光电效应原子结构氢原子光谱讲义

第1讲光电效应原子结构氢原子光谱见学生用书P181微知识1原子结构电子的发现汤姆孙发现了电子，电子的发现证明了原子是可分的。原子核式结构卢瑟福通过a粒子散射实验，提出了原子的核式结构，实验装置如图所示。实验结果显示，绝大多数a粒子穿过金箔后仍沿原来的方向前进，少数a粒子发生了较大的偏转，只有极少数a粒子偏转角超过90°甚至被弹回。原子的核式结构模型：在原子中心有个很小的核，叫做原子核』子的全部正电荷和几乎全部质量者E集中在核里，带负电的电子在核外空间绕核转动。原子直径的数量级约为1010m,原子核直径的数量级约为10_15m。微知识2玻尔的氢原子理论能级：原子只能处于一系列不连续的能总量状态中，具有确定能量的稳定状态称为定态也称为能级，原子处于最低能级的状态叫做基态丿他的状态作激发跃迁：当原子从某一能级(设能量为Em)跃迁到另一能级(设能量为En)时，会辐射或吸收一定频率的光子，光子的能量为E=|Em-En|=hVh叫做普朗克常量，h=6.63x10-34Js)。轨道：原子的不同能量状态对应于电子的不同运行轨道，由于原子的能量状态是不连续的，因此电子的轨道也是不连续的，即电子不能在任意半径的轨道上运动。局限性：虽然它能很好地解释氢原子光谱，但与其他原子的光谱不符合。原因在于它一方面引入了量子假设，另一方面又应用了经典理论计算电子轨道半径和能量，因此，玻尔理论在解释复杂的微观现象时遇到困难是必然的。微知识3氢原子光谱1.氢原子的能级公式EiEn=『(其中基态能量E1=—13.6eV)电子的半径公式2rn=nr1(n=1,2,3…)(其中r1=0.53x1010m)。特征谱线不同原子的亮线位置不同，说明不同的原子的发光频率是不一样的，因此这些亮线称为原子的特征谱线。光谱 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 利用原子特征谱线来鉴别物质和确定物质的组成成分，这种方法称为光谱分析。微知识4光电效应定义在光的照射下从物体发射出电子的现象(发射出的电子称为光电子)。产生条件入射光的频率大于极限频率。光电效应规律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产生光电效应。⑵光电子的最大初动能与入射光的强度无关，只随入射光频率的增大而增大。光电效应的发生几乎是瞬时的，一般不超过10_9s。当入射光的频率大于极限频率时，光电流的强度与入射光的强度成正比。微知识5光电效应方程基本物理量光子的能量，尸hv其中h=6.63x1034Js(称为普朗克常量)。逸出功：使电子脱离某种金属所做功的最小值。最大初动能发生光电效应时，金属 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 面上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大值。光电效应方程爱因斯坦光电效应方程是根据能量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：Ek=hv-W0。微知识6波粒二象性光电效应说明光具有粒子性，同时光还具有波动性，即光具有波粒—大量光子运动的规律表现出光的波动性，单个光子的运动表现出光的粒子性。光的波长越长，波动性越明显，越容易看到光的干涉和衍射现象。光波的频率越高，粒子性越明显，穿透本领越强。TOC\o"1-5"\h\z一、思维辨析(判断正误，正确的画“/”，错误的画“X”。)1光子和光电子都是实物粒子。(X)2．光电效应说明光具有粒子性，光的波动性是错误的。(X)3．光电子的最大初动能与入射光的频率成正比。(X)a粒子散射实验说明了原子的正电荷和绝大部分质量集中在一个很小的核上。(V)氢原子由能量为En的定态向能量为Em低能级跃迁时，辐射出的光子能量hv=En—Em。(V)二、对点微练(光电效应)(多选)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本题考查光电效应规律，考查考生对光电效应规律的理解。光电流的大小与光照时间无关，A项错误；如果入射光的频率小于金属的极限频率，入射光再强也不会发生光电效应，B项错误；遏止电压Uc,满足eUc=hv—hv,从表达式可知，遏止电压与入射光的频率有关，C项正确；只有当入射光的频率大于极限频率，才会有光电子逸出,D项正确。 