《2018年高考物理一輪復(fù)習(xí) 第十二章 波粒二象性原子結(jié)構(gòu)與原子核 第1講 光電效應(yīng) 原子的躍遷教學(xué)案（含解析）》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《2018年高考物理一輪復(fù)習(xí) 第十二章 波粒二象性原子結(jié)構(gòu)與原子核 第1講 光電效應(yīng) 原子的躍遷教學(xué)案（含解析）（6頁珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、 第1講　光電效應(yīng)　原子的躍遷 ? 教材知識(shí)梳理 一、光電效應(yīng) 1．光電效應(yīng)現(xiàn)象 在光的照射下金屬中的電子從金屬表面逸出的現(xiàn)象，叫作光電效應(yīng)，發(fā)射出來的電子叫作________． 2．光電效應(yīng)規(guī)律 (1)每種金屬都有一個(gè)________． (2)光電子的最大初動(dòng)能與照射光的________無關(guān)，只隨照射光的________增大而增大． (3)光照射到金屬表面時(shí)，光電子的發(fā)射幾乎是________的． (4)光電流的強(qiáng)度與照射光的________成正比． 3．愛因斯坦光電效應(yīng)方程 (1)光子說：空間傳播的光的能量是不連續(xù)的，是一份一份的，每一份叫作一個(gè)光子．光子的能量為ε

2、＝________，其中h是普朗克常量，其值為6.63×10－34 J·s. (2)光電效應(yīng)方程：________________． 其中hν為照射光的能量，Ek為光電子的最大初動(dòng)能，W0是金屬的逸出功． 二、光的波粒二象性 1．光的干涉、衍射、偏振現(xiàn)象證明光具有________性． 2．光電效應(yīng)和康普頓效應(yīng)說明光具有________性． 3．光既具有波動(dòng)性，又具有粒子性，稱為光的________性． 三、玻爾理論 (1)定態(tài)：原子只能處于一系列________的能量狀態(tài)中，在這些能量狀態(tài)中原子是________的，電子雖然繞核運(yùn)動(dòng)，但并不向外輻射能量． (2)躍遷：原子從一

3、種定態(tài)躍遷到另一種定態(tài)時(shí)，它輻射或吸收一定頻率的光子，光子的能量由這兩個(gè)定態(tài)的能量差決定，即hν＝________．(h是普朗克常量，h＝6.63×10－34 J·s) (3)軌道：原子的不同能量狀態(tài)跟電子在不同的圓周軌道繞核運(yùn)動(dòng)相對(duì)應(yīng)．原子的定態(tài)是________的，因此電子的可能軌道也是________的． 答案：一、1.光電子　2.(1)極限頻率　(2)強(qiáng)度　頻率　(3)瞬時(shí)　(4)強(qiáng)度 3．(1)hν　(2)Ek＝hν－W0 二、1.波動(dòng)　2.粒子　3.波粒二象 三、(1)不連續(xù)　穩(wěn)定　(2)Em－En　(3)不連續(xù)　不連續(xù) 【思維辨析】 (1)電子槍發(fā)射電子的現(xiàn)象就是光

4、電效應(yīng)．(　　) (2)不同的金屬對(duì)應(yīng)著相同的極限頻率．(　　) (3)核外電子雖然繞核運(yùn)動(dòng)，但并不向外輻射能量．(　　) (4)核外電子可以吸收或放出任意頻率的光子．(　　) 答案：(1)(×)　(2)(×)　(3)(√)　(4)(×) 【思維拓展】 玻爾的氫原子能級(jí)理論成功解釋了氫原子光譜不連續(xù)的特點(diǎn)，解釋了當(dāng)時(shí)出現(xiàn)的“紫外災(zāi)難”．該理論也可解釋其他原子光譜現(xiàn)象嗎？ 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 答案：玻爾的氫原子能級(jí)理論本身是以經(jīng)典理論為基礎(chǔ)，其理論又與經(jīng)典理論相抵觸．它只能解釋氫原子以及類氫原子光譜的規(guī)律，在解釋其他原子的光譜

