第2講光電效應氫原子光譜知識一光電效應現(xiàn)象1光電效應的實驗規(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發(fā)生光電效應(2)光電子的最大初動能與入射光的強度無關，其隨入射光頻率的增大而增大(3)光電流強度(反映單位時間內(nèi)發(fā)射出的光電子數(shù)的多少)與入射光強度成正比(4)光電效應的發(fā)生幾乎是瞬時的，一般不超過109s.2光子說愛因斯坦提出：空間傳播的光不是連續(xù)的，而是一份一份的，每一份稱為一個光子，光子具有的能量與光的頻率成正比，即：h，其中h6.631034 Js.3光電效應方程(1)表達式：hEkW0或EkhW0.(2)物理意義：金屬中的電子吸收一個光子獲得的能量是h，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Ekmv2.(3)任何一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發(fā)生光電效應，低于這個極限頻率則不能發(fā)生光電效應知識二粒子散射實驗與核式結構模型1盧瑟福的粒子散射實驗裝置(如圖1321所示)圖13212粒子散射實驗的現(xiàn)象絕大多數(shù)粒子穿過金箔后，基本上仍沿原來的方向前進，但少數(shù)粒子發(fā)生了大角度偏轉(zhuǎn)，極少數(shù)粒子甚至被撞了回來如圖1322所示粒子散射實驗的分析圖圖13223盧瑟福的原子核式結構模型在原子的中心有一個很小的核，叫原子核，原子的所有正電荷和幾乎所有質(zhì)量都集中在原子核里，帶負電的電子在核外繞核旋轉(zhuǎn)1 / 10知識三氫原子光譜和玻爾理論1光譜(1)光譜：用光柵或棱鏡可以把光按波長展開，獲得光的波長(頻率)和強度分布的記錄，即光譜(2)光譜分類有些光譜是一條條的亮線，這樣的光譜叫做線狀譜有的光譜是連在一起的光帶，這樣的光譜叫做連續(xù)譜(3)氫原子光譜的實驗規(guī)律巴耳末線系是氫原子光譜在可見光區(qū)的譜線，其波長公式R()(n3,4,5，)，R是里德伯常量，R1.10107 m1，n為量子數(shù)2玻爾理論(1)軌道：原子中的電子在庫侖引力的作用下，繞原子核做圓周運動，電子繞核運動的軌道是不連續(xù)的(2)定態(tài)：原子只能處于一系列不連續(xù)的能量狀態(tài)中，在這些能量狀態(tài)中原子是穩(wěn)定的，電子雖然繞核運動，但并不向外輻射能量(3)躍遷：原子從一種定態(tài)躍遷到另一種定態(tài)時，它輻射或吸收一定頻率的光子，光子的能量由這兩個定態(tài)的能量差決定，即hEmEn.(h是普朗克常量，h6.631034 Js)(1)一群氫原子躍遷發(fā)出可能的光譜線數(shù)為NC，一個氫原子躍遷發(fā)出可能的光譜線數(shù)最多為(n1)(2)由能級圖可知，由于電子的軌道半徑不同，氫原子的能級不連續(xù)，這種現(xiàn)象叫能量量子化.考點一對光電效應規(guī)律的理解一、光電效應的實質(zhì)光子照射到金屬表面，某個電子吸收光子的能量使其動能變大，當電子的動能增大到足以克服原子核的引力時，便飛出金屬表面成為光電子二、極限頻率的實質(zhì)光子的能量和頻率有關，而金屬中電子克服原子核引力需要的能量是一定的，光子的能量必須大于金屬的逸出功才能發(fā)生光電效應這個能量的最小值等于這種金屬對應的逸出功，所以每種金屬都有一定的極限頻率三、對光電效應瞬時性的理解光照射到金屬上時，電子吸收光子的能量不需要積累，吸收的能量立即轉(zhuǎn)化為電子的能量，因此電子對光子的吸收十分迅速四、圖1323光電效應方程電子吸收光子能量后從金屬表面逸出，其中只有直接從金屬表面飛出的光電子才具有最大初動能，根據(jù)能量守恒定律，EkhW0.如圖1323所示五、用光電管研究光電效應1常見電路(如圖1324所示)圖13242兩條線索(1)通過頻率分析：光子頻率高光子能量大產(chǎn)生光電子的最大初動能大(2)通過光的強度分析：入射光強度大光子數(shù)目多產(chǎn)生的光電子多光電流大3常見概念辨析1個示范例(2013浙江高考)小明用金屬銣為陰極的光電管，觀測光電效應現(xiàn)象，實驗裝置示意圖如圖1325甲所示已知普朗克常量h6.631034 Js.