答案 八年级地理上册填图题岩土工程勘察试题省略号的作用及举例应急救援安全知识车间5s试题及答案 CD(a粒子散射实验和原子核式结构)卢瑟福通过对a粒子散射实验结果的分析，提出()A.原子的核式结构模型B.原子核内有中子存在C.电子是原子的组成部分D.原子核是由质子和中子构成的解析卢瑟福通过对a粒子散射实验结果的分析否定了汤姆生“枣糕”式原子结构模型,提出了原子的核式结构模型,故A项正确；原子核内有中子存在是通过核反应发现的,故B项错；电子是原子的组成部分,是通过汤姆生发现电子而发现的,故C项错；原子核是由质子和中子构成的,是通过核反应发现的,故D项错。答案A（玻尔的氢原子理论）若用Ei表示氢原子基态时能量的绝对值，对于第n能级的E1能量为En=-则在下列各能量值中，哪个可能是氢原子从激发态向基态跃迁时辐射出的能量（）A.^B^EiC.fEiD.^答案B（波粒二象性）用很弱的光做单缝衍射实验，改变曝光时间，在胶片上出现的图像如图所示，该实验表明（）光的本质是波光的本质是粒子C.光的能量在胶片上分布不均匀D.光到达胶片上不同位置的概率相同解析用很弱的光做单缝衍射实验，改变曝光时间在胶片出现的图样，说明光有波粒二象性，故A、B项错误；说明光到达胶片上的不同位置的概率是不一样的，也就说明了光的能量在胶片上分布不均匀，故C项正确，D项错误。答案C见学生用书P182微考点1光电效应核心|微|讲用光电管研究光电效应（1）常见电路图⑵光电流与饱和电流入射光强度：指单位时间内入射到金属表面单位面积上的能量，可以理解为频率一定时，光强越大，单位时间内照射金属表面的光子数越多。光电流：指光电子在电路中形成的电流。光电流有最大值，未达到最大值以前，其大小和光强、电压都有关，达到最大值以后，光电流和光强度成正比。饱和电流：指在一定频率与强度的光照射下的最大光电流，饱和电流不随电路中电压的增大而增大。（3）两条分析线索光电效应的图象描述典|例|微|探【例1】（多选）在光电效应实验中，用频率为v的光照射光电管阴极，发生了光电效应。下列说法正确的是（）A.增大入射光的强度，光电流增大B.减小入射光的强度，光电效应现象消失C.改用频率小于v的光照射，一定不发生光电效应D.改用频率大于v的光照射，光电子的最大初动能变大【解题导思】（1）光电效应发生的条件是什么？答：入射光的频率大于金属的极限频率。―…（2）为什么光照强度增大，光电流增大？答：光照强度增大，单位时间内入射到金属表面的光子个数增加，单位时间内发出的光电子的个数增加，则光电流增.大。………解析根据光电效应规律可知，增大入射光的强度，光电流增大，A项正确；减小入射光的强度，光电流减小，光电效应现象并不消失，B项错误；改用小于v的入射光照射，如果入射光的频率仍然大于光电管阴极材料的极限频率，仍能发生光电效应，C项错误；由爱因斯坦光电效应方程可知，增大入射光的频率，光电子的最大初动能增大，D项正确。答案AD光电效应实验规律可理解记忆：放不放（光电子）,看频率（入射光频率大于金属极限频率）；放多少，看光强。最大初动能（光电子），看频率（入射光）；要放瞬时放。题|组微练1.入射光照射到某金属表面上发生光电效应，若入射光的强度减弱，而频率保持不变，那么（）A.从光照至金属表面上到发射出光电子之间的时间间隔将明显增加B.逸出的光电子的最大初动能将减小C.单位时间内从金属表面逸出的光电子数目将减少D.有可能不发生光电效应解析光电效应瞬时（不超过10_9s）发生，与光强无关，A项错；能否发生光电效应，只决定于入射光的频率是否大于极限频率，与光强无关，D项错；光电子的最大初动能只与入射光频率有关，入射光频率越大，最大初动能越大，B项错；光电子数目多少与入射光强度有关，光强减弱，单位时间内逸出的光电子数目减少，C项对。答案C2.已知钙和钾的截止频率分别为7.73X1014Hz和5.44X1014Hz,在某种单色光的照射下两种金属均发生光电效应，比较它们表面逸出的具有最大初动能的光电子，则钙逸出的光电子具有较大的（）A.波长B.频率C.能量D.动量解析金属的逸出功Wo=hv，根据爱因斯坦光电效应方程Ek=hv—W可知，从金属钾表面飞出的光电子的最大初动能比金属钙的大，金属钙表面飞出的光电子能量E小，因，所以从钙表面逸出的光电子具有较大的波长，选项A正\2mE确。答案A微考点2能级跃迁和光谱线核心|微|讲原子从低能级向高能级跃迁：吸收一定能量的光子，当一个光子的能量满足hv=E末一E初时，才能被某一个原子吸收，使原子从低能级E初向高能级E末跃迁，而当光子能量hv大于或小于E末-E初时都不能被原子吸收。