原子核跃迁

原子的跃迁问题摘要：普通高中课程标准实验教科书中对原子的跃迁叙述较少，使学生在学习原子的跃迁问题时比较困难；因此总结有关原子跃迁的知识很有必要。

原子跃迁主要的知识有跃迁假设；跃迁方式；电离以及跃迁过程能量的变化关键词：高中物理原子跃迁一、跃迁假设:指原子从一种定态跃迁到另一种定态时，要辐射（或吸收）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hν=Em-En。

二、跃迁方式1、自发辐射：指原子处于激发态是不稳定的会自发地向低能级跃迁，一直跃迁到基态的过程。

结论①一个氢原子处于量子数n的激发态时，可辐射的光谱条数最多为(n-1)种;②一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最多为n?(n-1)/2种2、受激跃迁：指原子处于基态或低能级，因吸收能量向高能级跃迁的过程。

激发方式有:①用光照射:由于光子是一份一份,每个光子的能量hν是不可分的，故要求光子的能量必须等于两个定态的能量差值,才能被原子吸收。

能量不等于两定态能量差值的光子不能被原子吸收(原子电离除外)。

即光子要么全部吸收,要么不吸收②用实物粒子碰撞(如电子):由于电子的动能是可分的，故只要电子的动能大于或等于两个定态的能量差值，就可以使原子跃迁；原子从电子上吸收等于两个定态能量差值的能量，剩余能量作为入射电子的动能。

三、原子的电离一一种特殊的跃迁电离指原子中的电子脱离原子核束缚成为自由电子的过程；即电子从某一定态的轨道跃迁到无穷远处的过程。

处于能级为En的原子恰好电离时，需要吸收的能量为-En；当入射光子能量大于-En时，原子电离吸收能量为-En,剩余能量作为自由电子的动能。

四、跃迁过程能量的变化1.电子的动能:原子中原子核带电荷量为+Ze，核外电子带的电荷量为-e，电子在库仑力作用下绕核做匀速圆周运动有KZe2/r2=mⅴ2/r,故电子的动能EK=mv2/2=KZe2/2r2.原子的电势能:在原子中由于原子核与核外电子库仑引力作用而使原子具有电势能，当电子绕核运动的轨道半径减少时库仑引力的正功,原子的电势能减少，反之当电子绕核运动的轨道半径增大时，库仑引力的负功，原子的电势能增大，取无穷远处电势能为0，则原子的电势能Ep=-kZe2/r3.原子的能量:原子的能量E由核外电子的动能和原子的电势能构成，即E=EK+Ep=-KZe2/2r4.当电子绕核运动轨道半径增大时，电子的动能减少，原子的电势能增大，原子的能量增大；当电子绕核运动轨道半径减少时，电子的动能增大，原子的电势能减少，原子的能量减少例1、氢原子能级图如图,光子能量在1.63ev--3.10ev的光为可见光.要使处于基态的氢原子激发后可辐射出可见光光子,最少应给氢原子提供的能量为（） A.12.09ev B.10.20ev C.1.89ev D.1.51ev解:因为可见光光子的能量范围是1.63ev--3.10ev,所以氢原子至少激发到n=3能级,最少应给氢原子提供的能量为E=(-1.51+13.60)ev=12.09ev,选项A正确.答案A例2、氢原子能级图如图,大量氢原子从n=4能级向n=2能级跃迁辐射出可见光,则( )A.从n=4的能级向n=3的能级跃迁时辐射出紫外线B.n=1能级的氢原子吸收13ev的光子后可辐射出6种频率的光子C.n=2能级的氢原子不能吸收13ev的光子D.n=1能级的氢原子与动能为13ev的电子碰撞后可辐射出6种频率的光子E.氢原子从n=4能级向n=2能级跃迁时,电子的动能增加,原子的电势能减少,原子的能量减少解:从n=4的能级向n=3的能级跃迁时辐射出光子的频率小于从n=4的能级向n=2的能级跃迁时辐射出光子的频率,而紫外线的频率大于可见光的，故A错误；13ev不等于两定态的能量差,故n=1能级的氢原子不吸收该光子，B错误；13ev的光子可以使n=2能级的氢原子电离，故可吸收C错误；动能13ev的电子可以给n=1能级的氢原子12.75ev的能量使其跃迁到n=4的能级,再自发辐射出6种频率的光子D正确；由跃迁过程能量的变化规律可知E正确.答案DE例3、用大量具有一定能量的电子轰击大量处于基态的氢原子,观测到一定数目的光谱线,如图调高电子的能量再次进行观测,发现光谱线的数目比原来增加5条.用?n表示两次观测中最高激发态的量子数n之差；E表示调高后电子的能量,根据氢原子能级图判断,?n和E的可能值为( )A.?n=1,13.22ev＜E＜13.32evB.?n=2,13.22ev＜E＜13.32evC.?n=1,12.75ev＜E＜13.06evD.?n=2,12.75ev＜E＜13.06ev解：基态的氢原子吸收电子的能量后先跃迁到某一激发态再自发辐射出光子，第二次观测,发现光谱线的数目比第一次增加5条，可能的情况有①n1=2,n2=4；②n1=5,n2=6；当n1=2,n2=4时，?n=2,(-0.85+13.6)ev＜E＜(-0.54+13.6)ev,即12.75ev＜E＜13.06ev,D正确；当n1=5,n2=6时，?n=1,(-0.38+13.6)ev＜E＜(-0.28+13.6)ev,即13.22ev＜E＜13.32ev,A正确.答案AD例4、能量为E的光子照射基态氢原子，刚好能使该原子中的电子成为自由电子，这一能量称为氢的电离能。

