氢原子能级的几个问题
氢原子由高能级向低能级跃迁动能
氢原子由高能级向低能级跃迁动能1. 引言：跃迁的魅力嘿，朋友们，你们有没有想过，当氢原子从一个高能级跳到低能级时，它究竟经历了什么？是不是感觉像是在看一场神奇的魔术表演？别着急，我们这就来揭开这个科学小谜团，看看氢原子的“跳跃”背后藏着怎样的秘密。
想象一下，一颗氢原子就像是个疯狂的舞者，能量高的时候，它仿佛在舞台上狂舞，而当它“降级”到低能级时，跳跃变得更加稳重，但却能释放出一段绚丽的光芒。
好啦，别急，我们一步步来揭开这神秘的面纱。
2. 氢原子的能级与跃迁2.1 氢原子的“家底”氢原子这个小家伙，其实就是由一个单独的质子和一个电子组成的。
这个电子在原子内部有不同的能量层级，想象一下，像楼层一样，从一楼到顶层都有不同的“房间”。
而这些“房间”其实就是不同的能级。
电子在这些能级之间跳跃，就像是在上下楼层，关键是，跳跃的过程中，它会释放或吸收光能。
真是太酷了，对吧？2.2 跃迁的秘密当氢原子的电子从一个高能级跳到低能级时，这个过程中就会释放出一定的能量，这种释放的能量以光的形式出现。
你可以把它想象成一个炫彩的烟花，噼里啪啦地绽放在夜空中。
这个光的颜色取决于跃迁的“高度差”。
比如从三楼跳到二楼，放出的光可能是红色的；从二楼跳到一楼，可能会是蓝色的。
这些颜色就是我们平常看到的氢原子发出的光谱线。
3. 跃迁的动能与应用3.1 动能的释放那么，这些“跃迁”释放出来的能量到底是什么呢？其实，氢原子的电子在高能级的时候拥有很大的动能。
当它跳到低能级时，动能转化成了光能，释放出来。
这就像一个高空的滑梯，电子从上滑下来时，它带来的动能就会转化为光的能量，闪亮的光芒就这样出现了。
这个过程不仅神秘而且美丽，仿佛给原子世界带来了一场光影秀。
3.2 实际应用这些跃迁的光谱线可不仅仅是美丽的烟花，它们在实际中有大用场。
例如，天文学家用这些光谱线来研究星星的成分和运动情况。
科学家们通过分析这些光谱线，了解星星的年龄、温度和化学成分等。
11-26氢原子的量子理论 第26章-例题
例7.多电子原子中，电子的排列遵循（ ）原理和（ ） 原理。 泡利不相容原理和能量最低原理
例8.当氢原子中的电子处在 n 3, l 2, ml 2, m s 1
的状态时，它的轨道角动量为 l ( l 1) 自旋角动量为 1 ( 1 1) 3 2 2 2
例7 试问氢原子处在 n=2 能级时有多少个不同的状 态？在不考虑电子自旋的情况下，对于各个状态，试 按量子数列出它们的波函数。 解： 氢原子的能量本征值 En 只依赖于主量子数 n ； n 确定后角量子数可取 0，1，2，…… (n-1), 共 n个值； 在给定 l 后磁量子数 m 可取 -l, -l+1,…0,…l-1, l, 共（2l+1） 个值； 属任一能级的量子态ψnlm 的数目为 n2。 据题意，当 n=2 时，可能的波函数为
Lz 0, , 2 , 3
200 ,
211,
210 ,
211 .
例8 讨论氢原子的 200 , 210 , 211 , 211四个状态的宇称。 解： nlm 的宇称取决于 (1)
l
l 为偶数时为偶宇称; l 为奇数时为奇宇称。 故 ψ200 有偶宇称； ψ210， ψ211，ψ21-1 有奇宇称。
属n=2能级的量子态 共有4。 据题意，当 n=2 时，可能的波函数为
200 , 211, 210 , 211.
