1、第二章 光电效应 原子结构【2014高考高考备考导航备考导航】考点考点考纲要求考纲要求考查角度考查角度1光电效应光电效应光电效应规律的理解光电效应规律的理解及光电效应方程的应及光电效应方程的应用用2爱因斯坦光电爱因斯坦光电效应方程效应方程3氢原子光谱氢原子光谱玻尔理论的理解及应玻尔理论的理解及应用；氢原子能级结构用；氢原子能级结构及能级公式的理解及能级公式的理解.4氢原子的能级氢原子的能级结构、能级公结构、能级公式式一、光电效应及爱因斯坦的光电效应方程一、光电效应及爱因斯坦的光电效应方程【知识梳理】【知识梳理】1光电效应：光电效应：照射到金属表面的光，能使金属中的照射到金属表面的光，能使金属中
2、的_从表面逸出的现象叫光电效应，逸出的从表面逸出的现象叫光电效应，逸出的_叫光电叫光电子子2光电效应的规律光电效应的规律(1)每种金属都有一个极限频率，入射光的频率必须每种金属都有一个极限频率，入射光的频率必须_这个极限频率才能产生光电效应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光电子的最大初动能与入射光的强度 ，只随入，只随入射光射光 的增大而增大的增大而增大抓纲扣本抓纲扣本落实基础落实基础电子电子电子电子大于大于无关无关频率频率(3)光电效应的发生几乎是瞬时的，一般不超过光电效应的发生几乎是瞬时的，一般不超过109 s.(4)当入射光的频率大于极限频率时，饱和光电
3、流的强当入射光的频率大于极限频率时，饱和光电流的强度与入射光的强度成度与入射光的强度成 3逸出功：逸出功：使电子脱离金属所做功的使电子脱离金属所做功的 叫逸出叫逸出功功4爱因斯坦的光电效应方程爱因斯坦的光电效应方程(1)光子说：光不仅发射和吸收时能量是一份一份的，光子说：光不仅发射和吸收时能量是一份一份的，而且光本身就是由一个个不可分割的能量子组成的，频率而且光本身就是由一个个不可分割的能量子组成的，频率为为的光的能量子为的光的能量子为 ，这些能量子称为，这些能量子称为 (2)光电效应方程：光电效应方程：Ek ，Ek为光电子的为光电子的_ _，由此方程可求得光电效应的截止频率，由此方程可求得光
4、电效应的截止频率c .正比正比最小值最小值h光子光子hW0最最大初动能大初动能【自主检测】【自主检测】1(2011广东理综广东理综)光电效应实验中，下列表述正确光电效应实验中，下列表述正确的是的是A光照时间越长光电流越大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入射光足够强就可以有光电流C遏止电压与入射光的频率有关遏止电压与入射光的频率有关 D入射光频率大于极限频率才能产生光电子入射光频率大于极限频率才能产生光电子解析解析在光电效应中，若照射光的频率小于极限频率，在光电效应中，若照射光的频率小于极限频率，无论光照时间多长，光照强度多大，都无光电流，故无论光照时间多长，光照强度多大，都无
5、光电流，故A、B错误，错误，D正确由正确由eU0Ek，EkhW0，可知，可知U(hW)/e，即遏止电压与入射光频率，即遏止电压与入射光频率有关有关答案答案CD二、原子核式结构模型二、原子核式结构模型【知识梳理】【知识梳理】1电子的发现：电子的发现：英国物理学家英国物理学家 发现了电子发现了电子2粒子散射实验的现象：粒子散射实验的现象：绝大多数绝大多数粒子穿过金箔粒子穿过金箔后，基本上仍沿后，基本上仍沿 方向前进，但少数方向前进，但少数粒子发生了粒子发生了_偏转，极少数偏转，极少数粒子甚至被撞了回来粒子甚至被撞了回来3原子的核式结构模型：原子的核式结构模型：原子的中心有一个很小的原子的中心有一个
