氢原子跃迁问题例谈
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氢原子由高能级向低能级跃迁动能1. 引言:跃迁的魅力嘿,朋友们,你们有没有想过,当氢原子从一个高能级跳到低能级时,它究竟经历了什么?是不是感觉像是在看一场神奇的魔术表演?别着急,我们这就来揭开这个科学小谜团,看看氢原子的“跳跃”背后藏着怎样的秘密。
想象一下,一颗氢原子就像是个疯狂的舞者,能量高的时候,它仿佛在舞台上狂舞,而当它“降级”到低能级时,跳跃变得更加稳重,但却能释放出一段绚丽的光芒。
好啦,别急,我们一步步来揭开这神秘的面纱。
2. 氢原子的能级与跃迁2.1 氢原子的“家底”氢原子这个小家伙,其实就是由一个单独的质子和一个电子组成的。
这个电子在原子内部有不同的能量层级,想象一下,像楼层一样,从一楼到顶层都有不同的“房间”。
而这些“房间”其实就是不同的能级。
电子在这些能级之间跳跃,就像是在上下楼层,关键是,跳跃的过程中,它会释放或吸收光能。
真是太酷了,对吧?2.2 跃迁的秘密当氢原子的电子从一个高能级跳到低能级时,这个过程中就会释放出一定的能量,这种释放的能量以光的形式出现。
你可以把它想象成一个炫彩的烟花,噼里啪啦地绽放在夜空中。
这个光的颜色取决于跃迁的“高度差”。
比如从三楼跳到二楼,放出的光可能是红色的;从二楼跳到一楼,可能会是蓝色的。
这些颜色就是我们平常看到的氢原子发出的光谱线。
3. 跃迁的动能与应用3.1 动能的释放那么,这些“跃迁”释放出来的能量到底是什么呢?其实,氢原子的电子在高能级的时候拥有很大的动能。
当它跳到低能级时,动能转化成了光能,释放出来。
这就像一个高空的滑梯,电子从上滑下来时,它带来的动能就会转化为光的能量,闪亮的光芒就这样出现了。
这个过程不仅神秘而且美丽,仿佛给原子世界带来了一场光影秀。
3.2 实际应用这些跃迁的光谱线可不仅仅是美丽的烟花,它们在实际中有大用场。
例如,天文学家用这些光谱线来研究星星的成分和运动情况。
科学家们通过分析这些光谱线,了解星星的年龄、温度和化学成分等。
知识回顾玻尔理论的基本内容能级假设:氢原子E n =E 1n 2,n 为量子数.跃迁假设:hν=E 末-E 初.轨道量子化假设:氢原子r n =n 2r 1,n 为量子数. 规律方法解决氢原子能级跃迁问题的四点技巧(1)原子跃迁时,所吸收或释放的光子能量只能等于两能级之间的能量差. (2)原子电离时,所吸收的能量可以大于或等于某一能级能量的绝对值.(3)一群原子和一个原子不同,一群原子的核外电子向基态跃迁时发射光子的种类N =C 2n =n n -2.(4)计算能级能量时应注意:因一般取无穷远处为零电势参考面,故各能级的能量值均为负值;能量单位1 eV =1.6×10-19J.处理氢原子能级跃迁问题,应注意的问题(1)氢原子能量: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 n =E k n +E p n . 电子绕核做圆周运动由库仑力提供向心力, 有k e 2r 2n =m v 2n r n.电子的动能E k n =12mv 2n =ke 22r n.系统的电势能变化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,系统电势能增大.(2)氢原子在跃迁时辐射或吸收光子的频率或波长的计算:首先由能级的高低或轨道半径的大小确定是吸收还是放出光子,然后由玻尔理论E m -E n =hν或E m -E n =h cλ,求频率ν或波长λ.(3)辐射的光谱条数:一个氢原子核外只有一个电子,在一次跃迁时只能辐射或吸收一个光子,因而只能辐射或吸收某一特定频率的光谱.一个氢原子处于量子数为n 的激发态时,可辐射的光谱条数为N =n -1;而一群氢原子处于量子数为n 的激发态时,由于向各个低能级跃迁的可能性均存在,因此可辐射的光谱条数为N =n n -2.