物理光学与原子物理学复习

光学与原子物理学复习

考点名称：氢原子的能级

1、氢原子的能级图

2、光子的发射和吸收

①原子处于基态时最稳定，处于较高能级时会自发地向低能级跃迁，经过一次或几次跃迁到达基态，跃迁时以光子的形式放出能量。

②原子在始末两个能级E

m 和E

n

（m>n）间跃迁时发射光子的频率为ν，其大小可由下式决定：

hγ=E

m -E

n

。

③如果原子吸收一定频率的光子，原子得到能量后则从低能级向高能级跃迁。

④原子处于第n能级时，可能观测到的不同波长种类N为：。

⑤原子的能量包括电子的动能和电势能（电势能为电子和原子共有）即：原子的能量E

n =E

Kn

+E

Pn

。

轨道越低，电子的动能越大，但势能更小，原子的能量变小。

电子的动能：，r越小，E

K

越大。

氢原子的能级及相关物理量:

在氢原子中，电子围绕原子核运动，如将电子的运动看做轨道半径为r的圆周运动，则原子核与电子之间的库仑力提供电子做匀速圆周运动所需的向心力，那么由库仑定律和牛顿第二定律，

有，则①电子运动速率

②电子的动能

③电子运动周期

④电子在半径为r的轨道上所具有的电势能

⑤等效电流由以上各式可见，电子绕核运动的轨道半径越大，电子的运行速率越小，动能越小，电子运动的周期越大．在各轨道上具有的电势能越大。

原子跃迁时光谱线条数的确定方法:

1．直接跃迁与间接跃迁

原子从一种能量状态跃迁到另一种能量状态时，有时可能是直接跃迁，有时可能是间接跃迁，两种情况辐射(或吸收)光子的频率可能不同。

2．一群原子和一个原子

氧原子核外只有一个电子，这个电子在某个时刻只能处在某一个可能的轨道上，在某段时间内，由某一轨道跃迁到另一个轨道时，可能的情况只有一种，但是如果容器中盛有大量的氢原子，这些原子的核外电子跃迁时就会有各种情况出现了。

3．一群氢原子处于量子数为n的激发态时，可能辐射的光谱线条数，数学表示为

4．一个氢原子处于量子数为n的激发态时，可能辐射的光谱线条数：

最少放出一个光子，最多可放出n一1个光子。

利用能量守恒及氢原子能级特征解决跃迁电离等问题的方法:

在原子的跃迁及电离等过程中，总能量仍是守恒的。原子被激发时，原子的始末能级差值等于所吸收的能量，即入射光子的全部能量或者入射粒子的全部或部分能量；原子被电离时，电离能等于原子被电离前所处能级的绝对值，原子所吸收的能量等于原子电离能与电离后电离出的电子的动能之和；辐射时辐射出的光子的能量等于原子的始末能级差。氢原子的能级 F 关系为

，第n能级与量子数n2成反比，导致相邻两能级间的能量差不相等，量子数n越大，相邻能级差越小，且第n能级与第n一1能级的差比第n能级与无穷远处的能级差大，即

另外，能级差的大小故也可利用光子能量来判定能级差大小。

跃迁与电离:

激发的方式:

