高中物理選修3-5優(yōu)質(zhì)課件：微型專題-氫原子躍遷規(guī)律的應(yīng)用

微型專題氫原子躍遷規(guī)律的

應(yīng)用第十八章原子結(jié)構(gòu)學(xué)科素養(yǎng)與目標(biāo)要求進(jìn)一步加深對(duì)玻爾理論的理解，掌握玻爾理論的假設(shè).物理觀念：1.會(huì)分析、計(jì)算能級(jí)躍遷過程中吸收或放出光子的能量.2.理解受激躍遷與自發(fā)躍遷的區(qū)別.3.知道使氫原子電離的方式并能進(jìn)行相關(guān)計(jì)算.科學(xué)思維：重點(diǎn)探究啟迪思維探究重點(diǎn)達(dá)標(biāo)檢測(cè)檢測(cè)評(píng)價(jià)達(dá)標(biāo)過關(guān)內(nèi)容索引NEIRONGSUOYIN重點(diǎn)探究啟迪思維探究重點(diǎn)011.自發(fā)躍遷與受激躍遷的比較(1)自發(fā)躍遷：①由高能級(jí)到低能級(jí)，由遠(yuǎn)軌道到近軌道.②釋放能量，放出光子(發(fā)光)：hν＝E初－E末.③大量處于激發(fā)態(tài)為n能級(jí)的原子可能的光譜線條數(shù)：

.(2)受激躍遷：①由低能級(jí)到高能級(jí)，由近軌道到遠(yuǎn)軌道.幾種躍遷的對(duì)比理解一2.使原子能級(jí)躍遷的兩種粒子——光子與實(shí)物粒子(1)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(jí)的能量差，否則不被吸收，不存在激發(fā)到n能級(jí)時(shí)能量有余，而激發(fā)到n＋1能級(jí)時(shí)能量不足，則可激發(fā)到n能級(jí)的問題.(2)原子還可吸收外來實(shí)物粒子(例如，自由電子)的能量而被激發(fā)，由于實(shí)物粒子的動(dòng)能可部分地被原子吸收，所以只要入射粒子的能量大于或等于兩能級(jí)的能量差值，就可使原子發(fā)生能級(jí)躍遷.3.一個(gè)氫原子躍遷和一群氫原子躍遷的區(qū)別(1)一個(gè)氫原子躍遷時(shí)的解題方法①確定氫原子所處的能級(jí)，畫出能級(jí)圖，如圖1所示.②根據(jù)躍遷的原理，分別畫出處于激發(fā)態(tài)的氫原子向低能級(jí)躍遷時(shí)最多可能的躍遷示意圖.③再根據(jù)躍遷能量公式hν＝Em－En(m>n)分別計(jì)算出這幾種光子的頻率.(2)一群氫原子躍遷問題的計(jì)算①確定氫原子所處激發(fā)態(tài)的能級(jí)，畫出躍遷示意圖.②運(yùn)用歸納法，根據(jù)數(shù)學(xué)公式N＝

確定躍遷時(shí)輻射出幾種不同頻率的光子.③根據(jù)躍遷能量公式hν＝Em－En(m>n)分別計(jì)算出各種光子的頻率.圖1例1

(多選)氫原子的能級(jí)圖如圖2所示，欲使處于基態(tài)的氫原子躍遷，下列措施可行的是A.用10.2eV的光子照射

B.用11eV的光子照射C.用14eV的光子照射

D.用11eV的電子碰撞圖2√√√解析

由玻爾理論的躍遷假設(shè)可知，氫原子在各能級(jí)間躍遷，只能吸收能量值剛好等于兩能級(jí)能量差的光子.由氫原子能級(jí)關(guān)系不難算出，10.2eV剛好為氫原子n＝1和n＝2的兩能級(jí)能量差，而11eV則不是氫原子基態(tài)和任一激發(fā)態(tài)的能量差，因而氫原子能吸收前者被激發(fā)，而不能吸收后者.對(duì)于14eV的光子，其能量大于氫原子電離能，足可使氫原子電離，而不受氫原子能級(jí)間躍遷條件限制，由能量守恒定律不難知道，氫原子吸收14eV的光子電離后產(chǎn)生的自由電子仍具有0.4eV的動(dòng)能.用電子去碰撞氫原子時(shí)，入射電子的動(dòng)能可全部或部分地被氫原子吸收，所以只要入射電子的動(dòng)能大于或等于基態(tài)和某個(gè)激發(fā)態(tài)能量之差，也可使氫原子躍遷，故正確選項(xiàng)為A、C、D.針對(duì)訓(xùn)練1如圖3為氫原子的能級(jí)圖，已知可見光光子的能量范圍為1.62～3.11eV，金屬鉀的逸出功是2.25eV，現(xiàn)有大量處于n＝4能級(jí)的氫原子.下列說法正確的是A.氫原子躍遷時(shí)最多可發(fā)出6種可見光B.氫原子躍遷時(shí)發(fā)出的可見光均能使金屬鉀發(fā)生光電效應(yīng)C.氫原子躍遷時(shí)發(fā)出的可見光使金屬鉀發(fā)生光電效應(yīng)得到

