1、专题十二 近代物理初步,第1讲 光电效应 原子结构,考点 1,光电效应,1.光电效应图 12-1-1如图 12-1-1 所示，在光的照射下物体发射电子的现象叫光,光电子,电效应，发射出来的电子叫_.,(1)任何一种金属都有一个极限频率0，入射光的频率 _，才能产生光电效应.(2)光电子的最大初动能与入射光的强度_关，随入射光频率的增大而_.(3)入射光照到金属上时，光电子的发射几乎是_的，一般不超过 109 s.(4)当入射光的频率大于极限频率时，入射光越强光电流,_.,0,无,增大,瞬时,越大,2.光电效应的规律,3.爱因斯坦的光子说：光的能量_连续的，而是一份一份的，每一份叫做一个光子，光
2、子的能量 E 跟光的频率成正比：E_(h 是普朗克常量).4.爱因斯坦光电效应方程,(1)最大初动能和逸出功,不是,h,逸出功,金属表面的电子吸收光子后，克服金属原子核的引力做功.直接从金属表面逸出的电子所具有的最大动能称为最大初动能，克服金属原子核的引力逃逸出而成为光电子所做的功的最,小值叫_.,(2)光电效应方程：_，h极限 W0.(Ek 是光电子的最大初动能；W0 是_，即从金属表面直接飞出的光电子克服原子核的引力所做的功).,考点 2,卢瑟福核式结构模型,1.汤姆生的“枣糕”模型(1)1897 年_发现电子，提出原子的“枣糕”模,型，揭开了人类研究原子结构的序幕.,汤姆生,均匀,(2)
3、“枣糕”模型：原子是一个球体，正电荷_分布在整个球内，电子像枣糕里的枣子那样镶嵌在原子里.,EkhW0,逸出功,2.卢瑟福的“核式结构”模型,(1)粒子散射实验装置：如图 12-1-2 所示.,图 12-1-2,(2)粒子散射实验规律及卢瑟福对实验现象的分析,绝大多数,(3)原子核式结构模型,在原子的中心有一个很小的核，叫_.原子的全部正电荷和几乎全部的质量都集中在原子,核里.,带负电的电子在核外空间里绕着核旋转.,(4)原子核的大小：从粒子散射实验的数据估算出原子核的半径约为10151014 m；原子的半径约为1010 m.,原子核,核子,质量,质子,同位素,3.质子和中子统称_，原子核的电
4、荷数等于其质子数，原子核的_数等于其质子数与中子数的和.具有相同_数的原子属于同一种元素；具有相同的质子数和不同的中子数的原子互称_.,考点 3,玻尔原子模型,1.定态：原子只能处于一系列_的能量状态中，在这些能量状态中原子是_的，电子虽然绕核运动，但并,不向外辐射能量.,不连续,2.跃迁：原子从一种定态跃迁到另一种定态时，它_或_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 h_.(h 是普朗克常量，h6.6261034 Js)3.轨道：原子的不同能量状态跟电子在不同的圆周轨道绕核运动相对应.原子的定态是不连续的，因此电子的可能轨道也是_的.,不连续,稳定,辐射,吸收,EmEn,4
5、.氢原子的能级、能级公式,(1)氢原子的能级图(如图 12-1-3 所示),图 12-1-3,(2)氢原子的能级和轨道半径,13.6 eV,n2r1,0.531010 m,氢原子的能级公式：En_(n1,2,3，)，其中E1为基态能量，其数值为E1_. 氢原子的半径公式：rn_(n1,2,3，)，其中r1为基态半径，又称玻尔半径，其数值为r1_.,【基础自测】,),1.根据玻尔理论，在氢原子中，量子数 n 越大，则(A.电子轨道半径越小B.核外电子运动速度越大C.原子能级的能量越小D.电子的电势能越大,根据,解析：在氢原子中，量子数 n 越大，电子的轨道半径越大，,知，r 越大，v 越小，则电
