1、1 2020 届一轮复习人教版 光电效应波粒二象性氢原子能级原子结构 学案 光电效应和波粒二象性 一、黑体辐射和量子 1. 黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的温度有关。 2. 实验规律： 随着温度升高，各种波长的电磁波辐射强度都增加，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动。 3. 普朗克提出黑体辐射强度按波长分布的公式，理论与实验结果相符，但要求满足能量子假设。 4. 能量子 =h，其中 为电磁波频率，普朗克常量 h=6.63 10 34 Js。 二、 光电效应 1. 定义 在物理学中，在光的照射下电子从物体表面逸出的现象，称为光电效应。 2. 光电子 光电效应中发射出来的电子。 3.
2、光电效应规律 （1 ） 每 种 金 属 都 有 一 个 极 限 频 率 ， 只 有 入 射 光 的 频 率 大 于 或 等 于 这 个 极 限 频 率 时 ， 才 会 产 生 光 电 效 应；当 入射光的频率小于这个极限频率时，不能产生光电效应。 （2 ） 光电子的最大初动能与入射光的强度无关，只随入射光频率的增大而增大。 （3 ） 光电效应的发生几乎瞬时的，一般不超过 10 9s 。 （4 ） 当 入 射 光 的 频 率 大 于 极 限 频 率 时 ， 饱 和 光 电 流 的 强 度 与 入 射 光 的 强 度 成 正 比 。 三、 爱因斯坦光电效应方程 1. 光子说 2 在 空 间 传 播
3、 的 光 是 不 连 续 的 ， 而 是 一 份 一 份 的 ， 每 一 份 叫 做 一 个 光 的 能 量 子 ， 简 称 光 子 ， 光 子 的 能 量 h 。 其 中 h 6.63 10 34Js。（称为普朗克常量） 2. 逸出功 W0 使电子脱离某种金属所做功的最小值。 3. 最大初动能 发生光电效应时，金属表面上的电子吸收光子后克服原子核的引力逸出时所具有的动能的最大值。 4. 爱因斯坦光电效应方程 1 2 （1 ）表 达 式 ： h W 2mv。 3 （2 ） 物理意义：金属表面的电子吸收一个光子获得的能量是 h，这些能量的一部分用来克服金属的 1 逸 出 功 W， 剩 下 的 表
4、 现 为 逸 出 后 光 电 子 的 最 大 初 动 能 四、 光的波粒二象性与物质波 1光的波粒二象性 2mv 2。 （1 ） 光的干涉、衍射、偏振现象证明光具有波动性。 （2 ） 光电效应说明光具有粒子性。 （3 ） 光 既 具 有 波 动 性 ， 又 具 有 粒 子 性 ， 称 为 光 的 波 粒 二 象 性 。 2 物 质 波 （1 ） 概率波 光的干涉现象是大量光子的运动遵守波动规律的表现，亮条纹是光子到达概率大的地方，暗条纹是光子到达 概率小的地方，因此光波又叫概率波。 （2 ） 物质波 h 任何一个运动着的物体，小到微观粒子大到宏观物体都有一种波与它对应，其波长 p， p 为运动
5、物 体 的动量， h 为普朗克常量。 1. 光电流与电压的关系图象（ I U图象） 4 （1 ） 电压范围足够大时，电流的最大值为饱和光电流 I m， 图线与横轴交点的横坐标的绝对值为遏止电 压 Uc ，光电子的最大初动能 Ek=eUc。 （2 ） 频率相同的入射光，遏止电压相同，饱和光电流与光照强度成正比。 （3 ） 不同频率的入射光，遏止电压不同，入射光频率越大，遏止电压越大。 2 最大初动能与入射光频率的关系图象（ Ek 图象） 5 c （1 ）函数方程为 Ek=hW0=hhc。 （2 ）图线斜率等于普朗克常量 h，横轴截距等于截止频率 vc，纵轴截距绝对值 E 等于逸出功 W0=hc
6、。 3遏止电压与入射光频率的关系图象（ Uc 图象） h W0 （1 ）函数方程为 Uc= h h = 。 e e e e 6 （2 ） 图线斜率与电子电荷量的乘积等于普朗克常量 h， 横轴截距等于截止频率 c，纵轴截距的绝对值 与 电子电荷量的乘积等于逸出功。 1. 下列关于热辐射和黑体辐射说法不正确的是（ ） A 一切物体都在辐射电磁波 B 一般物体辐射电磁 波的情况只与温度有关 C 随着温度的升高，黑体辐射强度的 极大值像波长较短的方向移动 D 黑体能够完全吸收入射的各种波长的电 磁波 【答案】 B 【解析】 一切物体都在辐射电磁波，故 A 正确。物体辐射电磁波的情况不仅与温度有关，还与