例2：根据量子力学理论，氢原子中电子的角动量在外 磁场方向上的投影为 Lz ml , 当角量子数 l=2时，Lz
的可能取值为何值。 解： 磁量子数取值为 ml l , l 1, 0,, l 1, l
Байду номын сангаас
氢原子轨道能量高低顺序
氢原子轨道能量高低顺序1.引言1.1 概述氢原子是由一个质子和一个电子组成的最简单的原子。
在氢原子中，电子围绕着质子旋转，并处于不同的能级或轨道中。
这些能级或轨道具有不同的能量，并且按照一定的顺序排列。
氢原子轨道能量的高低顺序是指这些能级或轨道的能量从低到高的排列顺序。
在氢原子中，能量低的轨道接近于质子，而能量高的轨道离质子较远。
电子在不同的能级之间转移时，会吸收或释放能量。
这种能量转移是由于电子在不同能级之间跃迁引起的。
氢原子轨道能量的高低顺序对于理解原子的电子结构和化学反应等具有重要意义。
氢原子轨道能量的高低顺序受到多个因素的影响。
其中最主要的因素是电子的主量子数。
主量子数越大，电子所处的能级就越高，能量也越高。
此外，其他量子数如角量子数和磁量子数也对轨道能量的顺序产生影响。
不同的轨道具有不同的量子数组合，因此它们的能量也不同。
了解氢原子轨道能量的高低顺序对于理解原子结构和性质至关重要。
它不仅可以解释元素的化学行为，还可以用于预测反应的可能性和速率。
对于化学、物理和材料科学等领域的研究人员来说，理解氢原子轨道能量的高低顺序是深入研究和探索更复杂原子体系的基础。
1.2文章结构文章结构部分（1.2）的内容可以如下所示：文章结构：本文将依次从以下几个方面来讨论氢原子轨道能量的高低顺序。
首先，我们将简要概述氢原子轨道能量的背景和相关概念，为读者提供必要的背景知识。
接下来，我们将深入探讨影响氢原子轨道能量高低顺序的各种因素，包括原子核电荷数、量子数和轨道半径等。
通过对这些因素的分析，我们将揭示出能量顺序的形成机制。
然后，我们将总结氢原子轨道能量的高低顺序，并对其进行简要归纳。
最后，我们将探讨这一能量顺序在相关领域的意义和应用，以展示其重要性和研究的价值。
通过这样的文章结构，我们将系统地介绍氢原子轨道能量高低顺序的相关内容，使读者能够全面了解这一领域的知识。
同时，对于相关领域的意义和应用的讨论将使读者更好地理解这一能量顺序的重要性，进一步拓展其研究的视野。
氢原子的能级解析及经典例题
氢原子的能级:1、氢原子的能级图2ﻫﻫ、光子的发射和吸收①原子处于基态时最稳定，处于较高能级时会自发地向低能级跃迁,经过一次或几次跃迁到达基态，跃迁时以光子的形式放出能量。
ﻫ②原子在始末两个能级E m和E n（ｍ＞n)间跃迁时发射光子的频率为ν，：ｈυ＝E m-E n。
ﻫ③如果原子吸收一定频率的光子,原子得到能量后则从低能级向高能级跃迁。
④原子处于第n能级时,可能观测到的不同波长种类N为：。
ﻫ⑤原子的能量包括电子的动能和电势能(电势能为电子和原子共有)即:原子的能量Eｎ=E Kn＋E Pn。
轨道越低,电子的动能越大，但势能更小,原子的能量变小。
电子的动能：，r越小，E K越大。
⑥电离：就是从外部给电子以能量，使其从基态或激发态脱离原子核的束缚而成为自由电子。
例1．对于基态氢原子,下列说法正确的是( ）ﻫ A.它能吸收12．0９eｖ的光子ﻫB．它能吸收11ev的光子Ｃ.它能吸收13.６ev的光子ﻫD．它能吸收具有11eｖ动能的电子部分能量A、基态的氢原子吸收12.09eV光子，能量为-13.6＋１2．０9eV=-１.51eV,可以从基态氢原子发生跃迁到n=３能级,故A正确;ﻫB、基态的氢原子吸收1１ｅＶ光子，能量为-13.６+11e Ｖ=-２.6ｅＶ，不能发生跃迁,所以该光子不能被吸收.故B错误；C、基态的氢原子吸收1３.6eＶ光子，能量为-13.6＋13．６ｅV＝０，发生电离，故Ｃ正确;D、与11eV电子碰撞，基态的氢原子吸收的能量可能为10．2ｅＶ，所以能从n=1能级跃迁到n=2能级，故D正确;ﻫ故选:AＣD例２.氢原子的能级图如图所示．欲使一处于基态的氢原子释放出一个电子而变成氢离子，该氢原子需要吸收的能量至少是（ )A.13.60eVＢ.10.2０ｅVＣ．0.54ｅV D.２7．2０eV例3．氢原子的部分能级如图所示,下列说法正确的是（）ﻫﻫＡ.大量处于n=5能级氢原子向低能级跃迁时,可能发出10种不同频率的光ﻫB．