圖1325(1)圖甲中電極A為光電管的_(填“陰極”或“陽極”)；(2)實驗中測得銣的遏止電壓UC與入射光頻率之間的關系如圖乙所示，則銣的截止頻率c_Hz，逸出功W0_J；(3)如果實驗中入射光的頻率7.001014Hz，則產(chǎn)生的光電子的最大初動能Ek_J.【解析】(1)在光電效應中，電子向A極運動，故電極A為光電管的陽極(2)由題圖可知，銣的截止頻率c為5.151014 Hz，逸出功W0hc6.6310345.151014 J3.411019 J.(3)當入射光的頻率為7.001014Hz時，由Ekhhc得，光電子的最大初動能為Ek6.631034(7.005.15)1014 J1.231019 J.【答案】(1)陽極(2)5.1510143.411019(3)1.2310191個預測例A、B兩種光子的能量之比為21，它們都能使某種金屬發(fā)生光電效應，且所產(chǎn)生的光電子最大初動能分別為EA、EB.求A、B兩種光子的動量之比和該金屬的逸出功【解析】光子能量h，動量p，且得p，則pApB21A照射時，光電子的最大初動能EAAW0.同理，EBBW0解得W0EA2EB.【答案】21W0EA2EB考點二氫原子能級和能級躍遷一、氫原子的能級圖能級圖如圖1326所示圖1326二、能級圖中相關量意義的說明相關量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”表示氫原子的能量相鄰橫線間的距離表示相鄰的能量差，量子數(shù)越大相鄰的能量差越小，距離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hEmEn三、關于光譜線條數(shù)的兩點說明1一群氫原子躍遷發(fā)出可能的光譜線條數(shù)為NC.2一個氫原子躍遷發(fā)出可能的光譜線條數(shù)最多為(n1)1個示范例(2012四川高考)如圖1327所示為氫原子能級示意圖的一部分，則氫原子()圖1327A從n4能級躍遷到n3能級比從n3能級躍遷到n2能級輻射出電磁波的波長長B從n5能級躍遷到n1能級比從n5能級躍遷到n4能級輻射出電磁波的速度大C處于不同能級時，核外電子在各處出現(xiàn)的概率是一樣的D從高能級向低能級躍遷時，氫原子核一定向外放出能量【解析】因為E4E30.66 eVE3E21.89 eV，根據(jù)c和hEnEm得從n4能級躍遷到n3能級比從n3能級躍遷到n2能級輻射出電磁波的波長長，選項A正確；電磁波在真空中的傳播速度都相等，與光子的頻率無關，選項B錯誤；氫原子的核外電子處于不同能級時在各處出現(xiàn)的概率是不同的，能級越低，在靠近原子核較近的地方出現(xiàn)的概率越大，選項C錯誤；氫原子從高能級躍遷到低能級時，是氫原子核外的電子從高能級躍遷到了低能級向外放出能量，選項D錯誤【答案】A1個預測例氫原子部分能級的示意圖如圖1328所示不同色光的光子能量如下表所示色光紅橙黃綠藍靛紫光子能量范圍(eV)1.612002.002072.072142.142532.532762.76310圖1328處于某激發(fā)態(tài)的氫原子，發(fā)射的光的譜線在可見光范圍內(nèi)僅有2條，其顏色分別為()A紅、藍靛B黃、綠C紅、紫 D藍靛、紫【解析】原子發(fā)光時放出的光子的能量等于原子能級差，先分別計算各相鄰的能級差，再由小到大排序結合可見光的光子能量表可知，有兩個能量分別為1.89 eV和2.55 eV的光子屬于可見光，分別屬于紅光和藍靛光的范圍，故答案為A.