2022版高考物理一輪復習第十二章近代物理初步第1講光電效應原子結構氫原子光譜學案

1、2021版高考物理一輪復習第十二章近代物理初步第1講光電效應原子結構氫原子光譜學案PAGE PAGE 32第1講光電效應原子結構氫原子光譜考情微解讀見學生用書P181微知識1 原子結構1電子的發(fā)現湯姆孫發(fā)現了電子，電子的發(fā)現證明了原子是可分的。2原子核式結構(1)盧瑟福通過粒子散射實驗，提出了原子的核式結構，實驗裝置如圖所示。(2)實驗結果顯示，絕大多數粒子穿過金箔后仍沿原來的方向前進，少數粒子發(fā)生了較大的偏轉，只有極少數粒子偏轉角超過90甚至被彈回。(3)原子的核式結構模型：在原子中心有個很小的核，叫做原子核，原子的全部正電荷和幾乎全部質量都集中在核里，帶負電的電子在核外空間繞核轉動。(4)

2、原子直徑的數量級約為1010 m，原子核直徑的數量級約為1015微知識2 玻爾的氫原子理論1能級：原子只能處于一系列不連續(xù)的能量狀態(tài)中，具有確定能量的穩(wěn)定狀態(tài)稱為定態(tài)，也稱為能級，原子處于最低能級的狀態(tài)叫做基態(tài)，其他的狀態(tài)作激發(fā)態(tài)。2躍遷：當原子從某一能級(設能量為Em)躍遷到另一能級(設能量為En)時，會輻射或吸收一定頻率的光子，光子的能量為E|EmEn|h(h叫做普朗克常量，h6.631034 Js)。3軌道：原子的不同能量狀態(tài)對應于電子的不同運行軌道，由于原子的能量狀態(tài)是不連續(xù)的，因此電子的軌道也是不連續(xù)的，即電子不能在任意半徑的軌道上運動。4局限性：雖然它能很好地解釋氫原子光譜，但與其

3、他原子的光譜不符合。原因在于它一方面引入了量子假設，另一方面又應用了經典理論計算電子軌道半徑和能量，因此，玻爾理論在解釋復雜的微觀現象時遇到困難是必然的。微知識3 氫原子光譜1氫原子的能級公式Eneq f(E1,n2)(其中基態(tài)能量E113.6 eV)2電子的半徑公式rnn2r1(n1,2,3)(其中r10.531010 m3特征譜線不同原子的亮線位置不同，說明不同的原子的發(fā)光頻率是不一樣的，因此這些亮線稱為原子的特征譜線。4光譜分析利用原子特征譜線來鑒別物質和確定物質的組成成分，這種方法稱為光譜分析。微知識4 光電效應1定義在光的照射下從物體發(fā)射出電子的現象(發(fā)射出的電子稱為光電子)。2產生

4、條件入射光的頻率大于極限頻率。3光電效應規(guī)律(1)每種金屬都有一個極限頻率，入射光的頻率必須大于這個極限頻率才能產生光電效應。(2)光電子的最大初動能與入射光的強度無關，只隨入射光頻率的增大而增大。(3)光電效應的發(fā)生幾乎是瞬時的，一般不超過109 s。(4)當入射光的頻率大于極限頻率時，光電流的強度與入射光的強度成正比。微知識5 光電效應方程1基本物理量(1)光子的能量，h其中h6.631034 Js(稱為普朗克常量)。(2)逸出功：使電子脫離某種金屬所做功的最小值。(3)最大初動能發(fā)生光電效應時，金屬表面上的電子吸收光子后克服原子核的引力逸出時所具有動能的最大值。2光電效應方程愛因斯坦光電