(4)吸收能量的选择性用光子激发引起原子跃迁跟用电子碰撞引起原子跃迁不同,若是在光子的激发下引起原子的跃迁,则要求光子的能量必须等于原子的某两个能级的能量差,能量不等于两能级的能量差的光子不能被原子吸收而使其发生跃迁;若是在电子的碰撞下引起原子的跃迁,则要求电子的能量必须大于或等于原子的某两个能级的能量差,大于该能量差的剩余部分保留为电子的动能.若要使氢原子电离,只要光子能量大于或等于电离能即可,大于电离能的部分,成为逸出电子的初动能.例题分析【例1】(多选)(2017年湖北名校模拟)根据玻尔理论,以下说法正确的是()A.只要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,其电子做变速运动,但它并不向外辐射能量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E.处于激发态的原子,只要吸收任意频率的光子就能从低能级跃迁到高能级【例2】如图所示为氢原子能级的示意图,现有大量的氢原子处于n=4的激发态,当向低能级跃迁时辐射出若干不同频率的光.关于这些光下列说法正确的是()A.最容易表现出衍射现象的光是由n=4能级跃迁到n=1能级产生的B.频率最小的光是由n=2能级跃迁到n=1能级产生的C.这些氢原子总共可辐射出3种不同频率的光D.用n=2能级跃迁到n=1能级辐射出的光照射逸出功为6.34 eV的金属铂能发生光电效应专题练习1.氢原子能级的示意图如图所示,大量氢原子从n=4的能级向 n=2 的能级跃迁时辐射出可见光a,从n=3的能级向n=2的能级跃迁时辐射出可见光b,则()A.可见光光子能量范围在1.62 eV到2.11 eV之间B.氢原子从n=4的能级向n=3的能级跃迁时会辐射出紫外线C.a光的频率大于b光的频率D.氢原子在n=2的能级可吸收任意频率的光而发生电离2.如图为氢原子的能级图.有如下3种说法:①大量处于n=4能级的氢原子跃迁到基态的过程中最多可释放出6种频率的光子;②一个处于n=3能级的氢原子跃迁到基态的过程中最多可释放出3种频率的光子;③氢原子只要吸收能量大于0.66 eV的光子,就能从n=3能级跃迁到更高能级,上述说法正确的是()A.①B.②C.①②D.②③3.当用具有1.87 eV能量的光子照射n=3激发态的氢原子时()A.氢原子不会吸收这个光子B.氢原子吸收该光子后被电离,电离后电子的动能为0.36 eVC.氢原子吸收该光子后被电离,电离后电子的动能为零D.氢原子吸收该光子后不会被电离4.汞原子的能级如图,现一束单色光照射到大量处于基态的汞原子,汞原子只发出三种不同频率的单色光.关于入射光的能量下列说法正确的是()A.等于4.9 eVB.等于7.7 eVC.等于8.8 eVD.大于或等于10.4 eV5.汞原子的能级图如图所示,现让一束光子能量为8.8 eV的单色光照射到大量处于基态(能级数n=1)的汞原子上,能发出6种不同频率的色光.下列说法中正确的是()A.最长波长光子的能量为1.1 eVB.最长波长光子的能量为2.8 eVC.最大频率光子的能量为2.8 eVD.最大频率光子的能量为4.9 eV6.已知氦离子(He+)的能级图如图所示,根据能级跃迁理论可知()A.氦离子(He+)从n=4能级跃迁到n=3能级比从n=3能级跃迁到n=2能级辐射出光子的频率低B.大量处在n=3能级的氦离子(He+)向低能级跃迁,只能发出2种不同频率的光子C.氦离子(He+)处于n=1能级时,能吸收45 eV的能量跃迁到n=2能级D.氦离子(He+)从n=4能级跃迁到n=3能级,需要吸收能量7.如图所示,1、2、3、4为玻尔理论中氢原子最低的四个能级.处在n=4能级的一群氢原子向低能级跃迁时,能发出若干种频率不同的光子,在这些光中,波长最长的是()A.n=4跃迁到n=1时辐射的光子B.n=4跃迁到n=3时辐射的光子C.n=2跃迁到n=1时辐射的光子D.n=3跃迁到n=2时辐射的光子8.