原子的跃迁
原子实验测量原子的能级跃迁与光谱
原子实验测量原子的能级跃迁与光谱原子的能级跃迁与光谱，是物理学与化学中一个重要且广泛研究的领域。
通过实验测量原子的能级跃迁和光谱现象，我们可以深入了解原子结构、电磁辐射与能量传递等基本过程，为解释和理解物质的性质与变化提供了重要的依据。
一、背景介绍原子的能级跃迁是指电子在不同能级之间进行跃迁的过程。
原子的能级是描述电子在原子中所具有的不同能量状态，从基态到激发态的能级都有相应的能量差。
当电子从一个能级向另一个能级跃迁时，会吸收或者释放能量，同时还伴随着光谱的辐射与吸收现象。
二、实验中的测量为了测量原子的能级跃迁与光谱，科学家们通常采用以下实验方法：1.光谱仪测量光谱仪是一种专门用来分析和测量光谱的仪器。
在实验中，我们可以将原子样品放置在光谱仪中，通过光的分光效应，将光谱分解成不同波长的光线，在光谱仪中观察并记录光线的强度与波长的关系。
通过分析光谱图，我们可以得到原子的光谱信息，了解不同能级之间的跃迁情况。
2.能级跃迁测量在实验中，我们可以通过激发原子样品，使其处于激发态，然后观察到原子从激发态返回到基态时发出的光子。
通过测量发射光子的能量、频率或波长，我们可以确定原子的能级差，并且进一步推断出原子的能级结构和能级跃迁的特性。
三、应用与意义原子的能级跃迁与光谱测量在许多领域中都有着广泛的应用与意义：1.光谱分析光谱分析是通过测量物质发射或吸收特定波长的光谱来识别和分析物质的成分和性质。
通过测量原子的光谱，我们可以准确地确定物质的组成和结构，对于研究材料科学、化学反应、环境监测等具有重要作用。
2.光谱标准原子的能级和光谱特性在测量和标定中也起着重要的作用。
一些原子的能级和光谱特性已经被广泛用于制定国际单位以及其他计量标准，它们为测量学提供了重要的量子标准。
3.量子信息与量子计算原子的能级跃迁与光谱现象也是量子信息和量子计算研究中的重要内容之一。
通过对原子能级的精确控制和测量，可以实现量子比特的储存和操作，为量子计算和量子通信技术的发展提供基础。
原子发射光谱法能级跃迁类型
原子发射光谱法是一种用于确定物质中元素组成的分析方法。
在这个过程中，原子从高能级跃迁到低能级时会发射出特定波长的光。
这些光的波长与元素的类型和浓度有关。
原子发射光谱法中的能级跃迁类型主要有以下几种：
1. 电子跃迁：这是最常见的能级跃迁类型。
当原子中的电子从一个能级跃迁到另一个能级时，会吸收或发射能量。
这种能量的吸收或释放通常以光子的形式发生，因此可以通过测量光的波长来确定元素的存在。
2. 核自旋跃迁：在某些情况下，原子核的自旋状态也会发生变化。
这种变化也会导致能量的吸收或释放，从而影响原子发射光谱。
3. 核外电子轨道跃迁：除了电子跃迁之外，原子核外的电子轨道也可能会发生跃迁。
这种跃迁通常发生在具有多个电子轨道的元素中，如过渡金属元素。
4. 离子化和去离子化：在某些情况下，原子可能会失去一个或多个电子，形成离子。
离子的形成和消失也会导致能量的吸收或释放，从而影响原子发射光谱。
5. 核反应：在某些极端条件下，原子核可能发生裂变或聚变反应，导致能量的释放。
这种能量的释放也会影响原子发射光谱。
原子从高能级跃迁到低能级动能变化
原子从高能级跃迁到低能级动能变化原子能级跃迁：高能级到低能原子能级跃迁是指电子从一个能量较高的能级跃迁到能量较低的能级，从而释放出能量的过程。
原子能级跃迁在许多物理、化学和生物过程中起着关键作用。
动能变化当电子从高能级跃迁到低能级时，会释放出一个光子，光子的能量与两个能级之间的能量差相对应。
根据普朗克方程，光子的能量由频率决定：```E = hf```其中：- E 是光子的能量- h 是普朗克常数- f 是光子的频率跃迁类型原子能级跃迁有几种类型，每种类型都有其独特的特征：自发跃迁：电子自发地从高能级跃迁到低能级，释放出一个光子。
这种跃迁是随机发生的，发生率取决于两个能级之间的能量差。
受激跃迁：当外部能量（如光子或电磁辐射）作用于原子时，电子从低能级激发到高能级。
受激跃迁的发生率与外部能量的强度和频率有关。
