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基态氢原子对能量的吸收
侯继淦
（山西省交城中学 030500 ）
氢原子处于基态时最稳定，当吸收了光子或被电子（或其它原子）碰撞后，从基态向较高能级跃迁遵循什么规律呢？
教材中明确说明，对光子的吸收遵循下式：
E1表示基态的能量，En表示较高能级的能量，ν表示吸收光子的频率，h表示普朗克常量。由上式可知，对光子的吸收是有选择的。
当处于基态的氢原子被电子（或其它原子）碰撞后，电子（或其它原子）的能量满足什么条件，能使基态的氢原子向较高能级跃迁。教材中对这种情况没有说明，我这里用力学中的方法对此过程作出解释，与大家共勉。
设电子（或其它原子）的质量为m，基态的氢原子的质量为M，电子（或其它原子）以v0的初速度与静止的基态的氢原子碰撞，遵循动量守恒定律：
（1）
v1、v2分别为电子（或其它原子）和基态的氢原子碰撞后的速度。
基态的氢原子跃迁需吸收能量为：
根据能量守恒定律：
（2）
由（1）、（2）两式得：
由于v2一定有解，判别式：
≥0
即： ≥
则电子（或其它原子）的动能满足如下条件，能使基态的氢原子向较高能级跃迁：
≥
即：Ek≥ （3）
例如：按照氢原子的能级图，可以确定：
A、用波长为600nm的光照射，可使基态的氢原子电离
B、用能量为10.2eV的光子入射，可以激发处于基态的氢原子
C、用能量为12.5eV的光子入射，可以激发处于基态的氢原子
D、用能量为11.0eV的外来电子碰撞，可以激发处于基态的氢原子
思路分析：使基态的氢原子电离所需能量 ≥0-E1=13.6eV=2.2×10-18J。光子的能量为： ＜2.2×10-18J，故A选项错误； E1+10.2eV=-13.6eV+10.2eV=-3.4eV=E2，则可以激发处于基态的氢原子跃迁到E2激发态，选项B正确；E1+12.5eV=-13.6eV+12.5eV=-1.1eV，没有这样的能级，则不能产生跃迁，选项C错误；用能量为11.0eV的外来电子碰撞处于基态的氢原子，可由前面（3）式得：（因电子的质量m远远小于基态的氢原子质量M）
＞ ，所以可以激发处于基态的氢原子跃迁到E2激发态，则选项D正确。
又例如：处于基态的氢原子，能够从相互碰撞中或从入射光子中吸收一定的能量，由基态跃迁到激发态。已知氢原子从基态跃迁到某一激发态需要吸收的能量为10.2eV，如果静止的氢原子受其它运动的氢原子的碰撞跃迁到该激发态，则运动的氢原子具有的动能为：
A、一定等于10.2eV B、一定大于10.2eV，且大得足够多
C、只要大于10.2eV就可以 D、一定等于10.2eV的整数倍
思路分析：这是运动的氢原子与静止的氢原子的碰撞，氢原子从基态跃迁到某一激发态需要吸收的能量ΔE =10.2eV，由前面（3）式得：运动的氢原子具有的动能满足：Ek≥ 则只有选项B正确。
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