6、很小的核，全部核，全部 和几乎全部和几乎全部 集中在核里，电子在正集中在核里，电子在正电体的外面高速运动电体的外面高速运动4原子核的尺度：原子核的尺度：原子核直径的数量级为原子核直径的数量级为 m，原，原子直径的数量级约为子直径的数量级约为 m.汤姆孙汤姆孙原来的原来的大角度大角度正电荷正电荷质量质量10151010【自主检测】【自主检测】2卢瑟福利用卢瑟福利用粒子轰击金箔的实验研究原子结构，粒子轰击金箔的实验研究原子结构，正确反映实验结果的示意图是图正确反映实验结果的示意图是图21中的中的解析解析粒子轰击金箔后偏转，越靠近金箔，偏转的粒子轰击金箔后偏转，越靠近金箔，偏转的角度越大，所以角度越
7、大，所以A、B、C错误，错误，D正确正确答案答案D三、氢原子光谱三、氢原子光谱【知识梳理】【知识梳理】1光谱和光谱分析光谱和光谱分析(1)线状谱：光谱是一条条的线状谱：光谱是一条条的 (2)连续谱：光谱看起来不是一条条分立的谱线，而是连续谱：光谱看起来不是一条条分立的谱线，而是连在一起的连在一起的 (3)特征谱线：不同原子的亮线位置不同，说明不同原特征谱线：不同原子的亮线位置不同，说明不同原子的发光子的发光 是不一样的，因此这些亮线称为原子的特征谱是不一样的，因此这些亮线称为原子的特征谱线线(4)光谱分析：利用特征谱线来鉴别物质和确定物质的光谱分析：利用特征谱线来鉴别物质和确定物质的组成成分，
8、这种方法称为光谱分析组成成分，这种方法称为光谱分析亮线亮线光带光带频率频率【自主检测】【自主检测】3下列有关光谱的说法正确的是下列有关光谱的说法正确的是A氢原子的发射光谱是连续的氢原子的发射光谱是连续的B氢原子光谱说明氢原子只发出特定频率的光氢原子光谱说明氢原子只发出特定频率的光C由于各种原子的原子结构不同，所以各种原子的由于各种原子的原子结构不同，所以各种原子的原子光谱也不相同原子光谱也不相同D分析物质发光的光谱，可以鉴别物质中含哪些无分析物质发光的光谱，可以鉴别物质中含哪些无素素答案答案BCD四、玻尔的原子模型及氢原子的能级四、玻尔的原子模型及氢原子的能级【知识梳理】【知识梳理】1玻尔的原
9、子模型玻尔的原子模型(1)电子的轨道是量子化的电子在这些轨道上绕核的电子的轨道是量子化的电子在这些轨道上绕核的运动是运动是 的，不产生电磁辐射的，不产生电磁辐射(2)原子的能量是原子的能量是 的，电子在不同的轨道上运的，电子在不同的轨道上运动时，原子处于不同的状态且具有不同的能量原子中这动时，原子处于不同的状态且具有不同的能量原子中这些具有确定能量的稳定状态叫些具有确定能量的稳定状态叫 .能量最低的定态叫能量最低的定态叫做做 ，其他的状态叫，其他的状态叫 (3)电子从一种定态电子从一种定态(设能量为设能量为Em)跃迁到另一种定态跃迁到另一种定态(设设能量为能量为En)时，它辐射时，它辐射(或吸
10、收或吸收)一定频率的光子，光子的能一定频率的光子，光子的能量由这两种定态的量由这两种定态的 决定，即决定，即 .稳定稳定量子化量子化定态定态基态基态激发态激发态能量差能量差hEmEn2氢原子的能级氢原子的能级(1)原子各定态的原子各定态的能量值叫做原子的能能量值叫做原子的能级氢原子的能级图如级氢原子的能级图如图图22所示所示【自主检测】【自主检测】4(2012江苏单科江苏单科)如图如图23所示是某原子的能级图，所示是某原子的能级图，a、b、c为原子跃迁所发出的三种波长的光在图为原子跃迁所发出的三种波长的光在图24所示所示原子光谱的选项中，谱线从左向右的波长依次增大，则正原子光谱的选项中，谱线从
11、左向右的波长依次增大，则正确的是确的是_答案答案C【考点解读】【考点解读】1对光电效应规律的解释对光电效应规律的解释剖题探法剖题探法突破考点突破考点考点一考点一光电效应规律的理解及光电效应方程的应用光电效应规律的理解及光电效应方程的应用光电子的最光电子的最大初动能随大初动能随着入射光频着入射光频率的增大而率的增大而增大，与入增大，与入射光强度无射光强度无关关电子吸收光子能量后，一部分克服阻碍作用电子吸收光子能量后，一部分克服阻碍作用做功，剩余部分转化为光电子的初动能，只做功，剩余部分转化为光电子的初动能，只有直接从金属表面飞出的光电子才具有最大有直接从金属表面飞出的光电子才具有最大初动能，对于