5、上就遇到了困難，如把理論用于其他原子時(shí)，理論結(jié)果與實(shí)驗(yàn)不符，且不能求出譜線的強(qiáng)度及相鄰譜線之間的寬度．這些缺陷主要是由于把微觀粒子(電子、原子等)看作是經(jīng)典力學(xué)中的質(zhì)點(diǎn)，從而把經(jīng)典力學(xué)規(guī)律強(qiáng)加于微觀粒子上(如軌道概念)而導(dǎo)致的． ? 考點(diǎn)互動(dòng)探究 　考點(diǎn)一　對(duì)光電效應(yīng)的理解 1.光電效應(yīng)的實(shí)質(zhì) 光子照射到金屬表面，某個(gè)電子吸收光子的能量后動(dòng)能變大，當(dāng)電子的動(dòng)能增大到足以克服原子核的引力時(shí)，便飛出金屬表面成為光電子．光電效應(yīng)現(xiàn)象中，每個(gè)電子只能吸收一個(gè)光子的能量． 2．對(duì)光電效應(yīng)規(guī)律的解釋 (1)光照射金屬時(shí)，電子吸收一個(gè)光子(形成光電子)的能量后，動(dòng)能立即增大，不需要積累能量的

6、過程． (2)電子從金屬表面逸出，首先需克服金屬表面原子核的引力做功(逸出功W0)．要使照射光子的能量不小于W0，對(duì)應(yīng)頻率νc＝為極限頻率． (3)光電子的最大初動(dòng)能只隨照射光頻率的增大而增大． (4)照射光越強(qiáng)，單位時(shí)間內(nèi)照射到金屬表面的光子數(shù)越多，產(chǎn)生的光電子越多，射出的光電子做定向移動(dòng)時(shí)形成的光電流越大． 3．概念辨析 4．用圖像表示光電效應(yīng)方程 (1)最大初動(dòng)能Ek與入射光頻率ν的關(guān)系圖線如圖12-30-1所示． 圖12-30-1 (2)由圖線可以得到的物理量： ①極限頻率：圖線與ν軸交點(diǎn)的橫坐標(biāo)νc. ②逸出功：圖線與Ek軸交點(diǎn)的縱坐標(biāo)的絕對(duì)值W0＝|－E

7、|＝E. ③普朗克常量：圖線的斜率k＝h. 1 (多選)[2016·全國卷Ⅰ改編] 現(xiàn)用某一光電管進(jìn)行光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)，當(dāng)用某一頻率的光照射時(shí)，有光電流產(chǎn)生．下列說法正確的是(　　) A．保持照射光的頻率不變，增大照射光的強(qiáng)度，飽和光電流變大 B．照射光的頻率變高，光電子的最大初動(dòng)能變大 C．保持照射光的強(qiáng)度不變，不斷減小照射光的頻率，始終有光電流產(chǎn)生 D．遏止電壓的大小與照射光的頻率有關(guān)，與照射光的強(qiáng)度無關(guān) 答案：ABD　[解析] 根據(jù)光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)得出的結(jié)論：保持照射光的頻率不變，照射光的強(qiáng)度變大，飽和光電流變大，故A正確；根據(jù)愛因斯坦光電效應(yīng)方程得，照射光的頻率變高，光電子的最大

