粤教版高中物理必修三6.5量子化现象学案

6.5对光电效应现象的理解考点1：对光电效应现象的理解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，光照射金属是因，产生光电子是果。2．光电子的动能与光电子的最大初动能：光照射到金属表面时，光子的能量全部被电子吸收，电子吸收了光子的能量，可能向各个方向运动，需克服原子核和其他原子的阻碍而损失一部分能量，剩余部分为光电子的初动能；只有金属表面的电子直接向外飞出时，只需克服原子核的引力做功，才具有最大初动能。光电子的初动能小于或等于光电子的最大初动能。3．光子的能量与入射光的强度：光子的能量即每个光子的能量，其值为ε＝hν(ν为光子的频率)，其大小由光的频率决定。入射光的强度指单位时间内照射到金属表面单位面积上的总能量，入射光的强度等于单位时间内光子能量hν与入射光子数n的乘积。即光强等于nhν。【例1】(多选)一束绿光照射某金属发生了光电效应，已知紫光的频率大于绿光则下列说法正确的是()A．若增加绿光的照射强度，则逸出的光电子数增加B．若增加绿光的照射强度，则逸出的光电子最大初动能增加C．若改用紫光照射，则可能不会发生光电效应D．若改用紫光照射，则逸出的光电子的最大初动能增加【解析】AD光电效应的规律表明：入射光的频率决定着是否发生光电效应以及发生光电效应时产生的光电子的最大初动能的大小，当入射光频率增加后，产生的光电子最大初动能也增加，而照射光的强度增加，会使单位时间内逸出的光电子数增加，又知紫光频率高于绿光，故选项正确的有A、D。关于光电效应的两点提醒发生光电效应时需满足：照射光的光子的能量ε＞W0。光电子的最大初动能只与照射光的频率及金属的逸出功有关，而与照射光的强弱无关，强度大小决定了逸出光电子的数目多少。1．某单色光照射某金属时不能产生光电效应，则下述措施中可能使该金属产生光电效应的是()A．延长光照时间B．增大光的强度C．换用频率较高的光照射D．换用频率较低的光照射【解析】C光照射金属时能否产生光电效应，取决于入射光的频率是否大于金属的截止频率，与入射光的强度和照射时间无关，故选项A、B、D均错误，所以选项C正确。考点2：光的波粒二象性1.2．大量光子表现出波动性，个别光子表现出粒子性，光具有波粒二象性。【例2】有关光的本性，下列说法正确的是()A．光既具有波动性，又具有粒子性，两种性质是不相容的B．光的波动性类似于机械波，光的粒子性类似于质点C．大量光子才具有波动性，个别光子只具有粒子性D．由于光既具有波动性，又具有粒子性，无法只用其中一种去说明光的一切行为，只能认为光具有波粒二象性【解析】D光既具有波动性，又具有粒子性，但它又不同于宏观观念中的机械波和粒子。波动性和粒子性是光在不同情况下的不同表现，是同一客体的两个不同侧面、不同属性，我们无法用其中的一种去说明光的一切行为，只能认为光具有波粒二象性。只有选项D正确。（1）光既有波动性又有粒子性，二者是统一的。（2）光表现为波动性，只是光的波动性显著，粒子性不显著而已。（3）光表现为粒子性，只是光的粒子性显著，波动性不显著而已。2．(多选)对光的认识，下列说法中正确的是()A．个别光子的行为表现为粒子性，大量光子的行为表现为波动性B．光的波动性是光子本身的一种属性，不是光子之间的相互作用引起的C．光表现出波动性时，就不具有粒子性了；光表现出粒子性时，就不具有波动性了D．光的波粒二象性应理解为：在某种场合下光的波动性表现明显，在另外某种场合下，光的粒子性表现明显【解析】ABD个别光子的行为表现为粒子性，大量光子的行为表现为波动性；光与物质相互作用，表现为粒子性，光的传播表现为波动性；光的波动性与粒子性都是光的本质属性，因为波动性表现为粒子分布概率，光的粒子性表现明显时仍具有波动性，因为大量粒子的个别行为呈现出波动规律，故正确选项有A、B、D。考点3：玻尔原子模型的主要物理思想1．轨道量子化轨道半径只能够是一些不连续的、某些分立的数值。2．能量量子化电子在可能轨道上运动时，尽管是变速运动，但它并不释放能量，原子是稳定的。