近代物理玻爾理論和能級(jí)躍遷講義

玻爾理論和能級(jí)躍遷編審教師：市級(jí)骨干教師繆祥禹本專題在高考中主要考查原子的結(jié)構(gòu)、玻爾理論的理解、氫原子的能級(jí)躍遷與電離、能級(jí)圖等問題，有時(shí)會(huì)與光電效應(yīng)知識(shí)綜合命題，題型多為選擇題，難度中等。考查對(duì)相關(guān)知識(shí)的理解與應(yīng)用能力。玻爾理論的理解（2021?四川模擬）根據(jù)玻爾的原子模型，當(dāng)氫原子核外電子由離原子核較近的軌道躍遷到離核較遠(yuǎn)的軌道上時(shí)，下列說法中正確的是（）A．核外電子受到的庫(kù)侖力變小 B．原子的能量減小C．核外電子的動(dòng)能變大 D．原子核和核外電子的電勢(shì)能減小關(guān)鍵信息：電子由離原子核較近的軌道躍遷到離核較遠(yuǎn)的軌道→①電子軌道半徑變大②躍遷時(shí)需要吸收能量解題思路：根據(jù)玻爾原子理論再結(jié)合庫(kù)侖力提供核外電子繞原子核做圓周運(yùn)動(dòng)所需的向心力來處理相關(guān)問題。A、氫原子的核外電子，由離核較近的軌道躍遷到離核較遠(yuǎn)的軌道，根據(jù)庫(kù)侖定律公式F＝可知，核外電子受到的庫(kù)侖力減小，故A正確；B、氫原子的核外電子，由離核較近的軌道躍遷到離核較遠(yuǎn)的軌道的過程中吸收能量，原子的總能量增大，故B錯(cuò)誤；C、根據(jù)庫(kù)侖力提供向心力公式：＝和動(dòng)能的公式Ek＝，可知電子的動(dòng)能：Ek＝，所以電子由離核較近的軌道躍遷到離核較遠(yuǎn)的軌道時(shí)，電子的動(dòng)能減小，故C錯(cuò)誤；D、電子由離核較近的軌道躍遷到離核較遠(yuǎn)的軌道時(shí)克服電場(chǎng)力做功，原子核和核外電子的電勢(shì)能增大，故D錯(cuò)誤。故選：A。（2021?江蘇模擬）關(guān)于玻爾的原子模型，下列說法正確的是（）A．按照玻爾的觀點(diǎn)，電子在定態(tài)軌道上運(yùn)行時(shí)不向外輻射電磁波B．電子只能通過吸收或放出一定頻率的光子在軌道間實(shí)現(xiàn)躍遷C．電子從外層軌道躍遷到內(nèi)層軌道時(shí)，動(dòng)能增大，原子能量也增大D．電子繞著原子核做勻速圓周運(yùn)動(dòng)。在外層軌道運(yùn)動(dòng)的周期比在內(nèi)層軌道運(yùn)動(dòng)的周期小A．根據(jù)玻爾的原子模型可知，電子在定態(tài)軌道上運(yùn)行時(shí)，并不向外輻射能量，故A正確；B．電子在軌道間躍遷，可通過吸收或放出一定頻率的光子在軌道間實(shí)現(xiàn)躍遷，也可通過其他方式實(shí)現(xiàn)，比如電子間的碰撞，故B錯(cuò)誤；C．電子從外層軌道（高能級(jí)）躍遷到內(nèi)層軌道（低能級(jí)）時(shí)，動(dòng)能增大，但原子能量卻是減小的，故C錯(cuò)誤；D．電子繞著原子核做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，具有“高軌，低速，大周期”的特點(diǎn)，即在外層軌道運(yùn)動(dòng)的周期比在內(nèi)層軌道運(yùn)動(dòng)的周期大，故D錯(cuò)誤。故選A。解答核外電子在不同軌道上運(yùn)動(dòng)狀態(tài)問題時(shí)涉及的主要物理規(guī)律（1）庫(kù)侖定律：F＝，可以用來確定電子和原子核間的相互作用力。（2）牛頓運(yùn)動(dòng)定律和圓周運(yùn)動(dòng)規(guī)律：可以用來分析電子繞原子核做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的問題。（3）功能關(guān)系及能量守恒定律：可以分析由于庫(kù)侖力做功引起的電子在原子核周圍運(yùn)動(dòng)時(shí)動(dòng)能、電勢(shì)能之間的轉(zhuǎn)化問題。