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1、第2 讲 光电效应 氢原子光谱抓住m个基础知识点抓基础固根本保基础分知识一 光电效应现象1光电效应的实验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，一般不超过山岀.2. 光子说 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： =也，其中h = 6.63X 10-34 js.3. 光电效应方程(1) 表达式：hv
2、 =Ek+Wo 或 Ek =hv _叫.k 0 k0(2) 物理意义：金属中的电子吸收一个光子获得的能量是hv，这些能量的一部分用来克 服金属的逸出功Wo，剩下的表现为逸出后电子的最大初动能Ek=|mv2.(3) 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a粒子散射实验与核式结构模型1. 卢瑟福的a粒子散射实验装置(如图13-2-1所示)2. a粒子散射实验的现象绝大多数a粒子穿过金箔后，基本上仍沿原来的方向前进，但少数a粒子发生了大角 度偏转，极少数a粒子甚至被撞了回来.如图13-2-2所示.核/a粒子散射实验
3、的分析图图 13 2 23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量都集中在原子核里，带负电的电子在核外绕核旋转知识三 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1=R(土一n1)(n = 3,4,5,)，R是里德伯常量，R=1.10X 107 m-1, n为量子数.2 玻尔理论(1)
4、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hv =E -E .(h是普朗克常量，h = 6.63X10-34 J s)m nI特别提醒In n 1(1) 一群氢原子跃迁发出可能的光谱线数为N=Cn=2，一个氢原子跃迁发出可能的光谱线数最多为(n 1).(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
5、续，这种现象叫能量量子化.掌握2个核心考点攻考点破难点拿能力分考点一 对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、光电效应方程
6、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=h v W0.如图132 3所示.k0五、用光电管研究光电效应1 .常见电路(如图 13 2 4 所示)(1) 通过频率分析：光子频率高一光子能量大一产生光电子的最大初动能大.(2) 通过光的强度分析：入射光强度大一光子数目多一产生的光电子多一光电流大.3常见概念辨析强度一一决定着每秒钟光源发射的光子数 照射光八频率决定着每个光子的能量 =hv每秒钟逸出的光电子数一一决定着光电 光电子流的强度、光电子逸出后的最大初动能2mv22 m1 个示范例例 (2013 浙江高考)小明用金属铷为阴极
7、的光电管，观测光电效应现象，实验装置示意图如图1325甲所示.已知普朗克常量h=6.63X 10-34 j s.口A0电源甲乙556.0 v/1014Hz图 1325(1) 图甲中电极A为光电管的傾“阴极”或“阳极”);(2) 实验中测得铷的遏止电压UC与入射光频率v之间的关系如图乙所示，则铷的截止频率v =Hz,逸出功 W =J；c0(3) 如果实验中入射光的频率v =7.00X1014Hz，贝9产生的光电子的最大初动能Ek =J.【解析】(1)在光电效应中，电子向A极运动，故电极A为光电管的阳极.(2) 由题图可知，铷的截止频率 v 为5.15X1014 Hz，逸出功 W =hv = 6.
8、63X10c 0 c34X5.15 X 1014 J3.41 X 1019 J.(3) 当入射光的频率为v =7.00X1O14Hz时，由E=hv hv 得,光电子的最大初动能kc为 Ek=6.63X 1034X(7.005.15)X1014 J1.23X 1019 J.【答案】(1)阳极 (2)5.15X1014 3.41X1019(3)1.23X10191 个预测例例A、B两种光子的能量之比为2 : 1，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E、EB.求A、B两种光子的动量之比和该金属的逸出功. AB【解析】光子能量E =hV，动量p=，且V =扌E得 p=c，则
9、 PA：PB=2： 1BW0A照射时，光电子的最大初动能Ea = E a W0.同理，EB=A A 0B解得 W0=EA2EB.0 A B【答案】2 : 1 W=Ea2Eb考点二 氢原子能级和能级跃迁一、氢原子的能级图能级图如图 13 2 6 所示113.6图 13 2 6 、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“123”表示量子数横线右端的数字“一13.6,3.4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hv =E Emn三、关于光谱
10、线条数的两点说明n n1. 一群氢原子跃迁发出可能的光谱线条数为N=C2=一:n2. 一个氢原子跃迁发出可能的光谱线条数最多为(n1).1 个示范例例 (2012 四川高考)如图13-2-7所示为氢原子能级示意图的一部分，则氢原子()E/eV-0.54 二-0.85 -1.51-3.41-13.6图 13 2 7A. 从n=4能级跃迁到n=3能级比从n=3能级跃迁到n=2能级辐射出电磁波的波长 长B. 从n = 5能级跃迁到n=l能级比从n=5能级跃迁到n=4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
11、析】 因为 E-E = 0.66 eVE -E =1.89 eV，根据 c= v 和 hv =E E 得4332n m从n=4能级跃迁到n = 3能级比从n=3能级跃迁到n=2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
12、示.色光红橙黄绿蓝靛紫丿光子冃匕量1.61 2.0 0 2.07 2.14 2.53 2.76 范围(eV)2. 002. 072. 142. 532. 763. 10nE/eV8 04 -0.853-1.5123.401-13.6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、蓝一靛B.黄、绿C.红、紫D.蓝一靛、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，有两个能量分别为1.89 eV和2.55 eV的 光子属于可见光，分别属于红光和蓝一靛光的范围，故答案为A.
13、【答案】 A高效训练10个题提速度练规范抢满分1. （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、B错误， D正确.由一eU=0-Ek，Ek=hv W,可知U=（hv W）/e,即遏止电压与入射光频率v kk有关， C 正确.【答案】 CD2. 卢瑟福和他的助手做a粒子轰击金箔实验，获得了重要
14、发现，关于a粒子散射实验的结果，下列说法正确的是（）A. 证明了质子的存在B. 证明了原子核是由质子和中子组成的C. 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】 a 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】 C图 13 2 93（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c【解析】由玻尔理论知，原子跃迁时，阪-= E,从能级图知 E最小，a的波长Aa最长，频率最小，则 B 错误，A、D 正确；hv d=A Ed=（）E = E, hv =L E =1 13（台化=丁化，因此，f的光子的能量比d的光子的能量大，C正确.【答案】 ACD
