高二物理人教版选修3-5全册各模块要点回眸第12点 氢原子跃迁的三个问题

高中物理选修3-5知识点框架高中物理选修3-5知识点框架原子的能级玻尔的原子模型⑴原子核式结构模型与经典电磁理论的矛盾(两方面)a.电子绕核作圆周运动是加速运动，按照经典理论，加速运动的电荷，要不断地向周围发射电磁波，电子的能量就要不断减少，最后电子要落到原子核上，这与原子通常是稳定的事实相矛盾。

b.电子绕核旋转时辐射电磁波的频率应等于电子绕核旋转的频率，随着旋转轨道的连续变小，电子辐射的电磁波的频率也应是连续变化，因此按照这种推理原子光谱应是连续光谱，这种原子光谱是线状光谱事实相矛盾。

⑵玻尔理论上述两个矛盾说明，经典电磁理论已不适用原子系统，玻尔从光谱学成就得到启发，利用普朗克的能量量了化的概念，提了三个假设：①定态假设：原子只能处于一系列不连续的能量状态中，在这些状态中原子是稳定的，电子虽然做加速运动，但并不向外在辐射能量，这些状态叫定态。

②跃迁假设：原子从一个定态(设能量为Em)跃迁到另一定态(设能量为En)时，它辐射成吸收一定频率的光子，光子的能量由这两个定态的能量差决定，即hv=Em-En③轨道量子化假设，原子的不同能量状态，跟电子不同的运行轨道相对应。

原子的能量不连续因而电子可能轨道的分布也是不连续的。

⑶玻尔的氢子模型：①氢原子的能级公式和轨道半径公式：玻尔在三条假设基础上，利用经典电磁理论和牛顿力学，计算出氢原子核外电子的各条可能轨道的半径，以及电子在各条轨道上运行时原子的能量，(包括电子的动能和原子的热能。

)②氢原子的能级图：氢原子的各个定态的能量值，叫氢原子的能级。

按能量的大小用图开像的表示出来即能级图。

其中n=1的定态称为基态。

n=2以上的定态，称为激发态。

能级(1)在波的原则理论中，原子只能处于一系列不连续的能量状态，因此各状态对应的能量也是不连续的，这些能量叫做能级①基态:在正常状态下，原子处于最低能级，这时电子在离核最近的轨道上运动，这种定态叫基态，这是电子的稳定状态(2)原子能级跃迁①从高能级向低能级跃迁时放出光子②从低能级向高能级跃迁时可能是吸收光子，也可能是由于碰撞(用加热的方法，使分子热运动加剧，分子间的相互碰撞可以传递能量).原子从低能级向高能级跃迁时只能吸收一定频率的光子。

学习参考资料学习氢原子跃迁应注意的五个不同氢原子的跃迁是“氢原子的能级结构”一节的重点内容、同学们学习应注意以下五个不同。

一.应注意一群原子和一个原子跃迁的不同一群氢原子就是处在 n 轨道上有若干个氢原子，某个氢原子向低能级跃迁时，可能从 n 能级直接跃迁到基态，产生一条谱线；另一个氢原子可能从 n 能级跃迁到某一激发态，产生另一条谱线，该氢原子再从这一激发态跃迁到基态， 再产生一条谱……由数学知识得到一群氢原子处于n 能级时可能辐射的谱线条数为C ：n(n 1)。

对于只有一个氢原子的，该氢原子可从 n 能级直接跃迁到2基态，故最少可产生一条谱线，不难推出当氢原子从n 能级逐级往下跃迁时，最多可产生 n - 1条 谱线。

例1.有一个处于量子数 n = 4的激发态的氢原子， 它向低能级跃迁时，最多可能发出几种频率 的光子？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，由能级跃迁规律可知：处于量子数 n = 4的氢原子跃迁到n = 3, n = 2, n = 1较低能级，所以最多的谱线只有 3条。

二.应注意跃迁与电离的不同根据玻尔理论，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 h E n E k ，即两个能级的能量差。

使基态原子中的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，叫做电离，所需要的能量叫电离能。

光子和原子作用而使原子发生电离时， 不再受“ h E n EJ'这个条件的限制。

这是因为原子一旦被电离，原子结构即被破坏，因而 不再遵守有关原子的结构理论。

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图1 例2.现有1200个氢原子被激发到量子数为 则在此过程中发出的光子总数是多少？假定处在量子数为 1 原子数都是处在该激发态能级上的原子总数的A. 2200B. 2000 4的能级上，若这些受激氢原子最后都回到基态， n 的激发态的氢原子跃迁到各较低能级的C.1200D.2400n = 4的氢原子跃迁到 n = 3, n = 2,解析：这是全国理综考题，由题中所给信息，处于量子数1 =1较低能级的原子数分别为 1200 400个，则辐射光子数为 400 3 1200个。

高中物理人教版选修3-5-知识点总结选修3-5知识梳理一．量子论的建立黑体和黑体辐射Ⅰ（一）量子论1.创立标志：1900年普朗克在德国的《物理年刊》上发表《论正常光谱能量分布定律》的论文，标志着量子论的诞生。

2.量子论的主要内容：①普朗克认为物质的辐射能量并不是无限可分的，其最小的、不可分的能量单元即“能量子”或称“量子”，也就是说组成能量的单元是量子。

②物质的辐射能量不是连续的，而是以量子的整数倍跳跃式变化的。

3.量子论的发展①1905年，爱因斯坦奖量子概念推广到光的传播中，提出了光量子论。

②1913年，英国物理学家玻尔把量子概念推广到原子内部的能量状态，提出了一种量子化的原子结构模型，丰富了量子论。

③到1925年左右，量子力学最终建立。

4.量子论的意义①与量子论等一起，引起物理学的一场重大革命，并促进了现代科学技术的突破性发展。

②量子论的革命性观念揭开了微观世界的奥秘，深刻改变了人们对整个物质世界的认识。

③量子论成功的揭示了诸多物质现象，如光量子论揭示了光电效应④量子概念是一个重要基石，现代物理学中的许多领域都是从量子概念基础上衍生出来的。

量子论的形成标志着人类对客观规律的认识，开始从宏观世界深入到微观世界；同时，在量子论的基础上发展起来的量子论学，极大地促进了原子物理、固体物理和原子核物理等科学的发展。