光電子的最大初動(dòng)能為0.3eVD.氫原子躍遷時(shí)發(fā)出的可見光使金屬鉀發(fā)生光電效應(yīng)得

到光電子的最大初動(dòng)能為10.98eV圖3√解析

根據(jù)

＝6知，大量處于n＝4能級(jí)的氫原子向低能級(jí)躍遷時(shí)，可能發(fā)出6種不同頻率的光子，因?yàn)榭梢姽獾墓庾幽芰糠秶鸀?.62～3.11eV，滿足此范圍的有：n＝4到n＝2，n＝3到n＝2，所以氫原子躍遷時(shí)最多可發(fā)出2種可見光，故A錯(cuò)誤；大量氫原子從n＝4能級(jí)向n＝2能級(jí)躍遷時(shí)，輻射的光子能量為－0.85eV－(－3.40eV)＝2.55eV，從n＝3能級(jí)向n＝2能級(jí)躍遷時(shí)，輻射的光子能量為－1.51eV－(－3.40eV)＝1.89eV<2.25eV，故B錯(cuò)誤；根據(jù)Ek＝hν－W0，氫原子躍遷時(shí)發(fā)出的可見光使金屬鉀發(fā)生光電效應(yīng)得到光電子的最大初動(dòng)能為Ek＝2.55eV－2.25eV＝0.3eV，故C正確，D錯(cuò)誤.1.電離：指電子獲得能量后脫離原子核的束縛成為自由電子的現(xiàn)象.電離態(tài)：指n→∞，E＝0的狀態(tài)電離能：電子發(fā)生電離所需的能量.2.氫原子躍遷與電離的區(qū)別hν＝Em－En(m>n)只適用于光子和原子作用使原子在各定態(tài)之間躍遷的情況，對(duì)于光子和原子作用使原子電離的情況，則不受此條件的限制.如基態(tài)氫原子的電離能為13.6eV，只要能量大于或等于13.6eV的光子都能被基態(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(dòng)能越大.電離二例2

(多選)如圖4所示為氫原子的能級(jí)圖.用光子能量為13.06eV的光照射一群處于基態(tài)的氫原子，下列說法正確的是A.氫原子從n＝4的能級(jí)向n＝3的能級(jí)躍遷時(shí)輻射光的波長(zhǎng)最短B.輻射光中，光子能量為0.31eV的光波長(zhǎng)最長(zhǎng)C.用此光子照射基態(tài)的氫原子，能夠使其電離D.用光子能量為14.2eV的光照射基態(tài)的氫原子，能夠使其電離圖4√解析

因?yàn)椋?3.6eV＋13.06eV＝－0.54eV，知?dú)湓榆S遷到第5能級(jí)，從n＝5躍遷到n＝1輻射的光子能量最大，波長(zhǎng)最短，從n＝5躍遷到n＝4輻射的光子能量為0.31eV，波長(zhǎng)最長(zhǎng)，選項(xiàng)A、C錯(cuò)誤，B正確；用光子能量為14.2eV的光照射基態(tài)的氫原子，能夠使其電離，選項(xiàng)D正確.√針對(duì)訓(xùn)練2氫原子能級(jí)圖如圖5所示，下列說法中正確的有A.用光子能量為13eV的光照射時(shí)，可使穩(wěn)定的氫原子電離B.用光子能量為10.2eV的光照射時(shí)，可能使處于基態(tài)的氫

原子電離C.氫原子可能向外輻射出11eV的光子D.氫原子可能吸收能量為1.89eV的光子圖5解析

要使處于基態(tài)的氫原子電離，其吸收的光子能量至少要等于氫原子的電離能，即13.6eV，若光子能量大于13.6eV，則氫原子吸收其中的13.6eV完成電離，剩余的能量以電子動(dòng)能的形式存在；若入射光光子能量小于13.6eV，則氫原子只能選擇性地吸收能量等于其能級(jí)差的特定光子，完成由低能級(jí)向高能級(jí)的躍遷，故A、B錯(cuò)誤；由氫原子的能級(jí)圖和躍遷假設(shè)知，D正確，C錯(cuò)誤.√達(dá)標(biāo)檢測(cè)檢測(cè)評(píng)價(jià)達(dá)標(biāo)過關(guān)021.(能級(jí)躍遷規(guī)律的應(yīng)用)(多選)氫原子能級(jí)圖如圖6所示，當(dāng)氫原子從n＝3躍遷到n＝2的能級(jí)時(shí)，輻射光的波長(zhǎng)為656nm.以下判斷正確的是A.氫原子從n＝2躍遷到n＝1的能級(jí)時(shí)，輻射光的波長(zhǎng)大于656nmB.用波長(zhǎng)為325nm的光照射，可使氫原子從n＝1躍遷到n＝2的能級(jí)C.一群處于n＝3能級(jí)的氫原子向低能級(jí)躍遷時(shí)最多產(chǎn)生3種譜線D.用波長(zhǎng)為633nm的光照射，不能使氫原子從n＝2躍遷到n＝3的

