《（浙江专用）2018届高三物理一轮复习 第11章 第2讲 波粒二象性 原子结构课件（选修3-5）》由会员分享，可在线阅读，更多相关《（浙江专用）2018届高三物理一轮复习 第11章 第2讲 波粒二象性 原子结构课件（选修3-5）（31页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、,浙江专用 物理,第2讲 波粒二象性 原子结构,一、光电效应 波粒二象性 1.光电效应定义:在 光 的照射下金属中的电子从表面逸出的现象, 叫做光电效应,发射出来的电子叫做 光电子 。,知识梳理,2.有关光电效应的物理量 (1)遏止电压:使光电流减小到零时的反向电压Uc。 (2)截止频率:能使某种金属发生光电效应的入射光的 最小 频率叫 做该种金属的截止频率(又叫极限频率),不同金属对应着不同的截止频率。 (3)逸出功:电子从金属中逸出所需做功的 最小值 ,叫做该金属的逸 出功。,3.爱因斯坦光电效应方程 (1)光子说:空间传播的光的能量是不连续的,是一份一份的,每一份叫做 一个光子,光子的能
2、量为= h ,其中h是普朗克常量,其值为6.6310-34 Js。,(2)光电效应方程: Ekm=h-W0 ,其中h为入射光的能量,Ekm为光电子 的最大初动能,W0是金属的逸出功。 4.光的波粒二象性 (1)光的干涉、衍射、偏振现象证明光具有 波动 性。 (2)光电效应说明光具有 粒子 性。 (3)光既具有波动性,又具有粒子性,即光具有 波粒二象 性。,5.辨析 (1)光电子就是光 () (2)只要光强度足够强,任何金属都能发生光电效应 (),(3)极限频率越大的金属材料逸出功越大 () 二、原子核式结构、氢原子光谱、能级公式 1.原子核式结构 (1)粒子散射实验 1909年,英国物理学家卢
3、瑟福和他的学生进行了用粒子轰击金箔的实 验,实验发现绝大多数粒子穿过金箔后基本上仍沿 原 方向前进, 但有少数粒子发生了大角度偏转,偏转的角度甚至大于90,也就是说它 们几乎被“撞”了回来。,(2)原子的核式结构模型:在原子中心有一个很小的原子核,原子全部的 正电荷 和几乎全部 质量 都集中在核里,带负电的电子在核外,空间绕核旋转。 2.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)线状谱:有些光谱是一条条的 亮线 ,这样的光谱叫线状谱。 (3)连续谱:有些光谱是连在一起的 光带 ,叫连续谱。 (4)光谱分析:每种原子都有自己的
4、特征谱线 ,可以利用它来鉴别物 质或确定物质的组成成分,这种分析方法叫光谱分析。,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。 (2)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h=Em-En(mn,h是普朗 克常量,h=6.6310-34 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 不连 续 的。 4.氢原子能级、能级公式 (1)氢原子的能级公式:En= E1(n=1,2,3),3.玻尔理论 (1)定态:原子只能处于一系列 不连
5、续 的能量状态中,在这些能量状,某中E1为基态能量,E1=-13.6 eV。 (2)氢原子的半径公式:rn=n2r1(n=1,2,3) 其中r1为基态半径,r1=0.5310-10 m。 5.辨析 (1)粒子散射实验说明原子的全部正电荷和质量集中在原子核上 () (2)氢原子吸收光子发生跃迁时从低能级跃迁到高能级 (),1.卢瑟福通过对粒子散射实验结果的分析,知道了 ( ) A.原子具有核式结构 B.原子核内有中子存在 C.原子核是由质子和中子组成的 D.在原子中,原子核占有的空间很小,1. 答案 AD 粒子散射实验结果说明原子是由原子核和核外电子组成 的,原子核集中了全部的正电荷和几乎全部的