如图所示为氢原子的四个能级,其中E1为基态,若氢原子A处于激发态E2,氢原子B处于激发态E3,则下列说法正确的是()A.原子A可能辐射出3种频率的光子B.原子B可能辐射出3种频率的光子C.原子A能够吸收原子B发出的光子并跃迁到能级E4D.原子B能够吸收原子A发出的光子并跃迁到能级E49.用频率为ν0的光照射大量处于基态的氢原子,在所发射的光谱中仅能观测到频率分别为ν1、ν2、ν3的三条谱线,且ν3>ν2>ν1,则()A.ν0<ν1B.ν3=ν2+ν1C.ν0=ν3+ν2+ν1D.=+10.氢原子从能级M跃迁到能级N,吸收频率为ν1的光子,从能级M跃迁到能级P释放频率为ν2的光子.则当它从能级N跃迁到能级P时将()A.放出频率为|ν1-ν2|的光子B.吸收频率为|ν2-ν1|的光子C.放出频率为ν1+ν2的光子D.吸收频率为ν1+ν2的光子11.(多选)氢原子能级图的一部分如图所示,a、b、c分别表示氢原子在不同能级间的三种跃迁途径,设在a、b、c三种跃迁过程中,放出光子的能量和波长分别是E a、E b、E c和λa、λb、λc,则()A.λb=λa+λc B.=+C.λb=λaλc D.E b=E a+E c12.氢原子的能级如图所示,下列说法正确的是()A.处于n=3能级的氢原子可以吸收任意频率的光子B.氢原子从n=3能级向n=2能级跃迁时,发出的光子能量为1.89 eVC.大量处于n=3能级的氢原子向低能级跃迁时,可能发出3种不同频率的光D.处于n=1能级的氢原子可以吸收能量为10 eV的电子的能量13.(多选)欲使处于基态的氢原子激发,下列措施可行的是()A.用10.2 eV的光子照射B.用11 eV的光子照射C.用14 eV的光子照射D.用11 eV的电子碰撞14.(多选)氦原子被电离出一个核外电子,形成类氢结构的氦离子.已知基态的氦离子能量为E1=-54.4 eV,氦离子能级的示意图如图所示.在具有下列能量的粒子中,能被基态氦离子吸收而发生跃迁的是()A.54.4 eV(光子)B.50.4 eV(光子)C.48.4 eV(电子)D.42.8 eV(光子)15.(多选)氢原子能级如图所示,当氢原子从n=3跃迁到n=2的能级时,辐射光的波长为656 nm.以下判断正确的是()A .氢原子从n =2跃迁到n =1的能级时,辐射光的波长大于656 nmB .用波长为325 nm 的光照射,可使氢原子从n =1跃迁到n =2的能级C .一群处于n =3能级上的氢原子向低能级跃迁时最多产生3种谱线D .用波长为633 nm 的光照射,不能使氢原子从n =2跃迁到n =3的能级16.根据玻尔原子结构理论,氦离子(He +)的能级图如图所示,电子处在n =3轨道上比处在n =5轨道上离氦核的距离________(选填“近”或“远”).当大量He +处在n =4的激发态时,由于跃迁所发射的谱线有________条.17.用频率为ν0的光照射大量处于基态的氢原子,在所发射的光谱中仅能观测到频率分别为ν1、ν2、ν3的三条谱线,且ν3>ν2>ν1,则( )A .ν0<ν1B .ν3=ν2+ν1C .ν0=ν1+ν2+ν3 D.1ν1=1ν2+1ν318.已知氢原子的基态能量为E 1,激发态能量E n =E 1n 2,其中n =2,3,4,….用h 表示普朗克常量,c 表示真空中的光速,能使氢原子从第一激发态电离的光子的最大波长为( )A .-4hc 3E 1B .-2hc E 1C .-4hc E 1D .-9hcE 1。
氢原子跃迁问题例谈麻城二中 龚知栋 438307玻尔的氢原子模型是高中物理的重要模型之一。
以此知识点为背景的考题,往往具有较强的抽象性和综合性,一直都是学生学习的难点。
本文试图就其中涉及氢原子跃迁的几个常见问题一一举例说明。