3．跃迁原子从一种定态(设能量为E2)跃迁到另一种定态(设能量为E1)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，高能级Em低能级En。可见，电子如果从一个轨道到另一个轨道，不是以螺旋线的形式改变半径大小的，而是从一个轨道上“跳跃”到另一个轨道上。玻尔将这种现象叫做电子的跃迁。【例3】一个氢原子中的电子从一个半径为ra的轨道自发地直接跃迁至另一半径为rb的轨道，已知ra＞rb，则在此过程中()A．原子发出一系列频率的光子B．原子要吸收一系列频率的光子C．原子要吸收某一频率的光子D．原子要辐射某一频率的光子【解析】D因为是从高能级向低能级跃迁，所以应放出光子，故B、C错误；“直接”从一能级跃迁到另一能级，只对应某一能级差，故只能放出某一频率的光子，故A错误，D正确。解决玻尔原子模型问题的两个关键电子绕核做圆周运动时，不向外辐射能量。原子辐射的能量与电子绕核运动无关，只由跃迁前后的两个能级差决定。3．(多选)根据玻尔理论，以下说法正确的是()A．电子绕核运动有加速度，就要向外辐射电磁波B．处于定态的原子，其电子做变速运动，但它并不向外辐射能量C．原子内电子的可能轨道是不连续的D．原子能级跃迁时，辐射或吸收光子的能量取决于两个轨道的能量差【解析】BCD根据玻尔理论，电子绕核运动有加速度，但并不向外辐射能量，也不会向外辐射电磁波，故选项A错误，选项B正确；玻尔理论中的第二条假设，就是电子绕核运动可能的轨道半径是量子化的，不连续的，选项C正确；原子在发生能级跃迁时，要放出或吸收一定频率的光子，光子能量取决于两个轨道的能量差，故选项D正确。考点1对光电效应现象的理解1．爱因斯坦由光电效应的实验规律，猜测光具有粒子性，从而提出光子说，从科学研究的方法来说，这属于()A．科学假说 B．控制变量C．等效替代 D．数学归纳【解析】A爱因斯坦由光电效应的实验规律，猜测光具有粒子性，从而提出光子说，科学研究的方法属于科学假说，故B、C、D错误，A正确。2．(多选)1905年爱因斯坦提出了光量子理论，简称光子说，下列选项属于光子说内容的是()A．光也是一种电磁波B．光在传播过程中是不连续的，它由数值分立的能量子组成，这个能量子叫光子C．每个光子的能量为E＝hν，h为普朗克常量D．光的能量是连续不可分割的【解析】BC光子说认为光在某些方面会表现得像是由一些粒子(即一个个有确定能量和动量的“光子”)组成，故A项错误；光子说认为光在传播过程中是不连续的，它由数值分立的能量子组成，这个能量子叫光子，每个光子的能量为E＝hν，h为普朗克常量，故B、C两项正确；光在传播过程中，是不连续的，它由数值分立的能量子组成，简称为光子，故D项错误。3．在图示电路中，G为灵敏电流表，电流表示数较小，下列操作一定能使电流表的示数增大的是()A．只增加电源的电压B．只增加入射光的频率C．只增加入射光的强度D．只增加光照时间【解析】C当电源电压大到一定程度时，所有光电子都能到达阳极，再增加电源电压就不能增加电流了，故A错误；增加入射光的频率只能增加光电子的最大初动能，不一定能增加光电流，故B错误；增加入射光的强度可能产生更多的光电子，从而增加电流，故C正确；增加光照射的时间，只能增加产生的总电荷量，不能增加电流，故D错误。4．入射光照到某金属表面并发生光电效应，若把光强度减弱而频率不变，则()A．金属的逸出功不变B．可能不发生光电效应C．光电子最大初动能会减小D．从光照到金属上到发射出电子的时间间隔将增长【解析】A金属逸出功只与材料有关，与入射光无关，故A正确；根据发生光电效应的条件可知，入射光的频率大于金属的极限频率，频率不变，则仍能产生光电效应，故B错误；根据光电效应方程Ekm＝hν－W0知，入射光的频率不变，则最大初动能不变，故C错误；光电子的发射几乎是瞬时的，故D错误。5．在演示光电效应的实验中，原来不带电的一块锌板与灵敏验电器相连。用弧光灯照射锌板时，验电器的指针就张开一个角度，如图所示，这时()A．锌板带正电，指针带负电B．锌板带正电，指针带正电C．