原子从高能级向低能级跃迁，以光子的形式向外辐射能量，所辐射的光子能量恰等于发生跃迁时的两能级间的能量差。当光子能量大于或等于13.6eV时，也可以被氢原子吸收，使氢原子电离；当氢原子吸收的光子能量大于13.6eV,氢原子电离后，电子具有一定的初动能。一群氢原子处于量子数为n的激发态时，可能辐射出的光谱线条数为N=nn—1=c2。原子还可吸收外来实物粒子（例如自由电子）的能量而被激发。由于实物粒子的动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两能级的能量差值（E=Em—En），均可使原子发生能级跃迁。跃迁时电子动能、原子势能与原子能量的变化当轨道半径减小时，库仑引力做正功，原子的电势能Ep减小，电子动能增大，原子能量减小。反之，轨道半径增大时，原子电势能增大，电子动能减小，原子能量增大。典|例|微|探【例2］（多选）氢原子能级如图所示，当氢原子从n=3跃迁到n=2的能级时，辐射光的波长为656nm。以下判断正确的是（）氢原子从n=2跃迁到n=1的能级时，辐射光的波长大于656nm用波长为325nm的光照射，可使氢原子从n=1跃迁到n=2的能级C.一群处于n=3能级上的氢原子向低能级跃迁时最多产生3种谱线D.用波长为633nm的光照射，不能使氢原子从n=2跃迁到n=3的能级【解题导思】释放或吸收光子的能量与能级有何关系？答：释放或吸收光子的能量等于两定态之间的能量差。解析根据氢原子的能级图和能级跃迁规律，当氢原子从n=2能级跃迁到n=1的能级时，辐射光的波长一定小于656nm,因此A项错误；根据发生跃迁只能吸收和辐射一定频率的光子，可知B项错误，D项正确；一群处于n=3能级上的氢原子向低能级跃迁时可以产生3种频率的光子，所以C项正确。答案CD题|组微练（多选）氢原子在某三个相邻能级之间跃迁时，可发出三种不同波长的光。已知其中的两个波长分别为入和；2,且入〉；2,则另一个波长可能是（）D.hhh—h解析设另一个波长可能是h,当h>h>h时，氢原子在三个相邻的能级之间发生跃迁，辐射光子的能量关系为罗+罗=h，可得h=h+h，c项正确；当h>h>h或h>h>h时，同理可得严+hc=严，得h=.h\，D项正确。答案CD根据玻尔原子结构理论，氦离子（He+）的能级图如图所示。电子处在n=3轨道上比处在n=5轨道上离氦核的距离（填“近”或“远”）。当大量He+处在n=4的激发态时，由于跃迁所发射的谱线有。解析能级越小的电子，离原子核越近；从n=4的激发态跃迁时，发射的谱线条数为c4=6条。答案近6见学生用书P184光电效应方程及图象分析用素能培养图象名称图线形状由图线直接（间接）得到的物理量最大初动能Ek与入射光频率Y的关系图线/・Or-E广极限频率：图线与V轴交点的横坐标V逸出功：图线与Ek轴交点的纵坐标的绝对值Wo=|—E|=E普朗克常量：图线的斜率k=h续表图象名称图线形状由图线直接（间接）得到的物理量颜色相同、强弱不同的光，光电流与电压的关系二.goU遏止电压Uc：图线与横轴的交点饱和光电流Im：电流的最大值最大初动能：Ekm=eUc续表图象名称图线形状由图线直接（间接）得到的物理量颜色不同时，光电流与厶一黄光——篮光①遏止电压Uc1、Uc2②饱和光电流电压的关系44t）U③最大初动能Eki=eUci、Ek2=eUc2遏止电压Uc与入射光频率v勺关系图线1(>%V截止频率v：图线与横轴的交点遏止电压Uc：随入射光频率的增大而增大普朗克常量h:等于图线的斜率与电子电何量的乘积，即h=ke（注：此时两极之间接反向电压）矛经典考题（多选）美国物理学家密立根利用图示的电路研究金属的遏止电压Uc与入射光频率V的关系，描绘出图乙中的图象，由此算出普朗克常量h,电子电量用e表示，下列说法正确的是（）入射光的频率增大，测遏止电压时，应使滑动变阻器的滑片P向M端移动增大入射光的强度，光电子的最大初动能也增大C.由Uc—Y图象可知，这种金属截止频率为VD.由Uc—V图象可求普朗克常量表达式为解析入射光的频率增大，光电子的最大初动能增大，则遏止电压增大，测遏止电压时，应使滑动变阻器的滑片P向N端移动，故A项错误；根据光电效应方程Ekm=hv—Wo知，光电子的最大初动能与入射光的强度无关，故B项错误；根据Ekm=hv—Wo=eUc,解得Uc=严―，图线的斜率k=h=Ul，则h=Uie,eeev—vv—v当遏止电压为零时，v=v,故C、D项正确答案CD对法对题1.