C电子跃迁选择精讲
电子跃迁知识点总结归纳
电子跃迁知识点总结归纳一、电子能级和光谱线1. 能级结构：原子中的电子按照一定的能量排布在能级上，每个能级有一定的能量。
电子跃迁就是指电子从一个能级跃迁到另一个能级的过程。
2. 能级跃迁：电子从低能级跃迁到高能级时，原子吸收能量；电子从高能级跃迁到低能级时，原子释放能量。
这些能量的差别会导致原子在特定波长范围内吸收或发射光线。
3. 光谱线：当电子跃迁时会放出特定波长的光，这些光波就构成了原子的光谱线。
光谱线可以用来研究原子的结构和性质。
二、辐射跃迁和非辐射跃迁1. 辐射跃迁：当电子从高能级跃迁到低能级时，会放出光子，这种过程称为辐射跃迁。
辐射跃迁是最常见的一种电子跃迁形式。
2. 非辐射跃迁：某些电子跃迁过程不会释放光子，而是通过与原子核或其他电子的相互作用来转移能量。
这种过程称为非辐射跃迁。
非辐射跃迁在一些半导体材料的激子形成中发挥了重要作用。
三、吸收谱和发射谱1. 吸收谱：当原子吸收能量时，电子会跃迁到高能级，吸收的能量与跃迁之间的能级差有关。
通过测量吸收光谱线的位置和强度，可以研究原子的能级结构和能级间的跃迁过程。
2. 发射谱：当原子处于高能级时，电子可能跃迁到低能级并放出能量，这时就会产生发射光谱线。
通过研究发射光谱线的特性，可以了解原子的能级结构和能级间跃迁的能量差。
四、偶极跃迁和非偶极跃迁1. 偶极跃迁：在偶极矩的作用下，电子从一个能级跃迁到另一个能级。
偶极跃迁是最常见的跃迁形式，它是由于电子云的振动引起的。
2. 非偶极跃迁：在某些情况下，电子的跃迁过程不受偶极矩的影响，这种跃迁称为非偶极跃迁。
非偶极跃迁通常发生在原子核旋转或振动等非均匀场中。
五、斯塔克效应和朗道曾谐振分裂1. 斯塔克效应：当原子处于外加电场中时，会对原子的能级结构产生影响，导致能级的分裂和移位。
这种现象称为斯塔克效应。
2. 朗道曾谐振分裂：当原子在强磁场中时，原子能级会发生分裂，这种现象称为朗道曾谐振分裂。
这种分裂是由于电子轨道和自旋在磁场中受到不同的影响引起的。
跃迁类型和选择定则
同样，氦的21S0到基态11S0也不能进行电和磁的单光子跃迁， 它们之间主要的是双光子跃迁过程。 在激光的强相干场中，双光子过程才变得重要。 现在经常利用功率较大的可调频率激光器来研究双光子和多 光子跃迁等极小概率过程。
2(1)
591.4
3888.6 7065.2 169082.185 169081.189 169081.111 10830
2(2,1,0)
2(1)
159850.318
1(0)
(cm–1)
图 2.1.1 HeI 的衰变图和能级图
磁偶极辐射和电四极辐射的选择定则
定则 1 2 3 4 电偶极跃迁E1
ΔJ = 0, ±1,
辐射跃迁矩阵元：
ˆ M ba = ψ b e−ik ⋅r ε ⋅∇ ψ a
kr的数量级为10-3，是一个小量。
e
− ik ⋅r
1 = 1 − (ik ⋅ r ) + (ik ⋅ r ) 2 − 2!
如果忽略一次以上项，即取 则有
E1 ba
e
− ik ⋅r
≈1
( Dba = −erba )
M
mωba ˆ = ε ⋅ Dba e
2
电偶极矩-er在空间反演下变号，宇称为奇，P = -1。由于 宇称守恒，初态和末态波函数的宇称必须改变。
e
− ik ⋅r
1 = 1 − (ik ⋅ r ) + (ik ⋅ r ) 2 − 2!
磁偶极和电四极辐射由展开式第二项贡献，要多乘一项 k·r。因而磁偶极和电四极辐射作用算符是偶宇称的，P = 1， 由于宇称守恒，初态和末态波函数的宇称应不变。 由此可以得到电多极辐射和磁多极辐射的宇称，以及原 子分子初态和末态宇称Pf和Pi与光子角动量有如下关系：
_光电效应_电子的跃迁
第1课时 光电效应 电子的跃迁
考点整合
一、光电效应 电子 1．定义：在光的照射下从物体表面发射出________的现象． 2．规律 (1)各种金属都存在一个极限频率 ν0 ，只有入射光的频率 大于或等于 ______________ν0 时才能发生光电效应； 瞬时的 (2)瞬时性：光照射到金属，光电子的产生是________，光电 － 子的产生时间不超过 10 9s； (3)光电子的最大初动能跟入射光的强度无关，随着入射光的 增大 频率增大而________； (4)当入射光的频率大于极限频率时，光电流的强度与入射光 正 的强度成________比．
A．3 种
B．4 种
图 57－3 C．5 种 D．6 种
变式题 D [解析] 由图可知基态氢原子的能级值为－13.61 eV，吸收 12.76 eV 的能量后变为－0.85 eV，原子跃迁到了第 4 能级，由于 nn－1 氢原子是大量的，故辐射的光子种类是 ＝6 种，故 D 选项 2
第十五单元 原子物理
知识框架
考试说明
复习建议
1．本单元概念、公式多，在复习单元知识时应注意： (1)辨析概念：通过对比，使学生真正理解各物理量之间的区 别与联系． (2)总结方法：在复习本单元知识时要提醒学生注意，宏观领 域中的经验和规律在微观领域都遇到严重的障碍，微观领域的研 究方法应是从实验事实出发经过分析总结，提出假设，建立模 型，再经过实验的验证，并发现新的问题，从而对假设进行修 正．
要点探究
► 探究点一 对光电效应的理解
1．光电效应是金属中的自由电子吸收了光子的能量后，其动能 大到足以克服金属离子对其的引力而逃逸出金属表面， 成为光电子的 现象． 2．每个电子只能吸收一个光子的能量． 3．光子说成功地解释了光电效应现象，光电效应现象表明光具 有粒子性． 4．逸出功 W0 与极限频率 ν0 的关系为：W0＝hν0.
