物理3-5 原子物理 復習

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1、知識點知識點1 1光電效應光電效應練：練：某金屬在一束綠光的照射下發(fā)某金屬在一束綠光的照射下發(fā)生光電效應生光電效應,則則 ( )(A)若增加綠光的照射強度若增加綠光的照射強度,則單位則單位時削內逸出的光電子數目不變時削內逸出的光電子數目不變(B)若增加綠光的照射強度若增加綠光的照射強度,則逸出則逸出的光電子最大初動能增加的光電子最大初動能增加(C)若改用紫光照射若改用紫光照射,則逸出的光電則逸出的光電子最大初動能增加子最大初動能增加(D)若改用紫光照射若改用紫光照射,則單位時間內則單位時間內逸出的光電子數目增加逸出的光電子數目增加C5 5. .用光電管研究光電效應：用光電管研究光電效應：(1)

2、(1)光電效應電路圖。光電效應電路圖。(2)(2)光電流與飽和光電流。光電流與飽和光電流。入射光強度：入射光強度：_入射到金屬表面單位面積入射到金屬表面單位面積上的能量。頻率一定時上的能量。頻率一定時,_,_越大越大, ,光子數越多。光子數越多。光電流：光電子在電路中形成的電流。光電流有最光電流：光電子在電路中形成的電流。光電流有最大值大值, ,未達到最大值以前未達到最大值以前, ,其大小和其大小和_、_都有都有關關, ,達到最大值以后達到最大值以后, ,光電流和光電流和_成正比。成正比。單位時間內單位時間內光強光強光強光強電壓電壓光強光強飽和光電流：在飽和光電流：在_的光照射下的最的光照射下

3、的最大光電流大光電流, ,飽和光電流不隨電路中飽和光電流不隨電路中_的增大而增大。的增大而增大。一定頻率與強度一定頻率與強度電壓電壓【典例【典例1 1】( (多選多選)(2014)(2014廣東高考廣東高考) )在光電效應實驗中在光電效應實驗中, ,用頻率為用頻率為的光照射光電管陰極的光照射光電管陰極, ,發(fā)生了光電效應發(fā)生了光電效應, ,下下列說法正確的是列說法正確的是( () )A.A.增大入射光的強度增大入射光的強度, ,光電流增大光電流增大B.B.減小入射光的強度減小入射光的強度, ,光電效應現(xiàn)象消失光電效應現(xiàn)象消失C.C.改用頻率小于改用頻率小于的光照射的光照射, ,一定不發(fā)生光電效

4、應一定不發(fā)生光電效應D.D.改用頻率大于改用頻率大于的光照射的光照射, ,光電子的最大初動能變大光電子的最大初動能變大【解析【解析】選選A A、D D。增大入射光的強度。增大入射光的強度, ,單位時間內照到單位時間內照到單位面積上的光子數增加單位面積上的光子數增加, ,光電流增大光電流增大,A,A項正確。減小項正確。減小入射光的強度入射光的強度, ,只是光電流減小只是光電流減小, ,光電效應現(xiàn)象是否消光電效應現(xiàn)象是否消失與光的頻率有關失與光的頻率有關, ,而與光的強度無關而與光的強度無關,B,B項錯誤。改用項錯誤。改用頻率小于頻率小于的光照射的光照射, ,但只要光的頻率大于極限頻率但只要光的頻

5、率大于極限頻率0 0仍然可以發(fā)生光電效應仍然可以發(fā)生光電效應,C,C項錯誤。由愛因斯坦光電項錯誤。由愛因斯坦光電效應方程效應方程h h-W-W逸逸= mv= mv2 2得：光頻率得：光頻率增大增大, ,而而W W逸逸不變不變, ,故光電子的最大初動能變大故光電子的最大初動能變大,D,D項正確。項正確。如圖所示為光電管的工作電路如圖所示為光電管的工作電路, ,要使電路中形成較強的光要使電路中形成較強的光電流電流, ,須在須在A、K兩電極間加一直流電壓兩電極間加一直流電壓, ,則則( )( )A.電源正極應接在電源正極應接在Q點點,光電子從極光電子從極K發(fā)出發(fā)出B.電源正極應接在電源正極應接在P點

