专题突破与题型专练 能级跃迁规律的应用

1、专题突破与题型专练能级跃迁规律的应用撮亶HE5|题型一:有关能级跃迁概念的区别和联系以及规律的应用光致激发：原子吸收光子的能量而被激发称为光致激发.其吸收的光子的能量必须等于两能级的能量差，否则不被吸收,不存在激发到n能级时能量有余，而激发到n+1时能量不足，则可激发到n能级的 问题.碰撞激发:原子吸收外来实物粒子(例如自由电子)的能量而被激发称为碰撞激发.实物粒子的动能可全部或部分地被原子吸收,所以只要入射粒子的能量大于或等于两能级的能量差值(E=E -E ),就可使原 m n子发生能级跃迁.跃迁:原子吸收或辐射的光子能量等于原子两能级间的能级差，用公式h v =Em-E确定.电离:光子和原

2、子作用使原子发生电离的情况，则不受公式h v=E -E的限制，这是因为原子一旦电离，原子结构即被破坏，因而不再 mn遵守有关原子结构的理论.例如:基态氢原子的电离能为13.6 eV只要大于或等于13.6 eV光子都能被基态的氢原子吸收而发生电离，只不过入射光子的能量越大，原子电离后产生的自由电子的动能越大，这与光致激发有所不同.至于实物粒子和原子碰撞的情况，只要入射粒子的动能大于或等于电离能13.6 eV,就可能使氢原子电离.【例1】（2018 安徽黄山屯溪一中月考）（多选）关于氢原子能级的 跃迁，下列叙述中正确的是（）用波长为60 nm的X射线照射，可使处于基态的氢原子电离出自由 电子用能量

3、为10.2 eV的光子照射，可使处于基态的氢原子跃迁到激 发态用能量为11.0 eV的光子照射，可使处于基态的氢原子跃迁到激 发态用能量为12.5 eV的光子照射，可使处于基态的氢原子跃迁到激 发态。思路探究（1）使氢原子电离的条件是什么？答案:要使氢原子电离，需光子或者射线的能量大于或等于氢原子的 电离能.（2）吸收光子使氢原子由基态跃迁至激发态,需要满足什么条件？ 答案:只有能量等于两能级间的能量之差的光子才能被氢原子吸收，发生跃迁时满足关系式h v。二气-气.解析:只有能量等于两能级间的能量之差的光子才能被氢原子吸收，发生跃迁.跃迁时,hv=E -E ;而当光子能量h v不等于E -E时

4、都不 0 m n0m n能被原子吸收.当光子能量大于或等于13.6 eV时,可以被氢原子吸收, 使氢原子电离.e波长为60 nm的X射线的能量E=h,：,3x 108E=6.626X 10-34Xi。，.J3.31X10-18 J20.69 eV.氢原子的电离能 E=0-(-13.6) eV=13.6 eVE=20.69 eV.所以用波长为60 nm的X射线照射可使处于基态的氢原子电离，A 正确.据 hv =Em-En，得 =hv+E=10.2 eV+(-13.6) eV=-3.4 eV.n =11.0 eV+(-13.6) eV=-2.6 eV.=12.5 eV+(-13.6) eV=-1.

5、1 eV.fi据Ej疗得,只有Lr-3.4 eV对应于n=2的激发态.因电子绕核运动时 只能吸收恰好具有两能级间能量差的能量的光子，所以只有B项中的 光子可使氢原子从基态跃迁到激发态.选项B正确,C,D错误.答案:AB使原子能级跃迁的两种粒子一一光子与实物粒子原子若是吸收光子的能量而被激发，则光子的能量必须等于两能 级的能量差.原子还可吸收外来实物粒子(例如：自由电子)的能量而被激发，由 于实物粒子的动能可部分地被原子吸收，所以只要入射粒子的能量大 于两能级的能量差(E=E -E ),就可使原子发生能级跃迁.m n【针对训练1】(2018 吉林松原扶余县一中月考)将氢原子电离，就 是从外部给电

6、子以能量，使其从基态或激发态脱离原子核的束缚而成 为自由电子.若要使n=2的激发态的氢原子电离，至少要用多大频率的电磁波 照射该氢原子？若用波长为200 nm的紫外线照射处在n=2能级的氢原子，则电子 飞到离核无穷远处的速度为多大？(普朗克常量h=6.63X 10-34 J s, 电子的电荷量6=1.6X10-19 C,电子的质量m0.91X10-30 kg)解析：(1)要使处于n=2的氢原子电离，照射光光子的能量应能使电子 从第2能级跃迁到无限远处，最小的电磁波的光子能量应为E=0-(-3.4 eV)=3.4 eV,E 3.4x 1.6x W19再由 E=hv 得v=，”.：、:Hz=8.2

