高考物理大一輪復習 第十五章 光電效應 原子結構 氫原子光譜

高考物理大一輪復習第十五章光電效應原子結構氫原子光譜課件第1頁，共39頁，2022年，5月20日，23點29分，星期四一、光電效應及其規(guī)律1.光電效應現(xiàn)象在光的照射下,金屬中的電子從表面逸出的現(xiàn)象,發(fā)射出來的電子叫①

知識梳理光電子

。2.光電效應的產(chǎn)生條件入射光的頻率②大于

金屬的極限頻率。3.用光電管研究光電效應(1)電路如圖所示。第2頁，共39頁，2022年，5月20日，23點29分，星期四(2)光電流與飽和光電流;a.入射光強度:指單位時間內(nèi)入射到金屬表面單位面積上的能量?？梢岳斫鉃轭l率一定時,光強越大,光子數(shù)③越多

。第3頁，共39頁，2022年，5月20日，23點29分，星期四b.光電流:指光電子在電路中形成的電流。光電流有最大值,未達到最大

值以前,其大小和光強、④電壓

都有關,達到最大值以后,光電流和光

強成正比。c.飽和光電流:指在一定頻率與強度的光照射下的最大光電流,飽和光電

流不隨電路中電壓的增大而增大。4.光電效應規(guī)律(1)每種金屬都有一個極限頻率,入射光的頻率必須⑤大于

這個極限

頻率才能產(chǎn)生光電效應。(2)光電子的最大初動能與入射光的強度無關,只隨入射光頻率的增大而第4頁，共39頁，2022年，5月20日，23點29分，星期四⑥增大

。(3)光電效應的發(fā)生幾乎是瞬時的,一般不超過10-9s。(4)當入射光的頻率大于極限頻率時,飽和光電流的強度與入射光的強度

成⑦正比

。二、愛因斯坦光電效應方程1.光子說在空間傳播的光不是連續(xù)的,而是一份一份的,每一份叫做一個光子,光子

的能量為:①

E=hν

。2.光電效應方程(1)表達式:②

Ek=hν-W0

。第5頁，共39頁，2022年，5月20日，23點29分，星期四(2)物理意義:金屬表面的電子吸收一個光子獲得的能量是hν,這些能量的

一部分用來克服金屬的逸出功W0,剩下的表現(xiàn)為逸出后電子的最大初動

能Ek=

mev2。三、原子結構1.原子的核式結構(1)1909~1911年,英國物理學家盧瑟福進行了α粒子散射實驗,提出了核式

結構模型。(2)α粒子散射實驗:a.實驗裝置:如圖所示。第6頁，共39頁，2022年，5月20日，23點29分，星期四

b.實驗結果:α粒子穿過金箔后,絕大多數(shù)沿①原方向

前進,少數(shù)發(fā)生

較大角度偏轉(zhuǎn),極少數(shù)偏轉(zhuǎn)角度大于90°,甚至被彈回。(3)核式結構模型:原子中心有一個很小的核,叫做原子核,原子的全部正

電荷和幾乎全部質(zhì)量都集中在原子核里,帶負電的電子在核外空間繞核

旋轉(zhuǎn)。第7頁，共39頁，2022年，5月20日，23點29分，星期四2.玻爾的原子模型(1)玻爾理論:a.軌道假設:原子中的電子在庫侖引力的作用下,繞原子核做圓周運動,電

子繞核運動的可能軌道是②不連續(xù)

的。b.定態(tài)假設:電子在不同的軌道上運動時,原子處于不同的狀態(tài),因而具有

不同的能量,即原子的能量是不連續(xù)的。這些具有確定能量的穩(wěn)定狀態(tài)

稱為定態(tài),在各個定態(tài)中,原子是穩(wěn)定的,不向外輻射能量。c.躍遷假設:原子從一個能量狀態(tài)向另一個能量狀態(tài)躍遷時要放出或吸