问题一:一个原子和一群原子的不同例1 有一个处于量子数n =4的激发态中的氢原子,在它向低能态跃迁时,最多可能发出________种频率的光子;有一群处于量子数n =4的激发态中的氢原子,在它们发光的过程中,发出的光谱线共有________条。
问题二:分清跃迁与电离的区别例2 欲使处于基态的氢原子激发,下列措施可行的是 ( )A.用10.2 eV 的光子照射B.用11 eV 的光子照射C.用14 eV 的光子照射D.用10 eV 的光子照射解析:基态氢原子向激发态跃迁,只能吸收能量值刚好等于某激发态和基态能级之差的光子。
由氢原子能级关系不难算出,10.2 eV 刚好为氢原子n =1和n =2的两个能级之差,而10 eV 、11 eV 都不是氢原子基态和任一激发态的能量之差,因而氢原子只能吸收前者被激发,而不能吸收后二者。
对14 eV 的光子,其能量大于氢原子电离能13.6 eV ,足可使其电离,故而不受氢原子能级间跃迁条件限制。
由能的转化和守恒定律知道,氢原子吸收14 eV 的光子电离后产生的自由电子仍具有0.4 eV 的动能。
故正确选项为AC 。
归纳:依据玻尔理论,氢原子在各能级间跃迁时,只能吸收或辐射能量值刚好等于某两个能级之差的光子,即光子能量值为Em En h -=ν,多了或少了都不行。
如果光子(或实物粒子)与氢原子作用而使氢原子电离(绕核电子脱离原子的束缚而成为“自由电子”,即n =∞的状态)时,则不受跃迁条件限制,只要所吸收光子能量值(或从与实物粒子碰撞中获得能量)大于电离能即可。
问题三:注意直接跃迁和间接跃迁例3 处于基态的氢原子在某单色光照射下,只能发出频率分别为v 1、v 2、v 3的三种光,且v 1<v 2<v 3,则该照射光的光子能量为( )A .hv 1B .hv 2C .hv 3D .h (v 1+v 2+v 3)解析:如图2所示,处于基态的氢原子要发光,必须先吸收一定的能量 E (设νh E =)跃迁至某一激发态,而后再由该激发态或直接或间接跃迁回基态,发出几种频率的光子,但这些光子的频率不会大于v ,且必须有一个等于v ,而v 1<v 2<v 3,即v 3最大,那么照射光的频率必定为v 3,其能量为hv 3 ( hv 1+hv 2= hv 3 ) ,故本题正确选项为C 。
浅析原子跃迁中的五个问题作者:李炳生来源:《中学教学参考·理科版》2011年第05期原子跃迁是高考中一个常考的知识点,很多学生对原子能级的跃迁认识不清,把所有情况一概根而论,结果发生错误,下面就原子跃迁中的问题进行简单分析。
一、实现原子能级跃迁的条件1.光子作用使原子发生“跃迁”,根据量子的观点,光子的能量是一份一份的,每一份光子的能量是不可“分裂”的,当原子处在电磁场中时,原子和辐射场发生相互作用,只有当光子的能量-即等于两个能效的能量差时,原子才能吸收光子的全部能量而发生跃迁,光子的能量大于或小于这个能量差,都不能发生跃迁。
【例1】用能量为12.3eυ的光子去照射一群处于基态的原子,下列氢原子的说法中正确的是()。
A.原子能跃迁到n=2的轨道上B.原子能跃迁到n=3的轨道上C.原子能跃迁到n=4的轨道上D.原子不能跃迁解析:通过计算可知-;-12.09eυ;-。
所以,所有的能级差都不等于12.3eυ,故选D。
2.实物粒子使原子发生能级跃迁的条件实物粒子和原子碰撞的情况,由于实物粒子的功能可全部或部分地被原子吸收,所以只要粒子的动能大于或等于原子某两“定态”能量之差,也可使原子受激发而向较高能级跃迁。
二、注意一群原子和一个原子原子的数量会影响辐射光子的频率种类,如果是一群原子则从高能级向基态跃迁的过程中,辐射光子频率的种类种,如果是一个原子,则N=(n-1)种。
【例2】有一群处于量子数n=4激发态中的氢原子,向低能级跃迁时,可发射的频率条数为()。
A.3条B.4条C.5条D.6条解析:因为这是一群氢原子,故频率种类,选D。
