2019年高考物理一轮复习第十二章近代物理初步第1讲光电效应原子结构氢原子光谱学案.doc

1、【 精品教育资源文库 】 第 1 讲 光电效应 原子结构 氢原子光谱 微知识 1 原子结构 1电子的发现 汤姆孙 发现了电子，电子的发现证明了原子是可分的。 2原子核式结构 (1)卢瑟福 通过 粒子散射实验，提出了原子的核式结构，实验装置如图所示。 (2)实验结果显示，绝大多数 粒子穿过金箔后仍 沿原来的方向前进 ，少数 粒子发生了较大的偏转 ，只有极少数 粒子偏转角超过 90 甚至被 弹回 。 (3)原子的核式结构模型：在原子中心有个很小的核，叫做 原子核 ，原子的全部正电荷和几乎全部 质量 都集中在核里，带负电的电子在核外空间绕核转动。 (4)原子直径的数量级约为 10 10 m，原子核

2、直径的数量级约为 10 15 m。 微知识 2 玻尔的氢原子理论 1能级：原子只能处于一系列 不连续 的能量状态中，具有确定能量的稳定状态称为 定态 ，也称为能级，原子处于最低能级的状态叫做 基态 ，其他的状态作 激发态 。 2跃迁：当原子从某一能级 (设能量为 Em)跃迁到另一能级 (设能量为 En)时，会辐射或吸收一定频率的光子，光子的能量为 E |Em En| h (h 叫做普朗克常量， h 6.6310 34 Js) 。 3轨道：原子的不同能量状态对应于电子的不同运行轨道，由于原 子的能量状态是不连续的，因此电子的轨道也是 不连续的 ，即电子不能在任意半径的轨道上运动。 4局限性：虽然

3、它能很好地解释氢原子光谱，但与其他原子的光谱不符合。原因在于它一方面引入了量子假设，另一方面又应用了经典理论计算电子轨道半径和能量，因此，玻尔理论在解释复杂的微观现象时遇到困难是必然的。 微知识 3 氢原子光谱 1氢原子的能级公式 【 精品教育资源文库 】 En E1n2(其中基态能量 E1 13.6 eV) 2电子的半径公式 rn n2r1(n 1,2,3?) (其中 r1 0.5310 10 m)。 3 特征谱线 不同原子的亮线位置 不同 ，说明不同的原子的发光频率是 不一样 的，因此这些亮线称为原子的特征谱线。 4光谱分析 利用 原子特征谱线 来鉴别物质和确定物质的组成成分，这种方法称

4、为光谱分析。 微知识 4 光电效应 1定义 在光的照射下从物体发射出 电子 的现象 (发射出的电子称为光电子 )。 2产生条件 入射光的频率 大于 极限频率。 3光电效应规律 (1)每种金属都有一个极限频率，入射光的 频率 必须大于这个极限频率才能产生光电效应。 (2)光电子的最大初动能与入射光的 强度 无关，只随入射光频率的增大而增大。 (3)光电 效应的发生几乎是瞬时的，一般不超过 10 9 s。 (4)当入射光的频率大于极限频率时， 光电流 的强度与入射光的强度成正比。 微知识 5 光电效应方程 1基本物理量 (1)光子的能量， h 其中 h 6.6310 34 Js( 称为普朗克常量

5、)。 (2)逸出功：使电子脱离某种金属所做功的 最小值 。 (3)最大初动能 发生光电效应时，金属 表面上 的电子吸收光子后克服原子核的引力逸出时所具有动能的 最大值 。 2光电效应方程 爱因斯坦光电效应方程是根据 能量 守恒定律推导出来的，描述的是光电子的最大初动能 Ek跟入射光子的能 量 h 和逸出功 W 之间的关系： Ek h W0。 微知识 6 波粒二象性 1光电效应说明光具有粒子性，同时光还具有波动性，即光具有 波粒二象性 。 2大量光子运动的规律表现出光的 波动性 ，单个光子的运动表现出光的 粒子性 。 3光的波长越长，波动性越明显，越容易看到光的干涉和衍射现象。光波的频率越高，粒

6、子性越明显，穿透本领越强。 【 精品教育资源文库 】 一、思维辨析 (判断正误，正确的画 “” ，错误的画 “” 。 ) 1光子和光电子都是实物粒子。 () 2光电效应说明光具有粒子性，光的波动性是错误的。 () 3光电子的最大初动能与入 射光的频率成正比。 () 4 粒子散射实验说明了原子的正电荷和绝大部分质量集中在一个很小的核上。 () 5氢原子由能量为 En的定态向能量为 Em低能级跃迁时，辐射出的光子能量 h En Em。 () 二、对点微练 1 (光电效应 )(多选 )光电效应实验中，下列表述正确的是 ( ) A光照时间越长光电流越大 B入射光足够强就可以有光电流 C遏止电压与入射

7、光的频率有关 D入射光频率大于极限频率才能产生光电子 解析 本题考查光电效应规律，考查考生对光电效应规律的理解。光电流的大小与光照时间无关， A 项错误； 如果入射光的频率小于金属的极限频率，入射光再强也不会发生光电效应，B 项错误；遏止电压 Uc，满足 eUc h h c，从表达式可知，遏止电压与入射光的频率有关， C 项正确；只有当入射光的频率大于极限频率，才会有光电子逸出， D 项正确。 答案 CD 2 ( 粒子散射实验和原子核式结构 )卢瑟福通过对 粒子散射实验结果的分析，提出( ) A原子的核式结构模型 B原子核内有中子存在 C电子是原子的组成部分 D原子核是由质子和中子构成的 解析