氫原子的能級(jí)躍遷（2022浙江歷年真題）如圖為氫原子的能級(jí)圖。大量氫原子處于n＝3的激發(fā)態(tài)，在向低能級(jí)躍遷時(shí)放出光子，用這些光子照射逸出功為的金屬鈉。下列說法正確的是（）A．逸出光電子的最大初動(dòng)能為eVB．n＝3躍遷到n＝1放出的光電子動(dòng)量最大C．有3種頻率的光子能使金屬鈉產(chǎn)生光電效應(yīng)D．用eV的光子照射，氫原子躍遷到n＝4激發(fā)態(tài)關(guān)鍵信息：（1）大量氫原子→向低能級(jí)躍遷時(shí)最多發(fā)出的光子種數(shù)為；光子照射逸出功為的金屬鈉→光電效應(yīng)發(fā)生條件：輻射光子的能量大于逸出功；（3）光子照射使氫原子發(fā)生躍遷→滿足頻率條件：ΔE＝hv＝Em－En解題思路：綜合氫原子的能級(jí)躍遷的規(guī)律與愛因斯坦光電效應(yīng)方程進(jìn)行解答，同時(shí)要注意光電子的能量與動(dòng)量的關(guān)系。A．從n＝3躍遷到n＝1放出的光電子能量最大E，根據(jù)愛因斯坦光電效應(yīng)方程知：Ek＝E－W0，可得此時(shí)最大初動(dòng)能為Ek，故A錯(cuò)誤；B．根據(jù)p＝＝，E＝hv，又因?yàn)閺膎＝3躍遷到n＝1放出的光電子能量最大，故可知此時(shí)對(duì)應(yīng)的光電子的動(dòng)量也最大，故B正確；C．大量氫原子從n＝3的激發(fā)態(tài)躍遷到基態(tài)能放出＝3種頻率的光子，其中從n＝3躍遷到n＝2放出的光子能量為ΔE，不能使金屬鈉產(chǎn)生光電效應(yīng)，其他兩種均可以，故C錯(cuò)誤；D．由于n＝3躍遷到n＝4能級(jí)需要吸收的光子能量為ΔE≠0.85eV，所以用的光子照射，不能使氫原子躍遷到n＝4激發(fā)態(tài)，故D錯(cuò)誤。故選B。（2022?天津模擬）a、b兩種可見光在同一光電效應(yīng)裝置中測(cè)得的光電流和電壓的關(guān)系如圖甲所示。圖乙為氫原子能級(jí)圖，已知可見光的光子能量在到之間，下列說法正確的是（）A．a(chǎn)光的波長(zhǎng)比b光的小B．單色光a的光子動(dòng)量比單色光b的光子動(dòng)量大C．若a光是從n＝4躍遷到n＝2能級(jí)時(shí)發(fā)出的光，則b光可能是從n＝躍遷到n＝2能級(jí)時(shí)發(fā)出的光D．用E＝12.8eV的電子去轟擊基態(tài)的氫原子，可以得到兩種可見光A．根據(jù)愛因斯坦光電效應(yīng)方程知：Ek＝hν－W0，又由動(dòng)能定理可知：Ek＝|eUc|，綜合可得：hν－W0＝|eUc|，由圖可知在同一光電效應(yīng)裝置中，a的遏止電壓Uc低，可知a光的光子能量小，又由于v＝，因此a光的波長(zhǎng)比b光的大，故A錯(cuò)誤；B．根據(jù)p＝，由于a光的波長(zhǎng)比b光的大，因此單色光a的光子動(dòng)量比單色光b的光子動(dòng)量小，故B錯(cuò)誤；C．從n＝4躍遷到n＝2能級(jí)時(shí)發(fā)出的光子能量：E42從n＝3躍遷到n＝2能級(jí)時(shí)發(fā)出的光子能量：E32由于a光的光子能量小，而E42＞E32，故b光不可能是從n＝3躍遷到n＝2能級(jí)時(shí)發(fā)出的光，C錯(cuò)誤；D．用E的電子去轟擊基態(tài)的氫原子，由于ΔE41，則由于電子的撞擊，光子可獲得的能量最多可以躍遷到n＝4的能級(jí)，再向低能級(jí)躍遷時(shí)，最多產(chǎn)生6中不同頻率的光，6種光子的能量分別為：ΔE1＝E4－E3ΔE2＝E3－E2ΔE3＝E4－E2ΔE4＝E2－E1ΔE5＝ΔE41ΔE6＝E3－E1其中ΔE2，ΔE3對(duì)應(yīng)的是可見光，故D正確。1．兩類能級(jí)躍遷受激躍遷：①光照（吸收光子）：光子的能量必須恰好等于能級(jí)差hv＝Em－En。②碰撞、加熱等：只要入射粒子能量大于或等于能級(jí)差即可，E外≥Em－En。③大于電離能的光子