人教版高三物理一轮复习课件：15.2《原子结构 氢原子光谱》新人教.ppt

第第2 2课时课时 原子结构原子结构 氢原子光谱氢原子光谱考点自清考点自清一、电子的发现一、电子的发现1.1.阴极射线的发现阴极射线的发现 1919世纪世纪,科学家研究稀薄气体放电科学家研究稀薄气体放电,发现阴极发发现阴极发 出一种射线出一种射线 .2.2.电子的发现电子的发现 汤姆孙确定阴极射线是由带负电的粒子组成汤姆孙确定阴极射线是由带负电的粒子组成,并并 测定出它的比荷测定出它的比荷 ,之后用油滴实验测定了它之后用油滴实验测定了它 的电荷量的电荷量,确定它是组成各种物质的基本成分确定它是组成各种物质的基本成分,称之为称之为 .3.3.电子的发现说明原子也是可再分的电子的发现说明原子也是可再分的.阴极射线阴极射线电子电子2021/8/9 星期一1二、原子结构二、原子结构1.1.实验基础实验基础:粒子散射实验粒子散射实验用用粒子轰击金粒子轰击金 箔箔,发现大多数发现大多数粒子直进粒子直进,少数发生偏转少数发生偏转,极少极少 数发生大角度偏转数发生大角度偏转,个别的发生反弹个别的发生反弹.2.2.原子结构原子结构:在原子中心有一个很小的核在原子中心有一个很小的核(原子核原子核),),原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原 子核里子核里,带负电的电子在核外绕核旋转带负电的电子在核外绕核旋转.3.3.原子核的大小原子核的大小:直径数量级在直径数量级在1010-14-14 m m1010-15-15 m m以以 下下,原子大小数量级为原子大小数量级为1010-10-10 m.m.4.4.核外电子的运动核外电子的运动:由原子核对核外电子的由原子核对核外电子的 作为核外电子绕核旋转的向心力作为核外电子绕核旋转的向心力.库仑力库仑力2021/8/9 星期一2三、玻尔理论三、玻尔理论1.1.玻尔理论玻尔理论 (1)(1)轨道量子化轨道量子化:电子绕核运动的轨道电子绕核运动的轨道 的的.(2)(2)能量状态量子化能量状态量子化:原子只能处于一系列不连原子只能处于一系列不连 续的能量状态中续的能量状态中.能量最低的状态叫能量最低的状态叫 ,其他状态叫其他状态叫 .(3 3)跃跃迁迁假假说说:原原子子从从一一种种定定态态跃跃迁迁到到另另一一种种定定 态态要要辐辐射射(或或吸吸收收)一一定定频频率率的的光光子子,即即h h=(mn).(mn).不连续不连续基态基态激发态激发态E Em m-E En n2021/8/9 星期一32.2.氢原子的能级和轨道半径氢原子的能级和轨道半径 (1)(1)氢原子的能级公式氢原子的能级公式:E En n=E E1 1(n n=1,2,3,),=1,2,3,),其中其中E E1 1为基态能量为基态能量E E1 1=-13.6 eV.=-13.6 eV.(2)(2)氢原子的半径公式氢原子的半径公式:r rn n=n n2 2r r1 1(n n=1,2,3,),=1,2,3,),其其 中中r r1 1为基态半径为基态半径,又称玻尔半径又称玻尔半径r r1 1=0.5310=0.5310-10-10 m.m.3.3.氢原子的能级图氢原子的能级图,如图如图1 1所示所示.图图1 12021/8/9 星期一44.4.弗兰克弗兰克赫兹实验赫兹实验 (1)(1)如果原子的能级是分立的如果原子的能级是分立的,那么用碰撞的方那么用碰撞的方 式使原子吸收的能量式使原子吸收的能量,即其他粒子转移给原子的即其他粒子转移给原子的 能量能量,也应该是也应该是 的的.(2)1914 (2)1914年年,弗兰克和赫兹采用电子轰击汞原子弗兰克和赫兹采用电子轰击汞原子,发现电子损失的能量发现电子损失的能量,也就是汞原子吸收的能量也就是汞原子吸收的能量,是分立的是分立的,从而证明汞原子的能量是量子化的从而证明汞原子的能量是量子化的.5.5.