Phương pháp học nhanh Vật lí Lớp 12 - Tập 2 - Chuyên đề 4: Lượng tử ánh sáng - Chủ đề 26: Mẫu nguyên tử Bo - Phạm Hồng Vương

Nội dung text: Phương pháp học nhanh Vật lí Lớp 12 - Tập 2 - Chuyên đề 4: Lượng tử ánh sáng - Chủ đề 26: Mẫu nguyên tử Bo - Phạm Hồng Vương

1. CHỦ ĐỀ 26: MẪU NGUYÊN TỬ BO I. TÓM TẮT LÝ THUYẾT 1. Tiên đề 1 (Tiên đề về trạng thái dừng): Nguyên tử chỉ tồn tại trong một số trạng thái có năng lượng xác định, gọi là các trạng thái dừng. Khi ở trong các trạng thái dừng thì nguyên tử không bức xạ và cũng không hấp thụ năng lượng. 2. Tiên đề 2 (Tiên đề về sự bức xạ và hấp thụ năng lượng của nguyên tử): Khi nguyên tử chuyển từ trạng thái dừng có năng lượng En sang trạng thái dừng có năng lượng Em nhỏ hơn thì nguyên tử hấp thụ phát ra một phôtôn có năng lượng đúng bằng hiệu E n – Em:  hf nm E n E m Ngược lại, nếu nguyên tử đang ở trong trạng thái dừng có hấp thụ bức xạ năng lượng Em mà hấp thụ được một phôtôn có năng lượng đúng bằng hiệu E n - Em thì nó chuyển lên trạng thái dừng có năng lượng cao En . Chú ý: Nếu phôtôn có năng lượng hfnm mà En hfmn Em thì nguyên tử không nhảy lên mức năng lượng nào mà vẫn ở trạng thái dừng ban đầu. 3. Hệ quả: Ở những trạng thái dừng các êlectron trong nguyên tử chỉ chuyển động trên quỹ đạo có bán kính hoàn toàn xác định gọi là quỹ đạo dừng. Đối với nguyên tử hiđrô, bán kính quỹ đạo dừng tăng tỉ lệ với bình phương của các số nguyên liên 2 11 tiếp: rn n .r0 với n là số nguyên và r0 5,3.10 m, gọi là bán kính Bo Quỹ đạo K n 1 L n 2 M n 3 N n 4 O n 5 P n 6 Bán kính r0 4r0 9r0 16r0 25r0 36r0 Hấp thụ năng lượng Trạng thái cơ bản Trạng thái kích thích (Tồn tại bền vững) Bức xạ năng lượng (Chỉ tồn tại trong thời gian cỡ 10-8s) 4. Tính năng lượng êlectron trên quỹ đạo dừng thứ n: 13,6 E (eV) với n ¥ *. n n2 19 Năng lượng ion hóa nguyên tử hi đrô từ trạng thái cơ bản: E0 13,6(eV) 21,76.10 J Quỹ đạo K n 1 L n 2 M n 3 N n 4 O n 5 P n 6 13,6 13,6 13,6 13,6 13,6 13,6 Năng lượng 12 22 32 42 52 62 Trang 1
2. 5. Tính bước sóng khi dịch chuyển giữa hai mức năng lượng: hc hc En Em nm nm En Em 6. Cho bước sóng này tính bước sóng khác: 1 1 1 ;f13 f12 f23 (như cộng véctơ). 13 12 23 1 1 1 7 1 Hoặc dùng công thức: Rh 2 2 với R 1,09.10 m máy tính fx 570 ES:  m n bấm ) 7. Tính bán kính quỹ đạo dừng thứ n: 2 11 rn n .r0 với r0 5,3.10 m, là bán kính Bo (ở quỹ đạo K) 8. Khi electron chuyển mức năng lượng, tìm sô vạch phát ra: - Vẽ sơ đồ mức năng lượng, vẽ các vạch có thể phát xạ rồi đếm. n n 1 - Hoặc dùng công thức: N ; với n là số vạch mức năng lượng. 2 n! n n 1 - Chứng minh: N C2 ; trong đó C2 là tổ hợp chập 2 của n. n n 2 !2! 2 n 9*. Tính vận tốc và tần số quay của êlectron khi chuyển động trên quỹ đạo dừng n: e2 v2 Lực Cu-lông giữa êlectron và hạt nhân giữ vai trò lực hướng tâm: k 2 me , nên: rn rn k 2,2.106 k 9.109 (Nm2 / C2 ) Vận tốc của electron: v e. m/s với m .r n 31 e n me 9,1.10 kg v v Tần số quay của electron:  2 .f f rn 2 rn 10*. Cường độ dòng điện phân tử do êlectron chuyển động trên quỹ đạo gây ra: q e e I . (vì êlectron chuyển động trên quỹ đạo tròn nên t T ) t T 2 Trang 2
