(2)横线左端的数字"1,2,3,..."表示量子数,右端的数字"-13.6,-3.4,..."表示氢原子的能级.
(3)相邻横线间的距离,表示相邻的能级差,量子数越大,相邻的能级差越小.
(4)带箭头的竖线表示原子由较高能级向较低能级跃迁,原子跃迁条件为:hν=Em-En.
已知氢原子基态的电子轨道为r1=0.528×10-10 m,量子数为n的能级值为En=- eV.
(1)求电子在基态轨道上运动时的动能.
(2)有一群氢原子处于量子数n=3的激发态,画出能级图,在图上用箭头标明这些氢原子能发出哪几条光谱线.
(3)计算这几条光谱线中波长最短的一条的波长.(其中静电力常量k=9.0×109 N·m2/C2,电子电荷量e=1.6×10-19C,普朗克常量h=6.63×10-34 J·s,真空中光速c=3.0×108 m/s)
[思路点拨] 解决此类问题的关键在于找出各物理量之间的关系,正确的运用动能公式及能级跃迁的公式.
[解析] (1)设电子的质量为m,电子在基态轨道上的速率为v1,根据牛顿第二定律和库仑定律有m=
所以Ek=mv== J≈2.18×10-18J≈13.6 eV.
(2)当氢原子从量子数n=3的能级跃迁到较低能级时,可以得到3条光谱线.如图所示.
(3)与波长最短的一条光谱线对应的能级差为E3-E1.
λ== m≈1.03×10-7m.
[答案] (1)13.6 eV (2)见解析图 (3)1.03×10-7 m
原子跃迁条件hν=Em-En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.对于光子和原子作用而使原子电离时,只要入射光的能量E≥13.6 eV,原子就能吸收.对于实物粒子与原子作用使原子激发时,粒子能量大于或等于能级差即可.
原子跃迁发出的光谱线条数N=C=,是一群氢原子,而不是一个,因为某一个氢原子有固定的跃迁路径.