1、波料二象性 光电效应 原子结构知识点梳理一、光电效应1定义：在光的照射下从物体表面发射出_的现象2规律(1)各种金属都存在一个极限频率 0，只有入射光的频率_ 0 时才能发生光电效应；(2)瞬时性：光照射到金属，光电子的产生是_，光电子的产生时间不超过 109 s；(3)光电子的最大初动能跟入射光的强度无关，随着入射光的频率增大而_；(4)当入射光的频率大于极限频率时，光电流的强度与入射光的强度成_比3解释依据(1)光子说：光是不连续的，而是一份一份的，每一份叫做一个_，光子的能量 跟光的频率 成正比，即 _；(2)爱因斯坦光电效应方程：E K_，E K 是光电子的最大初动能，W 0 是金属的
2、_二、玻尔理论1三条假说(1)定态：原子只能处于一系列_的能量状态中，在这些状态中原子是稳定的，电子虽然绕核运动，但不向外辐射能量，这些状态叫做_；(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)一定的能量，即：E_；(3)轨道量子化：原子的不同能量状态跟电子沿_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_的2氢原子模型(1)轨道量子化：r n_，r 00.5310 10 m，(n0,1,2,3，)(2)能量量子化：E n_，E 113.6 eV，(n0,1,2,3，)(3)跃迁量子化：原子在两个能级之间跃迁时辐射或吸收光子的能量满足：h_.3氢原子能级分布(
3、如图 521 所示)(1)吸收光子的条件：电子从_能级向_能级跃迁( 如从基态向激发态跃迁)(2)释放光子的条件：电子从_能级向_能级跃迁( 如从激发态向基态跃迁)(3)原子发生电离的条件：吸收大于或等于逸出功的能量图 521一光电效应1、电子 2、大于或等于 瞬时的 增大 正 3、光子 hv hv-w0 逸出功二、玻尔理论1 不连续 定态 E 初 E 终 不同轨道 不连续2 n2r0 E1/n2 Em-En3 低 高 高 低考点讲解考点一 对光电效应的理解1光电效应是金属中的自由电子吸收了光子的能量后，其动能大到足以克服金属离子对其的引力而逃逸出金属表面，成为光电子的现象2每个电子只能吸收一
4、个光子的能量3光子说成功地解释了光电效应现象，光电效应现象表明光具有粒子性4逸出功 W0 与极限频率 0 的关系为：W 0h 0.例 1 2010浙江卷 在光电效应实验中，飞飞同学用同一光电管在不同实验条件下得到了三条光电流与电压之间的关系曲线(甲光、乙光、丙光)，如图 522 所示，则可判断出( )图 522A.甲光的频率大于乙光的频率B乙光的波长大于丙光的波长C乙光对应的截止频率大于丙光的截止频率D甲光对应的光电子最大初动能大于丙光的光电子最大初动能例 1 B 解析 本题考查有关光电效应的知识，中档题根据光电流与电压之间的关系图可知，甲、乙两光的截止电压相同，则两光的频率相同，波长相等，A
5、 错丙光的截止电压最大，所以丙光的频率最大，波长最小，B 对根据爱因斯坦的光电效应方程，对于同一个金属，截止频率是个定值，C 错逸出功是一样的，则频率大的光对应产生的光电子最大初动能大，D 错例 1 2010四川卷 用波长为 2.0107 m 的紫外线照射钨的表面，释放出来的光电子中最大的动能是 4.71019 J由此可知，钨的极限频率是(普朗克常量 h6.6310 34 Js，光速c3.010 8 m/s，结果取两位有效数字)( )A5.510 14 Hz B7.910 14 HzC 9.81014 Hz D1.210 15 Hz解析 本题考查的是光电效应由光电效应可知，入射光子的能量等于逸
6、出功与最大初动能的和，即 hW E k0，又有 c，Wh 0，由以上三式得钨的极限频率0 Hz Hz7.910 14Hz，故选择 B.c Ek0h 3108210 7 4.710 196.6310 34变式题 2010郑州模拟 如图 553 所示是光电管使用原理图，则( )图 553A.光电管可以将光信号转变为电信号B如果用绿光照射阴极 K 时电流表 G 有读数，则用红光照射 K 时电流表也一定有读数C如果把电源反接，电流表示数一定为零D如果断开开关 S，电流表示数不一定为零解析 本题考查光电效应，中档题光电管的原理是光电效应，可以将光信号转变成电信号，A 对绿光的频率大于红光的频率，如果绿光