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。

原子光谱的产生是原子核外电子发生能级跃迁的结果，包括原子发射光谱和原子吸收光谱以及X射线荧光、原子荧光等，原子光谱是线状光谱。

原子核外价电子发射光子形成的光谱称为原子发射光谱，吸收光子能量形成的光谱称为原子吸收光谱。

在一定条件下，一种原子的电子可能在多种能级间跃迁，能辐射出不同特征频率的光。

利用分光仪将原子发射的特征性光按频率分成若干条线状光谱，这就是原子发射光谱。

由于不同原子的核外电子能级结构不同，所发射的光谱频率也不同。

测定时，根据某元素原子的特征频率(或波长)的发射光谱线出现与否，对试样中该原子是否存在进行定性分析。

试样中该原子的数目越多，则发射的特征光谱线也越强，将它与已知含量标样的谱线强度进行比较，即可对试样中该种原子的含量进行定量分析。

元素由基态到第一激发态的跃迁最易发生，需要的能量最低，产生的谱线也最强，该谱线称为共振线，也称为该元素的特征谱线。

原子结构较分子结构简单，理论上应产生线状光谱吸收线。

实际上用特征吸收频率辐射光照射时，获得一峰形吸收(具有一定宽度)。

分为自然宽度、多普勒展宽、压力展宽（洛伦兹展宽和赫尔兹马克展宽）。

原子吸收的测量分为积分吸收和峰值吸收。

所谓积分吸收就是吸收线所包括的总面积，它代表真正的吸收程度。

锐线光源是空心阴极灯中特定元素的激发态，在一定条件下发出的半宽度只有吸收线五分之一的辐射光，当两者的中心频率或中心波长恰好相重合时，发射线的轮廓就相当于吸收线中心的峰值频率吸收，吸收程度很大，故可以进行峰值吸收测量。

