第1部分专题五第1讲 光电效应 原子结构Word文件下载.docx
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(2)光电子的最大初动能Ekm=
mv
跟入射光的强度无关,只随入射光的频率的增大而增大.
(3)从光开始照射到释放出光电子,整个过程所需时间小于10-9s.
(4)产生光电效应时,单位时间内逸出的电子数与光的强度有关,光的强度越大,单位时间内逸出的电子数越多.
2.光电效应中的两条对应关系
(1)光照强度大→光子数目多→发射光电子多→光电流大.
(2)光子频率高→光子能量大→产生光电子的最大初动能大.
3.光电效应方程:
Ekm=hν-W0.
[典题例析]
(多选)在光电效应实验中,用频率为ν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ν的光照射,一定不发生光电效应
D.改用频率大于ν的光照射,光电子的最大初动能变大
【解析】 增大入射光强度,单位时间内照射到单位面积的光电子数增加,则光电流将增大,故选项A正确;
光电效应是否发生取决于照射光的频率,而与照射强度无关,故选项B错误.用频率为ν的光照射光电管阴极,发生光电效应,用频率较小的光照射时,若光的频率仍大于极限频率,则仍会发生光电效应,选项C错误;
根据hν-W逸=
mv2可知,增加照射光频率,光电子的最大初动能也增大,故选项D正确.
【答案】 AD
解决光电效应类问题的“3点注意”
注意1:
决定光电子初动能大小的是入射光的频率,决定光电流大小的是入射光光强的大小.
注意2:
由光电效应发射出的光电子由一极到达另一极,是电路中产生光电流的条件.
注意3:
明确加在光电管两极间的电压对光电子起到了加速作用还是减速作用.
[题组突破]
对光电效应规律的理解
1.(2014·
高考上海卷)在光电效应的实验结果中,与光的波动理论不矛盾的是( )
A.光电效应是瞬时发生的
B.所有金属都存在极限频率
C.光电流随着入射光增强而变大
D.入射光频率越大,光电子最大初动能越大
C [解析]按照光的波动理论,电子吸收光子的能量需要时间,因此光电效应不可能瞬时发生,这与光电效应具有瞬时性矛盾;
按照光的波动理论,只要有足够长的时间,电子会吸收足够的能量,克服原子的束缚成为光电子,因此所有金属均可以发生光电效应,这与光电效应有极限频率矛盾;
按照光的波动理论,照射光越强,电子获得的能量越大,打出的光电子的最大初动能越大,这与光电效应中打出的光子的最大初动能与光强无关,而与照射光的频率有关矛盾;
按照光的波动理论也可以得到光越强打出的光电子越多,光电流越大,因此C项正确.
光电效应方程的应用
2.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,普朗克常量h=6.63×
10-34J·
s,由图可知( )
A.该金属的极限频率为4.3×
1014Hz
B.该金属的极限频率为5.5×
C.该金属的逸出功为8×
10-20J
D.该图线斜率的倒数表示普朗克常量
A [解析]由光电效应方程Ekm=hν-W0知该图线的斜率为普朗克常量,图线与横轴交点的横坐标为金属的极限频率ν0,即ν0=4.3×
1014Hz,A选项正确,B、D选项均错误;
金属的逸出功W=hν0=6.63×
10-34×
4.3×
1014J≈2.85×
10-19J,C选项错误.
原子的能级跃迁
本考点是高考热点,题型为选择题或填空题.考向主要有:
(1)考查氢原子结构;
(2)结合能级图考查能级跃迁规律.
1.玻尔理论的三条假设
(1)轨道量子化:
核外电子只能在一些分立的轨道上运动.
(2)能量量子化:
原子只能处于一系列不连续的能量状态.
(3)吸收或辐射能量量子化:
原子在两个能级之间跃迁时只能吸收或发射一定频率的光子.
2.跃迁规律
(1)自发跃迁:
高能级→低能级,释放能量.
(2)受激跃迁:
低能级→高能级,吸收能量.
①光照(吸收光子):
光子的能量等于能级差hν=ΔE.
②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≥ΔE.
③大于电离能的光子可被吸收将原子电离.
(3)一群氢原子处于量子数为n的激发态时,可能辐射出光谱线条数:
N=C
.
玻尔在卢瑟福的原子核式结构学说的基础上,提出具有量子特征的氢原子模型,其能级图如图所示.有一个发光管里装有大量处于第四能级的氢原子,利用这个发光管的光线照射金属钠的表面.已知金属钠的极限频率是5.53×
1014Hz,普朗克常量h=6.63×
s,1eV=1.6×
10-19J.
(1)发光管可能发射几种不同能量的光子?
(2)发光管能使金属钠发生光电效应吗?
(通过计算回答)
(3)求出发光管照射金属钠所发射的光电子的最大初动能.
【解析】
(1)6种光子.
(2)金属钠的逸出功为W0
W0=hν0=3.67×
10-19J=2.29eV
其中ΔE21=10.2eV,ΔE31=12.09eV,ΔE41=12.75eV,ΔE42=2.55eV都大于逸出功,所以一定能发生光电效应.
(3)Ekm=ΔE41-W0=10.46eV.
【答案】 见解析
解决氢原子能级跃迁问题的四点技巧
(1)原子跃迁时,所吸收或释放的光子能量只能等于两能级之间的能量差.
(2)原子电离时,所吸收的能量可以大于或等于某一能级能量的绝对值,剩余能量为自由电子的动能.