锌板带负电，指针带正电D．锌板带负电，指针带负电【解析】B锌板在弧光灯照射下，发生光电效应，有光电子逸出，锌板失去电子带正电，验电器与锌板相连，导致指针带正电。故B正确，A、C、D错误。故选B。6．(多选)用绿光照射一个光电管，能产生光电效应，欲使光电子从阴极逸出时最大初动能增大，可以()A．改用红光照射 B．改用紫光照射C．改用蓝光照射 D．增加绿光照射时间【解析】BC光电子的最大初动能与照射时间或照射强度无关，故D错误；最大初动能与入射光的频率有关，入射光子的频率越大，光电子从阴极逸出时最大初动能越大，所以改用比绿光频率更大的紫光、蓝光照射，以增大光电子从阴极逸出时的最大初动能，故A错误，B、C正确。考点2光的波粒二象性7．对于光的认识，下列说法不正确的是()A．在空间传播的光不是连续的，而是一份一份的B．光既具有波动性又有粒子性C．光具有波动性就不具备粒子性，反之亦然D．光不但是一种波，而且是一种电磁波【解析】C通过光电效应的实验，验证了光的传播不是连续的，而是非连续的一份一份的传播，选项A正确；光既具有波动性又有粒子性，某种场合下光的波动性表现的明显，另外场合光的粒子性表现得明显，但光的波动性和粒子性是同时同在的，选项B正确，选项C错误；电磁波范围很长，光的波长范围包含其中，可以认为光是一种电磁波，选项D正确。考点3玻尔原子模型的主要物理思想8．根据玻尔模型，原子中电子绕核运转的半径()A．可以取任意值B．可以在某一范围内取任意值C．可以取一系列不连续的任意值D．是一系列不连续的特定值【解析】D根据玻尔模型，原子中电子绕核运转的半径是量子化的，是一系列不连续的特定值，故选D。9．根据玻尔理论，氢原子的电子由外层轨道跃迁到内层轨道时()A．放出光子，电子的动能减小B．放出光子，电子的动能增大C．吸收光子，电子的动能减小D．吸收光子，电子的动能增大【解析】B根据玻尔跃迁理论，氢原子的电子由外层向内则轨道跃迁时，就会以光子的形式向外释放能量；根据动能定理，由于电子向原子核靠近，静电力做正功，所以电子的动能增加，故本题选B。10．关于电磁波，下列说法正确的是()A．电磁波在真空中的传播速度与电磁波的频率有关B．周期性变化的电场和磁场可以相互激发，形成电磁波C．电磁波在传播过程中可以发生干涉、衍射，但不能发生反射和折射D．电磁波的传播需要介质【解析】B电磁波在真空中的传播速度与电磁波的频率无关，选项A错误；周期性变化的电场和磁场可以相互激发，形成电磁波，选项B正确；电磁波在传播过程中可以发生干涉、衍射，也可以发生反射和折射，选项C错误；电磁波可以在真空中传播，不需要介质，选项D错误。11．(多选)下列说法中正确的是()A．电子的衍射图样证实了实物粒子具有波动性B．为了解释黑体辐射规律，普朗克提出电磁辐射的能量是量子化的C．氢原子核外电子从半径较小的轨道跃迁到半径较大的轨道时，原子总能量减小D．光电效应中极限频率的存在说明了光的波动性【解析】AB电子的衍射图样证实了实物粒子的波动性，故A正确；为了解释黑体辐射规律，普朗克提出电磁辐射的能量的量子化，故B正确；氢原子核外电子从半径较小的轨道跃迁到半径较大的轨道时，电子的动能减小，原子总能量增大，故C错误；光电效应现象说明了光的粒子性，并不是波动性，故D错误。12．下列说法正确的是()A．不管入射光的频率多大，只要增加入射光的强度，就一定能发生光电效应B．发生光电效应时，增大入射光的强度，光电子的最大初动能一定会增大C．原子核的比结合能越大，原子核越稳定D．原子从基态跃迁到激发态时，会辐射光子【解析】C根据光电效应规律可知，如果入射光频率低于截止频率，增加光强，无法发生光电效应，A错误；根据Ek＝hν－W0可知，最大初动能与光强无关，B错误；原子核的比结合能越大，结合过程中每个核子平均损失能量越大，越稳定，C正确；原子从基态跃迁到激发态时，总能量增加，需要吸收能量，D错误。13．光电效应是物理学中一个重要而神奇的现象。在高于某特定频率的电磁波照射下，某些金属内部的电子会被光子激发出来而形成光电子。下列关于光电效应的说法正确的是(