3. CÁC VÍ DỤ ĐIỂN HÌNH Ví dụ 1: Ở nguyên tử hiđrô, quỹ đạo nào sau đây có bán kính lớn nhất so với bán kính các quỹ đạo còn lại? A. OB. NC. LD. P Giải 2 11 Ta có: R n n .r0 (trong đó r0 là bán kính quỹ đạo cơ bản: r0 5,3.10 m ) Quỹ đạo O có n 5 . Quỹ đạo N có n 4 Quỹ đạo L có n 2 Quỹ đạo P có n 6 . Trong các quỹ đạo trên, quỹ đạo P có n lớn nhất nên bán kính là lớn nhất. Chọn đáp án D Ví dụ 2: Xác định bán kính quỹ đạo dừng M của nguyên tử, biết bán kính quỹ đạo K là 11 R K 5,3.10 m ? A. 4,77 A0 B. 4,77 pm C. 4,77 nm D. 5,3 A0 Giải 11 Ta có: R K r0 5,3.10 m . 2 rn n r0. Với Quỹ đạo M thì n 3 2 11 10 R M 3 .5,3.10 4,77.10 m. Chọn đáp án A Ví dụ 3: Electron đang ở quỹ đạo n chưa rõ thì chuyển về quỹ đạo L và thấy rằng bán kính quỹ đạo đã giảm đi 4 lần. Hỏi ban đầu êlectron đang ở quỹ đạo nào? A. OB. MC. ND. P Giải 2 Bán kính quỹ đạo L: R 2 2 .r0 4.r0 2 2 Bán kính quỹ đạo n: R n n .r0 n .r0 R n2 Theo đề bài: n 4 n 4. Vậy êlectron ban đầu đang ở quỹ đạo N. R 2 4 Chọn đáp án C 13,6 Ví dụ 4: Năng lượng của êlectron trong nguyên tử hiđrô được tính theo công thức: E ; n n2 n 1,2,3, Xác định năng lượng ở quỹ đạo dừng L? A. 5,44.10 20 J B. 5,44eV C. 5,44MeV D. 3,4 eV Giải E 13,6 Quỹ đạo dừng thứ L ứng với n 2 E 0 3,4 eV 2 n2 4 Chọn đáp án D Trang 3
4. 13,6 Ví dụ 5: Năng lượng của êlectron trong nguyên tử hiđrô được tính theo công thức: E ; n n2 n 1,2,3, Hỏi khi êlectron chuyển từ quỹ đạo L về quỹ đạo K thì nó phát ra một phôtôn có bước sóng là bao nhiêu? A. 0,2228 m B. 0,2818 m C. 0,1281 m D. 0,1218 m Giải Khi êlectron chuyển từ quỹ đạo L về quỹ đạo K thì nó phát ra một phôtôn: hc hc E2 E1  0,1218 m  E2 E1 Chọn đáp án D Ví dụ 6: Trong quang phổ của nguyên tử hiđrô, ba vạch đầu tiên trong dãy Lai-man có bước sóng 12 121,6 nm;13 102,6 nm;14 97,3 nm. Bước sóng của vạch đầu tiên trong dãy Ban-me và vạch đầu tiên trong dãy Pa-sen là A. 686,6 nm và 447,4 nm B. 660,3 nm và 440,2 nm C. 624,6 nm và 422,5 nm D. 656,6 nm và 486,9 nm Giải 13.12 23 656,64 nm 12 13 14.12 24 486,9 nm 12 14 Chọn đáp án D II. BÀI TẬP Bài 1: Mẫu nguyên tử Bo khác với mẫu nguyên tử Rơ-đơ-pho ở điểm: A. Hình dạng quỹ đạo của các electronB. Lực tương tác giữa electron và hạt nhân C. Trạng thái tồn tại của các nguyên tửD. Mô hình nguyên tử có hạt nhân Bài 2: Nguyên tử hiđrô bị kích thích do chiếu xạ và electron của nguyên tử đã chuyển từ quỹ đạo K lên quỹ đạo M. Sau khi ngừng chiếu xạ, nguyên tử hiđrô phát xạ thứ cấp. Phổ xạ này gồm A. hai vạch của dãy Lai-man. B. hai vạch của dãy Ban-me. C. hai vạch của dãy Lai-man và một vạch của dãy Ban-me. D. một vạch của dãy Lai-man và hai vạch của dãy Ban-me. Bài 3: Khi nguyên tử hidrô đang chuyển