6、子的动能减小，因为量,子数增大，原子能级的能量增大，动能减小，则电势能增大，D 正确，A、B、C 错误.答案：D,2.如图 12-1-4 所示为氢原子的能级图，A、B、C 分别表示,),电子在三种不同能级跃迁时放出的光子，其中(图 12-1-4,A.频率最高的是 AC.频率最低的是 A,B.波长最长的是 CD.波长最长的是 B,B 正确.,答案：B,3.(多选)光电效应实验的装置如图 12-1-5 所示，则下列说法,中正确的是(,),图 12-1-5A.用紫外线照射锌板，验电器指针会发生偏转B.用红色光照射锌板，验电器指针会发生偏转C.锌板带的是负电荷D.使验电器指针发生偏转的是正电荷,解析：
7、紫外线的频率大于锌板的极限频率，用紫外线照射，发生光电效应，有电子从锌板逸出，锌板失去电子带正电，所以使验电器指针发生偏转的是正电荷，红色光的频率小于锌板的极限频率，不能发生光电效应，A、D 正确.,答案：AD,4.(多选)在做光电效应的实验时，某金属被光照射发生了光电效应，实验测得光电子的最大动能 Ek 与入射光的频率的关,系如图 12-1-6 所示，由实验图线可求出(A.该金属的极限频率和极限波长B.普朗克常量C.该金属的逸出功D.单位时间内逸出的光电子数,)图 12-1-6,解析：依据光电效应方程 EkhW 可知，当 Ek0 时，0，即图线横坐标的截距在数值上等于金属的极限频率，A,常量
8、，B正确.EkhW，Ek0时有h0W0，所以逸出功Wh0，C 正确；由于不知道光电流，无法求阴极在单位时间内放出的电子数，D 错误.,答案：ABC,热点 1,光电效应,热点归纳1.用光电管研究光电效应(1)常见电路图图 12-1-7,(2)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
9、大而增大.,(3)两条分析线索,考向 1,光电效应现象,【典题 1】(多选)如图12-1-8 所示，用导线把验电器与锌板,),相连接，当用紫外线照射锌板时，发生的现象是(图 12-1-8,A.有光子从锌板逸出C.验电器指针张开一个角度,B.有光电子从锌板逸出D.锌板带负电,解析：用紫外线照射锌板是能够发生光电效应的，锌板上的电子吸收紫外线的能量从锌板表面逸出，称之为光电子，A错误，B 正确；锌板与验电器相连，带有相同电性的电荷，锌板失去电子应该带正电，且失去电子越多，带正电的电荷量越多，验电器指针张角越大，C 正确，D 错误.,答案：BC,考向 2,光电效应的规律,【典题 2】入射光照到某金属
10、表面发生光电效应，若入射,光的强度减弱，而频率保持不变，则下列说法正确的是(,),A.从光照射到金属表面上到金属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(一般不超过109 s)发生，与光强无关，,A 错误.光电子的最大初动能只与入射光的频率有关，入射光的频率越大，最大初动能越大，B 错误.光电子数目多少与入射光的强度有关，光强减弱，单位时间内从金属表面逸出的光电子数目减少，C 正确.能否发生光电效应，只取决于入射光的频率是否大于极限频率，与光强无关，D 错误.答案：C,考向 3
11、,光子说,【典题 3】(2017 年北京卷)2017 年初，我国研制的“大连光源”极紫外自由电子激光装置，发出了波长在 100 nm(1 nm109 m)附近连续可调的世界上最强的极紫外激光脉冲.大连光源因其光子的能量大、密度高，可在能源利用、光刻技术、雾霾治理等领域的研究中发挥重要作用.一个处于极紫外波段的光子所具有的能量可以电离一个分子，但又不会把分子打碎.据此判断，能够电离一个分子的能量约为(取普朗克常量 h,6.61034 Js，真空光速c3108 m/s)( ),A.1021 J B.1018 J C.1015 J D.1012 J,21018 J，由题意可知，光子的能量应比电离一个
