高中物理原子躍遷時應注意的四個問題專題輔導

1、高中物理 原子躍遷時應注意的四個問題專題輔導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)典物理向量子力學過渡的一個跳板，也是今后學習現(xiàn)代物理的基礎。原子的能級躍遷及其光子的發(fā)射和吸收，成為高考的熱點已是不爭的事實。本文就玻爾的原子理論中，原子躍遷時的應注意幾個問題做一闡述例析，供參考。1、注意是“一個原子”還是“一群原子”氫原子核外只有一個電子， 這個電子在某個時刻只能處在某個可能的定態(tài)上，在某段時間內(nèi)，由某一定態(tài)躍遷到另一個定態(tài)時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就會有各種情況出現(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，能級躍遷如圖1所示。 2點評：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）計算。22、注意是“躍遷”還是“電離”根據(jù)玻爾的氫原子理論，當原子從低能級向高能級躍遷時，必須吸收光子（或吸收能量）才能實現(xiàn)。相反，當原子從高能級向低能級躍遷時，必須輻射光子才能實現(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能級的能量差，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),這個能量的大小至少為 13.6eV。例2.氫原子的能級圖如圖 2所示，欲使一處于基態(tài)的氫原子釋放出一個電子而變成氫離子，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：氫原子釋放出一個電子而變成氫離子即電離過程，相當于原子從n=1的能級踵遷到n =0的能級，電子所需的能量至少為 AE = E -E1 =13.6eV o考生誤選B是因為只注 意到躍遷而忽略了電離的要求。所以本題的正確選項為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，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。長的輻射光。已知其中的兩個波長分別為例3. （2007年全國理綜II卷）氫原子在某三個相鄰能級之間躍遷時，可發(fā)出三種不同波九、九2,且九1 +7、2,則另一個波長可能是 （）1 .，2，1 一 212C.1 - 2D.1 - 2解析：假定該相鄰三個能級的量子數(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關系式應為Ejk =h=h -h, TOC o 1-5 h z 1 2

5、3211 1 2CC故%=;-,選項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關系式應為EMj =h=h+h,故九3= 2 ，選項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D正確。本題的正確選項為 CD。 , 1 -2點評：本題以能級躍遷作為命題切入點，很好地考查了相鄰各能級之間的躍遷時原子輻射光子的能量及對應的頻率（波長）關系式，分析時思維要縝密，注意能級躍遷的各種可能 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定態(tài)的能級差，或等于或大于原子的某個定態(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定態(tài)的能級差。這是因為電子的能量不是一份一份的，它與原子發(fā)生碰撞時，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定態(tài)的能級差，就可以使原子發(fā)生能級躍遷，而多余的能量仍以電子的動能的形式存在，兩種情況有所不同，應注意區(qū)分。例4. （2007年全國理綜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， 觀測到了一定數(shù)目的光譜線。調(diào)高電子的能量再次進行觀測，發(fā)現(xiàn)光譜線的數(shù)目比原來增加了 5條。用 n表示兩次觀測中最高激

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4門=1時，原子吸收了實物粒子（電子）的能量，則一定由n=5能級躍遷到n=6能級，調(diào)高后電子的能量E滿足：E6 -E1 MEE7 -E1，代入能級圖中所給數(shù)據(jù)可得2eV E 13.32eV ,選項 A 正確。當4門=2時，原子吸收了實數(shù)粒子（電子）的能量，則一定由n=2能級躍遷到n=4能級，調(diào)高后電子的能量E滿足：E4 - E1M EE5 - E1，代入能級圖中所給數(shù)據(jù)可得5eV E 13.06eV ,選項 D 正確。所以，本題的正確選項為 AD。點評：本題