章末小结与质量评价

一、知识体系建构——理清物理观念

二、综合考法融会——强化科学思维[典例]下列关于原子结构模型的说法正确的是

(

)A．汤姆孙发现了电子，并提出了原子结构的“西瓜模型”B．卢瑟福的α粒子散射实验表明原子内部存在带负电的电子C．卢瑟福核式结构模型可以很好地解释原子的稳定性D．玻尔原子模型能很好地解释所有原子光谱的实验规律原子的核式结构[解析]汤姆孙通过对阴极射线的研究发现了原子内部存在带负电的电子，并提出原子结构的“西瓜模型”(也叫“枣糕模型”)，卢瑟福的α粒子散射实验主要是否定了汤姆孙的原子结构的“西瓜模型”，不能解释原子的稳定性，故A正确，B、C错误；玻尔原子模型能很好地解释原子的稳定性和氢原子光谱的实验规律，但并不能解释所有原子的光谱规律，故D错误。[答案]

A[融会贯通]1．电子的发现(1)说明了原子是可分的，是有结构的。(2)典型的两种原子模型：①枣糕模型，②核式结构模型。2．原子的核式结构物理观念情境实验或模型意义电子电子的发现说明原子是可分的电子绕原子核旋转玻尔的能级解释和跃迁理论能较好地解释氢原子光谱原子核α粒子散射实验能用原子的核式结构解释“α粒子散射实验”。原子内部有一个很小的核，叫作原子核，原子的全部正电荷以及几乎全部的质量都集中在原子核内，带负电的电子绕核运动续表[对点训练]如图所示是α粒子(氦原子核)被重金属原子核散射的运动轨迹，M、N、P、Q是轨迹上的四点，在散射过程中可以认为重金属原子核静止。图中所标出的α粒子在各点处的加速度方向正确的是

(

)A．M点 B．N点C．P点 D．Q点解析：α粒子(氦原子核)和重金属原子核都带正电，互相排斥，加速度方向与α粒子所受斥力方向相同。α粒子加速度方向沿相应点与重金属原子核连线指向轨迹曲线的凹侧，故只有选项C正确。答案：C

[典例]小明用阴极为金属铷的光电管，观测光电效应现象，实验装置示意图如图甲所示。已知普朗克常量h＝6.63×10－34

J·s。(计算结果保留三位有效数字)光电效应规律及其应用(1)图甲中电极A为光电管的什么极？(2)实验中测得铷的遏止电压Uc与入射光频率ν之间的关系如图乙所示，则铷的截止频率νc和逸出功W0分别是多少？(3)如果实验中入射光的频率ν＝7.00×1014Hz，则产生的光电子的最大初动能Ek是多少？[解析]

(1)由光电管的结构知，A为阳极。(2)Uc-ν图像中横轴的截距表示截止频率，则νc＝5.20×1014Hz，逸出功W0＝hνc≈3.45×10－19J。(3)由爱因斯坦的光电效应方程得Ek＝hν－W0≈1.19×10－19J。[答案]

(1)阳极(2)5.20×1014Hz

3.45×10－19J

(3)1.19×10－19

J[融会贯通]1．概念对比(1)光子与光电子：光子指光在空间传播时的每一份能量，光子不带电，光电子是金属表面受到光照射时发射出来的电子，其本质是电子，光子是光电效应的因，光电子是果。(2)光电流与饱和光电流：金属板飞出的光电子到达阳极，在回路中便产生光电流，随着所加正向电压的增大，光电流趋于一个饱和值，这个饱和值叫饱和光电流。在一定的光照条件下，饱和光电流与所加电压大小无关，饱和光电流随入射光强度的增大而增大，这一规律是对频率相同的光照射金属产生光电效应而言的。3．光电效应的图像问题图像名称图像从图像得出的结论最大初动能Ek与入射光频率ν的关系图像①极限频率：图线与ν轴交点的横坐标νc②逸出功：图线与Ek轴交点的纵坐标绝对值，W0＝E③普朗克常量：图线的斜率，h＝k颜色相同、强度不同的光，光电流与电压的关系①遏止电压Uc：图线与横轴的交点横坐标②饱和光电流Im：电流的最大值③最大初动能：Ekm＝eUc颜色不同时，光电流与电压的关系①遏止电压：Uc1＞Uc2②最大初动能Ek2＝eUc2，Ek1＝eUc1遏止电压Uc与入射光频率ν的关系图像①截止频率：图像与横轴的交点横坐标νc②遏止电压：随入射光频率的增大而增大③普朗克常量h：等于图线的斜率与电子电荷量的乘积，即h＝ke(此时光电管两极之间接反向电压)续表[对点训练](多选)如图甲所示为光电效应实验的电路图，用一定强度的单色光a、b分别照射阴极K，用电流表测量流过光电管的电流I，用电压表测量光电管两极间的电压U，调节滑动变阻器的滑片，得到图乙所示的光电流I与电压U的关系图像。下列说法正确的是

(

)A．将a、b两种光由空气射入水中，水对a光的折射率大于对b光的折射率B．a、b两种光在水中的传播速度a光更小C．用a光照射时光电管的极限频率高于用b光照射时光电管的极限频率D．当滑动变阻器的滑片滑到最左端时，光电流I为零答案：AB

[典例]