大量处于n＝4能级的氢原子向低能级跃迁时,可能发出的最长波长的光是由n=４直接跃到n=1的结果ﻫＣ．大量处于n=3能级的氢原子向低能级跃迁时,可能发出的不同频率的光中最多有3种能使逸出功为2.23eｖ的钾发射光电子ﻫ D.处于基态的氢原子可以吸收能量为1０.5ev的光子而被激发A、根据C52==10知，这些氢原子可能辐射出１0种不同频率的光子．故Ａ正确；B、氢原子由n=４向n=１能级跃迁时辐射的光子能量最大,频率最大，波长最短,故Ｂ错误;Ｃ、氢原子由ｎ=3能级的氢原子向低能级跃迁时,n=3→n＝1辐射的光子能量为13.６－1．５1eV=1２.０9eV，n=３→n＝２辐射的光子能量为3.40－1.5１＝1.89eV，n=2→n=1辐射的光子能量为13.６-3.40＝10．20eＶ,1.８9＜２.2３不能发生光电效应,故有两种光能使逸出功为2.2３ｅｖ的钾发射光电子，故C错误；D、只能吸收光子能量等于两能级间的能级差的光子，ｎ=1→n＝2吸收的光子能量为13.6-3．40＝１0.20eV,n=１→n=３吸收的光子能量为1３.6-1．51ｅＶ=１2.0９eＶ,故能量为1０.５ev的光子不能被吸收,故Ｄ错误.故选：A．例４.如图为氢原子能级示意图的一部分,已知普朗克常量h=6.６3×1０-3４J·s,则氢原子( )Ａ.从ｎ＝４能级跃迁到n=３能级比从n=３能级跃迁到n=２能级辐射出电磁波的波长长B.从n=5能级跃迁到ｎ=1能级比从ｎ＝５能级跃迁到n＝4能级辐射出电磁波的速度大C．一束光子能量为1２.09eV的单色光照射到大量处于基态的氢原子上,受激的氢原子能自发地发出3种不同频率的光,且发光频率的最大值约为2.9×1015HzD．一束光子能量为15eＶ的单色光照射到大量处于基态的氢原子上,能够使氢原子核外电子电离试题分析:从n=4能级跃迁到n=３能级比从n＝3能级跃迁到ｎ=2能级辐射出电磁波的能量要小，因此根据可知,因此A说法正确；从n=5能级跃迁到n=１能级比从n=5能级跃迁到n=4能级辐射出电磁波的速度一样都是光速,B错。
3-5氢原子的能级跃迁
氢原子的能级跃迁一、玻尔的原子理论——三条假设（1）“定态假设”：原子只能处于一系列不连续的能量状态中，在这些状态中，电子虽做变速运动，但并不向外辐射电磁波，这样的相对稳定的状态称为定态。
定态假设实际上只是给经典的电磁理论限制了适用范围：原子中电子绕核转动处于定态时不受该理论的制约。
（2）“跃迁假设”：电子绕核转动处于定态时不辐射电磁波，但电子在两个不同定态间发生跃迁时，却要辐射（吸收）电磁波（光子），其频率由两个定态的能量差值决定hv=E 2-E 1。
跃迁假设对发光（吸光）从微观（原子等级）上给出了解释。
（3）“轨道量子化假设”：由于能量状态的不连续，因此电子绕核转动的轨道半径也不能任意取值，必须满足 )3,2,1(2 ==n nhmvr π。
轨道量子化假设把量子观念引入原子理论，这是玻尔的原子理论之所以成功的根本原因。
二、氢原子能级及氢光谱 （1）氢原子能级: 原子各个定态对应的能量是不连续的，这些能量值叫做能级。
①能级公式：)6.13(1112eV E E nE n -==；②半径公式：)m .r (r n r n 1011210530-⨯==。
（2）氢原子的能级图 （3）氢光谱在氢光谱中，n=2,3,4,5,……向n=1跃迁发光形成赖曼线系；n=3,4,5,6向n=2跃迁发光形成巴耳末线系； n=4,5,6,7……向n=3跃迁发光形成帕邢线系； n=5,6,7,8……向n=4跃迁发光形成布喇开线系，其中只有巴耳末线系的前4条谱线落在可见光区域内。
三、几个重要的关系式 （1）能级公式 2126131neV.E n E n -==（2）跃迁公式 12E E h -=γ（3）半径公式 )m .r (r n r n 1011210530-⨯==（4） 动能跟n 的关系 由n n nr mv r ke 222= 得 2221221nr ke mv E n n kn ∝== （5）速度跟n 的关系n r mr ke v n n n 112∝==（6）周期跟n 的关系332n r v r T n nn n ∝==πn E /eV∞ 0 4关系式（5）（6）跟卫星绕地球运转的情况相似。
高中物理：氢原子跃迁应注意的五个不同