（多选）如图所示是用光照射某种金属时逸出的光电子的最大初动能随入射光频率的变化图线（直线与横轴的交点为4.27,与纵轴交点为0.5）。由图可知（）A.该金属的截止频率为4.27X1014HzB.该金属的截止频率为5.5X1014HzC.该图线的斜率表示普朗克常量D.该金属的逸出功为0.5eV解析由光电效应方程Ek=hv—W。可知，图中横轴的截距为该金属的截止频率,选项A正确，B错误；图线的斜率表示普朗克常量h,C项正确；该金属的逸出功Wo=hv=6.63X10-34X4.27x10141.77eV或Wo=hv—Ek=6・63X10-34X5.5x1014J—0.5eV〜1.78eV,选项D错误。答案AC2．研究光电效应的电路如图所示。用频率相同、强度不同的光分别照射密封真空管的钠极板(阴极K),钠极板发射出的光电子被阳极A吸收,在电路中形成光电流。下列光电流I与A、K之间的电压UAK的关系图象中,正确的是()解析由于光的频率相同,所以对应的反向遏止电压相同,选项A、B错误；发生光电效应时,在同样的加速电压下,光强度越大,逸出的光电子数目越多,形成的光电流越大,所以C项正确,D项错误。答案C见学生用书P1841．下列描绘两种温度下黑体辐射强度与波长关系的图中,符合黑体辐射实验规律的是()解析随着温度的升高,黑体辐射的强度与波长有这样的关系。一方面,各种波长的辐射强度都有增加,另一方面,辐射强度的极大值向波长较短的方向移动。由此规律可知应选A项。答案A处于n=3能级的大量氢原子，向低能级跃迁时，辐射光的频率有()1种B.2种C.3种D.4种解析氢原子能级跃迁辐射光的种类c3=3,故C项正确。答案C3．(多选)现用某一光电管进行光电效应实验，当用某一频率的光入射时，有光电流产生。下列说法正确的是()A.保持入射光的频率不变，入射光的光强变大，饱和光电流变大入射光的频率变高，饱和光电流变大C.入射光的频率变高，光电子的最大初动能变大D.保持入射光的光强不变，不断减小入射光的频率，始终有光电流产生E.遏止电压的大小与入射光的频率有关，与入射光的光强无关解析根据光电效应规律，保持入射光的频率不变，入射光的光强变大，则饱和光电流变大，选项A正确；由爱因斯坦光电效应方程知，入射光的频率变高，产生的光电子最大初动能变大，而饱和光电流与入射光的频率和光强都有关，选项B错误，C正确；保持入射光的光强不变，不断减小入射光的频率，当入射光的频率小于极限频率时，就不能发生光电效应，没有光电流产生，选项D错误；遏止电压与产生的光电子的最大初动能有关，光电子的最大初动能与入射光的频率有关，与入射光的光强无关，选项E正确。答案ACE（多选）在探究光电效应的实验中，用光照射某种金属，测得该金属表面有光电子逸出的最大入射光波长为瓜。若用氢原子发出的光照射该金属，已知氢原子从能级3跃迁到能级2时发出的光可使该金属发生光电效应，但从能级4跃迁到能级3发出的光不能使该金属发生光电效应。已知氢原子能级如图所示，真空中的光速为c。则（）cA.该金属的极限频率为■?bB.该金属的逸出功大于0.66eVC.当用氢原子从能级5跃迁到3发出的光照射该金属时，该金属一定会发生光电效应D.当用氢原子从其他能级跃迁到能级1发出的光照射该金属时，该金属一定会发生光电效应E.当用氢原子从能级5跃迁到2发出的光照射该金属时，金属板逸出的光电子的最大动能一定等于0.97eV解析用光照射某种金属，测得该金属表面有光电子逸出的最大入射光波长为b。根据波长和频率的关系得：该金属的极限频率为■?,故A项正确；从能级4跃迁到b能级3发出的光不能使该金属发生光电效应。能级间跃迁辐射的光子能量等于两能级间的能级差，发生光电效应的条件是光子能量大于逸出功，所以该金属的逸出功大于从能级4跃迁到能级3发出的光子能量，即该金属的逸出功大于0.66eV,故B项正确；若用氢原子发出的光照射该金属，已知氢原子从能级3跃迁到能级2时发出的光可使该金属发生光电效应，即该金属的逸出功小于1.89eV，所以当用氢原子从能级5跃迁到3发出的光照射该金属时，该金属不一定会发生光电效应，故C项错误；当用氢原子从其他能级跃迁到能级1发出的光照射该金属时，发出的光子能量等于或大于10.20eV,所以该金属一定会发生光电效应，故D项正确；当用氢原子从能级5跃迁到2发出的光照射该金属时，发出的光子能量等于2.86eV,该金属的逸出功小于1.89eV,所以金属板逸出的光电子的最大动能一定大于0.97eV,故E错误。答案ABD