高中物理原子躍遷時(shí)應(yīng)注意的四個(gè)問(wèn)題專題輔導(dǎo)

1、高中物理 原子躍遷時(shí)應(yīng)注意的四個(gè)問(wèn)題專題輔導(dǎo)山西閆俊仁玻爾的氫原子理論，把量子觀念引入到原子系統(tǒng)中，很好地解釋了氫原子和類氫原子光譜，是經(jīng)典物理向量子力學(xué)過(guò)渡的一個(gè)跳板，也是今后學(xué)習(xí)現(xiàn)代物理的基礎(chǔ)。原子的能級(jí)躍遷及其光子的發(fā)射和吸收，成為高考的熱點(diǎn)已是不爭(zhēng)的事實(shí)。本文就玻爾的原子理論中，原子躍遷時(shí)的應(yīng)注意幾個(gè)問(wèn)題做一闡述例析，供參考。1、注意是“一個(gè)原子”還是“一群原子”氫原子核外只有一個(gè)電子， 這個(gè)電子在某個(gè)時(shí)刻只能處在某個(gè)可能的定態(tài)上，在某段時(shí)間內(nèi)，由某一定態(tài)躍遷到另一個(gè)定態(tài)時(shí)一一可能的情況只有一種，但是如果容器中盛有大量的氫原子，這些原子的核外電子躍遷時(shí)就會(huì)有各種情況出現(xiàn)了。例1.有一群

2、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(guò)程中， 發(fā)出的光譜線 共有幾條？一一 94 3解析：C2 =3 =6,即發(fā)出的光譜線共有 6條，能級(jí)躍遷如圖1所示。 2點(diǎn)評(píng)：處于量子數(shù)為 n2的激發(fā)態(tài)的大量氫原子，發(fā)生能級(jí)躍遷可能發(fā)射不同頻率的光譜線條數(shù)，可用組合數(shù) C 2 =叫二1）計(jì)算。22、注意是“躍遷”還是“電離”根據(jù)玻爾的氫原子理論，當(dāng)原子從低能級(jí)向高能級(jí)躍遷時(shí)，必須吸收光子（或吸收能量）才能實(shí)現(xiàn)。相反，當(dāng)原子從高能級(jí)向低能級(jí)躍遷時(shí)，必須輻射光子才能實(shí)現(xiàn)。不管是吸收還 是輻射光子，其光子的能量都必須等于這兩個(gè)能級(jí)的能量差，欲想把處于某一定態(tài)的原子的電子電離出去，就需要給原子一定

3、的能量。如使氫原子從n=1的基態(tài)躍遷到n=g的狀態(tài),這個(gè)能量的大小至少為 13.6eV。例2.氫原子的能級(jí)圖如圖 2所示，欲使一處于基態(tài)的氫原子釋放出一個(gè)電子而變成氫離子，該氫原子需要吸收的能量至少是（）A. 13.6eVB. 10.20eV C. 0.54eVD. 27.20eV愴除V30 5-0,54eV4-41.85eV3-1.5 LeV2I T 3.6eV圖2解析：氫原子釋放出一個(gè)電子而變成氫離子即電離過(guò)程，相當(dāng)于原子從n=1的能級(jí)踵遷到n =0的能級(jí)，電子所需的能量至少為 AE = E -E1 =13.6eV o考生誤選B是因?yàn)橹蛔?意到躍遷而忽略了電離的要求。所以本題的正確選項(xiàng)為A

4、o3、注意是“直接躍遷”還是“間接躍遷”原子從一種定態(tài)躍遷到另一種定態(tài)時(shí)，有的可能是直接躍遷， 有的可能是間接躍遷。 兩種情況下輻射（或吸收）光子的可能性及其頻率可能不同。長(zhǎng)的輻射光。已知其中的兩個(gè)波長(zhǎng)分別為例3. （2007年全國(guó)理綜II卷）氫原子在某三個(gè)相鄰能級(jí)之間躍遷時(shí)，可發(fā)出三種不同波九、九2,且九1 +7、2,則另一個(gè)波長(zhǎng)可能是 （）1 .，2，1 一 212C.1 - 2D.1 - 2解析：假定該相鄰三個(gè)能級(jí)的量子數(shù)為K、L、M ,則其中一種可能是如圖 3甲所示,EMf =h , EMt =h，則另一種光子的波長(zhǎng)關(guān)系式應(yīng)為Ejk =h=h -h, TOC o 1-5 h z 1 2