一、应注意一群原子和一个原子跃迁的不同一群氢原子就是处在n轨道上有若干个氢原子，某个氢原子向低能级跃迁时，可能从n能级直接跃迁到基态，产生一条谱线；另一个氢原子可能从n能级跃迁到某一激发态，产生另一条谱线，该氢原子再从这一激发态跃迁到基态，再产生一条谱……由数学知识得到一群氢原子处于n能级时可能辐射的谱线条数为。
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，故最少可产生一条谱线，不难推出当氢原子从n能级逐级往下跃迁时，最多可产生n－1条谱线。
例1、有一个处于量子数n＝4的激发态的氢原子，它向低能级跃迁时，最多可能发出几种频率的光子？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，由能级跃迁规律可知：处于量子数n＝4的氢原子跃迁到n＝3，n＝2，n＝1较低能级，所以最多的谱线只有3条。
图1例2、现有1200个氢原子被激发到量子数为4的能级上，若这些受激氢原子最后都回到基态，则在此过程中发出的光子总数是多少？假定处在量子数为n的激发态的氢原子跃迁到各较低能级的原子数都是处在该激发态能级上的原子总数的（）A.2200B.2000C.1200D.2400解析：这是全国理综考题，由题中所给信息，处于量子数n＝4的氢原子跃迁到n＝3，n＝2，n＝1较低能级的原子数分别为个，则辐射光子数为个。
而处于量子数n＝3的400个氢原子向n＝2，n＝1跃迁，跃迁原子数分别为个，则辐射光子数为200×2＝400个，而处于量子数n＝2的原子总数为400＋200＝600个，向基态跃迁则辐射光子数为600个。
所以，此过程发出光子的总数为1200＋400＋600＝2200个。
即选项A正确。
二、应注意跃迁与电离的不同根据玻尔理论，当原子从低能态向高能态跃迁时，必须吸收光子方能实现；相反，当原子从高能态向低能态跃迁时，必须辐射光子才能实现，不管是吸收还是辐射光子，其光子的能量必须满足，即两个能级的能量差。
怎样分析氢原子的能级与氢原子的跃迁问题
怎样分析氢原子的能级与氢原子的跃迁问题作者：杨关本来源：《读写算·教研版》2014年第12期摘要：对原子物理而言，特别是对氢原子的能级和氢原子的跃迁是近年来高考的热点和命题趋势。
本文对氢原子能级的分析和氢原子的跃迁问题进行分析与思考，帮助学生能更好的掌握氢原子的能级和氢原子的跃迁。
关键词：能级；基态；激发态；跃迁中图分类号：G632 文献标识码：B 文章编号：1002-7661（2014）12-274-01玻尔受到普朗克和爱因斯坦的影响，玻尔把量子的观念引入到原子理论中去，提出了区别于经典观念的假设，是一个创举。
为了便于学生能更好的认识玻尔理论，我们把玻尔的理论假设分成三部分进行理解，一是轨道假设，二是能量假设，三是跃迁假设，尽管玻尔的原子模型后来被证明是很不完善，但给人们认识原子结构是一个重要的里程碑。
本文主要对氢原子的能级和氢原子的跃迁问题进行分析与思考，帮助学生能更好的掌握氢原子的能级和氢原子的跃迁。
玻尔轨道假说认为原子核处于原子核内，电子绕原子核作高速运转，电子不能在任意的半径的轨道上运动，而且只能在某些轨道上运动，只有这些特定的半径上才有可能，并且电子在这些轨道上绕核运动时是稳定的，不产生电磁波，即不向外辐射能量，电子的轨道是量子化的即各轨道是分立的。
玻尔认为，当电子在不同的轨道上运动时，原子处于不同的确定轨道，不同的轨道有不同的能量值，把这些能量值叫做能级。
原子中具有的这些确定的能量值，他把能量最低的轨道状态叫做基态，其它各能级的状态叫做激发态。
玻尔假定当电子从能量较高的定态轨道跃迁到能量较低的定态轨道时，会放出能量为hν的光子，这个光子的能量由前后两个能级的能量差来决定。
即hν＝Em-En,反之电子吸收光子时会从较低的能量状态跃迁到较能量高的能量状态，并且原子吸收的光子的能量也只能是某两能级差的能量。
同时一群氢原子处于n能级向低能级跃或向基态迁时，可能产生的光谱线的条数的计算公式： N=。
【高中物理】高中物理知识点：氢原子的能级
【高中物理】高中物理知识点：氢原子的能级氢原子的能级:1、氢原子的能级图2、光子的发射和吸收①原子处于基态时最稳定，处于较高能级时会自发地向低能级跃迁，经过一次或几次跃迁到达基态，跃迁时以光子的形式放出能量。
②原子在始末两个能级Em和En（m>n）间跃迁时发射光子的频率为ν，其大小可由下式决定：hυ=Em-En。