5、效應方程是根據能量守恒定律推導出來的，描述的是光電子的最大初動能Ek跟入射光子的能量h和逸出功W之間的關系：EkhW0。微知識6 波粒二象性1光電效應說明光具有粒子性，同時光還具有波動性，即光具有波粒二象性。2大量光子運動的規(guī)律表現出光的波動性，單個光子的運動表現出光的粒子性。3光的波長越長，波動性越明顯，越容易看到光的干涉和衍射現象。光波的頻率越高，粒子性越明顯，穿透本領越強。一、思維辨析(判斷正誤，正確的畫“”，錯誤的畫“”。)1光子和光電子都是實物粒子。()2光電效應說明光具有粒子性，光的波動性是錯誤的。()3光電子的最大初動能與入射光的頻率成正比。()4粒子散射實驗說明了原子的正電荷和

6、絕大部分質量集中在一個很小的核上。()5氫原子由能量為En的定態(tài)向能量為Em低能級躍遷時， 輻射出的光子能量hEnEm。()二、對點微練1(光電效應)(多選)光電效應實驗中，下列表述正確的是()A光照時間越長光電流越大B入射光足夠強就可以有光電流C遏止電壓與入射光的頻率有關D入射光頻率大于極限頻率才能產生光電子解析本題考查光電效應規(guī)律，考查考生對光電效應規(guī)律的理解。光電流的大小與光照時間無關，A項錯誤；如果入射光的頻率小于金屬的極限頻率，入射光再強也不會發(fā)生光電效應，B項錯誤；遏止電壓Uc，滿足eUchhc，從表達式可知，遏止電壓與入射光的頻率有關，C項正確；只有當入射光的頻率大于極限頻率，才

7、會有光電子逸出，D項正確。答案CD2(粒子散射實驗和原子核式結構)盧瑟福通過對粒子散射實驗結果的分析，提出()A原子的核式結構模型B原子核內有中子存在C電子是原子的組成部分D原子核是由質子和中子構成的解析盧瑟福通過對粒子散射實驗結果的分析否定了湯姆生“棗糕”式原子結構模型，提出了原子的核式結構模型，故A項正確；原子核內有中子存在是通過核反應發(fā)現的，故B項錯；電子是原子的組成部分，是通過湯姆生發(fā)現電子而發(fā)現的，故C項錯；原子核是由質子和中子構成的，是通過核反應發(fā)現的，故D項錯。答案A3(玻爾的氫原子理論)若用E1表示氫原子基態(tài)時能量的絕對值，對于第n能級的能量為Eneq f(E1,n2)，則在下

8、列各能量值中，哪個可能是氫原子從激發(fā)態(tài)向基態(tài)躍遷時輻射出的能量()A.eq f(E1,4)B.eq f(3,4)E1C.eq f(7,8)E1D.eq f(E1,16)答案B4(波粒二象性)用很弱的光做單縫衍射實驗，改變曝光時間，在膠片上出現的圖像如圖所示，該實驗表明()A光的本質是波B光的本質是粒子C光的能量在膠片上分布不均勻D光到達膠片上不同位置的概率相同解析用很弱的光做單縫衍射實驗，改變曝光時間在膠片出現的圖樣，說明光有波粒二象性，故A、B項錯誤；說明光到達膠片上的不同位置的概率是不一樣的，也就說明了光的能量在膠片上分布不均勻，故C項正確，D項錯誤。答案C見學生用書P182微考點1光電效

9、應核|心|微|講1用光電管研究光電效應(1)常見電路圖(2)光電流與飽和電流入射光強度：指單位時間內入射到金屬表面單位面積上的能量，可以理解為頻率一定時，光強越大，單位時間內照射金屬表面的光子數越多。光電流：指光電子在電路中形成的電流。光電流有最大值，未達到最大值以前，其大小和光強、電壓都有關，達到最大值以后，光電流和光強度成正比。飽和電流：指在一定頻率與強度的光照射下的最大光電流，飽和電流不隨電路中電壓的增大而增大。(3)兩條分析線索2光電效應的圖象描述典|例|微|探【例1】(多選)在光電效應實驗中，用頻率為的光照射光電管陰極，發(fā)生了光電效應。下列說法正確的是()A增大入射光的強度，光電流增

