第1講　光電效應(yīng)　原子結(jié)構(gòu)　氫原子光譜 講義

1、.第1講光電效應(yīng)原子構(gòu)造氫原子光譜見學(xué)生用書P181微知識1 原子構(gòu)造1電子的發(fā)現(xiàn)湯姆孫發(fā)現(xiàn)了電子，電子的發(fā)現(xiàn)證明了原子是可分的。2原子核式構(gòu)造1盧瑟福通過粒子散射實驗，提出了原子的核式構(gòu)造，實驗裝置如下圖。2實驗結(jié)果顯示，絕大多數(shù)粒子穿過金箔后仍沿原來的方向前進(jìn)，少數(shù)粒子發(fā)生了較大的偏轉(zhuǎn)，只有極少數(shù)粒子偏轉(zhuǎn)角超過90°甚至被彈回。3原子的核式構(gòu)造模型：在原子中心有個很小的核，叫做原子核，原子的全部正電荷和幾乎全部質(zhì)量都集中在核里，帶負(fù)電的電子在核外空間繞核轉(zhuǎn)動。4原子直徑的數(shù)量級約為1010 m，原子核直徑的數(shù)量級約為1015 m。微知識2 玻爾的氫原子理論1能級：原子只能處于一系

2、列不連續(xù)的能量狀態(tài)中，具有確定能量的穩(wěn)定狀態(tài)稱為定態(tài)，也稱為能級，原子處于最低能級的狀態(tài)叫做基態(tài)，其他的狀態(tài)作激發(fā)態(tài)。2躍遷：當(dāng)原子從某一能級設(shè)能量為Em躍遷到另一能級設(shè)能量為En時，會輻射或吸收一定頻率的光子，光子的能量為E|EmEn|hh叫做普朗克常量，h6.63×1034 J·s。3軌道：原子的不同能量狀態(tài)對應(yīng)于電子的不同運(yùn)行軌道，由于原子的能量狀態(tài)是不連續(xù)的，因此電子的軌道也是不連續(xù)的，即電子不能在任意半徑的軌道上運(yùn)動。4局限性：雖然它能很好地解釋氫原子光譜，但與其他原子的光譜不符合。原因在于它一方面引入了量子假設(shè)，另一方面又應(yīng)用了經(jīng)典理論計算電子軌道半徑和能量，因

3、此，玻爾理論在解釋復(fù)雜的微觀現(xiàn)象時遇到困難是必然的。微知識3 氫原子光譜1氫原子的能級公式En其中基態(tài)能量E113.6 eV2電子的半徑公式rnn2r1n1,2,3其中r10.53×1010 m。3特征譜線不同原子的亮線位置不同，說明不同的原子的發(fā)光頻率是不一樣的，因此這些亮線稱為原子的特征譜線。4光譜分析利用原子特征譜線來鑒別物質(zhì)和確定物質(zhì)的組成成分，這種方法稱為光譜分析。微知識4 光電效應(yīng)1定義在光的照射下從物體發(fā)射出電子的現(xiàn)象發(fā)射出的電子稱為光電子。2產(chǎn)生條件入射光的頻率大于極限頻率。3光電效應(yīng)規(guī)律1每種金屬都有一個極限頻率，入射光的頻率必須大于這個極限頻率才能產(chǎn)生光電效應(yīng)。2

4、光電子的最大初動能與入射光的強(qiáng)度無關(guān)，只隨入射光頻率的增大而增大。3光電效應(yīng)的發(fā)生幾乎是瞬時的，一般不超過109 s。4當(dāng)入射光的頻率大于極限頻率時，光電流的強(qiáng)度與入射光的強(qiáng)度成正比。微知識5 光電效應(yīng)方程1根本物理量1光子的能量，h其中h6.63×1034 J·s稱為普朗克常量。2逸出功：使電子脫離某種金屬所做功的最小值。3最大初動能發(fā)生光電效應(yīng)時，金屬外表上的電子吸收光子后抑制原子核的引力逸出時所具有動能的最大值。2光電效應(yīng)方程愛因斯坦光電效應(yīng)方程是根據(jù)能量守恒定律推導(dǎo)出來的，描繪的是光電子的最大初動能Ek跟入射光子的能量h和逸出功W之間的關(guān)系：EkhW0。微知識6 波

