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专题39 原子结构和能级
考点
三年考情（2022-2024）
命题趋势
考点1 能级和
波尔理论
（5 年4 考）
2024 年高考江西卷：某氮化镓基
材料的
简化能级。
2023 高考河北卷：国家航天局正式发布了“羲
和号”太阳探测卫星国际上首次在轨获取的太
阳
谱线精细结构。
2023 高考山东高中学业水平等级考试：“梦天
号”实验舱携带世界首套可相互比对的冷原子
钟组能级图。
2023 高考湖北卷：我国自主研发的“夸父一
号”太阳探测卫星搭载的莱曼阿尔法太阳望远
镜可用于探测波长为
的氢原子谱线。
1. 能级和波尔理论是该章的重点
知识点，高考考查频率较高。命
题通常结合某种情景，或给出能
级图，综合考查能级、波尔理
论、光电效应及其相关知识点。
2. 原子结构的知识点大多属于了
解，命题难度小，考查频率不
高。
考点2 原子结
构
（5 年2 考）
2022 高考湖南卷：关于原子结构和微观粒子波
粒二象性。
2023 学业水平等级考试上海卷：关于α 粒子散
射实验。
考点01 能级和波尔理论
1.（2024 年高考江西卷） 近年来，江西省科学家发明硅衬底氮化镓基系列发光二极管，开创了国际上第
三条
技术路线。某氮化镓基
材料的简化能级如图所示，若能级差为
（约
）,普朗克常量
，则发光频率约为（ ）
1
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A.
B.
C.
D.
【答案】C
【解析】
根据题意可知，辐射出的光子能量
，由光子的能量
得
，C 正确。
2.（2023 高考河北卷） 2022 年8 月30 日，国家航天局正式发布了“羲和号”太阳探测卫星国际上首次在
轨获取的太阳
谱线精细结构。
是氢原子巴耳末系中波长最长的谱线，其对应的能级跃迁过程为（
）
A. 从
跃迁到
B. 从
跃迁到
C. 从
跃迁到
D. 从
跃迁到
【答案】D
【解析】
是氢原子巴耳末系中波长最长的谱线，根据
可知
是氢原子巴耳末系中频率最小的谱线，根据氢原子的能级图，利用玻尔理论中的频率条件
可见能级差越小，频率越低，波长越长。故
对应的能级跃迁过程为从
跃迁到
。故选D。
2
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3．（2022 重庆高考）如图为氢原子的能级示意图。已知蓝光光子的能量范围为
，紫光光
子的能量范围为
。若使处于基态的氢原子被激发后，可辐射蓝光，不辐射紫光，则激发氢
原子的光子能量为（ ）
A．
B．
C．
D．
【参考答案】C
【名师解析】由题意可知，处于基态的氢原子被激发后，可辐射蓝光，不辐射紫光，则由蓝光光子能量范
围可知氢原子从n=4 能级向低能级（n=2）跃迁可以辐射蓝光，则需要激发氢原子到n=4 能级，所以激发氢
原子的光子能量为△E=E4-E1=(-0.85eV)- (-13.6eV)= 12.75eV，选项C 正确。
4．（2022 高考北京卷）氢原子从某激发态跃迁到基态，则该氢原子（ ）
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
【参考答案】B
【命题意图】此题考查能级、跃迁及其相关知识点。
【名师解析】氢原子从某激发态跃迁到基态，则该氢原子放出光子，能量减少，选项B 正确。
5．（2022 新高考海南卷）一群处于
激发态的氢原子跃迁向外辐射出不同频率的光子，则（ ）
A．需要向外吸收能量
B．共能放出6 种不同频率的光子
C．
向
跃迁发出的光子频率最大
D．
向
跃迁发出的光子频率最大
【参考答案】BD
【名师解析】处于
激发态的氢原子跃迁向外辐射出不同频率的光子，向外辐射能量，A 错误；共能放
出3+2+1=6 种不同频率的光子，B 正确；
向
跃迁发出的光子能量最小，频率最低，C 错误；
向
跃迁发出的光子能量最大，频率最大，D 正确。
3
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6．（2022·高考广东物理）目前科学家已经能够制备出能量量子数n 较大的氢原子。氢原子第n 能级的能