7、其它因素有 关。故 B 错误。黑体辐射的强度的极大值随温度升高向波长较短的方向移动，故 C 正确。能 100%地吸收入 射到其表面的电磁辐射，这样的物体称为黑体，故 D 正确。此题选择不正确的选项，故选 B。 解决本题的关键知道黑体辐射的强度与温度有关，温度越高，黑体辐射的强度越大，随着温度的升高，黑 体辐射 强度的极大值向波长较短的方向移动 2 根据课本黑体辐射的实验规律，以下 判断不正确的是（ ） A在同一温度下，辐射强度最大的电磁波波长不是最大的，也不是最小的，而是处在最大与最小波长之间B温 度越高，辐射强度最大的电磁波的波长越短 7 C 温 度 越 高 ， 辐 射 强 度 的 极 大
8、值 就 越 大 D 在 同 一 温 度 下 ， 波 长 越 短 的 电 磁 波 辐 射 强 度 越 大 【答案】 D 【解析】 A、 D、在同一温度下，辐射强度最大的电磁波波长不是最大的，也不是最小的，而是处在最大与 最小波 长之间故 A 正确， D错误； B、 C、黑体辐射的强度与温度有关，温度越高，黑体辐射的强度越大，则辐射强度的极大值也就越大，辐 射强度 最大的电磁波的波长越短故 B 正确， C正确 本题选择不正确的，故选： D 黑体辐射的强度与温度有关，温度越高，黑体辐射的强度越大，随着温度的升高，黑体辐射强度的极大值向波长 较短的方向移动 3 用如图甲所示的电路研究光电效应中光电流强
9、度与照射光的强弱、频率等物理量的关系。图中 A、 K 两 极间的电压大小可调，电源的正负极也可以对调，分别用 a、 b、 c 三束单色光照射，调节 AK间的电压 U， 得到光电流 I 与电压 U的关系如图乙所示，由图可知（ ） A. 单色光 a 的频率高于单色光 c 的频率 B. 单色光 a 的频率低于单色光 b 的频率 C. 单色光 a 和 c 的频率相同，但 a 更弱些 D. 单色光 a 和 b 的频率相同，但 a 更强些 【答案】 B 8 【解析】根据 ，入射光的频率越高，对应的截止电压 U截 越大。从图象中看出， b 光对应 的截止 电压 U 截 最大，所以 b 光的频率最高， a、
10、c 光的频率相等，再依据光电流大小来判定光的强弱。 光电流恰为零，此时光电管两端加的电压为截止电压，对应的光的频率为截止频率，可知， a、 c 光对应的 截止频率小于 b 光的截止频率， 根据 ，入射光的频率越高，对应的截止电压 U 截 越大， a 光、c 光的截止电压相等，所以 a 光、 c 光的频率相等，且小于 b 光频率； 9 当 a、c 光照射该光电管，因频率相同，则 a 光对应的光电流大，因此 a 光子数多，那么 a 光的强度较强， ， 故 B 正确， ACD错误。 故选： B。 解决本题的关键掌握截止电压、截止频率，以及理解光电效应方程 ，同时理解光电流的 大小与光强有关。 4 频
11、率为 的光照射某金属时，产生光电子的最大初动能为 Ek， 改用频率 2 的光照射同一金属，所产 生 光电子的最大初动能为（ h 为普朗克常量） A Ek h B E k +h C 2hE k D 2 Ek 【答案】 B 【解析】 根据光电效应方程求出金属的逸出功，再根据光电效应方程求出用频率为 2 的光照射同一金属， 所 产生光电子的最大初动能 根据光电效应方程 EKm h W0，则逸出功 W0 h EKm。改用频率为 2 的光照射同一金属，所产生光电 子 的最大初动能为 EKmh ?2 W0 h+EKm故 B 正确， A、 C、 D错误。 本题考查最大初动能与入射光频率的关系，比较简单，关键
12、是掌握光电效应方程 EKm hW 0 5 用同一光电管研究 a、 b、 c 三束单色光产生的光电效应，得到光电流 I 与光电管两极间的电压 U 的关系 曲线如图所示，由此可判断 A. a、 b、 c 光的频率关系为 abc B. a、 b、 c 光的频率关系为 a= b c C 用三束单色 光照射光电管时， a 光使其逸出的光电子最大初动能大 D 用 10 三束单色光照射光电管时， b 光使其逸出的光电子最大初动能大 【答案】 D 【解析】 据光电流 I 与光电管两极间的电压 U 的关系曲线，可得三束光逸出的光电子对应的遏止电压，据 可得三束光逸出光电子的最大初动能间关系，再据光电效应方程可得