8、 卢瑟福通过对 粒子散射实验结果的分析否定了汤姆生 “ 枣糕 ” 式原子结构模 型，提出了原子的核式结构模型，故 A 项正确；原子核内有中子存在是通过核反应发现的，故 B项错；电子是原子的组成部分，是通过汤姆生发现电子而发现的，故 C 项错；原子核是由质子和中子构成的，是通过核反应发现的，故 D 项错。 答案 A 3 (玻尔的氢原子理论 )若用 E1表示氢原子基态时能量的绝对值，对于第 n 能级的能量为 En E1n2，则在下列各能量值中，哪个可能是氢原子从激发态向基态跃迁时辐射出的能量( ) A.E14 B.34E1 C.78E1 D.E116 答案 B 4 (波粒二象性 )用很弱的光做单缝

9、衍射实验，改变曝光 时间，在胶片上出现的图像如图所示，该实验表明 ( ) 【 精品教育资源文库 】 A光的本质是波 B光的本质是粒子 C光的能量在胶片上分布不均匀 D光到达胶片上不同位置的概率相同 解析 用很弱的光做单缝衍射实验，改变曝光时间在胶片出现的图样，说明光有波粒二象性，故 A、 B 项错误；说明光到达胶片上的不同位置的概率是不一样的，也就说明了光的能量在胶片上分布不均匀，故 C 项正确， D 项错误。 答案 C 见学生 用书 P182 微考点 1 光电效应 核 |心 |微 |讲 1用光电管研究光电效应 (1)常见电路图 (2)光电流与饱和电流 入射光强度：指单位时间内入射到金属表面

10、单位面积上的能量，可以理解为频率一定时，光强越大，单位时间内照射金属表面的光子数越多。 光电流：指光电子在电路中形成的电流。光电流有最大值，未达到最大值以前，其大小和光强、电压都有关，达到最大值以后，光电流和光强度成正比。 饱和电流：指在一定频率与强度的光照射下的最大光电流，饱和电流不随电路中电压的增大而增大。 (3)两 条分析线索 【 精品教育资源文库 】 2光电效应的图象描述 典 |例 |微 |探 【例 1】 (多选 )在光电效应实验中，用频率为 的光照射光电管阴极，发生了光电效应。下列说法正确的是 ( ) A增大入射光的强度，光电流增大 B减小入射光的强度，光电效应现象消失 C改用频率

11、小于 的光照射，一定不发生光电效应 D改用频率大于 的光照射，光电子的最大初动能变大 【解题导思】 (1)光电效应发生的条件是什么？ 答： 入射光的频率大于金属的极限频率。 【 精品教育资源文库 】 (2)为什么光照强度增大，光电流增大？ 答： 光照强度增大，单位时间内入射到金属表面的 光子个数增加，单位时间内发出的光电子的个数增加，则光电流增大。 解析 根据光电效应规律可知，增大入射光的强度，光电流增大， A 项正确；减小入射光的强度，光电流减小，光电效应现象并不消失， B 项错误；改用小于 的入射光照射，如果入射光的频率仍然大于光电管阴极材料的极限频率，仍能发生光电效应， C 项错误；由

12、爱因斯坦光电效应方程可知，增大入射光的频率，光电子的最大初动能增大， D 项正确。 答案 AD 光电效应实验规律可理解记忆：放不放 (光电子 )，看频率 (入射光频率大于金属极限频率 )；放多少，看光强。最大初动能 (光电 子 )，看频率 (入射光 )；要放瞬时放。 题 |组 |微 |练 1入射光照射到某金属表面上发生光电效应，若入射光的强度减弱，而频率保持不变，那么 ( ) A从光照至金属表面上到发射出光电子之间的时间间隔将明显增加 B逸出的光电子的最大初动能将减小 C单位时间内从金属表面逸出的光电子数目将减少 D有可能不发生光电效应 解析 光电效应瞬时 (不超过 10 9 s)发生，与光强

13、无关， A 项错；能否发生光电效应，只决定于入射光的频率是否大于极限频率，与光强无关， D 项错；光电子的最大初动能只与入射光频率有关，入射光频率越大 ，最大初动能越大， B 项错；光电子数目多少与入射光强度有关，光强减弱，单位时间内逸出的光电子数目减少， C 项对。 答案 C 2已知钙和钾的截止频率分别为 7.7310 14 Hz 和 5.4410 14 Hz，在某种单色光的照射下两种金属均发生光电效应，比较它们表面逸出的具有最大初动能的光电子，则钙逸出的光电子具有较大的 ( ) A波长 B频率 C能量 D动量 解析 金属的逸出功 W0 h 0，根据爱因斯坦光电效应方程 Ek h W 可知，从金属钾表面飞出的光电子的最大初动能比金属钙的大，金属钙表 面飞出的光电子能量 E 小，因 h2mE，所以从钙表面逸出的光电子具有较大的波长，选项 A 正确。 答案 A 微考点 2 能级跃迁和光谱线 核 |心 |微 |讲 1原子从低能级向高能级跃迁：吸收一定能量的光子，当一个光子的能量满足 h E 末 E【 精品教育资源文库 】 初 时，才能被某一个原子吸收，使原子从低能级 E 初 向高能级 E 末 跃迁，而当光子能量 h 大于或小于 E 末 E 初