（新課標）河南省2015高考物理總復習講義 第13章 第2講 光電效應 氫原子光譜

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1、 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(guān)，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10－9s. 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：ε＝hν，其中h＝6.6310－34 Js. 3．光電效應方程 (1)表達式：h

2、ν＝Ek＋W0或Ek＝hν－W0. (2)物理意義：金屬中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＝mv2. (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　α粒子散射實驗與核式結(jié)構(gòu)模型 1．盧瑟福的α粒子散射實驗裝置(如圖13－2－1所示) 圖13－2－1 2．α粒子散射實驗的現(xiàn)象 絕大多數(shù)α粒子穿過金箔后，基本上仍沿原來的方向前進，但少數(shù)α粒子發(fā)生了大角度偏轉(zhuǎn)，極少數(shù)α粒子甚至被撞了回來．如圖13－2－2所示．

3、 α粒子散射實驗的分析圖 圖13－2－2 3．盧瑟福的原子核式結(jié)構(gòu)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(－)(n＝3,4,5，…)，R是里

4、德伯常量，R＝1.10107 m－1，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hν＝Em－En.(h是普朗克常量，h＝6.6310－34 Js) 　(1)一群氫原子躍遷發(fā)出可能的光譜線數(shù)為N＝C＝，一個氫原子躍遷發(fā)出可能的光譜線數(shù)最多為(n－1)． (

5、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(guān)，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，

6、因此電子對光子的吸收十分迅速． 四、 圖13－2－3 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，Ek＝hν－W0.如圖13－2－3所示． 五、用光電管研究光電效應 1．常見電路(如圖13－2－4所示) 圖13－2－4 2．兩條線索 (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

7、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13－2－5甲所示．已知普朗克常量h＝6.6310－34 Js. 圖13－2－5 (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ν之間的關(guān)系如圖乙所示，則銣的截止頻率νc＝________Hz，逸出功W0＝________J； (3)如果實驗中入射光的頻率ν＝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νc為5.151014

8、Hz，逸出功W0＝hνc＝6.6310－345.151014 J≈3.4110－19 J. (3)當入射光的頻率為ν＝7.001014Hz時，由Ek＝hν－h(huán)νc得，光電子的最大初動能為Ek＝6.6310－34(7.00－5.15)1014 J≈1.2310－19 J. 【答案】　(1)陽極　(2)5.151014　3.4110－19 (3)1.2310－19 ——————[1個預測例]—————— 　A、B兩種光子的能量之比為2∶1，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

9、ε＝hν，動量p＝，且ν＝ 得p＝，則pA∶pB＝2∶1 A照射時，光電子的最大初動能EA＝εA－W0.同理，EB＝εB－W0 解得W0＝EA－2EB. 【答案】　2∶1　W0＝EA－2EB 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13－2－6所示． 圖13－2－6 二、能級圖中相關(guān)量意義的說明 相關(guān)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

10、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 三、關(guān)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N＝C＝. 2．一個氫原子躍遷發(fā)出可能的光譜線條數(shù)最多為(n－1)． ——————[1個示范例]—————— 　(2012四川高考)如圖13－2－7所示為氫原子能級示意圖的一部分，則氫原子(　　) 圖13－2－7 A．從n＝4能級躍遷到n＝3能級比從n＝3能級躍遷到n＝2能級輻射出電磁波的波長長 B．從n＝5能級躍遷到n＝1能級比從n＝5能級躍遷到n＝4能級輻射出電磁波的速度大 C．處于不同能級時，核外電

11、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E4－E3＝0.66 eV＜E3－E2＝1.89 eV，根據(jù)c＝λν和hν＝En－Em得從n＝4能級躍遷到n＝3能級比從n＝3能級躍遷到n＝2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(guān)，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】　A ——————[1個預測例]

12、—————— 　氫原子部分能級的示意圖如圖13－2－8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) 1.61～ 2．00 2.00～ 2．07 2.07～ 2．14 2.14～ 2．53 2.53～ 2．76 2.76～ 3．10 圖13－2－8 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

13、到大排序．結(jié)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】　A 1．(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(guān) 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－eU＝0－Ek，Ek＝hν－W，可知U＝(h

14、ν－W)/e，即遏止電壓與入射光頻率ν有關(guān)，C正確． 【答案】　CD 2．盧瑟福和他的助手做α粒子轟擊金箔實驗，獲得了重要發(fā)現(xiàn)，關(guān)于α粒子散射實驗的結(jié)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】　α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13－2－9 3．(多選

15、)如圖13－2－9所示給出了氫原子的6種可能的躍遷，則它們發(fā)出的光(　　) A．a(chǎn)的波長最長 B．d的波長最長 C．f的光子比d的光子能量大 D．a(chǎn)的頻率最小 【解析】　由玻爾理論知，原子躍遷時，h＝ΔE，從能級圖知ΔEa最小，a的波長最長，頻率最小，則B錯誤，A、D正確；hνd＝ΔEd＝(－)E1＝－E1，hνf＝ΔEf＝(－)E1＝－E1，因此，f的光子的能量比d的光子的能量大，C正確． 【答案】　ACD 4．(2012北京高考)一個氫原子從n＝3能級躍遷到n＝2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

16、．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】　B 5．(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ν的關(guān)系如圖13－2－10所示，其中ν0為極限頻率．從圖中可以確定的是(　　) 圖13－2－10 A．逸出功與ν有關(guān) B．Ekm與入射光強度成正比 C．當ν<ν0時，會逸出光電子 D．圖中直線的斜率與普朗克常量有關(guān) 【解析】　由光電效應方程Ekm＝hν－W、W＝hν0，與y＝kx＋b相對應

17、可知只有D項正確． 【答案】　D 6．(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ν1，從能級n躍遷到能級k時吸收紫光的頻率為ν2，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hν1＋hν2 B．輻射光子的能量為hν1＋hν2 C．吸收光子的能量為hν2－h(huán)ν1 D．輻射光子的能量為hν2－h(huán)ν1 【解析】　由題意可知：Em－En＝hν1，Ek－En＝hν2.因為紫光的頻率大于紅光的頻率，所以ν2>ν1，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Ek－Em＝hν2－h(huán)ν1，

18、故只有D項正確． 【答案】　D 7．(2013福建高考)在盧瑟福α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α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α粒子散射實驗現(xiàn)象，關(guān)鍵是弄清α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】　C 8．(2013江蘇高考)根據(jù)玻爾原子結(jié)構(gòu)理論，氦離子(He＋)的能級圖如圖13－2－11所示．電子處在n＝3軌道上比處在n＝5軌道上離氦核的距離________(選填“近”或“遠”)．當大量He＋處在n＝4的激發(fā)態(tài)時，由于躍遷所發(fā)

19、射的譜線有________條． 圖13－2－11 【解析】　根據(jù)玻爾理論rn＝n2r1可知電子處在n＝3的軌道上比處在n＝5的軌道上離氦核的距離近．大量He＋處在n＝4的激發(fā)態(tài)時，發(fā)射的譜線有6條． 【答案】　近　6 9．(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λ0，該金屬的逸出功為________．若用波長為λ(λ<λ0)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ν0，則該金屬的逸出功W0＝hν0＝h；對光電子，由動能定理得eU0＝h－W0，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ν1；若氫原子由第2能級躍遷到基態(tài)，發(fā)出光子的頻率為ν2，則＝________. 【解析】　根據(jù)氫原子的能級公式，hν1＝E4－E2＝－＝－E1 hν2＝E2－E1＝－＝－E1 所以＝＝. 【答案】　 希望對大家有所幫助，多謝您的瀏覽！