③如果原子吸收一定频率的光子，原子得到能量后则从低能级向高能级跃迁。
④原子处于第n能级时，可能观测到的不同波长种类N为：。
⑤原子的能量包括电子的动能和电势能（电势能为电子和原子共有）即：原子的能量En=EKn+EPn。
轨道越低，电子的动能越大，但势能更小，原子的能量变小。
电子的动能：，r越小，EK越大。
氢原子的能级及相关物理量:在氢原子中，电子围绕原子核运动，如将电子的运动看做轨道半径为r的圆周运动，则原子核与电子之间的库仑力提供电子做匀速圆周运动所需的向心力，那么由库仑定律和牛顿第二定律，有，则①电子运动速率②电子的动能③电子运动周期④电子在半径为r的轨道上所具有的电势能⑤等效电流由以上各式可见，电子绕核运动的轨道半径越大，电子的运行速率越小，动能越小，电子运动的周期越大．在各轨道上具有的电视能越大。
原子跃迁时光谱线条数的确定方法:1．直接跃迁与间接跃迁原子从一种能量状态跃迁到另一种能量状态时，有时可能是直接跃迁，有时可能是间接跃迁，两种情况辐射(或吸收)光子的频率可能不同。
2．一群原子和一个原子氧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，在某段时间内，由某一轨道跃迁到另一个轨道时，可能的情况只有一种，但是如果容器中盛有大量的氢原子，这些原子的核外电子跃迁时就会有各种情况出现了。
3．一群氢原子处于量子数为n的激发态时，可能辐射的光谱线条数如果氢原子处于高能级，对应量子数为n，则就有可能向量子数为(n一1)，(n一2)，(n一3)…1诸能级跃迁，共可形成(n一1)条谱线，而跃迁至量子数为(n一 1)的氢原子又可向(n一2)，(n一3)…1诸能级跃迁，共可形成(n一2)条谱线。
第63讲氢原子光谱原子能级
第63讲氢原子光谱原子能级第63讲氢原子光谱原子能级考情剖析考查内容考纲要求考查年份考查详情能力要求氢原子光谱氢原子的能级结构、能级公式Ⅰ弱项清单轨道跃迁时电子动能、电势能的变化关系，及一群与一个的区别.知识整合一、电子的发现英国的物理学家________发现了电子．引发了对原子中正负电荷如何分布的研究．二、氢原子光谱1．光谱(1)光谱子化的．电子在这些轨道上绕核的转动是稳定的，不产生电磁辐射．(2)能量量子化：当电子在不同的轨道上运动时，原子处于不同的状态，原子在不同的状态中具有不同的能量．因此原子的能量是量子化的．这些量子化的能量值叫做________．原子中这些具有确定能量的稳定状态，称为________．能量最低的状态叫做________，其他的状态叫做________．原子只能处于一系列不连续的轨道和能量状态中，在这些能量状态中原子是稳定的，电子虽然绕核运动，但并不向外辐射能量，保持稳定状态．(3)跃迁频率条件：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＝________.(h是普朗克常量，h＝6.63×10－34J·s)四、氢原子的能级、半径公式1．氢原子的能级和轨道半径(1)氢原子的能级公式：E n＝E1n2(n＝1，2，3，…)，其中E1为基态能量，其数值为E1＝－13.6 eV.(2)氢原子的半径公式：r n＝n2r1(n＝1，2，3，…)，其中r1为基态半径，又称玻尔半径，其数值为r1＝0.53×10－10m.方法技巧考点能级跃迁与光谱线1．对氢原子的能级图的理解氢原子能级图的意义：(1)能级图中的横线表示氢原子可能的能量状态——定态．相邻横线间的距离不相等，表示相邻的能级差不等，量子数越大，相邻的能级差越小．(2)横线左端的数字“1，2，3…”表示量子数，右端的数字“－13.6，－3.4…”表示氢原子的能级．(3)带箭头的竖线表示原子由较高能级向较低能级跃迁，原子跃迁条件为：hν＝E m－E n.2．关于能级跃迁的五点说明(1)当光子能量大于或等于13.6 eV时，也可以被处于基态的氢原子吸收，使氢原子电离；当处于基态的氢原子吸收的光子能量大于13.6 eV，氢原子电离后，电子具有一定的初动能．(2)电子动能：电子绕氢原子核运动时静电力提供向心力，即k e 2r 2＝m v 2r ，所以E k n ＝k e 22r n ，随r 增大而减小．(3)电势能：当轨道半径减小时，静电力做正功，电势能减少；反之，轨道半径增大时，电势能增加．(4)原子能量：E n ＝E p n ＋E k n ＝E 1n 2，随n 增大而增大，其中E 1＝－13.6 eV .