5、3211 1 2CC故%=;-,選項(xiàng)D正確；另一種可能是如圖3乙所不，Emtl = h, El_k = h，1 - 2 11 2則另一種光子的波長(zhǎng)關(guān)系式應(yīng)為EMj =h=h+h,故九3= 2 ，選項(xiàng)c正ririnrt i_ n3 2 11 1 2確；不難證明，若情況如圖3丙所示，K3 = JMj，選項(xiàng)D正確。本題的正確選項(xiàng)為 CD。 , 1 -2點(diǎn)評(píng)：本題以能級(jí)躍遷作為命題切入點(diǎn)，很好地考查了相鄰各能級(jí)之間的躍遷時(shí)原子輻射光子的能量及對(duì)應(yīng)的頻率（波長(zhǎng)）關(guān)系式，分析時(shí)思維要縝密，注意能級(jí)躍遷的各種可能 性。4、注意是“入射的光子”還是“入射的電子”若是在光子的激發(fā)下引起原子的躍遷，則要求光子的能

6、量必須等于原子的某兩個(gè)定態(tài)的能級(jí)差，或等于或大于原子的某個(gè)定態(tài)的電離能；若是在電子的碰撞下引起原子的躍遷，則要求電子的能量必須等于或大于原子的某兩個(gè)定態(tài)的能級(jí)差。這是因?yàn)殡娮拥哪芰坎皇且环菀环莸?，它與原子發(fā)生碰撞時(shí)，可把能量全部或部分地傳遞給原子，因此，只要電子的能量 等于或大于原子的兩個(gè)定態(tài)的能級(jí)差，就可以使原子發(fā)生能級(jí)躍遷，而多余的能量仍以電子的動(dòng)能的形式存在，兩種情況有所不同，應(yīng)注意區(qū)分。例4. （2007年全國(guó)理綜I卷）用大量具有一定能量的電子轟擊大量處于基態(tài)的氫原子， 觀測(cè)到了一定數(shù)目的光譜線。調(diào)高電子的能量再次進(jìn)行觀測(cè)，發(fā)現(xiàn)光譜線的數(shù)目比原來(lái)增加了 5條。用 n表示兩次觀測(cè)中最高激

7、發(fā)態(tài)的量子數(shù)n之差，E表示調(diào)高后電子的能量。根據(jù)氫原子的能級(jí)圖可以判斷， n和E的可能值為（）=n =1,13.22eV 二 E 13.32eVn =2,13.22eV 二 E ：13.32eVn =1,12.75eV : E ；13.06eV. ：n =2,12.75eV ：E ：13.06eVnMV7、 -0.28ftV6（K3（加 V5-口.5%V4- -0,85eV31.51cV2 3,40cV一3.6eV圖4解析：由原子在某一能級(jí)最多發(fā)射譜線數(shù) c：,可知c2 =i,c2 =3, c2=6,c2 =10, c6 =15.由題意可知比原來(lái)增加 5條光譜線，則調(diào)高電子能量前后，最高激發(fā)態(tài)的量子數(shù)分 別可能為2和4, 5和64門=2和Anni。當(dāng)4門=1時(shí)，原子吸收了實(shí)物粒子（電子）的能量，則一定由n=5能級(jí)躍遷到n=6能級(jí)，調(diào)高后電子的能量E滿足：E6 -E1 MEE7 -E1，代入能級(jí)圖中所給數(shù)據(jù)可得2eV E 13.32eV ,選項(xiàng) A 正確。當(dāng)4門=2時(shí)，原子吸收了實(shí)數(shù)粒子（電子）的能量，則一定由n=2能級(jí)躍遷到n=4能級(jí)，調(diào)高后電子的能量E滿足：E4 - E1M EE5 - E1，代入能級(jí)圖中所給數(shù)據(jù)可得5eV E 13.06eV ,選項(xiàng) D 正確。所以，本題的正確選項(xiàng)為 AD。點(diǎn)評(píng)：本題