玻尔理论的成功、局限和电子云玻尔理论的成功、局限和电子云 玻尔的成功之处在于引入了玻尔的成功之处在于引入了 观念观念,局限之局限之 处在于保留了过多的经典理论处在于保留了过多的经典理论.电子云电子云:电子云是描述电子在原子核外各区域出电子云是描述电子在原子核外各区域出 现的几率的状况现的几率的状况,为直观起见为直观起见,把电子的这种几把电子的这种几 率分布状况用图象表示时率分布状况用图象表示时,这种图象所显示的结这种图象所显示的结 果有如电子在原子核周围形成的云雾果有如电子在原子核周围形成的云雾,故称电子云故称电子云.量子化量子化量子量子2021/8/9 星期一5热点聚焦热点聚焦热点一热点一 三个原子模型的对比三个原子模型的对比实验基础实验基础结构差异结构差异成功和局限成功和局限“枣糕枣糕”模型模型电子的电子的发现发现带正电物质均带正电物质均匀分布在原子匀分布在原子内内,电子镶嵌其电子镶嵌其中中解释了一些实验事解释了一些实验事实实,无法说明无法说明粒子粒子散射实验散射实验核式结核式结构模型构模型粒子散粒子散射实验射实验全部正电荷和全部正电荷和几乎全部质量几乎全部质量集中在核里集中在核里,电电子绕核旋转子绕核旋转成功解释了成功解释了粒子粒子散射实验散射实验,无法解释无法解释原子的稳定性与原原子的稳定性与原子光谱的分立特征子光谱的分立特征玻尔的原玻尔的原子模型子模型氢原子光氢原子光谱的研究谱的研究在核式结构模在核式结构模型基础上型基础上,引入引入量子化观点量子化观点成功解释了氢原子成功解释了氢原子光谱光谱,无法解释较复无法解释较复杂的原子光谱杂的原子光谱2021/8/9 星期一6 特别提示特别提示 认识原子结构的线索认识原子结构的线索:气体放电的研究气体放电的研究 阴极阴极 射线射线 发现电子发现电子 汤姆孙的汤姆孙的“枣糕枣糕”模型模型 卢瑟福核式结构模型卢瑟福核式结构模型 玻尔模型玻尔模型.氢原子光谱的研究氢原子光谱的研究粒子散射实验粒子散射实验2021/8/9 星期一7热点二热点二 对原子跃迁条件的理解对原子跃迁条件的理解1 1.原原子子从从低低能能级级向向高高能能级级跃跃迁迁:吸吸收收一一定定能能量量的的光光 子子,当当一一个个光光子子的的能能量量满满足足h h=E E末末-E E初初时时,才才能能 被被某某一一个个原原子子吸吸收收,使使原原子子从从低低能能级级E E初初向向高高能能级级 E E末末跃跃迁迁,而而当当光光子子能能量量h h大大于于或或小小于于E E末末-E E初初时时 都不能被原子吸收都不能被原子吸收.2.2.原子从高能级向低能级跃迁原子从高能级向低能级跃迁,以光子的形式向外以光子的形式向外 辐射能量辐射能量,所辐射的光子能量恰等于发生跃迁时所辐射的光子能量恰等于发生跃迁时 的两能级间的能量差的两能级间的能量差.2021/8/9 星期一83 3.原原子子吸吸收收能能量量的的原原则则是是吸吸收收的的能能量量恰恰好好等等于于某某 两两个个能能级级之之差差,或或者者是是吸吸收收能能量量大大于于或或等等于于其其电电 离离能能,使使电电子子成成为为自自由由电电子子;所所以以当当原原子子吸吸收收光光 子子时时,由由于于光光子子不不可可分分,故故其其必必须须选选择择能能量量满满足足 上上述述原原则则的的光光子子;当当原原子子吸吸收收实实物物粒粒子子(如如电电子子)的的能能量量时时,原原子子可可以以根根据据“需需要要”吸吸收收其其中中的的一一 部部分分能能量量,也也即即吸吸收收实实物物粒粒子子的的能能量量没没有有条条件件 限制限制.2021/8/9 星期一9特别提示特别提示 1 1.原原子子跃跃迁迁条条件件 h h=E Em m-E En n只只适适用用于于光光子子和和原原 子子作作用用而而使使原原子子在在各各定定态态之之间间跃跃迁迁的的情情况况.对对 于于 光光子子和和原原子子作作用用而而使使原原子子电电离离时时,只只要要入入射射光光的的 能能 量量 E E 1 13 3.6 6 e eV V,原原子子就就能能吸吸收收.