7跃迁和选择定则电偶极跃迁
F
=
−∇U
=
−
i
∂U ∂x
+
j ∂U ∂y
+ k ∂U ∂z
其直角坐标分量
Fx
= − ∂U ∂x
= µx ∂∂Bxx
+ µy
∂By ∂x
+ µz
∂Bz ∂x
Fy
= − ∂U ∂y
= µx ∂∂Byx
+ µy
∂By ∂y
+ µz
∂Bz ∂y
Fz
= − ∂U ∂z
= µx ∂∂Bzx
+ µy
f
= exp −
ω kBT
exp
−
ω kBT
= Bif I (ω) Afi + Bfi I (ω)
I (ω) = Afi
1
Bif
ω
exp
kBT
−
B fi Bif
§2.7 跃迁和选择定则—Einstein辐射唯象理论
Planck黑体辐射公式
I (ω)
=
ω3 π 2c3
exp
∂By ∂z
+ µz
∂Bz ∂z
如果磁场是均匀的，梯度为零，则磁矩所受力为零。
§3.1 轨道磁矩和Stern-Gerlach实验—磁矩与磁场相互作用
磁矩受到的力矩： τ= µ × B
B
力矩的作用将引起角动量的变化
τ= dL= µ × B
dt
在均匀磁场中磁矩虽然不受净平移力的作用，但仍要受 到一个力矩作用
原子分子的低激发态的能级寿命一般在10-8 ~ 10-9 s，相 应的能级宽度为Γ = 10-8 ~ 10-7 eV。
对于稳定的基态，τ＝∞，相应的 Γ = 0。
7跃迁和选择定则—电偶极跃迁.pdf
/
Ef
原子分子的低激发态的能级寿命一般在10-8 ~ 10-9 s，相 应的能级宽度为Γ = 10-8 ~ 10-7 eV。
对于稳定的基态，τ＝∞，相应的 Γ = 0。
§2.7 跃迁和选择定则—原子光谱
满足电偶极跃迁的选择定则
( ) 谱线位置 =ω Ei − Ef /
谱线强度 I ∝ Niλfi
I
0
谱线宽度：(1) 自然宽度；
(2) 多普勒展宽；
I0/2
(3) …..；
(4) 光谱仪的分辨本领。
0
Ei
( ) =ω Ei − Ef /
Ef
E
E1 E0 E2
多普勒展宽
第三章 电子自旋和原子能级的精细结构
角动量空间取向量子化
=L l(l +1) Lz = ml
对于给定量子数 l，
受激辐射系数 Bfi
自发辐射的跃迁概率 Afi
自发辐射系数 Afi
在温度 T下，达到平衡，设处于上能级状态的原子数 为 Ni ，处在下能级状态的原子数为 Nf
激发的原子数 ∝ Bif I (ω)N f
退激发的原子数 ∝ ( Afi + Bfi I (ω)) Ni
A. Einstein (1879-1955)
Ef
uf
自发辐射
dNi / Ni = − Afidt
= Ni (t) Ni0 exp(− Afit)
其中 Ni0 = Ni t=0
§2.7 跃迁和选择定则—能级的平均寿命
每个原子的退激发是独立进行的，激发态存在的时间的 长短是随机的。但退激发的速率是确定的，因而大量原子的 退激发服从统计规律。 我们可以计算激发态i的平均寿命。
跃迁类型和选择定则
. ..
5(1) 4(1) 3(1)
537.0 6675.2
. ..
5(2) 4(2) 3(2)
. ..
5(1) 4(1) 3(1)
. ..
5(2,1,0)
. ..
5(3,2,1) 4(3,2,1) 4(2,1,0) 3(3,2,1) 3(2,1,0)
5875.6
3(0)
538.9
2(0) 171129.148
这就是电偶极近似。与这一部分对应的跃迁称 为电偶极跃迁(用E1表示)。
e
− ik ⋅r
1 = 1 − (ik ⋅ r ) + (ik ⋅ r ) 2 − 2!
