2019版高考物理一轮复习第12章 第1讲 光电效应 原子结构 氢原子光谱

1、第十二章近代物理初步考情微解读第 1 讲 光电效应 原子结构 氢原子光谱见学生用书 P181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

2、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 1010 m，原子核直径的数量级约为 1015 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|EmEn|h&

3、#160;(h 叫做普朗克常量，h6.63×1034 J·s)。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E2Enn1(其中基态能量 E113.6 eV)2电子的半径公式rnn2

4、r1(n1,2,3)(其中 r10.53×1010 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

5、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，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 h6.63×1034 J·s(称为普朗克常量)。(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

6、的能量 h 和逸出功 W 之间的关系：Ekh 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，粒子性越明显，穿透本领越强。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

7、。(×)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 EnEm。()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，

8、入射光再强也不会发生光电效应，B 项错误；遏止电压CUc，满足 eUch hc，从表达式可知，遏止电压与入射光的频率有关， 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CD2( 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A.       B.  E1    C.&

9、#160; E1    D.1D原子核是由质子和中子构成的解析卢瑟福通过对  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AE23(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

10、，对于第 n 能级的能量为 Enn1，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()E137E44816答案B4(波粒二象性)用很弱的光做单缝衍射实验，改变曝光时间，在胶片上出现的图像如图所示，该实验表明()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

11、60;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

12、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。(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

13、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

14、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 109 s)发生，与光强无关，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C2已知钙和钾的截止频率分别为 7.73×1014 Hz 和 5.44×1014 Hz，在

15、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 W0h0，根据爱因斯坦光电效应方程 Ekh 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  h，所以从钙表面逸出2mE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

16、60;E 末E 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 初时都不能被原子吸收。2原子从高能级向低能级跃迁，以光子的形式向外辐射能量，所辐射的光子能量恰等于发生跃迁时的两能级间的能量差。3当光子能量大于或等于 13.6 eV 时，也可以被氢原子吸收，使氢原子电离；当氢原子吸收的光子一群氢原子处于量子数为 n 的激发态时，可能辐射出的光谱线条数为 N 

17、;  能量大于 13.6 eV，氢原子电离后，电子具有一定的初动能。n2C2。4原子还可吸收外来实物粒子(例如自由电子)的能量而被激发。由于实物粒子的动能可全部或部分地被原子吸收，所以只要入射粒子的能量大于或等于两能级的能量差值(EEmEn)，均可使原子发生能级跃迁。5跃迁时电子动能、原子势能与原子能量的变化当轨道半径减小时，库仑引力做正功，原子的电势能 Ep 减小，电子动能增大，原子能量减小。反之，轨道半径增大时，原子电势能增大，电子动能减小，原子能量增大。典|例|微|探【例 2】 (多选)氢原子能级如图所示，当

18、氢原子从 n3 跃迁到 n2 的能级时，辐射光的波长为 656nm。以下判断正确的是()A氢原子从 n2 跃迁到 n1 的能级时，辐射光的波长大于 656 nmB用波长为 325 nm 的光照射，可使氢原子从 n1 跃迁到 n2 的能级C一群处于 n3 能级上的氢原子向低能级跃迁时最多产生 3 种谱线D用波长为 633 nm 的光照射，不能使氢原子

19、从 n2 跃迁到 n3 的能级【解题导思】释放或吸收光子的能量与能级有何关系？答：释放或吸收光子的能量等于两定态之间的能量差。解析根据氢原子的能级图和能级跃迁规律，当氢原子从 n2 能级跃迁到 n1 的能级时，辐射光的波长一定小于 656 nm，因此 A 项错误；根据发生跃迁只能吸收和辐射一定频率的光子，可知 B 项错误，D项正确；一群处于 n3 能级上的氢原子向低能级跃迁时可以产生 3 种频率的光子，所以 

20、;C 项正确。答案CD题|组|微|练3(多选)氢原子在某三个相邻能级之间跃迁时，可发出三种不同波长的光。已知其中的两个波长分别为 1 和 2，且 12，则另一个波长可能是()A1C. 12122B 1D.  1 2 1 22光子的能量关系为      ，可得 3     ，C 项正确；当 312 或 1>3>

21、;2 时，同理可得      ，得 3     ，D 项正确。解析设另一个波长可能是 3，当 123 时，氢原子在三个相邻的能级之间发生跃迁，辐射hchchc1212312hchchc1213212答案CD4根据玻尔原子结构理论，氦离子(He)的能级图如图所示。电子处在 n3 轨道上比处在 n5 轨道上离氦核的距离_(填“近”或“远”)。当大量 He处在 n4

22、0;的激发态时，由于跃迁所发射的谱线有_条。4解析能级越小的电子，离原子核越近；从 n4 的激发态跃迁时，发射的谱线条数为 C26 条。答案近6见学生用书 P184光电效应方程及图象分析素能培养图象名称图线形状由图线直接(间接)得到的物理量最大初动能 Ek 与入射光频率 的关系图线极限频率：图线与  轴交点的横坐标 0逸出功：图线与 Ek 轴交点的纵坐标的绝对值 W0|E|E普朗克常量：图线的斜率 kh续表图象名称图线形状由图线直接(间接)得到的

