ogarniam.edu.pl
Klasa
Zacznij naukę →Zacznij →

ogarniam.edu.pl · Fizyka · Atom i fotonklasa 3 LO · fiszki i quiz: ogarniam.edu.pl/lo/3/fizyka/foton-widma-i-poziomy-energii-atomu/

Fizyka · Atom i foton · kl. 3

Foton, widma i poziomy energii atomu

Światło raz zachowuje się jak fala, raz jak strumień „porcji” energii. Atomy wysyłają je tylko w ściśle określonych porcjach.

ok. 3 min czytania10 fiszek8 pytań w quizie🔊 Posłuchaj notatki

1Foton

  • Światło ma cechy fali (interferencja, dyfrakcja, polaryzacja) i strumienia fotonów – porcji energii. To dualizm korpuskularno-falowy.
  • Oznaczenia: E — energia fotonu [J lub eV]; h — stała Plancka, h = 6,63·10−⁠34 J·s; f — częstotliwość [Hz]; c — prędkość światła w próżni, c = 3,00·108 m/s; λ — długość fali [m].
Zapamiętaj

E = h · f = h · c przez λ. 1 eV = 1,60·10−⁠19 J.

  • Krótsza fala (większa f) – większa energia fotonu: foton nadfioletu ma większą energię niż foton światła czerwonego.

2Energia fotonu – przykład

  • Dane: λ = 500 nm = 5,00·10−⁠7 m.
  • Wzór: E = h · c przez λ.
  • Obliczenia: E = 6,63·10−⁠34 J·s · 3,00·108 m/s przez 5,00·10−⁠7 m ≈ 3,98·10−⁠19 J; 3,98·10−⁠19 J przez 1,60·10−⁠19 J/eV ≈ 2,49 eV.
  • Odpowiedź: E ≈ 4,0·10−⁠19 J ≈ 2,5 eV. Skrót: hc ≈ 1240 eV·nm, więc E ≈ 1240 przez 500 eV ≈ 2,5 eV.
Sprawdź, czy rozumiesz

Dualizm korpuskularno-falowy światła oznacza, że

3Widma

widmo ciągłe (np. żarówka)widmo emisyjne wodoruwidmo absorpcyjne wodoru400 nm500 nm600 nm700 nm
Widmo ciągłe, emisyjne (jasne linie) i absorpcyjne (ciemne linie w tych samych miejscach) wodoru
  • Widmo ciągłe (wszystkie barwy bez przerw) wysyła rozżarzone ciało stałe, np. włókno żarówki.
  • Widmo emisyjne rozrzedzonego, świecącego gazu (np. w lampie wyładowczej) jest liniowe: jasne linie na ciemnym tle.
  • Widmo absorpcyjne to ciemne linie na tle widma ciągłego: zimniejszy gaz pochłania te same długości fal, które sam emituje. Układ linii to „odcisk palca” pierwiastka.

4Poziomy energii atomu

  • Atom ma dyskretne poziomy energii: stan podstawowy (najniższy) i stany wzbudzone. Oznaczenia: Ek — energia poziomu wyższego, En — energia poziomu niższego [J lub eV].
Zapamiętaj

Przejście między poziomami: h · f = Ek − En. Przy emisji fotonu atom przechodzi na niższy poziom i jego energia maleje; przy absorpcji foton o dokładnie takiej energii przenosi atom na wyższy poziom.

0 (jonizacja)n = 3−1,51 eVn = 2−3,4 eVn = 1−13,6 eV656 nm (czerwień)122 nm (UV)strzałka w dół = emisja fotonu
Poziomy energii atomu wodoru i przejścia 3→2 (656 nm, czerwień) oraz 2→1 (122 nm, nadfiolet); strzałka w dół to emisja fotonu
  • Przykład. Wodór: E3 = −⁠1,51 eV, E2 = −⁠3,40 eV. Przejście 3 → 2: E = −⁠1,51 eV − (−⁠3,40 eV) = 1,89 eV; λ ≈ 1240 eV·nm przez 1,89 eV ≈ 656 nm (czerwona linia wodoru). Przejście 2 → 1 (E1 = −⁠13,6 eV): 10,2 eV, λ ≈ 122 nm (nadfiolet).
Uwaga na błąd

„atom może mieć dowolną energię”

Ma tylko określone poziomy, dlatego emituje i pochłania światło tylko o określonych długościach fali (linie).