7、1X1014 Hz.(2)波长为200 nm的紫外线一个光子所具有的能量c3x 103E0=h芥6.63X 10-34Xnoox 苛 J=9.95X10-19 J电离能 E=3.4X1.6X10-19 J=5.44X10-19 J由能量守恒Ek=E0-AE代入数据解得Ek=4.51X 10-19 J,Ek=Nmv2, 有 v=1.0X 106 m/s.答案：(1)8.21X1014 Hz (2)1.0X106 m/s题型二:能级跃迁问题与光电效应的综合应用 光电效应（1）发生的条件:照射光的频率大于金属板的极限频率.（2）光电效应方程：电子动能Ek=h v -W0 （h为普朗克常量,W为逸出功

8、）【例2】（2018 天津市静海县一中月考）如图所示为氢原子的能级示意图，一群氢原子处于n=3的激发态,在向较低能级跃迁的过程中 向外发出光子，用这些光照射逸出功为2.49 eV的金属钠.下列说法正 确的是（）这群氢原子能发出3种不同频率的光,其中从n=3跃迁到n=2所发 出的光波长最短这群氢原子能发出6种不同频率的光,其中从n=3跃迁到n=1所发 出的光频率最小这群氢原子发出不同频率的光，只有一种频率的光可使金属钠发生 光电效应金属钠表面发出的光电子的最大初动能为9.60 eV。思维导图解析:一群氢原子处于n=3的激发态，可能发出二3种不同频率的光子,n=3和n=2间能级差最小，所以从n=3

9、跃迁到n=2发出的光子频率he最低,根据玻尔理论h v =E2-E1=元可知,光的波长最长，选项A错误;因 为n=3和n=1间能级差最大，所以氢原子从n=3跃迁到n=1发出的光 子频率最高，选项B错误;当入射光频率大于金属钠的极限频率时，金 属钠能发生光电效应，即入射光的能量大于钠的逸出功2.49 eV时就 能产生光电效应.根据能级图可知，从n=3跃迁到n=2所发出的光能量 为E=-1.51 eV-(-3.4) eV=1.89 eV,可见，AE2.49 eV，能使金属钠的表 面发生光电效应.从n=3跃迁到n=1发出的光子频率最高，发出的光子 能量为AE=13.60 eV-1.51 eV=12.

10、09 eV.根据光电效应方程E=hv-Wk0得，最大初动能Ek=12.09 eV-2.49 eV=9.60 eV，选项C错误,D正确. 答案:D跃迁以及与光电效应结合的有关规律一群氢原子处于n激发态，可能发出种不同频率的光子.he由玻尔理论h v=E2-Ej2知，两能级差越小,光子频率越低,波长 越长.熟记并熟练应用光电效应方程Eh v-W。.【针对训练2】(2018 宁夏石嘴山三中月考)如图所示为氢原子能级图，试回答下列问题：一群处于n=4能级的氢原子跃迁后可能辐射出几种频率的光子？通过计算判断:氢原子从n=4跃迁到n=2时辐射出的光子,能否使 金属铯发生光电效应?若能，则产生的光电子的初动

11、能是否可能为 0.48 eV(已知普朗克常量h=6.63X 10-34 J s,金属铯的极限频率为 4.55X1014 Hz)?解析：根据二6知,最多可能辐射出6种频率的光子.由氢原子能级图可知,从能级n=4跃迁到n=2,辐射出的光子中，能 量最大值为E=E4-E2=-0.85 eV-(-3.4) V=2.55 eV,金属铯的逸出功 W =hv =6.63 X 10-34X4.55 X 1014 J3.02X10-19 J 01.89 eV.因为EW0,所以可以发生光电效应.由爱因斯坦光电效应方程得E=E-W , k 0 可知产生的光电子的最大初动能Ek=2.55 eV-1.89 eV=0.6