收一定頻率的光子,光子的能量等于兩個狀態(tài)的能量差,即hν=③

Em-En

。第8頁，共39頁，2022年，5月20日，23點29分，星期四(2)幾個概念:a.能級:在玻爾理論中,原子各個狀態(tài)的能量值。b.基態(tài):原子能量④最低

的狀態(tài)。c.激發(fā)態(tài):在原子能量狀態(tài)中除基態(tài)之外的其他較高的狀態(tài)。d.量子數(shù):原子的狀態(tài)是不連續(xù)的,用于表示原子狀態(tài)的正整數(shù)。(3)氫原子的能級和軌道半徑:a.氫原子的半徑公式:rn=n2r1(n=1,2,3…),其中r1為基態(tài)半徑,r1=0.53×10-10m。b.氫原子的能級公式:En=

E1(n=1,2,3…),其中E1為基態(tài)能量:E1=-13.6eV。第9頁，共39頁，2022年，5月20日，23點29分，星期四1.(1)光子和光電子都是實物粒子。

(

)(2)只要入射光的強度足夠強,就能發(fā)生光電效應。

(

)(3)光電效應說明光具有粒子性,說明光的波動說是錯誤的。

(

)(4)當一束光照到金屬上,發(fā)生光電效應的條件是光子能量大于金屬的逸出

功。

(

)(5)光電子的最大初動能與入射光的頻率成正比。

(

)(6)電子繞核旋轉(zhuǎn)的半徑越大,動能越小,電勢能越大,總能量越大。

答案

(1)?

(2)?

(3)?

(4)√

(5)?

(6)√第10頁，共39頁，2022年，5月20日，23點29分，星期四2.用兩束完全相同的紫外線分別照射兩種不同的金屬表面,均能產(chǎn)生光電

效應。則對于這兩種金屬,下列說法正確的是

(

)A.極限頻率相同B.逸出光電子的最大初動能大的極限頻率低C.逸出光電子的最大初動能與入射光的頻率成正比D.逸出光電子的最大初動能與金屬的逸出功成反比

答案

B不同的金屬一般極限頻率不相同,A不正確。由愛因斯坦光電效應方程Ek=hν-W0=hν-hν0可知,逸出光電子的最大初動能大的極限頻率低,

B正確。入射光的頻率越大,逸出光電子的最大初動能就越大,但逸出光電

子的最大初動能與入射光的頻率不是成正比的,C不正確。金屬的逸出功越大,逸出光電子的最大初動能就越小,但不成反比,D不正確。第11頁，共39頁，2022年，5月20日，23點29分，星期四3.(多選)如圖所示,是類氫結構的氦離子能級圖。已知基態(tài)的氦離子能量為

E1=-54.4eV。在具有下列能量的光子中,能被基態(tài)氦離子吸收而發(fā)生躍遷

的是

(

)

A.40.8eVB.41.0eVC.43.2eVD.54.4eV

答案

AD若是在兩個能級間躍遷,光子的能量必須等于某一激發(fā)態(tài)與基態(tài)的能級差,若是電離則必須大于等于電離所需的能。第12頁，共39頁，2022年，5月20日，23點29分，星期四4.(多選)按照玻爾的理論,氫原子的能級是氫原子處于各個定態(tài)時的能量

值,它包括氫原子系統(tǒng)的電勢能和電子在軌道上運動的動能。當一個氫原

子從n=4的能級向低能級躍遷時,下列說法正確的是

(

)A.氫原子系統(tǒng)的電勢能減小,電子的動能增加B.氫原子系統(tǒng)的電勢能減小,電子的動能減小C.氫原子可能輻射6種不同波長的光D.氫原子可能輻射3種不同波長的光

答案

AC氫原子躍遷到較低能級,庫侖力做正功,故電勢能減小,動能增加。在由n=4能級向低能級躍遷時,放出光的波長種類N=

=6種。第13頁，共39頁，2022年，5月20日，23點29分，星期四1.光電效應的實質(zhì)及發(fā)生條件(1)光電效應的實質(zhì)是金屬中的電子獲得能量后逸出金屬表面,從而使金