三、注意跃迁的方式:间接跃迁和直接跃迁原子从一种能量状态跃迁到另一种能量状态时,有时可能是直接跃迁,有时可能是间接跃迁,两种情况下发出(或吸收)一种频率的光子;若是间接跃迁还要看原子的数量。
【例3】一个氢原子中的电子从一半径为的轨道自发地直接跃迁到另一半径为的轨道,>,则在此过程中()。
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高中物理氢原子能级跃迁问题的讨论
作者:何兆训
来源:《读与写·上旬刊》2018年第09期
中图分类号:G633.7 文献标识码:B 文章编号:1672-1578(2018)25-0140-01
氢原子从低能级跃迁至高能级有两种方式:一是用光子照射使原子跃迁;另一是用实物粒子轰击使原子跃迁。
这两种方式有何区别?许多学生搞不清楚,本文拟就光子、电子、原子等对基态氢原子作用后能否发生跃迁进行探讨。
根据光子说,光子是一份一份的,其能量也是一份一份的,每一个光子的能量为E=hv,是不能被分割的。
用光照射使原子跃迁的实质是通过共振达到的,入射光的频率要满足选择性原则:要共振就必须使光子的频率等于En-Emh,否则均不能发生共振,也就不能跃迁了。
但应注意:若电子得到一定的能量,彻底摆脱原子核的束缚而成为自由电子,这种情况称为电。
关于原子跃迁几个问题的剖析原子的能级跃迁及其光子的发射和吸收在近几年高考中经常考查,本文就原子跃迁时应注意几个问题作一一阐述例析,希望能帮助到同学们的学习。
一、跃迁与电离的区别根据玻尔理论,原子从低能级向高能级跃迁时,吸收一定能量的光子.只有当光子的能量hv满足hv= En- Em时,才能被某一个原子吸收而从底能级Em跃迁到高能级En;而当光子的能量hv大于或小于En- Em时都不能被原子吸收而跃迁。
当原子从高能级向低能级跃迁时,减小的能量以光子的向外辐射,所辐射光子的能量恰好等于发生跃迁的两能级间的能量差,即hv= En- Em。
欲想把处于某一定态的原子的电子电离出去,就需要给原子一定的能量.如使氢原子从n=l的基态上升到n=∞的状态,这个能量的大小至少为13.6ev,即处于基态的氢原子的电离能E=13.6ev。
当入射光的能量大于13.6ev时,光子一定被原子吸收而电离。
例1一个氢原子处于基态,用光子能量为15 ev的电磁波去照射该原子,问能否使氢原子电离?若能使之电离,则电子被电离后所具有的动能是多大?解析处于基态的氢原子的电离能E=13.6ev, 15 ev>13.6ev,氢原子能被电离;电离后电子具有动能为1.4eV。
二、一群氢原子和一个氢原子跃迁出现的情况氢原子核外只有一个电子,这个电子在某个时刻只能处在某一个可能的轨道上.氢原子的半径公式r n=n2r1(n=1,2,3…),其中r1为基态半径,r1=0.53×10-10m. 氢原子的能级公式En=E1/n2(n=1,2,3…), 其中E1基态能量,E1=13.6ev。
电子在r1的轨道上运动时,原子的能量为E1,如此往下类推。
当电子从某一轨道跃迁到另一个轨道时,原子的能量发生变化,即原子发生跃迁。
如当一个氢原子从n=3的状态跃迁到发n=1的状态时,可能发生从n=3→l的跃迁,也可能发生从n=3→2→1的跃迁,但只能处于其中的一种,故发出谱线最多的是从n=3→2→1的跃迁,即可能的光谱线数最多为n-1。
氢原子光谱能级跃迁公式嘿,咱今天就来好好聊聊氢原子光谱能级跃迁公式这回事儿。
说起氢原子光谱能级跃迁公式,那可是物理学中的一个重要宝贝。
在我们探索微观世界的奇妙旅程中,它就像一把神奇的钥匙,能帮助我们打开原子内部结构的神秘大门。
这公式呢,用数学的语言描绘了氢原子中电子在不同能级之间跳跃的规律。
就好像电子是个调皮的小精灵,在不同的能量台阶上蹦来蹦去。
还记得我上高中那会儿,有一次物理课,老师正在讲这个知识点。
当时外面阳光正好,透过窗户洒在课桌上。
我本来还有点迷糊,可当老师开始在黑板上写下那一串公式,一点点解释其中的奥秘时,我一下子就被吸引住了。
