專題突破與題型專練 能級躍遷規(guī)律的應(yīng)用

1、專題突破與題型專練能級躍遷規(guī)律的應(yīng)用撮亶HE5|題型一:有關(guān)能級躍遷概念的區(qū)別和聯(lián)系以及規(guī)律的應(yīng)用光致激發(fā)：原子吸收光子的能量而被激發(fā)稱為光致激發(fā).其吸收的光子的能量必須等于兩能級的能量差，否則不被吸收,不存在激發(fā)到n能級時能量有余，而激發(fā)到n+1時能量不足，則可激發(fā)到n能級的 問題.碰撞激發(fā):原子吸收外來實物粒子(例如自由電子)的能量而被激發(fā)稱為碰撞激發(fā).實物粒子的動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兩能級的能量差值(E=E -E ),就可使原 m n子發(fā)生能級躍遷.躍遷:原子吸收或輻射的光子能量等于原子兩能級間的能級差，用公式h v =Em-E確定.電離:光子和原

2、子作用使原子發(fā)生電離的情況，則不受公式h v=E -E的限制，這是因為原子一旦電離，原子結(jié)構(gòu)即被破壞，因而不再 mn遵守有關(guān)原子結(jié)構(gòu)的理論.例如:基態(tài)氫原子的電離能為13.6 eV只要大于或等于13.6 eV光子都能被基態(tài)的氫原子吸收而發(fā)生電離，只不過入射光子的能量越大，原子電離后產(chǎn)生的自由電子的動能越大，這與光致激發(fā)有所不同.至于實物粒子和原子碰撞的情況，只要入射粒子的動能大于或等于電離能13.6 eV,就可能使氫原子電離.【例1】（2018 安徽黃山屯溪一中月考）（多選）關(guān)于氫原子能級的 躍遷，下列敘述中正確的是（）用波長為60 nm的X射線照射，可使處于基態(tài)的氫原子電離出自由 電子用能量

3、為10.2 eV的光子照射，可使處于基態(tài)的氫原子躍遷到激 發(fā)態(tài)用能量為11.0 eV的光子照射，可使處于基態(tài)的氫原子躍遷到激 發(fā)態(tài)用能量為12.5 eV的光子照射，可使處于基態(tài)的氫原子躍遷到激 發(fā)態(tài)。思路探究（1）使氫原子電離的條件是什么？答案:要使氫原子電離，需光子或者射線的能量大于或等于氫原子的 電離能.（2）吸收光子使氫原子由基態(tài)躍遷至激發(fā)態(tài),需要滿足什么條件？ 答案:只有能量等于兩能級間的能量之差的光子才能被氫原子吸收，發(fā)生躍遷時滿足關(guān)系式h v。二氣-氣.解析:只有能量等于兩能級間的能量之差的光子才能被氫原子吸收，發(fā)生躍遷.躍遷時,hv=E -E ;而當光子能量h v不等于E -E時

4、都不 0 m n0m n能被原子吸收.當光子能量大于或等于13.6 eV時,可以被氫原子吸收, 使氫原子電離.e波長為60 nm的X射線的能量E=h,：,3x 108E=6.626X 10-34Xi。，.J3.31X10-18 J20.69 eV.氫原子的電離能 E=0-(-13.6) eV=13.6 eVE=20.69 eV.所以用波長為60 nm的X射線照射可使處于基態(tài)的氫原子電離，A 正確.據(jù) hv =Em-En，得 =hv+E=10.2 eV+(-13.6) eV=-3.4 eV.n =11.0 eV+(-13.6) eV=-2.6 eV.=12.5 eV+(-13.6) eV=-1.

