2025版高考物理一轮总复习考点突破第16章原子结构和波粒二象性原子核第40讲原子结构与原子核考点2氢原子能级及原子跃迁

考点2氢原子能级及原子跃迁(实力考点·深度研析)1．原子吸取能量的两种状况(1)光照激发：能量等于能级差的光子可被吸取，能量大于电离能的光子可被吸取，其他光子不能被吸取。(2)实物粒子激发：只要粒子能量大于或等于能级差即可被吸取。2．谱线条数的确定方法(1)一个氢原子跃迁可能发出的光谱线条数最多为n－1。(2)一群氢原子跃迁可能发出的光谱线条数最多为Ceq\o\al(2,n)＝eq\f(nn－1,2)。3．电离(1)电离态：n＝∞，E＝0。(2)电离能：指原子从基态或某一激发态跃迁到电离态所须要吸取的最小能量。例如：氢原子从基态→电离态：E吸＝0－(－13.6eV)＝13.6eV(3)若吸取能量足够大，克服电离能后，获得自由的电子还具有动能。►考向1氢原子能级及能级跃迁[解析]由图可知①和③对应的跃迁能级差相同，可知①和③的能量相等，选项A正确；因②对应的能级差小于④对应的能级差，可知②的能量小于④的能量，依据E＝hν可知②的频率小于④的频率，选项B错误；因②对应的能级差小于①对应的能级差，可知②的能量小于①，②的频率小于①，则若用①照射某金属表面时能发生光电效应，用②照射该金属不愿定能发生光电效应，选项C错误；因④对应的能级差大于①对应的能级差，可知④的能量大于①，即④的频率大于①，因用①照射某金属表面时能逸出光电子的最大初动能为Ek，依据Ekm＝hν－W逸出功，则用④照射该金属逸出光电子的最大初动能大于Ek，选项D错误。故选A。►考向2氢原子跃迁能量分析(2024·山东汶上县高三阶段练习)依据玻尔原子理论，原子只能处于一系列不连续的能量状态，在这些不同的能量状态中，核外电子绕原子核做半径不同的圆周运动。依据此理论可知，处于n＝3能级的某氢原子辐射确定频率的光子后跃迁到n＝2能级，则(B)A．核外电子的动能减小B．氢原子系统的总能量削减C．氢原子系统的电势能增大D．氢原子系统削减的电势能等于电子增加的动能[解析]设电子绕氢原子核做半径为r、速率为v的匀速圆周运动，依据牛顿其次定律有eq\f(ke2,r2)＝meq\f(v2,r)，依据上式可得电子的动能为Ek＝eq\f(1,2)mv2＝eq\f(ke2,2r)，处于n＝3能级的某氢原子辐射确定频率的光子后跃迁到n＝2能级，r减小，所以电子的动能变大，库仑力对电子做正功，氢原子系统的电势能减小，氢原子辐射确定频率的光子发生跃迁，氢原子系统的总能量减小，则氢原子系统削减的电势能大于电子增加的动能，故A、C、D错误，B正确。氢原子在各个不同的能量状态对应不同的电子轨道，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，即E＝Eke＋EpH。电子绕核做圆周运动由库仑力供应向心力，有keq\f(e2,r\o\al(2,n))＝eq\f(mv\o\al(2,n),rn)，电子的动能Eke＝eq\f(1,2)mveq\o\al(2,n)＝eq\f(ke2,2rn)；系统的电势能依据库仑力做功来推断：靠近核，库仑力对电子做正功，系统电势能减小，远离核，库仑力对电子做负功，系统的电势能增大。【跟踪训练】(两类能级跃迁)(2024·山东卷)“梦天号”试验舱携带世界首套可相互比对的冷原子钟组放射升空，对提升我国导航定位、深空探测等技术具有重要意义。如图所示为某原子钟工作的四能级体系，原子吸取频率为ν0的光子从基态能级Ⅰ跃迁至激发态能级Ⅱ，然后自发辐射出频率为ν1的光子，跃迁到钟跃迁的上能级2，并在确定条件下可跃迁到钟跃迁的下能级1，实现受激辐射，发出钟激光，最终辐射出频率为ν3的光子回到基态。该原子钟产生的钟激光的频率ν2为(D)A．ν0＋ν1＋ν3 B．ν0＋ν1－ν3C．ν0－ν1＋ν3 D．ν0－ν1－ν3[解析]原子吸取频率为ν0的光子从基态能级Ⅰ跃迁至激发态能级Ⅱ时有EⅡ－EⅠ＝hν0，且从激发态能级Ⅱ向下跃迁到基态Ⅰ的过程有EⅡ－EⅠ＝hν1＋hν2＋hν3，联立解得ν2＝ν0－ν1－ν3，故选D。(原子吸取能量的两种状况)(多选)如图是氦离子(He＋)的能级图。通常我们认为可见光光子的能量在1.64—3.19eV之间。依据这一标准，下列操作中可能使处于基态的氦离子辐射可见光的是(BCD)A．用能量为48.36eV的光子照射时B．用能量为52.89eV的光子照射时C．用能量为53.89eV的电子轰击时D．用能量为56.45eV的电子轰击时[解析]用能量为48.36eV的光子照射时，光子被全部吸取，氦离子跃迁到n＝3激发态，氦离子由n＝3激发态向低能级跃迁时，释放的最小能量光子为7.56eV，不是可见光，故A错误；用能量为52.89eV的光子照射时，光子被全部吸取，氦离子跃迁到n＝6激发态，由图可知，氦离子由n＝6激发态向低能