5、粒二象性1光電效應(yīng)說明光具有粒子性，同光陰還具有波動性，即光具有波粒二象性。2大量光子運(yùn)動的規(guī)律表現(xiàn)出光的波動性，單個光子的運(yùn)動表現(xiàn)出光的粒子性。3光的波長越長，波動性越明顯，越容易看到光的干預(yù)和衍射現(xiàn)象。光波的頻率越高，粒子性越明顯，穿透本領(lǐng)越強(qiáng)。一、思維辨析判斷正誤，正確的畫“，錯誤的畫“×。1光子和光電子都是實物粒子。×2光電效應(yīng)說明光具有粒子性，光的波動性是錯誤的。×3光電子的最大初動能與入射光的頻率成正比。×4粒子散射實驗說明了原子的正電荷和絕大部分質(zhì)量集中在一個很小的核上。5氫原子由能量為En的定態(tài)向能量為Em低能級躍遷時，輻射出的光子能量h

6、EnEm。二、對點(diǎn)微練1光電效應(yīng)多項選擇光電效應(yīng)實驗中，以下表述正確的選項是A光照時間越長光電流越大B入射光足夠強(qiáng)就可以有光電流C遏止電壓與入射光的頻率有關(guān)D入射光頻率大于極限頻率才能產(chǎn)生光電子解析此題考察光電效應(yīng)規(guī)律，考察考生對光電效應(yīng)規(guī)律的理解。光電流的大小與光照時間無關(guān)，A項錯誤；假如入射光的頻率小于金屬的極限頻率，入射光再強(qiáng)也不會發(fā)生光電效應(yīng)，B項錯誤；遏止電壓Uc，滿足eUchhc，從表達(dá)式可知，遏止電壓與入射光的頻率有關(guān)，C項正確；只有當(dāng)入射光的頻率大于極限頻率，才會有光電子逸出，D項正確。答案CD2粒子散射實驗和原子核式構(gòu)造盧瑟福通過對粒子散射實驗結(jié)果的分析，提出A原子的核式構(gòu)造

7、模型B原子核內(nèi)有中子存在C電子是原子的組成部分D原子核是由質(zhì)子和中子構(gòu)成的解析盧瑟福通過對粒子散射實驗結(jié)果的分析否認(rèn)了湯姆生“棗糕式原子構(gòu)造模型，提出了原子的核式構(gòu)造模型，故A項正確；原子核內(nèi)有中子存在是通過核反響發(fā)現(xiàn)的，故B項錯；電子是原子的組成部分，是通過湯姆生發(fā)現(xiàn)電子而發(fā)現(xiàn)的，故C項錯；原子核是由質(zhì)子和中子構(gòu)成的，是通過核反響發(fā)現(xiàn)的，故D項錯。答案A3玻爾的氫原子理論假設(shè)用E1表示氫原子基態(tài)時能量的絕對值，對于第n能級的能量為En，那么在以下各能量值中，哪個可能是氫原子從激發(fā)態(tài)向基態(tài)躍遷時輻射出的能量A.B.E1C.E1D.答案B4波粒二象性用很弱的光做單縫衍射實驗，改變曝光時間，在膠片

8、上出現(xiàn)的圖像如下圖，該實驗說明A光的本質(zhì)是波B光的本質(zhì)是粒子C光的能量在膠片上分布不均勻D光到達(dá)膠片上不同位置的概率一樣解析用很弱的光做單縫衍射實驗，改變曝光時間在膠片出現(xiàn)的圖樣，說明光有波粒二象性，故A、B項錯誤；說明光到達(dá)膠片上的不同位置的概率是不一樣的，也就說明了光的能量在膠片上分布不均勻，故C項正確，D項錯誤。答案C見學(xué)生用書P182微考點(diǎn)1光電效應(yīng)核|心|微|講1用光電管研究光電效應(yīng)1常見電路圖2光電流與飽和電流入射光強(qiáng)度：指單位時間內(nèi)入射到金屬外表單位面積上的能量，可以理解為頻率一定時，光強(qiáng)越大，單位時間內(nèi)照射金屬外表的光子數(shù)越多。光電流：指光電子在電路中形成的電流。光電流有最大值