10、大B減小入射光的強度，光電效應現象消失C改用頻率小于的光照射，一定不發(fā)生光電效應D改用頻率大于的光照射，光電子的最大初動能變大【解題導思】(1)光電效應發(fā)生的條件是什么？答：入射光的頻率大于金屬的極限頻率。(2)為什么光照強度增大，光電流增大？答：光照強度增大，單位時間內入射到金屬表面的光子個數增加，單位時間內發(fā)出的光電子的個數增加，則光電流增大。 解析根據光電效應規(guī)律可知，增大入射光的強度，光電流增大，A項正確；減小入射光的強度，光電流減小，光電效應現象并不消失，B項錯誤；改用小于的入射光照射，如果入射光的頻率仍然大于光電管陰極材料的極限頻率，仍能發(fā)生光電效應，C項錯誤；由愛因斯坦光電效應方

11、程可知，增大入射光的頻率，光電子的最大初動能增大，D項正確。答案AD光電效應實驗規(guī)律可理解記憶：放不放(光電子)，看頻率(入射光頻率大于金屬極限頻率)；放多少，看光強。最大初動能(光電子)，看頻率(入射光)；要放瞬時放。題|組|微|練1入射光照射到某金屬表面上發(fā)生光電效應，若入射光的強度減弱，而頻率保持不變，那么()A從光照至金屬表面上到發(fā)射出光電子之間的時間間隔將明顯增加B逸出的光電子的最大初動能將減小C單位時間內從金屬表面逸出的光電子數目將減少D有可能不發(fā)生光電效應解析光電效應瞬時(不超過109 s)發(fā)生，與光強無關，A項錯；能否發(fā)生光電效應，只決定于入射光的頻率是否大于極限頻率，與光強無

12、關，D項錯；光電子的最大初動能只與入射光頻率有關，入射光頻率越大，最大初動能越大，B項錯；光電子數目多少與入射光強度有關，光強減弱，單位時間內逸出的光電子數目減少，C項對。答案C2已知鈣和鉀的截止頻率分別為7.731014 Hz和5.441014 Hz，在某種單色光的照射下兩種金屬均發(fā)生光電效應，比較它們表面逸出的具有最大初動能的光電子，則鈣逸出的光電子具有較大的()A波長B頻率C能量D動量解析金屬的逸出功W0h0，根據愛因斯坦光電效應方程EkhW可知，從金屬鉀表面飛出的光電子的最大初動能比金屬鈣的大，金屬鈣表面飛出的光電子能量E小，因eq f(h,r(2mE)，所以從鈣表面逸出的光電子具有較

13、大的波長，選項A正確。答案A微考點2能級躍遷和光譜線核|心|微|講1原子從低能級向高能級躍遷：吸收一定能量的光子，當一個光子的能量滿足hE末E初時，才能被某一個原子吸收，使原子從低能級E初向高能級E末躍遷，而當光子能量h大于或小于E末E初時都不能被原子吸收。2原子從高能級向低能級躍遷，以光子的形式向外輻射能量，所輻射的光子能量恰等于發(fā)生躍遷時的兩能級間的能量差。3當光子能量大于或等于13.6 eV時，也可以被氫原子吸收，使氫原子電離；當氫原子吸收的光子能量大于13.6 eV，氫原子電離后，電子具有一定的初動能。一群氫原子處于量子數為n的激發(fā)態(tài)時，可能輻射出的光譜線條數為Neq f(nn1,2)