13、， a、b 、 c 光的频率关系。 【详解】 11 CD： 由图得： ，据 ，可得三束光逸出光电子的最大初动能间关系为 。故 C 项错误， D项正确。 AB： 据光电效应方程： ，照在同一光电管上，逸出功相等，又 ，则 a、 b、 c 光 的频率关系为 。故 AB两项均错误。 6. 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） ，如图所示。则可判断出（ ） A 甲 光 的 光 子 动 量 小 于 乙 光 的 光 子 动 量 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
14、 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 【答案】 B 【解析】 通过遏止电压的大小比较光电子的最大初动能，从而根据光电效应方程比较出三种光的频率、波长、光 子能量的大小。 根据 知，甲、乙的遏止电压相等，则光电子的最大初动能相等，丙的遏止电压最大，所以丙光对 应的光电子最大初动能最大，根据光电效应方程， Ekm=hv-W0 知，甲、乙的频率相等，丙的频率最大，由公 式 可知，丙的波长最小，甲、乙波长相等， 由公式 可知，丙光的动量最大，甲、乙动量相等， 12 同 一 金 属 ， 截 止 频 率 是 相
15、 同 的 。 故 应 选 ： B。 7. 关于光的波粒二象性的说法中，正确的是（ ） A一束传播的光，有的光是波，有的光是粒子 B光 子和电子是同种粒子，光波与机械波是同种波 13 C 光 的 波 动 性 是 由 光 子 间 的 相 互 作 用 而 形 成 的 D 光 是 一 种 波 ， 同 时 也 是 一 种 粒 子 ， 光 子 说 并 未 否 定 电 磁 说 【答案】 D 【解析】 光具有波粒二象性是微观世界具有的特殊规律，大量光子运动的规律表现出光的波动性，而单个光子的 运动表现出光的粒子性，光的波长越长，波动性越明显，波长越短，其粒子性越显著； A、所以的光都具有波粒二象性，光同时具有
16、波和粒子的特性，即光是一种波，同时也是一种粒子，光子说 并未否 定电磁说，故 A 错误， D 正确； B、电子是组成原子的基本粒子，有确定的静止质量，是一种物质实体，速度可以低于光速；光子代表着一 份能量， 没有静止质量，速度永远是光速，光波和机械波是不同的两种波，故 B 错误； C、光在传播时往往表现出的波动性，光在跟物质相互作用时往往表现出粒子性，故 C 错误； 本题考查了光的波粒二象性，有时波动性明显，有时粒子性明显，光是一种波，同时也是一种粒子。8 以下 说法中正确的是（ ） A 光波是概率波，物质波不是概率波 B 实物粒子不具有波动性 C 实物粒子也具有波动性，只是不明显 D 光的波
17、动性是光子之间相互作用引起的 【答案】 C 【解析】 光波和物质波都是概率波，选项 A 错误； 实物粒子也具有波动性，只是不明显，选项 B 错误， C 正确；光的波动性是光子本身的一种属性，不是光子之间的相互作用引起的，选项 D 错误；故选 C. 点睛：宏观世界里找不到既有粒子性又有波动性的物质，同时波长长的更容易体现波动性，波长短可以体现粒子 性 9. 如图是某金属在光的照射下产生的光电子的最大初动能 Ek 与入射光频率 的关系图象由图象可知错 误的是（ ） 14 A. 该金属的逸出功等于 E B. 该金属的逸出功等于 h0 C. 入射光的频率为 20 时，产生的光电子的最大初动能为 E D