第二项包含两部分，分别含有来源于电荷运动的电流产生 的磁偶极矩和电荷分布产生的电四极矩，相应的辐射是磁偶极 辐射（M1）和电四极辐射（E2）。 第二项之后还有磁四极辐射（M2）和电八极辐射（E3） 等。 我们把除电偶极辐射之外的辐射称为禁戒辐射。 这里的禁戒指的是对电偶极辐射禁戒，它可以通过其它种 辐射跃迁，只是跃迁概率比电偶极辐射小很多。
2(1)
591.4
3888.6 7065.2 169082.185 169081.189 169081.111 10830
2(2,1,0)
2(1)
159850.318
1(0)
(cm–1)
图 2.1.1 HeI 的衰变图和能级图
磁偶极辐射和电四极辐射的选择定则
定则 1 2 3 4 电偶极跃迁E1
ΔJ = 0, ±1,
宇称: 在空间反演下，
r → −r
q q I n 'l ' m ';nlm = (−1)l +l '+1 I n 'l ' m ';nlm
跃迁类型和选择定则
将原子和电偶极辐射场作为一个整体系统处理，用k表示 辐射的波矢，ε表示偏振态，-er是电偶极矩。 如果系统处在有nk,ε个量子的初始态（用i标记）中，则单 位时间内系统跃迁到有nk,ε+1个量子的终态（用f标记）的跃迁 速率为
λif =
( Ei − E f
3πε 0 c
)
3
4 3
∫ψ
* f
(-er )ψ i dτ (nk,ε + 1)
M ˆ M ba1E2 = ψ b (ik ⋅ r )(ε ⋅∇) ψ a M E = M ba1 + M ba2
其中
M
M1 ba
=−
ωba
2 c
ψ b ly ψ a
E M ba2
2 imωba =− ψ b xi zi ψ a 2 c
原子序数为Z的类氢离子的磁偶极跃迁的跃迁速率与电 偶极跃迁速率之比为：
三、跃迁类型和选择定则
对于二能级系统，有三种辐射跃迁过程： 受激辐射：处于高能级Ef的原子受辐射场感应跃迁到低 能级Ei而发出辐射hν； 吸收：处于低能级的原子吸收辐射hν后跃迁到高能级； 自发辐射：处于高能级Ef的原子自发地跃迁到低能级Ei而 发出辐射hν = Ef – Ei。
Ef Ei 受激辐射 吸收 Ef Ei 自发辐射 Ef Ei
2
电偶极矩-er在空间反演下变号，宇称为奇，P = -1。由于 宇称守恒，初态和末态波函数的宇称必须改变。
e
− ik ⋅r
1 = 1 − (ik ⋅ r ) + (ik ⋅ r ) 2 − 2!
磁偶极和电四极辐射由展开式第二项贡献，要多乘一项 k·r。因而磁偶极和电四极辐射作用算符是偶宇称的，P = 1， 由于宇称守恒，初态和末态波函数的宇称应不变。 由此可以得到电多极辐射和磁多极辐射的宇称，以及原 子分子初态和末态宇称Pf和Pi与光子角动量有如下关系：
C电子跃迁选择精讲实用PPT学习教案
6.4 双原子分子电子光谱的振动结构
S T + G() + Fv (J )
( T 代表电子态的能量）
G(
)
e
(
+
1) 2
e
xe (
+
1)2 2
+
e
ye
(
+
1)3 2
+
...
Fv (J ) Bv J (J +1) Dv J 2(J +1)2
伴随电子跃迁的振动跃迁常称为振电跃迁.
第13页/共33页
第19页/共33页
按照ΔJ的不同将光谱带分成三支。 在电子 振动转 光谱中 ，除了R 支（Δ J = +1）和P支（ΔJ = -1）外，还有ΔJ = 0的Q支。光谱带的三支分别如下：
第20页/共33页
这三支谱线对应的能级跃迁如右图 所示。 Q支中，J≠0是由于选择定则禁戒了J ’= 0到 J=0的跃迁，所以谱带在vev处没有谱线。电 子振动转动谱线有一个例外，假如上 、下 能级均为1S态，选择定则为DJ=±1， 只有 R支和P支，没有Q支。
(a) +
(s)
-
(s) (a) +
(a) +
(s)
(-s) (a) +
(a) -
(s)
+
(s) +
(a) -
(a) -
(s)
+(s) + (a) (a) -
(s)
+
J’ 5 4 3 2 1
1Pg – 1Pu 跃迁
1Pg
考虑L分裂
J” 5
4
3 2 1
+↔-
电子跃迁
电子跃迁电子跃迁本质上是组成物质的粒子（原子、离子或分子）中电子的一种能量变化。
根据能量守恒原理，粒子的外层电子从低能级转移到高能级的过程中会吸收能量；从高能级转移到低能级则会释放能量。
能量为两个轨道能量之差的绝对值。
跃迁的分类电子跃迁过程中吸收、释放能量的形式是多样的。
与辐射无关的称为无辐射跃迁，与辐射（光）相关的称为辐射跃迁。
无辐射跃迁参与无辐射跃迁的能量有多种形式，有热能、电能等等。
最常见的形式是热能。
如电子从高能级向低能级跃迁时，即有可能释放出热量。
辐射跃迁辐射跃迁分为受激吸收、自发辐射和受激辐射三类（由爱因斯坦最先提出）。
辐射（光）入射入物质，电子吸收光子能量，从低能级转移到高能级称为受激吸收。
在没有外界辐射（光）激励的情况下，电子从高能级转移到低能级并释放出光子，称为自发辐射。
因为自发辐射具有随机性，所以这种情况辐射出的光的相位也是随机的。
而且光强较弱，称为荧光。
在有外界辐射（光）激励的情况下，电子从高能级转移到低能级并释放出光子，称为受激辐射。
由于受激辐射是由外界入射光子引起的，所以电子跃迁产生光子与入射光子具有相关性。
即入射光与辐射光的相位相同。
如果这一过程能够在物质中反复进行，并且能用其他方式不断补充因物质产生光子而损失的能量。
那么产生的光就是激光。