（二）黑体和黑体辐射1．热辐射现象任何物体在任何温度下都要发射各种波长的电磁波，并且其辐射能量的大小及辐射能量按波长的分布都与温度有关。

这种由于物质中的分子、原子受到热激发而发射电磁波的现象称为热辐射。

①.物体在任何温度下都会辐射能量。

②.物体既会辐射能量，也会吸收能量。

物体在某个频率范围内发射电磁波能力越大，则它吸收该频率范围内电磁波能力也越大。

辐射和吸收的能量恰相等时称为热平衡。

此时温度恒定不变。

实验表明：物体辐射能多少决定于物体的温度（T）、辐射的波长、时间的长短和发射的面积。

2.黑体物体具有向四周辐射能量的本领，又有吸收外界辐射来的能量的本领。

第12点氢原子跃迁的三个问题1．是一个氢原子跃迁还是一群氢原子跃迁？(1)一个氢原子跃迁时的解题方法①确定氢原子所处的能级，画出能级图，如图1所示．图1②根据跃迁的原理，分别画出处于激发态的氢原子向低能态跃迁时最多可能的跃迁示意图．③再根据跃迁能量公式hν＝E m－E n(m>n)分别计算出这几种频率的光子．(2)一群氢原子跃迁问题的计算①确定氢原子所处激发态的能级，画出跃迁示意图．②运用归纳法，根据数学公式N＝C2n＝n(n－1)2确定跃迁频率的种类．③根据跃迁能量公式hν＝E m－E n(m>n)分别计算出各种频率的光子．2．使原子能级跃迁的是光子还是实物粒子？原子若是吸收光子的能量而被激发，则光子的能量必须等于两能级的能量差，否则不被吸收．不存在激发到n＝2时能量有余，而激发到n＝3时能量不足，则可激发到n＝2的情况．原子还可吸收外来的实物粒子(例如自由电子)的能量而被激发，由于实物粒子的动能可全部或部分地被原子吸收，所以只要入射粒子的能量大于或等于两能级的能量差(ΔE＝E m－E n)，均可使原子发生能级跃迁．3．是跃迁还是电离？原子跃迁时，不管是吸收还是辐射光子，其光子的能量都必须等于这两个能级的能量差．若想把处于某一定态上的原子的电子电离出去，就需要给原子一定的能量．如基态氢原子电离，其电离能为13.6 eV，只要能量等于或大于13.6 eV的光子都能被基态氢原子吸收而电离，只不过入射光子的能量越大，原子电离后产生的电子具有的动能越大．对点例题(多选)氢原子的能级图如图2所示，欲使处于基态的氢原子跃迁，下列措施可行的是()图2A ．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 的电子碰撞解题指导 由玻尔理论的跃迁假设可知，氢原子在各能级间，只能吸收能量值刚好等于两能级能量差的光子．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的两能级能量差，而11 eV 则不是氢原子基态和任一激发态的能量差，因而氢原子能吸收前者被激发，而不能吸收后者．对于14 eV 的光子，其能量大于氢原子电离能，足可使氢原子电离，而不受氢原子能级间跃迁条件限制，由能量守恒定律不难知道，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．用电子去碰撞氢原子时，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，也可使氢原子激发，故正确选项为A 、C 、D.答案 ACD氢原子基态的能量为E 1＝－13.6 eV .大量氢原子处于某一激发态．由这些氢原子可能发出的所有的光子中，频率最大的光子能量为－0.96E 1，频率最小的光子的能量为________eV(保留2位有效数字)，这些光子可具有________种不同的频率．答案 0.31 10解析 频率最大的光子能量为－0.96E 1，即E n －E 1＝－0.96E 1，则E n ＝E 1－0.96E 1＝(－13.6 eV)－0.96×(－13.6 eV)≈－0.54 eV ，即n ＝5，这群氢原子从n ＝5能级开始跃迁，这些光子能发出的频率数N ＝5×(5－1)2＝10(种)．频率最小的光子是从n ＝5能级跃迁到n ＝4能级，其能量为E min ＝－0.54 eV －(－0.85 eV)＝0.31 eV .。

高中物理选修3-5知识点梳理一、动量动量守恒定律 1、动量：可以从两个侧面对动量进行定义或解释：①物体的质量跟其速度的乘积，叫做物体的动量。

②动量是物体机械运动的一种量度。

动量的表达式P = mv 。

单位是s m kg .动量是矢量，其方向就是瞬时速度的方向。

因为速度是相对的，所以动量也是相对的。

2、动量守恒定律：当系统不受外力作用或所受合外力为零，则系统的总动量守恒。

动量守恒定律根据实际情况有多种表达式，一般常用等号左右分别表示系统作用前后的总动量。

运用动量守恒定律要注意以下几个问题：①对于某些特定的问题, 例如碰撞、爆炸等，系统在一个非常短的时间，系统部各物体相互作用力，远比它们所受到外界作用力大，就可以把这些物体看作一个所受合外力为零的系统处理, 在这一短暂时间遵循动量守恒定律。

