高中物理氫原子躍遷問題分析

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上氫原子躍遷問題例談玻爾的氫原子模型是高中物理的重要模型之一。以此知識點(diǎn)為背景的考題，往往具有較強(qiáng)的抽象性和綜合性，一直都是學(xué)生學(xué)習(xí)的難點(diǎn)。本文試圖就其中涉及氫原子躍遷的幾個常見問題一一舉例說明。問題一：一個原子和一群原子的不同例1 有一個處于量子數(shù)n=4的激發(fā)態(tài)中的氫原子，在它向低能態(tài)躍遷時，最多可能發(fā)出_種頻率的光子；有一群處于量子數(shù)n=4的激發(fā)態(tài)中的氫原子，在它們發(fā)光的過程中，發(fā)出的光譜線共有_條。解析：對于一個氫原子，它只能是多種可能的躍遷過程的一種，如圖1所示，處于量子數(shù)n4的氫原子可以躍遷到三個較低能級，即有43，42，41這三種可能。而43這種還可以繼續(xù)躍

2、遷到更低的能級，實(shí)現(xiàn)32然后21，則最多可能發(fā)出3種頻率的光子。對于一群氫原子，情況就不同了。它們向低能級躍遷就應(yīng)該包括4、3、2、1四個軌道中任意兩個軌道的躍遷，由數(shù)學(xué)知識可知共有組合種，因?yàn)槭且蝗海〝?shù)量大），所以6種可能躍遷都一定有某些氫原子實(shí)現(xiàn)。歸納：對于只有一個氫原子的，該氫原子可從n能級直接躍遷到基態(tài)，則最少只產(chǎn)生一條譜線，若當(dāng)氫原子從n能級逐級往下躍遷時，則最多可產(chǎn)生n1條譜線；一群氫原子處于n能級時可能輻射的譜線條數(shù)則為。問題二：分清躍遷與電離的區(qū)別例2 欲使處于基態(tài)的氫原子激發(fā)，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

3、光子照射 D.用10 eV的光子照射解析：基態(tài)氫原子向激發(fā)態(tài)躍遷，只能吸收能量值剛好等于某激發(fā)態(tài)和基態(tài)能級之差的光子。由氫原子能級關(guān)系不難算出，10.2 eV剛好為氫原子n=1和n=2的兩個能級之差，而10 eV 、11 eV都不是氫原子基態(tài)和任一激發(fā)態(tài)的能量之差，因而氫原子只能吸收前者被激發(fā)，而不能吸收后二者。對14 eV的光子，其能量大于氫原子電離能13.6 eV，足可使其電離，故而不受氫原子能級間躍遷條件限制。由能的轉(zhuǎn)化和守恒定律知道，氫原子吸收14 eV的光子電離后產(chǎn)生的自由電子仍具有0.4 eV的動能。故正確選項(xiàng)為AC。歸納：依據(jù)玻爾理論，氫原子在各能級間躍遷時，只能吸收或輻射能量值

4、剛好等于某兩個能級之差的光子，即光子能量值為，多了或少了都不行。如果光子（或?qū)嵨锪Ｗ樱┡c氫原子作用而使氫原子電離（繞核電子脫離原子的束縛而成為“自由電子”，即n=的狀態(tài)）時，則不受躍遷條件限制，只要所吸收光子能量值（或從與實(shí)物粒子碰撞中獲得能量）大于電離能即可。問題三：注意直接躍遷和間接躍遷例3 處于基態(tài)的氫原子在某單色光照射下，只能發(fā)出頻率分別為v1、v2、v3的三種光，且v1v2v3，則該照射光的光子能量為( ) Ahv1Bhv2 Chv3Dh(v1v2v3)解析：如圖2所示，處于基態(tài)的氫原子要發(fā)光，必須先吸收一定的能量E (設(shè))躍遷至某一激發(fā)態(tài)，而后再由該激發(fā)態(tài)或直接或間接躍遷回基態(tài)，發(fā)

5、出幾種頻率的光子,但這些光子的頻率不會大于v，且必須有一個等于v，而v1v2v3，即v3最大，那么照射光的頻率必定為v3，其能量為hv3 ( hv1hv2 = hv3 ) ，故本題正確選項(xiàng)為C。歸納：氫原子從一種定態(tài)躍遷至另一定態(tài)時，有的是直接躍遷，有的是間接躍遷。兩種情況下輻射或吸收光子的頻率可能不同。問題四：氫原子獲取能量的兩種方式例4 下列兩種情況，試判斷能否引起氫原子躍遷？(1) 用能量為12.0eV的光子去照射一群處于基態(tài)的氫原子；（2）用能量為12.0eV的電子去碰撞一群處于基態(tài)的氫原子。解析：(1) 依據(jù)氫原子能級，有，根據(jù)玻爾理論，處于基態(tài)的氫原子不可能吸收能量為12.0eV的

6、光子，所以氫原子仍處于基態(tài)。 （2）用能量為12.0eV的電子去碰撞，氫原子可以從電子那里獲取的能量，躍遷至n=2的激發(fā)態(tài)。剩余的1.8eV能量作為動能被電子保留。歸納：氫原子獲取能量的方式有兩種，一種是吸收光子能量，這種情況下只能吸收能量值剛好等于兩能級之差的光子。另一種是用電子（或其它實(shí)物粒子）去碰撞氫原子，因?yàn)槿肷潆娮拥膭幽芸扇炕虿糠值乇粴湓游?，所以只要入射電子的動能大于或等于基態(tài)和某個激發(fā)態(tài)能量之差，就可使氫原子發(fā)生躍遷。鞏固練習(xí)1當(dāng)用具有1.87eV能量的光子照射n3激發(fā)態(tài)的氫原子時，氫原子( ) A. 不會吸收這個光子 B. 吸收該光子后被電離，電離后的動能為0.36eVC.

7、 吸收該光子后被電離，電離后電子的動能為零 D. 吸收該光子后不會被電離2光子能量為E的一束光照射容器中的氫（設(shè)氫原子處于n=3的能級），氫原子吸收光子后，能發(fā)出頻率1、2、3、4、5、6六種光譜線，且123456，則E等于（ ）A.h1B.h6C.h（6-1）D.h（1+2+3+4+5+6）.n=1n=3n=4n=23現(xiàn)有1200個氫原子被激發(fā)到量子數(shù)為4的能級上，若這些受激氫原子最后都回到基態(tài)，則在此過程中發(fā)出的光子總數(shù)是（ ）（假定處在量子數(shù)為n的激發(fā)態(tài)的氫原子躍遷到各較低能級的原子數(shù)都是處在該激發(fā)態(tài)能級上的原子總數(shù)的）A2200 B2000 圖3C1200 D24 004氫原子的能級如圖4所示，已知可見光的光子能量范圍約為1.62eV3.11eV，下列說法錯誤的是( )A處于n3能級的氫原子可以吸收任意頻率的紫外線，并發(fā)生電離B大量氫原子從高能級向n3能級躍