能级跃迁中的两类疑难问题解析

能级跃迁中的两类疑难问题解析

作者：金艳红

来源：《科学大众·教师版》2014年第09期

摘要：能级跃迁问题在原子物理中是十分重要的问题，多年来在高考中出现的几率一直较大，给学生造成困扰。高中学习中经常遇到的能级跃迁疑难问题主要有两类，即跃迁能否实现的问题和跃迁时产生光子的种类和个数问题。

关键词：能级跃迁；疑难问题；解析

中图分类号：G633.7 文献标识码：A 文章编号：1006-3315（2014）09-009-001

能级跃迁问题在原子物理中是一个十分重要的问题，多年来在高考中出现的几率一直较大，然而这些问题在很多学生的头脑中一直纠缠不清，给成绩的提高带来很大障碍。高中学习中经常遇到的能级跃迁疑难问题主要有两类，即跃迁能否实现的问题和跃迁时产生光子的种类和个数问题。

1.跃迁能否实现的问题：需记住一个条件、两个特例

一个条件即原子跃迁的条件：hν=E初-E终只适用于光子和原子作用而使原子在各定态之间跃迁的情况，原子从低能级向高能级跃迁的过程是吸收能量的过程，原子从高能级向低能级跃迁的过程是辐射能量的过程，无论吸收能量还是辐射能量，这个能量都不是任意的，而是等于原子发生跃迁的两个能级间的能量差。

两个特例即光子和原子作用使原子电离的情况和实物粒子和原子碰撞的情况。

对于光子和原子作用使原子电离的情况则不受原子跃迁条件限制，这是因为原子一旦电离，原子结构即被破坏，因而不再遵守有关原子结构的理论。如基态原子的电离能为13.6ev，只要大于或等于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，且电子的动能等于入射光子的能量与电离能之差。

至于实物粒子和原子碰撞（比如给物体加热时）的情况，由于实物粒子的动能可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定态能量之差，也可以使原子受激发而向较高能级跃迁，当入射粒子的动能大于原子在某能级的电离能时，也可使原子电离，但原子吸收的能量仍不是任意的，一定等于原子发生跃迁的两个能级间的能量差。

例1.欲使处于基态的氢原子激发，下列措施可行的是（）

А.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11ev的电子碰撞

按上述分析正确答案为ACD

2.跃迁时产生的光子的种类和个数问题，是两类不同性质的问题

比如有大量氢原子从n=4向基态跃迁时，有的氢原子由n=4的激发态跃迁到n=3，然后再跃迁到n=2直到n=1的基态；或由n=3直接到n=1；也有的氢原子从n=4直接跃迁到n=2或

n=1，对大量氢原子而言，上述各种跃迁都是可能的，根据数学知识可求出放出光子的种类数N=Cn2=若n=4则N=6种。

而产生的光子个数要比这多很多，因为每一个原子在从n=4向基态跃迁时产生的光子数可能是1个，也可能是2个或3个，如果是大量原子跃迁时产生的光子数将会很多。

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（）

А.2200 B.2000 C.1200 D.2400

按上述分析正确答案为A

练习：氢原子能级如右图所示，由能级图求：

⑴如果有很多氢原子处于n=4的能级，在原子回到基态时，可能产生哪几种跃迁？出现几种不同的谱线？

⑵如果用动能为11ev的外来电子去激发处于基态的氢原子，可使氢原子激发到哪一个能级上？

⑶如果用能量11ev的外来光去激发处于基态的氢原子，结果又如何？

参考答案：

⑴6，6 ⑵2 ⑶不能实现跃迁