氫原子躍遷講課講稿

1、氫原子躍遷 例1、如圖1211所示，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()一、氫原子躍遷、電離一、氫原子躍遷、電離圖1211A n=1,13.22eVE13.32eVB n=2,13.22eVE13.32eVC n=1,12.75eVE13.06eVD n=2,12.72eVE13.06eV本題考查氫原子躍遷時輻射出的光譜線條數(shù)及實物粒子與原子相碰時，只在入射粒子的動能大于或等于某兩定

2、態(tài)能量之差，才可以使原子受激發(fā)而向較高軌道躍遷 解析：可知，增加5條光譜線，則調(diào)高電子能量前后，激發(fā)態(tài)分別可能是2到4或5到6激發(fā)態(tài)，即 n=1或 n=2.當電子前后激發(fā)態(tài)分別為2和4時，n=2，則吸收的能量E：E4-E1EE5-E1，把不同軌道的能級代入可求得：12.75eVE13.06eV；同理可求得電子前后激發(fā)態(tài)分別為5和6時吸收的能量E為：13.22eVE13.32eV，因此答案選AC. 子與氫原子核(質(zhì)子)構成的原子稱為氫原子(hydrogen muon atom)，它在原子核物理的研究中有重要作用如圖1212所示為氫原子的能級示意圖假定光子能量為E的一束光照射容器中大量處于n=2能

3、級的氫原子，氫原子吸收光子后，發(fā)出頻率為 、 、 、 、 和 的光，且頻率依次增大，則E等于( ) Ah( - ) Bh( + )Ch Dhv1v1v2v3v4v5v6v3v3v5v6v4解析：此題是出現(xiàn)的新情景，這就要求學生能對所學知識進行遷移，我們知道一群氫原子處于量子數(shù)為n的激發(fā)態(tài)時，可能輻射出的光譜條數(shù)： N= = 12n n 類比可得，氫原子吸收光子后，能發(fā)出6種頻率的光，則說明電子處于第4激發(fā)態(tài)，則必須吸收2到4能級之差的光子再根據(jù)頻率的高低可知 答案為C. (2009全國)氫原子的部分能級如圖1213所示已知可見光的光子能量在1.62eV到3.11eV之間由此可推知，氫原子( )

4、2nC圖1213A從高能級向n=1能級躍遷時發(fā)出的光的波長比可見光的短B從高能級向n=2能級躍遷時發(fā)出的光均為可見光C從高能級向n=3能級躍遷時發(fā)出的光的頻率比可見光的高D從n=3能級向n=2能級躍遷時發(fā)出的光為可見光 解析：本題考查玻爾的原理理論從高能級向n=1的能級躍遷的過程中輻射出的最小光子能量為10.2eV，不在1.62eV到3.11eV之間，A正確已知可見光子能量在1.62eV到3.11eV之間，從高能級向n=2能級躍遷時發(fā)出的光的能量在1.89eV3.40eV之間，B錯從高能級向n=3能級躍遷時發(fā)出的光的最大光子能量為1.51eV，比可見光的光子能量小C錯從n=3到n=2的過程中釋

5、放的光的能量等于1.89eV介于1.62到3.11之間，所以是可見光，D對例2、(2010金華模擬)氫原子的核外電子從距核較遠的軌道躍遷到距核較近的軌道過程中，下列說法正確的是()A原子要吸收光子，電子的動能變大，電勢能增大，原子能量減小B原子要吸收光子，電子的動能變小，電勢能減小，原子能量增大C原子要放出光子，電子的動能變大，電勢能變小，原子能量減小D原子要放出光子，電子的動能變大，電勢能增大，原子能量減小二、氫原子躍遷過程中的能量變化二、氫原子躍遷過程中的能量變化解析：電子從較遠軌道躍遷到較低軌道過程中，由于靜電力做正功，原子的電勢能減小，電子的動能增大(類似衛(wèi)星變軌運動)所以原子的總能量