8、初動(dòng)能變大，故B正確；遏止電壓的大小與照射光的頻率有關(guān)，與照射光的強(qiáng)度無關(guān)，保持照射光的強(qiáng)度不變，不斷減小照射光的頻率，若低于截止頻率，則沒有光電流產(chǎn)生，故C錯(cuò)誤，D正確． 式題 用頻率為ν的光照射光電管陰極時(shí)，產(chǎn)生的光電流隨陽極與陰極間所加電壓的變化規(guī)律如圖12-30-2所示，Uc為遏止電壓．已知電子電荷量為－e，普朗克常量為h，求： (1)光電子的最大初動(dòng)能Ekm； (2)該光電管發(fā)生光電效應(yīng)的極限頻率ν0. 圖12-30-2 [解析] (1)光電子在光電管內(nèi)減速，由動(dòng)能定理有 －eUc＝－Ekm 光電子的最大初動(dòng)能Ekm＝eUc. (2)由光電效應(yīng)方程得Ekm＝hν

9、－W0 其中逸出功W0＝hν0 解得ν0＝ν－. 　考點(diǎn)二　波粒二象性 1.對(duì)光的波粒二象性的理解 光既有波動(dòng)性，又有粒子性，兩者不是孤立的，而是有機(jī)的統(tǒng)一體，其表現(xiàn)規(guī)律為： (1)從數(shù)量上看：個(gè)別光子的作用效果往往表現(xiàn)為粒子性；大量光子的作用效果往往表現(xiàn)為波動(dòng)性． (2)從頻率上看：頻率越低波動(dòng)性越顯著，越容易看到光的干涉和衍射現(xiàn)象；頻率越高粒子性越顯著，越不容易看到光的干涉和衍射現(xiàn)象，貫穿本領(lǐng)越強(qiáng)． (3)從傳播與作用上看：光在傳播過程中往往表現(xiàn)出波動(dòng)性；在與物質(zhì)發(fā)生作用時(shí)往往表現(xiàn)為粒子性． (4)波動(dòng)性與粒子性的統(tǒng)一：由光子的能量E＝hν，光子的動(dòng)量p＝表達(dá)式也可以看出

10、，光的波動(dòng)性和粒子性并不矛盾：表示粒子性的粒子能量和動(dòng)量的計(jì)算式中都含有表示波的特征的物理量——頻率ν和波長λ. (5)理解光的波粒二象性時(shí)不可把光當(dāng)成宏觀概念中的波，也不可把光當(dāng)成微觀概念中的粒子． 2．概率波與物質(zhì)波 (1)概率波：光的干涉現(xiàn)象是大量光子的運(yùn)動(dòng)遵守波動(dòng)規(guī)律的表現(xiàn)，亮條紋是光子到達(dá)概率大的地方，暗條紋是光子到達(dá)概率小的地方，因此光波是一種概率波． (2)物質(zhì)波：任何一個(gè)運(yùn)動(dòng)著的物體，小到微觀粒子，大到宏觀物體，都有一種波與它對(duì)應(yīng)，其波長λ＝，p為運(yùn)動(dòng)物體的動(dòng)量，h為普朗克常量． 2 [2015·全國卷Ⅱ改編] 實(shí)物粒子和光都具有波粒二象性，下列事實(shí)中不能突出體現(xiàn)波動(dòng)

11、性的是(　　) A．電子束通過雙縫實(shí)驗(yàn)后可以形成干涉圖樣 B．β射線在云室中穿過會(huì)留下清晰的徑跡 C．人們利用中子衍射來研究晶體的結(jié)構(gòu) D．人們利用電子顯微鏡觀測(cè)物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu) 答案：B　[解析] 干涉、衍射是波的特有現(xiàn)象；β射線在云室中穿過會(huì)留下清晰的徑跡不能反映波動(dòng)性；電子顯微鏡利用了電子束波長短的特性，減輕衍射影響，提高分辨能力．故選B. 式題 (多選)波粒二象性是微觀世界的基本特征，以下說法正確的有(　　) A．光電效應(yīng)現(xiàn)象揭示了光的粒子性 B．熱中子束射到晶體上產(chǎn)生衍射圖樣說明中子具有波動(dòng)性 C．黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律可用光的波動(dòng)性解釋 D．動(dòng)能相等的質(zhì)子和電子，它

