专题十三 近
代
物
理
考向1 原子的能级跃迁
(2020·北京卷)氢原子能级示意如图。现有大量氢原子处于n=3能级上,下列说法正确的是
( )
A.这些原子跃迁过程中最多可辐射出2种频率的光子
B.从n=3能级跃迁到n=1能级比跃迁到n=2能级辐射的光子频率低
C.从n=3能级跃迁到n=4能级需吸收0.66
eV的能量
D.n=3能级的氢原子电离至少需要吸收13.6
eV的能量
(1)审题破题眼:
(2)情境化模型:
(3)命题陷阱点:
陷阱1:对能级差与辐射或吸收的能量的理解不到位
不论是辐射或是吸收能量,一定遵循E=Em-En这个关系。不满足这个关系的能量值不会被吸收,也不会被辐射。
陷阱2:认为电离只能从基态开始
不论初态如何,只要核外电子跃迁到了无限远处就叫电离。电离所需要的能量由初态决定。
原子跃迁能级图比较
解决氢原子能级跃迁的四点技巧
1.原子跃迁时,所吸收或释放的光子能量只能等于两能级之间的能量差。
2.原子电离时,所吸收的能量可以大于或等于某一能级能量的绝对值,剩余能量为自由电子的动能。
3.一个氢原子跃迁发出可能的光谱线条数最多为(n-1),而一群氢原子跃迁发出可能的光谱线条数可用N==求解。
4.计算能级能量时应注意:因一般取无穷远处为零电势参考面,故各能级的能量值均为负值;能量单位1
eV=1.6×10-19
J。
1.(原子跃迁的实际应用)He-Ne激光器产生的波长为6.33×10-7
m的谱线是Ne原子从激发态能级(用E1表示)向能量较低的激发态能级(用E2表示)跃迁时发生的;波长为3.39×10-6
m的谱线是Ne原子从能级E1向能量较低的激发态能级(用E3表示)跃迁时发生的。已知普朗克常量h与光速c的乘积hc=1.24×10-6
m·eV。由此可知Ne的激发态能级E2与E3的能量差为(结果保留两位有效数字)( )
A.1.6
eV
B.2.6
eV
C.3.6
eV
D.4.0
eV
2.(能级跃迁的频率问题)如图所示,氢原子在不同能级间发生的a、b、c三种跃迁时,释放光子的频率分别是νa、νb、νc,下列关系式正确的是
( )
A.νb=νa+νc
B.νa=
C.νb=
D.νc=
3.(原子跃迁与光电效应)已知基态He+的电离能力是54.4
eV,几种金属的逸出功如表所示,He+的能级En与n的关系与氢原子的能级公式类似,下列说法不正确的是
( )
金属
钨
钙
钠
钾
铷
W0/(×10-19
J)
7.26
5.12
3.66
3.60
3.41
A.为使处于静止的基态He+跃迁到激发态,入射光子所需的能量最小为54.4
eV
B.为使处于静止的基态He+跃迁到激发态,入射光子所需的能量最小为40.8
eV
C.处于n=2激发态的He+向基态跃迁辐射的光子能使上述五种金属都产生光电效应现象
D.发生光电效应的金属中光电子的最大初动能最大的是金属铷
4.(原子跃迁与电离)某原子K层失去一个电子后,其K层出现一个电子空位,当L层上有电子跃迁到K层填补空位时会释放一定的能量:一种情况是辐射频率为ν0的X射线;另一种情况是跃迁释放的能量被其他核外电子层的电子吸收,使电子发生电离成为自由电子。若跃迁释放的能量被M层的一个电子吸收,电离后的自由电子的动能是E0,已知普朗克常量为h,则电子处于M层时原子的能级(即能量值)为
( )
A.hν0
B.E0
C.E0-hν0
D.E0+hν0
专题十三 近
代
物
理
考向1
///研透真题·破题有方///
C 大量氢原子处于n=3能级跃迁到n=1最多可辐射出=3种不同频率的光子,A错误;根据能级图可知从n=3能级跃迁到n=1能级辐射的光子能量为hν1=13.6
eV-1.51
eV,从n=3能级跃迁到n=2能级辐射的光子能量为hν2=
3.4
eV-1.51
