（新課標(biāo)）河南省2015高考物理總復(fù)習(xí)講義 第13章 第2講 光電效應(yīng) 氫原子光譜

第2講光電效應(yīng)氫原子光譜知識(shí)一光電效應(yīng)現(xiàn)象1光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律(1)每種金屬都有一個(gè)極限頻率，入射光的頻率必須大于這個(gè)極限頻率才能發(fā)生光電效應(yīng)(2)光電子的最大初動(dòng)能與入射光的強(qiáng)度無(wú)關(guān)，其隨入射光頻率的增大而增大(3)光電流強(qiáng)度(反映單位時(shí)間內(nèi)發(fā)射出的光電子數(shù)的多少)與入射光強(qiáng)度成正比(4)光電效應(yīng)的發(fā)生幾乎是瞬時(shí)的，一般不超過(guò)109s.2光子說(shuō)愛(ài)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(gè)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(yīng)方程(1)表達(dá)式：hEkW0或EkhW0.(2)物理意義：金屬中的電子吸收一個(gè)光子獲得的能量是h，這些能量的一部分用來(lái)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(dòng)能Ekmv2.(3)任何一種金屬都有一個(gè)極限頻率，入射光的頻率必須大于這個(gè)極限頻率才能發(fā)生光電效應(yīng)，低于這個(gè)極限頻率則不能發(fā)生光電效應(yīng)知識(shí)二粒子散射實(shí)驗(yàn)與核式結(jié)構(gòu)模型1盧瑟福的粒子散射實(shí)驗(yàn)裝置(如圖1321所示)圖13212粒子散射實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)象絕大多數(shù)粒子穿過(guò)金箔后，基本上仍沿原來(lái)的方向前進(jìn)，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(lái)如圖1322所示粒子散射實(shí)驗(yàn)的分析圖圖13223盧瑟福的原子核式結(jié)構(gòu)模型在原子的中心有一個(gè)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(fù)電的電子在核外繞核旋轉(zhuǎn)1 / 10知識(shí)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(zhǎng)展開(kāi)，獲得光的波長(zhǎng)(頻率)和強(qiáng)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(shí)驗(yàn)規(guī)律巴耳末線系是氫原子光譜在可見(jiàn)光區(qū)的譜線，其波長(zhǎng)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(kù)侖引力的作用下，繞原子核做圓周運(yùn)動(dòng)，電子繞核運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)，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(shí)，它輻射或吸收一定頻率的光子，光子的能量由這兩個(gè)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(gè)氫原子躍遷發(fā)出可能的光譜線數(shù)最多為(n1)(2)由能級(jí)圖可知，由于電子的軌道半徑不同，氫原子的能級(jí)不連續(xù)，這種現(xiàn)象叫能量量子化.考點(diǎn)一對(duì)光電效應(yīng)規(guī)律的理解一、光電效應(yīng)的實(shí)質(zhì)光子照射到金屬表面，某個(gè)電子吸收光子的能量使其動(dòng)能變大，當(dāng)電子的動(dòng)能增大到足以克服原子核的引力時(shí)，便飛出金屬表面成為光電子二、極限頻率的實(shí)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(yīng)這個(gè)能量的最小值等于這種金屬對(duì)應(yīng)的逸出功，所以每種金屬都有一定的極限頻率三、對(duì)光電效應(yīng)瞬時(shí)性的理解光照射到金屬上時(shí)，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(duì)光子的吸收十分迅速四、圖1323光電效應(yīng)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(dòng)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(yīng)1常見(jiàn)電路(如圖1324所示)圖13242兩條線索(1)通過(guò)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(dòng)能大(2)通過(guò)光的強(qiáng)度分析：入射光強(qiáng)度大光子數(shù)目多產(chǎn)生的光電子多光電流大3常見(jiàn)概念辨析1個(gè)示范例(2013浙江高考)小明用金屬銣為陰極的光電管，觀測(cè)光電效應(yīng)現(xiàn)象，實(shí)驗(yàn)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(yáng)極”)；(2)實(shí)驗(yàn)中測(cè)得銣的遏止電壓UC與入射光頻率之間的關(guān)系如圖乙所示，則銣的截止頻率c_Hz，逸出功W0_J；(3)如果實(shí)驗(yàn)中入射光的頻率7.001014Hz，則產(chǎn)生的光電子的最大初動(dòng)能Ek_J.