析和品质管理有关的行业中的应用前景极其广阔，本文重点分别从定性、定量、未知物结构测定
红外吸收光谱法的应用
摘要：简要介绍了红外吸收光谱的情况，并介绍了傅里叶变换红外吸收光谱仪。近十多年来，随着红外仪器的改良，新的光谱理论和光度分析方法的建立，特别是计算机技术和化学计量学的广泛应用和迅速发展，使红外光谱技术成为目前发展最快、最引人注目的分析技术，并以其简单快速、实时在线、无损伤无污染分析等特点，在复杂物质的分析上得到广泛应用。在包括制糖和制药的许多与化学分析和品质管理有关的行业中的应用前景极其广阔。本文重点分别从定性、定量、未知物结构测定等方面分别介绍了红外吸收光谱法的应用，并举出在医学、化学等等方面的最新应用实例。
一、 红外吸收光谱
1.1红外吸收光谱的历史
太阳光透过三棱镜时，能够分解成红、橙、黄、绿、蓝、紫的光谱带；1800年，发现在红光的外面，温度会升高。这样就发现了具有热效应的红外线。红外线和可见光一样，具有反射、色散、衍射、干涉、偏振等性质；它的传播速度和可见光一样，只是波长不同，是电磁波总谱中的一部分。（图一）、波长范围在0.7微米到大约1000微米左右。红外区又可以进一步划分为近红外区＜0.7到2微米，基频红外区（也称指纹区，2至25微米）和远红外区（25微米至1000微米）三个部分。
1881年以后，人们发现了物质对不同波长的红外线具有不同程度的吸收，二十世纪初，测量了各种无机物和有机物对红外辐射的吸收情况，并提出了物质吸收的辐射波长与化学结构的关系，逐渐积累了大量的资料；与此同时，分子的振动DD转动光谱的研究逐步深入，确立了物质分子对红外光吸收的基本理论，为红外光谱学奠定了基础。1940年以后，红外光谱成为化学和物理研究的重要工具。今年来，干涉仪、计算机和激光光源和红外光谱相结合，诞生了计算机－红外分光光度计、傅立叶红外光谱仪和激光红外光谱仪，开创了崭新的红外光谱领域，促进了红外理论的发展和红外光谱的应用。
1.2、红外吸收的本质
红外吸收光谱又称分子振动-转动光谱，是利用物质的分子对红外辐射的吸收，并由其振动或转动引起分子偶极矩的变化，产生分子的振动能级和转动能级从基态到激发态的跃迁，所产生的吸收光谱。它分为近红外光，中红外光，远红外光。其中，中红外光是应用最为广泛的红外光谱区。
物质处于不停的运动状态之中，分子经光照射后，就吸收了光能，运动状态从基态
跃迁到高能态的激发态。分子的运动能量是量子化的，它不能占有任意的能量，被分子吸收的光子，其能量等于分子动能的两种能量级之差，否则不能被吸收。
分子所吸收的能量可由下式表示：
E＝hυ＝hc/λ
式中，E为光子的能量，h为普朗克常数，υ为光子的频率，c为光速，λ为波长。由此可见，光子的能量与频率成正比，与波长成反比。
分子吸收光子以后，依光子能量的大小，可以引起转动、振动和电子能阶的跃迁，红外光谱就是由于分子的振动和转动引起的，又称振－转光谱。
图1 红外光谱图
特征吸收频率可应用于鉴定官能团；特征峰的强度可应用于定量分析。
1.3、红外光的区划
红外线：波长在0.76~500 μm (1000 μm) 范围内的电磁波
近红外区（NIR）:0.76~2.5 μm（760~ 2500 nm）-OH和-NH倍频吸收区
中红外区（MIR）:2.5~25 μm （ cm-1）振动、伴随转动光谱
远红外区（FIR）:25~500 μm
纯转动光谱
紫外-可见（UV-VIS）:190 ~900 nm
1.4、红外光谱的作用
绝大多数有机化合物的基频吸收带出现在MIR光区。基频振动是红外光谱中吸收最强的振动，最适于进行红外光谱的定性和定量分析。中红外光谱仪最为成熟、简单，因此它是应用极为广泛的光谱区。通常中红外光谱法又简称为红外光谱法。红外光谱是鉴别物质和分析物质化学结构的有效手段，已被广泛应用于物质的定性鉴别、物相分析
和定量测定，并用于研究分子间和分子内部的相互作用
1.5、红外光谱分析技术
红外光谱（IR）分析技术是近年来分析化学领域迅猛发展的高新分析技术，越来越引起国内外分析专家的注目，在分析化学领域被誉为分析“巨人”，它的出现可以说带来了又一次分析技术的革命。
红外光谱分析是将光谱测量技术、计算机技术、化学计量学技术与基础测试技术的有机结合。是将红外光谱所反映的样品基团、组成或物态信息与用标准或认可的参比方法测得的组成或性质数据采用化学计量学技术建立校正模型，然后通过对未知样品光谱的测定和建立的校正模型来快速预测其组成或性质的一种分析方法。
