电子能级跃迁应用 高中物理选择性必修氢原子的能级跃迁

高中物理选择性必修氢原子的能级跃迁

氢原子的能级跃迁

(1)玻尔理论

①轨道量子化与定态：电子的轨道是量子化的。电子在这些轨道上绕核的运动是稳定的，不产生电磁辐射。因此，原子的能量也只能取一系列特定的值，这些量子化的能量值叫作能级。原子中这些具有确定能量的稳定状态，称为定态。能量最低的状态叫作基态，其他的状态叫作激发态。

②频率条件：原子从一种定态跃迁到另一种定态时，它辐射或吸收一定频率的光子，光子的能量由这两个定态的能量差决定，即hν＝En－Em(m＜n，h是普朗克常量，h＝6.63×10负34次密J·s)。

(2)氢原子的能级图

2.对原子能级跃迁的频率条件hν＝En－Em的说明

(1)原子能级跃迁的频率条件hν＝En－Em只适用于原子在各定态之间跃迁的情况。

(2)当光子能量大于或等于13.6 eV(或|En|)时，也可以被处于基态(或n能级)的氢原子吸收，使氢原子电离。

(3)原子还可吸收外来实物粒子(例如自由电子)的能量而被激发。由于实物粒子的动能可全部或部分被原子吸收，所以当入射粒子的能量大于或等于两能级的能量差值(E≥En－Em)，则原子可能发生能级跃迁。

原子能级跃迁的两种类型和原子的电离

1.自发跃迁

（1）定义：处于较高能级的粒子自发地跃迁到较低能级上去的过程.

（2）自发跃迁放出光子的能量等于高能级与低能级之间的能量差，即E=Em-En（m＞n）.放出光子的频率满足hν＝Em一En(多也不行，少也不行) ，可以看出，原子发射光子的频率是分立的，不连续的原子只能发射一些特定频率的光子，能级差越大，放出光子的频率就越高。由于不同的原子具有不同的结构，能级各不相同，因此辐射（或吸收）光子的频率也不相同，这就是不同元素的原子具有不同的特征谱线的原因.

（3）氢原子能级跃迁的种类

①大量 的氢原子处在量子数为”的能级，向各低能级跃迁时，可能辐射光子的频率有N＝Cₙ²＝n(n-1)/2种.

②一个 处于激发态的氢原子向基态跃迁时，最多可以辐射n-1种频率的光子.

2.受激跃迁

受激跃迁是原子吸收能量从低能级向高能级的跃迁.使原子能级跃迁的粒子有两种：光子和实物粒子

（1）原子吸收光子的受激跃迁

原子若是吸收光子的能量而被激发，吸收光子的能量必须恰好等于两能级间的能量差，否则不被吸收，即原子只能吸收一些特定频率的光子，不存在激发到＝2能级时的能量有余，而激发到＝3能级时能量不足的问题，这也是为什么原子吸收光谱的频率与发射光谱的频率相同的原因.

（2）原子吸收外来实物粒子的能量的受激跃迁

原子还可以由于实物粒子的撞击而被激发.由于实物粒子的动能在碰撞时可以全部或部分被原子吸收，所以只要人射粒子的能量大于或等于两能级的能量差值（E≥E一E），原子只吸收恰为两能级间能量差的部分，从而可使原子发生能级跃迁.

3.原子的电离

若入射光子的能量或者与原子碰撞的实物粒子在碰撞过程中损失的能量大于或等于原子从低能级到n→∞的激发态所需的能量，也可以被原子吸收，使原子电离，大于电离能的那部分能量成为自由电子的动能.

☞跃迁与电离

1.hν＝Em-En，只适用于光子和原子作用，使原子在各定态之间跃迁的情况，对于光子和实物粒子撞击使原子电离的情况，则不受此条件的限制。如基态氢原子的电离能为13.6V，只要能量大于或等于13.6eV的光子都能被基态的氢原子吸收而发生电离，只不过入射光子的能量越大，原子电离后产生的自由电子的动能越大

2.原子处于不同状态的电离能：氢原子的电离能是氢原子处于某一低能级到n→∞的激发态所需要吸收的能量，其数值等于氢原子处于各定态的能级值的绝对值如基态氢原子的电离能是13.6eV，氢原子处于n＝2的激发态时的电离能是3.4eV.

☞掌握技巧

解题反思注意区分原子受激跃迁的“三种”情况：

1.光子照射时，若光子能量E满足E＝Em一En（m＞n），则原子会发生能级跃迁；

2.光子照射时，若光子能量E＞E∞-En，则原子不会发生能级跃迁，只会发生电离，剩余能量为跃迁后电子的动能；

3.电子撞击原子时，只要电子能量E≥Em一En，原子就会发生能级跃迁；当E＞E∞一En，则原子会发生电离，实物粒子的能量可以全部或者部分吸收.

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