②计算动量时要涉及速度，这时一个物体系各物体的速度必须是相对于同一惯性参照系的，一般取地面为参照物。

③动量是矢量，因此“系统总动量”是指系统中所有物体动量的矢量和，而不是代数和。

④动量守恒定律也可以应用于分动量守恒的情况。

有时虽然系统所受合外力不等于零，但只要在某一方面上的合外力分量为零，那么在这个方向上系统总动量的分量是守恒的。

3、碰撞：两个物体相互作用时间极短，作用力又很大，其他作用相对很小，运动状态发生显著化的现象叫做碰撞。

⑴完全弹性碰撞：在弹性力的作用下，系统只发生机械能的转移，无机械能的损失，称完全弹性碰撞。

⑵非弹性碰撞：非弹性碰撞：在非弹性力的作用下，部分机械能转化为物体的能，机械能有了损失，称非弹性碰撞。

⑶完全非弹性碰撞：在完全非弹性力的作用下，机械能损失最大（转化为能等），称完全非弹性碰撞。

碰撞物体粘合在一起，具有相同的速度。

二、验证动量守恒定律（实验、探究）Ⅰ【实验目的】研究在弹性碰撞的过程中，相互作用的物体系统动量守恒．【实验原理】利用图2-1的装置验证碰撞中的动量守恒，让一个质量较大的球从斜槽上滚下来，跟放在斜槽末端上的另一个质量较小的球发生碰撞，两球均做平抛运动．由于下落高度相同，从而导致飞行时间相等，我们用它们平抛射程的大小代替其速度．小球的质量可以测出，速度也可间接地知道，如满足动量守恒式m 1v 1=m 1v 1＇+m 2v 2＇，则可验证动量守恒定律． 【实验器材】两个小球（大小相等，质量不等）；斜槽；重锤线；白纸；复写纸；天平；刻度尺；圆规． 【实验步骤】1.用天平分别称出两个小球的质量m 1和m 2；2.按图2-1安装好斜槽，注意使其末端切线水平，并在地面适当的位置放上白纸和复写纸，并在白纸上记下重锤线所指的位置O 点. 3.首先在不放被碰小球的前提下，让入射小球从斜槽上同一位置从静止滚下，图2-1图2-2P重复数次，便可在复写纸上打出多个点，用圆规作出尽可能小的圆，将这些点包括在圆，则圆心就是不发生碰撞时入射小球的平均位置P点如图2-2。

高二(3233)班选修3-5总结一,动量定理的理解与应用1.容易混淆的几个物理量的区别(1)动量与冲量的区别：即等效代换为变力的冲量I。

(2)应用Δp＝F·t求恒力作用下的曲线运动中物体动量的变化。

曲线运动中物体速度方向时刻在改变，求动量变化Δp＝p′－p需要应用矢量运算方法，比较复杂。

如果作用力是恒力，可以求恒力的冲量，等效代换动量的变化。

(3)用动量定理解释现象。

用动量定理解释的现象一般可分为两类：一类是物体的动量变化一定，分析力与作用时间的关系；另一类是作用力一定，分析力作用时间与动量变化间的关系。

分析问题时，要把哪个量一定、哪个量变化搞清楚。

(4)处理连续流体问题(变质量问题)。

通常选取流体为研究对象，对流体应用动量定理列式求解。

3．应用动量定理解题的步骤(1)选取研究对象。

(2)确定所研究的物理过程及其始、末状态。

(3)分析研究对象在所研究的物理过程中的受力情况。

(4)规定正方向，根据动量定理列方程式。

(5)解方程，统一单位，求解结果。

4．动量守恒定律与机械能守恒定律的比较①一般材料的物体，辐射的电磁波除与温度有关外，还与材料的种类及表面状况有关． ②黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的温度有关． a ．随着温度的升高，各种波长的辐射强度都增加．b ．随着温度的升高，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动．4．★★★普朗克能量子：带电微粒辐射或者吸收能量时，只能辐射或吸收某个最小能量值的整数倍．即能量的辐射或者吸收只能是一份一份的．这个不可再分的最小能量值ε叫做能量子．能量子的大小：ε＝hν，其中ν是电磁波的频率，h 称为普朗克常量．爱因斯坦光子说：空间传播的光本身就是一份一份的，每一份能量子叫做一个光子．光子的能量为ε＝hν。