23、物理量遏止电压 Uc：图线与横轴的交颜色相同、强弱不同的光，光电流与电压的关系点饱和光电流 Im：电流的最大值最大初动能：EkmeUc续表图象名称图线形状由图线直接(间接)得到的物理量颜色不同时，光电流与电压的关系遏止电压 Uc1、Uc2饱和光电流E最大初动能 Ek1eUc1、 k2eUc2遏止电压 Uc 与入射光频率  的关系图线截止频率  0：图线与横轴的交点遏止电压 Uc：随入射光频率的增大而增大普朗克常量 h：等于图线的斜率与电子电荷量的乘积，即 

24、hke(注：此时两极之间接反向电压)经典考题(多选)美国物理学家密立根利用图示的电路研究金属的遏止电压 Uc 与入射光频率 的关系，描绘出图乙中的图象，由此算出普朗克常量 h，电子电量用 e 表示，下列说法正确的是()A入射光的频率增大，测遏止电压时，应使滑动变阻器的滑片 P 向 M 端移动B增大入射光的强度，光电子的最大初动能也增大C由 Uc 图象可知，这种金属截止频率为 cD由 Uc   图象可求普朗克常量表达式为

25、0;hU1e1ch  hc           h   U1光的强度无关，故 B 项错误；根据 Ekmh  W0eUc，解得 Uce    e                e&#

26、160; 1c则 h      ，当遏止电压为零时，  c，故 C、D 项正确。解析入射光的频率增大，光电子的最大初动能增大，则遏止电压增大，测遏止电压时，应使滑动变阻器的滑片 P 向 N 端移动，故 A 项错误；根据光电效应方程 Ekmh W0 知，光电子的最大初动能与入射，图线的斜率 k ，U1e1c答案CD对法对题1(多选)如图所示是用光照射某种金属时逸出的光电

27、子的最大初动能随入射光频率的变化图线(直线与横轴的交点为 4.27，与纵轴交点为 0.5)。由图可知()A该金属的截止频率为 4.27×1014 HzB该金属的截止频率为 5.5×1014 HzC该图线的斜率表示普朗克常量D该金属的逸出功为 0.5 eVB解析由光电效应方程 Ekh W0 可知，图中横轴的截距为该金属的截止频率，选项 A 正确， 错误；图线的斜率表示普朗克常量 h，C 项正确；该金属的逸出功 

28、;W0hc6.63×1034×4.27×1014 J1.77 eV或 W0h Ek6.63×1034×5.5×1014 J0.5 eV1.78 eV，选项 D 错误。答案AC2研究光电效应的电路如图所示。用频率相同、强度不同的光分别照射密封真空管的钠极板(阴极 K)，钠极板发射出的光电子被阳极 A 吸收，在电路中形成光电流。下列光电流 I 与 A、K 之间的电压 UA

29、K 的关系图象中，正确的是()解析由于光的频率相同，所以对应的反向遏止电压相同，选项 A、B 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，形成的光电流越大，所以 C 项正确，D 项错误。答案C见学生用书 P1841下列描绘两种温度下黑体辐射强度与波长关系的图中，符合黑体辐射实验规律的是()解析随着温度的升高，黑体辐射的强度与波长有这样的关系。一方面，各种波长的辐射强度都有增加，另一方面，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动。由此规律可知应选 A 项。答案A2处于 

30、n3 能级的大量氢原子，向低能级跃迁时，辐射光的频率有()A1 种B2 种C3 种D4 种3解析氢原子能级跃迁辐射光的种类 C23，故 C 项正确。答案C3(多选)现用某一光电管进行光电效应实验，当用某一频率的光入射时，有光电流产生。下列说法正确的是()A保持入射光的频率不变，入射光的光强变大，饱和光电流变大B入射光的频率变高，饱和光电流变大C入射光的频率变高，光电子的最大初动能变大D保持入射光的光强不变，不断减小入射光的频率，始终有光电流产生E遏止电压的大小与入射光的频率有关，与入射光的光强无关解析根据光电效应规

31、律，保持入射光的频率不变，入射光的光强变大，则饱和光电流变大，选项 A正确；由爱因斯坦光电效应方程知，入射光的频率变高，产生的光电子最大初动能变大，而饱和光电流与入射光的频率和光强都有关，选项 B 错误，C 正确；保持入射光的光强不变，不断减小入射光的频率，当入射光的频率小于极限频率时，就不能发生光电效应，没有光电流产生，选项D 错误；遏止电压与产生的光电子的最大初动能有关，光电子的最大初动能与入射光的频率有关，与入射光的光强无关，选项 E 正确。答案ACE4(多选)在探究光电效应的实验中，用光照射某种金属，测得该金属表面有光电子逸出的最大入射光波长为 0。若用氢原子发出的光照射该金属，已知氢原子从能级 3 跃迁到能级 2 时发出的光