对对于于实实物物粒粒子子 与与原原子子作作用用使使原原子子激激发发时时,粒粒子子能能量量大大于于或或等等于于 能级差即可能级差即可.2 2.原原子子跃跃迁迁发发出出的的光光谱谱线线条条数数 N N=C C2 2n n=,是是一一群群氢氢原原子子,而而不不是是一一个个,因因为为某某一一个个氢氢原原子子 有固定的跃迁路径有固定的跃迁路径.2021/8/9 星期一10热点三热点三 氢原子中电子运动的有关计算氢原子中电子运动的有关计算 氢原子在各个不同的能量状态对应不同的电子氢原子在各个不同的能量状态对应不同的电子 轨道轨道,电子绕核做圆周运动的动能和系统的电势电子绕核做圆周运动的动能和系统的电势 能之和即为原子的能量能之和即为原子的能量,即即E En n=E Ek k+E Ep p.(1)(1)电子运动的速度、周期、动能与半径的关系电子运动的速度、周期、动能与半径的关系 由库仑力提供向心力由库仑力提供向心力k k 电子速度电子速度v vn n=2021/8/9 星期一11 电子运动周期电子运动周期T Tn n=电子的动能电子的动能E Ek kn n=(2)(2)系统的电势能变化可根据库仑力做功来判断系统的电势能变化可根据库仑力做功来判断:靠近核靠近核,库仑力对电子做正功库仑力对电子做正功,系统电势能减小系统电势能减小;远离核远离核,库仑力对电子做负功库仑力对电子做负功,系统电势能增加系统电势能增加.2021/8/9 星期一12题型探究题型探究题型题型1 1 粒子散射实验的理解粒子散射实验的理解【例例1 1】(1)(1)关于原子结构理论与关于原子结构理论与粒子散射实验粒子散射实验 的关系的关系,下列说法正确的是下列说法正确的是 ()()A.A.卢瑟福做卢瑟福做粒子散射实验是为了验证汤姆孙粒子散射实验是为了验证汤姆孙 的枣糕模型是错误的的枣糕模型是错误的 B.B.卢瑟福认识到汤姆孙卢瑟福认识到汤姆孙“枣糕模型枣糕模型”的错误后的错误后 提出了提出了“核式结构核式结构”理论理论 C.C.卢瑟福的卢瑟福的粒子散射实验是为了验证核式结粒子散射实验是为了验证核式结 构理论的正确性构理论的正确性 D.D.卢瑟福依据卢瑟福依据粒子散射实验的现象提出了原粒子散射实验的现象提出了原 子的子的“核式结构核式结构”理论理论2021/8/9 星期一13 (2)(2)在在粒子散射实验中粒子散射实验中,粒子的偏转是由于粒子的偏转是由于 受到原子内正电荷的库仑力而发生的受到原子内正电荷的库仑力而发生的.实验中即实验中即 使使1 mm1 mm厚的金箔也大约有厚的金箔也大约有3 3003 300层原子层原子,但绝大但绝大 多数的多数的粒子穿过金箔后仍沿原来的方向前进粒子穿过金箔后仍沿原来的方向前进,只有少数发生了大角度偏转只有少数发生了大角度偏转,这说明了什么这说明了什么?思路点拨思路点拨 求解此题应注意以下两点求解此题应注意以下两点:(1)(1)应依据人们探测原子的结构的历史进程进行应依据人们探测原子的结构的历史进程进行 分析判断分析判断.(2)(2)根据根据粒子偏转的原因进行分析粒子偏转的原因进行分析.2021/8/9 星期一14 解解析析 (1 1)由由于于卢卢瑟瑟福福设设计计的的粒粒子子散散射射实实验验是是 为为了了探探究究原原子子内内电电荷荷的的分分布布,并并非非为为了了验验证证汤汤姆姆 孙孙模模型型是是错错误误的的,A A 错错 误误;卢卢瑟瑟福福并并不不是是认认识识到到 “枣枣糕糕模模型型”的的错错误误而而提提出出“核核式式结结构构”理理 论论 的的,B B错错 误误;卢卢瑟瑟福福做做了了粒粒子子散散射射实实验验后后,由由 实实 验验现现象象提提出出了了“核核式式结结构构”理理 论论,C C 错错 误误,D D 正正 确确.