РУҚА
22

Решение: Частоты линий водорода

ЕГЭ · Физика · Задание 22 · Квантовая и ядерная физика
ПовышеннаяФИПИBF110AРазвёрнутое решение≈ 5 минутРазбор в 4 шага
Условие

Значения энергии электрона в атоме водорода задаются формулой $E_n = -\dfrac{13{,}6\ \text{эВ}}{n^2}$, где $n = 1, 2, 3, \ldots$. При переходах с верхних уровней энергии на нижние атом излучает фотон. Переходы с верхних уровней на уровень с $n = 1$ образуют серию Лаймана; на уровень с $n = 2$ — серию Бальмера; на уровень с $n = 3$ — серию Пашена и т. д. Найдите отношение $\beta$ минимальной частоты фотона в серии Лаймана к максимальной частоте фотона в серии Бальмера.

Открыть задачу и решить самому
Дальше ответЕсли ещё решаете — начните с подсказок: они ведут к ответу, но не выдают его.
К подсказкам

Решение по шагам

4 шага
1

Частота фотона пропорциональна энергии фотона, поэтому отношение частот равно отношению разностей энергий соответствующих уровней:

$$\nu = \dfrac{\Delta E}{h}, \qquad \beta = \dfrac{\nu_{\text{Л,min}}}{\nu_{\text{Б,max}}} = \dfrac{\Delta E_{\text{Л,min}}}{\Delta E_{\text{Б,max}}}$$
2

Минимальной частоте в серии Лаймана соответствует переход с уровня $n = 2$ на уровень $n = 1$, так как это переход между ближайшими уровнями серии.

$$\Delta E_{\text{Л,min}} = E_2 - E_1 = -\dfrac{13{,}6}{2^2} - (-13{,}6) = 10{,}2\ \text{эВ}$$
3

Максимальной частоте в серии Бальмера соответствует переход с бесконечно удалённого уровня $n \to \infty$ на уровень $n = 2$. При $n \to \infty$ энергия электрона стремится к нулю.

$$\Delta E_{\text{Б,max}} = E_{\infty} - E_2 = 0 - \left(-\dfrac{13{,}6}{2^2}\right) = 3{,}4\ \text{эВ}$$

Находим искомое отношение частот.

$$\beta = \dfrac{10{,}2}{3{,}4} = 3$$
Ответ

β = 3

Этот ответ получен в разборе, но не сверен с официальным ключом из банка — проверьте выкладки, прежде чем заучивать результат.

Где здесь ошибаются

Выбирают переход с уровня $n = 1$ на уровень $n = 2$, хотя при излучении электрон переходит с верхнего уровня на нижний.

Путают минимальную частоту серии Лаймана с её максимальной частотой.

Для максимальной частоты серии Бальмера не используют предел $n \to \infty$.

Сравнивают энергии уровней без учёта того, что энергия фотона равна разности энергий уровней.

Закрепить приёмВ теме «Квантовая и ядерная физика» ещё 281 задача — с ответом и таким же разбором.
Тренироваться

Как решать задание 22 ЕГЭ, физика

Разбор этой задачи разложен на 4 шага: видно, откуда берётся каждое число и где теряется балл. Ответ приведён рядом с выкладками, а не вместо них.

Задача из темы «Квантовая и ядерная физика»: в ней 282 задачи, и у каждой есть такой же разбор. Регистрация не нужна.