(5)一群氢原子处于量子数为n 的激发态时，可能辐射出的光谱线条数：N ＝C 2n ＝n （n －1）2. 3．原子跃迁的两种类型(1)原子吸收光子的能量时，原子将由低能级态跃迁到高能级态．但只吸收能量为能级差的光子，原子发光时是由高能级态向低能级态跃迁，发出的光子能量仍为能级差．(2)实物粒子和原子作用而使原子激发或电离，是通过实物粒子和原子碰撞来实现的．在碰撞过程中，实物粒子的动能可以全部或部分地被原子吸收，所以只要入射粒子的动能大于或等于原子某两个能级差值，就可以使原子受激发而跃迁到较高的能级；当入射粒子的动能大于原子在某能级的能量值时，也可以使原子电离．【典型例题1】 (17年苏锡常镇二模)由玻尔原子理论，氦离子He ＋能级如图所示，电子在n ＝3轨道上比在n ＝4轨道上离氦核的距离________(选填“大”或“小”)．当大量处在n ＝3的激发态的He ＋发生跃迁时，所发射的谱线有________条．【学习建议】 熟悉谱线的计算公式N ＝C 2n ＝n （n －1）2. (17年苏锡常镇一模)欧洲核子研究中心的科学家通过大型强子对撞机俘获了少量反氢原子．反氢原子是由一个反质子和一个围绕它运动的正电子组成．反质子和质子具有相同的质量，且带着等量异种电荷．反氢原子和氢原子具有相同的能级，其原子能级如图所示．(1)根据玻尔原子结构理论，反氢原子n ＝3轨道处的电势比n ＝4轨道处的电势________(选填“高”或“低”)；正电子处在n ＝3轨道上运动的动能比处在n ＝4轨道上的动能________(选填“大”或“小”)．(2)上题中，若有一静止的反氢原子从n ＝2的激发态跃迁到基态．已知光子动量p 与能量E之间满足关系式P ＝E c，元电荷e ＝1.6×10－19 C ，光速c ＝3×108 m /s .求①放出光子的能量．②放出光子时反氢原子获得的反冲动量大小．【学习建议】 熟悉原子跃迁时，静电力做功与电势能变化的关系，熟悉静电力提供向心力推导动能与轨道半径的关系．【典型例题2】 (17年南京二模)汞原子的能级图如图所示，现让光子能量为E 的一束光照射到大量处于基态的汞原子上，汞原子能发出3种不同频率的光，那么入射光光子的能量为________eV ，发出光的最大波长为________m ．(普朗克常量h ＝6.63×10－34 J ·s ，计算结果保留两位有效数字)当堂检测 1.(多选)下列说法中正确的是( )A ．氢原子从激发态向基态跃迁时能辐射各种频率的光子B．玻尔理论能解释氢原子光谱C．一个氢原子从n＝3的激发态跃迁到基态时，能辐射3个光子D．一群氢原子从n＝3的激发态跃迁到基态时，能辐射3种频率的光子第2题图2．如图所示，某原子的三个能级的能量分别为E1、E2和E3.a、b、c为原子跃迁所发出的三种波长的光，下列判断正确的是()A．E1>E2>E3B．E3－E2>E2－E1C．b的波长最长D．c的频率最高3．可见光光子的能量在1.61 eV～3.10 eV范围内．若氢原子从高能级跃迁到低能级，根据氢原子能级图(如图所示)可判断()第3题图A．从n＝4能级跃迁到n＝3能级时发出可见光B．从n＝3能级跃迁到n＝2能级时发出可见光C．从n＝2能级跃迁到n＝1能级时发出可见光D．从n＝4能级跃迁到n＝1能级时发出可见光4．(16年苏北四市三模)如图所示为氢原子的能级图，n为量子数．若氢原子由n＝3跃迁到n ＝2的过程释放出的光子恰好能使某种金属产生光电效应，则一群处于n＝4的氢原子在向基态跃迁时，产生的光子中有__________种频率的光子能使该金属产生光电效应，其中光电子的最大初动能E km＝________eV.第4题图5．(17年扬州一模)氢原子的能级图如图所示，原子从能级n＝4向n＝2跃迁所放出的光子正好使某种金属材料发生光电效应．求：(1)该金属的逸出功．(2)原子从能级n＝4向n＝1跃迁所放出的光子照射该金属，产生的光电子的最大初动能．第5题图第十四章 原子 原子核第63讲 氢原子光谱 原子能级知识整合 基础自测一、汤姆生二、1.(1)波长 (2)亮线 光带 (3)线状 R (122－1n2) 三、 (2)能级 定态 基态 激发态 (3) E m －E n方法技巧·典型例题1· 小 3 【解析】 能级越低离核越近，3轨道比4轨道离核更近．大量的处于n ＝3能级的氦离子发生跃迁时，所发射的谱线有3→2、3→1、2→1，共有3条．