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(guān)測(cè)到了一定數(shù)目的光譜線(xiàn)調(diào)高電子的能量再次進(jìn)行觀(guān)測(cè)，發(fā)現(xiàn)光譜線(xiàn)的數(shù)目比原來(lái)增加了5條用n表示兩次觀(guān)測(cè)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(jí)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(shí)輻射出的光譜線(xiàn)條數(shù)及實(shí)物粒子與原子相碰時(shí)，只在入射粒子的動(dòng)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(xiàn)，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(dāng)電子前后激發(fā)態(tài)分別為2和4時(shí)，n=2，則吸收的能量E：E4-E1EE5-E1，把不同軌道的能級(jí)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(shí)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(gòu)成的原子稱(chēng)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(jí)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(jí)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(xué)生能對(duì)所學(xué)知識(shí)進(jìn)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(shí)，可能輻射出的光譜條數(shù)： N= = 12n n 類(lèi)比可得，氫原子吸收光子后，能發(fā)出6種頻率的光，則說(shuō)明電子處于第4激發(fā)態(tài)，則必須吸收2到4能級(jí)之差的光子再根據(jù)頻率的高低可知 答案為C. (2009全國(guó))氫原子的部分能級(jí)如圖1213所示已知可見(jiàn)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(jí)向n=1能級(jí)躍遷時(shí)發(fā)出的光的波長(zhǎng)比可見(jiàn)光的短B從高能級(jí)向n=2能級(jí)躍遷時(shí)發(fā)出的光均為可見(jiàn)光C從高能級(jí)向n=3能級(jí)躍遷時(shí)發(fā)出的光的頻率比可見(jiàn)光的高D從n=3能級(jí)向n=2能級(jí)躍遷時(shí)發(fā)出的光為可見(jiàn)光 解析：本題考查玻爾的原理理論從高能級(jí)向n=1的能級(jí)躍遷的過(guò)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(jiàn)光子能量在1.62eV到3.11eV之間，從高能級(jí)向n=2能級(jí)躍遷時(shí)發(fā)出的光的能量在1.89eV3.40eV之間，B錯(cuò)從高能級(jí)向n=3能級(jí)躍遷時(shí)發(fā)出的光的最大光子能量為1.51eV，比可見(jiàn)光的光子能量小C錯(cuò)從n=3到n=2的過(guò)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(jiàn)光，D對(duì)例2、(2010金華模擬)氫原子的核外電子從距核較遠(yuǎn)的軌道躍遷到距核較近的軌道過(guò)程中，下列說(shuō)法正確的是()A原子要吸收光子，電子的動(dòng)能變大，電勢(shì)能增大，原子能量減小B原子要吸收光子，電子的動(dòng)能變小，電勢(shì)能減小，原子能量增大C原子要放出光子，電子的動(dòng)能變大，電勢(shì)能變小，原子能量減小D原子要放出光子，電子的動(dòng)能變大，電勢(shì)能增大，原子能量減小二、氫原子躍遷過(guò)程中的能量變化二、氫原子躍遷過(guò)程中的能量變化解析：電子從較遠(yuǎn)軌道躍遷到較低軌道過(guò)程中，由于靜電力做正功，原子的電勢(shì)能減小，電子的動(dòng)能增大(類(lèi)似衛(wèi)星變軌運(yùn)動(dòng))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(jié)構(gòu)模型為基礎(chǔ)，繼承與發(fā)展了盧瑟福的理論，堅(jiān)持了電子在核外旋轉(zhuǎn)為勻速圓周運(yùn)動(dòng)，庫(kù)侖力提供了電子做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的向心力 如圖12-2-1所示為氫原子的四個(gè)能級(jí)，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(shuō)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(jí)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(jí)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(gè)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(shí)，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(gè)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(yīng)方程的書(shū)寫(xiě)與衰變次數(shù)的計(jì)算三、核反應(yīng)方程的書(shū)寫(xiě)與衰變次數(shù)的計(jì)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(cuò)誤， 應(yīng)是氘核；C正確為 粒子 ；D錯(cuò)誤，應(yīng)是質(zhì)子 核反應(yīng)方程式中，我們需要記憶的是基本的微觀(guān)粒子符號(hào)，對(duì)X的判斷需要先通過(guò)電荷數(shù)守恒與質(zhì)量數(shù)守恒計(jì)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(duì)基本粒子符號(hào)要清楚；(2)核反應(yīng)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(duì)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(guó))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(xiě)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(shuō)明為 衰變。 ，質(zhì)子數(shù)加1，說(shuō)明為 衰變，中子轉(zhuǎn)化成質(zhì)子。 ，質(zhì)子數(shù)加1，說(shuō)明為 衰變，中子轉(zhuǎn)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(shí)，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(gè)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(xué)家們普遍相信太陽(yáng)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(yīng)根據(jù)這一理論，在太陽(yáng)內(nèi)部4個(gè)氫核( )和兩個(gè)正電子( )轉(zhuǎn)化成一個(gè)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(duì)應(yīng)931.5MeV的能量(1)寫(xiě)出該熱核反應(yīng)方程(2)一次這樣的熱核反應(yīng)過(guò)程中釋放出

11、多少兆電子伏特的能量？(結(jié)果保留四位有效數(shù)字)H11He42e01四、核能的計(jì)算四、核能的計(jì)算本題先要求根據(jù)已知寫(xiě)出核反應(yīng)方程式，核能的釋放的依據(jù)是愛(ài)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(yīng)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(guó)卷)氦氖激光器能產(chǎn)生三種波長(zhǎng)的激光，其中兩種波長(zhǎng)分別為 =0.6328m， =3.39m，已

12、知波長(zhǎng)為 的激光是氖原子在能級(jí)間隔為 =1.96eV的兩個(gè)能級(jí)之間躍遷產(chǎn)生的用 表示產(chǎn)生波長(zhǎng)為 的激光所對(duì)應(yīng)的躍遷的能級(jí)間隔，則 的 近似值為( ) A10.50eV B0.98eVC0.53eV D0.36eV ，可知當(dāng)DE=1.96eV，l1=0.6328m，當(dāng)l=3.39m時(shí)，聯(lián)立可知DE2=0.36eV. l1l1l2l21ED2EDE2Dlc答案:D 根據(jù)光電效應(yīng)方程Ekm=h-W，在恰好發(fā)生光電效應(yīng)時(shí)最大初動(dòng)能為0有：h0=W，且c=l，綜合化簡(jiǎn)得： (2010四川)用波長(zhǎng)為2.0 m 的紫外線(xiàn)照射鎢的表面，釋放出來(lái)的光電子中最大的動(dòng)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(jié)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(gè)粒子，此粒子的徑跡與反沖核的徑跡是兩個(gè)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(yīng)是下列方程的哪一個(gè)()例5、在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中有一個(gè)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(yīng)相關(guān)的力電綜合五、與核反應(yīng)相關(guān)的力電綜合 本 題 綜 合 考 慮 了 、 粒 子 的 性 質(zhì) ， 動(dòng) 量 守恒定律及帶電粒子在磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的半徑大小的決定因素，用左手定則來(lái)判定偏轉(zhuǎn)方向解析：靜止的氡原子核釋放的粒子與反沖核運(yùn)動(dòng)方向相反，且衰變后釋放粒子與反沖核動(dòng)量大小相等，由于它們?cè)诖艌?chǎng)中，洛倫茲力提供向心力，則R= ,在同一磁mvBq場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)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(jié)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(xiàn)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(qiáng)磁場(chǎng)，不計(jì)粒子的重力，則下列說(shuō)法正確的有( ) 圖1252A打在圖中a、c、b三點(diǎn)依次是 射線(xiàn)、 射線(xiàn)和 射線(xiàn)B 射線(xiàn)、 射線(xiàn)的軌跡是拋物線(xiàn)C 射線(xiàn)、 射線(xiàn)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(qiáng)電場(chǎng)，則屏上的亮斑一定只有b解析：帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng),所以C正確，B錯(cuò)誤；其偏轉(zhuǎn)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(fù)合場(chǎng)中，軌跡不會(huì)重合，D錯(cuò)誤 (2010 金華模擬)如圖1253所示，兩個(gè)相切的圓表示一個(gè)靜止的原子核發(fā)生某種衰變后，釋放出來(lái)的粒子和反沖核在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的軌跡，可以判定( )圖1253A原子核發(fā)生了 衰變B原子