老师举了个例子,说假如氢原子中的电子从一个高能级掉到了低能级,就会释放出一定的能量,就像一个小孩从滑梯上滑下来,速度变了,能量也发生了变化。
这个公式啊,其实就是 E₂ - E₁ = hν 。
这里的 E₁和 E₂分别代表两个不同的能级能量,h 是普朗克常量,ν 则是光子的频率。
在实际应用中,它的作用可大了去了。
比如说在研究原子发光的现象时,通过测量发出光的频率,就能利用这个公式推算出电子在能级之间的跃迁情况。
这对于理解物质的发光原理、分析光谱数据等都至关重要。
再比如,在一些高科技领域,像激光技术、半导体材料研究等,氢原子光谱能级跃迁公式也是不可或缺的工具。
科学家们依靠它来设计和优化各种器件,推动科技不断向前发展。
而且,学习这个公式还能让我们更深刻地感受到自然界的规律和秩序。
就像宇宙中的星辰有其运行轨道一样,氢原子中的电子也遵循着特定的规律在能级间跃迁。
不过呢,要真正掌握这个公式也不是一件轻松的事儿。
得下功夫去理解每个符号的含义,多做几道练习题,才能熟练运用。
总之,氢原子光谱能级跃迁公式虽然看起来有点复杂,但只要我们用心去学,就能发现它背后隐藏的奇妙世界。
就像当初我在那堂物理课上被它吸引一样,相信大家也能在探索的过程中找到乐趣和惊喜!。
氢原子跃迁应注意的五个问题博野中学高三物理一轮复习学案 复习内容:必修3-5第十八章 《原子结构》考点:氢原子能级和能级跃迁 大纲I 类要求 本节是在上节课已经复习基础知识点后的习题训练课 本节重在对常考题型,易错题型归类总结分析。
一、“一群原子”与“一个原子”的区别 例1:一个处于n=4的激发态的氢原子,向低能级跃迁时,可能发射的谱线为:( )A.3条 B.4条 C.5条 D.6条若把“一个”当“一群”处理应选选 答案。
例2. 现有1200个氢原子被激发到量子数为4的能级上,若这些受激氢原子最后都回到基态,则在此过程中发出的光子总数是多少?假定处在量子数为n 的激发态的氢原子跃迁到各较低能级的原子数都是处在该激发态能级上的原子总数的( )A. 2200B. 2000C. 1200D. 2400总结:一个氢原子核外只有一个电子,一次跃迁中只能发射或吸收一个光子,所以仅发射或吸收某一特定频率的光谱,则一个处于量子数为n 的激发态的氢原子,若间接跃迁,最多可以发射的光谱条数为N=n-1条;而一群处于量子数为n 的激发态的氢原子,因向各个低能级跃迁的可能性均存在,故可发射Cn2条光谱。
二、“跃迁”与“电离”不同例3. 当用具有1.87eV 能量的光子照射n =3激发态的氢原子时,氢原子 A. 不会吸收这个光子B. 吸收该光子后被电离,电离后的动能为0.36eVC. 吸收该光子后被电离,电离后电子的动能为零D. 吸收该光子后不会被电离例4:氢原子的能级图如图所示,欲使一处于基态的氢原子释放出一个电子而变成氢离子,该氢原子需要吸收的能量至少是:( ) A.13.60eV B.10.20eV C.0.54eV D.27.20eV总结:根据玻尔理论,当原子从低能态向高能态跃迁时,必须吸收光子方能实现;相反,当原子从高能态向低能态跃迁时,必须辐射光子才能实现,不管是吸收还是辐射光子,其光子的能量必须满足,即两个能级的能量差。
氢原子跃迁问题例谈
龚知栋
( 湖北省麻城市第二中学 438307 )
玻尔的氢原子模型是高中物理的重要模型之一。
以此知识点为背景的考题,往往具有较强的抽象性和综合性,一直都是学生学习的难点。
本文试图就其中涉及氢原子跃迁的几个常见问题一一举例说明。
问题一:一个原子和一群原子的不同
例1 有一个处于量子数n =4的激发态中的氢原子,在它向低能态跃迁时,最多可能发出________种频率的光子;有一群处于量子数n =4的激
发态中的氢原子,在它们发光的过程中,发出的光谱线
共有________条。
解析:对于一个氢原子,它只能是多种可能的跃迁过程的一种,如图1所示,处于量子数n =4的氢原子可
以跃迁到三个较低能级,即有4→3,4→2,4→1这三种可能。