原子吸收光谱仪由光源、原子化、分光及检测系统组成。

光源必须具备：①稳定性好；②发射强度高；③使用寿命长；④能发射待测元素的共振线，半宽度要小于吸收谱线；⑤背景辐射值小。

应用最广泛的是空心阴极灯，是一种阴极成空心圆柱形的气体放电管，阴极和阳极密封于玻璃管中，管内充有低压惰性气体。

将试样中的待测元素转变成气态的能吸收特征辐射的基态原子的过程，称为原子化。

该装置称为原子化器或原子化系统。

原子跃迁和原子核跃迁的区别
原子跃迁和原子核跃迁的本质和影响有所不同。

原子跃迁的本质是电子的能级变化，其本质上是组成物质的粒子（原子、离子或分子）中电子的一种能量变化。

当组成物质的粒子受到外界能量的激发，会自发的回到低能级态，从而发射光子。

与电子跃迁不同的是，核的跃迁能量极高，一般都处于γ波段。

而原子核跃迁主要靠释放γ射线，一般都是放射性元素在经过α、β衰变之后到达子核的高能态，然后靠释放γ射线来退激发，其能量一般在MeV量级。

当然，原子核退激发的途径不只是γ衰变放出γ射线，还可以通过直接把多余能量传递给核外电子。

总的来说，原子跃迁和原子核跃迁虽然都涉及能量变化，但它们的本质和影响是不同的。

更多有关这两种跃迁的信息可以咨询化学领域专业人士或查阅相关文献资料。

原子能级跃迁问题的探讨常杰摘要本文章主要通过文献分析的方法，对原子能级跃迁问题知识进行了分析与讨论,分别从物理概念、物理定律和物理计算等方面对原子能级跃迁问题进行了讨论分析，从而更好的促进相关教学。

关键词大学物理中学物理原子能级能级跃迁原子能级跃迁氢原子能级一、引言1、问题的提出原子能级跃迁是物理学的重要内容。

无论是在中学物理学习中还是在大学物理学习中原子能级跃迁都有着重要的地位。

原子能级跃迁是物理知识的重要组成部分，无论是必修还选修教材中都是教学中的重点。

而且对学生知识考核中原子能级跃迁也是必考内容，在物理考试中有着重要的地位。

同样原子能级跃迁还是大学物理的必修内容，是大学生必备的物理知识之一，也是大学生进一步深造重要阶梯。

总结出大学物理中原子能级跃迁对中学物理原子能级跃迁的提高，不仅有利于大学生对大学物理原子能级跃迁知识有一个整体把握，而且更有利于教师对中学物理原子能级跃迁教学有更好的把握，更好的指导物理教学，对中学物理原子能级跃迁部分教学的提高有深刻的指导意义。

2、研究现状及分析关于原子能级跃迁问题已有过相关研究，但是，主要注重如何完成知识的衔接，让学生能够完成知识上的过渡，进入下一阶段的学习过程，没有系统总结分析其中物理内容上的拓展与提高，因此有必要对其进行分析，完成对原子能级知识上的全面的总结。

二、光子使原子能级跃迁的条件玻尔的原子模型是以三条基本假设为墓础,其中频率假设认为,原子从一个定态 (设能量数值为E n1)跃迁到另一定态 (设能量数值为E n2)时,它辐射或吸收一定频率的光子,辐射或吸收光子的能量数值不是任意的,而是由这两个定态的能级之差决定.即光子的频率v满足hv=E n1-E n2值得指出:光子是一份一份的,光子的能量hv也是一份一份的.每一份光子能量都是不“分割”的,原子所吸收的光子频率只有满足hv=E n1-E n2时,才能使原子吸收光子从基态或较低能级的激发态跃迁到较高能级的激发态,这就是说,要用光子使原子受激发而发生跃迁,就必须使光子具有的能量hv等于发生跃迁的两个能级的能量差值;光子的能最大于或小于这个能量差值均不能使原子跃迁.三、电子是原子能级跃迁的条件夫克兰一赫兹实验结果指出:当电子速度增大到一定数值时,与原子的碰撞是非弹性的.电子把一部分能量传递给原子,使原子发生能级跃迁.当然,原子从电子所具有的能量中获取能量不是任意的,所能获取的能量值就等于发生跃迁的原子两个能级的能盆之差值.从力学角度分析,粒子间(如电子与原子、原子与原子等)的碰撞是要满足力学上的能量守恒和动量守恒原理的.因此二粒子间的碰撞一般不能把它们的全部动能转变为内部能量的,碰后仍会保留一部分动能以满足动盘守恒关系.但当电子与静止的原子碰撞时,由于电子质量很小,有可能差不多使电子的全部动能转变为原子的内能.所以从动能的利用来考虑,用电子碰撞来激发原子比用原子或分子来碰撞更有利.需要指出:电子与光子不同,光子的能量是一份一份的,而电子的能量不是一份一份的.只要人射电子的能量大于或等于原子两个能级的能量之差值（即E=E n1-E n2)均可使原子发生能级跃迁。

