（新课标）河南省2015高考物理总复习讲义 第13章 第2讲 光电效应 氢原子光谱

（新课标）河南省2015高考物理总复习讲义 第13章 第2讲 光电效应 氢原子光谱内容摘要：

1、光世昌老师高中物理精品资源免费下载地址 光电效应氢原子光谱知识一光电效应现象1光电效应的实验规律(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发生光电效应(2)光电子的最大初动能与入射光的强度无关，其随入射光频率的增大而增大(3)光电流强度(反映单位时间内发射出的光电子数的多少) 与入射光强度成正比(4)光电效应的发生几乎是瞬时的，一般不超过 109 子说爱因斯坦提出：空间传播的光不是连续的，而是一份一份的，每一份称为一个光子，光子具有的能量与光的频率成正比，即： h ，其中 h0 34 J电效应方程(1)表达式：h E kW 0 或 Ekh W 0.(2)物理意义：金属 2、中的电子吸收一个光子获得的能量是 这些能量的一部分用来克服金属的逸出功 下的表现为逸出后电子的最大初动能 )任何一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发生光电效应，低于这个极限频率则不能发生光电效应知识二 粒子散射实验与核式结构模型1卢瑟福的 粒子散射实验装置 (如图 1321 所示)图 132 12 粒子散射实验的现象绝大多数 粒子穿过金箔后，基本上仍沿原来的方向前进，但少数 粒子发生了大角度偏转，极少数 粒子甚至被撞了回来如图 1322 所示 粒子散射实验的分析图图 13223卢瑟福的原子核式结构模型在原子的中心有一个很小的核，叫原子核，原子的所有正电荷和几乎所有质 3、量都集中在原子核里，带负电的电子在核外绕核旋转光世昌老师高中物理精品资源免费下载地址 氢原子光谱和玻尔理论1光谱(1)光谱：用光栅或棱镜可以把光按波长展开，获得光的波长(频率) 和强度分布的记录，即光谱(2)光谱分类有些光谱是一条条的亮线，这样的光谱叫做线状谱有的光谱是连在一起的光带，这样的光谱叫做连续谱(3)氢原子光谱的实验规律巴耳末线系是氢原子光谱在可见光区的谱线，其波长公式 R ( )(n3,4,5，)，1 122 1里德伯常量， R0 7 m1 ，n 为量子数2玻尔理论(1)轨道：原子中的电子在库仑引力的作用下，绕原子核做圆周运动，电子绕核运动的轨道是不连续的(2)定态：原子只能处于一 4、系列不连续的能量状态中，在这些能量状态中原子是稳定的，电子虽然绕核运动，但并不向外辐射能量(3)跃迁：原子从一种定态跃迁到另一种定态时，它辐射或吸收一定频率的光子，光子的能量由这两个定态的能量差决定，即 E mE n.(h 是普朗克常量，h0 34 Js)(1)一群氢原子跃迁发出可能的光谱线数为 NC ，一个氢原子跃迁发出2nnn 12可能的光谱线数最多为(n1) (2)由能级图可知，由于电子的轨道半径不同，氢原子的能级不连续，光电效应规律的理解一、光电效应的实质光子照射到金属表面，某个电子吸收光子的能量使其动能变大，当电子的动能增大到足以克服原子核的引力时，便飞出金属表面成为光电子二、极限频 5、率的实质光子的能量和频率有关，而金属中电子克服原子核引力需要的能量是一定的，光子的能量必须大于金属的逸出功才能发生光电效应这个能量的最小值等于这种金属对应的逸出功，所以每种金属都有一定的极限频率三、对光电效应瞬时性的理解光照射到金属上时，电子吸收光子的能量不需要积累，吸收的能量立即转化为电子的能量，因此电子对光子的吸收十分迅速四、光世昌老师高中物理精品资源免费下载地址 23光电效应方程电子吸收光子能量后从金属表面逸出，其中只有直接从金属表面飞出的光电子才具有最大初动能，根据能量守恒定律，E kh W 32 3 所示五、用光电管研究光电效应1常见电路( 如图 1324 所示)图 13242两条线 6、索(1)通过频率分析：光子频率高光子能量大产生光电子的最大初动能大(2)通过光的强度分析：入射光强度大光子数目多产生的光电子多光电流大3常见概念辨析1 个示范例 (2013 浙江高考) 小明用金属铷为阴极的光电管，观测光电效应现象，实验装置示意图如图 132 5 甲所示已知普朗克常量 h1034 J325(1)图甲中电极 A 为光电管的_( 填“阴极”或“阳极”)；(2)实验中测得铷的遏止电压 入射光频率 之间的关系如图乙所示，则铷的截止频率 c_出功 _J ；(3)如果实验中入射光的频率 0 14产生的光电子的最大初动能_J.【解析】(1)在光电效应中，电子向 A 极运动，故电极 A 为光电 7、管的阳极(2)由题图可知，铷的截止频率 c 为 014 出功h c0 34 014 J0 19 J.