原子跃迁时应注意的几个问题，本文主要内容关键词为：几个问题论文,原子论文,时应注意论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
学生在学习“氢原子的能级结构”一节内容时，应注意以下几个问题：
一、应注意一群原子和一个原子的区别
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，在某段时间内，由某一轨道跃迁到另一个轨道时，有多种可能跃迁过程，但实际跃迁的过程只有一种，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。
例1 有一群处于量子数n=4的激发态的氢原子，在它们发光的过程中，发出的光谱线共有几条？
解析 对大量氢子跃迁时发出的谱线遵循组合规律，即C[，n][2]，对于本题而言，n=4，则C[，4][2]=6。
例2 有一个处于量子数n=4的激发态的氢原子，它在向低能态跃迁时，最多可能发出几种频率的光子？
解析 对于一个氢原子，它发出的谱线不遵循组合规律，它只能是多种可能的跃迁过程的一种。对于该题n=4，原子的跃迁只可能是以下四种跃迁过程的一种，即n=4→3→2→1，或n=4→1，或n=4→2→1，或n=4→3→1，故发出谱线最多的跃迁过程是n=4→3→2→1，即最多的谱线只有3条。
二、应注意跃迁与电离的区别
根据玻尔理论，当原子从低能态向高能态跃迁时，必须吸收光子才能实现。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，其光子的能量都必须等于这两个能级的能量差。如果将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=1的基态跃迁到n=∞的状态。这个能量的大小至少为13.6eV。
例3 一个氢原子处于基态，用光子能量为15eV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 由于光子的能量大于氢原子处于基态时的能量，因此氢原子能被电离；电离后电子具有的动能为1.4eV。
三、应注意间接跃迁与直接跃迁
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。两种情况下辐射（或吸收）光子的可能性及其频率可能不同。
例4 原子从一个能级跃迁到一个较低能级时，有可能不发射光子。例如在某种条件下，铬原子的n=2能级上的电子跃迁到n=1能级上时并不发射光子，而是将相应的能量转交给n=4能级上的电子，使之能脱离原子，这一现象叫做俄歇效应，以这种方式脱离了原子的电子叫做俄歇电子。已知铬原子的能级公式可简化表示为E[，n]=A/n[2]，式中n=1，2，3…表示不同能级，A是正的已知常量，上述俄歇电子的动能是（）
A.3/16AB7/16A
c.11/16AD.13/16A
解析 电子从n=2跃迁到n=1轨道时放出的能量为
E=-A/4-（-A）=3/4A，此能量减去俄歇电子电离的能量A/16，剩下的动能为3/4A-A/16=11/16A。故正确答案为选项C。
四、注意入射光子与入射电子的不同
若是在光子的激发下引起原子的跃迁，则要求光子的能量必须等于原子的某两个能级差；若是在电子的碰撞下引起原子的跃迁，由于电子的能量不是一份一份的，只要入射电子的能量大于或等于两能级的能量差值，即E[，电子]≥E[，末]-E[，初]，均有可能使原子吸收能量发生能级跃迁。原子从电子上所攫取的能量只是两能级的能量差值，余下的便是电子可能剩余的能量。
例5 用能量为12.3eV的光子去照射一群处于基态的氢原子，受光子照射后，下列关于氢原子跃迁的说法中正确的是（）
A.原子能跃迁到n=2的轨道上去
B.原子能跃迁到n=3的轨道上去
C.原子能跃迁到n=4的轨道上去
D.原子不能跃迁到其他轨道上去
解析 由E[，n]=-13.6/n[2]eV可知
E[，1]=-13.6eV，E[，2]=-3.4eV，
E[，3]=-1.51eV，E[，4]=-0.85eV。则E[，2]-E[，1]=10.2eV＜12.3eV，
E[，3]-E[，1]=12.09eV＜12.3eV，
E[，4]-E[，1]=12.75eV＞12.3eV。
所以处于基态的氢原子不可能吸收该光子，因而氢原子不能跃迁到其他轨道上去。正确答案为选项D。
例6 已知汞原子可能的能级为E[，4]=-1.6eV，E[，3]=-2.7eV，E[，2]=-5.5eV，E[，1]=-10.4eV。一个自由电子的总能量为9.0eV，与处于基态的汞原子发生碰撞，已知碰撞过程中不计汞原子动量的变化，则电子可能剩余的能量为（）
A.0.2eVB.1.4eV
C.2.3eVD.5.5eV
解析 此题考查学生对原子吸收能量发生跃迁的规律的理解能力。因为
E[，2]-E[，1]=4.9eV＜9.0eV，
E[，3]-E[，1]=7.7eV＜9.0eV，
E[，4]-E[，1]=8.8eV＜9.0eV.
只要满足入射电子的能量等于或大于两能级的能量差，处于基态的汞原子可能分别跃迁到n=2，3，4能级，而电子所剩余的能量分别为4.1ev、1.3eV、0.2eV。故正确答案为选项A。
五、注意氢原子吸收（或辐射）光子之后，发生跃迁时电势能的增加（或减少）量与动能的减少（或增加）量并不相等
氢原子核带有一个正电荷，与核相距为r处的电场强度为E=k（e/r[，n][2]）。电子在第n条轨道上的半径为r[，n]，其电势能在数值上等于电子从该点r[，n]移到参考点时电场力所做的功，理论上通常取无穷远处为参考点，由于电场力对电子做负功，因而电子的电势能E[，n]为
电子绕核旋转的向心力由库仑力提供，即
m（v[2]/r[，n]）=k（e[2]/r[，n][2]）
电子动能为E[，k]=1/2mv[2]=1/2k（e[2]/r[，n]）。
若电子从轨道半径r[，n]跃迁到r[，m]（r[，n]＞r[，m]），其动能的增加量为
E[，km]-E[，kn]=1/2k（e[2]/r[，m]）-1/2k（e[2]/r[，n]），
其势能的增加量为
E[，p]=E[，pm]-E[，pn]=k（e[2]/r[，n]）-k（e[2]/r[，m]），
则｜E[，k]｜＜｜E[，p]｜。