第1讲　光电效应　原子结构　氢原子光谱 讲义

1、.第1讲光电效应原子构造氢原子光谱见学生用书P181微知识1 原子构造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原子核式构造1卢瑟福通过粒子散射实验，提出了原子的核式构造，实验装置如下图。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原子的核式构造模型：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

2、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|hh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

3、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En其中基态能量E113.6 eV2电子的半径公式rnn2r1n1,2,3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

4、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根本物理量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，金属外表上的电子吸收光子后抑制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，描绘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：EkhW0。微知识6 波

5、粒二象性1光电效应说明光具有粒子性，同光阴还具有波动性，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，越容易看到光的干预和衍射现象。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。×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

6、EnEm。二、对点微练1光电效应多项选择光电效应实验中，以下表述正确的选项是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此题考察光电效应规律，考察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；假如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eUchhc，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CD2粒子散射实验和原子核式构造卢瑟福通过对粒子散射实验结果的分析，提出A原子的核式构造

7、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卢瑟福通过对粒子散射实验结果的分析否认了汤姆生“枣糕式原子构造模型，提出了原子的核式构造模型，故A项正确；原子核内有中子存在是通过核反响发现的，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，是通过核反响发现的，故D项错。答案A3玻尔的氢原子理论假设用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，那么在以下各能量值中，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.B.E1C.E1D.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

8、上出现的图像如下图，该实验说明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一样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外表单位面积上的能量，可以理解为频率一定时，光强越大，单位时间内照射金属外表的光子数越多。光电流：指光电子在电路中形成的电流。光电流有最大值

9、，未到达最大值以前，其大小和光强、电压都有关，到达最大值以后，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光电效应的图象描绘典|例|微|探【例1】多项选择在光电效应实验中，用频率为的光照射光电管阴极，发生了光电效应。以下说法正确的选项是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，

10、单位时间内入射到金属外表的光子个数增加，单位时间内发出的光电子的个数增加，那么光电流增大。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，假如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外表上发生光电效应，假设

11、入射光的强度减弱，而频率保持不变，那么A从光照至金属外表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单位时间内从金属外表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钙和钾的截止频率分别为7.73×1014 Hz和5.44×1014 Hz，在某种单色

12、光的照射下两种金属均发生光电效应，比较它们外表逸出的具有最大初动能的光电子，那么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EkhW可知，从金属钾外表飞出的光电子的最大初动能比金属钙的大，金属钙外表飞出的光电子能量E小，因，所以从钙外表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hE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

13、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能量大于13.6 eV，氢原子电离后，电子具有一定的初动能。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NC。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

14、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】多项选择氢原子能级如下图，当氢原子从n3跃迁到n2的能级时，辐射光的波长为656 nm。以下判断正确的选项是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

15、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C项正确。答案CD题|组|微|练3多项选择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。其中的两个波长分别为1和2，且12，那么另一个波长可能是A12B12C.D.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，辐射光子的能量关系为，可得3，C项正确；当312或1>3>2时，同理可得，得3，D项正确。答案CD4根据玻尔原子构造理论，氦离子He的能级图

16、如下图。电子处在n3轨道上比处在n5轨道上离氦核的间隔 _填“近或“远。当大量He处在n4的激发态时，由于跃迁所发射的谱线有_条。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C6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物理量颜色一样、强弱不同的光，光电流与电压的关系遏止电压Uc：图线与横轴的交点饱和光电流Im：电流的最大值

17、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饱和光电流最大初动能Ek1eUc1、Ek2eUc2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hke注：此时两极之间接反向电压经典考题多项选择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，以下说法正确的选项是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端挪动B增大入射

18、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h解析入射光的频率增大，光电子的最大初动能增大，那么遏止电压增大，测遏止电压时，应使滑动变阻器的滑片P向N端挪动，故A项错误；根据光电效应方程EkmhW0知，光电子的最大初动能与入射光的强度无关，故B项错误；根据EkmhW0eUc，解得Uc，图线的斜率k，那么h，当遏止电压为零时，c，故C、D项正确。答案CD对法对题1多项选择如下图是用光照射某种金属时逸出的光电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×

19、;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 eV解析由光电效应方程EkhW0可知，图中横轴的截距为该金属的截止频率，选项A正确，B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W0hc6.63×1034×4.27×1014 J1.77 eV或W0hEk6.63×1034×5.5×1014 J0.5 eV1.78 eV，选项D错误。答案AC2研究光电效应的电路如下图。用频率一样、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

20、极A吸收，在电路中形成光电流。以下光电流I与A、K之间的电压UAK的关系图象中，正确的选项是解析由于光的频率一样，所以对应的反向遏止电压一样，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以下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挪动。由此规律可知应选A项。答案A2处于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B

21、2种C3种D4种解析氢原子能级跃迁辐射光的种类C3，故C项正确。答案C3多项选择现用某一光电管进展光电效应实验，当用某一频率的光入射时，有光电流产生。以下说法正确的选项是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律，保持入射光的频率不变，入射光的光强变大，那么饱和光电流变大，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多项选择在探究光电效应的实验中，用光照射某种金属，测得该金属外表有光电子逸出的