而4→3这种还可以继续跃迁到更低的能级,实现3→2然后2→1,则最多可能发出3种频率的光子。
对于一群氢原子,情况就不同了。
它们向低能级跃迁就应该包括4、3、2、1四个轨道中任意两个轨道的跃迁,由数学知识可知共有组合62
4 C 种,因为是一群(数量大),所以6种可能跃迁都一定有某些氢原子实现。
归纳:对于只有一个氢原子的,该氢原子可从n 能级直接跃迁到基态,则最少只产生一条谱线,若当氢原子从n 能级逐级往下跃迁时,则最多可产生n -1条谱线;一群氢原子处于n 能级时可能辐射的谱线条数则为。
问题二:分清跃迁与电离的区别
例2 欲使处于基态的氢原子激发,下列措施可行的是 ( )
A.用10.2 eV 的光子照射
B.用11 eV 的光子照射
C.用14 eV 的光子照射
D.用10 eV 的光子照射 解析:基态氢原子向激发态跃迁,只能吸收能量值刚好等于某激发态和基态能级之差的光子。
由氢原子能级关系不难算出,10.2 eV 刚好为氢原子n =1和n =2的两个能级之差,而10 eV 、11 eV 都不是氢原子基态和任一激发态的能量之差,因而氢原子只能吸收前者被激
发,而不能吸收后二者。
对14 eV 的光子,其能量大于氢原子电离能13.6 eV ,足可使其电离,故而不受氢原子能级间跃迁条件限制。
由能的转化和守恒定律知道,氢原子吸收14 eV 的光子电离后产生的自由电子仍具有0.4 eV 的动能。
故正确选项为AC 。
归纳:依据玻尔理论,氢原子在各能级间跃迁时,只能吸收或辐射能量值刚好等于某两个能级之差的光子,即光子能量值为Em En h -=ν,多了或少了都不行。
如果光子(或实物粒子)与氢原子作用而使氢原子电离(绕核电子脱离原子的束缚而成为“自由电子”,即n =∞的状态)时,则不受跃迁条件限制,只要所吸收光子能量值(或从与实物粒子碰撞中获得能量)大于电离能即可。
问题三:注意直接跃迁和间接跃迁
例3 处于基态的氢原子在某单色光照射下,只能发出频率分别为v 1、v 2、v 3的三种光,且v 1<v 2<v 3,则该照射光的光子能量为( )
A .hv 1
B .hv 2
C .hv 3
D .h (v 1+v 2+v 3)
解析:如图2所示,处于基态的氢原子要发光,必须先吸
收一定的能量 E (设νh E =)跃迁至某一激发态,而后再由该
激发态或直接或间接跃迁回基态,发出几种频率的光子,但这些
光子的频率不会大于v ,且必须有一个等于v ,而v 1<v 2<v 3,即v 3最大,那么照射光的频率必定为v 3,其能量为hv 3 ( hv 1+hv 2 = hv 3 ) ,故本题正确选项为C 。
归纳:氢原子从一种定态跃迁至另一定态时,有的是直接跃迁,有的是间接跃迁。
两种情况下辐射或吸收光子的频率可能不同。
问题四:氢原子获取能量的两种方式
例4 下列两种情况,试判断能否引起氢原子跃迁?
(1) 用能量为12.0eV 的光子去照射一群处于基态的氢原子;
(2)用能量为12.0eV 的电子去碰撞一群处于基态的氢原子。
解析:(1) 依据氢原子能级eV E 6.131-=,,,
,有eV eV E E 0.122.1012<=-,eV eV E E 0.1209.1213>=-,根据玻
尔理论,处于基态的氢原子不可能吸收能量为12.0eV 的光子,所以氢原子仍处于基态。
(2)用能量为12.0eV 的电子去碰撞,氢原子可以从电子那里获取eV 2.10的能量,跃迁至n =2的激发态。
剩余的1.8eV 能量作为动能被电子保留。
归纳:氢原子获取能量的方式有两种,一种是吸收光子能量,这种情况下只能吸收能量值刚好等于两能级之差的光子。
另一种是用电子(或其它实物粒子)去碰撞氢原子,因为入射电子的动能可全部或部分地被氢原子吸收,所以只要入射电子的动能大于或等于基态和某个激发态能量之差,就可使氢原子发生跃迁。
发于《湖北教育-高中生学习》2011年第4期。