(2 2)粒粒子子穿穿过过金金箔箔后后绝绝大大多多数数仍仍沿沿原原来来的的方方向向 前前 进进,说说明明它它们们距距正正电电荷荷部部分分较较远远,库库仑仑力力很很小小;尽尽管管经经过过若若干干层层原原子子,但但靠靠近近正正电电荷荷部部分分的的机机会会 很很 小小,这这说说明明原原子子内内带带正正电电荷荷部部分分在在整整个个原原子子中中 占的空间非常小占的空间非常小.答案答案 (1)D (2)(1)D (2)说明原子内带正电荷部分在说明原子内带正电荷部分在 整个原子中占的空间非常小整个原子中占的空间非常小.2021/8/9 星期一15 方法归纳方法归纳 微观世界是看不见的微观世界是看不见的,但我们可以根据它们产生但我们可以根据它们产生 的各种效应来进行分析、推理和判断的各种效应来进行分析、推理和判断,来达到认来达到认 识微观世界的目的识微观世界的目的;对于实验推理类问题对于实验推理类问题,要求要求 记住记住:实验的作者、时间和装置实验的作者、时间和装置;实验事实实验事实 或现象或现象;由实验结果得出什么结论由实验结果得出什么结论;实验的实验的 意义所在意义所在.2021/8/9 星期一16变式练习变式练习1 1 在卢瑟福的在卢瑟福的粒子散射实验中粒子散射实验中,有少数有少数 粒子发生大角度偏转粒子发生大角度偏转,其原因是其原因是 ()()A.A.原子的正电荷和绝大部分质量集中在一个很原子的正电荷和绝大部分质量集中在一个很 小的核上小的核上 B.B.正电荷在原子内是均匀分布的正电荷在原子内是均匀分布的 C.C.原子中存在着带负电的电子原子中存在着带负电的电子 D.D.原子只能处于一系列不连续的能量状态中原子只能处于一系列不连续的能量状态中 解解析析 原原子子中中有有电电子子,但但电电子子的的质质量量很很小小,不不 到到 粒粒子子的的七七千千分分之之一一,粒粒子子碰碰到到它它,就就像像飞飞行行 的的子子弹弹碰碰到到一一粒粒尘尘埃埃一一样样,运运动动方方向向不不会会发发生生明明 显显的的改改变变;若若原原子子中中的的正正电电荷荷是是均均匀匀分分布布的的,粒粒子子穿穿过过原原子子时时,它它受受到到原原子子内内部部两两侧侧正正电电荷荷的的2021/8/9 星期一17 斥力大部分互相抵消斥力大部分互相抵消,使使粒子偏转的力不会很粒子偏转的力不会很 大大,不会产生大角度的偏转现象不会产生大角度的偏转现象,选项选项B B、C C错误错误.原子核集中了原子全部正电荷和绝大部分质量原子核集中了原子全部正电荷和绝大部分质量,当当粒子十分接近原子核时粒子十分接近原子核时,就会受到很大的库就会受到很大的库 仑斥力仑斥力,发生大角度偏转发生大角度偏转,由于原子核很小由于原子核很小,粒粒 子穿过金箔时接近原子核的机会很小子穿过金箔时接近原子核的机会很小,所以所以,只只 有少数有少数粒子发生大角度偏转粒子发生大角度偏转,选项选项A A正确正确.原子原子 只能处于一系列不连续的能量状态中只能处于一系列不连续的能量状态中,是原子光是原子光 谱不连续的原因谱不连续的原因,不是不是粒子大角度散射的原因粒子大角度散射的原因,选项选项D D错误错误.综上可知综上可知,选项选项A A正确正确.答案答案 A2021/8/9 星期一18题型题型2 2 氢原子能级跃迁问题氢原子能级跃迁问题【例例2 2】如图如图2 2所示为氢原子最低的四个能级所示为氢原子最低的四个能级,当氢当氢 原子在这些能级间跃迁时原子在这些能级间跃迁时:(1)(1)有可能放出有可能放出 种能量的光子种能量的光子.(2)(2)在哪两个能级间跃迁时在哪两个能级间跃迁时,所放出光子波长最所放出光子波长最 长长?波长是多少波长是多少?图图22021/8/9 星期一19思维导图思维导图2021/8/9 星期一20 解析解析 (1)(1)由由N N=6=6种种.(2)(2)氢原子由第四能级向第三能级跃迁时氢原子由第四能级向第三能级跃迁时,能级能级 差最小差最小,辐射的光子波长最长辐射的光子波长最长.