高三物理一轮复习 第十三章 第2讲 光电效应 氢原子光谱1.doc

第2讲光电效应氢原子光谱(对应学生用书第224页)光电效应现象1.光电效应的实验规律(1)任何一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发生光电效应，低于这个极限频率则不能发生光电效应(2)光电子的最大初动能与入射光的强度无关，其随入射光频率的增大而增大(3)大于极限频率的光照射金属时，光电流强度(反映单位时间内发射出的光电子数的多少)与入射光强度成正比(4)金属受到光照，光电子的发射一般不超过109_s.2光子说爱因斯坦提出：空间传播的光不是连续的，而是一份一份的，每一份称为一个光子，光子具有的能量与光的频率成正比，即：h，其中h6.631034 js.3光电效应方程(1)表达式：hekw0或ekhw0.(2)物理意义：金属中的电子吸收一个光子获得的能量是h，这些能量的一部分用来克服金属的逸出功w0，剩下的表现为逸出后电子的最大初动能ekmv2.【针对训练】1(2012上海高考)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取决于入射光的()a频率b强度c照射时间 d光子数目【解析】根据光电效应方程，ekhw最大初动能取决于入射光的频率，a正确【答案】a粒子散射实验与核式结构模型1.卢瑟福的粒子散射实验装置(如图1321所示)图13212实验现象绝大多数粒子穿过金箔后，基本上仍沿原来的方向前进，但少数粒子发生了大角度偏转，极少数粒子甚至被撞了回来如图1322所示粒子散射实验的分析图图13223原子的核式结构模型在原子中心有一个很小的核，原子全部的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旋转【针对训练】2(2011天津高考)下列能揭示原子具有核式结构的实验是()a光电效应实验b伦琴射线的发现c粒子散射实验 d氢原子光谱的发现【解析】光电效应实验说明光具有粒子性，故a错误伦琴射线为电磁波，故b错误卢瑟福由粒子散射实验建立了原子的核式结构模型，故c正确氢原子光谱的发现说明原子光谱是不连续的，故d错误【答案】c氢原子光谱和玻尔理论1.光谱(1)光谱：用光栅或棱镜可以把光按波长展开，获得光的波长(频率)和强度分布的记录，即光谱(2)光谱分类有些光谱是一条条的亮线，这样的光谱叫做线状谱有的光谱是连在一起的光带，这样的光谱叫做连续谱(3)氢原子光谱的实验规律巴耳末线系是氢原子光谱在可见光区的谱线，其波长公式r()(n3,4,5，)，r是里德伯常量，r1.10107 m1，n为量子数2玻尔理论(1)定态：原子只能处于一系列不连续的能量状态中，在这些能量状态中原子是稳定的，电子虽然绕核运动，但并不向外辐射能量(2)跃迁：原子从一种定态跃迁到另一种定态时，它辐射或吸收一定频率的光子，光子的能量由这两个定态的能量差决定，即hemen.(h是普朗克常量，h6.631034 js)(3)轨道：原子的不同能量状态跟电子在不同的圆周轨道绕核运动相对应原子的定态是不连续的，因此电子的可能轨道也是不连续的(1)一群氢原子跃迁发出可能的光谱线数为nc，一个氢原子跃迁发出可能的光谱线数最多为(n1)(2)由能级图可知，由于电子的轨道半径不同，氢原子的能级不连续，这种现象叫能量量子化【针对训练】3.图1323(2012江苏高考)如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下列该原子光谱的各选项中，谱线从左向右的波长依次增大，则正确的是()【解析】由能级图及enemh知，e3e1e2e1e3e2即acb，又，知acb，所以图c正确【答案】c(对应学生用书第225页)对光电效应的理解1.光电效应的实质光子照射到金属表面，某个电子吸收光子的能量使其动能变大，当电子的动能增大到足以克服原子核的引力时，便飞出金属表面成为光电子2极限频率的实质光子的能量和频率有关，而金属中电子克服原子核引力需要的能量是一定的，光子的能量必须大于金属的逸出功才能发生光电效应这个能量的最小值等于这种金属对应的逸出功，所以每种金属都有一定的极限频率3对光电效应瞬时性的理解光照射到金属上时，电子吸收光子的能量不需要积累，吸收的能量立即转化为电子的能量，因此电子对光子的吸收十分迅速4.图1324光电效应方程电子吸收光子能量后从金属表面逸出，其中只有直接从金属表面飞出的光电子才具有最大初动能，根据能量守恒定律，ekhw0.如图1324所示5用光电管研究光电效应(1)常见电路(如图1325所示)图1325(2)两条线索通过频率分析：光子频率高光子能量大产生光电子的最大初动能大通过光的强度分析：入射光强度大光子数目多产生的光电子多光电流大(3)常见概念辨析(1)光电子也是电子，光子的本质是光，注意两者的区别(2)在发生光电效应的过程中，并非所有光电子都具有最大初动能，只有从金属表面直接发出的光电子初动能才最大(2012江苏高考)a、b两种光子的能量之比为21，它们都能使某种金属发生光电效应，且所产生的光电子最大初动能分别为ea、eb.