eV,比较可知从n=3能级跃迁到n=1能级比跃迁到n=2能级辐射的光子频率高,B错误;根据能级图可知从n=3能级跃迁到n=4能级,需要吸收的能量为E=1.51
eV-0.85
eV=0.66
eV,C正确;根据能级图可知氢原子处于n=3能级的能量为-1.51
eV,故要使其电离至少需要吸收1.51
eV
的能量,D错误。
///多维猜押·制霸考场///
1.A 根据能级跃迁和辐射光子能量的关系可得,E1-E2=h,E1-E3=h,故能级E2与E3的差值应为=h(-),代入数据解得=
1.6
eV,A正确。
2.A 因为Em-En=hν,知Eb=Ea+Ec,即hνb=hνa+hνc,解得νb=νa+νc,故选A。
3.A 根据玻尔理论En=-,从基态跃迁到n=2所需光子能量最小,ΔE=E2-E1=E1=40.8
eV,A错误,B正确;从n=2激发态的He+向基态跃迁辐射的光子能量为40.8
eV,金属钨的逸出功为7.26×10-19
J≈4.54
eV,故能使所列金属发生光电效应,由表中的数据可知金属铷的逸出功最小,故C正确;根据爱因斯坦的光电效应方程可知铷发生光电效应的光电子的最大初动能最大,D正确。
4.C 首先理解,核外电子层与能级不是同一概念,如氢原子只有一个核外电子层和一个电子,但氢原子有若干能级。多电子原子的电子排布由里向外依次为K、L、M、N、O、…层,电子离原子核的平均距离也越来越大,能量逐渐升高。根据题意,知L层上有电子跃迁到K层填补空位时,会释放一定的能量ΔE:一种情况是辐射频率为ν0的X射线,故ΔE=hν0,则电子处于L层与处于K层时原子的能级差值为EL-EK=ΔE=hν0。设电子处于M层时原子的能量为EM,若上述电子从L层→K层跃迁释放的能量ΔE=hν0被M层上的一个电子吸收,电离后的自由电子的动能是E0,由能量守恒定律知,E0+(0-EM)=hν0,故EM=E0-hν0,故选项C正确。(共15张PPT)
专题十三 近
代
物
理
考向1 原子的能级跃迁
研透真题·破题有方
(2020·北京卷)氢原子能级示意如图。现有大量氢原子处于n=3能级上,下列说法正确的是
( )
A.这些原子跃迁过程中最多可辐射出2种频率的光子
B.从n=3能级跃迁到n=1能级比跃迁到n=2能级辐射的光子频率低
C.从n=3能级跃迁到n=4能级需吸收0.66
eV的能量
D.n=3能级的氢原子电离至少需要吸收13.6
eV的能量
C 大量氢原子处于n=3能级跃迁到n=1最多可辐射出
=3种不同频率的光子,
A错误;根据能级图可知从n=3能级跃迁到n=1能级辐射的光子能量为
hν1=13.6
eV-1.51
eV,从n=3能级跃迁到n=2能级辐射的光子能量为
hν2=3.4
eV-1.51
eV,比较可知从n=3能级跃迁到n=1能级比跃迁到n=2能级辐
射的光子频率高,B错误;根据能级图可知从n=3能级跃迁到n=4能级,需要吸收的
能量为E=1.51
eV-0.85
eV=0.66
eV,C正确;根据能级图可知氢原子处于n=3能
级的能量为-1.51
eV,故要使其电离至少需要吸收1.51
eV
的能量,D错误。
【真题解码】
(1)审题破题眼:
(2)情境化模型:
(3)命题陷阱点:
陷阱1:对能级差与辐射或吸收的能量的理解不到位
不论是辐射或是吸收能量,一定遵循E=Em-En这个关系。不满足这个关系的能量值不会被吸收,也不会被辐射。
陷阱2:认为电离只能从基态开始
不论初态如何,只要核外电子跃迁到了无限远处就叫电离。电离所需要的能量由初态决定。
必备知能·融会贯通
【核心必备】
原子跃迁能级图比较
【考场秘技】
解决氢原子能级跃迁的四点技巧
1.原子跃迁时,所吸收或释放的光子能量只能等于两能级之间的能量差。
2.原子电离时,所吸收的能量可以大于或等于某一能级能量的绝对值,剩余能量