(3)当入射光的频率为 1014，由 Ekh h c 得，光电子的最大初动能为 034 (10 14 J0 19 J.【答案】(1)阳极(2)0 141019(3)0191 个预测例 A、B 两种光子的能量之比为 21，它们都能使某种金属发生光电效应，且所产生的光电子最大初动能分别为 、B 两种光子的动量之比和该金属的逸出功光世昌老师高中物理精品资源免费下载地址 【解析】光子能量 h ，动量 p ，且 h p ，则 pAp B2 1射时，光电子的最大初动能 AW B BW 0解得 A2E B.【 8、答案】21W 0E A2E 原子能级和能级跃迁一、氢原子的能级图能级图如图 132 6 所示图 1326二、能级图中相关量意义的说明相关量 意义能级图中的横线 表示氢原子可能的能量状态定态横线左端的数字“1,2,3” 表示量子数横线右端的数字“ 表示氢原子的能量相邻横线间的距离 表示相邻的能量差，量子数越大相邻的能量差越小， 距离越小带箭头的竖线 表示原子由较高能级向较低能级跃迁，原子跃迁的 条件为 于光谱线条数的两点说明1一群氢原子跃迁发出可能的光谱线条数为 NC n 122一个氢原子跃迁发出可能的光谱线条数最多为( n1)1 个示范例 (2012 四川高考) 如图 1327 所示为氢原子能 9、级示意图的一部分，则氢原子( )图 1327A从 n4 能级跃迁到 n3 能级比从 n3 能级跃迁到 n2 能级辐射出电磁波的波光世昌老师高中物理精品资源免费下载地址 从 n5 能级跃迁到 n1 能级比从 n5 能级跃迁到 n4 能级辐射出电磁波的速度大C处于不同能级时，核外电子在各处出现的概率是一样的D从高能级向低能级跃迁时，氢原子核一定向外放出能量【解析】因为 3 3E 2据 c 和 E nE m 得从n4 能级跃迁到 n3 能级比从 n3 能级跃迁到 n2 能级辐射出电磁波的波长长，选项A 正确；电磁波在真空中的传播速度都相等，与光子的频率无关，选项 B 错误；氢原子的核外电子处于不同能 10、级时在各处出现的概率是不同的，能级越低，在靠近原子核较近的地方出现的概率越大，选项 C 错误；氢原子从高能级跃迁到低能级时，是氢原子核外的电子从高能级跃迁到了低能级向外放出能量，选项 D 错误【答案】A1 个预测例 氢原子部分能级的示意图如图 1328 所示不同色光的光子能量如下表所示色光 红 橙 黄 绿 蓝靛 紫光子能量范围(10图 1328处于某激发态的氢原子，发射的光的谱线在可见光范围内仅有 2 条，其颜色分别为( )A红、蓝靛 B黄、绿C红、紫 D蓝靛、紫【解析】原子发光时放出的光子的能量等于原子能级差，先分别计算各相邻的能级差，再由小到大排序结合可见光的光子能量表可知，有两个能量分别 11、为 光子属于可见光，分别属于红光和蓝靛光的范围，故答案为 A.【答案】(多选)(2011广东高考)光电效应实验中，下列表述正确的是()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】在光电效应中，若照射光的频率小于极限频率，无论光照时间多长，光照强度多大，都无光电流，当照射光的频率大于极限频率时，立刻有光电子产生，故 A、 正确由 kh W，可知 U( W)/ e，即遏止电压与入射光频率 有关，C 正确【答案】瑟福和他的助手做 粒子轰击金箔实验，获得了重要发现，关于 粒子散射实验的结果，下列说法正确的是( )A证明了 12、质子的存在B证明了原子核是由质子和中子组成的光世昌老师高中物理精品资源免费下载地址 证明了原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在一个很小的核里D说明了原子中的电子只能在某些轨道上运动【解析】 粒子散射实验发现了原子内存在一个集中了全部正电荷和几乎全部质量的核数年后卢瑟福发现核内有质子并预测核内存在中子，所以 C 对，A、B 错；玻尔发现了电子轨道量子化，D 错【答案】3293 (多选) 如图 1329 所示给出了氢原子的 6 种可能的跃迁，则它们发出的光( )Aa 的波长最长Bd 的波长最长C f 的光子比 d 的光子能量大Da 的频率最小【解析】由玻尔理论知，原子跃迁时，h E，从能级图知 E a 最小，a 的波长最率最小，则 B 错误，A、D 正确；h dE d( )132 122 E1，h fE f( ) 此，f 的光子的能量比 d 的光子的能量大，536 122 112 34C 正确【答案】(2012北京高考)一个氢原子从 n3 能级跃迁到 n2 能级，该氢原子()A放出光子，能量增加 B放出光子，能量减少C吸收光子，能量增加 D吸收光子，能量减少【解析】氢原子从高能级向低能级跃迁时，放出光子，能量减少，故选项 B 正确。