由由h h=E E4 4-E E3 3,得得h h =E E4 4-E E3 3 所以所以=1.8810 =1.8810-6-6 m m 答案答案 (1)6 (2)1.8810(1)6 (2)1.8810-6-6 m m2021/8/9 星期一21方法归纳方法归纳 1.1.量子数为量子数为n n的氢原子辐射光子的可能频率的判的氢原子辐射光子的可能频率的判 定方法定方法:如果是一个氢原子如果是一个氢原子,向低能级跃迁时最多发出的向低能级跃迁时最多发出的 光子数为光子数为(n n-1).-1).如果是一群氢原子如果是一群氢原子,向低能级跃迁时最多发出的向低能级跃迁时最多发出的 光子为光子为C C 种种.2.2.理解氢原子能级图理解氢原子能级图,量子数越大的能级间能级量子数越大的能级间能级 差越小差越小,发出光子波长越长发出光子波长越长.2021/8/9 星期一22变变式式练练习习2 2 如如图图3 3所所示示,氢氢原原子子从从n n2 2的的某某一一能能级级 跃跃迁迁到到n n=2 2的的能能级级,辐辐射射出出能能量量为为2 2.5 55 5 e eV V的的光光子子.问问最最少少要要给给基基态态的的氢氢原原子子提提供供多多少少电电子子伏伏特特的的 能能量量,才才能能使使它它辐辐射射上上述述能能量量的的光光子子？请请在在图图中中 画画出出获获得得该该能能量量后后的的氢氢原原子子可可能能的的辐辐射射跃跃迁迁图图.图图32021/8/9 星期一23 解析解析 氢原子从氢原子从n n2 2的某一能级跃迁到的某一能级跃迁到n n=2=2的能的能 级级,辐射光子的频率满足辐射光子的频率满足:h h=E En n-E E2 2=2.55 eV=2.55 eV E En n=h h+E E2 2=-0.85 eV,=-0.85 eV,所以所以n n=4=4 基态氢原子要跃迁到基态氢原子要跃迁到n n=4=4的能级的能级,应提供应提供:E E=E E4 4-E E1 1=12.75 eV=12.75 eV 跃迁图见下图跃迁图见下图 答案答案 12.75 eV 12.75 eV 见解析图见解析图2021/8/9 星期一24 氢氢 原原 子子 在在 基基 态态 时时 轨轨 道道 半半 径径r r1 1=0 0.5 5 3 3 1 10 0-1 10 0 m m,能能量量E E1 1=-1 13 3.6 6 e eV V.求求氢氢原原子子处处于于基基态态时时:(1)(1)电子的动能电子的动能.(2)(2)原子的电势能原子的电势能.(3)(3)用波长是多少的光照射可使其电离？用波长是多少的光照射可使其电离？(4)(4)电子在核外旋转的等效电流电子在核外旋转的等效电流.(.(已知电子质量已知电子质量 m m=9.110=9.110-31-31 kg)kg)2021/8/9 星期一25 解析解析 (1)(1)设处于基态的氢原子核外电子速度为设处于基态的氢原子核外电子速度为 v v1 1,则则:k k 所以电子动能所以电子动能E Ek1k1=(2)(2)因为因为E E1 1=E Ek1k1+E Ep1p1 所以所以E Ep1p1=E E1 1-E Ek1k1=-13.6 eV-13.6 eV=-27.2 eV=-13.6 eV-13.6 eV=-27.2 eV (3)(3)设用波长设用波长的光照射可使氢原子电离的光照射可使氢原子电离:=0-=0-E E1 1 2021/8/9 星期一26 所以所以=-=-=0.914 110 =0.914 110-7-7 m m (4)(4)等效的环形电流等效的环形电流I I=由由 =mrmr1 1()()2 2,可得可得T T=2=2 所以所以I I=代入数据解得代入数据解得I I=1.0510=1.0510-3-3 A A 答案答案 (1)13.6 eV (2)-27.2 eV(1)13.6 eV (2)-27.2 eV (3)0.914 110 (3)0.914 110-7-7 m m (4)1.0510 (4)1.0510-3-3 A A2021/8/9 星期一271 1.