6、點, ,光電子從極光電子從極A發(fā)出發(fā)出C.電源止極應接在電源止極應接在P點點,光電子從極光電子從極K發(fā)出發(fā)出D.電源正極應接在電源正極應接在Q點點, ,光電子從極光電子從極A發(fā)出發(fā)出C2.(20162.(2016上饒模擬上饒模擬) )某中學的實驗小組某中學的實驗小組利用如圖所示的裝置研究光電效應規(guī)律利用如圖所示的裝置研究光電效應規(guī)律, ,用理想電壓表和理想電流表分別測量光用理想電壓表和理想電流表分別測量光電管的電壓以及光電管的電流。當開關電管的電壓以及光電管的電流。當開關打開時打開時, ,用光子能量為用光子能量為2.5eV2.5eV的光照射光電管的陰極的光照射光電管的陰極K,K,理想電流表有示

7、數理想電流表有示數, ,閉合開關閉合開關, ,移動滑動變阻器的觸頭移動滑動變阻器的觸頭, ,當電壓表的示數小于當電壓表的示數小于0.60V0.60V時時, ,理想電流表仍有示數理想電流表仍有示數, ,當當理想電流表的示數剛好為零時理想電流表的示數剛好為零時, ,電壓表的示數剛好為電壓表的示數剛好為0.60V0.60V。則陰極。則陰極K K的逸出功為的逸出功為_,_,逸出的光電子逸出的光電子的最大初動能為的最大初動能為_?！窘馕觥窘馕觥坑霉庾幽芰繛橛霉庾幽芰繛?.5eV2.5eV的光照射時的光照射時, ,光電子的最光電子的最大初動能為大初動能為E Ekmkm, ,陰極材料逸出功為陰極材料逸出功為

8、W W0 0, ,當反向電壓達到當反向電壓達到U=0.60VU=0.60V以后以后, ,具有最大初動能的光電子也達不到陽極具有最大初動能的光電子也達不到陽極, ,因此因此eU=EeU=Ekmkm由光電效應方程得：由光電效應方程得：E Ekmkm=h-W=h-W0 0由以上二式得：由以上二式得：E Ekmkm=0.6eV,W=0.6eV,W0 0=1.9eV=1.9eV所以最大初動能為所以最大初動能為0.6eV,0.6eV,該材料的逸出功為該材料的逸出功為1.9eV1.9eV。答案：答案：1.9eV1.9eV0.6eV0.6eV光電效應中的光電效應中的E Ek k-圖象愛因斯坦因提出了光量子概念

9、圖象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)律而獲得并成功地解釋光電效應的規(guī)律而獲得19211921年諾貝爾物年諾貝爾物理學獎。某種金屬逸出光電子的最大初動能理學獎。某種金屬逸出光電子的最大初動能E Ek k與入射與入射光頻率光頻率的關系如圖所示的關系如圖所示, ,其中其中0 0為極限頻率。從圖為極限頻率。從圖中可以確定的是中可以確定的是( () )A.A.逸出功與逸出功與有關有關B.EB.Ek k與入射光強度成正比與入射光強度成正比C.C.當當0 0時時, ,會逸出光電子會逸出光電子D.D.圖中直線的斜率與普朗克常量有關圖中直線的斜率與普朗克常量有關【解析【解析】選選D D。金屬的

10、逸出功與入射光的頻率。金屬的逸出功與入射光的頻率無關無關, ,只與極限頻率只與極限頻率0 0有關有關, ,選項選項A A錯誤錯誤; ;光電子的最大初動光電子的最大初動能與入射光強度無關能與入射光強度無關, ,與入射光的頻率和金屬的逸出與入射光的頻率和金屬的逸出功有關功有關, ,選項選項B B錯誤錯誤; ;當入射光的頻率小于極限頻率當入射光的頻率小于極限頻率, ,不能發(fā)生光電效應現(xiàn)象不能發(fā)生光電效應現(xiàn)象, ,選項選項C C錯誤錯誤; ;據光電效應方程據光電效應方程E Ek k=h=h-W-W0 0可知可知, ,圖象的斜率即為普朗克常量圖象的斜率即為普朗克常量, ,選項選項D D正正確。確。1.(