12、6 eV,因为光电子的最大初动能大于0.48 eV，所以可以产生0.48 eV的光 电子.答案：（1）6种（2）见解析题型强化规姑！卫心。EEm XUNWNW题型一:有关能级跃迁概念的区别和联系以及规律的应用（2018 甘肃临夏中学期末）根据氢原子的能级图，现让一束单色光照射到大量处于基态（量子数n=1）的氢原子上，受激的氢原子能自发地发出3种不同频率的光，则照射氢原子的单色光的光子能量为0-O.5fcV-15UV23,47! -13-6 a110.2 eV B.3.4 eVC.12.09 eV D.13.6 eV解析:因为能自发地发出3种不同频率的光，根据，=3可得n=3,即能 跃迁到第3能

13、级,则吸收的光子能量为AE=-1.51 eV+13.6 eV=12.09 eV,选项C正确.（2017 南阳市第一中学高三月考）（多选）如图所示为氢原子的能 级示意图.现用能量介于1012.9 eV范围内的光子去照射一群处于 基态的氢原子，则下列说法正确的是（BD ）时E/eV1 &13-6照射光中只有一种频率的光子被吸收照射光中有三种频率的光子被吸收氢原子发射出三种不同波长的光氢原子发射出六种不同波长的光解析:E-E=10.2 eV,E-E =12.09 eV,E-E =12.75 eV，可知照射光中有 213141三种频率的光子被吸收.氢原子跃迁的最高能级为n=4能级，根据=6知,氢原子发

14、射出六种不同波长的光,故选项B,D正确,A,C错误.（2018 湖北襄阳五中检测）红宝石激光器的工作物质红宝石含有 铭离子的三氧化二铝晶体,利用其中铭离子产生激光.铭离子的能级 图中,气是基态,是亚稳态,E3是激发态,若以脉冲氙灯发出的波长为 入1的氯光照射晶体,处于基态的铭离子受到激发而跃迁到E3，而后自 发地跃迁到E2,释放出波长为入2的光子，处于亚稳态E2的离子跃迁到 基态时辐射出的光就是激光，这种激光的波长为（A ）he空 空解析：由题意，根据 E=a可得E项1 ;E3-E2=w;设处于亚稳态E2的离子跃迁到基态时辐射出的光就是激光，这种激光的波长为入3,则heE2-E=】3；由以上各

15、式可得入3=为-&,选项A正确,B,C,D错误.（2018山东东营垦利一中月考）（多选）氢原子能级如图所示，当氢 原子从n=3跃迁到n=2的能级时，辐射光的波长为656 nm.以下判断 正确的是（CD ）23.4 -13.6氢原子从n=2跃迁到n=1的能级时，辐射光的波长大于656 nm用波长为325 nm的光照射,可使氢原子从n=1跃迁到n=2的能级一群处于n=3能级上的氢原子向低能级跃迁时最多产生3种谱线用波长为633 nm的光照射，不能使氢原子从n=2跃迁到n=3的能级 解析:从n=3跃迁到n=2的能级时,辐射光的波长为656 nm,而当从n=2 跃迁到n=1的能级时,辐射能量更多，则频

16、率更高，则波长小于656 nm,he选项A错误；当从n=2跃迁到n=1的能级，释放的能量一二-3.4- （-13.6）X1.6X 10-19则解得，释放光的波长是入=122 nm,则用波长 为122 nm的光照射，才可使氢原子从n=1跃迁到n=2的能级，选项B 错误;根据数学组合:.=3,可知一群n=3能级上的氢原子向低能级跃迁 时最多产生3种谱线，选项C正确；同理，氢原子的电子从n=2跃迁到 n=3的能级，必须吸收的能量，与从n=3跃迁到n=2的能级放出能量相 等,因此只能用波长为656 nm的光照射，才能使得电子从n=2跃迁到 n=3的能级，选项D正确.（2018 天津市第一中学期末）（多

17、选）氢原子能级如图所示，当氢原 子从n=3跃迁到n=2的能级时，辐射出光在真空中的波长为入.以下判 断正确的是（ABC ）341 -13.6氢原子从n=2跃迁到n=1的能级时，辐射出的光在真空中的波长小 于入5用真空中波长为入的光照射，可使氢原子从n=1跃迁到n=2的能 级一群处于n=4能级上的氢原子向低能级跃迁时最多产生6种谱线用真空中波长为入的光照射，不能使氢原子从n=2跃迁到n=3的 能级解析:因氢原子1和2之间的能级差大于2和3间的能级差，从n=2跃 迁到n=1的能级时，辐射光子的能量大于氢原子从n=3跃迁到n=2的 能级时辐射出光子的能量，则氢原子从n=2跃迁到n=1的能级时，辐射

