高考物理一轮复习第十二章近代物理初步第1讲光电效应原子结构氢原子光谱学案08062.docx

1、高考物理一轮复习第十二章近代物理初步第1讲光电效应原子结构氢原子光谱学案080622021年高考物理一轮复习第十二章近代物理初步第1讲光电效应原子结构氢原子光谱学案202108062110微知识1 原子结构1电子的发觉汤姆孙发觉了电子，电子的发觉证明了原子是可分的。2原子核式结构(1)卢瑟福通过粒子散射实验，提出了原子的核式结构，实验装置如图所示。(2)实验结果显示，绝大多数粒子穿过金箔后仍沿原先的方向前进，少数粒子发生了较大的偏转，只有极少数粒子偏转角超过90甚至被弹回。(3)原子的核式结构模型：在原子中心有个专门小的核，叫做原子核，原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在核里，带负电的电子在

2、核外空间绕核转动。(4)原子直径的数量级约为1010 m，原子核直径的数量级约为1015 m。微知识2 玻尔的氢原子理论1能级：原子只能处于一系列不连续的能量状态中，具有确定能量的稳固状态称为定态，也称为能级，原子处于最低能级的状态叫做基态，其他的状态作激发态。2跃迁：当原子从某一能级(设能量为Em)跃迁到另一能级(设能量为En)时，会辐射或吸取一定频率的光子，光子的能量为E|EmEn|h(h叫做普朗克常量，h6.631034 Js)。3轨道：原子的不同能量状态对应于电子的不同运行轨道，由于原子的能量状态是不连续的，因此电子的轨道也是不连续的，即电子不能在任意半径的轨道上运动。4局限性：尽管它

3、能专门好地说明氢原子光谱，但与其他原子的光谱不符合。缘故在于它一方面引入了量子假设，另一方面又应用了经典理论运算电子轨道半径和能量，因此，玻尔理论在说明复杂的微观现象时遇到困难是必定的。微知识3 氢原子光谱1氢原子的能级公式En (其中基态能量E113.6 eV)2电子的半径公式rnn2r1(n1,2,3)(其中r10.531010 m)。3特点谱线不同原子的亮线位置不同，说明不同的原子的发光频率是不一样的，因此这些亮线称为原子的特点谱线。4光谱分析利用原子特点谱线来鉴别物质和确定物质的组成成分，这种方法称为光谱分析。微知识4 光电效应1定义在光的照耀下从物体发射出电子的现象(发射出的电子称为

4、光电子)。2产生条件入射光的频率大于极限频率。3光电效应规律(1)每种金属都有一个极限频率，入射光的频率必须大于那个极限频率才能产生光电效应。(2)光电子的最大初动能与入射光的强度无关，只随入射光频率的增大而增大。(3)光电效应的发生几乎是瞬时的，一样不超过109 s。(4)当入射光的频率大于极限频率时，光电流的强度与入射光的强度成正比。微知识5 光电效应方程1差不多物理量(1)光子的能量，h其中h6.631034 Js(称为普朗克常量)。(2)逸出功：使电子脱离某种金属所做功的最小值。(3)最大初动能发生光电效应时，金属表面上的电子吸取光子后克服原子核的引力逸出时所具有动能的最大值。2光电效

5、应方程爱因斯坦光电效应方程是依照能量守恒定律推导出来的，描述的是光电子的最大初动能Ek跟入射光子的能量h和逸出功W之间的关系：EkhW0。微知识6 波粒二象性1光电效应说明光具有粒子性，同时刻还具有波动性，即光具有波粒二象性。2大量光子运动的规律表现出光的波动性，单个光子的运动表现出光的粒子性。3光的波长越长，波动性越明显，越容易看到光的干涉和衍射现象。光波的频率越高，粒子性越明显，穿透本领越强。一、思维辨析(判定正误，正确的画“”，错误的画“”。)1光子和光电子差不多上实物粒子。()2光电效应说明光具有粒子性，光的波动性是错误的。()3光电子的最大初动能与入射光的频率成正比。()4粒子散射实

