高考物理一轮复习-第16章-量子论初步课件-人教大纲版

考纲要求三年考情热点考向考点要求2007年2008年2009年光电效应、光子、爱因斯坦光电效应方程Ⅱ重庆理综(T14·选择)全国卷Ⅱ(T18·选择)全国卷Ⅰ(T19·选择)江苏物理(T4·选择)广东物理(T6·选择)山东理综(T38·填空)全国卷Ⅰ(T16·选择)全国卷Ⅱ(T18·选择)四川卷(T18·选择)广东卷(T4·选择)光电效应及氢原子的能级跃迁是高考的两个重点，考查形式以选择题为主.光的波粒二象性、物质波Ⅰ氢原子的能级结构、光子的发射和吸收Ⅱ氢原子的电子云Ⅰ光谱和光谱分析Ⅰ第十六章量子论初步1．光电效应(1)20世纪初，

提出了光子说，重新强调了光的

，并解 释了光电效应． (2)光电效应的概念、条件和特点： ①概念：在光的照射下物体

的现象． ②条件：入射光的频率大于

，与光的强度无关． ③瞬时性：

的产生都是瞬时的，不超过10－9s.爱因斯坦不连续性发射电子极限频率光电子2．光子和光子的能量 (1)1900年，

提出了电磁波的发射和吸收是

的．爱因斯坦1905年提出在真空传播的光也不是连续的．(2)光子的能量：E＝

.(3)普朗克常量：h＝

.普朗克不连续hv6.63×10－34J·s3．光电效应方程 (1)逸出功：使电子脱离某种金属所做功的

． (2)最大初动能 发生光电效应时，金属

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

．最小值最大值表面(3)光电效应方程爱因斯坦光电效应方程是根据

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hv和逸出功W之间的关系：Ekm＝

.hv－W能量光子说对光电效应是如何解释的？1．当光照射到金属上时，它的能量可能被金属中的某个电子全部吸收，电子吸收能量后动能增加，当它的动能足够大时，它能克服金属内部原子对它的吸引而离开金属表面逃逸出来，成为光电子，这一过程时间很短，不需要时间的积累．2．电子吸收光子的能量后可能向各个方向运动，有的向金属内部运动，有的向金属外部运动，由于路程不同，电子逃逸出来时损失的能量不同，因而它们离开金属表面时的初动能不同，只有直接从金属表面逃逸出来的电子的初动能最大，这时电子克服引力所做的功叫这种金属的逸出功W.3．对于某一金属，逸出功是一定的，要产生光电效应，入射光的频率必须大于某一极限值ν0＝.4．最大初动能Ekm与入射光频率v的关系图线(如图16－1所示)．光电子具有的能量各不相同，并非所有的光电子都具有最大初动能．1．某光电管的阴极是用金属钾制成的，它的逸出功为2.21eV，用波长为2.5×10－7m的紫外线照射阴极，已知真空中光速为3.0×108m/s，元电荷为1.6×10－19C，普朗克常量为6.63×10－34J·s，求得钾的极限频率和该光电管发射的光电子的最大初动能应分别是() A．5.3×1014Hz,2.2J B．5.3×1014Hz,4.4×10－19J C．3.3×1033Hz,2.2J D．3.3×1033Hz,4.4×10－19J解析：W＝hv0，

由光电效应方程，hν＝W＋Ekm，1所以B选项正确．答案：B1．光的波粒二象性：光是一种波，同时也是一种粒子，光具有

；既不能把光波理解成宏观状态的波，也不能把光子当成实物粒子．2．物质波：任何一个

的物体，小到微观粒子，大到宏观物体，都有一种波与它相对应，其波长λ＝

，也称为

．物质波是一种

．运动德布罗意波粒子性概率波光的波动性与粒子性的比较项目内容说明光的粒子性(1)“当光同物质发生作用时”，这种作用是“一份一份”进行的，表现出粒子的性质(2)少量或个别光子容易显示出光的粒子性粒子的含义是“不连续”“一份一份”的，光的粒子即光子，不同于宏观概念的粒子光的波动性(1)“足够能量的光在传播时”，表现出波的性质(2)光是一种概率波，即光子在空间各点出现的可能性大小(概率)可用波动规律来描述光的波动性是光子本身的一种属性，不是光子之间相互作用产生的．光的波动性不同于宏观的波波和粒子的对立、统一宏观世界：波和粒子是相互对立的微观世界：波和粒子是统一的光子说并未否定波动性，光子能量E＝hv＝中，v和λ就是波的概念2．(2008·江苏卷改编)(1)如图16－2所示，下列四个实验中(如下图)，深入地揭示了光的粒子性一面的有()B．锌板被紫外线照射时有电子逸出但被可见光照射时没有电子逸出C．轰击金箔的α粒子中有少数运动方向发生较大偏转A．光通过双缝后在屏上出现明暗相间的条纹D．氢原子发射的光经三棱镜分光后，呈现线状光谱解析：相干光在光屏上呈现明暗相间的条纹，说明光具有波动性，A项错；对于任何一种金属都存在一个“极限频率”，入射光的频率必须大于这个频率，才能产生光电效应，故选项B对；选项C说明原子的核式结构；选项D说明氢原子的能量是不连续的，故选B项．答案：B1．1913年丹麦物理学家