Sprawdź, czy rozumiesz

Widmo emisyjne rozrzedzonego, świecącego gazu jest

✎Ściąga: Foton, widma i poziomy energii atomu

Najważniejsze w pigułce – przeczytaj tuż przed kartkówką lub sprawdzianem.

  • E = h · f = h · c przez λ. 1 eV = 1,60·10−⁠19 J.
  • Przejście między poziomami: h · f = Ek − En. Przy emisji fotonu atom przechodzi na niższy poziom i jego energia maleje; przy absorpcji foton o dokładnie takiej energii przenosi atom na wyższy poziom.
  • Oznaczenia: E — energia fotonu [J lub eV]; h — stała Plancka, h = 6,63·10−⁠34 J·s; f — częstotliwość [Hz]; c — prędkość światła w próżni, c = 3,00·108 m/s; λ — długość fali [m].
  • Dane: λ = 500 nm = 5,00·10−⁠7 m.
  • Wzór: E = h · c przez λ.
  • Obliczenia: E = 6,63·10−⁠34 J·s · 3,00·108 m/s przez 5,00·10−⁠7 m ≈ 3,98·10−⁠19 J; 3,98·10−⁠19 J przez 1,60·10−⁠19 J/eV ≈ 2,49 eV.
  • Odpowiedź: E ≈ 4,0·10−⁠19 J ≈ 2,5 eV. Skrót: hc ≈ 1240 eV·nm, więc E ≈ 1240 przez 500 eV ≈ 2,5 eV.
  • Widmo ciągłe (wszystkie barwy bez przerw) wysyła rozżarzone ciało stałe, np. włókno żarówki.

?Quiz: powtórz przed kartkówką

8 pytań w stylu kartkówki i sprawdzianu. Odpowiedz w myślach, potem sprawdź odpowiedź. Rozwiąż quiz z wynikiem – każda odpowiedź ma wyjaśnienie.

  1. Energia fotonu o częstotliwości f wynosi

    1. Ah/f
    2. Bh·f²
    3. Ch·f
    4. Df/h
    Sprawdź odpowiedź

    Odpowiedź C: h·f – E = hf, gdzie h to stała Plancka.

  2. Foton światła o λ = 500 nm ma energię około

    1. A1,3·10−⁠48 J
    2. B4,0·10−⁠28 J
    3. C6,6·10−⁠34 J
    4. D4,0·10−⁠19 J
    Sprawdź odpowiedź

    Odpowiedź D: 4,0·10−⁠19 J – E = hc/λ = 6,63·10−⁠34 · 3,00·108/(5,00·10−⁠7) J ≈ 3,98·10−⁠19 J; 4,0·10−⁠28 J wychodzi, gdy λ wstawi się w nanometrach.

  3. Ile dżuli to 1 eV?

    1. A1,60·10−⁠19 J
    2. B1,60·1019 J
    3. C6,63·10−⁠34 J
    4. D3,00·108 J
    Sprawdź odpowiedź

    Odpowiedź A: 1,60·10−⁠19 J – 1 eV to energia, którą zyskuje elektron przyspieszony napięciem 1 V: 1,60·10−⁠19 C · 1 V.

  4. Który foton ma największą energię?

    1. Anadfioletu
    2. Bświatła czerwonego
    3. Cfali radiowej
    4. Dpodczerwieni
    Sprawdź odpowiedź

    Odpowiedź A: nadfioletu – E = hc/λ, a z wymienionych najkrótszą falę ma nadfiolet.