5、1 eV.fi據(jù)Ej療得,只有Lr-3.4 eV對應(yīng)于n=2的激發(fā)態(tài).因電子繞核運動時 只能吸收恰好具有兩能級間能量差的能量的光子，所以只有B項中的 光子可使氫原子從基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài).選項B正確,C,D錯誤.答案:AB使原子能級躍遷的兩種粒子一一光子與實物粒子原子若是吸收光子的能量而被激發(fā)，則光子的能量必須等于兩能 級的能量差.原子還可吸收外來實物粒子(例如：自由電子)的能量而被激發(fā)，由 于實物粒子的動能可部分地被原子吸收，所以只要入射粒子的能量大 于兩能級的能量差(E=E -E ),就可使原子發(fā)生能級躍遷.m n【針對訓(xùn)練1】(2018 吉林松原扶余縣一中月考)將氫原子電離，就 是從外部給電

6、子以能量，使其從基態(tài)或激發(fā)態(tài)脫離原子核的束縛而成 為自由電子.若要使n=2的激發(fā)態(tài)的氫原子電離，至少要用多大頻率的電磁波 照射該氫原子？若用波長為200 nm的紫外線照射處在n=2能級的氫原子，則電子 飛到離核無窮遠處的速度為多大？(普朗克常量h=6.63X 10-34 J s, 電子的電荷量6=1.6X10-19 C,電子的質(zhì)量m0.91X10-30 kg)解析：(1)要使處于n=2的氫原子電離，照射光光子的能量應(yīng)能使電子 從第2能級躍遷到無限遠處，最小的電磁波的光子能量應(yīng)為E=0-(-3.4 eV)=3.4 eV,E 3.4x 1.6x W19再由 E=hv 得v=，”.：、:Hz=8.2

7、1X1014 Hz.(2)波長為200 nm的紫外線一個光子所具有的能量c3x 103E0=h芥6.63X 10-34Xnoox 苛 J=9.95X10-19 J電離能 E=3.4X1.6X10-19 J=5.44X10-19 J由能量守恒Ek=E0-AE代入數(shù)據(jù)解得Ek=4.51X 10-19 J,Ek=Nmv2, 有 v=1.0X 106 m/s.答案：(1)8.21X1014 Hz (2)1.0X106 m/s題型二:能級躍遷問題與光電效應(yīng)的綜合應(yīng)用 光電效應(yīng)（1）發(fā)生的條件:照射光的頻率大于金屬板的極限頻率.（2）光電效應(yīng)方程：電子動能Ek=h v -W0 （h為普朗克常量,W為逸出功

8、）【例2】（2018 天津市靜?？h一中月考）如圖所示為氫原子的能級示意圖，一群氫原子處于n=3的激發(fā)態(tài),在向較低能級躍遷的過程中 向外發(fā)出光子，用這些光照射逸出功為2.49 eV的金屬鈉.下列說法正 確的是（）這群氫原子能發(fā)出3種不同頻率的光,其中從n=3躍遷到n=2所發(fā) 出的光波長最短這群氫原子能發(fā)出6種不同頻率的光,其中從n=3躍遷到n=1所發(fā) 出的光頻率最小這群氫原子發(fā)出不同頻率的光，只有一種頻率的光可使金屬鈉發(fā)生 光電效應(yīng)金屬鈉表面發(fā)出的光電子的最大初動能為9.60 eV。思維導(dǎo)圖解析:一群氫原子處于n=3的激發(fā)態(tài)，可能發(fā)出二3種不同頻率的光子,n=3和n=2間能級差最小，所以從n=3

9、躍遷到n=2發(fā)出的光子頻率he最低,根據(jù)玻爾理論h v =E2-E1=元可知,光的波長最長，選項A錯誤;因 為n=3和n=1間能級差最大，所以氫原子從n=3躍遷到n=1發(fā)出的光 子頻率最高，選項B錯誤;當入射光頻率大于金屬鈉的極限頻率時，金 屬鈉能發(fā)生光電效應(yīng)，即入射光的能量大于鈉的逸出功2.49 eV時就 能產(chǎn)生光電效應(yīng).根據(jù)能級圖可知，從n=3躍遷到n=2所發(fā)出的光能量 為E=-1.51 eV-(-3.4) eV=1.89 eV,可見，AE2.49 eV，能使金屬鈉的表 面發(fā)生光電效應(yīng).從n=3躍遷到n=1發(fā)出的光子頻率最高，發(fā)出的光子 能量為AE=13.60 eV-1.51 eV=12.

