2020版高考物理总复习 12 第1讲 光电效应 原子结构 氢原子光谱课件 新人教版

必考部分第十二章近代物理初步第1讲光电效应原子结构氢原子光谱基础·全面落实考点·深度研析素能·专项突破真题·实战演练基础·全面落实教材回扣基础自测一、原子结构1．电子的发现__________发现了电子，电子的发现证明了原子是可分的。2．原子核式结构(1)__________通过α粒子散射实验，提出了原子的核式结构，实验装置如图所示。汤姆孙卢瑟福(2)实验结果显示，绝大多数α粒子穿过金箔后仍_____________________，少数α粒子发生了__________________，只有极少数α粒子偏转角超过90°甚至被_________。(3)原子的核式结构模型：在原子中心有个很小的核，叫做_________，原子的全部正电荷和几乎全部_________都集中在核里，带负电的电子在核外空间绕核转动。(4)原子直径的数量级约为_________m，原子核直径的数量级约为10－15m。沿原来的方向前进较大的偏转弹回原子核质量10－10二、玻尔的氢原子理论1．能级：原子只能处于一系列____________的能量状态中，具有确定能量的稳定状态称为__________，也称为能级，原子处于最低能级的状态叫做__________，其他的状态做__________。2．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|＝hν(h叫做普朗克常量，h＝6.63×10－34J·s)。不连续定态基态激发态3．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______________，即电子不能在任意半径的轨道上运动。4．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说，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。不连续的三、氢原子光谱1．氢原子的能级公式En＝_________(其中基态能量E1＝－13.6eV)2．电子的半径公式rn＝n2r1(n＝1,2,3…)(其中r1＝0.53×10－10m)3．特征谱线不同原子的亮线位置_________，说明不同的原子的发光频率是_________的，因此这些亮线称为原子的特征谱线。4．光谱分析利用__________________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。E1n2不同不一样原子特征谱线四、光电效应1．定义在光的照射下从物体发射出________的现象(发射出的电子称为光电子)。2．产生条件入射光的频率________极限频率。3．光电效应规律(1)每种金属都有一个极限频率，入射光的________必须大于这个极限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________无关，只随入射光频率的增大而增大。电子大于频率强度(3)光电效应的发生几乎是瞬时的，一般不超过10－9s。(4)当入射光的频率大于极限频率时，___________的强度与入射光的强度成正比。五、光电效应方程1．基本物理量(1)光子的能量，ε＝hν其中h＝6.63×10－34J·s(称为普朗克常量)。(2)逸出功：使电子脱离某种金属所做功的__________。(3)最大初动能发生光电效应时，金属__________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__________。光电流最小值表面上最大值2．光电效应方程爱因斯坦光电效应方程是根据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hν和逸出功W之间的关系：Ek＝。能量hν－W0六、波粒二象性1．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________________。2．大量光子运动的规律表现出光的____________，单个光子的运动表现出光的____________。3．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。波粒二象性波动性粒子性(判断正误，正确的画“√”，错误的画“×”。)1．光子和光电子都是实物粒子。()2．光电效应说明光具有粒子性，光的波动性是错误的。()3．光电子的最大初动能与入射光的频率成正比。()4．α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。()5．氢原子由能量为En的定态向能量为Em的低能级跃迁时，辐射出的光子能量hν＝En－Em。()×√××√1．(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＝hν－hνc，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CD2．(α粒子散射实验和原子核式结构)卢瑟福通过对α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α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项错误；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项错误；原子核是由质子和中子构成的，是通过核反应发现的，故D项错误。答案A3．(玻尔的氢原子理论)若用E1表示氢原子基态时能量的绝对值，对于第n能级的能量为En＝－E1n2，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．E14B．34E1C．78E1D．E116答案B4．(波粒二象性)用很弱的光做单缝衍射实验，改变曝光时间，在胶片上出现的图象如图所示，该实验表明()A．光的本质是波B．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两项错误；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考点·深度研析核心考点分层突破考点1光电效应考|点|速|通1．用光电管研究光电效应(1)常见电路图(2)光电流与饱和电流①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。②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。③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2．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ν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题|组|冲|关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项错误；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项错误；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项错误；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项正确。答案C2．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，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W0＝hν0，根据爱因斯坦光电效应方程Ek＝hν－W0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λ＝h2mE，所以从钙表面逸出的光电子具有较大的波长，A项正确。答案A考点2能级跃迁和光谱线考|点|速|通1．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hν＝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，而当光子能量hν大于或小于E末－E初时都不能被原子吸收。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量差。3．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＝nn－12＝C2n。4．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。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()A．氢原子从n＝2跃迁到n＝1的能级时，辐射光的波长大于656nmB．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，辐射光的波长为122nm，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|冲|关1．(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λ1和λ2，且λ1＞λ2，则另一个波长可能是()A．λ1＋λ2B．λ1－λ2C．λ1λ2λ1＋λ2D．λ1λ2λ1－λ2解析设另一个波长是λ3，当λ1＞λ2＞λ3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hcλ1＋hcλ2＝hcλ3，可得λ3＝λ1λ2λ1＋λ2，C项正确；当λ3＞λ1＞λ2或λ1λ3λ2时，同理可得hcλ1＋hcλ3＝hcλ2，得λ3＝λ1λ2λ1－λ2，D项正确。答案CD2.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________条。解析能级越小的电子，离原子核越近；从n＝4的激