6、減小，電子放出光子選取C. 玻爾理論雖然提出了軌道量子化和能量量子化，但仍然以盧瑟福的原子核式結構模型為基礎，繼承與發(fā)展了盧瑟福的理論，堅持了電子在核外旋轉為勻速圓周運動，庫侖力提供了電子做勻速圓周運動的向心力 如圖12-2-1所示為氫原子的四個能級，其中E1為基態(tài)，若氫原子A處于激發(fā)態(tài)E2，氫原子B處于激發(fā)態(tài)E3，則下列說法正確的是( )A原子A可能輻射出3種頻率的光子B原子B可能輻射出3種頻率的光子C原子A能夠吸收原子B發(fā)出的光子并躍遷到能級E4D原子B能夠吸收原子A發(fā)出的光子 圖1221 ，則處于第三能級的電子可能輻射出3種頻率的光子，吸收或輻射的光子能量必須遵循h(huán)=E初-E終，或吸收一

7、個能量大于其電離能的光子而發(fā)生電離，因此選BD.解析：一群氫原子處于量子數(shù)為n的激發(fā)態(tài)時，可能輻射出的光譜條數(shù)：N= =12n n Cn2(1) (2)(3)(4) (2010溫州模擬) 在下列四個方程中 、 、 、 各代表某種粒子，以下判斷正確的是()23519013692038541UnSrXe10X23823492903UThX2311220H+XHe+ n24427122134MgHeAlXA 是中子 B 是質(zhì)子C 是 粒子 D 是氘核1X1X2X3X4X2X3X4X三、核反應方程的書寫與衰變次數(shù)的計算三、核反應方程的書寫與衰變次數(shù)的計算解析：中子的質(zhì)量數(shù)為1，電荷數(shù)為0，所以A正確；

8、B錯誤， 應是氘核；C正確為 粒子 ；D錯誤，應是質(zhì)子 核反應方程式中，我們需要記憶的是基本的微觀粒子符號，對X的判斷需要先通過電荷數(shù)守恒與質(zhì)量數(shù)守恒計算出X元素的電荷數(shù)與質(zhì)量數(shù)，再根據(jù)元素周期表中元素的掌握，確定元素是什么 (1)對基本粒子符號要清楚；(2)核反應式中，只能用“”，不能用“=”；(3)要注意兩邊電荷數(shù)、質(zhì)量數(shù)守恒；(4)對元素周期表中的各元素有一定的了解10n21H42He11H .放射性衰變、和依次為( ) 經(jīng)放射性衰變變?yōu)樵雍?2010全國)原子核繼而經(jīng)放射性衰變變?yōu)樵雍?再經(jīng)放射性衰變變?yōu)樵雍薝23892Th23490Pa23491U23492A 衰變、 衰變和

9、衰變B 衰變、 衰變和 衰變C 衰變、 衰變和 衰變D 衰變、 衰變和 衰變 本題中用大寫字母代表原子核E經(jīng) 衰變成為F，再經(jīng) 衰變成為G，再經(jīng)衰變成為H.上述系列衰變可記為下式： ，另一系列衰變?nèi)缦拢?，已知P是F的同位素，則（ ）解析： ，質(zhì)量數(shù)少4，電荷數(shù)少2，說明為 衰變。 ，質(zhì)子數(shù)加1，說明為 衰變，中子轉化成質(zhì)子。 ，質(zhì)子數(shù)加1，說明為 衰變，中子轉化為質(zhì)子。2382349290UTh2342349091ThPa2342349192PaUHGFEHGFEAQ是G的同位素，R是H的同位素BR是E的同位素，S是F的同位素CR是G的同位素，S是H的同位素DQ是E的同位素，R是F的同位素

10、原子核發(fā)生、衰變時，電荷數(shù)、質(zhì)量數(shù)守恒，發(fā)生一次衰變新核電荷數(shù)減少2，發(fā)生一次衰變新核電荷數(shù)增加1，由于P、F為同位素，電荷數(shù)相同，F(xiàn)比E少2個電荷數(shù)，R電荷數(shù)比P多2，故E、R電荷數(shù)相等，為同位素，同理S、F電荷數(shù)相等，為同位素，B正確RQPFE例4、物理學家們普遍相信太陽發(fā)光是由于其內(nèi)部不斷發(fā)生從氫核到氦核的核聚變反應根據(jù)這一理論，在太陽內(nèi)部4個氫核( )和兩個正電子( )轉化成一個氦核( 并放出能量已知質(zhì)子質(zhì)量mp=1.0073u，粒子的質(zhì)量m=4.0015u，電子的質(zhì)量me=0.0005u.1u的質(zhì)量對應931.5MeV的能量(1)寫出該熱核反應方程(2)一次這樣的熱核反應過程中釋放出