11、20161.(2016宿遷模擬宿遷模擬) )用頻率為用頻率為的光的光照射光電管陰極時照射光電管陰極時, ,產生的光電流隨產生的光電流隨陽極與陰極間所加電壓的變化規(guī)律如圖所示陽極與陰極間所加電壓的變化規(guī)律如圖所示,U,Uc c為遏止為遏止電壓電壓, ,已知電子電荷量為已知電子電荷量為-e,-e,普朗克常量為普朗克常量為h,h,求：求：(1)(1)光電子的最大初動能光電子的最大初動能E Ekmkm。(2)(2)該光電管發(fā)生光電效應的極限頻率該光電管發(fā)生光電效應的極限頻率0 0?！窘馕觥窘馕觥?1)E(1)Ekmkm=eU=eUc c(2)(2)由光電效應方程有由光電效應方程有E Ekmkm=h=h

12、-W-W其中其中W=hW=h0 0, ,解得解得0 0=-=-答案：答案：(1)eU(1)eUc c(2)-(2)-ceUhceUh原子（是最小微粒嗎？）原子（是最小微粒嗎？）湯姆生研究陰極射線湯姆生發(fā)現(xiàn)電子湯姆生發(fā)現(xiàn)電子盧瑟福粒子散射實驗粒子散射實驗盧瑟福提出原子核式結構盧瑟福提出原子核式結構波爾氫原子光譜不連氫原子光譜不連續(xù)性續(xù)性波爾提出原子能級結構波爾提出原子能級結構粒子散射實驗粒子散射實驗：（：（ 粒子轟擊金箔粒子轟擊金箔）現(xiàn)象：現(xiàn)象： 絕大多數絕大多數粒子穿過金箔仍沿粒子穿過金箔仍沿原方向前進原方向前進 有少數有少數粒子發(fā)生較大偏轉粒子發(fā)生較大偏轉 有極少數有極少數粒子偏轉超過粒子偏

13、轉超過90 甚至達到甚至達到180原子核式結構：原子核式結構： 原子核幾乎集中了原子的全部質量，原子核幾乎集中了原子的全部質量，但核的半徑是原子半徑的萬分之一但核的半徑是原子半徑的萬分之一原子能級結構：原子能級結構：1.氫原子能級關系式：氫原子能級關系式：)(21為量子數，即軌道序數nnEEn2.氫原子能級狀態(tài)：氫原子能級狀態(tài)： 基態(tài)（最穩(wěn)定）基態(tài)（最穩(wěn)定）E1 激發(fā)態(tài)激發(fā)態(tài) E2 ，E3，3、躍遷、躍遷低高光EEh4、電離、電離nEh光原子核12nn542310E/eV-0.54-0.85-3.4-1.51-13.6大量氫原子從大量氫原子從n=5的激發(fā)態(tài)向低態(tài)的激發(fā)態(tài)向低態(tài)躍遷時，產生的光譜

14、線條數躍遷時，產生的光譜線條數_條條有一個氫原子從有一個氫原子從n=5的激發(fā)態(tài)向低的激發(fā)態(tài)向低態(tài)躍遷時，最多能發(fā)出態(tài)躍遷時，最多能發(fā)出_種種頻率的光子頻率的光子有一個氫原子從有一個氫原子從n=5的激發(fā)態(tài)的激發(fā)態(tài),那那么至少用么至少用_MeV的光照射的光照射下列不能被處于處于基態(tài)氫原子吸收下列不能被處于處于基態(tài)氫原子吸收的有的有：（：（ ）A、13.6MeV光光 B、10.2MeV光光 C、11MeV光光 D、11MeV外來電子外來電子 5、能量關系、能量關系原子能量原子能量電子動能電子動能 原子勢能原子勢能rkeErmvrkek22222qEp氫原子的核外電子從一個軌道躍遷到另一軌道時氫原子的