【解析】(1)在光電效應(yīng)中，電子向A極運(yùn)動(dòng)，故電極A為光電管的陽(yáng)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(dāng)入射光的頻率為7.001014Hz時(shí)，由Ekhhc得，光電子的最大初動(dòng)能為Ek6.631034(7.005.15)1014 J1.231019 J.【答案】(1)陽(yáng)極(2)5.1510143.411019(3)1.2310191個(gè)預(yù)測(cè)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(yīng)，且所產(chǎn)生的光電子最大初動(dòng)能分別為EA、EB.求A、B兩種光子的動(dòng)量之比和該金屬的逸出功【解析】光子能量h，動(dòng)量p，且得p，則pApB21A照射時(shí)，光電子的最大初動(dòng)能EAAW0.同理，EBBW0解得W0EA2EB.【答案】21W0EA2EB考點(diǎn)二氫原子能級(jí)和能級(jí)躍遷一、氫原子的能級(jí)圖能級(jí)圖如圖1326所示圖1326二、能級(jí)圖中相關(guān)量意義的說(shuō)明相關(guān)量意義能級(jí)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(jí)向較低能級(jí)躍遷，原子躍遷的條件為hEmEn三、關(guān)于光譜線條數(shù)的兩點(diǎn)說(shuō)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(gè)氫原子躍遷發(fā)出可能的光譜線條數(shù)最多為(n1)1個(gè)示范例(2012四川高考)如圖1327所示為氫原子能級(jí)示意圖的一部分，則氫原子()圖1327A從n4能級(jí)躍遷到n3能級(jí)比從n3能級(jí)躍遷到n2能級(jí)輻射出電磁波的波長(zhǎng)長(zhǎng)B從n5能級(jí)躍遷到n1能級(jí)比從n5能級(jí)躍遷到n4能級(jí)輻射出電磁波的速度大C處于不同能級(jí)時(shí)，核外電子在各處出現(xiàn)的概率是一樣的D從高能級(jí)向低能級(jí)躍遷時(shí)，氫原子核一定向外放出能量【解析】因?yàn)镋4E30.66 eVE3E21.89 eV，根據(jù)c和hEnEm得從n4能級(jí)躍遷到n3能級(jí)比從n3能級(jí)躍遷到n2能級(jí)輻射出電磁波的波長(zhǎng)長(zhǎng)，選項(xiàng)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(wú)關(guān)，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；氫原子的核外電子處于不同能級(jí)時(shí)在各處出現(xiàn)的概率是不同的，能級(jí)越低，在靠近原子核較近的地方出現(xiàn)的概率越大，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；氫原子從高能級(jí)躍遷到低能級(jí)時(shí)，是氫原子核外的電子從高能級(jí)躍遷到了低能級(jí)向外放出能量，選項(xiàng)D錯(cuò)誤【答案】A1個(gè)預(yù)測(cè)例氫原子部分能級(jí)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(lán)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(jiàn)光范圍內(nèi)僅有2條，其顏色分別為()A紅、藍(lán)靛B黃、綠C紅、紫 D藍(lán)靛、紫【解析】原子發(fā)光時(shí)放出的光子的能量等于原子能級(jí)差，先分別計(jì)算各相鄰的能級(jí)差，再由小到大排序結(jié)合可見(jiàn)光的光子能量表可知，有兩個(gè)能量分別為1.89 eV和2.55 eV的光子屬于可見(jiàn)光，分別屬于紅光和藍(lán)靛光的范圍，故答案為A.【答案】A1(多選)(2011廣東高考)光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)中，下列表述正確的是()A光照時(shí)間越長(zhǎng)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】在光電效應(yīng)中，若照射光的頻率小于極限頻率，無(wú)論光照時(shí)間多長(zhǎng)，光照強(qiáng)度多大，都無(wú)光電流，當(dāng)照射光的頻率大于極限頻率時(shí)，立刻有光電子產(chǎn)生，故A、B錯(cuò)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(guān)，C正確【答案】CD2盧瑟福和他的助手做粒子轟擊金箔實(shí)驗(yàn)，獲得了重要發(fā)現(xiàn)，關(guān)于粒子散射