14、Ceq oal(2,n)。4原子還可吸收外來實物粒子(例如自由電子)的能量而被激發(fā)。由于實物粒子的動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兩能級的能量差值(EEmEn)，均可使原子發(fā)生能級躍遷。5躍遷時電子動能、原子勢能與原子能量的變化當軌道半徑減小時，庫侖引力做正功，原子的電勢能Ep減小，電子動能增大，原子能量減小。反之，軌道半徑增大時，原子電勢能增大，電子動能減小，原子能量增大。典|例|微|探【例2】(多選)氫原子能級如圖所示，當氫原子從n3躍遷到n2的能級時，輻射光的波長為656 nm。以下判斷正確的是()A氫原子從n2躍遷到n1的能級時，輻射光的波長大于656 n

15、mB用波長為325 nm的光照射，可使氫原子從n1躍遷到n2的能級C一群處于n3能級上的氫原子向低能級躍遷時最多產生3種譜線D用波長為633 nm的光照射，不能使氫原子從n2躍遷到n3的能級【解題導思】釋放或吸收光子的能量與能級有何關系？答：釋放或吸收光子的能量等于兩定態(tài)之間的能量差。 解析根據氫原子的能級圖和能級躍遷規(guī)律，當氫原子從n2能級躍遷到n1的能級時，輻射光的波長一定小于656 nm，因此A項錯誤；根據發(fā)生躍遷只能吸收和輻射一定頻率的光子，可知B項錯誤，D項正確；一群處于n3能級上的氫原子向低能級躍遷時可以產生3種頻率的光子，所以C項正確。答案CD題|組|微|練3(多選)氫原子在某三

16、個相鄰能級之間躍遷時，可發(fā)出三種不同波長的光。已知其中的兩個波長分別為1和2，且12，則另一個波長可能是()A12 B12C.eq f(12,12) D.eq f(12,12)解析設另一個波長可能是3，當123時，氫原子在三個相鄰的能級之間發(fā)生躍遷，輻射光子的能量關系為eq f(hc,1)eq f(hc,2)eq f(hc,3)，可得3eq f(12,12)，C項正確；當312或132時，同理可得eq f(hc,1)eq f(hc,3)eq f(hc,2)，得3eq f(12,12)，D項正確。答案CD4根據玻爾原子結構理論，氦離子(He)的能級圖如圖所示。電子處在n3軌道上比處在n5軌道上離

17、氦核的距離_(填“近”或“遠”)。當大量He處在n4的激發(fā)態(tài)時，由于躍遷所發(fā)射的譜線有_條。解析能級越小的電子，離原子核越近；從n4的激發(fā)態(tài)躍遷時，發(fā)射的譜線條數為Ceq oal(2,4)6條。答案近6見學生用書P184光電效應方程及圖象分析素能培養(yǎng)圖象名稱圖線形狀由圖線直接(間接)得到的物理量最大初動能Ek與入射光頻率的關系圖線極限頻率：圖線與軸交點的橫坐標0逸出功：圖線與Ek軸交點的縱坐標的絕對值W0|E|E普朗克常量：圖線的斜率kh續(xù)表圖象名稱圖線形狀由圖線直接(間接)得到的物理量顏色相同、強弱不同的光，光電流與電壓的關系遏止電壓Uc：圖線與橫軸的交點飽和光電流Im：電流的最大值最大初動

18、能：EkmeUc續(xù)表圖象名稱圖線形狀由圖線直接(間接)得到的物理量顏色不同時，光電流與電壓的關系遏止電壓Uc1、Uc2飽和光電流最大初動能Ek1eUc1、Ek2eUc2遏止電壓Uc與入射光頻率的關系圖線截止頻率0：圖線與橫軸的交點遏止電壓Uc：隨入射光頻率的增大而增大普朗克常量h：等于圖線的斜率與電子電荷量的乘積，即hke(注：此時兩極之間接反向電壓)經典考題(多選)美國物理學家密立根利用圖示的電路研究金屬的遏止電壓Uc與入射光頻率的關系，描繪出圖乙中的圖象，由此算出普朗克常量h，電子電量用e表示，下列說法正確的是()A入射光的頻率增大，測遏止電壓時，應使滑動變阻器的滑片P向M端移動B增大入射