15、核外電子從一個軌道躍遷到另一軌道時,可能發(fā)可能發(fā)生的情況有生的情況有( ).(A)放出光子放出光子,電子動能減少電子動能減少,原子勢能增加，原子能量減少原子勢能增加，原子能量減少(B)放出光子放出光子,電子動能增加電子動能增加,原子勢能減少，原子能量減少原子勢能減少，原子能量減少(C)吸收光子吸收光子,電子動能減少電子動能減少,原子勢能增加，原子能量減少原子勢能增加，原子能量減少(D)吸收光子吸收光子,電子動能增加電子動能增加,原子勢能減少，原子能量增加原子勢能減少，原子能量增加B能級高低能級高低5.5.氫原子的能級圖：氫原子的能級圖：能級圖如圖所示。能級圖如圖所示。【解題探究【解題探究】(1

16、)(1)氫原子激發(fā)態(tài)的能量為氫原子激發(fā)態(tài)的能量為 。(2)(2)在原子躍遷中在原子躍遷中, ,從高能級向低能級躍遷時從高能級向低能級躍遷時, ,輻射出輻射出光子光子, ,輻射出的光子能量為輻射出的光子能量為E=hE=h=_=_。(3)(3)大量氫原子從某一激發(fā)態(tài)躍遷時大量氫原子從某一激發(fā)態(tài)躍遷時, ,產生的譜線數產生的譜線數為為 。1n2EEnE Em m-E-En n2nn(n1)NC24.(4.(氫原子光譜氫原子光譜) )可見光光子的能量在可見光光子的能量在1.611.613.10 eV3.10 eV范范圍內圍內, ,若氫原子從高能級躍遷到量子數為若氫原子從高能級躍遷到量子數為n n的低能

17、級的的低能級的譜線中有可見光譜線中有可見光, ,根據氫原子能級圖根據氫原子能級圖( (如圖所示如圖所示),),可判可判斷斷n n為為( () )A.1A.1B.2B.2C.3C.3D.4D.4【解析【解析】選選B B。由題圖可以看出。由題圖可以看出, ,若若n=1,n=1,則由高能級向則由高能級向低能級躍遷時低能級躍遷時, ,釋放出的光子的最小能量為釋放出的光子的最小能量為E=EE=E2 2-E-E1 1 =10.2eV;=10.2eV;若若n=2,n=2,則由高能級向低能級躍遷時釋放出的則由高能級向低能級躍遷時釋放出的光子的最小能量為光子的最小能量為E=EE=E3 3-E-E2 2=1.89

18、eV;=1.89eV;若若n=3,n=3,則釋放光子則釋放光子的最大能量為的最大能量為E=1.51eVE=1.51eV。由此可知。由此可知, ,選項選項B B正確。正確。1.(1.(多選多選)(2016)(2016襄襄陽模擬陽模擬) )圖示為氫原圖示為氫原子能級的示意圖子能級的示意圖, ,已已知可見光的光子能量知可見光的光子能量范圍是范圍是1.611.613.10 3.10 eVeV, ,則則( () )A.A.氫原子從高能級向低能級躍遷時會吸收能量氫原子從高能級向低能級躍遷時會吸收能量B.B.氫原子從氫原子從n=4n=4的激發(fā)態(tài)向的激發(fā)態(tài)向n=3n=3的激發(fā)態(tài)躍遷時不可能的激發(fā)態(tài)躍遷時不可能

19、輻射出可見光輻射出可見光C.C.要使處于基態(tài)的氫原子變成氫離子要使處于基態(tài)的氫原子變成氫離子, ,至少要吸收至少要吸收13.6 eV13.6 eV的能量的能量D.D.大量氫原子從大量氫原子從n=4n=4的激發(fā)態(tài)向的激發(fā)態(tài)向n=1n=1的基態(tài)躍遷時的基態(tài)躍遷時, ,能發(fā)能發(fā)出三種頻率的光子出三種頻率的光子E.E.對處于對處于n=4n=4的激發(fā)態(tài)的氫原子躍遷時輻射出的光子的激發(fā)態(tài)的氫原子躍遷時輻射出的光子, ,從從n=4n=4的激發(fā)態(tài)向的激發(fā)態(tài)向n=1n=1的基態(tài)躍遷時輻射出的光子頻率的基態(tài)躍遷時輻射出的光子頻率最大最大【解析【解析】選選B B、C C、E E。氫原子從高能級向低能級躍遷時。氫原子