已已知知钠钠原原子子在在A A、B B、C C、D D、E E几几个个能能级级间间跃跃迁迁 时时辐辐射射的的波波长长分分别别为为:5 58 89 9 n nm m(B BA A),3 33 30 0 n nm m (C CA A),2 28 85 5 n nm m(D DA A),5 51 14 4 n nm m(E EB B).试试作作出出 钠钠原原子子在在这这几几个个能能量量范范围围的的能能级级图图.作作图图时时注注意意,表表示示能能级级的的横横线线间间的的距距离离和和相相应应能能级级差差成成正正比比,并并在在线线旁旁以以电电子子伏伏为为单单位位标标出出这这个个能能级级的的值值(设设 最高能级为零最高能级为零).).解析解析 根据根据E E=可以由辐射的波长得到几个可以由辐射的波长得到几个 能级差能级差;E EB B-E EA A=2.1 eV;=2.1 eV;E EC C-E EA A=3.8 eV;=3.8 eV;E ED D-E EA A=4.4 eV;=4.4 eV;E EE E-E EB B=2.4 eV.=2.4 eV.素能提升素能提升2021/8/9 星期一28 根据以上能级差所作能级图如下图所示根据以上能级差所作能级图如下图所示.答案答案 见解析图见解析图2021/8/9 星期一292.2.原子结构的认识过程是非常曲折的原子结构的认识过程是非常曲折的,请回答下列请回答下列 问题问题.(1)(1)核式结构和玻尔模型提出的背景分别是核式结构和玻尔模型提出的背景分别是 (2)(2)在原子物理中在原子物理中,粒子间经常发生碰撞粒子间经常发生碰撞,一速度一速度 为为v v0 0的的粒粒子子,与与静静止止的的氢氢核核发发生生完完全全非非弹弹性性碰碰撞撞 后后,它它们们的的共共同同速速度度为为v vH H,如如果果这这个个粒粒子子仍仍以以速速度度 v v0 0与与静静止止的的碳碳核核发发生生弹弹性性碰碰撞撞,碰碰后后碳碳核核的的速速度度 为为v vC C,现现在在测测得得 ,已已知知碳碳核核质质量量为为m mC C与与氢氢 核核质质量量m mH H之之比比为为1 12 2,求求粒粒子子质质量量与与氢氢核核质质量量之之比比.2021/8/9 星期一30 解析解析 (2)(2)粒子与氢核发生完全非弹性碰撞后粒子与氢核发生完全非弹性碰撞后,由动量守恒有由动量守恒有 mxmxv v0 0=(=(m mx x+m mH H)v vH H v vH H=粒子与碳核发生完全弹性碰撞后粒子与碳核发生完全弹性碰撞后,由动量和能量由动量和能量 守恒有守恒有 m mx xv v0 0=m mx xv v+m mC Cv vC C,由以上两式得由以上两式得v vC C=2021/8/9 星期一31 由由两式和题设条件有两式和题设条件有 将将m mC C=12=12m mH H代入代入式后得式后得m mx xm mH H=11.=11.答案答案 (1)(1)汤姆孙的汤姆孙的“枣糕模型枣糕模型”无法解释无法解释 粒子散射实验粒子散射实验.卢瑟福的核式结构无法解释原卢瑟福的核式结构无法解释原 子的稳定性和原子光谱的分立特征子的稳定性和原子光谱的分立特征.(2)11 (2)112021/8/9 星期一323 3.原原子子可可以以从从原原子子间间的的碰碰撞撞中中获获得得能能量量,从从而而发发生生 能能级级跃跃迁迁(在在碰碰撞撞中中,动动能能损损失失最最大大的的是是完完全全非非 弹弹性性碰碰撞撞).一一个个具具有有1 13 3.6 6 e eV V动动能能、处处于于基基态态的的 氢氢原原子子与与另另一一个个静静止止的的、也也处处于于基基态态的的氢氢原原子子 发生对心正碰发生对心正碰.(1)(1)是否可以使基态氢原子是否可以使基态氢原子 发生能级跃迁发生能级跃迁(氢原子能级氢原子能级 如图如图4 4所示所示)?)?(2)(2)若上述碰撞中可以使基态氢原子发生电离若上述碰撞中可以使基态氢原子发生电离,则氢原子的初动能至少为多少则氢原子的初动能至少为多少?