18、. 入射光的频率为 时，产生的光电子的最大初动能为 15 【答案】 D 【解析】 根据光电效应方程得出最大初动能与入射光频率的关系，结合图线的斜率和截距进行分析。 根据 Ekm=hv-W0 得， 金属的截止频率等于 0； 纵轴截距的绝对值等于金属的逸出功， 逸出功等于 E， 则 E=hv0， 故 AB 正确；根据光电效应方程有： EKm=hv-W，其中 W为金属的逸出功： W=hv0；所以有： EKmhv-hv 0，由此结合 图象可知，该金属的逸出功为 E， 或者 W=hv0， 当入射光的频率为 2v0 时，带入方程可知产生的光电子的 最大初动能为 E， 故 C 正确。入射光的频率 时，小于极
19、限频率，不能发生光电效应，故 D 错误。此题选择 错误的选项，故选 D。 10. 用如图的装置研究光电效应现象， 当用能量为 3.0eV 的光子照射到光电管上时， 电流表 G的读数为 0.2mA， 移动变阻器的触点 c， 当电压表的示数大于或等于 0.7V 时，电流表读数为 0， 则 （ ） A 电键 K断开后，没有电流流过电流表 G B 所有光电子的初动能为 0.7eV C 光电管阴极的逸出功为 2.3eV D 改用能量为 1.5eV 的光子照射，电流表 G也有电流，但电流较小 【答案】 C 【解析】 电键 S 断开，只要有光电子发出，则有电流流过电流表该装置所加的电压为反向电压，发现当 1
20、6 电压表的示数大于或等于 0.7V 时，电流表示数为 0， 知道光电子点的最大初动能为 0.7eV ，根据光电效应 方程 EKm=h-W0，求出逸出功改用能量为 1.5eV 的光子照射，通过判断是否能发生光电效应来判断是否光 电流 电键 S 断开后，用光子能量为 3.0eV 的光照射到光电管上时发生了光电效应，有光电子逸出，则仍然有电 流流过电流表。故 A 错误。该装置所加的电压为反向电压，发现当电压表的示数大于或等于 0.7V 时，电流 表示数为 0， 知道光电子点的最大初动能为 0.7eV ，但不是所有光电子的初动能为 0.7eV ；根据光电效应方程 EKm=h-W0， W0=2.3eV
21、 故 C 正确， B 错误。改用能量为 1.5eV 的光子照射，由于光电子的能量小于逸出 功，不能发 生光电效应，无光电流。故 D 错误。故选 C。 17 14 11. 如图甲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， （直线与横轴 的交点坐标 4.27 ，与纵轴交点坐标 0.5 ） ，图乙是氢原子的能级图，下列说法正确的是（ ） A 该金属的逸出功为 0.5eV B 根据该图象能求出普朗克常量 C 该金 属的极限频率为 4.27 10 14Hz D 用 n 3 能级的氢原子跃迁到 m 2 能级时所辐射的光照射该金属能使该金属发生电效应 【答案】 BCD 【解析】
22、 根据爱因斯坦光电效应方程 Ek=h- W， Ek - 图象的斜率等于 h。横轴的截距大小等于截止频率， 逸 出功 W=h0，根据数学知识进行求解。 当 Ek h W0 时，逸出功为 W h0 6.63 10 34J?s4.27 10 Hz 2.83 10 19 J1.77eV， 故 A 错 误 ； 由 Ek h W ， 得 知 ， 该 图 线 的 斜 率 表 示 普 朗 克 常 量 h， 故 B 正 确 ； 根 据 爱 因 斯 坦 光 电 效 应 方 程 Ek h W ， Ek 图 象 的 横 轴 的 截 距 大 小 等 于 截 止 频 率 ， 由 图 知 该 金 属 的 截 止 频 率 为
23、 4.27 10 Hz ， 故 C正 确 ； 用 n 3 能 级 的 氢 原 子 跃 迁 到 m 2 能 级 时 所 辐 射 的 光 能 量 为 E E3 E2 1.51 （ 3.4 ）1.89eV 1.77eV ，能发生光电效应， 故 D正 确 。 所 以 BCD正 确 ， A 错误。 解决本题的关键掌握光电效应方程，以及知道逸出功与极限频率的关系，结合数学知识即可进行求解。12相对 论和量子理论是现代物理学两大支柱。量子理论的核心观念是“不连续”。关于量子理论，以下说法正确的是； A 普 朗 克 为 解 释 黑 体 辐 射 ， 首 先 提 出 “能 量 子 ”的 概 念 ， 他 被 称 为