量为
，其中
。图4 是按能量排列的电磁波谱，要使
的氢原子吸收一个光子后，
恰好失去一个电子变成氢离子，被吸收的光子是（ ）
A．红外线波段的光子 B．可见光波段的光子
C．紫外线波段的光子 D．X 射线波段的光子
【参考答案】A
【命题意图】本题考查能级，电磁波谱，氢原子电离及其相关知识点。
【解题思路】
n=20 的氢原子能量为E20=E1/202=-0.034eV，该氢原子其电离能为0.034eV。吸收一个光子，恰好失去一个
电子变成氢离子，由图4 所示按能量排列的电磁波谱可知，被吸收的光子是红外线波段的光子，A 项正确。
7．（2022 年6 月浙江选考）图为氢原子的能级图。大量氢原子处于n=3 的激发态，在向低能级跃迁时放
出光子，用这些光子照射逸出功为2.29eV 的金属钠。下列说法正确的是
A．逸出光电子的最大初动能为10.80eV
B．n=3 跃迁到n=1 放出的光电子动量最大
C．有3 种频率的光子能使金属钠产生光电效应
D．用0.85eV 的光子照射，氢原子跃迁到n=4 激发态
【参考答案】B
【命题意图】本题考查能级，波尔理论及其相关知识点。
【解题思路】氢原子处于n=3 的激发态，跃迁到基态，辐射出的光子能量最大，最大为E=（-1.51eV）-
（-13.6eV）=12.09eV，照射逸出功为2.29eV 的金属钠，由爱因斯坦光电效应方程，逸出光电子的最大初
动能为Ek=E-W=12.09eV -2.29eV =9.80eV，A 错误；n=3 跃迁到n=1 放出的光电子能量E 最大，由E=pc，
可知动量p 最大，B 正确；只有处于n=3 的激发态氢原子跃迁到基态，处于n=2 的激发态氢原子跃迁到基
态，辐射的光子能量大于金属钠逸出功2.29eV，即2 种频率的光子能使金属钠产生光电效应，C 错误；用
第7 题
4
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0.85eV 的光子照射处于n=3 是氢原子，不能跃迁到n=4 激发态，D 错误。
8. （2023 高考山东高中学业水平等级考试）“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
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
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
的光子回到基态。该原子钟产生的钟激光的频率
为（ ）
A.
B.
C.
D.
【参考答案】D
【名师解析】
原子吸收频率为
光子从基态能级I 跃迁至激发态能级Ⅱ时有
且从激发态能级Ⅱ向下跃迁到基态I 的过程有
联立解得
，D 正确。
9. （2023 高考选择性考试辽宁卷）原子处于磁场中，某些能级会发生劈裂。某种原子能级劈裂前后的部
分能级图如图所示，相应能级跃迁放出的光子分别设为①②③④。若用①照射某金属表面时能发生光电效
应，且逸出光电子的最大初动能为Ek，则（ ）
A. ①和③的能量相等
B. ②的频率大于④的频率
5
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C. 用②照射该金属一定能发生光电效应
D. 用④照射该金属逸出光电子的最大初动能小于Ek
【参考答案】A
【名师解析】
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
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
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。
10. （2023 高考湖北卷）2022 年10 月，我国自主研发的“夸父一号”太阳探测卫星成功发射。该卫星搭
载的莱曼阿尔法太阳望远镜可用于探测波长为
的氢原子谱线（对应的光子能量为
）。根
据如图所示的氢原子能级图，可知此谱线来源于太阳中氢原子（ ）
A.
和
能级之间的跃迁
B.
和
能级之间的跃迁
C.
和
能级之间的跃迁
D.