7、能发生光电效应，红光不一定能，B 错把电源反接，如果达到截止电压，电流表读数才能为零，C 错断开开关 S，光电子逸出形成光电流，电流表示数不一定为零，D 对考点二 波粒二象性1光波有一定的频率和波长，光子有一定的能量( E h)和动量( p )，是个矛盾对立的统一体，彼此含有h对方的成分，共存于光的统一体中 E h h ， p .事实上，不仅光具有波粒二象性，一切运动的物体c hc h都具有波粒二象性，其波长 (德布罗意波长)宏观物体的德布罗意波长非常小，很难观察到它们的波动hp性2要注意到：在一定条件下波动性显著，在另一条件下粒子性显著，即我们观察到这对矛盾的主要方面具体地说就是：光在传播过
8、程中波动性显著，光在与物质作用时粒子性表现显著；大量光子产生的效果显示出波动性，个别光子产生的效果则显示出粒子性总之，频率越低的光，波动性越显著；频率越高的光，粒子性越显著例 2 2010海淀模拟 下列说法中正确的是( ).在关于物质波的表达式 E hp 中，波长 、频率 都是描述物质波动性的物理光的偏h振现象说明光是纵波C光的干涉和衍射现象说明光具有粒子性D光电效应既显示了光的粒子性，又显示了光的波动性解析 波长和频率都是波特有的，只能用来描述物质的波动性，A 正确；光的偏振现象说明光是横波，纵波没有偏振现象，B 错误；干涉和衍射都是波特有的，这两种现象说明光具有波动性，C 错误；光电效应只
9、说明光具有粒子性，D 错误该题属于容易题式题 关于光的波粒二象性，下列说法正确的是( )A大量光子产生的效果往往显示出波动性，个别光子产生的效果往往显示出粒子性B光在传播时往往表现出波动性，光跟物质相互作用时往往表现出粒子性C频率高的光波动性显著，频率低的光粒子性显著D光既有波动性又有粒子性，说明光既是波又是粒子解析 光在一定条件下波动性显著，在另一条件下粒子性显著大量光子的产生效果显示出波动性，个别光子产生的效果则显示出粒子性，A 对，B 对频率高的光波长短，波动性不明显， C 错不能将光的波粒二象性理解成光既是波又是粒子，它既不同于宏观概念中的波，也不同于宏观概念的粒子，D 错考点三 能级
10、与能级跃迁 1氢原子受激发由低能级向高能级跃迁当光子作用使原子发生跃迁时，只有光子能量满足 h Em En 的条件时，原子才能吸收光子的全部能量而发生跃迁当用电子等实物粒子作用在原子上，只要入射粒子的动能大于或等于原子某两“定态”能量之差 Em En，即可使原子受激发而向较高能级跃迁如果光子或实物粒子与原子作用而使原子电离(绕核电子脱离原子的束缚而成为“自由电子” ，即 n 的状态 )时，不受跃迁条件限制，只不过入射光子能量越大，原子电离后产生的自由电子的动能越大2氢原子自发辐射由高能级向低能级跃迁(1)当一群氢原子由某个能级向低能级跃迁时，可能产生的谱线条数为 条n n 12(2)当单个氢原
11、子处于某个能级向低能级跃迁时，最多可能产生( n1)个频率的光子例 2 2010山东卷 大量氢原子处于不同能量激发态，发生跃迁时放出三种不同能量的光子，其能量值分别是：1.89 eV、10.2 eV、12.09 eV.跃迁发生前这些原子分布在_个激发态能级上，其中最高能级的能量值是_eV(基态能量为 13.6 eV)例 2 2 1.51 解析 E113.6 eV，E 31.51 eV，由于 h EmE n，所以这些原子分布在 2 个激发态能级上，最高能级的能量值为1.51 eV.2010海淀模拟 如图 593 所示为氢原子的能级图用大量能量为12.76 eV 的光子照射一群处于基态的氢原子，氢
12、原子发射出不同波长的光波，其中最多包含有几种不同波长的光波( )图 593A3 种 B4 种 C5 种 D6 种变式题 D 解析 由图可知基态氢原子的能级值为13.61 eV，吸收 12.76 eV 的能量后变为0.85 eV，原子跃迁到了第 4 能级，由于氢原子是大量的，故辐射的光子种类是 6 种，故 D 选项正n n 12确例 3 氢原子部分能级示意图如图 555 所示，不同色光的光子能量如下表所示色光 红 橙 黄 绿 蓝靛 紫光子能量范围(eV)1.612002.002072.072142.142532.532762.76310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