12、們的德布羅意波長也相等 答案：AB　[解析] 黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律只能用光的粒子性解釋，普朗克用能量子理論分析，結(jié)果與事實(shí)完全相符，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；由于Ek＝mv2，p＝mv，因此p＝，質(zhì)子和電子動(dòng)能相等，但質(zhì)量不等，故動(dòng)量p也不等，再根據(jù)德布羅意波的波長λ＝可知，德布羅意波的波長λ不同，選項(xiàng)D錯(cuò)誤． 　考點(diǎn)三　能級(jí)的分析與計(jì)算 1.氫原子的能級(jí)和軌道半徑 (1)氫原子的能級(jí)公式：En＝E1(n＝1，2，3，…)，其中E1為基態(tài)能量，其數(shù)值為E1＝－13.6 eV. (2)氫原子的半徑公式：rn＝n2r1(n＝1，2，3，…)，其中r1為基態(tài)半徑，又稱玻爾半徑，其數(shù)值為r1＝0.53×10

13、－10 m. (3)氫原子的能級(jí)圖：如圖12-30-3所示． 圖12-30-3 2．氫原子躍遷條件 原子躍遷條件hν＝Em－En只適用于光子和原子作用而使原子在各定態(tài)之間躍遷的情況．對(duì)于光子和原子作用而使氫原子電離時(shí)，只要入射光的能量E≥13.6 eV，氫原子就能吸收光子的能量，對(duì)于實(shí)物粒子與原子作用使氫原子激發(fā)時(shí)，實(shí)物粒子的能量大于或等于能級(jí)差即可． 3．氫原子躍遷時(shí)能量的變化 (1)原子能量：En＝Ekn＋Epn＝，隨n增大而增大，其中E1＝－13.6 eV. (2)電子動(dòng)能：電子繞氫原子核運(yùn)動(dòng)時(shí)靜電力提供向心力，即k＝m，所以Ek＝隨r增大而減小． (3)電勢(shì)能：通過

14、庫侖力做功判斷電勢(shì)能的增減．當(dāng)軌道半徑減小時(shí)，庫侖力做正功，電勢(shì)能減??；反之，電勢(shì)能增加． 4．光譜線條數(shù) (1)一群氫原子躍遷發(fā)出可能的光譜線條數(shù)為N＝C＝. (2)一個(gè)氫原子躍遷發(fā)出可能的光譜線條數(shù)最多為(n－1)． 3 氫原子基態(tài)的能量為E1＝－13.6 eV.大量氫原子處于某一激發(fā)態(tài)，由這些氫原子可能發(fā)出的所有的光子中，頻率最大的光子能量為－0.96E1，頻率最小的光子的能量為________eV(保留兩位有效數(shù)字)，這些光子可具有________種不同的頻率． 答案：0.31　10 [解析] 量子數(shù)為n的能級(jí)的能量En＝，頻率最大的光子是從最高能級(jí)直接躍遷到基態(tài)，則En－

15、E1＝－0.96E1，聯(lián)立得n＝5，頻率最小的光子是從能級(jí)n＝5躍遷到n＝4放出的，則E5－E4＝－＝0.306 eV≈0.31 eV；大量氫原子從最高能級(jí)n＝5向低能級(jí)躍遷，可以放出C＝10種不同頻率的光子． 式題 氫原子的能級(jí)圖如圖12-30-4所示．氫原子從n＝3能級(jí)向n＝1能級(jí)躍遷所放出的光子，恰能使某種金屬產(chǎn)生光電效應(yīng)，則該金屬的截止頻率為________ Hz；用一群處于n＝4能級(jí)的氫原子向低能級(jí)躍遷時(shí)所發(fā)出的光照射該金屬，產(chǎn)生的光電子最大初動(dòng)能為________ eV(普朗克 常量h＝6.63×10－34 J·s，結(jié)果均保留2位有效數(shù)字)． 圖12-30-4 答案：