24、 “量 子 之 父 ” B 爱 因 斯 坦 实 际 上 是 利 用 量 子 观 念 和 能 量 守 恒 解 释 了 光 电 效 应 C 康 普 顿 效 应 证 明 光 具 有 动 量 ， 证 明 光 具 有 波 动 性 D 玻 尔 的 能 量 量 子 化 和 电 子 轨 道 量 子 化 的 观 点 和 现 代 量 子 理 论 是 一 致 的 14 18 【答案】 AB 【解析】 普朗克为解释黑体辐射，首先提出“能量子”的概念，他被称为“量子之父”，选项 A 正确； 爱 因斯坦实际上是利用量子观念和能量守恒解释了光电效应，选项 B 正确；康普顿效应表明光子具有动量， 证明光有粒子性，选项 C错误
25、；玻尔原子理论第一次将量子观念引入原子领域，提出了定态和跃迁的概念， 成功地解释了氢原子光谱的实验规律，且只能解释氢原子光谱，与现代的量子理论不一致的， D 错误；故选 19 AB. 13下列说法中正确的有 。 A 按照德布罗意关于实物粒子波动性的假说，物质波的波长 = B 裂变反应中，常用“慢化剂”让裂变产生的快中子减速 C 研 究 光 电 效 应 实 验 时 ， 所 加 的 电 压 高 于 遏 止 电 压 时 ， 将 不 发 生 光 电 效 应 现 象 D 射 线 、 射 线 来 自 原 子 核 ， 说 明 原 子 核 内 部 是 有 结 构 的 【答案】 BD 【解析】 实物粒子也具有波
26、动性，在核反应堆中，为使快中子减速，在轴棒周围要放“慢化剂”，常用的 慢化剂 有石墨、重水和普通水， 射线、 射线来自原子核，说明原子核内部是有结构的。 A 项：实物粒子也具有波动性，这种与实物粒子相联系的波称为德布罗意波，也叫做物质波，物质波的波长 ，故 A 错误； B 项 ： 在核反应堆中， 为使快中子减速， 在轴棒周围要放“慢化剂”， 常用的慢化剂有石墨、 重水和普通水， 故 B 正确； C 项：研究光电效应实验时，所加的电压高于遏止电压时，能发生光电效应，只是不能形成光电流，故 C错 误； D 项： 射线、 射线来自原子核，说明原子核内部是有结构的，故 D 正确。 故选： BD。 氢原
27、子能级 一原子的核式结构 （1 ） 电子的发现：英国物理学家汤姆孙发现了电子。 20 （2 ） 粒 子 散 射 实 验 ： 19091911 年 ， 英 国 物 理 学 家 卢 瑟 福 和 他 的 合 作 者 做 了 用 粒 子 轰 击 金 箔 的 实 验 ， 实 验 结 果 表 明 ， 绝 大 多 数 粒 子 穿 过 金 箔 后 仍 沿 原 来 的 方 向 前 进 ， 但 是 有 少 数 粒 子 发 生 了 较 大 的 偏 转 ， 有 极 少 数 粒 子 偏 转 角 超 过 了 90， 有 的 甚 至 被 原 路 弹 回 。 （3 ） 原 子 的 核 式 结 构 模 型 ： 原 子 内 部
28、有 一 个 很 小 的 核 ， 叫 做 原 子 核 ， 原 子 的 全 部 正 电 荷 以 及 几 乎 全 部 的质量 都集中在原子核内，带负电的电子绕核运动。 二玻尔理论 （1 ） 定态：原子只能处于一系列不连续的能量状态中，在这些状态中，原子是稳定的，电子虽然绕核 21 34 2 运动，但并不向外辐射能量，这些状态叫做定态。 （2 ） 跃迁：原子从一种定态跃迁到另一种定态时，它辐射或吸收一定频率的光子，光子的能量由这两 个定态 的能量差决定，即 hE 2 E1。（h 是普朗克常量， h 6.63 10 Js） （3 ） 轨 道 ： 原 子 的 不 同 能 量 状 态 对 应 于 电 子 的
29、 不 同 运 行 轨 道 。 原 子 的 定 态 是 不 连 续 的 ， 因 此 电 子 的 可 能轨道 也是不连续的。 三氢原子的能级、能级公式 （1 ） 氢原子的能级 能级：按照玻尔的原子理论，原子只能处于一系列不连续的能量状态，在每个状态中，原子的能量值 都是确 定的，各个确定的能量值叫做能级。能级图如图 1 所示。 图 1 （2 ） 氢原子的能级和轨道半径 E1 氢原子的能级公式： En n2（ n1 ，2 ，3 ， ），其中 E1 为基态能量，其数值为 E11 3.6 eV 。 氢原子的半径公式： r n n r 1（ n1 ， 2， 3， ），其中 r 1 为基态半径，又称玻尔半径
