二、理解一个氢原子和一群氢原子跃迁的不同

消除氢原子跃迁问题的误区
内容摘要：“原子和原子核”这一章在高中物理的学习中并没有摆在非常重要的位置，而且与前面的知识没有多大的联系。

正因为如此，同学们在学习的过程在并不是很认真。

再加上本章节的知识比较抽象，大部分同学会产生很多疑惑，特别是对于原子的跃迁问题，经常是模棱两可，在做这一方面的习题时自然出错率非常的高；然而它却一直以来都是我们高考的必考内容，是我们高中物理不可缺少的一部分。

针对此现象，本人就氢原子跃迁的问题谈谈自己的看法，希望能帮助我们的学生走出这类问题的误区。

关健词：氢原子、能级图、跃迁、电离
一、熟悉氢原子的能级图并掌握其规律
要很好的撑握原子跃迁的问题，其实首先得非常清楚的了解原子的结构分布情况。

玻尔理论的主要内容有三个方面：
（1）定态：原子只能处于一系列不连续的能量状态中，在这些能量状态中原子是稳定的，电子虽然绕核运动，但并不向外辐射能量，这和状态叫定态。

（2）跃迁：原子从一种定态跃迁到另一种定态时，它辐射或吸收一定频率的光子，光子的能量由这两定态的能量差决定，即hv=Em-En. （3）轨道：原子的不同能量状态跟电子在不同的圆形轨道绕核运动相对应。

原子的定态是不连续的，因此电子的可能轨道也是不连续的。

根据玻尔理论我们知道，原子的可能状态是不连续的，且各状态对应着不同的能量，不同的能量状态的原子核外的电子对应着不同的运动轨道，这些能量状态之间可以相互跃迁。

为了能够更加清楚的
阐述自己的观点，玻尔还得出了能级的概
念和氢原子的能级图：（见右图）
（1）能级：在玻尔模型中，原子的可
能状态是不连续的，各状态对应的能量也是
不连续的，这些不连续的能量值叫做能级。

（2）氢原子的能级图如右图所示：
（3）基态：在正常状态下，原子处于最低能级，这时电子在离核最近的轨道上运动的定态称基态。

（4）激发态：原子吸收能量后从基态跃迁到较高能级，这时电子在离核较远的轨道上运动的定态称激发态。

由以上概念，我们就更清楚地知道，氢原子处在不同的状态具有不同的能量值，通过氢原子的能级图我觉得我们应该明白以下一下几个问题：
1、我们是用能级n表示氢原子的能量，不同的n值表示不同的能量，n=1是表示基态，能量最小为-13.6eV，此时核外电子离核最近，根据能量最低原理，此时的氢原子是最稳定的；其它的n值对应了激发态，能量较高，离核外电子离核较远，所处的状态也不稳定。

2、各个能级对应的能量值是不连续的，而且相邻两能级之间的能量差不同，且能量差越来越来小。

3、氢原子各定态的能量值为电子绕核运动的动能和势能的代数和，且能量公式: En=E1/n2,
轨道半径公式:r n=n2r1,(E1=-13.6eV,r1=0.53×10-10m,n=1.2.3…)
二、理解一个氢原子和一群氢原子跃迁的不同
玻尔理论的第二个方面的内容：
跃迁：原子从一种定态跃迁到另一种定态时，它辐射或吸收一定频率的光子，光子的能量由这两定态的能量差决定，即hv=Em-En.
我们知道当原子从低能级向高能级跃迁时，要吸收一定能量的光子，而且这个光子的能量满足hv=E末－E初时，才能被某一个原子吸收，使原子从低能吸E初向高能级E末跃迁，而当光子能量hv大于或小于E末－E初时都不能被原子吸收。

当原子从高能级向低能级跃迁时，以光子的形式向外辐射能量，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。

那么一个氢原子的跃迁和一群氢原子跃迁有什么区别呢？
1、一个氢原子的跃迁
一个氢原子核外只有一个电子，当它处于量子数为n的激发态时，这个原子会从高能级自发地向低能级跃迁，并且有两种跃迁方式：一种是直接跃迁到基态，此时只会辐射1种频率的光线，另一种是间接跃迁到基态，此时最多能辐射n－1种频率的光线。

例如：一个氢原子处在n=3的激发态，问最多能释放多少种频率
的光线？
分析：该原子跃迁两种方式，一种是直
接从n=3跃迁到n=2能级，释放一条光线，还有一种是从n=3跃迁到n=2能级，再从 n=2跃迁到n=1完成跃迁，故释放了二种光线，故最多能释放两种频率的光线。

2、一群氢原子的跃迁
一群氢原子的跃迁就有所不同了。

在这一群氢原子里，不同的氢原子所能选择跃迁的方式仍然有两种，可以是直接跃迁到基态，也可以间接跃迁到基态，但是由于氢原子数目多，那它哪一种跃迁的方式都会有，故一群氢原子处于量子数为n 的激发态时，可能辐射出的光线条数为N=22
)1(n C n n =-，即所有不同频率光线的条数总和。

例如：一群氢原子处于n=4的激发态时，问可能释放几种频率的光？
分析：如图中所示，这群氢原子哪种跃迁的可能都存在，具体分析如下：
①原子直接从n=4能级跃迁到n=1，
释放1种频率的光。

②原子从n=4能级跃迁到n=3能级，
n=3能级的原子又可以分成两种情况，一 种直接跃迁到n=1，一种是先跃迁到n=2，再跃迁到n=1，共4种频率的光。

③原子也可从n=4跃迁到n=2，再从n=2跃迁到n=1，共2种频率的光。

综合分析，除去重复，共有6种不同频率的光线。

三、明确氢原子跃迁与电离的不同
1、激发的过程不同
跃迁在前面我们已经谈到了，可以从低能级向高能级跃迁，也可以从高能级向低能级跃迁，而电离指的是从核外电子从某一个定态直接跃到无穷远。

2、吸收能量的方式不同
氢原子从基态向激发态跃迁时，吸收能量可以通过吸收光子的形式，而且光子能量等于两能级间的能量差；当然也可以通过外界粒子的碰撞获得能量，此时则要求碰撞粒子的能量大于两能级间的能量差。

而对于电离，不管是通过吸收光子，还是粒子碰撞，则要求其能量都要大于13.6ev，才能实现电离。

例如：欲使处于基态的氢原子激发，下列措施可行的是（）
A、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
分析：10.2ev刚好是n=1，n=2的能级差，而11ev不是由玻尔理论知A正确，基态氢原子也能吸收14ev的光子而电离，电离后自由电子动能为0.4ev，它也可吸收动能为11ev的电子的部分能量
（10.2ev），剩余0.8ev都为原来电子所有。

答案：ACD
总之，在做一些有关于“氢原子跃迁问题”的题目时，只要自己能多理解透彻氢原子能级分布的特点，明确一群氢原子和一个氢原子之间不同，这方面的题目是不会丢分的。

所以说，物理知识虽然有难有易，但只要理清概念，善于去总结，多去分析一些问题，我们的误区也就不会存在。

参考文献：
1、《创新设计步步高〃高考总复习〃物理》，丛书策划：王朝银，延边人民出版社
2、《高中物理教科书第三册》，人民教育出版社物理室编著，人民教育出版社
3、《中学第二教材，高考总复习〃物理》，薛金星编著，北京教育出版社。