16、2.9×1015　0.66 [解析] 能級(jí)間躍遷輻射的光子能量等于兩能級(jí)間的能級(jí)差，原子從能級(jí)n＝3向n＝1躍遷輻射出的光子的能量為E＝E3－E1＝12.09 eV，因所放出的光子恰能使某種金屬產(chǎn)生光電效應(yīng)，則有hν0＝12.09 eV，解得ν0＝2.9×1015 Hz.當(dāng)光子能量等于金屬的逸出功時(shí)，恰好發(fā)生光電效應(yīng)，所以逸出功W0＝12.09 eV.氫原子從n＝4能級(jí)向低能級(jí)躍遷所放出的光子能量最大為hν＝E4－E1＝12.75 eV，根據(jù)光電效應(yīng)方程得最大初動(dòng)能Ekm＝hν－W0＝12.75 eV－12.09 eV＝0.66 eV. 【教師備用習(xí)題】 1．(多選)氫原子能級(jí)圖如圖所示

17、，當(dāng)氫原子從n＝3能級(jí)躍遷到n＝2的能級(jí)時(shí)，輻射光的波長為656 nm.以下判斷正確的是(　　) A．氫原子從n＝2能級(jí)躍遷到n＝1的能級(jí)時(shí)，輻射光的波長小于656 nm B．用波長為325 nm的光照射，可使氫原子從n＝1能級(jí)躍遷到n＝2的能級(jí) C．一群處于n＝3能級(jí)上的氫原子向低能級(jí)躍遷時(shí)最多產(chǎn)生3種譜線 D．用波長為633 nm的光照射，不能使氫原子從n＝2能級(jí)躍遷到n＝3的能級(jí) [解析] ACD　根據(jù)氫原子的能級(jí)圖和能級(jí)躍遷規(guī)律，hν＝Em－En＝h，當(dāng)氫原子從n＝2能級(jí)躍遷到n＝1的能級(jí)時(shí)，輻射光的波長為121.6 nm，小于656 nm，A選項(xiàng)正確；根據(jù)氫原子發(fā)生躍遷

18、時(shí)只能吸收或輻射一定頻率的光子，可知B選項(xiàng)錯(cuò)誤，D選項(xiàng)正確；一群處于n＝3能級(jí)上的氫原子向低能級(jí)躍遷時(shí)可以產(chǎn)生3種頻率的光子，C選項(xiàng)正確． 2．(多選)如圖所示為氫原子能級(jí)示意圖，現(xiàn)有大量的氫原子處于n＝4的激發(fā)態(tài)，向低能級(jí)躍遷時(shí)輻射出若干不同頻率的光，下列說法錯(cuò)誤的是(　　) A．這些氫原子最多可輻射出3種不同頻率的光 B．氫原子由n＝2能級(jí)躍遷到n＝1能級(jí)產(chǎn)生的光頻率最小 C．氫原子由n＝4能級(jí)躍遷到n＝1能級(jí)產(chǎn)生的光最容易表現(xiàn)出衍射現(xiàn)象 D．氫原子由n＝2能級(jí)躍遷到n＝1能級(jí)輻射出的光照射逸出功為6.34 eV的金屬鉑能發(fā)生光電效應(yīng) [解析] ABC　這些氫原子向低能級(jí)躍遷時(shí)可輻射出C＝＝6種光子，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；氫原子由n＝4能級(jí)躍遷到n＝3能級(jí)產(chǎn)生的光子能量最小，所以頻率最小，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；氫原子由n＝4能級(jí)躍遷到n＝1能級(jí)產(chǎn)生的光子能量最大，頻率最大，波長最小，最不容易表現(xiàn)出衍射現(xiàn)象，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；氫原子由n＝2能級(jí)躍遷到n＝1能級(jí)輻射出的光子能量為10.20 eV>6.34 eV，所以能使金屬鉑發(fā)生光電效應(yīng)，選項(xiàng)D正確． 6