辐射跃迁：当处于激发态的电子自发地跃迁到更低的能级时，会释放出一个光子。
这种跃迁的发生率与两个能级之间的能量差有关。
非辐射跃迁：电子从高能级跃迁到低能级时，能量以热量或声子的形式释放，而不是光子。
非辐射跃迁的发生率与两个能级之间的能量差以及周围环境的性质有关。
应用原子能级跃迁在广泛的应用中发挥着重要作用，包括：激光：激光依靠受激辐射跃迁来产生单色、相干、高强度的光。
荧光：当物质吸收能量并将其重新释放为光子时发生荧光，这涉及辐射跃迁。
光谱学：通过分析原子能级跃迁释放或吸收的光的波长，可以获取有关原子结构、成分和性质的信息。
量子计算：原子能级跃迁被用来创建量子比特，这是量子计算的基本单位。
结论原子能级跃迁是电子在不同能量状态之间跃迁的过程，伴随着能量的释放或吸收。
跃迁的类型和发生率取决于两个能级之间的能量差、外加能量的存在以及周围环境。
原子能级跃迁在激光、荧光、光谱学和量子计算等众多应用中发挥着至关重要的作用。
原子的跃迁问题
原子的跃迁问题摘要：普通高中课程标准实验教科书中对原子的跃迁叙述较少，使学生在学习原子的跃迁问题时比较困难；因此总结有关原子跃迁的知识很有必要。
原子跃迁主要的知识有跃迁假设；跃迁方式；电离以及跃迁过程能量的变化关键词：高中物理原子跃迁一、跃迁假设:指原子从一种定态跃迁到另一种定态时，要辐射（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=Em-En。
二、跃迁方式1、自发辐射：指原子处于激发态是不稳定的会自发地向低能级跃迁，一直跃迁到基态的过程。
结论①一个氢原子处于量子数n的激发态时，可辐射的光谱条数最多为(n-1)种;②一群氢原子处于量子数为n的激发态时，由于向各个低能级跃迁的可能性均存在，因此可辐射的光谱条数最多为n?(n-1)/2种2、受激跃迁：指原子处于基态或低能级，因吸收能量向高能级跃迁的过程。
激发方式有:①用光照射:由于光子是一份一份,每个光子的能量hν是不可分的，故要求光子的能量必须等于两个定态的能量差值,才能被原子吸收。
能量不等于两定态能量差值的光子不能被原子吸收(原子电离除外)。
即光子要么全部吸收,要么不吸收②用实物粒子碰撞(如电子):由于电子的动能是可分的，故只要电子的动能大于或等于两个定态的能量差值，就可以使原子跃迁；原子从电子上吸收等于两个定态能量差值的能量，剩余能量作为入射电子的动能。
三、原子的电离一一种特殊的跃迁电离指原子中的电子脱离原子核束缚成为自由电子的过程；即电子从某一定态的轨道跃迁到无穷远处的过程。
处于能级为En的原子恰好电离时，需要吸收的能量为-En；当入射光子能量大于-En时，原子电离吸收能量为-En,剩余能量作为自由电子的动能。
四、跃迁过程能量的变化1.电子的动能:原子中原子核带电荷量为+Ze，核外电子带的电荷量为-e，电子在库仑力作用下绕核做匀速圆周运动有KZe2/r2=mⅴ2/r,故电子的动能EK=mv2/2=KZe2/2r2.原子的电势能:在原子中由于原子核与核外电子库仑引力作用而使原子具有电势能，当电子绕核运动的轨道半径减少时库仑引力的正功,原子的电势能减少，反之当电子绕核运动的轨道半径增大时，库仑引力的负功，原子的电势能增大，取无穷远处电势能为0，则原子的电势能Ep=-kZe2/r3.原子的能量:原子的能量E由核外电子的动能和原子的电势能构成，即E=EK+Ep=-KZe2/2r4.当电子绕核运动轨道半径增大时，电子的动能减少，原子的电势能增大，原子的能量增大；当电子绕核运动轨道半径减少时，电子的动能增大，原子的电势能减少，原子的能量减少例1、氢原子能级图如图,光子能量在1.63ev--3.10ev的光为可见光.要使处于基态的氢原子激发后可辐射出可见光光子,最少应给氢原子提供的能量为（） A.12.09ev B.10.20ev C.1.89ev D.1.51ev解:因为可见光光子的能量范围是1.63ev--3.10ev,所以氢原子至少激发到n=3能级,最少应给氢原子提供的能量为E=(-1.51+13.60)ev=12.09ev,选项A正确.