普朗克认为光子能量是孤立的，因此跃迁吸收或者放出的光子能量可表示为：其中h为普朗克常数6.626196×10^(-34)J·s。
ν为产生光子的频率。
在氢原子中光子能量又可以与轨道数联系起来，他们之间有一个李德博格常数联系起来，该理论可以预测电子的所处的轨道，从而预测氢原子的谱线，同时也可以拓展到其他元素谱线的预测。
跃迁实例编辑电子跃迁的一个例子就是焰色反应。
某些金属或它们的挥发性化合物在无色火焰中灼烧时使火焰呈现特征的颜色的反应.灼烧金属或它们的挥发性化合物时,原子核外的电子吸收一定的能量,从基态跃迁到具有较高能量的激发态,激发态的电子回到基态时,会以一定波长的光谱线的形式释放出多余的能量,从焰色反应的实验里所看到的特殊焰色,就是光谱谱线的颜色.每种元素的光谱都有一些特征谱线,发出特征的颜色而使火焰着色,根据焰色可以判断某种元素的存在.如焰色洋红色含有锶元素,焰色玉绿色含有铜元素,焰色黄色含有钠元素等. 如权能量子活化磁电子跃迁技术原理现在流行与各个行业当中最为普及的权能量子是高能生物陶瓷的能量材料，这种量子技术生产的工艺相当复杂,此产品是由近几十种的稀有金属经过特殊氧化的工艺后在2000度的高温下综合烧结为一体，这种特殊的材料具有卓越的电子跃迁属性，有着超强光、力、磁、电吸收及催化维一体的敏感性能。
四、跃迁类型和选择定则
2
106
四、跃迁类型和选择定则 --电多极和磁多极
在原子分子物理涉及电磁相互作用的跃迁中，磁偶极和电 四极跃迁速率比电偶极跃迁速率小很多。
如果两个能级之间电偶极跃迁是允许的，则电偶极辐射是 主要的，磁偶极和电四极跃迁可以忽略不考虑，它们对能级寿 命、宽度影响很小。
只有当电偶极跃迁是禁戒的情况下，才要考虑磁偶极和 电四极跃迁，能级预计寿命在10-3秒量级或更长，因此称为亚 稳能级。
Ea
Ea
吸收
自发辐射
四、跃迁类型和选择定则
吸收和受激辐射可以用非相对论量子力学来处理，把它们 当作是在电磁辐射场作用下原子在不同能级之间跃迁。
但普通的量子力学无法解释自发辐射：当原子在初始时刻 处于某激发能级的定态上，如没有外界作用，原子的哈密顿 量是守恒的，原子应该保持在该定态，电子不会跃迁到较低 能级。
严格处理要用量子电动力学。
象对兰姆移位和电子反常磁矩的解释一样，与零点能相联 系的真空涨落电磁场造成了自发辐射。
四、跃迁类型和选择定则 --原子与辐射场相互作用
设辐射场是角频率为的平面单色波
A(,r,t) A0() exp i k r t . c.c
A0是描述辐射强度和极化的矢量，
A0 () A0 ()ˆ
2
Ze2
4 0 r
是无外场时类氢单电子原子的定态哈密顿量，
H (t) i e A m
为含时的微扰项。
四、跃迁类型和选择定则 --原子与辐射场相互作用
利用含时微扰论，可以得到吸收的跃迁速率：
Wba
4 2 e2
m2c
4
0
I (ba ) 2
ba
Mba (ba ) 2
和受激辐射的跃迁速率：
跃迁类型和选择定则
2 2 2
电四极跃迁的跃迁速率与电偶极跃迁速率之比为
λE2 3 ⎛ ω r ⎞ 3 ⎛ Zα ⎞ ≈ ⎜ = ⎜ ≈ 10−6 λE1 40 ⎝ c ⎟ 40 ⎝ 2 ⎟ ⎠ ⎠
λif =
( Ei − E f
3πε 0 c
)
3
4 3
∫ψ
* f
(-er )ψ i dτ (nk,ε + 1)
2
式中Ei – Ef = hν，上式已对k和ε的各个方向取了平均，相当 于原子与各向同性的非偏振辐射的相互作用。
跃迁速率包括两项： 第一项对应于受激辐射，在通常光源作用下可以忽略，只有 在较强光场中才明显出现。 第二项对应于自发辐射，即外界不存在辐射 (nk,ε= 0)时的辐 射速率。 如果存在简并态，自发辐射的速率变为
磁偶极跃迁M1
0→0
电四极跃迁E2
ΔJ = 0, ±1, ±2 0 → 0,1
1 2
0 → 0 ΔJ = 0, ±1,
→
1 2
ΔM=0,±1 宇称改变 有单电子跃迁 Δl = ±1 ΔS=0
ΔL = 0, ±1, 0→0
ΔM=0,±1 宇称不变 无单电子跃迁 Δl = 0, Δn = 0 ΔS=0 ΔL=0
j = 0 (无辐射) 的跃迁，称为单极跃迁，只能通过电子碰撞 或其他无辐射方式跃迁。
定则2同样来自角动量守恒以及原子波函数相对量子化 轴的角向对称性。 定则3来自宇称守恒。 电偶极辐射的宇称：
λif
( Ei − E f ) =
3πε 0 c
4 3
C电子跃迁选择精讲
是振动重叠积分, 其平方被称为Frank-Condon因子.
(实验)
例: OClO的电子吸收光谱
发射光谱
当分子在激光或其他手段作用 下处于电子激发态时,可以通过发 射一个光子回到电子基态. 这种发射可以是受激的,也可 以是自发的. 通常的发射光谱是自 发发射. 若DS=0, 则自发发射称为荧光. 若DS>0, 则自发发射称为磷光. 从发射光谱可研究电子 基态的振动激发态性质.
+↔-， + ←|→ +， - ←|→ 同核分子的交换对称性：
s↔s， a ↔ a， s ←|→ a
但是，对于同一电子态中的振动跃迁， 因为同核双原子分子没有永久电偶极矩 而被禁阻；对于不同电子态间，因为电 核重新分布时有瞬间的电偶极矩产生， 伴随电子跃迁同时有振动跃迁发生。
同核分子的电子态（包括带相同电荷的异核分子，奇偶性必须相反：
Fv ( J ) Bv J ( J + 1) Dv J 2( J + 1) 2
伴随电子跃迁的振动跃迁常称为振电跃迁.