图图42021/8/9 星期一33 解解析析 (1 1)设设运运动动氢氢原原子子的的速速度度为为 v v0 0,完完全全非非弹弹 性性碰碰撞撞后后两两者者的的速速度度为为 v v,损损失失的的动动能能 E E被被基基态态 氢原子吸收氢原子吸收.若若E E=1 10 0.2 2 e eV V,则则基基态态氢氢原原子子可可由由 n n=1 1跃跃 迁迁 到到 n n=2.=2.由动量守恒和能量守恒由动量守恒和能量守恒:m mv v0 0=2=2m mv v 解解得得,E E=m mv v0 02 2=6.8 eV=6.8 eV2021/8/9 星期一34 因为因为E E=6.8 eV10.2 eV.=6.8 eV10.2 eV.所以不能使基态氢原子发生跃迁所以不能使基态氢原子发生跃迁.(2)(2)若使基态氢原子电离若使基态氢原子电离,则则E E=13.6 eV,=13.6 eV,代入代入 得得E Ek k=27.2 eV.=27.2 eV.答案答案 (1)(1)不能不能 (2)27.2 eV(2)27.2 eV2021/8/9 星期一354 4.氢氢原原子子处处于于基基态态时时,原原子子能能级级E E1 1=-1 13 3.6 6 e eV V,普普朗朗 克克常常量量h h=6 6.6 63 31 10 0-3 34 4 J Js s,现现用用光光子子能能量量介介于于 1 11 1 e eV V1 12 2.5 5 e eV V范范围围内内的的光光去去照照射射一一大大群群处处于于 基态的氢原子基态的氢原子.(1)(1)照射光中可能被基态氢原子吸收的光子有几照射光中可能被基态氢原子吸收的光子有几 种种?激发后的氢原子发射的不同能量的光子最多激发后的氢原子发射的不同能量的光子最多 有几种有几种?能放出的光子的最大能量是多少能放出的光子的最大能量是多少?(2)(2)要使处于要使处于n n=3=3的激发态的氢原子电离的激发态的氢原子电离,入射光入射光 子的最小频率是多少子的最小频率是多少?解解 析析 (1 1)由由E En n=可可 算算 出出 E E2 2=-3 3.4 4 e eV V,E E3 3=-1 1.5 51 1 e eV V,E E4 4=-0 0.8 85 5 e eV V,分分别别计计算算出出处处于于基基态态的的2021/8/9 星期一36 氢氢原原子子跃跃迁迁到到第第二二、第第三三、第第四四激激发发态态过过程程中中吸吸 收收的的能能量量,分分 别别 是是 1 10 0.2 2 e eV V,1 12 2.0 09 9 e eV V,1 12 2.7 75 5 e eV V.因因 此此,用用光光子子能能量量介介于于 1 11 1 e eV V 1 12 2.5 5 e eV V 范范围围内内的的光光 去去照照射射一一大大群群处处于于基基态态的的氢氢原原子子时时,照照射射光光中中可可能能 被被基基态态氢氢原原子子吸吸收收的的光光子子只只有有 1 1种种,当当处处于于第第三三激激 发发态态氢氢原原子子向向低低能能级级跃跃迁迁时时,对对应应有有 3 3种种频频率率的的光光 子子;从从n n=3 3跃跃迁迁到到 n n=1 1能能级级时时,辐辐射射的的光光子子能能量量最最大大,E=EE=E3 3-E E1 1=12.09 eV.=12.09 eV.(2 2)要要使使氢氢原原子子电电离离,即即将将电电子子移移到到离离核核无无穷穷远远处处,此时此时E E=0=0 则则h hE E-E E3 3=0-(-1.51)0-(-1.51)eV=1.51 EveV=1.51 Ev 最小频率最小频率=3.6410=3.641014 14 HzHz 答案答案 (1)1 3 12.09 eV (2)3.6410(1)1 3 12.09 eV (2)3.641014 14 HzHz2021/8/9 星期一37反思总结反思总结返回返回 2021/8/9 星期一382021/8/9 星期一39