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选择题考点专项 63 原子能级跃迁问题
1.(能级跃迁)“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 的光子从基态能级Ⅰ跃迁至激发态能级Ⅱ，
0
然后自发辐射出频率为ν 的光子，跃迁到钟跃迁的上能级 2，并在一定条件下
1
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 的光子回到基态。该原子钟产生的钟激光的频率ν 为( )
3 2
A.ν ＋ν ＋ν B.ν ＋ν －ν
0 1 3 0 1 3
C.ν －ν ＋ν D.ν －ν －ν
0 1 3 0 1 3
2.(能级跃迁)2023年2月27日，我国自主研制的空间站双光子显微镜首获航天
员皮肤三维图像。该种显微镜成像时，需要将介质分子从基态 S 激发到激发态
0
S ，双光子显微镜是通过让介质分子同时吸收两个光子 a实现此激发过程，如
n
图甲所示；单光子显微镜是让介质分子只吸收一个光子 b实现此激发过程，如
图乙所示。则光子a和光子b的波长之比为( )
A.1∶1 B.2∶1
C.4∶1 D.1∶2
3.(能级跃迁＋电离)如图为氢原子的能级示意图，现有一群氢原子处于 n＝4的
能级上，下列说法正确的是( )A.该氢原子向低能级跃迁最多可发出8种不同频率的光子
B.从n＝4能级跃迁到n＝3能级发出的光子波长最短
C.该氢原子可以吸收能量为0.32 eV的光子跃迁到n＝5的能级
D.使该氢原子电离至少需要吸收0.85 eV的能量
4.(能级跃迁＋电离)如图所示为氢原子的能级图，E 、E 、E 、E 分别为1、2、
1 2 3 4
3、4能级对应的能量，一个氢原子处于 n＝3的激发态。已知真空中的光速为
c，普朗克常量为h，下列说法正确的是( )
A.氢原子向低能级跃迁可发出3种不同频率的光
B.氢原子向低能级跃迁发出光的最大波长为
C.氢原子吸收能量为E －E 的光子可跃迁到n＝4能级
4 3
D.氢原子被能量为E 的电子碰撞可发生电离
3
5.(能级跃迁＋光谱)有些金属原子受激后，从某激发态跃迁回基态时，会发出特
定颜色的光。图甲所示为钠原子和锂原子分别从激发态跃迁回基态的能级差值，
钠原子发出频率为5.09×1014 Hz的黄光，可见光谱如图乙所示。锂原子从激发
态跃迁回基态发光颜色为( )
A.红色 B.橙色C.绿色 D.青色
6.(光电效应＋能级跃迁)图甲是研究光电效应的电路图，K极金属的逸出功为
2.30 eV。图乙为氢原子能级图。下列说法正确的是( )
A.当P移至于最左端时，电流表示数一定变为0
B.电压表示数增大，电流表示数一定增大
C.氢原子从n＝5能级跃迁到n＝2能级，放出光子
D.氢原子从n＝5能级跃迁到n＝3能级产生的光能让图甲中的K极金属发生光
电效应
解析答案63 原子能级跃迁问题
1．D [原子吸收频率为ν 的光子从基态能级Ⅰ跃迁至激发态能级Ⅱ时有E －
0 Ⅱ
E ＝hν ，且从激发态能级Ⅱ向下跃迁到基态Ⅰ的过程有E －E ＝hν ＋hν ＋
Ⅰ 0 Ⅱ Ⅰ 1 2
hν ，联立解得ν ＝ν －ν －ν ，故D正确。]
3 2 0 1 3
2．B [将介质分子从基态S 激发到激发态S ，两过程吸收的光子能量一样多，
0 n
则2hν ＝hν ，则光子频率关系为＝，波长和频率成反比，故光子a和光子b的
a b
波长之比为2∶1，故B正确。]
3．D [一群处于n＝4能级的氢原子最多可发出 C＝6种频率的光子，故 A错
误；从n＝4能级跃迁到n＝3能级发出的光子的能量最小，根据 ΔE＝hν＝h，
可知其波长最长，故B错误；该氢原子从低能级吸收能量跃迁到高能级时，吸
收光子的能量必须等于两个能级之间的差值，由能级示意图可知该氢原子可以
吸收E＝0.31 eV的光子跃迁到n＝5的能级，而不是0.32 eV，故C错误；根据
电离的定义，使该氢原子电离至少需要吸收的能量为 ΔE＝0－(－0.85 eV)＝0.85
eV，故D正确。]
4．C [根据单个氢原子在不同能级向低能级跃迁时最多能发出的光子种数 m＝n－1，则一个处于n＝3能级的氢原子跃迁时发出的光最多有2种，故A错误；
根据c＝λν，光的频率越小则波长越大，而根据 E＝hν，可知，放出的能量越小
则频率越小，因此该氢原子从 n＝3能级跃迁到n＝2能级时释放的能量最小，
则有ΔE＝E －E ＝hν，解得λ ＝，故B错误；氢原子若吸收光子进行跃迁，
3 2 max
则所吸收光子的能量必须等于两个能级之间的差值，即若要跃迁到n＝4能级，
则所吸收的光子的能量必须等于ΔE′＝E －E ，故C正确；若氢原子与实物粒子
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发生碰撞而发生电离，则实物粒子所具有的能量必须大于等于氢原子所在能级
能量的绝对值，即该氢原子被电子碰撞后要发生电离，则该电子的能量为 ε≥|
E |，故D错误。]
3
5．A [由玻尔理论结合普朗克的量子假说，即 ε＝hν，根据图甲可得 ε ＝
Na
hν ，ε ＝hν ，代入数据可得ν ≈4.48×1014 Hz，对照图乙可知，锂原子从激
Na Li Li Li
发态跃迁回基态发光颜色为红色，故A正确。]
6．C [当P移至最左端时，AK极间的电压为零，光电管、电流表组成闭合电
路，发生光电效应时，逸出的光电子具有初动能，会有光电流产生，电流表示
数不为零，故A错误；起初电压表示数增大时电流增大，当电压达到一定值时，
电流达到饱和光电流，电流表示数不再增大，故B错误；氢原子从n＝5能级跃
迁到n＝2能级，由高能级向低能级跃迁，释放出能量，放出光子，故C正确；
从n＝5能级跃迁到n＝3能级，释放的能量为ΔE＝E －E ＝－0.54 eV－(－1.51
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eV)＝0.97 eV<2.30 eV，所以产生的光不能让图甲中的K极金属发生光电效应，
故D错误。]