屬帶上正電。(2)能否發(fā)生光電效應,不取決于光的強度,而是取決于光的頻率。只要照

射光的頻率大于該金屬的極限頻率,無論照射光強弱,均能發(fā)生光電效

應。重難一對光電效應的理解重難突破第14頁，共39頁，2022年，5月20日，23點29分，星期四(2)兩條對應關系光強大→光子多→發(fā)射光電子多→光電流大;光子頻率高→光子能量大→產(chǎn)生光電子的最大初動能大→反向遏止電壓大。2.光電效應的研究思路(1)兩條線索第15頁，共39頁，2022年，5月20日，23點29分，星期四3.對光電效應規(guī)律的解釋對應規(guī)律對規(guī)律的產(chǎn)生的解釋光電子的最大初動能隨著入射光頻率的增大而增大,與入射光強度無關電子吸收光子能量后,一部分克服阻礙作用做功,剩余部分轉(zhuǎn)化為光電子的初動能,只有直接從金屬表面飛出的光電

子才具有最大初動能,對于確定的金屬,W0是一定的,故光電子的最大初動能只隨入射光的頻率的增大而增大光電效應具有瞬時性光照射金屬時,電子吸收一個光子的能量后,動能立即增大,不需要能量積累的過程光較強時飽和電流大光較強時,包含的光子數(shù)較多,照射金屬時產(chǎn)生的光電子較多,因而飽和電流較大第16頁，共39頁，2022年，5月20日，23點29分，星期四

典例1關于光電效應,下列說法正確的是

(

)A.極限頻率越大的金屬材料逸出功越大B.只要光照射的時間足夠長,任何金屬都能產(chǎn)生光電效應C.相同頻率的光照射不同金屬,則從金屬表面逸出來的光電子的最大初動

能越大,這種金屬的逸出功越小D.入射光的光強一定時,頻率越高,單位時間內(nèi)逸出的光電子數(shù)就越多

解析由W0=hν0可知A正確。照射光的頻率大于極限頻率時才能發(fā)生光電效應,故B錯。由Ek=hν-W0可知C對。光強一定時,頻率越高,則光子的能量越大,單位時間內(nèi)射向金屬的光子數(shù)目是一定的,逸出的光電子數(shù)也是一

定的,故D錯。

答案

AC第17頁，共39頁，2022年，5月20日，23點29分，星期四1-1用綠光照射一個光電管,能產(chǎn)生光電效應。欲使光電子從陰極逸出時

最大初動能增大,可以

(

)A.改用紅光照射

B.改用紫光照射C.增加綠光照射時間

D.增加綠光照射強度

答案

B

解析光電子的最大初動能與照射時間或照射強度無關,而與入射光子的能量有關,入射光子的能量越大,光電子從陰極逸出時最大初動能越大,

所以本題中可以改用比綠光頻率更大的紫光照射,以增大光電子從陰極逸

出時的最大初動能。第18頁，共39頁，2022年，5月20日，23點29分，星期四1-2關于光電效應的規(guī)律,下面說法中正確的是

(

)A.當某種色光照射金屬表面時,能產(chǎn)生光電效應,則入射光的頻率越高,產(chǎn)

生的光電子的最大初動能也就越大B.當某種色光照射金屬表面時,能產(chǎn)生光電效應,如果入射光的強度減弱,從

光照至金屬表面上到發(fā)射出光電子之間的時間間隔將明顯增加C.對某金屬來說,入射光波長必須大于一極限值,才能產(chǎn)生光電效應D.同一頻率的光照射不同金屬,如果都能產(chǎn)生光電效應,則所有金屬產(chǎn)生的

光電子的最大初動能一定相同

答案

A

解析從光照至金屬表面上到發(fā)射出光電子是瞬時發(fā)生的,與入射光強度無關,B錯;由光電效應方程可知入射光波長必須小于一極限值,才能產(chǎn)生

光電效應,光子的最大初動能與入射光的頻率和金屬的種類有關,C、D錯。第19頁，共39頁，2022年，5月20日，23點29分，星期四1.Ek-ν曲線如圖甲所示是光電子最大初動能Ek隨入射光頻率ν的變化曲線。由Ek=hν