20、從高能級向低能級躍遷時, ,根據能量守恒根據能量守恒, ,會以光子的形式輻射能量會以光子的形式輻射能量, ,選項選項A A錯誤錯誤; ;氫原子從氫原子從n=4n=4的激發(fā)態(tài)向的激發(fā)態(tài)向n=3n=3的激發(fā)態(tài)躍遷時輻射出的的激發(fā)態(tài)躍遷時輻射出的光子能量為光子能量為-0.85-(-1.51)=0.66eV,-0.85-(-1.51)=0.66eV,所以輻射出的光子所以輻射出的光子為紅外線為紅外線, ,選項選項B B正確正確; ;要使處于基態(tài)的氫原子變成氫離要使處于基態(tài)的氫原子變成氫離子至少要吸收子至少要吸收13.6 eV13.6 eV的能量的能量, ,選項選項C C正確正確; ;大量氫原子大量氫原子

21、從從n=4n=4的激發(fā)態(tài)向的激發(fā)態(tài)向n=1n=1的基態(tài)躍遷時的基態(tài)躍遷時, ,能發(fā)出能發(fā)出N= =6N= =6種種頻率的光子頻率的光子, ,選項選項D D錯誤錯誤; ;處于處于n=4n=4的激發(fā)態(tài)的氫原子從的激發(fā)態(tài)的氫原子從n=4n=4的激發(fā)態(tài)向的激發(fā)態(tài)向n=1n=1的基態(tài)躍遷時的基態(tài)躍遷時, ,輻射出的光子能量值輻射出的光子能量值最大最大, ,頻率最大頻率最大, ,選項選項E E正確。正確。24C1.1.如圖所示為氫原子的四個能級如圖所示為氫原子的四個能級, ,其中其中E E1 1為基態(tài)為基態(tài), ,若氫若氫原子原子A A處于激發(fā)態(tài)處于激發(fā)態(tài)E E2 2, ,氫原子氫原子B B處于激發(fā)態(tài)處于激

22、發(fā)態(tài)E E3 3, ,則下列說法則下列說法正確的是正確的是( () )A.A.原子原子A A可能輻射出可能輻射出3 3種頻率的光子種頻率的光子B.B.原子原子B B可能輻射出可能輻射出3 3種頻率的光子種頻率的光子C.C.原子原子A A能夠吸收原子能夠吸收原子B B發(fā)出的光子并躍遷到能級發(fā)出的光子并躍遷到能級E E4 4D.D.原子原子B B能夠吸收原子能夠吸收原子A A發(fā)出的光子并躍遷到能級發(fā)出的光子并躍遷到能級E E4 4【解析【解析】選選B B。原子。原子A A從激發(fā)態(tài)從激發(fā)態(tài)E E2 2躍遷到躍遷到E E1 1, ,只能輻射出只能輻射出1 1種頻率的光子種頻率的光子,A,A錯。原子錯。

23、原子B B從激發(fā)態(tài)從激發(fā)態(tài)E E3 3躍遷到基態(tài)躍遷到基態(tài)E E1 1能能輻射出輻射出3 3種頻率的光子種頻率的光子,B,B對。由原子能級躍遷理論可知對。由原子能級躍遷理論可知, ,原子原子A A可能吸收原子可能吸收原子B B由由E E3 3躍遷到躍遷到E E2 2時放出的光子并躍遷時放出的光子并躍遷到到E E3 3, ,但不能躍遷到但不能躍遷到E E4 4,C,C錯。錯。A A原子發(fā)出的光子能量原子發(fā)出的光子能量E=EE=E2 2-E-E1 1大于大于E E4 4-E-E3 3, ,故原子故原子B B不可能吸收原子不可能吸收原子A A發(fā)出的發(fā)出的光子躍遷到能級光子躍遷到能級E E4 4,D,D錯。錯。