12、分子的能量,稍大，因此数量级应相同，故选 B.答案：B,热点 2,光电效应方程及图象分析,(续表),考向 1,光电效应方程,【典题 4】(2018 年新课标卷)用波长为 300 nm 的光照射锌板，电子逸出锌板表面的最大初动能为 1.281019 J.已知普朗克常量为6.631034Js，真空中的光速为3.00108 ms1，,能使锌产生光电效应的单色光的最低频率约为(,),A.11014 HzC.21015 Hz,B.81014 HzD.81015 Hz,解析：知道光电效应方程 EkhW0；知道逸出功W0h0,h0 并结合两个公式求解.,由光电效应方程式得EkhW0,刚好发生光电效应的临界频
13、率为0,则W0h0，代入数据可得：081014 Hz，B正确.,答案：B,【迁移拓展】(多选，2017 年新课标卷)在光电效应实验中，分别用频率为a、b的单色光a、b照射到同种金属上，测得相应的遏止电压分别为 Ua 和 Ub、光电子的最大初动能分别,为Eka和Ekb.h为普朗克常量.下列说法正确的是( ) A.若ab，则一定有Uab，则一定有EkaEkb C.若Uab，则一定有haEkahbEkb,解析：由爱因斯坦光电效应方程 EkmhW，又由动能定,答案：BC,理有EkmeU，当ab时，则EkaEkb，UaUb，A错误，B正确；若UaUb，则有EkaEkb，C正确；同种金属的逸出功不变，则W
14、hEkm不变，D错误.,考向 2,光电效应图象,【典题 5】爱因斯坦提出了光量子概念并成功地解释了光电效应的规律而获得 1921 年诺贝尔物理学奖.某种金属逸出光电子的最大初动能 Ekm 与入射光频率的关系如图 12-1-9 所示，,),其中0 为截止频率.从图中可以确定的是(A.逸出功与有关B.Ekm 与入射光强度成正比C.当0 时，会逸出光电子D.图中直线的斜率与普朗克常量有关,图 12-1-9,解析：逸出功由金属材料本身决定，A 错误；由 Ekm,hW0 可知 B 错误，D 正确；由图象可知，当0 时会逸出光电子，C 错误.,答案：D,热点 3,氢原子能级及能级跃迁,热点归纳1.两类能级
15、跃迁：(1)自发跃迁：高能级低能级，释放能量，发出光子.,(2)受激跃迁：低能级高能级，吸收能量.光照(吸收光子)：光子的能量必须恰等于能级差 hE.碰撞、加热等：只要入射粒子能量大于或等于能级差即可，E外E.大于电离能的光子被吸收，将原子电离.,2.谱线条数的确定方法：(1)一个氢原子跃迁发出可能的光谱线条数最多为(n1).(2)一群氢原子跃迁发出可能的光谱线条数的两种求解方法：,利用能级图求解：在氢原子能级图中将氢原子跃迁的各种可能情况一一画出，然后相加.,考向 1,氢原子跃迁过程中的特点,【典题 6】(2018 届广西桂林、贺州、崇左三市调研)氢原子能级如图 12-1-10 所示，当氢原
16、子从 n3 跃迁到 n2 的能,),级时，辐射光子的波长为 656 nm.以下判断正确的是(图 12-1-10,A.氢原子从 n3 跃迁到 n1 的能级时，辐射光子的波长,大于 656 nm,B.氢原子从 n3 跃迁到 n1 的能级时辐射光子照射某金属表面有光电子逸出，若换用光子 Z 照射该金属表面时不一定有光子逸出,C.一个处于 n3 能级上的氢原子向低能级跃迁时最多产,生的 3 种谱线,D.用波长 633 nm 的光照射，能使氢原子从 n2 跃迁到,n3 的能级,解析：氢原子从 n3 跃迁到 n2 的能级时辐射的能量为,656 nm，那么从 n3 跃迁到 n1 的能级时，辐射光的波长应该小
17、于 656 nm，A 错误；氢原子从 n3 跃迁到 n1 的能级时辐射光子的能量大于从 n3 跃迁到 n2 辐射光的能量，但不一定发生光电效应，B 正确；一个处于 n3 能级上的氢原子向低能级跃迁时最多产生的 2 种谱线，C 错误；若要使氢原子从n2 跃迁到 n3 的能级所吸收的能量一定是波长为 656 nm 对应的能量才可以，D 错误.,答案：B,考向 2,氢原子跃迁过程中光谱线的能量关系,【典题 7】(2018 届辽宁朝阳模拟)如图 12-1-11 所示，氢原子在不同能级间发生 a、b、c 三种跃迁时，释放光子的波长分,别是a、b、c，下列关系式正确的是( ),图 12-1-11,答案：C,