我们用两道比较典型的例题给大家说明一下,波尔的原子模型如何考察?具体来看
用大量具有一定能量的电子轰击大量处于基态的氢原子,观测到了一定数目的光谱线.调高电子的能量再此进行观测,发现光谱线的数目比原来增加了5条.用△n表示两次观测中最高激发态的量子数n之差,E表示调高后电子的能量.根据氢原子的能级图可以判断,△n和E的可能值为( )
A. △n=1,13.22 eV<E<13.32 eV
B. △n=1,12.75 eV<E<13.06 eV
C. △n=2,12.75 eV<E<13.06 eV
D. △n=2,13.22 eV<E<13.32 eV
解析:我们在前面已经给大家强调过了,当有一群氢原子发生跃迁时,可以发出的光谱线数目等于n(n-1)/2。因为最高激发态量子数之差和最高能级量子数之差相同,因此设氢原子原来的最高能级为n,则调高后的能级为(n △n),则有:(n △n)(n △n-1)/2-n(n-1)/2=5,即:2n△n △n²-△n=10
讨论:当△n=1时,n=5,调整后的能级为n=6,此时能极差为:△E=-0.38-(-13.6)=13.22eV,因此提高电子的动能应该大于此时的能级差,但是应该小于基态和第7能级之间的能级差,否则将跃迁到更高能级,即小于△E=-0.28-(-13.6)=13.32eV;
当△n=2时,n=2,调整后的能级为n=4,此时能极差为:△E=-0.85-(-13.6)=12.75eV,因此提高电子的动能应该大于此时的能级差,但是应该小于基态和第5能级之间的能级差,否则将跃迁到更高能级,即小于△E=-0.54-(-13.6)=13.06eV,故AC正确,BD错误.
在这里,我们还要补充一点,那就是用电子轰击氢原子,电子能量可以只有一部分被氢原子吸收,电子可以留下一部分,也就是电子的能量只需大于氢原子两能级之差,就有可能使氢原子发生跃迁! 而用光子轰击氢原子,光子能量全部被氢原子吸收,光子的能量必须刚好等于氢原子两能级之差,氢原子才可能吸收发生能级跃迁!说白了,就是用电子和光子分别轰击氢原子是不一样的,用光子轰击氢原子,光子的能量恰好等于能级差就可以发生跃迁,而用电子轰击氢原子,那么,电子的能量必须大于二者的能级差,才能发生跃迁。再进一步说,那就是电子是实物粒子,而光子并不是这一点不太好理解,大家把它记清楚就可以了。当然,如果你想真正了解实物粒子与氢原子相撞,我们可以把它简化成如下模型理解。
如果氢原子的质量为M,一个实物粒子的质量为m,继续简化,那就是氢原子处于静止状态,实物粒子与氢原子发生完全非弹性碰撞的时候损失的能量最多,也就是说,此时氢原子内部吸收的能量最多。设氢原子碰撞前后的速度分别为0和V,实物粒子碰撞前后速度分别是v和v'。由动量守恒和能量守恒的知识,并且根据氢原子碰后的速度有实数解,可以知道实物粒子的初动能必须要大于等于(1 m/M)△E才可以。
由这个结论,我们不能看出因为光子的静止质量为零,所以光子的初动能恰好等于能极差,就可以使氢原子发生跃迁。而电子的质量和氢原子的质量比起来非常小,所以电子的初动能可以近似的认为等于能极差,也可以使静止的氢原子发生跃迁,而要想使运动的氢原子发生跃迁,就需要电子的初动能足够大了。而如果实物粒子的质量和氢原子的质量相比不可忽略,那么,实物粒子的初动能就需要具体计算了。说白了,我们还是在用宏观世界的碰撞理论,在解释微观的事情。
最后我们再补充一点,如果实物粒子的初动能小于跃迁所需要的能量,我们可以认为,实物粒子和其原子发生的是弹性碰撞,也就是反弹。
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