Номер 3, страница 78 - гдз по физике 9 класс самостоятельные и контрольные работы Марон, Марон

Глава 4. Строение атома и атомного ядра. Использование энергии атомных ядер. Самостоятельные работы. СР-57. Поглощение и испускание света атомами. Происхождение линейчатых спектров. Вариант 2 - номер 3, страница 78.

Условие.

3. Что происходит при поглощении фотона атомом?

Решение.

При поглощении фотона атомом происходит переход атома из одного квантового состояния в другое, с большей энергией. Этот процесс подчиняется строгим правилам, вытекающим из квантовой механики.

1. Квантование энергии в атоме. Электроны в атоме не могут обладать произвольной энергией. Они могут находиться только на определённых энергетических уровнях. Состояние с наименьшей возможной энергией называется основным состоянием. Все состояния с более высокой энергией называются возбуждёнными состояниями.

2. Условие поглощения. Фотон, являясь квантом электромагнитного излучения, несёт энергию $E_{фотона} = h\nu$, где $\text{h}$ — постоянная Планка, а $\nu$ — частота излучения. Атом может поглотить фотон только в том случае, если его энергия в точности равна разности энергий между двумя разрешёнными уровнями в атоме. Если электрон находится на начальном уровне $E_n$ и существует свободный (незанятый) более высокий уровень $E_m$, то поглощение возможно при выполнении условия:
$E_{фотона} = E_m - E_n = \Delta E$
Если энергия фотона не соответствует этому условию, поглощения не происходит, и атом является "прозрачным" для данного фотона.

3. Переход в возбуждённое состояние. Поглотив фотон, один из электронов атома перескакивает с нижнего энергетического уровня на более высокий. В результате атом переходит в возбуждённое состояние. Это состояние нестабильно, и атом находится в нём очень короткое время (обычно порядка $10^{-8}$ секунды).

4. Возврат в основное состояние. Спустя короткое время возбуждённый атом самопроизвольно возвращается в более стабильное состояние с меньшей энергией. Этот переход сопровождается испусканием нового фотона (или нескольких фотонов, если переход происходит каскадно, через промежуточные уровни). Энергия испущенного фотона равна разности энергий уровней, между которыми произошёл обратный переход электрона.

5. Ионизация. Если энергия поглощаемого фотона достаточно велика — больше или равна энергии, необходимой для полного отрыва электрона от атома (энергии ионизации), — то электрон покидает атом. Этот процесс называется ионизацией, а атом превращается в положительно заряженный ион. Избыток энергии фотона при этом переходит в кинетическую энергию вылетевшего электрона.

Ответ: При поглощении фотона атомом электрон переходит с более низкого энергетического уровня на более высокий, в результате чего атом оказывается в возбуждённом состоянии. Это происходит только при условии, что энергия фотона строго равна разнице энергий этих уровней. Если энергия фотона превышает энергию ионизации, происходит отрыв электрона от атома (ионизация).