9、，未到達(dá)最大值以前，其大小和光強(qiáng)、電壓都有關(guān)，到達(dá)最大值以后，光電流和光強(qiáng)度成正比。飽和電流：指在一定頻率與強(qiáng)度的光照射下的最大光電流，飽和電流不隨電路中電壓的增大而增大。3兩條分析線索2光電效應(yīng)的圖象描繪典|例|微|探【例1】多項選擇在光電效應(yīng)實驗中，用頻率為的光照射光電管陰極，發(fā)生了光電效應(yīng)。以下說法正確的選項是A增大入射光的強(qiáng)度，光電流增大B減小入射光的強(qiáng)度，光電效應(yīng)現(xiàn)象消失C改用頻率小于的光照射，一定不發(fā)生光電效應(yīng)D改用頻率大于的光照射，光電子的最大初動能變大【解題導(dǎo)思】1光電效應(yīng)發(fā)生的條件是什么？答：入射光的頻率大于金屬的極限頻率。2為什么光照強(qiáng)度增大，光電流增大？答：光照強(qiáng)度增大，

10、單位時間內(nèi)入射到金屬外表的光子個數(shù)增加，單位時間內(nèi)發(fā)出的光電子的個數(shù)增加，那么光電流增大。解析根據(jù)光電效應(yīng)規(guī)律可知，增大入射光的強(qiáng)度，光電流增大，A項正確；減小入射光的強(qiáng)度，光電流減小，光電效應(yīng)現(xiàn)象并不消失，B項錯誤；改用小于的入射光照射，假如入射光的頻率仍然大于光電管陰極材料的極限頻率，仍能發(fā)生光電效應(yīng)，C項錯誤；由愛因斯坦光電效應(yīng)方程可知，增大入射光的頻率，光電子的最大初動能增大，D項正確。答案AD光電效應(yīng)實驗規(guī)律可理解記憶：放不放光電子，看頻率入射光頻率大于金屬極限頻率；放多少，看光強(qiáng)。最大初動能光電子，看頻率入射光；要放瞬時放。題|組|微|練1入射光照射到某金屬外表上發(fā)生光電效應(yīng)，假設(shè)

11、入射光的強(qiáng)度減弱，而頻率保持不變，那么A從光照至金屬外表上到發(fā)射出光電子之間的時間間隔將明顯增加B逸出的光電子的最大初動能將減小C單位時間內(nèi)從金屬外表逸出的光電子數(shù)目將減少D有可能不發(fā)生光電效應(yīng)解析光電效應(yīng)瞬時不超過109 s發(fā)生，與光強(qiáng)無關(guān)，A項錯；能否發(fā)生光電效應(yīng)，只決定于入射光的頻率是否大于極限頻率，與光強(qiáng)無關(guān)，D項錯；光電子的最大初動能只與入射光頻率有關(guān)，入射光頻率越大，最大初動能越大，B項錯；光電子數(shù)目多少與入射光強(qiáng)度有關(guān)，光強(qiáng)減弱，單位時間內(nèi)逸出的光電子數(shù)目減少，C項對。答案C2鈣和鉀的截止頻率分別為7.73×1014 Hz和5.44×1014 Hz，在某種單色

12、光的照射下兩種金屬均發(fā)生光電效應(yīng)，比較它們外表逸出的具有最大初動能的光電子，那么鈣逸出的光電子具有較大的A波長B頻率C能量D動量解析金屬的逸出功W0h0，根據(jù)愛因斯坦光電效應(yīng)方程EkhW可知，從金屬鉀外表飛出的光電子的最大初動能比金屬鈣的大，金屬鈣外表飛出的光電子能量E小，因，所以從鈣外表逸出的光電子具有較大的波長，選項A正確。答案A微考點(diǎn)2能級躍遷和光譜線核|心|微|講1原子從低能級向高能級躍遷：吸收一定能量的光子，當(dāng)一個光子的能量滿足hE末E初時，才能被某一個原子吸收，使原子從低能級E初向高能級E末躍遷，而當(dāng)光子能量h大于或小于E末E初時都不能被原子吸收。2原子從高能級向低能級躍遷，以光子

13、的形式向外輻射能量，所輻射的光子能量恰等于發(fā)生躍遷時的兩能級間的能量差。3當(dāng)光子能量大于或等于13.6 eV時，也可以被氫原子吸收，使氫原子電離；當(dāng)氫原子吸收的光子能量大于13.6 eV，氫原子電離后，電子具有一定的初動能。一群氫原子處于量子數(shù)為n的激發(fā)態(tài)時，可能輻射出的光譜線條數(shù)為NC。4原子還可吸收外來實物粒子例如自由電子的能量而被激發(fā)。由于實物粒子的動能可全部或部分地被原子吸收，所以只要入射粒子的能量大于或等于兩能級的能量差值EEmEn，均可使原子發(fā)生能級躍遷。5躍遷時電子動能、原子勢能與原子能量的變化當(dāng)軌道半徑減小時，庫侖引力做正功，原子的電勢能Ep減小，電子動能增大，原子能量減小。反