光电效应 原子的跃迁1.光电效应的实质光子照射到金属表面，某个电子吸收光子的能量后动能变大，当电子的动能增大到足以克服原子核的引力时，便飞出金属表面成为光电子．光电效应现象中，每个电子只能吸收一个光子的能量．2．对光电效应规律的解释(1)光照射金属时，电子吸收一个光子(形成光电子)的能量后，动能立即增大，不需要积累能量的过程．(2)电子从金属表面逸出，首先需克服金属表面原子核的引力做功(逸出功W 0)．要使照射光子的能量不小于W 0，对应频率νc ＝W 0h为极限频率． (3)光电子的最大初动能只随照射光频率的增大而增大．(4)照射光越强，单位时间内照射到金属表面的光子数越多，产生的光电子越多，射出的光电子做定向移动时形成的光电流越大．3．概念辨析4．用图像表示光电效应方程(1)最大初动能E k 与入射光频率ν的关系图线如图12-30-1所示．(2)由图线可以得到的物理量：①极限频率：图线与ν轴交点的横坐标νc .②逸出功：图线与E k 轴交点的纵坐标的绝对值W 0＝|－E|＝E.③普朗克常量：图线的斜率k ＝h.1.对光的波粒二象性的理解光既有波动性，又有粒子性，两者不是孤立的，而是有机的统一体，其表现规律为：(1)从数量上看：个别光子的作用效果往往表现为粒子性；大量光子的作用效果往往表现为波动性．(2)从频率上看：频率越低波动性越显著，越容易看到光的干涉和衍射现象；频率越高粒子性越显著，越不容易看到光的干涉和衍射现象，贯穿本领越强．2．概率波与物质波(1)概率波：光的干涉现象是大量光子的运动遵守波动规律的表现，亮条纹是光子到达概率大的地方，暗条纹是光子到达概率小的地方，因此光波是一种概率波．(2)物质波：任何一个运动着的物体，小到微观粒子，大到宏观物体，都有一种波与它对应，其波长λ＝h p，p 为运动物体的动量，h 为普朗克常量． 2．氢原子跃迁条件原子跃迁条件hν＝E m －E n 只适用于光子和原子作用而使原子在各定态之间跃迁的情况．对于光子和原子作用而使氢原子电离时，只要入射光的能量E ≥13.6 eV ，氢原子就能吸收光子的能量，对于实物粒子与原子作用使氢原子激发时，实物粒子的能量大于或等于能级差即可．3．光谱线条数(1)一群氢原子跃迁发出可能的光谱线条数为N ＝C 2n ＝n （n －1）2. (2)一个氢原子跃迁发出可能的光谱线条数最多为(n －1)．1896年法国物理学家贝可勒尔用铀盐样品进行实验时发现了天然放射性1897年英国物理学家汤姆孙从阴极射线的研究中证实了电子的存在．1898年居里夫妇证明含有铀元素的化合物都具有放射性，并由此发现了“镭”1911年卢瑟福公开α粒子散射实验结论，建立原子核式结构模型．1919年卢瑟福首次实现人工核反应，用α粒子轰击氮核结果打出了质子．1932年英国物理学家查德威克从α粒子轰击铍的核反应过程中发现了“中子”．2.关于核反应的三点说明(1)核反应过程一般都是不可逆的，所以核反应方程只能用单向箭头表示反应方向，不能用等号连接．(3)核反应遵循电荷数守恒和质量数守恒(而不是质量守恒)，核反应过程中反应前后的总质量一般会发生变化(质量亏损)且释放出核能．说明：γ射线是伴随着α衰变或β衰变产生的，γ射线不改变原子核的电荷数和质量数，其实质是放射性原子核在发生α衰变或β衰变时，产生的某些新核由于具有过多的能量(核处于激发态)而辐射出光子．1.对质能方程的理解(1)质能方程E＝mc2给出了物体的能量和质量之间的关系，质量为m的物体具有的总能量为mc2，质量和能量不能互相转化．(2)“质量与能量间存在着简单的正比关系”，即物体的质量(这里指动质量)越大，能量越多，反之物体的质量越小，能量也越少；当物体放出能量时，满足ΔE＝Δmc2.2．求核能的三种方法：(1)根据ΔE＝Δmc2计算．若Δm的单位是kg，计算时，c的单位是m/s，ΔE的单位是J；若Δm的单位是原子质量单位u，利用1 u相当于931.5 MeV，用ΔE＝Δm×931.5 MeV进行计算，ΔE的单位是MeV，1 MeV＝1.6×10－13 J.(2)根据比结合能计算．原子核的结合能＝比结合能×核子数．[温馨提示] 利用质能方程计算核能时，不能用质量数代替质量进行计算．核反应中的动量守恒问题1.核反应过程遵循能量守恒定律：在无光子辐射的情况下，核反应中释放的核能将转化为生成的新核和新粒子的动能；有光子辐射的情况下，核反应中释放的核能将转化为生成的新核和新粒子的动能及光子的能量．一般认为核反应放出的能量与反应前原子核的动能之和等于反应后原子核的总动能．2．核反应过程遵循动量守恒定律：即反应前原子核的总动量等于反应后原子核的总动量．3．解决核反应与动量及能量守恒定律综合的问题时，首先应用质能方程求出核反应释放出的核能，其次根据动量守恒定律和能量守恒定律列出相应的方程，最后联立求解．。