(3)一群原子和一个原子不同,它们的核外电子向基态跃迁时发射光子的种类N=C
=
(4)计算能级能量时应注意:
因一般取无穷远处为零电势参考面,故各能级的能量值均为负值;
能量单位1eV=1.6×
氢原子能级跃迁
1.(多选)氢原子能级如图,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( )
A.氢原子从n=2跃迁到n=1的能级时,辐射光的波长大于656nm
B.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
CD [解析]由E初-E终=hν=h
可知,氢原子跃迁时始末能级差值越大,辐射的光子能量越高、波长越短,由能级图知E3-E2<
E2-E1,故A错误.由
得λ=121.6nm<
325nm,故B错误.由C
=3可知C正确.因跃迁中所吸收光子的能量必须等于始末能级的差值,即从n=2跃迁到n=3的能级时必须吸收λ=656nm的光子,故D正确.
氢原子跃迁时的能量变化
2.当用具有1.87eV能量的光子照射n=3激发态的氢原子时( )
A.氢原子不会吸收这个光子
B.氢原子吸收该光子后被电离,电离后电子的动能为0.36eV
C.氢原子吸收该光子后被电离,电离后电子的动能为零
D.氢原子吸收该光子后不会被电离
B [解析]当n=3时,氢原子的能量E3=
eV=-1.51eV,所以处于n=3激发态的氢原子的电离能是1.51eV,当该原子吸收具有1.87eV能量的光子后被电离,电离后电子的动能是(1.87-1.51)eV=0.36eV.
易错辨析——不明确能级值的意义而造成错误
已知氢原子基态的能量是E1,一群处于n=4能级的氢原子自发跃迁,能释放6种光子,求其中频率最小的光子的能量.
【解析】 氢原子从n=4能级自发跃迁,释放出能量最小的光子是由n=4能级跃迁到n=3能级放出的光子.ΔE=E4-E3=-
【答案】 -
(1)氢原子核外电子处于无穷远处时的能量最高(E∞=0),处于基态时能量最低为E1=-13.6eV,处于基态的氢原子吸收光子后跃迁到能量较高的激发态,所以处于较高激发态上的能级值大于基态,但都为负值.
(2)对于氢原子在跃迁时辐射和吸收光子的频率或波长的计算,首先由能级的高低或轨道半径的大小确定是吸收还是放出光子,然后由玻尔理论Em-En=hν,求ν.
如图所示为氢原子的能级结构示意图,一群氢原子处于n=3的激发态,在向较低能级跃迁的过程中向外辐射出光子,用这些光子照射逸出功为2.49eV的金属钠.下列说法正确的是( )
A.这群氢原子能辐射出三种不同频率的光,其中从n=3能级跃迁到n=2能级所发出的光波长最短
B.这群氢原子在辐射光子的过程中电子绕核运动的动能减小,电势能增大
C.能发生光电效应的光有三种
D.金属钠表面发出的光电子的最大初动能是9.60eV
D [解析]处于n=3能级氢原子,向低能级跃迁可能发出C
=3种不同频率的光,对应的光子能量分别为(E3-E1)=12.09eV、(E3-E2)=1.89eV和(E2-E1)=10.2eV,其中从n=3能级跃迁到n=2能级所发出的光子能量最小,对应波长最长,另外两种光子的能量都大于金属钠的逸出功,可以使其发生光电效应;
氢原子辐射光子过程中,氢原子总能量降低,核外电子由较高能级轨道向较低能级轨道运动,原子核的静电力做正功,电子动能增加,电势能减小;
用能量为12.09eV的光子照射金属钠时,光电子的最大初动能最大,为(12.09-2.49)eV=9.60eV.选项A、B、C错误,D正确.
专题强化训练[学生用书P153(单独成册)]
一、单项选择题
1.关于原子结构理论与α粒子散射实验的关系,下列说法正确的是( )
A.卢瑟福做α粒子散射实验是为了验证汤姆孙的枣糕模型是错误的
B.卢瑟福认识到汤姆孙“枣糕模型”的错误后提出了“核式结构”理论
C.卢瑟福的α粒子散射实验是为了验证核式结构理论的正确性
D.卢瑟福依据α粒子散射实验的现象提出了原子的“核式结构”理论
[答案]D
2.(2014·
高考江苏卷)已知钙和钾的截止频率分别为7.73×
1014Hz和5.44×
1014Hz,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,钙逸出的光电子具有较大的( )
A.波长 B.频率
C.能量D.动量
A [解析]根据爱因斯坦光电效应方程
=hν-W.由题知W钙>
W钾,所以钙逸出的光电子的最大初动能较小.根据p=
及p=
和c=λν知,钙逸出的光电子的特点是:
动量较小、波长较长、频率较小.选项A正确,选项B、C、D错误.
3.氢原子从能级M跃迁到能级N,吸收频率为ν1的光子,从能级M跃迁到能级P释放频率为ν2的光子,则当它从能级N跃迁到能级P时将( )
A.放出频率为|ν2-ν1|的光子
B.吸收频率为|ν2-ν1|的光子
C.放出频率为ν1+ν2的光子
D.吸收频率为ν1+ν2的光子
C [解析]氢原子由低能级向高能级跃迁时,吸收光子,故有EN-EM=hν1;
氢原子由高能级向低能级跃迁时,辐射光子,有:
EM-E
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