求a、b两种光子的动量之比和该金属的逸出功【解析】光子能量h，动量p，且得p，则papb21a照射时，光电子的最大初动能eaaw0同理，ebbw0解得w0ea2eb.【答案】21ea2eb氢原子能级和能级跃迁1.氢原子的能级图能级图如图1326所示图13262能级图中相关量意义的说明相关量意义能级图中的横线表示氢原子可能的能量状态定态横线左端的数字“1,2,3”表示量子数横线右端的数字“13.6，3.4”表示氢原子的能量相邻横线间的距离表示相邻的能量差，量子数越大相邻的能量差越小，距离越小带箭头的竖线表示原子由较高能级向较低能级跃迁，原子跃迁的条件为hemen3.关于光谱线条数的两点说明(1)一群氢原子跃迁发出可能的光谱线条数为nc.(2)一个氢原子跃迁发出可能的光谱线条数最多为(n1)(2012四川高考)如图1327所示为氢原子能级示意图的一部分，则氢原子()图1327a从n4能级跃迁到n3能级比从n3能级跃迁到n2能级辐射出电磁波的波长长b从n5能级跃迁到n1能级比从n5能级跃迁到n4能级辐射出电磁波的速度大c处于不同能级时，核外电子在各处出现的概率是一样的d从高能级向低能级跃迁时，氢原子核一定向外放出能量【解析】因为e4e30.66 eve3e21.89 ev，根据c和henem得从n4能级跃迁到n3能级比从n3能级跃迁到n2能级辐射出电磁波的波长长，选项a正确；电磁波在真空中的传播速度都相等，与光子的频率无关，选项b错误；氢原子的核外电子处于不同能级时在各处出现的概率是不同的，能级越低，在靠近原子核较近的地方出现的概率越大，选项c错误；氢原子从高能级跃迁到低能级时，是氢原子核外的电子从高能级跃迁到了低能级向外放出能量，选项d错误【答案】a(对应学生用书第226页)1卢瑟福和他的助手做粒子轰击金箔实验，获得了重要发现：关于粒子散射实验的结果，下列说法正确的是()a证明了质子的存在b证明了原子核是由质子和中子组成的c证明了原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在一个很小的核里d说明了原子中的电子只能在某些轨道上运动【解析】粒子散射实验发现了原子内存在一个集中了全部正电荷和几乎全部质量的核数年后卢瑟福发现核内有质子并预言核内存在中子，所以c对，a、b错玻尔发现了电子轨道量子化，d错【答案】c2(2012北京高考)一个氢原子从n3能级跃迁到n2能级，该氢原子()a放出光子，能量增加b放出光子，能量减少c吸收光子，能量增加d吸收光子，能量减少【解析】氢原子从高能级向低能级跃迁时，放出光子，能量减少，故选项b正确，选项a、c、d错误【答案】b3(2011福建高考)爱因斯坦因提出了光量子概念并成功地解释光电效应的规律而获得1921年诺贝尔物理学奖某种金属逸出光电子的最大初动能ekm与入射光频率的关系如图1328所示，其中0为极限频率从图中可以确定的是()图1328a逸出功与有关bekm与入射光强度成正比c当nb，频率ab，因此a光照射金属时恰能逸出光电子，b光照射时则不能逸出光电子，选项b错误；根据临界角公式sin c知两束光的临界角ca1，即k能级的能量大于m能级的能量，氢原子从能级k跃迁到能级m时向外辐射能量，其值为ekemh2h1，故只有d项正确【答案】d7如图13211为氢原子的能级图，已知处于较高能级的氢原子能自发地向较低能级跃迁，则：图13211(1)一群氢原子由n4能级向n1能级跃迁时最多可辐射出_种不同频率的光(2)要想使处在n2激发态的氢原子电离至少吸收_ev的能量【解析】(1)根据nc6种(2)n2激发态的氢原子电离至少吸收3.40 ev的能量【答案】(1)6(2)3.408(2012山东高考)氢原子第n能级的能量为en，其中e1为基态能量当氢原子由第4能级跃迁到第2能级时，发出光子的频率为1；若氢原子由第2能级跃迁到基态，发出光子的频率为2，则_.【解析】根据氢原子的能级公式，h1e4e2e1h2e2e1e1所以.【答案】9已知可见光光子的能量范围约为1.613.11 ev，而氢原子的能级图如图13212所示，则最低处于n_能级的氢原子可以吸收任意频率的紫外线，并发生电离；大量氢原子从高能级向n3的能级跃迁时，发出的光具有显著的_效应；大量处于n4的氢原子向低能级跃迁时，可能发出_种不同频率的可见光图13212【解析】可从题目中得知紫外线的能量大于3.11 ev，而处于n3能级的氢原子吸收1.51 ev以上的能量就可以使氢原子电离，故n3；从大于3的能级向第3能级跃迁时，发出最大频率的光能量只有1.51 ev，在可见光频率范围以下的红外线区域，具有显著的热效应；从第4能级向低能级跃迁时，可以发出6种可能的光子，但在可见光区域的只有2种，即从第4能级跃迁到第2能级的能量