-W0可知,橫軸上的截距是金屬的截止頻率或極限頻率,縱軸上的截距是

金屬的逸出功的負值,斜率為普朗克常量。

重難二光電效應方程的應用第20頁，共39頁，2022年，5月20日，23點29分，星期四2.I-U曲線如圖乙所示是光電流I隨光電管兩極板間電壓U的變化曲線,圖中Im為飽

和光電流,Uc為遏止電壓。3.利用光電效應分析問題,應把握的三個關系(1)愛因斯坦光電效應方程Ek=hν-W0。(2)光電子的最大初動能Ek可以利用光電管用實驗的方法測得,即Ek=eUc,

其中Uc是遏止電壓。(3)光電效應方程中的W0為逸出功。它與極限頻率νc的關系是W0=hνc。

第21頁，共39頁，2022年，5月20日，23點29分，星期四典例2某光電管的陰極是用金屬鉀制成的,它的逸出功為2.21eV,用波長

為2.5×10-7m的紫外線照射陰極,已知真空中光速為3.0×108m/s,元電荷為1.6×10-19C,普朗克常量為6.63×10-34J·s,求得鉀的極限頻率和該光電管發(fā)射的

光電子的最大初動能應分別是

(

)×1014Hz,2.2J×1014Hz,4.4×10-19J×1033Hz,2.2J×1033Hz,4.4×10-19J

解析由W0=hν0,得ν0=

=

Hz=5.3×1014Hz,由光電效應方程有Ekm=hν-W0=h

-W0=6.63×10-34×

J-W0=4.4×10-19J,所以選項B正確。

答案

B第22頁，共39頁，2022年，5月20日，23點29分，星期四2-1

(多選)某金屬在光的照射下產(chǎn)生光電效應,其遏止電壓Uc與入射光頻

率ν的關系圖象如圖所示。則由圖象可知

(

)

A.該金屬的逸出功等于hν0B.遏止電壓是確定的,與照射光的頻率無關C.若已知電子電荷量e,就可以求出普朗克常量hD.入射光的頻率為2ν0時,產(chǎn)生的光電子的最大初動能為hν0第23頁，共39頁，2022年，5月20日，23點29分，星期四

答案

ACD

解析由光電效應方程,Ek=hν-W0,eUc=Ek,聯(lián)立解得Uc=

ν-

。由此可知,該金屬的逸出功W=hν0,若已知電子電荷量e,根據(jù)圖象斜率等于

,就可以求出普朗克常量h,選項A、C正確;遏止電壓隨照射光的頻率增大而增大,選項

B錯誤;入射光的頻率為2ν0時,根據(jù)光電效應方程可知,產(chǎn)生的光電子的最大

初動能為hν0,選項D正確。第24頁，共39頁，2022年，5月20日，23點29分，星期四1.氫原子的能級圖(1)氫原子的能級圖如圖所示。

重難三氫原子能級躍遷和光譜線問題第25頁，共39頁，2022年，5月20日，23點29分，星期四(2)能級圖中相關量意義的說明相關量表示意義能級圖中的橫線表示氫原子可能的能量狀態(tài)——定態(tài)橫線左端的數(shù)字“1、2、3…”表示量子數(shù)橫線右端的數(shù)字“-13.6、-3.4…”表示氫原子的能級所對應的能量值相鄰橫線間的距離表示相鄰的能級差,量子數(shù)越大,相鄰的

能級差越小帶箭頭的豎線表示原子由較高能級向較低能級躍遷,

原子躍遷的條件為hν=Em-En(m>n)第26頁，共39頁，2022年，5月20日，23點29分，星期四2.對躍遷的理解(1)氫原子從低能級向高能級躍遷:吸收一定頻率的光子,當光子的能量滿

