《2025年金版新学案高中物理选择性必修第三册人教版》

真题2(多选)(2024·重庆高考)我国太阳探测科学技术试验卫星“羲和号”在国际上首次成功实现空间太阳H_α波段光谱扫描成像。$H_α$和$H_β$分别为氢原子由n=3和n=4能级向n=2能级跃迁产生的谱线(如图)，则(BD)


$A.H_α$的波长比$H_β$的小　　
$B.H_α$的频率比$H_β$的小　　
$C.H_β$对应的光子能量为$3.4eV$　　
$D.H_β$对应的光子不能使氢原子从基态跃迁到激发态　　

答案： 真题2 BD 氢原子$n = 3$与$n = 2$的能级差小于$n = 4$与$n = 2$的能级差，则$H_a$与$H_B$相比，$H_a$的波长大、频率小，故A错误，B正确；$H_B$对应的光子能量为$E = (-0.85) eV - (-3.4) eV = 2.55 eV$，故C错误；氢原子从基态跃迁到激发态至少需要能量$E = (-3.4) eV - (-13.6) eV = 10.2 eV$，$H_B$对应的光子不能使氢原子从基态跃迁到激发态，故D正确。

参考下图，用玻尔理论解释，当巴耳末公式n=5时计算出的氢原子光谱的谱线，是哪两个能级之间的跃迁造成的?
氢原子能级图
[衔接分析]人教版选择性必修第三册P91·T2
以“氢原子的能级图”为情境，考查了氢原子光谱的谱线与对应的能级跃迁公式的应用问题，与2024重庆高考题类似。近几年的高考题常以氢原子的能级图、能级跃迁公式及辐射光子的种类为情境进行命题。

答案： 第$5$能级和第$2$能级。

针对练1.(2024·安徽高考)大连相干光源是我国第一台高增益自由电子激光用户装置，其激光辐射所应用的玻尔原子理论很好地解释了氢原子的光谱特征。图为氢原子的能级示意图，已知紫外光的光子能量大于3.11eV，当大量处于n=3能级的氢原子向低能级跃迁时，辐射不同频率的紫外光有(B)


A.1种
B.2种
C.3种
D.4种

答案： 针对练1.B 大量处于$n = 3$能级的氢原子向低能级跃迁时，能够辐射出$C_3^2 = 3$种不同频率的光子，辐射出光子的能量分别为$\Delta E_1 = E_3 - E_1 = -1.51 eV - (-13.6 eV) = 12.09 eV$、$\Delta E_2 = E_3 - E_2 = -1.51 eV - (-3.4 eV) = 1.89 eV$、$\Delta E_3 = E_2 - E_1 = -3.4 eV - (-13.6 eV) = 10.2 eV$，其中$\Delta E_1 ＞ 3.11 eV$、$\Delta E_2 ＜ 3.11 eV$、$\Delta E_3 ＞ 3.11 eV$，所以辐射不同频率的紫外光有2种。故选B。

针对练2.(2023·山东高考)“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$ν_0$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$ν_1$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$ν_3$的光子回到基态。该原子钟产生的钟激光的频率$ν_2$为(D)


$A.ν_0+ν_1+ν_3$
$B.ν_0+ν_1−ν_3$
$C.ν_0−ν_1+ν_3$
$D.ν_0−ν_1−ν_3$

答案： 针对练2.D 原子吸收频率为$\nu_0$的光子从基态能级Ⅰ跃迁至激发态能级Ⅱ时有$E_{Ⅱ} - E_Ⅰ = h\nu_0$，且从激发态能级Ⅱ向下跃迁到基态Ⅰ的过程有$E_{Ⅱ} - E_Ⅰ = h\nu_1 + h\nu_2 + h\nu_3$，联立解得$\nu_2 = \nu_0 - \nu_1 - \nu_3$。故选D。