資源簡介 學案62 波與粒子 原子結構一、概念規律題組1.(光電效應規律的理解)已知能使某金屬產生光電效應的極限頻率為νc,則( )A.當用頻率為2νc的單色光照射該金屬時,一定能產生光電子B.當用頻率為2νc的單色光照射該金屬時,所產生的光電子的最大初動能為hνcC.當照射光的頻率ν大于νc時,若ν增大,則逸出功增大D.當照射光的頻率ν大于νc時,若ν增大一倍,則光電子的最大初動能也增大一倍2.一束綠光照射某金屬發生了光電效應,則下列說法正確的是( )A.若增加綠光的照射強度,則逸出的光電子數增加B.若增加綠光的照射強度,則逸出的光電子最大初動能增加C.若改用紫光照射,則可能不會發生光電效應D.若改用紫光照射,則逸出的光電子的最大初動能增加3.下列對原子結構的認識中,錯誤的是( )A.原子中絕大部分是空的,原子核很小B.電子在核外繞核旋轉,向心力為庫侖力C.原子的全部正電荷都集中在原子核里D.原子核的直徑大約為10-10 m4.以下說法正確的是( )A.進行光譜分析可以用連續光譜,也可以用吸收光譜B.光譜分析的優點是非常靈敏而且迅速C.分析某種物質的化學組成可以使這種物質發出的白光通過另一種物質的低溫蒸氣取得吸收光譜進行分析D.攝下月球的光譜可以分析出月球上有哪些元素二、思想方法題組5.對光的認識,下列說法正確的是( )A.個別光子的行為表現出粒子性,大量光子的行為表現出波動性B.光的波動性是光子本身的一種屬性,不是光子之間的相互作用引起的C.光表現出波動性時,就不具有粒子性了,光表現出粒子性時,就不再具有波動性了D.光的波粒二象性應理解為:在某種場合下光的波動性表現得明顯,在另外的某種場合下,光的粒子性表現得明顯圖16.圖1所示為氫原子能級的示意圖,現有大量的氫原子處于n=4的激發態,當向低能級躍遷時輻射出若干不同頻率的光.關于這些光下列說法正確的是( )A.最容易表現出衍射現象的光是由n=4能級躍遷到n=1能級產生的B.頻率最小的光是由n=2能級躍遷到n=1能級產生的C.這些氫原子總共可輻射出3種不同頻率的光D.用n=2能級躍遷到n=1能級輻射出的光照射逸出功為6.34 eV的金屬鉑能發生光電效應一、對光電效應規律的理解1.光電效應的實質:光現象→電現象其中的光包括不可見光,如紫外線.2.掌握以下兩條決定關系(1)入射光頻率→決定光子能量→決定光電子最大初動能.(2)入射光強度→決定單位時間內接收的光子數→決定單位時間內發射的光電子數.【例1】關于光電效應,下列說法正確的是( )A.極限頻率越大的金屬材料逸出功越大B.只要光照射的時間足夠長,任何金屬都能產生光電效應C.從金屬表面逸出的光電子的最大初動能越大,這種金屬的逸出功越小D.入射光的光強一定時,頻率越高,單位時間內逸出的光電子數就越多[規范思維] [針對訓練1]光電效應的實驗結論是:對于某種金屬( )A.無論光強多強,只要光的頻率小于極限頻率就不能產生光電效應B.無論光的頻率多低,只要光照時間足夠長就能產生光電效應C.超過極限頻率的入射光強度越弱,產生的光電子的最大初動能就越小D.超過極限頻率的入射光頻率越高,產生的光電子的最大初動能就越大二、光電效應方程及曲線1.光電效應方程Ek=hν-W0的意義圖2金屬中的電子吸收一個光子獲得的能量是hν,這些能量的一部分用來克服金屬的逸出功W0,剩下的表現為逸出后電子的最大初動能Ek=mev2,是能量守恒的必然結果.2.Ek—ν圖象(如圖2所示)3.由Ek—ν圖象可以得到的物理量(1)極限頻率:圖線與ν軸交點的橫坐標νc;(2)逸出功:圖線與Ek軸交點的縱坐標的值W0=E;(3)普朗克常量:圖線的斜率k=h.