足hν=E末-E初時,才能被某一個原子吸收,否則不吸收。(2)氫原子從高能級向低能級躍遷:以光子的形式向外輻射能量,所輻射的

光子能量恰等于發(fā)生躍遷時兩能級間的能量差。(3)電離:當光子能量大于等于原子所處的能級的能量值的絕對值時,也可

以被氫原子吸收,使氫原子電離,多余的能量作為電子的初動能。(4)光譜線條數(shù):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N=

。第27頁，共39頁，2022年，5月20日，23點29分，星期四(5)氫原子還可吸收外來實物粒子的能量而被激發(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

級差,均可使原子發(fā)生能級躍遷。(6)躍遷時電子動能、原子電勢能與總能量變化:當軌道半徑減小時,庫侖

引力做正功,原子電勢能減小,電子動能增大,原子總能量減小,反之,軌道

半徑增大時,原子電勢能增大,電子動能減小,原子總能量增大。

第28頁，共39頁，2022年，5月20日，23點29分，星期四(1)有可能放出

種能量的光子。(2)在哪兩個能級間躍遷時,所放出的光子波長最長?波長是多少?典例3如圖所示為氫原子最低的四個能級,當氫原子在這些能級間躍遷時:第29頁，共39頁，2022年，5月20日，23點29分，星期四由hν=E4-E3,得:h

=E4-E3,所以λ=

=

m=1.88×10-6m。

答案

(1)6

(2)見解析

解析

(1)N=

=

=6。(2)氫原子由第四能級向第三能級躍遷時,能級差最小,輻射出的光子波長最長。第30頁，共39頁，2022年，5月20日，23點29分，星期四3-1如圖所示,氫原子在下列各能級間躍遷:(1)從n=2到n=1;(2)從n=5到n=

3;(3)從n=4到n=2。在躍遷過程中輻射的電磁波的波長分別用λ1、λ2、λ3表

示。波長λ1、λ2、λ3大小的順序是

(

)

A.λ1<λ2<λ3

B.λ1<λ3<λ2C.λ3<λ2<λ1

D.λ2=λ3<λ1第31頁，共39頁，2022年，5月20日，23點29分，星期四

答案

B

解析設氫原子從n=2到n=1,從n=5到n=3和從n=4到n=2躍遷過程中輻射光子的能量分別為E1、E2、E3,則E1=10.2eV,E2=0.97eV,E3=2.55eV,即E1>E

3>E2,由E=h

可知λ1<λ3<λ2,B正確。第32頁，共39頁，2022年，5月20日，23點29分，星期四3-2

(多選)下列說法正確的有

(

)A.盧瑟福的α粒子散射實驗可以估測原子核的大小B.氫原子輻射出一個光子后,氫原子的電勢能增大,核外電子的運動加速度

增大C.物質(zhì)波是一種概率波,在微觀物理學中不可以用“軌跡”來描述粒子的

運動D.若氫原子從n=6能級向n=1能級躍遷時輻射出的光不能使某金屬發(fā)生光

電效應,則氫原子從n=6能級向n=2能級躍遷時輻射出的光能使該金屬發(fā)生

光電效應

第33頁，共39頁，2022年，5月20日，23點29分，星期四

答案

AC

解析氫原子輻射出一個光子后,電子從高軌道躍遷到低軌道,動能增大,電勢能減小,B錯;氫原子兩能級的能量差越大輻射出的光的頻率越大,越容

易讓金屬發(fā)生光電效應,D錯。第34頁，共39頁，2022年，5月20日，23點29分，星期四k

=m

與玻爾理論有關的計算在氫原子中,電子繞核運動,可將電子運動的軌道看做半徑為r的圓周,則原

子核與電子之間的庫侖力為電子做勻速圓周運動所需的向心力,有:1.電子速度vn=

。思想方法第35頁，共39頁，2022年，5月20日，23點29分，星期四2.電子運動周期Tn=

=2π

。3.電子的動能Ekn=

m

=

。4.電子的電勢能Epn=-

(Ep∞=0)。5.氫原子在各