6、验说明了原子的正电荷和绝大部分质量集中在一个专门小的核上。()5氢原子由能量为En的定态向能量为Em低能级跃迁时，辐射出的光子能量hEnEm。()二、对点微练1(光电效应)(多选)光电效应实验中，下列表述正确的是()A光照时刻越长光电流越大B入射光足够强就能够有光电流C遏止电压与入射光的频率有关D入射光频率大于极限频率才能产生光电子解析本题考查光电效应规律，考查考生对光电效应规律的明白得。光电流的大小与光照时刻无关，A项错误；假如入射光的频率小于金属的极限频率，入射光再强也可不能发生光电效应，B项错误；遏止电压Uc，满足eUchhc，从表达式可知，遏止电压与入射光的频率有关，C项正确；只有当入

7、射光的频率大于极限频率，才会有光电子逸出，D项正确。答案CD2(粒子散射实验和原子核式结构)卢瑟福通过对粒子散射实验结果的分析，提出()A原子的核式结构模型B原子核内有中子存在C电子是原子的组成部分D原子核是由质子和中子构成的解析卢瑟福通过对粒子散射实验结果的分析否定了汤姆生“枣糕”式原子结构模型，提出了原子的核式结构模型，故A项正确；原子核内有中子存在是通过核反应发觉的，故B项错；电子是原子的组成部分，是通过汤姆生发觉电子而发觉的，故C项错；原子核是由质子和中子构成的，是通过核反应发觉的，故D项错。答案A3(玻尔的氢原子理论)若用E1表示氢原子基态时能量的绝对值，关于第n能级的能量为En，则

8、在下列各能量值中，哪个可能是氢原子从激发态向基态跃迁时辐射出的能量()A. B. E1C. E1D. 答案B4(波粒二象性)用专门弱的光做单缝衍射实验，改变曝光时刻，在胶片上显现的图像如图所示，该实验说明()A光的本质是波B光的本质是粒子C光的能量在胶片上分布不平均D光到达胶片上不同位置的概率相同解析用专门弱的光做单缝衍射实验，改变曝光时刻在胶片显现的图样，说明光有波粒二象性，故A、B项错误；说明光到达胶片上的不同位置的概率是不一样的，也就说明了光的能量在胶片上分布不平均，故C项正确，D项错误。答案C见学生用书P182微考点1光电效应核|心|微|讲1用光电管研究光电效应(1)常见电路图(2)光

9、电流与饱和电流入射光强度：指单位时刻内入射到金属表面单位面积上的能量，能够明白得为频率一定时，光强越大，单位时刻内照耀金属表面的光子数越多。光电流：指光电子在电路中形成的电流。光电流有最大值，未达到最大值往常，其大小和光强、电压都有关，达到最大值以后，光电流和光强度成正比。饱和电流：指在一定频率与强度的光照耀下的最大光电流，饱和电流不随电路中电压的增大而增大。(3)两条分析线索2光电效应的图象描述典|例|微|探【例1】(多选)在光电效应实验中，用频率为的光照耀光电管阴极，发生了光电效应。下列说法正确的是()A增大入射光的强度，光电流增大B减小入射光的强度，光电效应现象消逝C改用频率小于的光照耀

10、，一定不发生光电效应D改用频率大于的光照耀，光电子的最大初动能变大【解题导思】(1)光电效应发生的条件是什么？答：入射光的频率大于金属的极限频率。(2)什么缘故光照强度增大，光电流增大？答：光照强度增大，单位时刻内入射到金属表面的光子个数增加，单位时刻内发出的光电子的个数增加，则光电流增大。解析依照光电效应规律可知，增大入射光的强度，光电流增大，A项正确；减小入射光的强度，光电流减小，光电效应现象并不消逝，B项错误；改用小于的入射光照耀，假如入射光的频率仍旧大于光电管阴极材料的极限频率，仍能发生光电效应，C项错误；由爱因斯坦光电效应方程可知，增大入射光的频率，光电子的最大初动能增大，D项正确。