和
能级之间的跃迁
【参考答案】A
【名师解析】由图中可知n=2 和n=1
能级差之间的能量差值为
与探测器探测到的谱线能量相等，故可知此谱线来源于太阳中氢原子n=2 和n=1 能级之间的跃迁。A 正确。
。
11. （2022 天津学业水平选择性考试）不同波长的电磁波具有不同的特性，在科研、生产和生活中有广泛
的应用。a、b 两单色光在电磁波谱中的位置如图所示。下列说法正确的是（ ）
6
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A. 若a、b 光均由氢原子能级跃迁产生，产生a 光的能级能量差大
B. 若a、b 光分别照射同一小孔发生衍射，a 光的衍射现象更明显
C. 若a、b 光分别照射同一光电管发生光电效应，a 光的遏止电压高
D. 若a、b 光分别作为同一双缝干涉装置光源时，a 光的干涉条纹间距大
【参考答案】BD
【命题意图】本题以电磁波谱切入，考查能级、光电效应、双缝干涉、光的衍射及其相关知识点。
【名师解析】
由图中a、b 两单色光在电磁波谱中的位置，判断出a 光的波长
大于b 光的波长
，a 光的频率
小于
b 光的频率
。若a、b 光均由氢原子能级跃迁产生，根据玻尔原子理论的频率条件
可知产生a 光的能级能量差小，故A 错误；
若a、b 光分别照射同一小孔发生衍射，根据发生明显衍射现象的条件，a 光的衍射现象更明显，故B 正确；
在分别照射同一光电管发生光电效应时，根据爱因斯坦光电效应方程
可知a 光的遏止电压低，故C 错误；
a、b 光分别作为同一双缝干涉装置光源时，相邻两条亮纹或暗纹的中心间距
可知a 光的干涉条纹间距大，故D 正确。
13.（2023 高考河北卷） 2022 年8 月30 日，国家航天局正式发布了“羲和号”太阳探测卫星国际上首次
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）
A. 从
跃迁到
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B. 从
跃迁到
C. 从
跃迁到
D. 从
跃迁到
【答案】D
【解析】
是氢原子巴耳末系中波长最长
谱线，根据
可知
是氢原子巴耳末系中频率最小的谱线，根据氢原子的能级图，利用玻尔理论中的频率条件
可见能级差越小，频率越低，波长越长。故
对应的能级跃迁过程为从
跃迁到
。
故选D。
考点02 原子结构
1. （2023 学业水平等级考试上海卷）关于α 粒子散射实验，下列说法正确的是
A. 实验必须在真空中进行
B. 荧光屏的作用是为了阻挡α 粒子
C. 实验用显微镜必须正对放射源
D. 证明了原子核内有质子存在
【参考答案】A
【名师解析】由于α 粒子具有很强的电离作用，所以α 粒子散射实验装置必须在真空中进行，否则α 粒子
会电离空气，影响实验结果，A 正确；α 粒子打在荧光屏上产生荧光，所以荧光屏的作用是为了便于观察，
B 错误； 为了观察射向不同方向的α 粒子数目，显微镜要更换不同位置观察，C 错误；卢瑟福利用α 粒子
散射实验， 证明了原子的有核模型，不能证明核内有质子存在，D 错误。
2．（2022 高考湖南卷）关于原子结构和微观粒子波粒二象性，下列说法正确的是（ ）
A．卢瑟福的核式结构模型解释了原子光谱的分立特征
B．玻尔的原子理论完全揭示了微观粒子运动的规律
C．光电效应揭示了光的粒子性
D．电子束穿过铝箔后的衍射图样揭示了电子的粒子性
【参考答案】Ｃ
【名师解析】卢瑟福的核式结构模型不能解释了原子光谱的分立特征，波尔的原子理论解释了原子光谱的
分立特征，但不能完全揭示了微观粒子运动的规律，选项ＡＢ错误；光电效应揭示了光的粒子性，选项Ｃ
正确；电子束穿过铝箔后的衍射图样揭示了电子的波动性，选项Ｄ错误。
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