多选题：

1.如图为氢原子能级图，现有一群处于n=3激发态的氢原子，则这些原子：

A．能发出3种不同频率的光子

B．发出的光子最小能量是0.66eV

C．由n=3跃迁到n=2时发出的光子波长最长

D．由n=3跃迁到n=l时发出的光子频率最高．

2.氢原子的能级如图所示，已知可见光的光子能量范围约为1.62eV～

3.11eV．下列正确的是： A．处于n=3能级的氢原子可以吸收任意频率的紫外线，并发生电离

B．大量氢原子从高能级向n=3能级跃迁时，发出的光具有显著的热效应

C．大量处于n=4能级的氢原子向低能级跃迁时，可能发出6种不同频率的光

D．大量处于n=4能级的氢原子向低能级跃迁时，可能发出3种不同频率的可见光

3.下列说法中正确的是：

A．α射线与γ射线都是电磁波 B．光电效应说明光具有粒子性

C．天然放射现象说明原子核具有复杂的结构

D．用加温、加压或改变其化学状态的方法能改变原子核衰变的半衰期

4.下列说法中正确的是：

A．太阳辐射的能量主要来自太阳内部的裂变反应

B．原子核式结构模型是由α粒子散射实验基础上提出来的

C．放射性元素的半衰期是由核内自身的因素决定的，跟原子所处的化学状态没有关系

D．电子跃迁时辐射的光子的频率等于电子绕核做圆周运动的频率

5.原子核23290 T h具有天然放射性，它经过若干次α衰变和β衰变后会变成新的原子核．下列原子核中，有三种是23290Th衰变过程中可以产生的，它们是：

A．20482 Pb B．20382 Pb C．21684 Po D．2488 Ra E 22688 Ra

6.已知金属钙的逸出功为2.7eV，氢原子的能级图如题1图所示．一群氢原子处于量子数n=4能级状态，则：

A．氢原子可能辐射6种频率的光子 B．氢原子可能辐射5种频率的光子

C．有3种频率的辐射光子能使钙发生光电效应

D．有4种频率的辐射光子能使钙发生光电效应

7.按照玻尔原子理论，下列表述正确是（）

A．核外电子运行轨道半径可取任意值

B．氢原子中的电子离原子核越远，氢原子的能量越大

C．电子跃迁时，辐射或吸收光子的能量由能级的能量差决定，即hν=|Em-En|

D．氢原子从激发态向基态跃迁的过程，可能辐射能量，也可能吸收能量

8.

9.下列关于原子核衰变的说法中正确的是：

A．衰变时放出的α射线与γ射线都是电磁波

B．衰变时放出的β射线为原子的核外电子电离后形成的电子流

C．用加温、加压或改变其化学状态的方法都不能改变原子核衰变的半衰期

D．原子核的衰变都是自发进行的

10.放射性元素能自发地放出射线，变成别的元素，同时伴随核能的释放．下列表述中正确的是A．α、β、γ三种射线都是电磁波

B．在α、β、γ三种射线中电离能力最弱的是α射线

C．太阳辐射的能量是由轻核聚变产生的

D．将放射性元素掺杂到其他稳定元素中并大幅度降低其温度，它的半衰期不发生改变

11.美国物理学家康普顿在研究石墨对X射线的散射时，发现在散射的X射线中，除了与入射波长相同的成分外，还有波长大于原波长的成分

B．任何放射性元素都能同时发出α、β、γ三种射线

C．比结合能越大表示原子核中的核子结合得越牢固

D．核力、库仑力、万有引力的强弱是依次减弱的

E．欲改变放射性元素的半衰期，可以通过改变它的化学状态来实现

12.下列说法中正确的是：

A．氢原子由较高能级跃迁到较低能级时，电子动能增加，原子势能减少

B．氢原子从n=4的激发态跃迁到基态时，有可能辐射出6种不同频率的光子

C．α射线是原子核自发放射出的氦核，它的穿透能力最强

D．放射性元素的半衰期随温度和压强的变化而变化

13.

14.“轨道电子俘获”是放射性同位素衰变的一种形式，它是指原子核（称为母核）俘获一个核外电子，使其内部的一个质子变为中子，并放出一个中微子，从而变成一个新核（称为子核）的过程．中微子的质量远小于质子的质量，且不带电，很难被探测到，人们最早就是通过核的反冲而间接证明中微子的存在的，一个静止的原子核发生“轨道电子俘获”，衰变为子核并放出中微子，下面说法正确的是（）

A．母核的质量数等于子核的质量数 B．子核的动量与中微子的动量相同

C．母核的电荷数大于子核的电荷数 D．子核的动能大于中微子的动能

15.下列对玻尔原子理论的说法中，正确的是（）

A．玻尔原子理论继承了卢瑟福原子模型，但对原子能量和电子轨道引入了量子化假设

B．玻尔原子理论对经典电磁理论中关于做加速运动的电荷要辐射电磁波的观点，提出了电子