能級(jí)圖6解析

能級(jí)間躍遷輻射的光子能量等于兩能級(jí)間的能級(jí)差，能級(jí)差越大，輻射的光子頻率越大，波長(zhǎng)越小，A錯(cuò)誤；由Em－En＝hν可知，B錯(cuò)誤，D正確；根據(jù)

＝3可知，C正確.√1234√512342.(能級(jí)躍遷規(guī)律的應(yīng)用)(多選)如圖7所示，氫原子在不同能級(jí)間發(fā)生a、b、c三種躍遷時(shí)，釋放光子的波長(zhǎng)分別為λa、λb、λc，則下列說法正確的是A.從n＝3能級(jí)躍遷到n＝1能級(jí)時(shí)，釋放的光子的波長(zhǎng)可表示為λb＝B.從n＝3能級(jí)躍遷到n＝2能級(jí)時(shí)，電子的勢(shì)能減小，氫原子的能量增加C.用能量為11eV的電子碰撞處于基態(tài)的氫原子時(shí)，氫原子一定不會(huì)發(fā)生躍遷D.用能量為12.09eV的光子照射大量處于基態(tài)的氫原子時(shí)，可以發(fā)出三種不同頻率的光圖7√√5當(dāng)氫原子從n＝3能級(jí)躍遷到n＝2能級(jí)時(shí)，釋放能量，氫原子的能量減小，電子的勢(shì)能減小，動(dòng)能增加，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；用電子碰撞處于基態(tài)的氫原子時(shí)，電子會(huì)將一部分能量轉(zhuǎn)移給氫原子，如果這部分能量正好等于某能級(jí)與基態(tài)的能量差，則氫原子可以發(fā)生躍遷，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；當(dāng)用能量為12.09eV的光子照射大量處于基態(tài)的氫原子時(shí)，氫原子受到激發(fā)能從n＝1能級(jí)躍遷到n＝3能級(jí)，這些處于激發(fā)態(tài)的氫原子向基態(tài)躍遷的過程中，可以發(fā)出三種不同頻率的光，選項(xiàng)D正確.123453.(能級(jí)躍遷規(guī)律的應(yīng)用)(多選)如圖8為玻爾為解釋氫原子光譜畫出的氫原子能級(jí)示意圖，一群氫原子處于n＝4的激發(fā)態(tài)，當(dāng)它們自發(fā)地躍遷到較低能級(jí)時(shí)，以下說法符合玻爾理論的有A.電子軌道半徑減小，動(dòng)能增大B.氫原子躍遷時(shí)，可發(fā)出連續(xù)不斷的光譜線C.由n＝4躍遷到n＝1時(shí)發(fā)出光子的頻率最小D.金屬鉀的逸出功為2.25eV，能使金屬鉀發(fā)生光電效應(yīng)的光譜線有4條1234圖8√√512344.(能級(jí)躍遷規(guī)律的應(yīng)用)當(dāng)用具有1.87eV能量的光子照射處于n＝3的激發(fā)態(tài)的氫原子時(shí)A.氫原子不會(huì)吸收這個(gè)光子B.氫原子吸收該光子后被電離，電離后電子的動(dòng)能為0.36eVC.氫原子吸收該光子后被電離，電離后電子的動(dòng)能為零D.氫原子吸收該光子后不會(huì)被電離解析

處于n＝3激發(fā)態(tài)的氫原子所具有的能量為E3＝

＝－1.51eV，由于1.87eV＋(－1.51eV)＝0.36eV>0，說明氫原子能夠吸收該光子而電離，電離后電子的動(dòng)能為0.36eV.√512345.(能級(jí)躍遷規(guī)律的應(yīng)用)氫原子處于基態(tài)時(shí)，原子能量E1＝－13.6eV，氫原子各能級(jí)的關(guān)系為En＝

(n＝1,2，3…).(1)處于n＝2激發(fā)態(tài)的氫原子，至少要吸收多大能量的光子才能電離？答案

3.4eV

則處于n