11、多少兆電子伏特的能量？(結果保留四位有效數(shù)字)H11He42e01四、核能的計算四、核能的計算本題先要求根據(jù)已知寫出核反應方程式，核能的釋放的依據(jù)是愛因斯坦的質(zhì)能方程，此題給出的原子核質(zhì)量是用原子質(zhì)量單位表示的，可以用1u=931.5MeV求解 解析(1)核反應方程:(2)質(zhì)量虧損Dm=4 1.0073u-4.0015u-2 0005u=0.0267uDE=mc2=0.0267 931.5MeV=24.87MeV1401214 HHe2 e解析：本題考查玻爾的原子躍遷理論根據(jù)DE=h，= (2009全國卷)氦氖激光器能產(chǎn)生三種波長的激光，其中兩種波長分別為 =0.6328m， =3.39m，已

12、知波長為 的激光是氖原子在能級間隔為 =1.96eV的兩個能級之間躍遷產(chǎn)生的用 表示產(chǎn)生波長為 的激光所對應的躍遷的能級間隔，則 的 近似值為( ) A10.50eV B0.98eVC0.53eV D0.36eV ，可知當DE=1.96eV，l1=0.6328m，當l=3.39m時，聯(lián)立可知DE2=0.36eV. l1l1l2l21ED2EDE2Dlc答案:D 根據(jù)光電效應方程Ekm=h-W，在恰好發(fā)生光電效應時最大初動能為0有：h0=W，且c=l，綜合化簡得： (2010四川)用波長為2.0 m 的紫外線照射鎢的表面，釋放出來的光電子中最大的動能是4.7 J.由此可知，鎢的極限頻率是(普朗克

13、常量h=6.63 ，光速c=3.0 m/s，結果取兩位有效數(shù)字)( )A5.5 Hz B7.9 HzC9.8 Hz D1.2 Hz7101910SJ103481014101410141015108191407343 104.7 10()Hz7.9 10 Hz2 106.63 10kmkmchEEchhll 由于衰變它放出一個粒子，此粒子的徑跡與反沖核的徑跡是兩個相互外切的圓，大圓與小圓的直徑之比為42 1，如圖12-5-1所示那么氡核的衰變方程應是下列方程的哪一個()例5、在勻強磁場中有一個靜止的氡 原子核( )22286Rn B. C. D.22222208687-1RnFr+ e22221

14、8486862RnPo+ HeeAtRn012228522286222220286851RnAt+ H圖1251五、與核反應相關的力電綜合五、與核反應相關的力電綜合 本 題 綜 合 考 慮 了 、 粒 子 的 性 質(zhì) ， 動 量 守恒定律及帶電粒子在磁場中做勻速圓周運動的半徑大小的決定因素，用左手定則來判定偏轉方向解析：靜止的氡原子核釋放的粒子與反沖核運動方向相反，且衰變后釋放粒子與反沖核動量大小相等，由于它們在磁場中，洛倫茲力提供向心力，則R= ,在同一磁mvBq場中運動半徑與電荷量成反比，新核的電荷量大，半徑小從已知的外切圓可知，結合左手定則，可判定是衰變，再根據(jù)大圓與小圓的直徑之比為42

15、 1，可推出新核與粒子所帶電量之比也為42 1.則B正確 (2010金華模擬)如圖1252所示，鉛盒A中裝有天然放射性物質(zhì)，放射線從其右端小孔向右射出，在小孔和熒光屏之間有垂直于紙面向里的勻強磁場，不計粒子的重力，則下列說法正確的有( ) 圖1252A打在圖中a、c、b三點依次是 射線、 射線和 射線B 射線、 射線的軌跡是拋物線C 射線、 射線的軌跡是圓弧D若在鉛盒和熒光屏間再加一豎直向下的勻強電場，則屏上的亮斑一定只有b解析：帶電粒子在勻強磁場中做勻速圓周運動,所以C正確，B錯誤；其偏轉方向符合左手定則，可以判定A正確；由于a、b粒子的比荷不相等衰變速度不同，所以在復合場中，軌跡不會重合，D錯誤 (2010 金華模擬)如圖1253所示，兩個相切的圓表示一個靜止的原子核發(fā)生某種衰變后，釋放出來的粒子和反沖核在磁場中運動的軌跡，可以判定( )圖1253A原子核發(fā)生了 衰變B原子