từ trạng thái có năng lượng E 4 về mức năng lượng E 3, rồi tiếp tục chuyển xuống mức E2 thì nó lần lượt phát ra các phôtôn có tần số f43 và f32 . Khi nguyên tử hiđrô có năng lượng E4 trở về trạng thái mức năng lượng E2 thì nó phát ra một phôtôn có tần số là: A. f42 f43 f32 B. f42 f43 C. f42 f32 D. f42 f43 f32 Bài 4: Ở nguyên tử hiđrô, bán kính quỹ đạo có giá trị bằng 8,48, đó là quỹ đạo: A. NB. LC. MD. K Bài 5: Xét ba mức năng lượng EK, EL và Em của nguyên tử hiđrô, trong đó Ek < El EM . Một phôtôn có năng lượng bằng Em Ek bay đến gặp nguyên tử này. Nguyên tử sẽ hấp thụ phôtôn và chuyển trạng thái Trang 4
5. như thế nào? A. Hấp thụ nhưng không chuyển trạng thái. B. Không hấp thụ. C. Hấp thụ rồi chuyển dần từ K lên L rồi lên M. D. Hấp thụ rồi chuyển thẳng từ K lên M. Bài 6: Trạng thái dừng là: A. trạng thái ổn định của hệ thống nguyên tử. B. trạng thái êlectron không chuyển động quanh hạt nhân. C. trạng thái đứng yên của nguyên tử. D. trạng thái hạt nhân không dao động. Bài 7: Một đám nguyên tử hiđrô đang ở trạng thái kích thích mà êlectron chuyển động trên quỹ đạo dừng K. Khi nguyên tử nhận một năng lượng  EN EK thì: A. êlectron chuyển từ quỹ đạo K lên quỹ đạo L đến quỹ đạo M sau đó lên quỹ đạo N. B. không xác định được cụ thể sự chuyển quỹ đạo của electron. C. êlectron chuyển lên quỹ đạo L rồi sau đó chuyển thẳng lên quỹ đạo N. D. êlectron chuyển thẳng từ quỹ đạo dừng K lên quỹ đạo dừng N. Bài 8: Cho biết leV l,6.10 19 J;h 6,625.10 34 J.s;c 3.108 m / s . Khi êlectron (êlectron) trong nguyên tử hiđrô chuyển từ quỹ đạo dừng có năng lượng Em 0,85 eV sang quỹ đạo dừng có năng lượng En = 13,60 eV thì nguyên tử phát bức xạ điện từ có bước sóng: A. 0,4340 m B. 0,4860 m C. 0,0974 m D. 0,6563 m Bài 9: Các nguyên tử hiđrô đang ở trạng thái dừng cơ bản có bán kính quỹ đạo 5,3.10 11 m , thì hấp thụ một năng lượng và chuyển lên trạng thái dừng có bán kính quỹ đạo 4,77.10 10 m . Khi các nguyên tử chuyển về các trạng thái có mức năng lượng thấp hơn thì sẽ phát ra: A. ba bức xạB. hai bức xạC. một bức xạD. bốn bức xạ Bài 10: Mức năng lượng của các trạng thái dừng trong nguyên tử hiđrô E 13,6 / n2 eV ; với n 1,2,3 Một êlectron có động năng bằng 12,6 eV đến va chạm với nguyên tử hiđrô đứng yên, ở trạng thái cơ bản. Sau va chạm, nguyên tử hiđrô vẫn đứng yên nhưng chuyển động lên mức kích thích đầu tiên. Động năng của êlectron sau va chạm là: A. 2,4 eVB. 1,2 eVC. 10,2 eVD. 3,2 eV Bài 11: Chùm nguyên tử hiđrô đang ở trạng thái cơ bản, bị kích thích phát sáng thì chúng có thể phát ra tối đa 15 vạch quang phổ. Khi bị kích thích êlectron trong nguyên tử hiđrô đã chuyển sang quỹ đạo: A. MB. PC. OD. N Bài 12: Nguyên tử hiđrô bị kích thích ở trạng thái dừng ứng với quỹ đạo P sau đó chuyển về các quỹ đạo bên trong thì có thể phát ra bao nhiêu phôtôn khác nhau? A. 6B. 12C. 15D. 10 Bài 13: Trong quang phổ hiđrô, bước sóng dài nhất ứng với sự chuyển của êlectron từ quỹ đạo ngoài về quỹ đạo K là 121,6 nm; bước sóng ngắn nhất ứng với sự chuyển của êlectron từ quỹ đạo ngoài về quỹ đạo L là 365,0 nm. Nguyên tử hiđrô có thế phát ra bức xạ có bước sóng ngắn nhất là: A. 43,4nmB. 91,2nmC. 95,2nmD. 81,4nm Trang 5