6、质量,而且原子核占有空间很 小,选项A、D正确,但无法说明原子核的内部结构,因此选项B、C错误。,2.下列说法正确的是 ( ) A.原子核内任何两个核子间都存在着非常巨大的核力 B.若入射到金属表面的光没有达到一定的强度,就不可能发生光电效应 C.若光子能量大于某两能级差,处于低能级的电子就会跃迁到高能级 D.粒子散射实验说明原子内有一个很小的核,核内集中了所有正电荷和 几乎全部质量,2. 答案 D 核力是短程强相互作用力,每个核子只跟相邻的核子间有核 力作用,选项A错;只要入射光子的频率大于金属的截止频率,不论光强如 何,均会产生光电效应,选项B错;由玻尔原子理论,电子吸收的光子能量刚 好等
7、于两能级差时,才会从低能级跃迁到较高能级,选项C错。,3.在做光电效应的实验时,某金属被光照射时发生了光电效应,实验测得光 电子的最大初动能Ek与入射光的频率的关系如图所示(图线上各点对应的 坐标已知,只是未标出),由实验图线可求出 ( ) A.该金属的极限频率 B.普朗克常量 C.该金属的逸出功 D.单位时间逸出的光电子数,3. 答案 ABC 依据光电效应方程Ek=h-W0可知,当Ek=0时,=c,即图像的 横截距在数值上等于该金属的极限频率。 图线的斜率k=h,可见图线的斜率在数值上等于普朗克常量。 =0时,Ek=-W0,即图像的纵截距的绝对值等于金属的逸出功。,4.如图为氢原子能级的示意
8、图,现有大量的氢原子处于n=4的激发态,当向 低能级跃迁时辐射出若干不同颜色的光。关于这些光下列说法正确的是 ( ) A.由n=4能级跃迁到n=1能级产生的光子能量最大,B.由n=2能级跃迁到n=1能级产生的光子频率最小 C.这些氢原子总共可辐射出3种不同频率的光 D.用n=2能级跃迁到n=1能级辐射出的光照射逸出功为6.34 eV的金属铂能 发生光电效应,答案 AD 由n=4能级跃迁到n=1能级产生的光子能量E1=-0.85-(-13.6) eV=12.75 eV为跃迁时产生光子能量的最大值,A正确。由n=4向n=3能级跃 迁时,产生的光子能量最小,频率也最小,B错。这些氢原子跃迁时共可辐射
9、 出6种不同频率的光,C错。从n=2能级跃迁到n=1能级辐射出的光子能量为 10.2 eV,大于金属铂的逸出功(6.34 eV),故能发生光电效应,D正确。,重难一 光电效应规律 1.发生光电效应的条件 要使金属发射光电子,入射光频率必须大于金属的极限频率,反之,无论入 射光强度多大,照射时间多长,都不会发射光电子。 2.正确理解光电效应方程 (1)逸出功是指电子从金属表面直接逸出需要克服原子核引力做功的最 小值,电子从金属中逸出消耗的能将大于或等于逸出功,而逸出光电子的 初动能小于或等于最大初动能。,重难突破,(2)逸出光电子的最大初动能随入射光频率增大而增大,但不是成正比关 系,且与入射光
10、强度无关。 (3)单位时间内逸出的光电子数与单位时间内入射光子数成正比。 3.Ek-图线 由Ek-图线可以得到的物理量:,(1)极限频率:图线与轴交点的横坐标c。 (2)逸出功:图线与Ek轴交点的纵坐标的 绝对值,即W0=E。 (3)普朗克常量:图线的斜率k=h。,典例1 如图所示,当开关S断开时,用光子能量为2.5 eV的一束光照射阴极 K,发现电流表读数不为零。合上开关,调节滑动变阻器,发现当电压表读数 小于0.60 V时,电流表读数仍不为零;当电压表读数大于或等于0.60 V时,电 流表读数为零。,(1)求此时光电子的最大初动能的大小。 (2)求该阴极材料的逸出功。,解析 设用光子能量为
11、2.5 eV的光照射时,光电子的最大初动能为Ek,阴 极材料的逸出功为W0。当反向电压达到U=0.60 V 时,具有最大初动能的光 电子恰不能到达阳极,因此eU=Ek。由光电效应方程有Ek=h-W0。解得Ek= 0.6 eV,W0=1.9 eV。,答案 (1)0.6 eV (2)1.9 eV,1-1 如图甲,合上开关,用光子能量为2.5 eV的一束光照射阴极K,发现电流 表读数不为零。调节滑动变阻器,发现当电压表读数小于0.60 V时,电流表 读数仍不为零,当电压表读数大于或等于0.60 V时,电流表读数为零。把电 路改为图乙,当电压表读数为2 V时,逸出功及电子到达阳极时的最大动能 为 (