·变式训练·(1)低 大 (2)①10.2 eV ②5.44×10－27 kg ·m/s 【解析】 反质子带负电，产生的电场方向由无限远处指向负电荷，沿着电场线的方向电势逐渐降低，所以轨道半径越小，离反质子越近，电势越低；根据k e 2r2＝m v 2r 可知，轨道半径越小速率越大，则动能越大．跃迁释放光子能量E ＝E 2－E 1＝10.2 eV ，光子动量p＝Ec＝5.44×10－27kg·m/s，根据动量守恒，反冲动量与光子动量大小相等，方向相反，即p′＝p＝5.44×10－27 kg·m/s.·典型例题2·7.7 4.4×10－7【解析】大量的处于第二激发态的汞原子能发生3种不同频率的光，则入射光的能量为E＝E3－E1＝7.7 eV；波长最大的，频率最小，所以3轨道跃迁到2轨道波长最大，E3－E2＝h cλ，所以λ＝4.4×10－7 m.当堂检测1．BD【解析】当氢原子从激发态向基态跃迁时，据玻尔理论：ΔE＝E m－E n，可知氢原子只能辐射、吸收特定频率的光子．一个光子辐射时最多只能n－1；一群光子才是N＝C2n＝n⎝⎛⎭⎫n－12，玻尔理论解释了原子光谱．2．D【解析】结合题图和电子跃迁时发出的光子的能量为E＝E m－E n可知E c＝E a＋E b，能量差E3－E2等于光子a的能量，能量差E2－E1等于光子b的能量，能量差E3－E1等于光子c的能量，那么c对应的能量最大，而a对应的能量最小，因：E1<E2<E3，且E n＝E1n2，则有E3－E2<E2－E1故AB错误；又E n＝hcλ，c光的频率最高，a光的波长最长，故C错误，D正确．3．B【解析】四个选项中，只有B选项的能级差在1.61 eV～3.10 eV范围内，故B选项正确．4．510.86【解析】氢原子从第3能级向第2能级时，发出光子的能量为1.89 eV，从第4能级向基态跃迁发出6种频率的光子，其中光子能量大于或等于1.89 eV的有5种．从第4能级直接跃迁到基态的光子产生光电效应时，对应的最大初动能最大，为E k＝hν－W0＝(E4－E1)－(E3－E2)＝10.86 eV.5. (1)2.55 eV(2)10.2 eV【解析】(1)原子从能级n＝4向n＝2跃迁所放出的光子的能量为3.40－0.85＝2.55 eV，当光子能量等于逸出功时，恰好发生光电效应，所以逸出功为2.55 eV.(2)从能级n＝4向n＝1跃迁所放出的光子能量为13.6－0.85＝12.75 eV，根据光电效应方程得，最大初动能为E km＝12.75－2.55＝10.2 eV.。
氢原子的电子能级由量子数 决定
氢原子的电子能级由量子数决定
，在空间内有排列，不同量子数的电子具有不同的能量级，这些
电子能级又分为内能级、外能级和超外能级。
氢原子的内能级以1s
为基本能级，根据量子数l的不同，其它有2s∽n p．
考虑氢原子受到外界重新辐射和诱发照射的影响，电子有可能进
行升能和降能，从而使原子出现共振，即电子可能从一个能级跃迁到
另一个能级，在这期间，一般假定电子瞬间就完成跃迁，它们的能量
使用频率以及物理性质的变化就叫做简并共振（LSR）。
造成这些简并共振现象的原因究竟是何种机制？主要有以下三种：
1、外界的辐射：由于外界的辐射可能使原子内电子的能量状态发
生变化，因此可能由一个能级跃迁到另一个能级；
2、诱发照射：电子可能从一个能级跃迁到另一个能级，受到重新
辐射和诱发照射的影响；
3、通过共振效应：电子也可以通过共振效应相互作用，在一个能
量状态不变的情况下去跃迁。
简并共振是单原子的共振现象，它的特征是原子受到外界影响后，电子能级会发生变化，从而使原子出现共振。
该现象为人们提供了一
些有用的信息，例如气体中原子和分子可以通过该现象来探索它们的
特性，反映原子和分子间的相互作用。
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氢原子能级的几个问题
青海师范大学物理系唐新科
玻尔理论指出：原子只能处于一系列不连续的能量状态中。
在这些状态中原于是稳定的，电子虽然绕核运动，但并不向外辐射能量，这些状态叫做定态。
对于氢原子的各个定态的能量值，叫做它的能级。
下面我们就氢原子能级和跃迁做一些讨论。
一，氢原子能级公式得到的几点结论
氢原了的能级公式为
E
n =1/n2E
1
(n=1,2,3...)