电子振动转动光谱
由于两个电子态的势能曲线可能不一样，所以对应的经典振动频率和非谐性 常数可以不同。对于电子跃迁，振动量子数没有严格的选择定则，从原则上 讲，高电子态的每个振动能级和低电子态的每个振动能级间都可以跃迁，因 此这样的组合（v,v’）是很多的，每个组合都对应于一个谱带，通常将电子光
对于S = 0→S = 0 跃迁，D N = 0被禁阻。
R支从R(0)开始，随着J值的增大向 高波数（紫端）延伸； P支从P(1)开始，随着J值的增大向 低波数（红端）延伸。
+
R (1)
J” 4 3 2 1 0
+ +
跃迁类型和选择定则
例如，氦原子的21S0和 23S1态，无法通过电偶极跃迁到基态11S0 (偶极禁戒)，这两个状态为亚稳态。
ns1S
20×104
np1Po
nd1D
ns3S
np3Po
nd3D
. ..
5(0) 515.6 4(0)
5047.7 184859.06 18×104 7281.3 3964.7 520 166271.70 16×104 0 584.3
这就是电偶极近似。与这一部分对应的跃迁称 为电偶极跃迁(用E1表示)。
e
− ik ⋅r
1 = 1 − (ik ⋅ r ) + (ik ⋅ r ) 2 − 2!
第二项包含两部分，分别含有来源于电荷运动的电流产生 的磁偶极矩和电荷分布产生的电四极矩，相应的辐射是磁偶极 辐射（M1）和电四极辐射（E2）。 第二项之后还有磁四极辐射（M2）和电八极辐射（E3） 等。 我们把除电偶极辐射之外的辐射称为禁戒辐射。 这里的禁戒指的是对电偶极辐射禁戒，它可以通过其它种 辐射跃迁，只是跃迁概率比电偶极辐射小很多。
同样，氦的21S0到基态11S0也不能进行电和磁的单光子跃迁， 它们之间主要的是双光子跃迁过程。 在激光的强相干场中，双光子过程才变得重要。 现在经常利用功率较大的可调频率激光器来研究双光子和多 光子跃迁等极小概率过程。
P = Pf / Pi=(-1) j 对Ej =(-1) j+1 对Mj
后三个选择定则是近似成立的。定则4只对所涉及的每个 态都能用单一电子组态描述才成立，定则5和定则6适用于多 电子原子的LS耦合。 氢原子基态12S1/2的两条超精细劈裂能级之间的跃迁是磁 偶极辐射的一个例子，它们的所有量子数都满足磁偶极辐射 的选择定则，定则3和定则4使电偶极辐射禁戒。
光电效应电子的跃迁精品PPT课件
写在最后
经常不断地学习,你就什么都知道。你知道得越多,你就越有力量 Study Constantly, And You Will Know Everything. The More
You Know, The More Powerful You Will Be
Thank You
在别人的演说中思考，在自己的故事里成长
在复习本单元知识时要提醒学生注意宏观领域中的经验和规律在微观领域都遇到严重的障碍微观领域的研究方法应是从实验事实出发经过分析总结提出假设建立模型再经过实验的验证并发现新的问题从而对假设进行修正
第十五单元 原子物理
知识框架
考试说明
复习建议
1．本单元概念、公式多，在复习单元知识时应注意： (1)辨析概念：通过对比，使学生真正理解各物理量之间的区 别与联系． (2)总结方法：在复习本单元知识时要提醒学生注意，宏观领 域中的经验和规律在微观领域都遇到严重的障碍，微观领域的研 究方法应是从实验事实出发经过分析总结，提出假设，建立模 型，再经过实验的验证，并发现新的问题，从而对假设进行修 正．
2．光的波动性和粒子性与经典波和经典粒子的概念不同． (1)光波是概率波，在光的干涉现象中，明条纹是由于光子到达的 概率较大形成的，暗条纹是光子到达的概率较小形成的，这与经典波 的叠加原理不同； (2)光的粒子性是指光的能量不连续性，能量是一份一份的，没有 一定的形状
关于光的波粒二象性的理解正确的是( ) A．大量光子的效果往往表现出粒子性，个别光子的行 为往往表现出波动性 B．光在传播时是波，而与物质相互作用时就转变成粒 子 C．高频光是粒子，低频光是波 D．波粒二象性是光的根本属性，有时它的波动性显著， 有时它的粒子性显著
► 探究点三 能级的分析与计算
电子跃迁
电子跃迁电子跃迁本质上是组成物质的粒子（原子、离子或分子）中电子的一种能量变化。
根据能量守恒原理，粒子的外层电子从低能级转移到高能级的过程中会吸收能量；从高能级转移到低能级则会释放能量。
能量为两个轨道能量之差的绝对值。
跃迁的分类电子跃迁过程中吸收、释放能量的形式是多样的。
与辐射无关的称为无辐射跃迁，与辐射（光）相关的称为辐射跃迁。
无辐射跃迁参与无辐射跃迁的能量有多种形式，有热能、电能等等。
最常见的形式是热能。
如电子从高能级向低能级跃迁时，即有可能释放出热量。
辐射跃迁辐射跃迁分为受激吸收、自发辐射和受激辐射三类（由爱因斯坦最先提出）。
辐射（光）入射入物质，电子吸收光子能量，从低能级转移到高能级称为受激吸收。
在没有外界辐射（光）激励的情况下，电子从高能级转移到低能级并释放出光子，称为自发辐射。
因为自发辐射具有随机性，所以这种情况辐射出的光的相位也是随机的。
而且光强较弱，称为荧光。
