Номер 7, страница 127 - гдз по физике 9 класс тетрадь-тренажёр Артеменков, Белага

XI. Квантовые явления. Решаем задачи - номер 7, страница 127.

Условие.

7. Может ли атом поглотить фотон, энергия которого в 1,5 раза превышает энергию первого возбуждённого состояния, но меньше энергии второго возбуждённого состояния?

Решение.

Согласно квантовой теории, атом может поглощать или излучать энергию только определёнными порциями — квантами. Атом может поглотить фотон только в том случае, если энергия этого фотона $E_{ф}$ в точности равна разности энергий двух его стационарных состояний (энергетических уровней) $E_n$ и $E_m$:

$E_{ф} = \Delta E = E_n - E_m$

Пусть атом находится в основном, невозбуждённом состоянии с энергией $E_1$. Первое возбуждённое состояние имеет энергию $E_2$, второе — $E_3$, и так далее.

Энергия, необходимая для перехода атома из основного состояния в первое возбуждённое, равна $\Delta E_1 = E_2 - E_1$. В условии эта величина названа "энергией первого возбуждённого состояния".

Энергия, необходимая для перехода из основного во второе возбуждённое состояние, равна $\Delta E_2 = E_3 - E_1$.

По условию задачи, энергия фотона $E_{ф}$ составляет $1,5$ энергии первого возбуждённого состояния, то есть $E_{ф} = 1,5 \cdot \Delta E_1$. Также дано, что эта энергия меньше энергии второго возбуждённого состояния: $E_{ф} < \Delta E_2$.

Чтобы атом, находящийся в основном состоянии, поглотил фотон, энергия фотона должна совпадать с одной из возможных энергий перехода: $\Delta E_1$, $\Delta E_2$, $\Delta E_3$ и так далее.

Рассмотрим энергию предложенного фотона: $E_{ф} = 1,5 \cdot \Delta E_1$.

Эта энергия не равна $\Delta E_1$. По условию, она также не равна $\Delta E_2$ (поскольку $E_{ф} < \Delta E_2$). Так как уровни энергии возрастают ($\Delta E_1 < \Delta E_2 < \Delta E_3 < ...$), энергия фотона не может быть равна и $\Delta E_3$ или любой последующей.

Поскольку энергетические уровни атома дискретны, не существует такого разрешённого состояния, переход в которое из основного состояния потребовал бы энергии, равной $1,5 \cdot \Delta E_1$. Следовательно, атом не сможет поглотить такой фотон.

Ответ: Нет, не может. Атом может поглотить фотон только в том случае, если его энергия точно равна разности энергий между двумя разрешёнными стационарными состояниями. Энергия, равная 1,5 энергии первого возбуждённого состояния, не соответствует ни одному возможному энергетическому переходу.