13、条，其颜色分别为( )A红、蓝靛 B黄、绿C红、紫 D蓝靛、紫解析 如果激发态的氢原子处于第二能级，能够发出 10.2 eV 的光子，不属于可见光；如果激发态的氢原子处于第三能级，能够发出 12.09 eV、10.2 eV、1.89 eV 的三种光子，只有 1.89 eV 属于可见光；如果激发态的氢原子处于第四能级，能够发出 12.75 eV、12.09 eV、10.2 eV、2.55 eV、1.89 eV、0.66 eV 的六种光子，1.89 eV 和 2.55 eV 属于可见光，1.89 eV 的光子为红光，2.55 eV的光子为蓝靛光，所以选项 A 正确变式题 2010西城模拟 氢原子的
14、部分能级如图 556 所示用单色光照射处于基态的氢原子，氢原子吸收光子后跃迁到 n( )图 556A吸收光子的能量可以是任意值B吸收光子的能量是某一确定值C放出光子的能量可以是任意值D放出光子的能量是某一确定值解析 根据跃迁假设原子向外辐射(或吸收)光子的能量与发生跃迁的两个轨道有关，即hE mE n，一群氢原子从量子数为 n3 的激发态跃迁到基态时，可能辐射的光谱条数为 N 3，故 B 选项正确本题难度中等n n 1212011贵阳模拟 用绿光照射一个光电管发生光电效应，欲使光电子从阴极逸出的最大初动能增大，下列方法中正确的是( )A改用紫外线照射B改用红外线照射C改用强度较大的绿光照射D改
15、用强度较大的红光照射2已知金属钙的逸出功为 2.7 eV，氢原子的能级图如图所示，一群氢原子处于量子数 n4能级状态，若这群氢原子向低能级跃迁，则( )A氢原子可能辐射 6 种频率的光B氢原子可能辐射 8 种频率的光C有 3 种频率的辐射光能使钙发生光电效应D有 4 种频率的辐射光能使钙发生光电效应解析 AC 由 n4 能级状态向低能能跃迁可以辐射 C6 种频率的光子，选项 A 正确、 B 错误；在这 6 种频率的光子中，只有 21、31、41 三种跃迁辐射的光子能量大于钙金属的逸出功，可知选项 C 正确、 D 错误智能演练场1在演示光电效应的实验中，原来不带电的一块锌板与灵敏验电器相连，用弧
16、光灯照射锌板时，验电器的指针张开一个角度，如图 1515 所示，这时锌板带_电，指针带_电解析：在光电效应实验中，锌 板因逸出电子带正电， 验电器由于与 锌板接触也带正电，其指针也带正电答案：正 正2已知金属铯的逸出功为 1.9 eV，在光电效应实验中，要使铯表面发出的光电子的最大初动能为 1.0 eV，求入射光的波长应为多少？解析：根据光电效应方程 EkhW 0 可得入射光的频率为 Ek W0h由 c 可得入射光的波长为c mhcEk W0 6.6310 343108(1.0 1.9)1.610 194.310 7 m.答案：4.310 7 m3如图 1516 所示，氢原子从 n2 的某一能
17、级跃迁到n2 的能级，辐射出能量为 2.55 eV 的光子问最少要 给基态的氢原子提供多少电子伏特的能量，才能使它辐射 上述能量的光子？请在图 1516 中画出获得该能量后的氢原子可能的辐射跃迁图解析：氢原子从 n2 的某一能级跃迁到 n2 的能级，满 足hE nE 22.55 eVEnhE 20.85 eV，所以 n4.基态氢原子要跃迁到 n4 的能级，应提供：EE 4E 1 12.75 eV跃迁图见下图答案：12.75 eV 见解析图4卢瑟福和他的助手做 粒子轰击金箔实验，获得了重要发现(1)关于 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