为自由电子的动能。
3.一个氢原子跃迁发出可能的光谱线条数最多为(n-1),而一群氢原子跃迁发出
可能的光谱线条数可用N=
求解。
4.计算能级能量时应注意:因一般取无穷远处为零电势参考面,故各能级的能量
值均为负值;能量单位1
eV=1.6×10-19
J。
1.(原子跃迁的实际应用)He-Ne激光器产生的波长为6.33×10-7
m的谱线是Ne原子从激发态能级(用E1表示)向能量较低的激发态能级(用E2表示)跃迁时发生的;波长为3.39×10-6
m的谱线是Ne原子从能级E1向能量较低的激发态能级(用E3表示)跃迁时发生的。已知普朗克常量h与光速c的乘积hc=1.24×10-6
m·eV。由此可知Ne的激发态能级E2与E3的能量差为(结果保留两位有效数字)
( )
A.1.6
eV B.2.6
eV
C.3.6
eV
D.4.0
eV
多维猜押·制霸考场
A 根据能级跃迁和辐射光子能量的关系可得,E1-E2=h
,E1-E3=h
,
故能级E2与E3的差值应为
,代入数据解得
=
1.6
eV,
A正确。
2.(能级跃迁的频率问题)如图所示,氢原子在不同能级间发生的a、b、c三种跃迁时,释放光子的频率分别是νa、νb、νc,下列关系式正确的是
( )
A 因为Em-En=hν,知Eb=Ea+Ec,即hνb=hνa+hνc,解得νb=νa+νc,故选A。
3.(原子跃迁与光电效应)已知基态He+的电离能力是54.4
eV,几种金属的逸出功如表所示,He+的能级En与n的关系与氢原子的能级公式类似,下列说法不正确的是
( )
A.为使处于静止的基态He+跃迁到激发态,入射光子所需的能量最小为54.4
eV
B.为使处于静止的基态He+跃迁到激发态,入射光子所需的能量最小为40.8
eV
C.处于n=2激发态的He+向基态跃迁辐射的光子能使上述五种金属都产生光电效应现象
D.发生光电效应的金属中光电子的最大初动能最大的是金属铷
金属
钨
钙
钠
钾
铷
W0/(×10-19
J)
7.26
5.12
3.66
3.60
3.41
A 根据玻尔理论En=-
,从基态跃迁到n=2所需光子能量最小,ΔE=E2-E1=
E1=40.8
eV,A错误,B正确;从n=2激发态的He+向基态跃迁辐射的光子能量为
40.8
eV,金属钨的逸出功为7.26×10-19
J≈4.54
eV,故能使所列金属发生光电
效应,由表中的数据可知金属铷的逸出功最小,故C正确;根据爱因斯坦的光电效
应方程可知铷发生光电效应的光电子的最大初动能最大,D正确。
4.(原子跃迁与电离)某原子K层失去一个电子后,其K层出现一个电子空位,当L层上有电子跃迁到K层填补空位时会释放一定的能量:一种情况是辐射频率为ν0的X射线;另一种情况是跃迁释放的能量被其他核外电子层的电子吸收,使电子发生电离成为自由电子。若跃迁释放的能量被M层的一个电子吸收,电离后的自由电子的动能是E0,已知普朗克常量为h,则电子处于M层时原子的能级(即能量值)为
( )
A.hν0
B.E0
C.E0-hν0
D.E0+hν0
C 首先理解,核外电子层与能级不是同一概念,如氢原子只有一个核外电子层和一个电子,但氢原子有若干能级。多电子原子的电子排布由里向外依次为K、L、M、N、O、…层,电子离原子核的平均距离也越来越大,能量逐渐升高。根据题意,知L层上有电子跃迁到K层填补空位时,会释放一定的能量ΔE:一种情况是辐射频率为ν0的X射线,故ΔE=hν0,则电子处于L层与处于K层时原子的能级差值为EL-EK=ΔE=hν0。设电子处于M层时原子的能量为EM,若上述电子从L层→K层跃迁释放的能量ΔE=hν0被M层上的一个电子吸收,电离后的自由电子的动能是E0,由能量守恒定律知,E0+(0-EM)=hν0,故EM=E0-hν0,故选项C正确。