12、确定的金属，初动能，对于确定的金属，W0是一定的，故是一定的，故光电子的最大初动能只随入射光频率的增大光电子的最大初动能只随入射光频率的增大而增大而增大光电效应具光电效应具有瞬时性有瞬时性光照射金属时，电子吸收一个光子的能量后光照射金属时，电子吸收一个光子的能量后，动能立即增大，不需要能量积累的过程，动能立即增大，不需要能量积累的过程光较强时饱光较强时饱和电流大和电流大光较强时，包含的光子数较多，照射金属时光较强时，包含的光子数较多，照射金属时产生的光电子较多，因而饱和电流较大产生的光电子较多，因而饱和电流较大2.用图象表示光电效应方程用图象表示光电效应方程(1)最大初动能最大初动能Ek与入射
13、光与入射光频率频率的关系图线如图的关系图线如图25所示所示(2)由图线可以得到的物理由图线可以得到的物理量：量：极限频率：图线与极限频率：图线与轴交轴交点的横坐标点的横坐标0.逸出功：图线与逸出功：图线与Ek轴交点轴交点的纵坐标的值的纵坐标的值W0|E|E.普朗克常量：图线的斜率普朗克常量：图线的斜率kh.【典例剖析】【典例剖析】例例1(2013淮阴模拟淮阴模拟)如图如图26所示电路可研究所示电路可研究光电效应规律图中标有光电效应规律图中标有A和和K的为光电管，其中的为光电管，其中K为阴极，为阴极，A为阳极理想电流计可检测通过光电管的电流，理想电压为阳极理想电流计可检测通过光电管的电流，理想电
14、压表用来指示光电管两端的电压现接通电源，用光子能量表用来指示光电管两端的电压现接通电源，用光子能量为为10.5 eV的光照射阴极的光照射阴极K，电流计中有示数；若将滑动变，电流计中有示数；若将滑动变阻器的滑片阻器的滑片P缓慢向右滑动，电流计的读数逐渐减小，当滑缓慢向右滑动，电流计的读数逐渐减小，当滑至某一位置时电流计读数恰好为零，读出此时电压表的示至某一位置时电流计读数恰好为零，读出此时电压表的示数为数为6.0 V；现保持滑片；现保持滑片P位置不变，光电管阴极材料的逸位置不变，光电管阴极材料的逸出功为出功为_，若增大入射光的强度，电流计的读数，若增大入射光的强度，电流计的读数_(选填选填“为零
15、为零”或或“不为零不为零”)解析解析设用光子能量为设用光子能量为10.5 eV的光照射时，光电子的光照射时，光电子的最大初动能为的最大初动能为Ek，阴极材料逸出功为，阴极材料逸出功为W0，当反向电压达，当反向电压达到到U6.0 V以后，具有最大初动能的光电子达不到阳极，以后，具有最大初动能的光电子达不到阳极，因此因此eUEk；由爱因斯坦光电效应方程，；由爱因斯坦光电效应方程，EkEW0，解，解得光电管阴极材料的逸出功为得光电管阴极材料的逸出功为W04.5 eV；若增大入射光；若增大入射光的强度，电流计的读数仍为零的强度，电流计的读数仍为零答案答案4.5 eV为零为零规律总结规律总结(1)入射光
16、频率高入射光频率高光子能量大光子能量大产生光产生光电子的最大初动能大电子的最大初动能大遏止电压大遏止电压大(2)入射光强度大入射光强度大光子数目多光子数目多产生的光电子多产生的光电子多饱饱和光电流大和光电流大(3)能不能发生光电效应由入射光的频率决定，与入射能不能发生光电效应由入射光的频率决定，与入射光的强度无关光的强度无关【跟踪训练】【跟踪训练】1(2012海南单科海南单科)产生光电效应时，关于逸出光电产生光电效应时，关于逸出光电子的最大初动能子的最大初动能Ek，下列说法正确的是，下列说法正确的是_(填入正确填入正确选项前的字母选项前的字母)A对于同种金属，对于同种金属，Ek与照射光的强度无