在有外界辐射（光）激励的情况下，电子从高能级转移到低能级并释放出光子，称为受激辐射。
由于受激辐射是由外界入射光子引起的，所以电子跃迁产生光子与入射光子具有相关性。
即入射光与辐射光的相位相同。
如果这一过程能够在物质中反复进行，并且能用其他方式不断补充因物质产生光子而损失的能量。
那么产生的光就是激光。
普朗克认为光子能量是孤立的，因此跃迁吸收或者放出的光子能量可表示为：其中h为普朗克常数6.626196×10^(-34)J·s。
ν为产生光子的频率。
在氢原子中光子能量又可以与轨道数联系起来，他们之间有一个李德博格常数联系起来，该理论可以预测电子的所处的轨道，从而预测氢原子的谱线，同时也可以拓展到其他元素谱线的预测。
跃迁实例编辑电子跃迁的一个例子就是焰色反应。
某些金属或它们的挥发性化合物在无色火焰中灼烧时使火焰呈现特征的颜色的反应.灼烧金属或它们的挥发性化合物时,原子核外的电子吸收一定的能量,从基态跃迁到具有较高能量的激发态,激发态的电子回到基态时,会以一定波长的光谱线的形式释放出多余的能量,从焰色反应的实验里所看到的特殊焰色,就是光谱谱线的颜色.每种元素的光谱都有一些特征谱线,发出特征的颜色而使火焰着色,根据焰色可以判断某种元素的存在.如焰色洋红色含有锶元素,焰色玉绿色含有铜元素,焰色黄色含有钠元素等. 如权能量子活化磁电子跃迁技术原理现在流行与各个行业当中最为普及的权能量子是高能生物陶瓷的能量材料，这种量子技术生产的工艺相当复杂,此产品是由近几十种的稀有金属经过特殊氧化的工艺后在2000度的高温下综合烧结为一体，这种特殊的材料具有卓越的电子跃迁属性，有着超强光、力、磁、电吸收及催化维一体的敏感性能。
以及能量间的电子跃迁过程等
以及能量间的电子跃迁过程等从物质构成的角度来看，世界上的一切物质都是由原子组成的。
而原子则由原子核和围绕原子核运动的电子所组成。
那么问题来了，电子是如何和核进行相互作用的呢？其中一个答案就是能量间的电子跃迁过程。
什么是电子跃迁？电子跃迁是指电子从一个能级跃迁到另一个能级的过程。
在原子内部，每个电子都有一定的能量，这个能量叫做能级。
当电子从一个能级跃迁到另一个能级时，它会吸收或释放能量。
这个能量可以是光子、热量、电子或其他粒子，这也是电子跃迁为什么能够引起一系列物理和化学现象的原因。
电子的激发和退激发在一个原子中，电子的能级是量子化的。
也就是说，电子只能在确定的能级中存在和转移。
能级越高，电子的能量就越大。
当电子吸收了光子或其他粒子的能量时，它就会被激发到较高的能级，这个过程被称为电子的激发。
随着时间的推移，电子会被自动退回到原始的低能级，这个过程叫做电子的退激发。
在电子的激发和退激发过程中，能量会由光子或其他粒子传递。
电子跃迁的类型电子跃迁有两种类型：放射性跃迁和非放射性跃迁。
放射性跃迁是指电子从一个较高的能级跃迁到一个较低的能级，同时放出一个光子或其他粒子，这个光子或粒子携带着电子释放出的导致能量。
非放射性跃迁是指电子从一个能级跃迁到另一个能级，但并没有放出光子或其他粒子。
这种跃迁的能量损失通常以热能的形式释放出来。
电子跃迁在化学中的应用电子跃迁是原子、分子以及材料的基本现象之一。
它对光学、电子学、化学、材料科学等都具有重要的应用。
比如，它可以解释物体在不同光波长的光下显现出不同的颜色，也可以用来解释化学反应中发光或者吸光的现象。
在材料科学领域，电子跃迁可以用来制作发光二极管和光电池等。
总结电子是构成物质的基本粒子之一，而电子跃迁是电子和核相互作用的过程之一。
原子的能级和电子的激发和退激发都与电子跃迁密切相关。
随着对电子跃迁的深入研究，我们将不断挖掘出它在化学、材料科学、电子学等方面的更广泛应用。
物理高考跃迁知识点
物理高考跃迁知识点在物理高考中，跃迁（Transition）是一个重要的知识点，涉及到原子、分子的能级变化以及辐射现象等内容。
本文将介绍物理高考中的跃迁知识点，包括跃迁的基本概念、能级理论、光谱与跃迁、以及应用等方面。
一、跃迁的基本概念跃迁是指原子、分子在能级间的转变过程。
在跃迁中，物体吸收或辐射能量，从一个能级转移到另一个能级。
根据能级间的差异，跃迁可分为电子能级跃迁和核能级跃迁两种形式。
1. 电子能级跃迁电子能级跃迁是指原子或分子中的电子从一个能级跃迁到另一个能级。
根据能级差异的大小，电子能级跃迁可以分为激发态和基态跃迁。
激发态跃迁是指电子从低能级跃迁到高能级，吸收能量；基态跃迁则是电子从高能级跃迁到低能级，释放能量。
2. 核能级跃迁核能级跃迁是指原子核中的质子、中子在能级间转变的过程。
核能级跃迁主要发生在放射性核素的衰变过程中，包括α衰变、β衰变和γ衰变等。
二、能级理论能级理论是解释跃迁现象的理论基础，主要包括玻尔原子模型和量子力学理论。
1. 玻尔原子模型玻尔原子模型是根据物理学家玻尔的理论提出的，它将原子看作是由电子围绕着核心旋转的结构。
根据玻尔原子模型，原子的电子能级是离散的，电子只能在特定的能级上运动，而不能处于能级之间的状态。
2. 量子力学理论量子力学理论是描述微观粒子行为的理论，它基于概率的观念，描述了电子在原子、分子中的运动状态。
根据量子力学理论，电子的能量是量子化的，也即电子只能占据离散的能级。