11、答案AD光电效应实验规律可明白得经历：放不放(光电子)，看频率(入射光频率大于金属极限频率)；放多少，看光强。最大初动能(光电子)，看频率(入射光)；要放瞬时放。题|组|微|练1入射光照耀到某金属表面上发生光电效应，若入射光的强度减弱，而频率保持不变，那么()A从光照至金属表面上到发射出光电子之间的时刻间隔将明显增加B逸出的光电子的最大初动能将减小C单位时刻内从金属表面逸出的光电子数目将减少D有可能不发生光电效应解析光电效应瞬时(不超过109 s)发生，与光强无关，A项错；能否发生光电效应，只决定于入射光的频率是否大于极限频率，与光强无关，D项错；光电子的最大初动能只与入射光频率有关，入射光频

12、率越大，最大初动能越大，B项错；光电子数目多少与入射光强度有关，光强减弱，单位时刻内逸出的光电子数目减少，C项对。答案C2已知钙和钾的截止频率分别为7.731014 Hz和5.441014 Hz，在某种单色光的照耀下两种金属均发生光电效应，比较它们表面逸出的具有最大初动能的光电子，则钙逸出的光电子具有较大的()A波长B频率C能量D动量解析金属的逸出功W0h0，依照爱因斯坦光电效应方程EkhW可知，从金属钾表面飞出的光电子的最大初动能比金属钙的大，金属钙表面飞出的光电子能量E小，因，因此从钙表面逸出的光电子具有较大的波长，选项A正确。答案A微考点2能级跃迁和光谱线核|心|微|讲1原子从低能级向高

13、能级跃迁：吸取一定能量的光子，当一个光子的能量满足hE末E初时，才能被某一个原子吸取，使原子从低能级E初向高能级E末跃迁，而当光子能量h大于或小于E末E初时都不能被原子吸取。2原子从高能级向低能级跃迁，以光子的形式向外辐射能量，所辐射的光子能量恰等于发生跃迁时的两能级间的能量差。3当光子能量大于或等于13.6 eV时，也能够被氢原子吸取，使氢原子电离；当氢原子吸取的光子能量大于13.6 eV，氢原子电离后，电子具有一定的初动能。一群氢原子处于量子数为n的激发态时，可能辐射出的光谱线条数为NC。4原子还可吸取外来实物粒子(例如自由电子)的能量而被激发。由于实物粒子的动能可全部或部分地被原子吸取，

14、因此只要入射粒子的能量大于或等于两能级的能量差值(EEmEn)，均可使原子发生能级跃迁。5跃迁时电子动能、原子势能与原子能量的变化当轨道半径减小时，库仑引力做正功，原子的电势能Ep减小，电子动能增大，原子能量减小。反之，轨道半径增大时，原子电势能增大，电子动能减小，原子能量增大。典|例|微|探【例2】(多选)氢原子能级如图所示，当氢原子从n3跃迁到n2的能级时，辐射光的波长为656 nm。以下判定正确的是()A氢原子从n2跃迁到n1的能级时，辐射光的波长大于656 nmB用波长为325 nm的光照耀，可使氢原子从n1跃迁到n2的能级C一群处于n3能级上的氢原子向低能级跃迁时最多产生3种谱线D用