18、fi出光在真空中的波长小于入，选项A正确；由能级图可知E -E二:、-一= 325E heME】27he5-祷二嘉气壬二广决二-飞二TT,则用真空中波长为万入的光照射，可 使氢原子从n=1跃迁到n=2的能级，选项B正确;一群处于n=4能级上 的氢原子向低能级跃迁时最多产生二6种谱线，选项C正确；因为氢原 子从n=3跃迁到n=2的能级时，辐射出光在真空中的波长为入，则用真 空中波长为入的光照射,能使氢原子从n=2跃迁到n=3的能级，选项D 错误.（2018 福建三明期末联考）（多选）氢原子光谱在可见光部分只有 四条谱线，一条红色、一条蓝色、两条紫色，这四条谱线均在巴耳末系 中，它们分别是从n=3

19、,4,5,6能级向n=2能级跃迁时产生的;从n=2, 3,4,5,6能级向n=1能级跃迁时产生的谱线叫赖曼系.则（BD ）红色光谱是氢原子从n=6能级向n=2能级跃迁时产生的紫色光谱是氢原子从n=6能级或n=5能级向n=2能级跃迁时产生的若原子从n=6能级向n=1能级跃迁，则能够产生红外线若原子从n=6能级向n=1能级跃迁，则能够产生紫外线解析：四条谱线中,红色光谱的频率最小，可知红色光谱是氢原子从 n=3能级向n=2能级跃迁时产生的，选项A错误;紫色谱线的频率最大, 可知紫色光谱是氢原子从n=6能级或n=5能级向n=2能级跃迁时产生 的，选项B正确;从n=6能级向n=1能级跃迁时,辐射的光子

20、能量大于 n=6能级向n=2能级跃迁时辐射的光子能量，即辐射的光子频率大于 紫光的频率，是紫外线，选项C错误,D正确.（2018 宁夏育才中学期末）氢原子处于基态时，原子的能量为E =1-13.6 eV,当处于n=3的激发态时,能量为E3=-1.51 eV,则：当氢原子从n=3的激发态跃迁到n=1的基态时，向外辐射的光子的 波长是多少？（2）若要使处于基态的氢原子电离,至少要用多大频率的电磁波照射 原子？若有大量的氢原子处于n=3的激发态，则在跃迁过程中可能释放 出几种频率的光子？其中波长最长的是多少？(普朗克常量h=6.63X 10-34js,真空中光速 c=3.0X108 m/s)c解析：

21、(1)据玻尔理论E-E二M, 31he 6.63 X 10 34 X 3 X 10a入二、=I.* I -I . Uba光的光子能量为2.86 eVb光产生的光电子最大初动能=0.26 eV解析:根据能级跃迁知识 h Va=EE2=-0.54-(-3.4) eV=2.86 eV, /=2=-0.85-(-3.4) eV=2.55 eV，显然 a 光的光子能量大于 b 光,即a光频率要大，波长要短，选项A错误,C正确;根据光电效应方 程可知，最大初动能Ejhv-W。，所以a光照射后的最大初动能为 =(2.86-2.29) eV=0.57 eV,b光照射后的最大初动能为=(2.55- 2.29)

22、eV=0.26 eV,选项D正确.根据遏止电压知识可知此七，选项B 正确.(2018 广西桂林十八中月考)(多选)如图所示，当氢原子从n=4跃 迁到n=2的能级和从n=3跃迁到n=1的能级时，分别辐射出光子a和 光子b,则(BD )2 e； -3前I *由于放出光子，原子的能量增加光子a的能量小于光子b的能量光子a的波长小于光子b的波长D.若光子a能使某金属发生光电效应,则光子b也一定能使该金属发生光电效应解析：由于放出光子，原子的能量减小，选项A错误;氢原子从n=4的能 级跃迁到n=2的能级的能级差小于从n=3的能级跃迁到n=1的能级时 的能级差，根据E-E=hv,可知光子a的能量小于光子b的能量，选项 m nB正确;a光子的能量小于光子b的能量，光子a的频率小于光子b的 频率，所以b的频率大，波长短,即光子a的波长大于光子b的波长， 选项C错误;光子a的频率小于光子b的频率，所以光子a能使某金属 发生光电效应，则光子b也能使某种金属发生光电效应，选项D正确.（2018 江苏扬州