30、，其数值为 r 1 10 0.53 10 m。 四光谱 22 （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 德 伯 常 量 ， R 1.10 10 7 m 1， n 为量子数。 1 1 1 R 22 n2 ，（ n 3， 4， 5， ）， R是里 23
31、1. 氢原子能级及能级跃迁 1. 定态间的跃迁 满足能级差 （1 ） 从低能级（ n 小 ） 跃迁 高能级（ n 大 ）吸收能量。 h=En 大 En 小 （2 ） 从高能级（ n 大 ） 跃迁 低能级（ n 小 ）放出能量。 H=En 大 En 小 2. 电离 电离态与电离能 电离态： n=， E=0 基态电离态： E 吸=0 （ 13.6 eV ） =13.6 eV 电离能。 n=2 电 离 态 ： E 吸 =0 E2=3.4 eV 如吸收能量足够大，克服电离能后，获得自由的电子还携带动能。 2. 解答氢原子能级图与原子跃迁问题应注意 1. 能级之间发生跃迁时放出（吸收）光子的频率由 h=
32、EmEn 求得。若求波长可由公式 c= 求得。 24 2. 一个氢原子跃迁发出可能的光谱线条数最多为（ n1） 。 3. 一群氢原子跃迁发出可能的光谱线条数的两种求解方法。 （1 ） 用数学中的组合知识求解： 。 （2 ） 利用能级图求解：在氢原子能级图中将氢原子跃迁的各种可能情况一一画出，然后相加。 3. 对原子跃迁条件的理解 1. 原 子 从 低 能 级 向 高 能 级 跃 迁 ， 吸 收 一 定 能 量 的 光 子 。 只 有 当 一 个 光 子 的 能 量 满 足 h=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
33、末 跃 迁 ， 而 当 光 子 能 量 h 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. 入 射 光 子 和 入 射 电 子 的 区 别 ： 若 是 在 光 子 的 激 发 下 引 起 原 子 跃 迁 ， 则 要 求 光 子 的 能 量 必 须 等 于 原 子 的某两 个能级差；若是在电子的碰撞下引起的跃迁，则要求电子的能量必须大于或等于原子的某两个能级差。两种情况有 所区别。
34、25 特别提醒：原子的总能量 Ekn 随 r 的增大而减小，又 En 随 n 的增大而增大，故 Epn 随 n 的增大而增大， 电势能的变化也可以从电场力做功的角度进行判断，当 r 减小时，电场力做正功，电势能减小，反之，电势能 增大。 1 在物理学发展过程中做出了重要贡献。下列表述正确的是（ ） A开普勒测出了万有引力常数 B爱因斯 坦发现了天然放射现象 C安培提出了磁场 对运动电荷的作用力公式D卢瑟福提出了原子 的核式结构模型 【答案】 D 【解析】 A. 卡文迪许测出了万有引力常数， A 错误； B. 天然放射现象是法国物理学家贝克勒耳发现的， B 错误； C.磁场对运动电荷的作用力公式
35、是由洛伦兹提出的， C 错误； D.卢瑟福提出了原子的核式结构模型， D 正确。 本题考查物理学史，是常识性问题，对于物理学上重大发现、著名理论要加强记忆，这也是考试内容之一。 2 关 于原子结构的认识历程，下列说法正确的有 （ ） A 汤姆孙发现电子 后猜想出原子内的正电荷集中在很小的核内 B 粒子散射实验中少数 粒子发生了较大偏转是卢瑟福猜想原子核式结构模型的主要依据 C 对原子 光谱的研究开辟了深入探索原子核内部结构的道路 D 玻尔提出的原子定态，原子可以稳 定在固定的能级上，玻尔原子理论能成功地解释几乎所有原子的光谱 现象 【答案】 B 【解析】卢瑟福通过对 粒子散射实验的研究，猜想原
36、子内的正电荷及几乎全部质量集中在很小的核内， 选项 A 26 错误； 粒子散射实验中少数 粒子发生了较大偏转是卢瑟福猜想原子核式结构模型的主要依据， 选项 B 正确；对天然放射现象的研究开辟了深入探索原子核有复杂结构的道路，故 C 错误；玻尔提出的原 子定态，原子可以处在一系列不连续的能量状态中；玻尔原子理论只是成功解释了氢原子光谱，但是不能 解释所有原子的光谱现象，选项 D 错误；故选 B. 3 在人类对微观世界的探索中科学实验起到了非常重要的作用。下列说法符合史实的是 27 34 A. 密 立 根 通 过 阴 极 射 线 在 电 场 和 磁 场 中 偏 转 的 实 验 ， 发 现 了 阴