(多选)如图所示，甲图为演示光电效应的实验装置；乙图为用甲装置在a、b、c三种光照射下得到的三条电流表与电压表读数之间的关系曲线；丙图为氢原子的能级图；丁表格给出了几种金属的逸出功和极限频率。以下说法正确的是

(

)氢原子光谱和能级跃迁A．若b光为绿光，c光可能是紫光B．若a光为绿光，c光可能是紫光C．若b光光子能量为2.81eV，用它照射由金属铷构成的阴极，所产生的大量具有最大初动能的光电子去撞击大量处于n＝3能级的氢原子，可以辐射出6种不同频率的光D．若b光光子能量为2.81eV，用它直接照射大量处于n＝2能级的氢原子，可以辐射出6种不同频率的光[解析]由图可知b光和c光的遏止电压相等，且大于a光的遏止电压，根据eUc＝Ek可知，b光和c光照射产生光电子的最大初动能相等，大于a光照射产生的光电子的最大初动能；根据光电效应方程Ek＝hν－W0可知，逸出功相等，b光和c光的频率相等，大于a光的频率，若a光为绿光，b光和c光可能是紫光，故A错误，B正确；用b光照射金属铷时，产生的光电子的最大初动能为Ekm＝hν－W0＝(2.81－2.13)eV＝0.68eV，去撞击大量处于n＝3激发态的氢原子时，光电子与氢原子碰撞，可以使氢原子吸收ΔE＝－0.85eV－(－1.51eV)＝0.66eV的能量跃迁到n＝4的能级，这时大量氢原子处在n＝4的能级上，可辐射出C42＝6种不同频率的光，故C正确；若用b光直接照射大量处于n＝2激发态的氢原子，氢原子只能吸收能量恰好等于能级能量之差的光子，可知氢原子不能吸收2.81eV的能量发生跃迁，不会辐射出其他频率的光，故D错误。[答案]

BC[融会贯通]1．光谱、能级、能级跃迁的对比分析2．关键词语联想[对点训练](多选)如图所示为氢原子能级图，可见光的能量范围为1.62～3.11eV，用可见光照射大量处于n＝2能级的氢原子，可观察到多条谱线，若是用能量为E的实物粒子轰击大量处于n＝2能级的氢原子，至少可观察到两条具有显著热效应的红外线，已知红外线的频率比可见光小，则实物粒子的能量E(

)A．一定有4.73eV＞E

＞1.62eVB．E的值可能使处于基态的氢原子电离C．E一定大于2.86eVD．E的值可能使基态氢原子产生可见光解析：红外线光子的能量小于可见光光子的能量，即红外线光子的能量小于1.62eV，用实物粒子轰击大量处于第2能级的氢原子，至少可观察到两种红外线光子，则说明处于第2能级的氢原子受激发后至少跃迁到第5能级。所以实物粒子的最小能量为E＝E5－E2＝－0.54eV－(－3.4eV)＝2.86eV，A、C错误；因为E可以取大于或等于2.86eV的任意值，则B、D正确。答案：BD

三、价值好题精练——培树科学态度和责任1．(2022·吉林长春实验中学检测)以往我们认识的光电效应是单光子光

电效应，即一个电子极短时间内能吸收到一个光子而从金属表面逸

出。强激光的出现丰富了人们对于光电效应的认识，用强激光照射

金属，由于其光子密度极大，一个电子在短时间内吸收多个光子成

为可能，从而形成多光子光电效应，这已被实验证实。光电效应实验装置示意图如图。用频率为ν的普通光源照射阴极K，没有发生光电效应，换同样频率为ν的强激光照射阴极K，则发生了光电效应；此时，若加上反向电压U，即将阴极K接电源正极，阳极A接电源负极，在K、A之间就形成了使光电子减速的电场，逐渐增大U，光电流会逐渐减小；当光电流恰好减小到零时，所加反向电压U可能是下列的(其中W0为逸出功，h为普朗克常量，e为电子电荷量) (

)答案：B

答案：C

3．(多选)光刻机是生产芯片的核心设备，其作用主要是让光源发出的光

通过物镜把设计好的电路图样打在涂抹了光刻胶的硅晶圆上，将电路

雕刻在上面。光的波长越小，能雕刻的尺寸越小，制造的芯片就越精

密。目前世界上生产的光刻机主要是利用紫外线作为光源，紫外线的

光子能量范围为3～124eV。如图所示为氢原子的能级图。现有一群

处于n＝4能级的氢原子，下列说法正确的是

(

)A．这群氢原子辐射的光中，有四种频率的光为紫外线B．这群氢原子辐射的光中，波长最长的光子能量为0.66eVC．这群氢原子辐射的光中，能使光刻机雕刻尺寸最小的光子能量为12.75eVD．在光刻机的物镜和硅晶圆之间充满水，打在硅晶圆上的光的波长将变短解析：根据能级跃迁知识，从n＝4能级跃迁到n＝3能级和从n＝4能级跃迁到n＝2能级以及从n＝3能级跃迁到n＝2能级辐射的光子能量均小于3eV，而从n＝4能级跃迁到n＝1能级和从n＝3能级跃迁到n＝1能级以及从n＝2能级跃迁到n＝1能级辐射的光子能量均大于3eV且小于124eV,所以这群氢原子辐射的光中，有三种频率的光为紫外线，故A错误；这群氢原子辐射的光中，当氢原子从n＝4能级向n＝3能级跃迁时，波长最长，此光子能量为E＝E4－E3＝－0.85eV－(－1.51)eV＝0.