问题 问答题

氢原子处于基态时,原子能量E1=-13.6eV,已知电子电量e=1.6×10-19C,电子质量m=0.91×10-30kg,氢的核外电子的第一条可能轨道的半径为r1=0.53×10-10m.根据玻尔原子理论:第n级轨道半径rn=n2r1,能级En=

E1
n2
,普朗克常量h=6.63×10-34J•s.

(1)若要使处于基态的氢原子电离,至少要用频率多大的电磁波照射氢原子?

(2)氢原子核外电子的绕核运动可等效为一环形电流,则氢原子处于n=2的激发态时,核外电子运动的等效电流多大?(结果保留一位有效数字)

(3)若已知钠的极限频率为6.00×1014Hz,今用一群处于n=4的激发态的氢原子发射的光谱照射钠,试通过计算说明有几条谱线可使钠发生光电效应?

答案

(1)要使处于基态的氢原子电离,照射光光子的能量应能使电子从基态跃迁到无限远处,所以由:

hν=0-E1

所以:ν=

E1
h
=3.282×1015Hz≈3.3×1015Hz

(2)氢原子处于n=2的激发态时:Q大小等于e:

kQe
r22
=m
v2
r2

由第n级轨道半径rn=n2r1得:

r2=4r1代入得:

v=

kQe
m4r1

由I=

e
2π4r1
v
=
1
m
k4r1
代入得:

I=0.109×10-4≈1×10-4A

(3)钠的逸出功W=hν=6.63×10-34×6.00×1014 J=2.49 eV 氢原子n=1至n=4的能级:n=1,E1=-13.6 eV

n=2,E2=

E1
22
=-3.4 eV

n=3,E3=

E1
32
=-1.51 eV

n=4,E4=

E1
42
=-0.85 eV

由n=4跃迁到n=1放出的光子的能量

E4,1=-0.85 eV-(-13.6)eV=12.75 eV>2.49 eV

同理,E3.1=-1.51 eV-(-13.6)eV=12.09 eV>2.49 eV

E2,1=-3.4 eV-(-13.6)eV=10.2 eV>2.49 eV

E4,2=-0.85 eV-(-3.4)eV=2.55 eV>2.49 eV

E3,2=-1.51 eV-(-3.4)eV=1.89 eV<2.49 eV

E4,3=-0.85 eV-(-1.51)eV=0.66 eV<2.49 eV

所以,处于n=4的激发态的氢原子的光谱中,只有E4,1、E3,1、E2,1、E4,2四条谱线可使钠发生光电效应.

答:(1)若要使处于基态的氢原子电离,至少要用频率3.3×1015Hz的电磁波照射氢原子.

(2)氢原子核外电子的绕核运动可等效为一环形电流,则氢原子处于n=2的激发态时,核外电子运动的等效电流I=1×10-4A.

(3)有4条谱线可使钠发生光电效应.

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