高中物理氢原子跃迁问题分析.doc

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1、氢原子跃迁问题例谈玻尔的氢原子模型是高中物理的重要模型之一。以此知识点为背景的考题，往往具有较强的抽象性和综合性，一直都是学生学习的难点。本文试图就其中涉及氢原子跃迁的几个常见问题一一举例说明。问题一：一个原子和一群原子的不同例1有一个处于量子数n=4的激发态中的氢原子，在它向低能态跃迁时，最多可能发出________种频率的光子；有一群处于量子数n=4的激发态中的氢原子，在它们发光的过程中，发出的光谱线共有________条。解析：对于一个氢原子，它只能是多种可能的跃迁过程的一种，如图1所示，处于量子数n＝4的氢原子可以跃迁到

2、三个较低能级，即有4→3，4→2，4→1这三种可能。而4→3这种还可以继续跃迁到更低的能级，实现3→2然后2→1，则最多可能发出3种频率的光子。对于一群氢原子，情况就不同了。它们向低能级跃迁就应该包括4、3、2、1四个轨道中任意两个轨道的跃迁，由数学知识可知共有组合种，因为是一群（数量大），所以6种可能跃迁都一定有某些氢原子实现。归纳：对于只有一个氢原子的，该氢原子可从n能级直接跃迁到基态，则最少只产生一条谱线，若当氢原子从n能级逐级往下跃迁时，则最多可产生n－1条谱线；一群氢原子处于n能级时可能辐射的谱线条数则为。问题二：分清

3、跃迁与电离的区别例2欲使处于基态的氢原子激发，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10eV的光子照射解析：基态氢原子向激发态跃迁，只能吸收能量值刚好等于某激发态和基态能级之差的光子。由氢原子能级关系不难算出，10.2eV刚好为氢原子n=1和n=2的两个能级之差，而10eV、11eV都不是氢原子基态和任一激发态的能量之差，因而氢原子只能吸收前者被激发，而不能吸收后二者。对14eV的光子，其能量大于氢原子电离能13.6eV，足可使其电离，故而不受氢原子能级间跃迁条件限

4、制。由能的转化和守恒定律知道，氢原子吸收14eV的光子电离后产生的自由电子仍具有0.4eV的动能。故正确选项为AC。归纳：依据玻尔理论，氢原子在各能级间跃迁时，只能吸收或辐射能量值刚好等于某两个能级之差的光子，即光子能量值为，多了或少了都不行。如果光子（或实物粒子）与氢原子作用而使氢原子电离（绕核电子脱离原子的束缚而成为“自由电子”，即n=∞的状态）时，则不受跃迁条件限制，只要所吸收光子能量值（或从与实物粒子碰撞中获得能量）大于电离能即可。问题三：注意直接跃迁和间接跃迁例3处于基态的氢原子在某单色光照射下，只能发出频率分别为v1

5、、v2、v3的三种光，且v1＜v2＜v3，则该照射光的光子能量为()A．hv1B．hv2C．hv3D．h(v1＋v2＋v3)解析：如图2所示，处于基态的氢原子要发光，必须先吸收一定的能量E(设)跃迁至某一激发态，而后再由该激发态或直接或间接跃迁回基态，发出几种频率的光子,但这些光子的频率不会大于v，且必须有一个等于v，而v1＜v2＜v3，即v3最大，那么照射光的频率必定为v3，其能量为hv3(hv1＋hv2=hv3)，故本题正确选项为C。归纳：氢原子从一种定态跃迁至另一定态时，有的是直接跃迁，有的是间接跃迁。两种情况下辐射或吸收

6、光子的频率可能不同。问题四：氢原子获取能量的两种方式例4下列两种情况，试判断能否引起氢原子跃迁？(1)用能量为12.0eV的光子去照射一群处于基态的氢原子；（2）用能量为12.0eV的电子去碰撞一群处于基态的氢原子。解析：(1)依据氢原子能级，，，，有，，根据玻尔理论，处于基态的氢原子不可能吸收能量为12.0eV的光子，所以氢原子仍处于基态。（2）用能量为12.0eV的电子去碰撞，氢原子可以从电子那里获取的能量，跃迁至n=2的激发态。剩余的1.8eV能量作为动能被电子保留。归纳：氢原子获取能量的方式有两种，一种是吸收光子能量，这

7、种情况下只能吸收能量值刚好等于两能级之差的光子。另一种是用电子（或其它实物粒子）去碰撞氢原子，因为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，就可使氢原子发生跃迁。巩固练习1．当用具有1.87eV能量的光子照射n＝3激发态的氢原子时，氢原子()A.不会吸收这个光子B.吸收该光子后被电离，电离后的动能为0.36eVC.吸收该光子后被电离，电离后电子的动能为零D.吸收该光子后不会被电离2．光子能量为E的一束光照射容器中的氢（设氢原子处于n=3的能级），氢原子吸收光子后，能发出频

8、率γ1、γ2、γ3、γ4、γ5、γ6六种光谱线，且γ1＜γ2＜γ3＜γ4＜γ5＜γ6，则E等于（）A.hγ1B.hγ6C.h（γ6-γ1）D.h（γ1+γ2+γ3+γ4+γ5+γ6）.n=1n=3n=4n=23．现有1200个氢原子被激发到量子数为4的能级上，若