Страница 119 - гдз по физике 9 класс сборник вопросов и задач Марон, Марон

794. На рисунке 174 изображена упрощенная диаграмма энергетических уровней атома. Нумерованными стрелками отмечены некоторые возможные переходы атома между этими уровнями. Установите соответствие между процессами поглощения света наибольшей длины волны и испускания света наибольшей длины волны и стрелками, указывающими энергетические переходы атома.

К каждой позиции первого столбца подберите соответствующую позицию из второго столбца и запишите в таблицу выбранные цифры под соответствующими буквами.

Рис. 174

ПРОЦЕСС

А) поглощение света наибольшей длины волны

Б) излучение света наибольшей длины волны

ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ПЕРЕХОД

1) 1 2) 2 3) 3 4) 4

Решение

Энергия фотона $E_{ф}$, который поглощается или излучается атомом при переходе между двумя энергетическими уровнями, определяется разностью энергий этих уровней $\Delta E$: $E_{ф} = |\Delta E|$.

В свою очередь, энергия фотона связана с длиной волны света $\lambda$ формулой:

$E_{ф} = \frac{hc}{\lambda}$

где $h$ — постоянная Планка, а $c$ — скорость света. Из этой формулы видно, что энергия фотона и длина волны обратно пропорциональны. Это означает, что наибольшей длине волны соответствует наименьшая энергия фотона, и, следовательно, наименьшая разница между энергетическими уровнями, между которыми происходит переход.

А) поглощение света наибольшей длины волны

Поглощение света — это процесс, при котором атом переходит на более высокий энергетический уровень. На диаграмме этому соответствуют переходы, обозначенные стрелками вверх, — это переходы 1 и 2.

Наибольшая длина волны поглощаемого света соответствует переходу с наименьшей разностью энергий. Сравним разности энергий для переходов 1 и 2:

Для перехода 1: $\Delta E_1 = E_4 - E_3$.

Для перехода 2: $\Delta E_2 = E_4 - E_2$.

Как видно из рисунка, энергетический зазор между уровнями $E_3$ и $E_4$ меньше, чем между уровнями $E_2$ и $E_4$. Следовательно, $\Delta E_1 < \Delta E_2$. Таким образом, поглощению света с наибольшей длиной волны соответствует переход 1.

Ответ: 1

Б) излучение света наибольшей длины волны

Излучение света — это процесс, при котором атом переходит на более низкий энергетический уровень. На диаграмме этому соответствуют переходы, обозначенные стрелками вниз, — это переходы 3 и 4.

Наибольшая длина волны излучаемого света соответствует переходу с наименьшей разностью энергий. Сравним разности энергий для переходов 3 и 4:

Для перехода 3: $\Delta E_3 = E_2 - E_0$.

Для перехода 4: $\Delta E_4 = E_1 - E_0$.

Как видно из рисунка, уровень энергии $E_1$ расположен ниже уровня $E_2$, поэтому разность энергий $\Delta E_4$ меньше, чем $\Delta E_3$. Следовательно, излучению света с наибольшей длиной волны соответствует переход 4.

Ответ: 4

795. Атом переходит из основного состояния в возбуждённое. Излучает или поглощает он при этом энергию?

Решение

В соответствии с квантовой теорией, электроны в атоме могут находиться только на определённых энергетических уровнях. Состояние с наименьшей возможной энергией называется основным состоянием. Любое состояние с большей энергией называется возбуждённым состоянием.

Пусть энергия атома в основном состоянии равна $E_1$, а в возбуждённом состоянии — $E_2$. По определению, $E_2 > E_1$.

Для того чтобы атом перешел из состояния с меньшей энергией $E_1$ в состояние с большей энергией $E_2$, он должен получить извне энергию, равную разности энергий этих состояний: $\Delta E = E_2 - E_1$. Этот процесс называется поглощением. Атом может поглотить, например, фотон с энергией $h\nu = E_2 - E_1$, где $h$ — постоянная Планка, а $\nu$ — частота фотона.

Противоположный процесс — излучение — происходит, когда атом самопроизвольно переходит из возбуждённого состояния с энергией $E_2$ в состояние с меньшей энергией $E_1$, испуская при этом квант энергии (фотон).

Таким образом, для перехода из основного (низкоэнергетического) состояния в возбуждённое (высокоэнергетическое) атому необходимо затратить энергию, то есть поглотить её.

Ответ: При переходе из основного состояния в возбуждённое атом поглощает энергию.