37、极 射 线 是 由 带 负 电 的 粒 子 组 成 的 ， 并 测 出 了 该粒子 的比荷 B. 贝克勒尔通过对天然放射现象的研究，发现了原子中存在原子核 C 居里 夫妇从沥青铀矿中分离出了钋（ Po） 和镭（ Ra） 两种新元素 D 卢瑟福通过 粒子散射实验证实了在原子核内部存在质子 【答案】 C 【解析】 A、汤姆孙通过对阴极射线在电场及在磁场中偏转的实验，发现了阴极射线是由带负电的粒子组成，并测定 了粒子的比荷， 故 A 错误； B、贝克勒尔通过对天然放射性现象的研究， 证明原子核有复杂结构， 故 B 错误； C、居里夫妇从沥青铀矿中分离出了钋（ Po） 和镭（ Ra） 两种新元素，故
38、C 正确； D、卢瑟福通过 粒子散射 实验，证实了原子是由原子核和核外电子组成的，故 D错误。本题选 C 。 4 利用氢原子能 级跃迁时辐射出来的电磁波去控制校准石英钟，可以制成氢原子钟。如图所示为氢原子的 能级图，一群处于 n=4 能级的氢原子向低能级跃迁，能辐射出波长最短的电磁波的频率为（已知普朗克 常 数为 6.63 10 Js） A 3.08 10 14Hz B 3.08 10 15Hz C 1.93 10 14Ihz D 1.93 10 14 Hz 【答案】 B 【解析】 辐射出的波长最短的电磁波为频率最高的电磁波，即对应着从 n=4 的能级到 n=1 能级的跃迁；根 据波尔理论列出
39、方程求解频率。 辐射出的波长最短的电磁波为频率最高的电磁波， 即为能量最大的电磁波， 根据波尔理论可知： ， 解得 ，故选 B. 28 5. 氢原子的能级如图所示，一个处于 n=3 能级的氢原子向低能级跃迁，下列说法正确的是（ ） 29 A. 氢原子可能发出 3 种不同频率的光 B. 已知钾的逸出功为 2.22eV ， 则氢原子能从 n=3 能级跃迁到 n=2 能级释放的光子可以从金属钾的表面打出 光 电子 C. 氢原子从 n=2 能级跃迁到 n=1 能级释放的光子能量最小 D. 氢原子由 n=3 能级跃迁到 n=1 能级时，产生的光电频率最高，波长最短 【答案】 D 【解析】 由高能级向低能
40、级跃迁，辐射的光子能量等于两能级间的能极差，光子频率越高，波长越短。当光子的 能量大于逸出功，即可发生光电效应； A. 一个处于 n=3 能级的氢原子向低能级跃迁， 最多可辐射出两种频率的光子， 即 3 2， 2 1， 选项 A 错误； B. 氢原子能从 n=3 能级跃迁到 n=2 能级释放的光子能量为 E32 =-1.51- （-3.40 ） =1.89eV2.22eV ；则氢原 子能从 n=3 能级跃迁到 n=2 能级释放的光子不能从金属钾的表面打出光电子， 选项 B 错误； C. 氢原子从 n=3 能级跃迁到 n=2 能级，能级差最小，释放的光子能量最小，选项 C 错误； 30 D. 从
41、 n=3 的能级跃迁到 n=1 的能级时，能级差最大，辐射出的光的频率最高，波长最短，故 D 正确。 故 选 D 。6 一对正、负电子可形成一种寿命比较短的称为 “电子偶素”的新粒子。电子偶素中的正电子与负电子都 以速率 v 绕它们连线的中点做圆周运动。假定玻尔关于氢原子的理论可用于电子偶素，电子的质量 m、速率 v 和正、负电子间的距离 r 的乘积也满足量子化条件，即 ，式中 n 称为量子数，可取整数值 1、 2、 3、 ，h 为普朗克常量。已知静电力常量为 k，电子质量为 m、电荷量为 e， 当它们之间的 距离为 r 时， 电子偶素的电势能 ，则关于电子偶素处在基态时的能量，下列说法中正
42、确的是（ ） A B C D 【答案】 C 【解析】 正电子与负电子都以速率 v 绕它们连线的中点做圆周运动，两者间的库仑力充当向心力；结合题 31 中量子化的条件，可得 n=1 时正、负电子间的距离 、电子的速率 。求出 n=1 时两个电子的动能和电子偶 素 的电势能可得电子偶素处在基态时的能量。 设 n=1 时正、负电子间的距离为 、电子的速率为 ，则 ，由量子化条件可得 ，联立解 得： 、 。每个电子的动能 ，系统的电势能 ，则电子偶素处在基态时的 能量 ，解得： 。故 C项正确， ABD三项错误。 7. 如图为玻尔理论的氢原子能级图，当一群处于激发态 n=3 能级的氢原子向低能级跃迁时