高中物理能级跃迁知识点
高中物理能级跃迁知识点如下：
1、在轨道上运动的电子带有电荷，运动中要辐射电磁波。

2、电子损失能量，它的轨道半径会变小，最终落到原子核上。

3、轨道量子化：电子绕核运动的轨道半径只能是某些分立的数值。

对应的氢原子的轨道半径为：rn=n2r1(n=1,2,3,…………)，r1=0.53×10-10m。

4、原子处于基态时最稳定，处于较高能级时会自发地向低能级跃迁，经过一次或几次跃迁到达基态，跃迁时以光子的形式放出能量。

5、原子的能量包括电子的动能和电势能（电势能为电子和原子共有）即：原子的能量En=EKn+EPn.轨道越低，电子的动能越大，但势能更小，原子的能量变小。

能级跃迁
能级跃迁首先由波尔提出，但是波尔将宏观规律用到其中，所以除了氢原子的能级跃迁之外，在对其他复杂的原子的跃迁规律的探究中，波尔遇到了很大的困难。

能级跃迁这一理论是说在组成物质的原子中，有不同数量的粒子（电子）分布在不同的能级上，在高能级上的粒子受到某种光子的激发，会从高能级跳到（跃迁）到低能级上，这时将会辐射出与激发它的光相同性质的光。

原子核的衰变和裂变原子核是物质的基本组成部分，它具有稳定和不稳定两种状态。

稳定的原子核能够持续存在，而不稳定的原子核则会经历衰变和裂变的过程。

本文将详细探讨原子核衰变和裂变的原理、过程以及与核能产生的关系。

一、原子核衰变原子核衰变是指不稳定的原子核自发地转变为其他原子核的过程。

这种转变是由于原子核中的粒子重新组合，通过释放或吸收粒子和能量来达到更稳定的能级。

原子核衰变的方式有多种，包括α衰变、β衰变和γ衰变。

1. α衰变α衰变是指不稳定原子核放射出一个α粒子而变成另一个原子核的过程。

α粒子由两个质子和两个中子组成，具有正电荷。

α衰变常见于具有较大质量数的原子核，如铀系列元素。

在α衰变中，原子核的质量数减少4，原子序数减少2，同时释放出大量能量。

2. β衰变β衰变是指不稳定原子核在放射β粒子的同时发生变化。

β粒子可以是电子（β^-衰变）或正电子（β^+衰变）。

在β^-衰变中，一个中子分解为一个质子、一个电子和一个反中微子；而在β^+衰变中，一个质子转变为一个中子、一个正电子和一个中微子。

β衰变会导致原子核的质量数不变，但原子序数发生改变。

3. γ衰变γ衰变是指原子核从高能级跃迁到低能级时释放出γ射线的过程。

γ射线是高能电磁辐射，对物质具有穿透力。

γ衰变经常与α或β衰变同时发生，通过释放γ射线来平衡能量。

γ射线能够触发其他原子核的衰变，从而引发连锁反应。

二、原子核裂变原子核裂变是指通过撞击或吸收中子，不稳定的原子核分裂为两个或更多的碎片的过程。

裂变通常发生在重原子核，如铀和钚。

裂变过程中会释放出大量中子和能量，这些中子可以继续引发其他原子核的裂变，形成连锁反应。

原子核裂变的典型例子是铀的裂变。

当铀吸收中子后，会形成铀-236，这个核素非常不稳定，会分裂成若干个碎片，并释放出中子和能量。

裂变过程中的能量释放可以通过控制反应堆中的反应物质和中子流，从而实现核能的控制利用。

三、核能产生原子核衰变和裂变都能产生核能。