管窺氫原子的能量吸收方式

1 兩個(gè)結(jié)論

（1）在通常情況下，氫原子所吸收光子能量必須等于其兩能級(jí)之差，否則不被吸收；不存在激發(fā)到能級(jí)n=k能量多余，而激發(fā)到能級(jí)n=k+1時(shí)能量不足，則激發(fā)到n=k情況。

（2）在特殊情況下，氫原子所吸收的能量可以是連續(xù)的，可以不等于其兩能級(jí)能量之差。

①氫原子由某一能量狀態(tài)被電離

若氫原子從外界獲得的能量大于相應(yīng)狀態(tài)的電離能，則等于氫原子電離能的那部分能量用于氫原子電離，多出部分的能量轉(zhuǎn)化為脫離氫原子后的電子的動(dòng)能。

例如：基態(tài)的氫原子(n=1，電離能為13．6eV)獲得能量13．8eV(大于其基態(tài)電離能)，有13．6eV能量使氫原子發(fā)生電離，超出的0．2eV能量成為脫離氫原子核后電子的動(dòng)能。

②氫原子被外來(lái)自由電子撞擊俘獲能量被激發(fā)。

若電子傳給氫原子能量大于其某兩能級(jí)能量之差，氫原子所吸收的能量則可連續(xù)，就可以不等于氫原子兩能級(jí)能量之差：等于氫原子兩能級(jí)能量之差的部分能量被氫原子吸收，多出部分的能量會(huì)以光子形式輻射。

例如：氫原子核俘獲一動(dòng)能為Ek的電子后，形成一束縛態(tài)的氫原子，同時(shí)發(fā)出光輻射。若俘獲電子后成為量子數(shù)為n的氫原子，則輻射光子的能量為hν=Ek-En。因電子的動(dòng)能Ek是任意的，所以發(fā)光頻率ν也可以是任意的、連續(xù)的。氫原子光譜中各譜線系外側(cè)均有連續(xù)光譜存在就是這一成因。

2 結(jié)論應(yīng)用

題1 處于第2能級(jí)的氫原子受一波長(zhǎng)為1．326×10-6m的光子作用后狀態(tài)怎樣?

解析 氫原子在第2能級(jí)的能量為E2=-13．6eV/22=-3．4eV，故氫原子第2能級(jí)的電離能為3．4eV。當(dāng)入射光子的能量為E=hc/λ=3．76eV時(shí)，此能量大于氫原子第2能級(jí)的電離能，氫原子會(huì)被電離，電離后電子具有動(dòng)能Ek=3．76eV-3．4eV=0．36eV。

題2 氫光譜管內(nèi)有稀薄的氫氣，若管內(nèi)氫氣吸收了E0=12．8eV的能量，氫原子受激后可能達(dá)到的最高能級(jí)是多少?可形成多少條譜線?

解析 氫氣中的氫原于是穩(wěn)定的，通常它只能處于基態(tài)。

由氫原子能級(jí)公式En=-13．6/n2，可知其各個(gè)能量狀態(tài)的能量：E1=-13．6eV、E2=-3．4eV、E3=-1．5lev、E4=-0．85eV、E5=-0．54eV。

氫原子吸收能量E0=12．8eV后達(dá)到的能量Ex。則Ex=E0+E1=-13．6eV十12．8eV=-0．8eV<0。

而E4=-0．85eV、E5=-0．54eV，

故E4=-0．85eV

這表明了氫原子可能被激發(fā)到的最高能級(jí)為n=4，多吸收的那部分能量則以光的形式輻射出去。當(dāng)氫原子由n=4的激發(fā)態(tài)向低能級(jí)躍遷時(shí)，所產(chǎn)生譜線的條數(shù)N可由數(shù)學(xué)公式求得：

N=C42=6條。

題3 用一動(dòng)能為Ek=13eV的電子去撞擊一處于基態(tài)的氫原子后氫原子達(dá)到的能量狀態(tài)可能為：

A.第二能級(jí)B．第三能級(jí)

C．第四能級(jí)D．無(wú)法確定

解析 我們知道氫原子基態(tài)的能量為E1=-13．6eV，它吸收電子能量最多可能為Ek=13eV。若它吸收電子能量等于Ek=13eV，其能量將變?yōu)镋x=E1能量+Ek=-13．6eV+13 eV=-0．6 eV，E4=-0．85eV

故正確答案為A、B、C。

(欄目編輯黃懋恩)

注：本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內(nèi)容請(qǐng)以PDF格式閱讀原文。