18、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(2)在 粒子散射实验中，现有一个 粒子以 2.0107 m/s 的速度去轰击金箔后，若金原子的核电荷数为 79.求该 粒子与金原子核间的最近距离(已知带电粒子在点电荷电场中的电势能表达式为 Epk， 粒子质量为 6.641027 kg)q1q2r解析：(1) 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(2) 粒子与原子核发生对心碰撞时所能达到的最小距离为 d， mv
19、2k12 q1q2dd2kq1q2mv2 m29.0109279(1.610 19)26.6410 27(2.0107)22.710 14 m.答案：(1)C (2)2.710 14 m5在氢原子中，如果电子从 r10.5310 10 m 的轨道上，由于获得能量而进入 r22.1210 10 m 的轨道上做匀速圆周运动，求在该轨道上电子的动能是多少？(k9.010 9 Nm2/C2)解析：由于电子与原子核间的库仑力充当向心力，则 k qe2r22 mv2r2所以 Ek mv212 kqe22r2 J5.410 19 J.9.0109(1.610 19)222.1210 10答案：5.410 1
20、9 J6氢原子第 n 能级的能量为 En ，其中 E1 是基态能量，而 n1,2，若一氢原子发射能量为E1n2 E1 的光子后处于比基态能量高出 E1 的激发态，则氢原子发射光子前、后分别处于第几能级？316 34解析：设氢原子发射光子前、后分 别处于第 l 与第 m 能级，则依题意有 E1E1l2 E1m2 316E 1 E1E1m2 34解得：m2，l4.答案：4 27氢原子光谱除了巴耳末系外，还有赖曼系、帕邢系等，其中帕邢系的公式为 1R( )(n 4,5,6，)，R1.1010 7 m1 .若已知帕邢系的氢原子光谱在红外线区域，试求：132 1n2(1)n6 时，对应的波长；(2)帕邢
21、系形成的谱线在真空中的波速为多少？n6 时，传播频率为多大？解析：(1)根据帕邢系公式 R( )，当 n6 时，得 1.0910 6 m.1 132 1n2(2)帕邢系形成的谱线在红外线区域，而红外线属于电磁波，在真空中以光速传播，故波速为光速c310 8 m/s，由 c 得 Hz2.75 1014 Hz.c 31081.0910 6答案：(1)1.0910 6 m (2)310 8 m/s 2.7510 14 Hz8已知某金属表面接受波长为 和 2 的单色光照射时，释放出光电子的最大初动能分别为 30 eV 和 10 eV，求能使此种金属表面产生光电效应的入射光的极限波长为多少？( 为未知量
22、)解析：设此种金属的逸出功为 W0，极限波 长为 0.由爱因斯坦光电效应方程：h W 0E k1，h W 0E k2，h W 0c c2 c0可得： 01.2410 7 m.答案：1.2410 7 m9一速度为 v 的高速 粒子( 24He)与同方向运动的氖核( 1020Ne)发生弹性正碰，碰后 粒子恰好静止求碰撞前后氖核的速度(不计相对论修正 )解析：设 粒子与氖核的质量分别为 m与 mNe，氖核在碰撞前后的速度分别为 vNe与 vNe由动量守恒与机械能守恒定律，有mvm NevNe mNevNe mv2 mNevNe2 mNevNe 2 12 12 12解得 vNe v mNe m2mNe
23、vNe v mNe m2mNe已知 mmNe 15将式代入式得：v Ne v，vNe v.25 35答案： v v25 3510(1)下列关于光具有波粒二象性的叙述中正确的是 ( )A光的波动性与机械波、光的粒子性与质点都是等同的B大量光子产生的效果往往显示出波动性，个别光子产生的效果往往显示出粒子性C光有波动性又有粒子性，是互相矛盾的，是不能统一的D光的频率越高，波动性越显著(2)试通过分析比较，具有相同动能的中子和电子的物质波波长的大小解析：(1)光的波动性与机械波、光的粒子性与质点有本质的区别，A 选项错大量光子显示波动性，个别光子显示粒子性，B 选项对光是把粒子性和波动性有机结合在一起的矛盾统一体，C 选项错光的频率越高，粒子性越显著，D 选项错 故 选 B.(2)粒子的动量 p ，物质波的波长 2mEkhp由 mn me，知 pnp e，则 n e.答案：(1)B (2) n e