15、波长为633 nm的光照耀，不能使氢原子从n2跃迁到n3的能级【解题导思】开释或吸取光子的能量与能级有何关系？答：开释或吸取光子的能量等于两定态之间的能量差。解析依照氢原子的能级图和能级跃迁规律，当氢原子从n2能级跃迁到n1的能级时，辐射光的波长一定小于656 nm，因此A项错误；依照发生跃迁只能吸取和辐射一定频率的光子，可知B项错误，D项正确；一群处于n3能级上的氢原子向低能级跃迁时能够产生3种频率的光子，因此C项正确。答案CD题|组|微|练3(多选)氢原子在某三个相邻能级之间跃迁时，可发出三种不同波长的光。已知其中的两个波长分别为1和2，且12，则另一个波长可能是()A12 B12C. D

16、. 解析设另一个波长可能是3，当123时，氢原子在三个相邻的能级之间发生跃迁，辐射光子的能量关系为，可得3，C项正确；当312或132时，同理可得，得3，D项正确。答案CD4依照玻尔原子结构理论，氦离子(He)的能级图如图所示。电子处在n3轨道上比处在n5轨道上离氦核的距离_(填“近”或“远”)。当大量He处在n4的激发态时，由于跃迁所发射的谱线有_条。解析能级越小的电子，离原子核越近；从n4的激发态跃迁时，发射的谱线条数为C6条。答案近6见学生用书P184光电效应方程及图象分析素能培养图象名称图线形状由图线直截了当(间接)得到的物理量最大初动能Ek与入射光频率的关系图线极限频率：图线与轴交点

17、的横坐标0逸出功：图线与Ek轴交点的纵坐标的绝对值W0|E|E普朗克常量：图线的斜率kh续表图象名称图线形状由图线直截了当(间接)得到的物理量颜色相同、强弱不同的光，光电流与电压的关系遏止电压Uc：图线与横轴的交点饱和光电流Im：电流的最大值最大初动能：EkmeUc续表图象名称图线形状由图线直截了当(间接)得到的物理量颜色不同时，光电流与电压的关系遏止电压Uc1、Uc2饱和光电流最大初动能Ek1eUc1、Ek2eUc2遏止电压Uc与入射光频率的关系图线截止频率0：图线与横轴的交点遏止电压Uc：随入射光频率的增大而增大普朗克常量h：等于图线的斜率与电子电荷量的乘积，即hke(注：现在两极之间接反

18、向电压)经典考题(多选)美国物理学家密立根利用图示的电路研究金属的遏止电压Uc与入射光频率的关系，描画出图乙中的图象，由此算出普朗克常量h，电子电量用e表示，下列说法正确的是()A入射光的频率增大，测遏止电压时，应使滑动变阻器的滑片P向M端移动B增大入射光的强度，光电子的最大初动能也增大C由Uc图象可知，这种金属截止频率为cD由Uc图象可求普朗克常量表达式为h解析入射光的频率增大，光电子的最大初动能增大，则遏止电压增大，测遏止电压时，应使滑动变阻器的滑片P向N端移动，故A项错误；依照光电效应方程EkmhW0知，光电子的最大初动能与入射光的强度无关，故B项错误；依照EkmhW0eUc，解得Uc，

19、图线的斜率k，则h，当遏止电压为零时，c，故C、D项正确。答案CD对法对题1(多选)如图所示是用光照耀某种金属时逸出的光电子的最大初动能随入射光频率的变化图线(直线与横轴的交点为4.27，与纵轴交点为0.5)。由图可知()A该金属的截止频率为4.271014 HzB该金属的截止频率为5.51014 HzC该图线的斜率表示普朗克常量D该金属的逸出功为0.5 eV解析由光电效应方程EkhW0可知，图中横轴的截距为该金属的截止频率，选项A正确，B错误；图线的斜率表示普朗克常量h，C项正确；该金属的逸出功W0hc6.6310344.271014 J1.77 eV或W0hEk6.6310345.5101