【答案】A1(多選)(2011廣東高考)光電效應實驗中，下列表述正確的是()A光照時間越長光電流越大B入射光足夠強就可以有光電流C遏止電壓與入射光的頻率有關D入射光頻率大于極限頻率才能產(chǎn)生光電子【解析】在光電效應中，若照射光的頻率小于極限頻率，無論光照時間多長，光照強度多大，都無光電流，當照射光的頻率大于極限頻率時，立刻有光電子產(chǎn)生，故A、B錯誤，D正確由eU0Ek，EkhW，可知U(hW)/e，即遏止電壓與入射光頻率有關，C正確【答案】CD2盧瑟福和他的助手做粒子轟擊金箔實驗，獲得了重要發(fā)現(xiàn)，關于粒子散射實驗的結果，下列說法正確的是()A證明了質(zhì)子的存在B證明了原子核是由質(zhì)子和中子組成的C證明了原子的全部正電荷和幾乎全部質(zhì)量都集中在一個很小的核里D說明了原子中的電子只能在某些軌道上運動【解析】粒子散射實驗發(fā)現(xiàn)了原子內(nèi)存在一個集中了全部正電荷和幾乎全部質(zhì)量的核數(shù)年后盧瑟福發(fā)現(xiàn)核內(nèi)有質(zhì)子并預測核內(nèi)存在中子，所以C對，A、B錯；玻爾發(fā)現(xiàn)了電子軌道量子化，D錯【答案】C圖13293(多選)如圖1329所示給出了氫原子的6種可能的躍遷，則它們發(fā)出的光()Aa的波長最長Bd的波長最長Cf的光子比d的光子能量大Da的頻率最小【解析】由玻爾理論知，原子躍遷時，hE，從能級圖知Ea最小，a的波長最長，頻率最小，則B錯誤，A、D正確；hdEd()E1E1，hfEf()E1E1，因此，f的光子的能量比d的光子的能量大，C正確【答案】ACD4(2012北京高考)一個氫原子從n3能級躍遷到n2能級，該氫原子()A放出光子，能量增加B放出光子，能量減少C吸收光子，能量增加 D吸收光子，能量減少【解析】氫原子從高能級向低能級躍遷時，放出光子，能量減少，故選項B正確，選項A、C、D錯誤【答案】B5(2011福建高考)愛因斯坦因提出了光量子概念并成功地解釋光電效應的規(guī)律而獲得1921年諾貝爾物理學獎某種金屬逸出光電子的最大初動能Ekm與入射光頻率的關系如圖13210所示，其中0為極限頻率從圖中可以確定的是()圖13210A逸出功與有關BEkm與入射光強度成正比C當<0時，會逸出光電子D圖中直線的斜率與普朗克常量有關【解析】由光電效應方程EkmhW、Wh0，與ykxb相對應可知只有D項正確【答案】D6(2011四川高考)氫原子從能級m躍遷到能級n時輻射紅光的頻率為1，從能級n躍遷到能級k時吸收紫光的頻率為2，已知普朗克常量為h，若氫原子從能級k躍遷到能級m，則()A吸收光子的能量為h1h2B輻射光子的能量為h1h2C吸收光子的能量為h2h1D輻射光子的能量為h2h1【解析】由題意可知：EmEnh1，EkEnh2.因為紫光的頻率大于紅光的頻率，所以2>1，即k能級的能量大于m能級的能量，氫原子從能級k躍遷到能級m時向外輻射能量，其值為EkEmh2h1，故只有D項正確【答案】D7(2013福建高考)在盧瑟福粒子散射實驗中，金箔中的原子核可以看作靜止不動，下列各圖畫出的是其中兩個粒子經(jīng)歷金箔散射過程的徑跡，其中正確的是_(填選圖下方的字母)【解析】理解粒子散射實驗現(xiàn)象，關鍵是弄清粒子遇到金原子核時受到強大的斥力作用，才能發(fā)生大角度散射，選項C正確【答案】C8(2013江蘇高考)根據(jù)玻爾原子結構理論，氦離子(He)的能級圖如圖13211所示電子處在n3軌道上比處在n5軌道上離氦核的距離_(選填“近”或“遠”)當大量He處在n4的激發(fā)態(tài)時，由于躍遷所發(fā)射的譜線有_條圖13211【解析】根據(jù)玻爾理論rnn2r1可知電子處在n3的軌道上比處在n5的軌道上離氦核的距離近大量He處在n4的激發(fā)態(tài)時，發(fā)射的譜線有6條【答案】近69(2011新課標全國高考)在光電效應實驗中，某金屬的截止頻率相應的波長為0，該金屬的逸出功為_若用波長為(<0)的單色光做該實驗，則其遏止電壓為_已知電子的電荷量、真空中的光速和普朗克常量分別為e、c和h.【解析】設金屬的截止頻率為0，則該金屬的逸出功W0h0h；對光電子，由動能定理得eU0hW0，解得U0.【答案】10(2012山東高考)氫原子第n能級的能量為En，其中E1為基態(tài)能量當氫原子由第4能級躍遷到第2能級時，發(fā)出光子的頻率為1；若氫原子由第2能級躍遷到基態(tài)，發(fā)出光子的頻率為2，則_.【解析】根據(jù)氫原子的能級公式，h1E4E2E1h2E2E1E1所以.【答案】 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