式中n称为量子数， E
1
代表氢原子的基态能量，即量于数n=1时对应的能量，
其值为-13.6cV. E
n
代表电子在第n条轨道上运动时的能量，由氢原子的能级公式可以得出；
1·在氢原子问题中，电子和核在库仑力的作用卜绕公共质心运动，因此，
严格地讲，电子的运动并不等于电子和核的整体运动。
但由于核的质量远大于电子的质量，通常就近似认为核是不动的。
此时，电子的运动状态就反映了原子的运动状态。
所以，在忽略核运动时，电子的能量就等原子的能量，或者说，氢原子能级是指氢原子中电子的能级。
这两种说法的意义相同，都是指氢原子系统的能量。
2·氢原子的能量是电子沿轨道运动的功能加电子与原子核系统的势能。
若
选无穷远处的位置为电势能零点，则电势能为负值就将导致电子的总能量也为负
值。
总能量为负值仅表示电子在该状态中的能量都是小于它脱离原子而静止于无
穷远处时的能量。
例如：电子在第一条可能轨道时，动能为13．6eV，电势能为
-27.2eV，总能量 E
1
=13.6eV氢原子的能量是负值，意味着氢原子系统是比较稳定的。
3．由氢原子能级公式知道，氢原子的能量不能为任意值，而只能取由量
子数n决定的一系列分立的值。
也就是说，氢原子的能量是量子化的，这种量子化的能量值就是能级；显然若氢原子轨道一定时，氢原子能量也是一定的。
轨道半径越大，即n值越大，则氢原子能量越高，我们称为高能级。
反之，氢原子能量越低，我们称为低能级。
显然，n值变化时氢原子的能量也发生相应变化。
另外，从氢原子能级公式我们可以得到相邻两能级的间距。
E
n - E
n+1
= E
1
[1/n2-1/(n+1)2]
= E
1
[2n+1/n2(n+1)2]
可以看出，间距随n的增大而减小．所以说氢原子的能级随状态能量的增加越来越密。
二、氢原子由高能级向低能级跃迁可能形成的谱线数目
如果氢原子处于高能级，对应量子数为n，则就有可能向对应于量子数n 一1、n一2、n一3、……l诸能级跃迁，共可形成n一1条谱线。
而跃迁至
对应于量子数为n一1的氢原子又可向n一2、n一3、……1诸能级跃迁，共可形成n一2条谱线。
同理，还可形成n一3、n一4、……l条谱线。
将以上分析结果归纳求和，则从量子数为n对应的能级向低能级n一1、n一2、……1跃迁可形成的谱线总数目为
(n-1)+(n-2)+(n-3)+...+1=n(n+1)/2
例左图给出了氢原子最低的四个能级，氢原子在这些能级跃
迁所辐射的光子
频率最多有___种，其中最小频率等于____赫。
（保留两位小数）
（1995年高考题）
分析由题给条件n=4代入（2）式，最多有6种。
由玻尔的辐射条件：hv= E
n'
-
E
n
显然当 E
n'- E
n
差值最小时可求得最小频率（略）。
三、氢原子从低能级向高能级跃迁吸收能量的条件
我们知道氢原子从低能级跃迁至高能级需吸收能量，通常吸收能量的方式有两种：一种是用一定能量的光子使氢原子跃迁；另一种是用一定能量的实物粒子使氢原子跃迁，下面分别讨论：
1. 用一定能量的光子使氢原子跃迁必须要严格满足玻尔的辐射条件
hv= E
n'- E
n
如果光子的能量大于或小于两能级的差值，氢原子都不予以吸收，也就不能造成氢原子的跃迁。
只有满足（3）式的光子能量，才能被氢原子吸收；而从低能级向高能级跃迁。
从量子观点看，光子的能量对氢原子来说是选择吸收的，也表明光子的能量是不可分割的。
2．一定能量的实物粒子如电子、质子等与氢原子碰撞交换能量使氢原子由低能级向高能级跃迁．
设氢原子的质量为M，实物粒子的质量为m，为简化问题假设氢原子处于
静止状态。
实物粒子与氢原子做对心非弹性碰撞，氢原子碰撞前后的速度分别为零和；实物粒子碰撞前后的速度分别为和．以实物粒子和氢原子作为一个系统，
这个系统的总动量、总能量守恒
mv 1=mv 2+MV 2
1/2mv 12=1/2mv 22+1/2MV 12+ΔE
式中△E 为原子内部能量的增量，即实物粒子与氢原子做非弹性碰撞的部分能量转
化为氢原子的内部能量，使氢原子跃迁。
由(4)(5)两式消去v 2得
m(M+m)v 22-2m 2v 1v 2+m(m-M)v 12+2M ΔE=0
这是关于v 2的一元二次方程，为使为实数则方程系数应满足
-2m 2v 12-4m(m+M)[m(m-M)v 12+2M ΔE]≥0
1/2mv 12≥(1+m/M)ΔE
式中1/2mv 12为外来实物粒子的动能，用E k 表示
则E k ≥(1+m/M)ΔE
上式表明：要使氢原子从低能级向高能级跃迁要满足（6）式。
如用电子与
氢原子作用，使氢原子跃迁，由于m 《M ，则（6）式变成E k ≥ΔE ，这说明只
要外来电子的动能不小于氢原子两能级的差值就行．
例 电子的动能至少等于多大时，才能使基态（n ＝1）的氢原子跃迁至
第一激发态（n=2）？对于质子呢？
分析 氢原子的基态能量与第一激发态的能量值由（1）式确定分别为，E 1=-13.6eV,
E 2=-136./4eV,则△E -10.2eV 。
（6）式中的△E，就是两能级的差值。
由于电子质
量远小于
氢原子质量，所以当电子的动能E k ≥10.2eV 就可使氢原子由基态跃迁至第一激发
态。
而对于质子，
由于质于质量与氢原子质量接近，由（6）式才能使氢原子跃迁。