14、之，軌道半徑增大時，原子電勢能增大，電子動能減小，原子能量增大。典|例|微|探【例2】多項選擇氫原子能級如下圖，當(dāng)氫原子從n3躍遷到n2的能級時，輻射光的波長為656 nm。以下判斷正確的選項是A氫原子從n2躍遷到n1的能級時，輻射光的波長大于656 nmB用波長為325 nm的光照射，可使氫原子從n1躍遷到n2的能級C一群處于n3能級上的氫原子向低能級躍遷時最多產(chǎn)生3種譜線D用波長為633 nm的光照射，不能使氫原子從n2躍遷到n3的能級【解題導(dǎo)思】釋放或吸收光子的能量與能級有何關(guān)系？答：釋放或吸收光子的能量等于兩定態(tài)之間的能量差。解析根據(jù)氫原子的能級圖和能級躍遷規(guī)律，當(dāng)氫原子從n2能級躍遷

15、到n1的能級時，輻射光的波長一定小于656 nm，因此A項錯誤；根據(jù)發(fā)生躍遷只能吸收和輻射一定頻率的光子，可知B項錯誤，D項正確；一群處于n3能級上的氫原子向低能級躍遷時可以產(chǎn)生3種頻率的光子，所以C項正確。答案CD題|組|微|練3多項選擇氫原子在某三個相鄰能級之間躍遷時，可發(fā)出三種不同波長的光。其中的兩個波長分別為1和2，且12，那么另一個波長可能是A12B12C.D.解析設(shè)另一個波長可能是3，當(dāng)123時，氫原子在三個相鄰的能級之間發(fā)生躍遷，輻射光子的能量關(guān)系為，可得3，C項正確；當(dāng)312或1>3>2時，同理可得，得3，D項正確。答案CD4根據(jù)玻爾原子構(gòu)造理論，氦離子He的能級圖

16、如下圖。電子處在n3軌道上比處在n5軌道上離氦核的間隔 _填“近或“遠(yuǎn)。當(dāng)大量He處在n4的激發(fā)態(tài)時，由于躍遷所發(fā)射的譜線有_條。解析能級越小的電子，離原子核越近；從n4的激發(fā)態(tài)躍遷時，發(fā)射的譜線條數(shù)為C6條。答案近6見學(xué)生用書P184光電效應(yīng)方程及圖象分析素能培養(yǎng)圖象名稱圖線形狀由圖線直接間接得到的物理量最大初動能Ek與入射光頻率的關(guān)系圖線極限頻率：圖線與軸交點(diǎn)的橫坐標(biāo)0逸出功：圖線與Ek軸交點(diǎn)的縱坐標(biāo)的絕對值W0|E|E普朗克常量：圖線的斜率kh續(xù)表圖象名稱圖線形狀由圖線直接間接得到的物理量顏色一樣、強(qiáng)弱不同的光，光電流與電壓的關(guān)系遏止電壓Uc：圖線與橫軸的交點(diǎn)飽和光電流Im：電流的最大值

17、最大初動能：EkmeUc續(xù)表圖象名稱圖線形狀由圖線直接間接得到的物理量顏色不同時，光電流與電壓的關(guān)系遏止電壓Uc1、Uc2飽和光電流最大初動能Ek1eUc1、Ek2eUc2遏止電壓Uc與入射光頻率的關(guān)系圖線截止頻率0：圖線與橫軸的交點(diǎn)遏止電壓Uc：隨入射光頻率的增大而增大普朗克常量h：等于圖線的斜率與電子電荷量的乘積，即hke注：此時兩極之間接反向電壓經(jīng)典考題多項選擇美國物理學(xué)家密立根利用圖示的電路研究金屬的遏止電壓Uc與入射光頻率的關(guān)系，描繪出圖乙中的圖象，由此算出普朗克常量h，電子電量用e表示，以下說法正確的選項是A入射光的頻率增大，測遏止電壓時，應(yīng)使滑動變阻器的滑片P向M端挪動B增大入射