三、光谱与跃迁光谱与跃迁之间存在着紧密的关系。
原子、分子的跃迁过程会伴随特定波长的电磁辐射的发射或吸收，从而形成了不同类型的光谱。
1. 发射光谱当原子或分子从激发态跃迁回基态时，会发射对应能级差的能量，形成发射光谱。
发射光谱的特征波长与原子、分子的能级结构有关，通过对发射光谱的观测与分析，可以推断物质的组成以及它们的能级差。
2. 吸收光谱当原子或分子从基态吸收能量跃迁到激发态时，会吸收对应波长的电磁辐射，形成吸收光谱。
电子跃迁高考知识点
电子跃迁高考知识点电子跃迁是原子中电子从一个能级跃迁到另一个能级的过程，是物理学中的重要概念。
在高考物理考试中，电子跃迁是一个常见的考点，考察学生对原子结构和能级理论的理解。
本文将围绕电子跃迁这一知识点展开论述，帮助读者深入了解相关概念和应用。
一、电子能级和光的发射吸收在原子结构理论中，电子围绕原子核运动，分布在不同的能级上。
当电子跃迁到较低的能级时，会释放能量，发生光的发射；当电子吸收能量跃迁到较高的能级时，会吸收能量，发生光的吸收。
电子跃迁和能级的核心概念是电子能级差，表示跃迁前后两个能级之间的能量差异。
能级差越大，跃迁所释放或吸收的光的能量也就越大。
二、原子发射光谱和吸收光谱当电子从较高能级跃迁到较低能级时，会释放出一定能量的光，形成发射光谱。
发射光谱是一系列带有特定波长和颜色的光线，可以通过光谱仪进行观测和记录。
与发射光谱相反，当原子吸收特定波长的光时，电子会从较低能级跃迁到较高能级，形成吸收光谱。
吸收光谱可以通过将白光透过原子后进行光谱分析得到。
三、波尔模型和能级转变为了解释电子跃迁现象，尤其是氢原子的光谱问题，1913年尼尔斯·玻尔提出了波尔模型。
该模型认为电子绕核运动的轨道具有稳定的能级，且电子在这些能级之间跃迁时所释放或吸收的能量是离散的。
在波尔模型中，能级之间的跃迁可以分为吸收和发射两种情况。
吸收光谱中，电子从低能级跃迁到高能级，吸收光的能量与能级差相等；发射光谱中，电子从高能级跃迁到低能级，释放出的光的能量同样等于能级差。
四、拉曼散射和电子跃迁应用除了在原子光谱领域的应用外，电子跃迁还具有其他重要的应用。
其中一个重要应用就是拉曼散射。
拉曼散射是指光与物质相互作用时，部分光子的能量与物质分子的振动能级差匹配，引起光子能量的变化。
这种光子能量的变化可以观察到光的频率或波长的变化，从而获得物质的结构和性质信息。
电子跃迁在拉曼散射中起到重要作用，因为电子能级差决定了物质分子的振动频率和光子的频率差。
跃迁选择定则
Ji = Jf + j, Jf + j -1, …, ⏐Jf - j⏐
对一定的多极辐射场j，原子分子初态和末态之间可能 取的角动量差为 ΔJ = ±j, ±(j-1), …, 0
由于跃迁速率随跃迁多极次 j 增加而迅速减少，一般情 况下只有最小极次j =∣Ji - Jf∣的辐射才能出现。如果它被 禁戒，则可出现下一极次的辐射。 光谱实验上能够观测到辐射除了电偶极辐射E1之外， 只有M1+E2和M2+E3的混合辐射。 由于j ≥ 1, 所以 0→0的跃迁是禁戒的。
2
式中Ei – Ef = hν，上式已对k和ε的各个方向取了平均，相当 于原子与各向同性的非偏振辐射的相互作用。
跃迁速率包括两项： 第一项对应于受激辐射，在通常光源作用下可以忽略，只有 在较强光场中才明显出现。 第二项对应于自发辐射，即外界不存在辐射 (nk,ε= 0)时的辐 射速率。 如果存在简并态，自发辐射的速率变为
. ..
5(1) 4(1) 3(1)
537.0 6675.2
. ..
5(2) 4(2) 3(2)
. ..
5(1) 4(1) 3(1)
. ..
5(2,1,0)
. ..
5(3,2,1) 4(3,2,1) 4(2,1,0) 3(3,2,1) 3(2,1,0)
5875.6
3(0)
538.9
2(0) 171129.148
λm1 1 μ ⎛ Z μ B ⎞ ⎛ Zα ⎞ −5 ≈ 2 ≈⎜ = ≈ 10 ⎟ ⎟ ⎜ λE1 c er ⎝ ea0 c ⎠ ⎝ 2 ⎠
2 2 2
电四极跃迁的跃迁速率与电偶极跃迁速率之比为
λE2 3 ⎛ ω r ⎞ 3 ⎛ Zα ⎞ −6 10 ≈ ⎜ = ≈ ⎜ ⎟ λE1 40 ⎝ c ⎟ 40 ⎝ 2 ⎠ ⎠
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（1）一般选择定则
总角动量J的选择定则：
DJ = 0，±1， 但J = 0←|→ J = 0
一级近似下，分子的总波函数的宇称与耦合情况无关。偶极矩对空间 反演是奇函数，所以上下两个态的波函数的宇称必须相反，即：
+↔-， + ←|→ +， - ←|→ -
同核分子的交换对称性：
s↔s， a ↔ a， s ←|→ a
H和He的某些激发态有这种耦合情况。
Hund情况(d)矢量图
（5）Hund 情况(e)
L-S 耦合很强，耦合成 Ja. 但是，LS 在核间轴上的耦合很弱。Ja 和核转动 角动量R 耦合成总角动量J.
J = R + Ja, R + Ja − 1, R + Ja − 2, . . . , |R − Ja|.