10、09 eV.根據(jù)光電效應(yīng)方程E=hv-Wk0得，最大初動能Ek=12.09 eV-2.49 eV=9.60 eV，選項C錯誤,D正確. 答案:D躍遷以及與光電效應(yīng)結(jié)合的有關(guān)規(guī)律一群氫原子處于n激發(fā)態(tài)，可能發(fā)出種不同頻率的光子.he由玻爾理論h v=E2-Ej2知，兩能級差越小,光子頻率越低,波長 越長.熟記并熟練應(yīng)用光電效應(yīng)方程Eh v-W。.【針對訓(xùn)練2】(2018 寧夏石嘴山三中月考)如圖所示為氫原子能級圖，試回答下列問題：一群處于n=4能級的氫原子躍遷后可能輻射出幾種頻率的光子？通過計算判斷:氫原子從n=4躍遷到n=2時輻射出的光子,能否使 金屬銫發(fā)生光電效應(yīng)?若能，則產(chǎn)生的光電子的初動

11、能是否可能為 0.48 eV(已知普朗克常量h=6.63X 10-34 J s,金屬銫的極限頻率為 4.55X1014 Hz)?解析：根據(jù)二6知,最多可能輻射出6種頻率的光子.由氫原子能級圖可知,從能級n=4躍遷到n=2,輻射出的光子中，能 量最大值為E=E4-E2=-0.85 eV-(-3.4) V=2.55 eV,金屬銫的逸出功 W =hv =6.63 X 10-34X4.55 X 1014 J3.02X10-19 J 01.89 eV.因為EW0,所以可以發(fā)生光電效應(yīng).由愛因斯坦光電效應(yīng)方程得E=E-W , k 0 可知產(chǎn)生的光電子的最大初動能Ek=2.55 eV-1.89 eV=0.6

12、6 eV,因為光電子的最大初動能大于0.48 eV，所以可以產(chǎn)生0.48 eV的光 電子.答案：（1）6種（2）見解析題型強化規(guī)姑！衛(wèi)心。EEm XUNWNW題型一:有關(guān)能級躍遷概念的區(qū)別和聯(lián)系以及規(guī)律的應(yīng)用（2018 甘肅臨夏中學(xué)期末）根據(jù)氫原子的能級圖，現(xiàn)讓一束單色光照射到大量處于基態(tài)（量子數(shù)n=1）的氫原子上，受激的氫原子能自發(fā)地發(fā)出3種不同頻率的光，則照射氫原子的單色光的光子能量為0-O.5fcV-15UV23,47! -13-6 a110.2 eV B.3.4 eVC.12.09 eV D.13.6 eV解析:因為能自發(fā)地發(fā)出3種不同頻率的光，根據(jù)，=3可得n=3,即能 躍遷到第3能

13、級,則吸收的光子能量為AE=-1.51 eV+13.6 eV=12.09 eV,選項C正確.（2017 南陽市第一中學(xué)高三月考）（多選）如圖所示為氫原子的能 級示意圖.現(xiàn)用能量介于1012.9 eV范圍內(nèi)的光子去照射一群處于 基態(tài)的氫原子，則下列說法正確的是（BD ）時E/eV1 &13-6照射光中只有一種頻率的光子被吸收照射光中有三種頻率的光子被吸收氫原子發(fā)射出三種不同波長的光氫原子發(fā)射出六種不同波長的光解析:E-E=10.2 eV,E-E =12.09 eV,E-E =12.75 eV，可知照射光中有 213141三種頻率的光子被吸收.氫原子躍遷的最高能級為n=4能級，根據(jù)=6知,氫原子發(fā)