答案A例2、氢原子能级图如图,大量氢原子从n=4能级向n=2能级跃迁辐射出可见光,则( )A.从n=4的能级向n=3的能级跃迁时辐射出紫外线B.n=1能级的氢原子吸收13ev的光子后可辐射出6种频率的光子C.n=2能级的氢原子不能吸收13ev的光子D.n=1能级的氢原子与动能为13ev的电子碰撞后可辐射出6种频率的光子E.氢原子从n=4能级向n=2能级跃迁时,电子的动能增加,原子的电势能减少,原子的能量减少解:从n=4的能级向n=3的能级跃迁时辐射出光子的频率小于从n=4的能级向n=2的能级跃迁时辐射出光子的频率,而紫外线的频率大于可见光的，故A错误；13ev不等于两定态的能量差,故n=1能级的氢原子不吸收该光子，B错误；13ev的光子可以使n=2能级的氢原子电离，故可吸收C错误；动能13ev的电子可以给n=1能级的氢原子12.75ev的能量使其跃迁到n=4的能级,再自发辐射出6种频率的光子D正确；由跃迁过程能量的变化规律可知E正确.答案DE例3、用大量具有一定能量的电子轰击大量处于基态的氢原子,观测到一定数目的光谱线,如图调高电子的能量再次进行观测,发现光谱线的数目比原来增加5条.用?n表示两次观测中最高激发态的量子数n之差；E表示调高后电子的能量,根据氢原子能级图判断,?n和E的可能值为( )A.?n=1,13.22ev＜E＜13.32evB.?n=2,13.22ev＜E＜13.32evC.?n=1,12.75ev＜E＜13.06evD.?n=2,12.75ev＜E＜13.06ev解：基态的氢原子吸收电子的能量后先跃迁到某一激发态再自发辐射出光子，第二次观测,发现光谱线的数目比第一次增加5条，可能的情况有①n1=2,n2=4；②n1=5,n2=6；当n1=2,n2=4时，?n=2,(-0.85+13.6)ev＜E＜(-0.54+13.6)ev,即12.75ev＜E＜13.06ev,D正确；当n1=5,n2=6时，?n=1,(-0.38+13.6)ev＜E＜(-0.28+13.6)ev,即13.22ev＜E＜13.32ev,A正确.答案AD例4、能量为E的光子照射基态氢原子，刚好能使该原子中的电子成为自由电子，这一能量称为氢的电离能。
第三章--跃迁
穆斯堡尔效应的特点： 能量分辨本领非常高。
测量的灵敏度可以达到 / E 0 对 对
57
3 1 0 ，E Fe 的 14 .4KeV 0
1 3
1 6
67
E 5 . 31 0 .3KeV , Zn 的 93 0
1 1 的 4 1 0 1 2 9K e V , E Ir 0
e e
( 1 ) e
K
L
M
3、辐射的多极性及跃迁选择定则 1)、经典电磁辐射的多极性
电偶极子 电偶极辐射 电四极子 电四极辐射 电八极子 电八极辐射
………………………
电多极辐射：电荷运动产生的辐射
磁偶极子 磁偶极辐射 磁四极子 磁四极辐射 磁八极子 磁八极辐射
1 ) 磁多极辐射 (
L 1
以：ML 表示。 如： M1， M2 等
根据 跃迁概率公式：
(1) 同一类型跃迁，高一极次概率比低一 极次概率小三个数量级；
3
M M
( L 1 ) / ( L ) ~ 10 ( L 1 ) / ( L ) ~ 10 E E
(2) 同一极次，电多极辐射概率比磁多极 辐射概率大２～３个数量级； 3 ( L ) ~ ( L 1 ) ( L ) / ( L ) ~ 10 M E M E (3) 类型、极次相同，相邻能级能量差越 小，跃迁概率越小。
解释为何 0 0 跃迁不可能通过发射 光子实现？那么这种情况下，退激是如何 实现的？
光子带走的 角动量 决定 辐射的 极次
光子角动量 L 1 2 3 … L
辐射的极次 偶极辐射 四极辐射 八极辐射 …………. 2L极辐射
原子核跃迁
Q =2823.63±0.11 keV 0+
E2 0
60 28
角关联。
59
Ni
二．同质异能跃迁
原子核的激发态寿命都是相当短的，典型值在10 12sec以下.也有的核激 发态寿命很长，甚至达数年。 通常将寿命比较长的核激发态称为同质异能态。同质异能态的跃迁称为 同质异能跃迁。现在人们常把同核异能态理解为寿命可测量的激发态。