提出了原子结构的

量子化和

量子化模型．2．能级：原子的可能状态是不连续的，因此各状态对应的

也是不连续的， 能级就是原子各状态对应的

．3．基态和激发态：原子

的状态叫做基态，其他状态叫做激发态，原子失去电子的过程叫

．能量值玻尔轨道能量能量最低电离能量4．光子的发射与吸收：原子由激发态向基态跃迁时

出光子，由基态向激发态跃迁时要

光子．光子的频率与能级的关系：

.5．原子光谱：稀薄气体放电所发出的光谱是

的，它只发出几种确定频率的光，因此光谱线是

的，这种分立的线状谱叫原子光谱．吸收hv＝Em－En不连续分立发射1．对玻尔理论的理解 (1)玻尔理论的内容定态原子只能处于一系列不连续的能量状态中，在这些状态原子是稳定的，电子虽做加速运动，但并不向外辐射能量能级原子从一种定态(Em)跃迁到另一种定态(En)时，它辐射(或吸收)一定频率的光子，光子的能量由这两种定态的能量差决定，即hv＝Em－En轨道量子化原子的不同能量状态与电子沿不同的圆形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(2)原子能级跃迁的规律跃迁是指电子从某一轨道跃迁到另一轨道，对应着原子从一个能量状态(定态)跃迁到另一个能量状态(定态)．①跃迁时电子动能、电势能与原子能量的变化a．当轨道半径减小时，库仑力做正功，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，电势能增大，电子动能减小，原子能量增大．b．已知轨道半径，可以根据静电力提供向心力

确定电子的动能．②原子的能级跃迁a．原子若是吸收光子的能量而被激发，其光子的能量必须等于两能级的能量差，否则不被吸收，不存在激发到n＝2时能量有余，而激发到n＝3时能量不足，则可激发到n＝2的问题．b．大于电离能的光子可以将原子电离．例如大于13.6eV的光子可以将基态氢原子电离．2．氢原子的能级图及应用 (1)氢原子能级图(如图16－3所示)：(2)氢原子能级图的应用：①能级图中的横线表示氢原子可能的能量状态——定态．氢原子可以有无穷多个定态．②横线左端的数字“1,2,3，…”表示量子数．③横线右端的数字“－13.6，－3.4，…”表示氢原子各定态的能量值(能级)．量子数n＝1的定态能量值最小，这个状态叫做基态．量子数越大，能量值越大，这些状态叫激发态．④相邻横线间的距离不相等，表示相邻的能级差不等，量子数越大，相邻的能级差越小．⑤带箭头的竖线表示原子由较高能级向较低能级的跃迁．原子在各能级间跃迁时，所吸收或辐射的光子的能量只能等于两能级间的能级差．原子电离时所吸收光子的能量可以大于或等于某一能级的能量绝对值，即ΔE≥E∞－En.3．如图16－4所示为氢原子的四个能级，其中E1为基态，若大量氢原子A处于激发态E2，大量氢原子B处于激发态E3，则下列说法正确的是()A．原子A可能辐射出3种频率的光子B．原子B可能辐射出3种频率的光子C．原子A能够吸收原子B发出的光子并跃迁到能级E4D．原子B能够吸收原子A发出的光子并跃迁到能级E4解析：原子A从激发态E2跃迁到E1，只有一种频率光子，A错．原子B从激发态E3跃迁到基态E1可能有三种频率光子，B对．由原子能级跃迁理论可知，原子A可能吸收原子B由E3跃迁到E2时放出的光子并跃迁到E3，但不能跃迁到E4，C错．A原子发出的光子能量ΔE＝E2－E1大于E4－E3，故不可能跃迁到能级E4，D错．答案：B【例1】真空中有一平行板电容器，两极板分别由铂和钾(其极限波长分别为λ1和λ2)制成，板面积为S，间距为d.现用波长为λ(λ1<λ<λ2)的单色光持续照射两板内表面，则电容器的最终带电荷量Q正比于()用发生光电效应的极限频率确定极限波长．根据光电效应方程确定最大初动能．根据动能定理eU＝Ekm确定极板电压，最后由Q＝CU确定极板带电．解析：本题主要考查光电效应规律．根据光电效应的规律，发生光电效应必须使极限波长大于入射光的波长，所以钾能发生光电效应，而且光电子的最大初动能为

于是电容器充电，当电容充电到一定程度后，最大电压为所以电容器由最大带电荷量为故答案为D.答案：D利用光电效应方程分析问题的关键：1．首先从能量角度理解、掌握此方程(

＝hv－W)．2．切记式中的是最大初动能，W是金属的逸出功．1－1(2009·广东卷，4)硅光电池是利用光电效应原理制成的器件．下列表述正确的是() A．硅光电池是把光能转变为电能的一种装置 B．硅光电池中吸收了光子能量的电子都能逸出 C．逸出的光电子的最大初动能与入射光的频率无关 D．任意频率的光照射到硅光电池上都能产生光电效应解析：从能量转化的角度看，硅光电池就是把光能转变为电能的一种装置，故A项正确；根据光电效应规律可知，入射光的频率不低于金属的极限频率时才能发生光电效应，故B、D错误；根据爱因斯坦光电效应方程hν－W＝Ek可知，在发生光电效应的情况下，光电子的最大初动能Ek与入射光的频率ν有关，故C项错误．答案：A【例2】如图16－5所示，氢原子从n>2的某一能级跃迁到n＝2的能级，辐射出能量为2.55eV的光子．问： (1)最少要给基态的氢原子提供多少电子伏特的能量，才能使它辐射上述能量的光子？ (2)请在图中画出获得该能量后的氢原子可能的辐射跃迁图．解析：(1)氢原子从n>2的某一能级跃迁到n＝2的能级，辐射光子的频率应满足：hv＝En－E2＝2.55eVEn＝hv＋E2＝－0.85eV所以，n＝4基态氢原子要跃迁到n＝4的能级，应提供：ΔE＝E4－E1＝12.75eV.(2)辐射跃迁图