14、射出六種不同波長的光,故選項B,D正確,A,C錯誤.（2018 湖北襄陽五中檢測）紅寶石激光器的工作物質(zhì)紅寶石含有 銘離子的三氧化二鋁晶體,利用其中銘離子產(chǎn)生激光.銘離子的能級 圖中,氣是基態(tài),是亞穩(wěn)態(tài),E3是激發(fā)態(tài),若以脈沖氙燈發(fā)出的波長為 入1的氯光照射晶體,處于基態(tài)的銘離子受到激發(fā)而躍遷到E3，而后自 發(fā)地躍遷到E2,釋放出波長為入2的光子，處于亞穩(wěn)態(tài)E2的離子躍遷到 基態(tài)時輻射出的光就是激光，這種激光的波長為（A ）he空 空解析：由題意，根據(jù) E=a可得E項1 ;E3-E2=w;設(shè)處于亞穩(wěn)態(tài)E2的離子躍遷到基態(tài)時輻射出的光就是激光，這種激光的波長為入3,則heE2-E=】3；由以上各

15、式可得入3=為-&,選項A正確,B,C,D錯誤.（2018山東東營墾利一中月考）（多選）氫原子能級如圖所示，當氫 原子從n=3躍遷到n=2的能級時，輻射光的波長為656 nm.以下判斷 正確的是（CD ）23.4 -13.6氫原子從n=2躍遷到n=1的能級時，輻射光的波長大于656 nm用波長為325 nm的光照射,可使氫原子從n=1躍遷到n=2的能級一群處于n=3能級上的氫原子向低能級躍遷時最多產(chǎn)生3種譜線用波長為633 nm的光照射，不能使氫原子從n=2躍遷到n=3的能級 解析:從n=3躍遷到n=2的能級時,輻射光的波長為656 nm,而當從n=2 躍遷到n=1的能級時,輻射能量更多，則頻

16、率更高，則波長小于656 nm,he選項A錯誤；當從n=2躍遷到n=1的能級，釋放的能量一二-3.4- （-13.6）X1.6X 10-19則解得，釋放光的波長是入=122 nm,則用波長 為122 nm的光照射，才可使氫原子從n=1躍遷到n=2的能級，選項B 錯誤;根據(jù)數(shù)學(xué)組合:.=3,可知一群n=3能級上的氫原子向低能級躍遷 時最多產(chǎn)生3種譜線，選項C正確；同理，氫原子的電子從n=2躍遷到 n=3的能級，必須吸收的能量，與從n=3躍遷到n=2的能級放出能量相 等,因此只能用波長為656 nm的光照射，才能使得電子從n=2躍遷到 n=3的能級，選項D正確.（2018 天津市第一中學(xué)期末）（多

17、選）氫原子能級如圖所示，當氫原 子從n=3躍遷到n=2的能級時，輻射出光在真空中的波長為入.以下判 斷正確的是（ABC ）341 -13.6氫原子從n=2躍遷到n=1的能級時，輻射出的光在真空中的波長小 于入5用真空中波長為入的光照射，可使氫原子從n=1躍遷到n=2的能 級一群處于n=4能級上的氫原子向低能級躍遷時最多產(chǎn)生6種譜線用真空中波長為入的光照射，不能使氫原子從n=2躍遷到n=3的 能級解析:因氫原子1和2之間的能級差大于2和3間的能級差，從n=2躍 遷到n=1的能級時，輻射光子的能量大于氫原子從n=3躍遷到n=2的 能級時輻射出光子的能量，則氫原子從n=2躍遷到n=1的能級時，輻射

18、fi出光在真空中的波長小于入，選項A正確；由能級圖可知E -E二:、-一= 325E heME】27he5-禱二嘉氣壬二廣決二-飛二TT,則用真空中波長為萬入的光照射，可 使氫原子從n=1躍遷到n=2的能級，選項B正確;一群處于n=4能級上 的氫原子向低能級躍遷時最多產(chǎn)生二6種譜線，選項C正確；因為氫原 子從n=3躍遷到n=2的能級時，輻射出光在真空中的波長為入，則用真 空中波長為入的光照射,能使氫原子從n=2躍遷到n=3的能級，選項D 錯誤.（2018 福建三明期末聯(lián)考）（多選）氫原子光譜在可見光部分只有 四條譜線，一條紅色、一條藍色、兩條紫色，這四條譜線均在巴耳末系 中，它們分別是從n=3