【例2】 如圖3所示,圖3當開關S斷開時,用光子能量為2.5 eV的一束光照射陰極P,發現電流表讀數不為零.合上電鍵,調節滑動變阻器,發現當電壓表讀數小于0.60 V時,電流表讀數仍不為零;當電壓表讀數大于或等于0.60 V時,電流表讀數為零.(1)求此時光電子的最大初動能的大小.(2)求該陰極材料的逸出功.圖4【例3】在光電效應實驗中,飛飛同學用同一光電管在不同實驗條件下得到了三條光電流與電壓之間的關系曲線(甲光、乙光、丙光),如圖4所示.則可判斷出( )A.甲光的頻率大于乙光的頻率B.乙光的波長大于丙光的波長C.乙光對應的截止頻率大于丙光的截止頻率D.甲光對應的光電子最大初動能大于丙光的光電子最大初動能[規范思維] 三、原子的結構與α粒子散射實驗1909~1911年,英國物理學家盧瑟福和他的助手進行了用α粒子轟擊金箔的實驗.實驗發現,絕大多數α粒子穿過金箔后,基本上仍沿原來方向前進,但有少數α粒子發生了大角度偏轉,偏轉的角度甚至大于90°,也就是說它們幾乎被“撞了回來”.為了解釋α粒子的大角度散射,盧瑟福在1911年提出了原子的核式結構模型.【例4】 (1)關于原子結構理論與α粒子散射實驗,下列說法中正確的是( )A.盧瑟福做α粒子散射實驗是為了驗證湯姆孫的棗糕模型是錯誤的B.盧瑟福認識到湯姆孫的“棗糕模型”的錯誤后提出了“核式結構”理論C.盧瑟福的α粒子散射實驗是為了驗證核式結構理論的正確性D.盧瑟福依據α粒子散射實驗的現象提出了原子的“核式結構”理論(2)在α粒子散射實驗中,α粒子的偏轉是由于受到原子內正電荷的庫侖力而發生的.實驗中即使1 mm厚的金箔也大約有3 300層原子,但絕大多數的α粒子穿過金箔后仍沿原來的方向前進,只有少數發生了大角度偏轉,這說明了什么?[規范思維] 四、氫原子能級及能級躍遷1.氫原子的能級能級公式:En=E1(n=1,2,3,…),其中E1為基態能量,E1=-13.6 eV.圖52.氫原子的能級圖(如圖5所示)(1)能級圖中的橫線表示氫原子可能的能量狀態——定態.(2)橫線左端的數字“1,2,3,…”表示量子數,右端的數字“-13.6,-3.40,…”表示氫原子的能級.(3)相鄰橫線間的距離,表示相鄰的能級差,量子數越大,相鄰的能級差越小.(4)帶箭頭的豎線表示原子由較高能級向較低能級躍遷,躍遷條件為:hν=Em-En(m>n).【例5】 (2009·全國Ⅱ)圖6氫原子的部分能級如圖6所示.已知可見光的光子能量在1.62 eV到3.11 eV之間.由此可推知,氫原子( )A.從高能級向n=1能級躍遷時發出的光的波長比可見光的短B.從高能級向n=2能級躍遷時發出的光均為可見光C.從高能級向n=3能級躍遷時發出的光的頻率比可見光的高D.從n=3能級向n=2能級躍遷時發出的光為可見光[規范思維] 【例6】氫原子從能級m躍遷到能級n時輻射紅光的頻率為ν1,從能級n躍遷到能級k時吸收紫光的頻率為ν2,已知普朗克常量為h,若氫原子從能級k躍遷到能級m,則( )A.吸收光子的能量為hν1+hν2B.輻射光子的能量為hν1+hν2C.吸收光子的能量為hν2-hν1D.輻射光子的能量為hν2-hν1[規范思維] [針對訓練2] 用頻率為ν0的光照射大量處于基態的氫原子,在所發射的光譜中僅能觀測到頻率分別為ν1、ν2、ν3的三條譜線,且ν3>ν2>ν1,則( )A.ν0<ν1 B.ν3=ν2+ν1C.ν0=ν1+ν2+ν3 D.=+【基礎演練】1.硅光電池是利用光電效應原理制成的器件,下列表述正確的是( )A.