二、光电效应规律(1)每种金属都有一个极限频率．(2)光电流的强度与入射光的强度成正比．(3)光照射到金属表面时，光电子的发射几乎是瞬时的．(4)光子的最大初动能与入射光的强度无关，随入射光的频率增大而增大． 理解：（1）光照强度（单色光）光子数光电子数饱和光电流 （2）光子频率ν光子能量ε＝hν爱因斯坦光电效应方程（密立根验证）E k ＝hν－W 0遏制电压U c e=E k三、光的波粒二象性与物质波光电效应是指物体在光的照射下发射出电子的现象，发射出的电子称为光电子。

人教版高中物理选修3-5知识点总结是指当光照射到金属表面时，金属中的电子被激发而飞出金属表面的现象。

2、光电效应的实验结果①当光的频率小于一定值时，无论光的强度多大，都无法使金属发生光电效应，这个频率称为截止频率。

②当光的频率大于截止频率时，光电效应才会发生。

此时，光电子的最大动能只与光子的频率有关，而与光的强度无关。

3、光子说光子说是基于量子论的，它认为光是由一些能量量子组成的，这些能量量子就是光子。

光子的能量与光的频率成正比，而与光的强度无关。

4、光电效应方程光电效应方程描述了光电效应中光子的能量和光电子的最大动能之间的关系。

它可以表示为：Kmax=hv-φ其中，Kmax表示光电子的最大动能，h为普朗克常数，v为光的频率，φ为金属的逸出功。

光电效应是指在光的照射下，物体会发射出电子的现象。

这个现象发生的前提是入射光的频率必须大于金属的极限频率。

随着入射光频率的增大，光电子的最大初动能也会增大。

同时，大于极限频率的光照射金属时，光电流强度与入射光强度成正比。

需要注意的是，金属受到光照后，光电子的发射一般不超过10^-9秒。

波动说认为光的能量与光的频率无关，而是由光波的振幅决定的。

因此，波动说对解释光电效应的①②④三个实验规律都遇到了困难。

量子论是指电磁波的发射和吸收是不连续的，而是一份一份的。

每一份电磁波的能量可以表示为E=hv，其中h为普郎克恒量。

光子论是指空间传播的光也是不连续的，而是一份一份的。

每一份光子具有的能量与光的频率成正比，可以表示为E=hv。

光子论解释了光电效应的原理。

当金属中的自由电子获得光子后，其动能会增大。

当其功能大于脱出功时，电子即可脱离金属表面。

入射光的频率越大，光子能量越大，电子获得的能量也会越大，飞出时最大初功能也会越大。

康普顿效应是指光子和电子作弹性碰撞的结果。

当光子和外层电子相碰撞时，光子的能量会传递给电子，散射光的波长会变大。

当光子和束缚很紧的内层电子相碰撞时，光子将与整个原子交换能量，波长不变。

高中物理选修3-5重点知识归纳高中物理与初中差不多，但高中的知识量比初中的大很多，难度也比较大。

你知道选修3-5的物理课本有哪些重要的知识吗?下面是百分网小编为大家整理的高中物理选修3-5知识总结，希望对大家有用!原子的能级1、卢瑟福的原子核式结构学说跟经典的电磁理论发生矛盾(矛盾为：a、原子是不稳定的;b、原子光谱是连续谱),1913年玻尔(丹麦)在其基础上,把普朗克的量子理论运用到原子系统上,提出玻尔理论.2、玻尔理论的假设：(1)原子只能处于一系列不连续的能量状态中,在这些状态中原子是稳定的,电子虽然绕核运动,但并不向外辐*能量,这些状态叫做定态.*原子的各个定态的能量值,叫做它的能级.