  5. Widmo emisyjne rozrzedzonego, świecącego gazu jest

    1. Aciemnymi liniami na tle widma ciągłego
    2. Bliniowe – jasne linie na ciemnym tle
    3. Cjednobarwne bez linii
    4. Dciągłe
    Sprawdź odpowiedź

    Odpowiedź B: liniowe – jasne linie na ciemnym tle – Gaz emituje tylko fotony o energiach równych różnicom poziomów.

  6. Widmo absorpcyjne gazu to

    1. Awidmo ciągłe bez przerw
    2. Bciemne linie na tle widma ciągłego
    3. Cjedna jasna linia
    4. Djasne linie na ciemnym tle
    Sprawdź odpowiedź

    Odpowiedź B: ciemne linie na tle widma ciągłego – Gaz pochłania fotony o energiach równych różnicom poziomów, więc tych długości fal brakuje.

  7. Atom wodoru przechodzi z poziomu −⁠1,51 eV na poziom −⁠3,40 eV. Emitowany foton ma energię

    1. A1,89 eV
    2. B4,91 eV
    3. C13,6 eV
    4. D3,40 eV
    Sprawdź odpowiedź

    Odpowiedź A: 1,89 eV – E = −⁠1,51 − (−⁠3,40) = 1,89 eV; 4,91 eV to błąd dodania wartości bezwzględnych.

  8. Dualizm korpuskularno-falowy światła oznacza, że

    1. Aświatło jest tylko strumieniem cząstek
    2. Bświatło ma cechy fali i strumienia fotonów
    3. Cświatło nie przenosi energii
    4. Dświatło jest tylko falą
    Sprawdź odpowiedź

    Odpowiedź B: światło ma cechy fali i strumienia fotonów – Interferencja świadczy o falowej naturze światła, a zjawisko fotoelektryczne – o fotonowej.

Cały dział „Atom i foton”: ściąga i próbny sprawdzian →

Kartkówka albo sprawdzian już blisko?

Rozwiąż quiz z wynikiem i powtórz materiał na fiszkach. Każda odpowiedź ma wyjaśnienie, a postęp zapisuje się bez zakładania konta.

Więcej: Fizyka, klasa 3

Ładunek elektryczny i pole elektryczneKondensator – magazyn energii polaPrawo CoulombaNatężenie pola elektrycznegoEnergia potencjalna, potencjał i napięciePrzewodnik w polu i kondensator płaskiNatężenie, napięcie i prawo OhmaOpór przewodnika i charakterystyki I(U)I prawo Kirchhoffa i napięcia ogniwOpór zastępczy i II prawo KirchhoffaSEM i opór wewnętrzny ogniwaMoc, energia i dane znamionoweCiepło Joule’a–LenzaDioda i instalacja domowaMagnesy i linie pola magnetycznegoIndukcja magnetycznaSiła magnetyczna na ładunek i przewodnik z prądemSiła Lorentza i siła elektrodynamicznaTor cząstki, silnik i przewody równoległeFerromagnetyki i pole magnetyczne ZiemiIndukcja elektromagnetyczna i prądnicaStrumień, SEM indukcji i reguła LenzaPrąd przemiennyWartości skuteczne napięcia i natężeniaTransformator i przesył energiiFale elektromagnetyczne i widmoNatężenie faliDyfrakcja i interferencja na szczelinachSiatka dyfrakcyjnaEfekt Dopplera – wzórZałamanie światła i kąt granicznySoczewki cienkie i obrazyPolaryzacja, prawo Malusa i laserZjawisko fotoelektryczne i jonizacjaIzotopy i promieniowanie jądroweCzas połowicznego rozpaduDeficyt masy i energia wiązaniaRozszczepienie, synteza i energia gwiazdPromieniowanie jonizujące a organizmFizyka współczesna – treści fakultatywneDoświadczenia z klasy III i opis wynikuDoświadczenia R, model i uzasadnienieRuch harmoniczny – wychylenie, prędkość, przyspieszenieSprężyna, wahadło, energia i rezonansBilans cieplny i przemiany fazoweGaz doskonały – równanie Clapeyrona i przemianyModel kinetyczny gazu i ciepło moloweSilniki cieplne i II zasada termodynamiki