20、4 J0.5 eV1.78 eV，选项D错误。答案AC2研究光电效应的电路如图所示。用频率相同、强度不同的光分别照耀密封真空管的钠极板(阴极K)，钠极板发射出的光电子被阳极A吸取，在电路中形成光电流。下列光电流I与A、K之间的电压UAK的关系图象中，正确的是()解析由于光的频率相同，因此对应的反向遏止电压相同，选项A、B错误；发生光电效应时，在同样的加速电压下，光强度越大，逸出的光电子数目越多，形成的光电流越大，因此C项正确，D项错误。答案C见学生用书P1841下列描画两种温度下黑体辐射强度与波长关系的图中，符合黑体辐射实验规律的是()解析随着温度的升高，黑体辐射的强度与波长有如此的关系。一方

21、面，各种波长的辐射强度都有增加，另一方面，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动。由此规律可知应选A项。答案A2处于n3能级的大量氢原子，向低能级跃迁时，辐射光的频率有()A1种B2种C3种D4种解析氢原子能级跃迁辐射光的种类C3，故C项正确。答案C3(多选)现用某一光电管进行光电效应实验，当用某一频率的光入射时，有光电流产生。下列说法正确的是()A保持入射光的频率不变，入射光的光强变大，饱和光电流变大B入射光的频率变高，饱和光电流变大C入射光的频率变高，光电子的最大初动能变大D保持入射光的光强不变，不断减小入射光的频率，始终有光电流产生E遏止电压的大小与入射光的频率有关，与入射光的光强无关解析

22、依照光电效应规律，保持入射光的频率不变，入射光的光强变大，则饱和光电流变大，选项A正确；由爱因斯坦光电效应方程知，入射光的频率变高，产生的光电子最大初动能变大，而饱和光电流与入射光的频率和光强都有关，选项B错误，C正确；保持入射光的光强不变，不断减小入射光的频率，当入射光的频率小于极限频率时，就不能发生光电效应，没有光电流产生，选项D错误；遏止电压与产生的光电子的最大初动能有关，光电子的最大初动能与入射光的频率有关，与入射光的光强无关，选项E正确。答案ACE4(多选)在探究光电效应的实验中，用光照耀某种金属，测得该金属表面有光电子逸出的最大入射光波长为0。若用氢原子发出的光照耀该金属，已知氢原

23、子从能级3跃迁到能级2时发出的光可使该金属发生光电效应，但从能级4跃迁到能级3发出的光不能使该金属发生光电效应。已知氢原子能级如图所示，真空中的光速为c。则()A该金属的极限频率为B该金属的逸出功大于0.66 eVC当用氢原子从能级5跃迁到3发出的光照耀该金属时，该金属一定会发生光电效应D当用氢原子从其他能级跃迁到能级1发出的光照耀该金属时，该金属一定会发生光电效应E当用氢原子从能级5跃迁到2发出的光照耀该金属时，金属板逸出的光电子的最大动能一定等于0.97 eV解析用光照耀某种金属，测得该金属表面有光电子逸出的最大入射光波长为0。依照波长和频率的关系得：该金属的极限频率为，故A项正确；从能级

24、4跃迁到能级3发出的光不能使该金属发生光电效应。能级间跃迁辐射的光子能量等于两能级间的能级差，发生光电效应的条件是光子能量大于逸出功，因此该金属的逸出功大于从能级4跃迁到能级3发出的光子能量，即该金属的逸出功大于0.66 eV，故B项正确；若用氢原子发出的光照耀该金属，已知氢原子从能级3跃迁到能级2时发出的光可使该金属发生光电效应，即该金属的逸出功小于1.89 eV，因此当用氢原子从能级5跃迁到3发出的光照耀该金属时，该金属不一定会发生光电效应，故C项错误；当用氢原子从其他能级跃迁到能级1发出的光照耀该金属时，发出的光子能量等于或大于10.20 eV，因此该金属一定会发生光电效应，故D项正确；当用氢原子从能级5跃迁到2发出的光照耀该金属时，发出的光子能量等于2.86 eV，该金属的逸出功小于1.89 eV，因此金属板逸出的光电子的最大动能一定大于0.97 eV，故E错误。答案ABD