=
1
=
1 1 = e + (1+)
γ光子和内转换电子的跃迁概率λγ可以写作：
1 = (1+)
通过上式可以将理论值与实验值比较，确定跃迁类型。
65
三．内转换电子
例：试计算1μg重的137Cs每秒放出多少个γ光子，（已知137Cs的半衰期 为30.07a，β衰变至子核激发态的分之比为93％，子核γ跃迁的内转换
58
一．跃迁的一般性质
放射性活度为1Ci的60Co每秒发生3.7×1010次核衰变：放出3.7×1010个 粒 子(E = 317.9keV)和2×3.7×1010个光子(E=1332.5, 1173.2keV)。
10.5 m 5.27 a 2+ 5+
60 27
Co
59 0 .2 73 11 % .87 99
4+ E2 2+
.5 32 13
2505.8 % .98 99
以直接发生β衰变，甚至可以发
Q =2823.63±0.11 keV 0+
60 28
E2 0
生α衰变。
61
Ni
三．内转换电子
原子核从激发态到较低能态或基态的跃迁，除发射γ光子外，还 可以通过发射电子来完成，研究表明这种电子通常不是来自原子
原子跃迁几个问题剖析2
关于原子跃迁几个问题的剖析原子的能级跃迁及其光子的发射和吸收在近几年高考中经常考查,本文就原子跃迁时应注意几个问题作一一阐述例析，希望能帮助到同学们的学习。
一、跃迁与电离的区别根据玻尔理论，原子从低能级向高能级跃迁时，吸收一定能量的光子．只有当光子的能量hv满足hv= En- Em时，才能被某一个原子吸收而从底能级Em跃迁到高能级En；而当光子的能量hv大于或小于En- Em时都不能被原子吸收而跃迁。
当原子从高能级向低能级跃迁时，减小的能量以光子的向外辐射，所辐射光子的能量恰好等于发生跃迁的两能级间的能量差，即hv= En- Em。
欲想把处于某一定态的原子的电子电离出去，就需要给原子一定的能量．如使氢原子从n=l的基态上升到n=∞的状态，这个能量的大小至少为13．6ev,即处于基态的氢原子的电离能E=13.6ev。
当入射光的能量大于13．6ev时，光子一定被原子吸收而电离。
例1一个氢原子处于基态，用光子能量为15 ev的电磁波去照射该原子，问能否使氢原子电离?若能使之电离，则电子被电离后所具有的动能是多大?解析处于基态的氢原子的电离能E=13.6ev, 15 ev>13.6ev,氢原子能被电离;电离后电子具有动能为1．4eV。
二、一群氢原子和一个氢原子跃迁出现的情况氢原子核外只有一个电子，这个电子在某个时刻只能处在某一个可能的轨道上.氢原子的半径公式r n=n2r1(n=1,2,3…),其中r1为基态半径，r1=0.53×10-10m. 氢原子的能级公式En=E1/n2(n=1,2,3…), 其中E1基态能量，E1=13.6ev。
电子在r1的轨道上运动时，原子的能量为E1,如此往下类推。
当电子从某一轨道跃迁到另一个轨道时，原子的能量发生变化，即原子发生跃迁。
如当一个氢原子从n=3的状态跃迁到发n=1的状态时，可能发生从n=3→l的跃迁，也可能发生从n=3→2→1的跃迁，但只能处于其中的一种，故发出谱线最多的是从n=3→2→1的跃迁，即可能的光谱线数最多为n-1。
原子跃迁和原子核跃迁的区别
原子跃迁和原子核跃迁的区别
原子跃迁和原子核跃迁的本质和影响有所不同。
原子跃迁的本质是电子的能级变化，其本质上是组成物质的粒子（原子、离子或分子）中电子的一种能量变化。
当组成物质的粒子受到外界能量的激发，会自发的回到低能级态，从而发射光子。
与电子跃迁不同的是，核的跃迁能量极高，一般都处于γ波段。
而原子核跃迁主要靠释放γ射线，一般都是放射性元素在经过α、β衰变之后到达子核的高能态，然后靠释放γ射线来退激发，其能量一般在MeV量级。
当然，原子核退激发的途径不只是γ衰变放出γ射线，还可以通过直接把多余能量传递给核外电子。
总的来说，原子跃迁和原子核跃迁虽然都涉及能量变化，但它们的本质和影响是不同的。
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