高中物理 模块要点回眸 第12点 氢原子跃迁的三个问题素材 新人教版选修3-5（通用） 3页

第 12 点 氢原子跃迁的三个问题 1．是一个氢原子跃迁还是一群氢原子跃迁？ (1)一个氢原子跃迁时的解题方法 ①确定氢原子所处的能级，画出能级图，如图 1 所示． 图 1 ②根据跃迁的原理，分别画出处于激发态的氢原子向低能态跃迁时最多可能的跃迁 示意图． ③再根据跃迁能量公式 hν＝Em－En(m>n)分别计算出这几种频率的光子． (2)一群氢原子跃迁问题的计算 ①确定氢原子所处激发态的能级，画出跃迁示意图． ②运用归纳法，根据数学公式 N＝C2 n＝n n－1 2 确定跃迁频率的种类． ③根据跃迁能量公式 hν＝Em－En(m>n)分别计算出各种频率的光子． 2．使原子能级跃迁的是光子还是实物粒子？ 原子若是吸收光子的能量而被激发，则光子的能量必须等于两能级的能量差，否则 不被吸收．不存在激发到 n＝2 时能量有余，而激发到 n＝3 时能量不足，则可激发 到 n＝2 的情况． 原子还可吸收外来的实物粒子(例如自由电子)的能量而被激发，由于实物粒子的动 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两能级的能量 差(ΔE＝Em－En)，均可使原子发生能级跃迁． 3．是跃迁还是电离？ 原子跃迁时，不管是吸收还是辐射光子，其光子的能量都必须等于这两个能级的能 量差．若想把处于某一定态上的原子的电子电离出去，就需要给原子一定的能量．如 基态氢原子电离，其电离能为 13.6 eV，只要能量等于或大于 13.6 eV 的光子都能 被基态氢原子吸收而电离，只不过入射光子的能量越大，原子电离后产生的电子具 有的动能越大． 对点例题 欲使处于基态的氢原子跃迁，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 的光子照射 D．用 11 eV 的电子碰撞 解题指导 由玻尔理论的跃迁假设可知，氢原子在各能级间，只能吸收能量值刚好 等于两能级能量差的光子．由氢原子能级关系不难算出，10.2 eV 刚好为氢原子 n ＝1 和 n＝2 的两能级能量差，而 11 eV 则不是氢原子基态和任一激发态的能量差， 因而氢原子能吸收前者被激发，而不能吸收后者．对于 14 eV 的光子，其能量大于 氢原子电离能，足可使氢原子电离，而不受氢原子能级间跃迁条件限制，由能量守 恒定律不难知道，氢原子吸收 14 eV 的光子电离后产生的自由电子仍具有 0.4 eV 的动能．用电子去碰撞氢原子时，入射电子的动能可全部或部分地被氢原子吸收， 所以只要入射电子的动能大于或等于基态和某个激发态能量之差，也可使氢原子激 发，故正确选项为 A、C、D. 答案 ACD 一个氢原子处于第三能级，当外面射来一个波长为 6.63×10－7 m 的光子时( ) A．氢原子不吸收这个光子 B．氢原子会发生电离，电离后电子的动能为 0.365 eV C．氢原子会发生电离，电离后电子的动能为零 D．氢原子吸收这个光子后跃迁到更高能级 答案 B 解析 处于第三能级的氢原子其能级值为－1.51 eV.电离能为 1.51 eV.波长为λ＝ 6.63×10－7m 的光子的能量 E＝hc λ ＝6.63×10－34×3×108 6.63×10－7 J＝3×10－19 J＝1.875 eV， 这个值大于氢原子处于第三能级时的电离能．因此氢原子会发生电离，电离后电子 的动能 Ek＝1.875 eV－1.51 eV＝0.365 eV.选项 B 正确．