原子处于最低能级时电子在离核最近的轨道上运动,这种定态叫做基态;原子处于较高能级时电子在离核较远的轨道上运动的这些定态叫做激发态.(2)原子从一种定态(设能量为en)跃迁到另一种定态(设能量为em)时,它辐*(或吸收)一定频率的光子,光子的能量由这两种定态的能量差决定,即h=en-em,(能级图见3-5第64页)(3)原子的不同能量状态跟电子沿不同的圆形轨道绕核运动相对应.原子的定态是不连续的,因此电子的可能轨道的分布也是不连续的.3、玻尔计算公式：rn=n2r1,en=e1/n2(n=1,2,3⋯⋯)r1=0.53⨯10-10m,e1=-13.6ev,分别代表第一条(即离核最近的)可能轨道的半径和电子在这条轨道上运动时的能量.(选定离核无限远处的电势能为零,电子从离核无限远处移到任一轨道上,都是电场力做正功,电势能减少,所以在任一轨道上,电子的电势能都是负值,而且离核越近,电势能越小.)4、从高能级向低能级跃迁时放出光子;从低能级向高能级跃迁时可能是吸收光子,也可能是由于碰撞(用加热的方法,使分子热运动加剧,分子间的相互碰撞可以传递能量).原子从低能级向高能级跃迁时只能吸收一定频率的光子;而从某一能级到被电离可以吸收能量大于或等于电离能的任何频率的光子.5、一群*原子处于量子数为n的激发态时,可能辐*出的光谱线条数为n=.6、玻尔模型的成功之处在于它引入了量子概念(提出了能级和跃迁的概念,能解释气体导电时发光的机理、*原子的线状谱),局限之处在于它过多地保留了经典理论(经典粒子、轨道等),无法解释复杂原子的光谱.7、现代量子理论认为电子的轨道只能用电子云来描述.8、光谱测量发现原子光谱是线状谱和夫兰克—赫兹实验*实了原子能量的量子化(即原子中分立能级的存在)一、原子核的衰变半衰期1、原子核由于放出某种粒子而转变为新核的变化叫做原子核的衰变.在衰变中电荷数和质量数都是守恒的(注意：质量并不守恒.).γ*线是伴随α*线或β*线产生的,没有单独的γ衰变(γ衰变：原子核处于较高能级,辐*光子后跃迁到低能级.).α衰变举例;β衰变举例.2、半衰期：放**元素的原子核有半数发生衰变需要的时间.放**元素衰变的快慢是由核内部本身的因素决定,与原子所处的物理状态或化学状态无关,它是对大量原子的统计规律.n=,m=.二、、放**的应用与防护放**同位素1、放**同位素的应用：a、利用它的*线(贯穿本领、电离作用、物理和化学效应);b、做示踪原子.2、放**同位素的防护：过量的*线对人体组织有破坏作用,这些破坏往往是对细胞核的破坏,因此,在使用放**同位素时,必须注意人身安全,同时要放**物质对空气、水源等的破坏.三、*原子的光谱1、光谱的种类：(1)发*光谱：物质发光直接产生的光谱.炽热的固体、液体及高温高压气体发光产生连续光谱;稀薄气体发光产生线状谱,不同元素的线状谱线不同,又称特征谱线.(2)吸收光谱：连续谱线中某些频率的光被稀薄气体吸收后产生的光谱,元素能发*出何种频率的光,就相应能吸收何种频率的光,因此吸收光谱也可作元素的特征谱线.2、*原子的光谱是线状的(这些亮线称为原子的特征谱线),即辐*波长是分立的.3、基尔霍夫开创了光谱分析的方法：利用元素的特征谱线(线状谱或吸收光谱)鉴别物质的分析方法.牛顿定律1.牛顿第一定律(惯*定律)：一切物体总保持匀速直线运动状态或静止状态，直到有外力迫使它改变这种做状态为止。