17、关与照射光的强度无关B对于同种金属，对于同种金属，Ek与照射光的波长成反比与照射光的波长成反比C对于同种金属，对于同种金属，Ek与光照射的时间成正比与光照射的时间成正比D对于同种金属，对于同种金属，Ek与照射光的频率成线性关系与照射光的频率成线性关系E对于不同种金属，若照射光频率不变，对于不同种金属，若照射光频率不变，Ek与金属与金属的逸出功成线性关系的逸出功成线性关系答案答案ADE【考点解读】【考点解读】1对原子跃迁条件对原子跃迁条件hEmEn的说明的说明原子跃迁条件原子跃迁条件hEmEn只适用于光子和原子作用而只适用于光子和原子作用而使原子在各定态之间跃迁的情况，即此情况下只有光子的使原子
18、在各定态之间跃迁的情况，即此情况下只有光子的能量满足能量满足hE末末E初初时，才能被某一个原子吸收，当光子时，才能被某一个原子吸收，当光子能量大于或小于能量大于或小于E末末E初初时都不能被原子吸收对于光子和时都不能被原子吸收对于光子和原子作用而使氢原子电离时，只要入射光的能量原子作用而使氢原子电离时，只要入射光的能量E13.6 eV，氢原子就能吸收光子的能量对于实物粒子与原子作用使氢原子就能吸收光子的能量对于实物粒子与原子作用使原子激发时，实物粒子的能量大于或等于能级差即可原子激发时，实物粒子的能量大于或等于能级差即可考点二考点二玻尔理论的理解及应用玻尔理论的理解及应用【典例剖析】【典例剖析】
19、例例2(2011江苏单科江苏单科)按照玻尔原子理论，氢原按照玻尔原子理论，氢原子中的电子离原子核越远，氢原子的能量子中的电子离原子核越远，氢原子的能量_(选填选填“越大越大”或或“越小越小”)已知氢原子的基态能量为已知氢原子的基态能量为E1(E10)，电，电子质量为子质量为m，基态氢原子中的电子吸收一频率为，基态氢原子中的电子吸收一频率为的光子被的光子被电离后，电子速度大小为电离后，电子速度大小为_(普朗克常量为普朗克常量为h)【跟踪训练】【跟踪训练】2(2013湖北八校联考湖北八校联考)已知氢原子基态的轨道半径已知氢原子基态的轨道半径为为R0，基态能量为，基态能量为E0，将该原子置于静电场中
20、使其电离，将该原子置于静电场中使其电离，已知静电力常量为已知静电力常量为k，电子电荷量大小为，电子电荷量大小为q.则则A静电场提供的能量至少为静电场提供的能量至少为E0B静电场提供的能量至少为静电场提供的能量至少为2E0答案答案BD【考点解读】【考点解读】1能级图中相关量意义的说明能级图中相关量意义的说明考点三考点三能级跃迁与光谱线的分析能级跃迁与光谱线的分析相关量相关量表示意义表示意义能级图中的横线能级图中的横线表示氢原子可能的能量状态表示氢原子可能的能量状态定态定态横线左端的数字横线左端的数字“1,2,3”表示量子数表示量子数横线右端的数字横线右端的数字“13.6，3.40”表示氢原子的能
21、级表示氢原子的能级相邻横线间的距离相邻横线间的距离表示相邻的能级差，量子数越大相邻表示相邻的能级差，量子数越大相邻的能级差越小的能级差越小带箭头的竖线带箭头的竖线表示原子由较高能级向较低能级跃迁表示原子由较高能级向较低能级跃迁，原子跃迁的条件为，原子跃迁的条件为hEmEn【典例剖析】【典例剖析】例例3如图如图27所示，大量氢原子处于能级所示，大量氢原子处于能级n4的激发态，当它们向各较低能级跃迁时，对于多种可能的的激发态，当它们向各较低能级跃迁时，对于多种可能的跃迁，下列说法中正确的是跃迁，下列说法中正确的是A最多只能放出最多只能放出4种不同频率的光子种不同频率的光子B从从n4能级跃迁到能级跃
22、迁到n1能级放出的光子波长最长能级放出的光子波长最长C从从n4能级跃迁到能级跃迁到n1能级放出的光子频率最高能级放出的光子频率最高D从从n4能级跃迁到能级跃迁到n3能级放出的光子波长等于能级放出的光子波长等于从从n2能级跃迁到能级跃迁到n1能级放出的光子波长能级放出的光子波长解析解析能级跃迁如图所示，故最多能放出能级跃迁如图所示，故最多能放出6种不同频种不同频率的光子，选项率的光子，选项A错；从错；从n4能级跃迁到能级跃迁到n1能级放出的能级放出的光子频率最高，波长最短，选项光子频率最高，波长最短，选项B错，错，C对；由于对；由于n4能级能级与与n3能级间的能量差不等于能级间的能量差不等于n2