-+
4
+-
-+
3
+-
-+
2
+-
-+
1
(a)
(b)
1P 态的转动能级的L双重分裂
L双重分裂
转动能级的（+）（-）指的是分子总 波函数的宇称。 L双重分裂的大小与量子数J有关。
6.3 选择定则 跃迁的例子
1. 选择定则
el *el d 考虑不同的耦合情况。
6.2 分子转动与电子运动的耦合
A) Hund 耦合情况：
L – 电子轨道角动量 S – 电子自旋角动量 J – 总角动量 N – 不包含电子自旋的总角动量, 因此 N=J – S, R – 核的转动角动量,因此 R=N – L.
h –上其它的没有被明确表达的量子数，如：MJ是J在空间轴线Z方向
的分量，这个分量在考虑外场效应的时候很重要。
1S+ - 1S+跃迁
+
R (3)
+ +
考虑case (b):
J’ 4
3 2 1 0
P (4)
DJ = 0，±1， 但J = 0←|→ J = 0; +↔-， + ←|→ +， - ←|→ -; D N= 0，±1;
对于S = 0→S = 0 跃迁，D N = 0被禁阻。
R支从R(0)开始，随着J值的增大向 高波数（紫端）延伸；
D W = 0，±1
对于W = 0→W = 0 跃迁，D J = 0被禁阻。
（4）只适用于耦合情况(b)的选择定则 总角动量量子数N： D N= 0，±1
对于S = 0→S = 0 跃迁，D N = 0被禁阻。
2. 电子跃迁符号规定
（1）高态写在前面，低态写在后面；
（2）若想标明吸收或发射，用箭头←或→表示；
（4）Hund 情况(d)
具有角动量L的电子轨道运动半径比 核间距大很多，核与内层电子看起来像一 个点电荷，故核间电场弱得以致L不与它耦 合，而与分子转动R矢量耦合成N， N再与 电子自旋S耦合成分子总角动量J。
N = R+L, R+L-1, …, |R-L|
自旋作用很弱，由自旋引起的能级 分裂可以忽略。
Hund情况(b)矢量图
（3）Hund 情况(c) 核间电场不足以破坏原子中的L-S耦合，
两个原子的li和si各自先耦合成电子总角动量 Ji，然后它们在核间轴方向分量相加成W， 再与分子转动角动量R合成分子的总角动量J。
量子数L是没有意义的。
重原子分子组成的分子激发态中 会有这种耦合情况。
Hund情况(c)矢量图
量子数L是有意义的，其选择定则是：
DL= 0，±1
当上下两个态都是S态时，电子波函数有对称性限制：
S+↔S+， S- ↔S-， S+ ←|→S-
自旋量子数S的选择定则是：
DS=0 （3）只适用于耦合情况(a)的选择定则
自旋量子数S的轴向分量量子数S不变：
DS=0
总电子角动量轴向分量量子数W也守恒，其选择定则为：
R (2)
+
R (1)
P (3)
J”
4
P (2)
-
+
R (0) P (1)
3 2
-
1
+
0
P支从P(1)开始，随着J值的增大向 低波数（红端）延伸。
1P – 1S+跃迁
-+
+ -
-+ + -+
+
-
+
-
+
R(4) R(3) R(2) R(1) R(0)
Q(1) Q(2) Q(3) Q(4)
P(2) P(3) P(4)
（3）与基态有相同多重性的谱项前用大写字母：A, B, C,…; 与基态自旋多重度不同的谱项用小写字母:a, b, c, …
（4）对于电子跃迁中振动量子数变化，如：V’=2与V”=3振动态间的跃迁， 记作2-3谱带或者（2，3）带，前面的数字表示高态量子数，后面的数 字表示低态量子数。
单重态-单重态跃迁 S=0, Hund case (a) 和(b)没有区别。
L=0或者电子的轨道运动在核间轴方向上的磁场比较弱。 电子轨道角动量L的轴间分量L与分子转动角动量R合成N， N与电子自旋S耦合成总角动量J。
几乎所有的S态都属于这种情况。
J= N+S， N+S-1，…，|N-S| N=L，L+1，L+2，…
对于每个给定得N值，将产生2S+1个J值。 即：在洪特情况（b)中，由于自旋通分子 转动的耦合使同一个N值得转动能级分裂 为不同J值得子能级，其数目等于多重度。
DJ =DN= 0，±1
J’ 5
考虑L分裂
+↔-， + ←|→ +， - ←|→ -;
4
1P
3
2
1
J” 4
3 2
1S+
1
0
(s) (a) +
Hund情况(e)矢量图
B）不耦合情况：L型双重分裂
洪特耦合是理想化极限状态。
L≠0的电子态在零级近似下是双重简并的，并且简并电子态的每个转动能级 在零级近似下也是双重简并的。当考虑电子运动与分子转动的相互作用时，简并 就消除了，每个转动能级将分裂为两个能量略有差别的子能级。
J= N
+-
-+
5பைடு நூலகம்
+-
但是，对于同一电子态中的振动跃迁， 因为同核双原子分子没有永久电偶极矩 而被禁阻；对于不同电子态间，因为电 核重新分布时有瞬间的电偶极矩产生， 伴随电子跃迁同时有振动跃迁发生。
同核分子的电子态（包括带相同电荷的异核分子，奇偶性必须相反：
g↔u， g ←|→ g， u ←|→ u
（2）适用于耦合情况(a)和(b)的选择定则
（1）Hund 情况(a) L≠0的电子态耦合。
L-S耦合比较强，电子运动和核运动耦合弱。 L和S在核间轴上的投影， L和S耦合成电子总角动量W； 核转动角动量R与W耦合成总角动量J。
J = W, W+1, W+2, …
S=整数或者半整数 S，W，J =整数或者半整数
Hund情况(a)矢量图.
（2）Hund 情况(b)