与传统分析技术相比，红外光谱分析技术具有诸多优点，它能在几分钟内，仅通过对被测样品完成一次红外光谱的采集测量，即可完成其多项性能指标的测定（最多可达十余项指标）。光谱测量时不需要对分析样品进行前处理；分析过程中不消耗其它材料或破坏样品；分析重现性好、成本低。对于经常的质量监控是十分经济且快速的，但对于偶然做一两次的分析或分散性样品的分析则不太适用。因为建立红外光谱方法之前必须投入一定的人力、物力和财力才能得到一个准确的校正模型。
红外光谱主要是反映C-H、O-H、N-H、S-H等化学键的信息，因此分析范围几乎可覆盖所有的有机化合物和混合物。加之其独有的诸多优点，决定了它应用领域的广阔，使其在国民经济发展的许多行业中都能发挥积极作用，并逐渐扮演着不可或缺的角色。
二、傅里叶变换红外吸收光谱仪 傅里叶变换红外吸收光谱仪是一种新型红外光谱仪，它有测定速度快，灵敏度和信噪比高、分辨率高、测定的光谱范围宽等优点。在红外研究领域，FTIR方法几乎完全取代了光栅分光法。目前的研究中大量运用了傅里叶变换红外吸收光谱仪，并且还会继续发展。
红外光谱法是根据样品的红外吸收光谱进行定性、定量分析及测定物质分子结构的方法。红外光谱仪价格较为低廉,测试成本较低，广泛用于各种定性定量分析以及未知物结构的确定。该法具有用量少，分析速度快，不破坏样品的特点。目前，主要的应用领域包括：石油及石油化工、基本有机化工、精细化工、冶金、生命科学、制药、医学临床、农业、食品、饮料、烟草、纺织、造纸、化妆品、质量监督、环境保护、高校及科研院所等。在石化领域可测定油品的辛烷值、族组成、十六烷值、闪点、冰点、凝固点、馏程、MTBE
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标准光源的相对光谱能量是如何定义出来的？
在计算物体颜色XYZ值的公式中，要用到光源的相对光谱能量数据，但是不知道这个数据是如何定义出来的，比如D65光源在640nm处对应的相对光谱能量数据为83.7，这个83.7是如何定义出来的呢？
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这个光谱强度应该是参照太阳光所对应的光谱强度来定义的吧~
如：640nm处视为100%，那么一般标准光源在此波段为？%，应该是这样定义出来的吧！
__________________
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楼上说的很对，我们经常说的光谱能量分布多指相对光谱能量，是以太阳光在550nm处光谱能量作为参考点的
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作者: yang1984
这个光谱强度应该是参照太阳光所对应的光谱强度来定义的吧~ 如：640nm处视为100%，那么一般标准光源在此波段为？%，应该是这样定义出来的吧！
如果是这样的话，那么那个被定为100%的nm波长的光该为多少能量才把它作为参考标准呢？光的强度变了，给人眼的颜色感觉就会变啊！
色管退伍兵
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作者: Boray-printing
如果是这样的话，那么那个被定为100%的nm波长的光该为多少能量才把它作为参考标准呢？光的强度变了，给人眼的颜色感觉就会变啊！
一般情况下，不会以某个波长作为100%，我们的光照强度系数一般是指可见光的光强（单位：坎德拉（CD），也有用面发光度流明表示（LX），eyeone自带软件就用流明表示的），然后以此为标准进行按百分率进行计算。反正意思就是反应每个单位的光通量（如：水流每单位横截面通过的流量一样原理），不知道兄弟能否理解我所说的。
具体计算方式记不清了，没记错的话，可以查大学色彩学“物体呈色原理什么的”那篇就可以了~
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作者: wwwprint
楼上说的很对，我们经常说的光谱能量分布多指相对光谱能量，是以太阳光在550nm处光谱能量作为参考点的
说得有道理，不过太阳光在550nm处光谱能量是指晴天还是阴天的太阳呢？
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