23、能级与能级与n1能级间的能能级间的能量差，故放出光子的波长也一定不相等，选项量差，故放出光子的波长也一定不相等，选项D错错答案答案C特别提醒特别提醒(1)能级跃迁时放出的光子频率是不连续能级跃迁时放出的光子频率是不连续的的(2)能级之间发生跃迁时放出能级之间发生跃迁时放出(吸收吸收)光子的频率由光子的频率由hEmEn求得若求波长可由公式求得若求波长可由公式c求得求得【跟踪训练】【跟踪训练】3氢原子部分能级的示意图如图氢原子部分能级的示意图如图28所示不同色所示不同色光的光子能量如下表所示光的光子能量如下表所示色光色光光子能量范围光子能量范围(eV)红红1.612.00橙橙2.002.07黄黄2
24、.072.14绿绿2.142.53蓝蓝靛靛2.532.76紫紫2.763.10处于某激发态的氢原子，发射的光的谱线在可见光范处于某激发态的氢原子，发射的光的谱线在可见光范围内仅有围内仅有2条，其颜色分别为条，其颜色分别为A红、蓝红、蓝靛靛B黄、绿黄、绿C红、紫红、紫 D蓝蓝靛、紫靛、紫解析解析原子发光时光子的能量等于原子能级差，先分原子发光时光子的能量等于原子能级差，先分别计算各相邻的能级差，再由小到大排序结合可见光的别计算各相邻的能级差，再由小到大排序结合可见光的光子能量表可知，有两个能量分别为光子能量表可知，有两个能量分别为1.89 eV和和2.55 eV的光的光子属于可见光，并且属于红光
25、和蓝子属于可见光，并且属于红光和蓝靛的范围，故答案为靛的范围，故答案为A.答案答案A1(2012上海单科上海单科)在光电效应实验中，用单色光照在光电效应实验中，用单色光照射某种金属表面，有光电子逸出，则光电子的最大初动能射某种金属表面，有光电子逸出，则光电子的最大初动能取决于入射光的取决于入射光的A频率频率B强度强度C照射时间照射时间 D光子数目光子数目解析解析由爱因斯坦光电效应方程由爱因斯坦光电效应方程EkhW0可知：可知：Ek只与频率只与频率有关，故选项有关，故选项B、C、D错，选项错，选项A正确正确答案答案A基础巩固基础巩固达标训练达标训练技能过关技能过关2研究光电效应的电研究光电效应的
26、电路如图路如图29所示用频率相所示用频率相同、强度不同的光分别照射同、强度不同的光分别照射密封真空管的钠极板密封真空管的钠极板(阴极阴极K)，钠极板发射出的光电，钠极板发射出的光电子被阳极子被阳极A吸收，在电路中吸收，在电路中形成光电流图形成光电流图210所示所示光电流光电流I与与A、K之间的电压之间的电压UAK的关系图象中，正确的的关系图象中，正确的是是_解析解析由于光的频率相同，所以对应的反向截止电压由于光的频率相同，所以对应的反向截止电压相同，选项相同，选项A、B错误；发生光电效应时，在同样的加速电错误；发生光电效应时，在同样的加速电压下，光强度越大，逸出的光电子数目越多，形成的光电压下
27、，光强度越大，逸出的光电子数目越多，形成的光电流越大，所以选项流越大，所以选项C正确，正确，D错误错误答案答案C解析解析在光谱中仅能观测到三条谱线，可知基态的氢在光谱中仅能观测到三条谱线，可知基态的氢原子被激发到原子被激发到n3，且，且h3h2h1，30，选项，选项B正正确确答案答案B4(2013海口模拟海口模拟)氢原子核的光谱在可见光范氢原子核的光谱在可见光范围内有四条谱线，其中在靛围内有四条谱线，其中在靛紫色区内的一条是处于量子紫色区内的一条是处于量子数数n4的能级氢原子跃迁到的能级氢原子跃迁到n2的能级发出的，氢原子的能级发出的，氢原子的能级如图的能级如图211所示，已所示，已知普朗克常量知普朗克常量h6.631034 Js，则该条谱线光子的，则该条谱线光子的能量为能量为_eV，该条，该条谱 线 光 子 的 频 率 为谱 线 光 子 的 频 率 为_Hz.(结果保留结果保留3位位有效数字有效数字)答案答案2.556.151014能力提升能力提升本讲结束请按ESC键返回