18、光的強(qiáng)度，光電子的最大初動能也增大C由Uc圖象可知，這種金屬截止頻率為cD由Uc圖象可求普朗克常量表達(dá)式為h解析入射光的頻率增大，光電子的最大初動能增大，那么遏止電壓增大，測遏止電壓時，應(yīng)使滑動變阻器的滑片P向N端挪動，故A項錯誤；根據(jù)光電效應(yīng)方程EkmhW0知，光電子的最大初動能與入射光的強(qiáng)度無關(guān)，故B項錯誤；根據(jù)EkmhW0eUc，解得Uc，圖線的斜率k，那么h，當(dāng)遏止電壓為零時，c，故C、D項正確。答案CD對法對題1多項選擇如下圖是用光照射某種金屬時逸出的光電子的最大初動能隨入射光頻率的變化圖線直線與橫軸的交點(diǎn)為4.27，與縱軸交點(diǎn)為0.5。由圖可知A該金屬的截止頻率為4.27×

19、;1014 HzB該金屬的截止頻率為5.5×1014 HzC該圖線的斜率表示普朗克常量D該金屬的逸出功為0.5 eV解析由光電效應(yīng)方程EkhW0可知，圖中橫軸的截距為該金屬的截止頻率，選項A正確，B錯誤；圖線的斜率表示普朗克常量h，C項正確；該金屬的逸出功W0hc6.63×1034×4.27×1014 J1.77 eV或W0hEk6.63×1034×5.5×1014 J0.5 eV1.78 eV，選項D錯誤。答案AC2研究光電效應(yīng)的電路如下圖。用頻率一樣、強(qiáng)度不同的光分別照射密封真空管的鈉極板陰極K，鈉極板發(fā)射出的光電子被陽

20、極A吸收，在電路中形成光電流。以下光電流I與A、K之間的電壓UAK的關(guān)系圖象中，正確的選項是解析由于光的頻率一樣，所以對應(yīng)的反向遏止電壓一樣，選項A、B錯誤；發(fā)生光電效應(yīng)時，在同樣的加速電壓下，光強(qiáng)度越大，逸出的光電子數(shù)目越多，形成的光電流越大，所以C項正確，D項錯誤。答案C見學(xué)生用書P1841以下描繪兩種溫度下黑體輻射強(qiáng)度與波長關(guān)系的圖中，符合黑體輻射實驗規(guī)律的是解析隨著溫度的升高，黑體輻射的強(qiáng)度與波長有這樣的關(guān)系。一方面，各種波長的輻射強(qiáng)度都有增加，另一方面，輻射強(qiáng)度的極大值向波長較短的方向挪動。由此規(guī)律可知應(yīng)選A項。答案A2處于n3能級的大量氫原子，向低能級躍遷時，輻射光的頻率有A1種B

21、2種C3種D4種解析氫原子能級躍遷輻射光的種類C3，故C項正確。答案C3多項選擇現(xiàn)用某一光電管進(jìn)展光電效應(yīng)實驗，當(dāng)用某一頻率的光入射時，有光電流產(chǎn)生。以下說法正確的選項是A保持入射光的頻率不變，入射光的光強(qiáng)變大，飽和光電流變大B入射光的頻率變高，飽和光電流變大C入射光的頻率變高，光電子的最大初動能變大D保持入射光的光強(qiáng)不變，不斷減小入射光的頻率，始終有光電流產(chǎn)生E遏止電壓的大小與入射光的頻率有關(guān)，與入射光的光強(qiáng)無關(guān)解析根據(jù)光電效應(yīng)規(guī)律，保持入射光的頻率不變，入射光的光強(qiáng)變大，那么飽和光電流變大，選項A正確；由愛因斯坦光電效應(yīng)方程知，入射光的頻率變高，產(chǎn)生的光電子最大初動能變大，而飽和光電流與入射光的頻率和光強(qiáng)都有關(guān)，選項B錯誤，C正確；保持入射光的光強(qiáng)不變，不斷減小入射光的頻率，當(dāng)入射光的頻率小于極限頻率時，就不能發(fā)生光電效應(yīng)，沒有光電流產(chǎn)生，選項D錯誤；遏止電壓與產(chǎn)生的光電子的最大初動能有關(guān)，光電子的最大初動能與入射光的頻率有關(guān)，與入射光的光強(qiáng)無關(guān)，選項E正確。答案ACE4多項選擇在探究光電效應(yīng)的實驗中，用光照射某種金屬，測得該金屬外表有光電子逸出的