43、，发出的光中有 两 种频率的光能使某种金属产生光电效应，以下说法中正确的是（ ） A 这群氢原子向低能级跃迁时能发出四种频率的光 B 这种金属的逸 出功一定小于 10.2eV C 用波长最短 的光照射该金属时光电子的最大初动能一定大于 3.4eV D 由 n=3 能级跃迁到 n=2 能级时产生的光一定能够使该金属产生光电效应 【答案】 B 【解析】 根据氢原子从 n=3 能级向低能级跃迁时发出的光子能量来判断该金属的逸出功，然后根据光电 效 应方 程进行判断即可； 32 A、由 能级的激发态向低能级跃迁时，辐射出三种频率光子的能量分别为 、 、 ，结 合题意，根据光电效方程可知，这种金属的逸出
44、功一定小于 ，故选项 A 错误，选项 B 正确； C、用波长最短即光子能量为 的光照射该金属时，其最大初动能最小值为： ， 则其最大初动能一定大于 ，故选项 C 错误； D、 由 n=3 能级跃迁到 n=2 能级时产生的光子能量为 ， 由上面分析可知该金属的逸出功一定小于 ， 所以不一定能够使该金属产生光电效应，故选项 D 错误。 33 8. 已知氢原子的基态能量为 E1， 激发态能量为 ，其中 n 2， 3， 4 已知普朗克常量为 h，则下列说 法正确的是（ ） A 氢原子跃迁到激发态后，核外电子动能增大，原子的电势能减小 B 基态氢原 子中的电子吸收一频率为 的光子被电离后，电子速度大小为
45、 C 大量处于 n3 的激发态的氢原子，向低能级跃迁时可辐射出 3 种不同频率的光 D 若原子从 n6 能级向 n 1 能级跃迁时所产生的电磁波能使某金属发生光电效应，则原子从 n 6 能级 向 n 2 能级跃迁时所产生的电磁波也一定能使该金属发生光电效应 【答案】 C 【解析】 A、氢原子跃迁到激发态后，核外电子的动能减小，电势能增大，总能量增大，选项 A 错误； B、基态的氢原子中的电子吸收一频率为 的光子被电离后，最大动能为 Ekm hE 1， 设电子的最大速度 为 vm，则 vm ，选项 B 错误； C、大量处于 n3 的激发态的氢原子，向低能级跃迁可能辐射的光线的条数 3 种，选项
46、C正确； 从 n 6 能级向 n1 能级跃迁产生的电磁波能使某金属发生光电效应，则从 n 6 能级向 n2 能级跃迁产 生 的电磁波不一定能使该金属发生光电效应，选项 D 错误 故选 C 9. 如图所示为氢原子能级的示意图，现有大量的氢原子处于 n4 的激发态，当向低能级跃迁时辐射出若 干 种不同频率的光关于这些光，下列说法正确的是（ ） 34 A 最容易表现出波动性的光是由 n 4 能级跃迁到 n 1 能级产生的 B 这些氢原子最多可辐射出 6 种不同频率的光 C 若用 n 3 能级跃迁到 n2 能级辐射出的光照射某金属恰好发生光电效应，则用 n4 能级跃迁到 n 3 能级辐射出的光照射该金
47、属一定能发生光电效应 35 D 用 n2 能级跃迁到 n1 能级辐射出的光照射逸出功为 6.34 eV 的金属铂产生的光电子的最大初动能为 3.86eV 【答案】 BD 【解析】 波长越短的光越不容易产生波动性；大量处于激发态 n 的氢原子，在向低能级跃迁时可产生的 光 子 种类为 个；处于激发态的氢原子的电子从高能级向低能级跃迁过程中，产生的光子能量由前后两个能 级的能量差决定， ；根据爱因斯坦光电效应方程，电子从金属表面逸出时的最大初动能 。 A、 最容易表现出波动性的光是波长较大， 即频率较小的光。 根据 ， 在所有辐射出的光中， 只有从 n=4 能级到 n=3 能级跃迁的能量差 最小，波长最长，最满足题意，故 A 错误； B、由于是一群氢原子处于 n=4 能级，故它们在向低能级跃迁过程中产生的光子种类为 种，故 B 正确； C、根据 ， 从 n4 能级跃迁到 n 3 能级辐射出的光子的频率 小于从 n3 能级跃迁到 n 2 能级辐射 出的光子的频率 ，用频率 的光恰好发生光电效应，则频率 小于该种金属的极限频率（截止频率） ， 无论