6. Bài 14: Lực tương tác Cu-lông giữa êlectron và hạt nhân của nguyên tử hiđrô khi nguyên tử này ở quỹ đạo dừng L là F. Khi nguyên tử này chuyển lên quỹ đạo N thì lực tương tác giữa êlectron và hạt nhân là A. F/16.B. F/4.C. F/12.D. F/2. Bài 15: Mức năng lượng của các trạng thái dừng trong nguyên tử hiđrô E 13,6 / n2 eV ; với n 1,2,3 Khi cung cấp cho nguyên tử hiđrô ở trạng thái cơ bản các phôtôn có năng lượng 10,5 eV và 12,75 eV. Chọn phát biểu đúng? A. Nguyên tử hấp thụ được phôtôn có năng lượng 10,5 eV và chuyển lên quỹ đạo M. B. Nguyên tử hấp thụ được phôtôn có năng lượng 10,5 eV và chuyển lên quỹ đạo L. C. Nguyên tử hấp thụ được phôtôn có năng lượng 12,75 eV và chuyển lên quỹ đạo M. D. Nguyên tử hấp thụ được phôtôn có năng lượng 12,75 eV và chuyển lên quỹ đạo N. Bài 16: Electron trong nguyên tử hiđrô chuyển mức năng lượng, nguyên tử bức xạ một phôtôn ánh sáng có bước sóng 0,122 m . Độ biến thiên năng lượng của nguyên tử: A. tăng10,2 eV B. giảm 10,2 eV C. tăng162,9.10 20 eV D. giảm 162,9.10 20 eV Bài 17: Kí hiệu EK, EL và EM lần lượt là mức năng lượng của nguyên tử hiđrô ở trạng thái cơ bản, trạng thái kích thích thứ nhất và trạng thái kích thích thứ hai. Cho biết EL EK EM EL . Xét ba bước sóng 1,2 ,3 ứng với ba vạch quang phổ của nguyên tử hiđrô lần lượt do chuyển mức năng lượng từ EL EK ,EM EL ,EM EK . Cách sắp xếp nào sau đây đúng? A. 1 2 3 B. 2 1 3 C. 3 2 1 D. 3 1 2 Bài 18: Nguyên tử hiđrô đang ở trạng thái cơ bản K thì hấp thụ một phôtôn và chuyển lên trạng thái 0. Khi chuyển về các trạng thái có mức năng lượng thấp hơn thì nguyên tử hiđrô phát ra tối đa bao nhiêu bức xạ A. 3B. 6C. 15D. 10 Bài 19: Khi nguyên tử hiđrô chuyển từ trạng thái dừng có năng lượng 1,514 eV sang trạng thái dừng có năng lượng 3,407 eV thì nguyên tử phát ra bức xạ có tần số: A. 4,572.1014 Hz B. 6,542.1012 Hz C. 2,571.1013 Hz D. 3,879.1014 Hz 2 Bài 20: Trong nguyên tử hiđrô, êlectron chuyển động trên các quỹ đạo dừng có bán kính rn = n .r0 (với 10 r0 = 0,53.10 m;n 1,2,3, ). Tốc độ của êlectron trên quỹ đạo dừng thứ hai là: A. 2,18.106 m/s B. 1,09.106 m/s C. 2,18.105 m/s D. 1,98.106 m/s III. HƯỚNG DẪN GIẢI Bài 1: Chọn đáp án C Bài 2: Chọn đáp án C Bài 3: Chọn đáp án D Bài 4: Chọn đáp án A Bài 5: Chọn đáp án D Bài 6: Chọn đáp án A Bài 7: Chọn đáp án D Bài 8: Chọn đáp án C Bài 9: Chọn đáp án A Trang 6
7. Bài 10: Chọn đáp án A Bài 11: Chọn đáp án B Bài 12: Chọn đáp án C Bài 13: Chọn đáp án B Bài 14: Chọn đáp án A Bài 15: Chọn đáp án D Bài 16: Chọn đáp án B Bài 17: Chọn đáp án D Bài 18: Chọn đáp án D Bài 19: Chọn đáp án A Bài 20: Chọn đáp án B Trang 7