12、),A.1.5 eV 0.6 eV B.1.7 eV 1.9 eV C.1.9 eV 2.6 eV D.3.1 eV 4.5 eV,答案 C 解析 用光子能量h=2.5 eV的光照射阴极,电流表读数不为零,则能发生 光电效应,当电压表读数大于或等于0.60 V时,电流表读数为零,则电子不能 到达阳极 由动能定理eU= m 知 最大初动能Ek=eU=0.6 eV 由光电效应方程h=Ek+W0知W0=1.9 eV 对图乙,当电压表读数为2 V时,电子到达阳极的最大动能Ek=Ek+eU=0.6 eV,+2 eV=2.6 eV。故C正确。,重难二 对原子能级跃迁的理解 1.原子从低能级向高能级跃迁,吸
13、收一定能量的光子,当一个光子的能量 满足h=E末-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。 2.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级差。 3.当光子能量大于或等于13.6 eV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13.6 eV时,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= = 。 一个原子在一次从高能级向低能级跃迁时只发出一条光谱线。 4.原子还可吸收外来实物粒子(如自由电子)的能量而被激发,由于实物粒 子的
14、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 等于两能级的差值,均可使原子发生能级跃迁。 5.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,原子势能增大,电子动能减小,原子 能量增大。,典例2 氢原子处于基态时,原子的能量为E1=-13.6 eV,问: (1)大量氢原子在n=4的激发态时,可放出几种频率的光?其中最小频率等于 多少? (2)若要使处于基态的氢原子电离,至少要用多大频率的电磁波照射此原子?,4跃迁到n=3,辐射的能量最少 = = = Hz=1.61014 Hz (2)
15、欲使氢原子电离,即将电子移到离核无穷远处,此时E=0,则 EE-E1=0-(-13.6) eV=13.6 eV,而这份能量对应光子的最小频率应为 = = Hz=3.281015 Hz 答案 (1)6种 1.61014 Hz (2)3.281015 Hz,解析 (1)大量氢原子在n=4的能级跃迁时可放出43=6种频率的光。由 Em-En=h(mn)可知能级之间的能级差越小,辐射的光子的频率就越低,从n=,2-1 欲使处于基态的氢原子激发,下列措施中可行的是 ( ) A.用10.2 eV的光子照射 B.用11 eV的光子照射 C.用14 eV的光子照射 D.用11 eV的电子碰撞 答案 ACD 解
16、析 (13.6-10.2) eV=3.4 eV,而E2=-3.4 eV,故A正确。(13.6-11) eV=2.6 eV,不符合h=Em-En(mn)的条件,故B错误。14 eV13.6 eV,已经足以使氢 原子电离,故C正确。用11 eV的电子碰撞,E2-E1=10.2 eV11 eV,故D正确。,2-2 氢原子的核外电子从距核较近的轨道跃迁到距核较远的轨道过程( ) A.原子要吸收光子,电子的动能增大,电势能增大,原子的能量增大 B.原子要放出光子,电子的动能减小,电势能减小,原子的能量减小 C.原子要吸收光子,电子的动能增大,电势能减小,原子的能量增大 D.原子要吸收光子,电子的动能减小,电势能增大,原子的能量增大 答案 D 解析 离核越远,氢原子的能量就