實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，下列說(shuō)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(gè)很小的核里D說(shuō)明了原子中的電子只能在某些軌道上運(yùn)動(dòng)【解析】粒子散射實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)了原子內(nèi)存在一個(gè)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(yù)測(cè)核內(nèi)存在中子，所以C對(duì)，A、B錯(cuò)；玻爾發(fā)現(xiàn)了電子軌道量子化，D錯(cuò)【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(zhǎng)最長(zhǎng)Bd的波長(zhǎng)最長(zhǎng)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(shí)，hE，從能級(jí)圖知Ea最小，a的波長(zhǎng)最長(zhǎng)，頻率最小，則B錯(cuò)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(gè)氫原子從n3能級(jí)躍遷到n2能級(jí)，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(jí)向低能級(jí)躍遷時(shí)，放出光子，能量減少，故選項(xiàng)B正確，選項(xiàng)A、C、D錯(cuò)誤【答案】B5(2011福建高考)愛(ài)因斯坦因提出了光量子概念并成功地解釋光電效應(yīng)的規(guī)律而獲得1921年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)某種金屬逸出光電子的最大初動(dòng)能Ekm與入射光頻率的關(guān)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(guān)BEkm與入射光強(qiáng)度成正比C當(dāng)<0時(shí)，會(huì)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(yīng)方程EkmhW、Wh0，與ykxb相對(duì)應(yīng)可知只有D項(xiàng)正確【答案】D6(2011四川高考)氫原子從能級(jí)m躍遷到能級(jí)n時(shí)輻射紅光的頻率為1，從能級(jí)n躍遷到能級(jí)k時(shí)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(jí)k躍遷到能級(jí)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?yàn)樽瞎獾念l率大于紅光的頻率，所以2>1，即k能級(jí)的能量大于m能級(jí)的能量，氫原子從能級(jí)k躍遷到能級(jí)m時(shí)向外輻射能量，其值為EkEmh2h1，故只有D項(xiàng)正確【答案】D7(2013福建高考)在盧瑟福粒子散射實(shí)驗(yàn)中，金箔中的原子核可以看作靜止不動(dòng)，下列各圖畫出的是其中兩個(gè)粒子經(jīng)歷金箔散射過(guò)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(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，關(guān)鍵是弄清粒子遇到金原子核時(shí)受到強(qiáng)大的斥力作用，才能發(fā)生大角度散射，選項(xiàng)C正確【答案】C8(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(jí)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(yuǎn)”)當(dāng)大量He處在n4的激發(fā)態(tài)時(shí)，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(shí)，發(fā)射的譜線有6條【答案】近69(2011新課標(biāo)全國(guó)高考)在光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)中，某金屬的截止頻率相應(yīng)的波長(zhǎng)為0，該金屬的逸出功為_(kāi)若用波長(zhǎng)為(<0)的單色光做該實(shí)驗(yàn)，則其遏止電壓為_(kāi)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(shè)金屬的截止頻率為0，則該金屬的逸出功W0h0h；對(duì)光電子，由動(dòng)能定理得eU0hW0，解得U0.【答案】10(2012山東高考)氫原子第n能級(jí)的能量為En，其中E1為基態(tài)能量當(dāng)氫原子由第4能級(jí)躍遷到第2能級(jí)時(shí)，發(fā)出光子的頻率為1；若氫原子由第2能級(jí)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(jí)公式，h1E4E2E1h2E2E1E1所以.【答案】 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