19、光的強度，光電子的最大初動能也增大C由Uc圖象可知，這種金屬截止頻率為cD由Uc圖象可求普朗克常量表達式為heq f(U1e,1c)解析入射光的頻率增大，光電子的最大初動能增大，則遏止電壓增大，測遏止電壓時，應使滑動變阻器的滑片P向N端移動，故A項錯誤；根據光電效應方程EkmhW0知，光電子的最大初動能與入射光的強度無關，故B項錯誤；根據EkmhW0eUc，解得Uceq f(h,e)eq f(hc,e)，圖線的斜率keq f(h,e)eq f(U1,1c)，則heq f(U1e,1c)，當遏止電壓為零時，c，故C、D項正確。答案CD對法對題1(多選)如圖所示是用光照射某種金屬時逸出的光電子的最

20、大初動能隨入射光頻率的變化圖線(直線與橫軸的交點為4.27，與縱軸交點為0.5)。由圖可知()A該金屬的截止頻率為4.271014 HzB該金屬的截止頻率為5.51014 HzC該圖線的斜率表示普朗克常量D該金屬的逸出功為0.5 eV解析由光電效應方程EkhW0可知，圖中橫軸的截距為該金屬的截止頻率，選項A正確，B錯誤；圖線的斜率表示普朗克常量h，C項正確；該金屬的逸出功W0hc6.6310344.271014 J1.77 eV或W0hEk6.6310345.51014 J0.5 eV1.78 eV，選項D錯誤。答案AC2研究光電效應的電路如圖所示。用頻率相同、強度不同的光分別照射密封真空管的

21、鈉極板(陰極K)，鈉極板發(fā)射出的光電子被陽極A吸收，在電路中形成光電流。下列光電流I與A、K之間的電壓UAK的關系圖象中，正確的是()解析由于光的頻率相同，所以對應的反向遏止電壓相同，選項A、B錯誤；發(fā)生光電效應時，在同樣的加速電壓下，光強度越大，逸出的光電子數目越多，形成的光電流越大，所以C項正確，D項錯誤。答案C見學生用書P1841下列描繪兩種溫度下黑體輻射強度與波長關系的圖中，符合黑體輻射實驗規(guī)律的是()解析隨著溫度的升高，黑體輻射的強度與波長有這樣的關系。一方面，各種波長的輻射強度都有增加，另一方面，輻射強度的極大值向波長較短的方向移動。由此規(guī)律可知應選A項。答案A2處于n3能級的大量

22、氫原子，向低能級躍遷時，輻射光的頻率有()A1種B2種C3種D4種解析氫原子能級躍遷輻射光的種類Ceq oal(2,3)3，故C項正確。答案C3(多選)現用某一光電管進行光電效應實驗，當用某一頻率的光入射時，有光電流產生。下列說法正確的是()A保持入射光的頻率不變，入射光的光強變大，飽和光電流變大B入射光的頻率變高，飽和光電流變大C入射光的頻率變高，光電子的最大初動能變大D保持入射光的光強不變，不斷減小入射光的頻率，始終有光電流產生E遏止電壓的大小與入射光的頻率有關，與入射光的光強無關解析根據光電效應規(guī)律，保持入射光的頻率不變，入射光的光強變大，則飽和光電流變大，選項A正確；由愛因斯坦光電效應方程知，入射光的頻率變高，產生的光電子最大初動能變大，而飽和光電流與入射光的頻率和光強都有關，選項B錯誤，C正確；保持入射光的光強不變，不斷減小入射光的頻率，當入射光的頻率小于極限頻率時，就不能發(fā)生光電效應，沒有光電流產生，選項D錯誤；遏止電壓與產生的光電子的最大初動能有關，光電子的最大初動能與入射光的頻率有關，與入射光的光強無關，選項E正確。答案ACE4(多選)在探究光電效應的實驗中，用光照射某種金屬，測