19、,4,5,6能級向n=2能級躍遷時產(chǎn)生的;從n=2, 3,4,5,6能級向n=1能級躍遷時產(chǎn)生的譜線叫賴曼系.則（BD ）紅色光譜是氫原子從n=6能級向n=2能級躍遷時產(chǎn)生的紫色光譜是氫原子從n=6能級或n=5能級向n=2能級躍遷時產(chǎn)生的若原子從n=6能級向n=1能級躍遷，則能夠產(chǎn)生紅外線若原子從n=6能級向n=1能級躍遷，則能夠產(chǎn)生紫外線解析：四條譜線中,紅色光譜的頻率最小，可知紅色光譜是氫原子從 n=3能級向n=2能級躍遷時產(chǎn)生的，選項A錯誤;紫色譜線的頻率最大, 可知紫色光譜是氫原子從n=6能級或n=5能級向n=2能級躍遷時產(chǎn)生 的，選項B正確;從n=6能級向n=1能級躍遷時,輻射的光子

20、能量大于 n=6能級向n=2能級躍遷時輻射的光子能量，即輻射的光子頻率大于 紫光的頻率，是紫外線，選項C錯誤,D正確.（2018 寧夏育才中學(xué)期末）氫原子處于基態(tài)時，原子的能量為E =1-13.6 eV,當處于n=3的激發(fā)態(tài)時,能量為E3=-1.51 eV,則：當氫原子從n=3的激發(fā)態(tài)躍遷到n=1的基態(tài)時，向外輻射的光子的 波長是多少？（2）若要使處于基態(tài)的氫原子電離,至少要用多大頻率的電磁波照射 原子？若有大量的氫原子處于n=3的激發(fā)態(tài)，則在躍遷過程中可能釋放 出幾種頻率的光子？其中波長最長的是多少？(普朗克常量h=6.63X 10-34js,真空中光速 c=3.0X108 m/s)c解析：

21、(1)據(jù)玻爾理論E-E二M, 31he 6.63 X 10 34 X 3 X 10a入二、=I.* I -I . Uba光的光子能量為2.86 eVb光產(chǎn)生的光電子最大初動能=0.26 eV解析:根據(jù)能級躍遷知識 h Va=EE2=-0.54-(-3.4) eV=2.86 eV, /=2=-0.85-(-3.4) eV=2.55 eV，顯然 a 光的光子能量大于 b 光,即a光頻率要大，波長要短，選項A錯誤,C正確;根據(jù)光電效應(yīng)方 程可知，最大初動能Ejhv-W。，所以a光照射后的最大初動能為 =(2.86-2.29) eV=0.57 eV,b光照射后的最大初動能為=(2.55- 2.29)

22、eV=0.26 eV,選項D正確.根據(jù)遏止電壓知識可知此七，選項B 正確.(2018 廣西桂林十八中月考)(多選)如圖所示，當氫原子從n=4躍 遷到n=2的能級和從n=3躍遷到n=1的能級時，分別輻射出光子a和 光子b,則(BD )2 e； -3前I *由于放出光子，原子的能量增加光子a的能量小于光子b的能量光子a的波長小于光子b的波長D.若光子a能使某金屬發(fā)生光電效應(yīng),則光子b也一定能使該金屬發(fā)生光電效應(yīng)解析：由于放出光子，原子的能量減小，選項A錯誤;氫原子從n=4的能 級躍遷到n=2的能級的能級差小于從n=3的能級躍遷到n=1的能級時 的能級差，根據(jù)E-E=hv,可知光子a的能量小于光子b的能量，選項 m nB正確;a光子的能量小于光子b的能量，光子a的頻率小于光子b的 頻率，所以b的頻率大，波長短,即光子a的波長大于光子b的波長， 選項C錯誤;光子a的頻率小于光子b的頻率，所以光子a能使某金屬 發(fā)生光電效應(yīng)，則光子b也能使某種金屬發(fā)生光電效應(yīng)，選項D正確.（2018 江蘇揚州