能级跃迁与氢原子光谱

把两个氢原子能级的能量差,换算成发射光子的波长。

先想一想:若电子从较高能级回到较低能级,为什么不是“随便放出一点光”,而只会出现几条特定的光谱线?在下方选一条跃迁,观察答案。

电子能待在指定的“台阶”上

横线表示允许的束缚能级。为清楚显示,纵向间距作了压缩,不按能量比例绘制;箭头只表示跃迁方向,能量差以标注和计算结果为准。

能量 ↑
n = ∞,电离限
ΔE光子 = 13.6 eV × (1/nf² − 1/ni²) λ ≈ 1240 / ΔE (nm)

选择起点和终点

终点必须低于起点,才是发射光子。

计算结果

释放的光子能量
1.89 eV
近似波长
656 nm
可见光 · 红光附近(颜色仅为示意)

从 n = 3 落到 n = 2 时,电子少掉的 1.89 eV 由一个光子带走。

电子的能量是连续变化的吗?

你可能会把箭头想成一条“连续下坡”。图的箭头只是帮助我们看清能量差,并不表示电子能稳定地停在两个能级之间。

关键点:对束缚在氢原子中的电子,允许的定态能量是离散的。一次跃迁的光子能量必须刚好等于两个允许能级的能量差,所以会产生特定谱线,而非任意波长的连续光。

哪种说法最准确?

电子从 n = 4 跃迁到 n = 2。请选择最符合本模型的一项: