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光电效应光子光电管及其应用 光的波粒二象性 波尔的原子模型能级物质波

    1. 基本概念

  (1)玻尔假设内容: ①原子只能处于一系列不连续的能量状态中, 这些状态称为定态; ②原子从一种定态跃迁到另一种定态时, 要辐射(或吸收)一定频率的光子, 光子的能量为hv=E-E; ③定态能量量子化和轨道半径量子化. rn=n2r1 En=E1/n2(n=1, 2, 3…)r1=0.53×10-10m E1=-13.6 eV

  (2)能级: 原子在各个定态的能量值, 原子在能级之间发生跃迁时, 辐射或吸收能量为E-E.

  (3)物质波(德布罗意波): 任何一个运动着的物体, 都有一种波与它对应,波长λ是:λ=,式中P是运动物体的动量, h是普朗克恒量.

  2. 如何正确理解原子的跃迁条件: hv=E-E?

  实际上公式hv=E-E只适用于光子和原子作用而使原子在各定态之间跃迁的情况, 而对于光子与原子作用使原子电离或实物粒子与原子作用而使原子激发的情况(如高速电子流打击任何固体表面产生伦琴射线, 就不受此条件的限制. 这是因为原子一旦电离, 原子结构就被破坏, 因而不再遵守有关原子结构的理论. 实物粒子与原子碰撞的情况, 由于实物粒子的动能可全部或部分地为原子吸收, 所以只要入射粒子的动能大于或等于原子某两定态能量之差, 都有可能使原子受激发而向高能级跃迁, 但原子所吸收的能量仍不是任意的, 一定等于原子发生跃迁的两个能级间的能量差.

  3. 动能、电势能和总能量变化的特点

动能  Ekn=Ek1 由于(对氢原子)k
     Ek1==13.6 eV
电势能 EPn=EP1   EP1=E1-Ek1=-13.6-13.6=-27.2 eV
总能量 En=Ekn+EPn   E1=-13.6 eV

  当原子吸收光子, 从较低能级(E1)跃迁到较高能级(E2)时, 原子的总能量(E)增加, 电子的电势能(EP)增加, 而动能(Ek)减少, 且Ek1+EP1+hv=Ek2+EP2

  当原子放出光子从较高能级(E2)跃迁到较低能级(E1)时, 原子的总能减少, 电子的电势能减少, 而动能增加, 且Ek1+EP1-hv=Ek2+EP2

  注意: 在原子辐射或吸收光子而跃迁的过程中, 系统的能量守恒, 但电子的动能和电势能之和不守恒.

  4. 物质波既不是机械波, 也不是电磁波, 物质波在某一地方的强度跟在该处找到经所代表的几率成正比, 物质波仍是一种几率波.

难点突破:

分析方法:


  1. 氢原子各定态能量电子运动动能和系统电势能之和,即En=Ekn+EPn

  2. 氢原子核外的电子绕核做匀速圆周运动由向心力提供, k, 由此可求电子速度、周期和动能.

  3. 分析系统电势能变化方法. 根据库仑力做功正负判定, 即库仑力做正功, 电势能减小; 反之电势能增加.

  4. 一群氢原子处于量子数n的激发态时, 可辐射出的光谱线条数N=

例题5-5 氢原子的基态能量为E1, 图5-9中四个能级图正确代表氢原子能级的是(  )(2000年, 全国)

    

    



例题5-6 假设在NaCl蒸气中存在由钠离子Na+和氯离子Cl-靠静电相互作用构成的单个氯化钠NaCl分子, 若取Na+与Cl-相距无穷远时其电势为零,一个NaCl分子的电势能为-6.1 eV. 已知使一个中性钠原子Na最外层的电子脱离钠原子形成钠离子Na+所需的能量(电离能)为5.1 eV, 使一个中性的氯原子Cl结合一个电子形成氯离子Cl-所放出的能量(亲和能 )为3.8 eV, 由此可算出, 在将一个氯化钠分子分解成彼此远离的中性钠原子Na和中性氯原子Cl的过程中, 外界供给的总能量等于_____eV. (2000年, 全国)



例题5-7 已知氢原子基态的电子轨道半径r1=0.528×10-10 m, 量子数为n的能级值为En=

    (1) 求电子在基态轨道上运动时的动能.

    (2) 分析当电子由基态(离核最近轨道)向离核较远轨道跃迁时动能系统的电势能如何变化.

    (3) 有一群氢原子处于量子数n=3的激发态,画出能级图, 并用箭头标明这些氢 原子能发出哪几条光谱线?

    (4) 计算这几条谱线中波长最短的一条波长. (静电力恒量k=9.0×109 Nm2/C2 电子电量e=1.60×1.0-19 C, 普朗克恒量h=6.63×10-34 J·s 真空中光速c=3.00×108 m/s)


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