硅光電池是把光能轉變為電能的一種裝置B.硅光電池中吸收了光子能量的電子都能逸出C.逸出的光電子的最大初動能與入射光的頻率無關D.任意頻率的光照射到硅光電池上都能產生光電效應2.有關氫原子光譜的說法正確的是( )A.氫原子的發射光譜是連續譜B.氫原子光譜說明氫原子只發出特定頻率的光C.氫原子光譜說明氫原子能級是分立的D.氫原子光譜線的頻率與氫原子能級的能量差無關圖73.在圖7所示的光電管實驗中,發現用一定頻率的A單色光照射光電管時,電流表指針會發生偏轉,而用另一頻率的B單色光照射時不發生光電效應,那么( )A.A光的頻率大于B光的頻率B.B光的頻率大于A光的頻率C.用A光照射光電管時流過電流表G的電流方向是從a流向bD.用A光照射光電管時流過電流表G的電流方向是從b流向a4.氫原子的核外電子由離原子核較遠的軌道躍遷到離核較近的軌道上時,下列說法中正確的是( )A.氫原子的能量增加B.氫原子的能量減少C.氫原子要吸收一定頻率的光子D.氫原子要放出一定頻率的光子圖85.愛因斯坦因提出了光量子概念并成功地解釋光電效應的規律而獲得1921年諾貝爾物理學獎.某種金屬逸出光電子的最大初動能Ekm與入射光頻率ν的關系如圖8所示,其中ν0為極限頻率.從圖中可以確定的是________.(填選項前的字母)A.逸出功與ν有關B.Ekm與入射光強度成正比C.當ν<ν0時,會逸出光電子D.圖中直線的斜率與普朗克常量有關圖96.如圖9所示,為氫原子的能級圖,若用能量為10.5 eV的光子去照射一群處于基態的氫原子,則氫原子( )A.能躍遷到n=2的激發態上去B.能躍遷到n=3的激發態上去C.能躍遷到n=4的激發態上去D.以上三種說法均不對7.氦氖激光器能產生三種波長的激光,其中兩種波長分別為λ1=0.632 8 μm,λ2=3.39 μm.已知波長為λ1的激光是氖原子在能級間隔為ΔE1=1.96 eV的兩個能級之間躍遷產生的.用ΔE2表示產生波長為λ2的激光所對應的躍遷的能級間隔,則ΔE2的近似值為( )A.10.50 eV B.0.98 eVC.0.53 eV D.0.36 eV8.圖10用光子能量為E的單色光照射容器中處于基態的氫原子.停止照射后,發現該容器內的氫原子能夠釋放出三種不同頻率的光子,它們的頻率由低到高依次為ν1、ν2、ν3,如圖10所示.由此可知,開始用來照射容器中氫原子的單色光的光子能量可以表示為( )A.hν1 B.hν3C.h(ν1+ν2) D.h(ν1+ν2+ν3)【能力提升】9.原子從一個能級躍遷到另一個較低的能級時,有可能不發射光子,例如在某種條件下,鉻原子的n=2能級上的電子躍遷到n=1能級上時并不發射光子,而是將相應能量轉交給n=4能級上的電子,使之能脫離原子,這一現象叫做俄歇效應.以這種方式脫離了原子的電子叫俄歇電子,已知鉻原子的能級公式可以簡化表示為En=-,式中n=1,2,3…,表示不同的能級的量子數.A是正的已知常數,上述俄歇電子的動能是( )A.A B.AC.A D.A10.現有1 200個氫原子被激發到n=4的能級上,若這些受激氫原子最后都回到基態,則在此過程中發出的光子總數是(假設處在量子數為n的激發態上的氫原子躍遷到各低能級的原子數都是處在該激發態能級上的原子數的)( )A.2 200個 B.2 000個C.1 200個 D.2 400個題號 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10答案11.如圖11所示為氫原子最低的四個能級,當一群氫原子處于n=4的能級上向低能級躍遷時:圖11(1)有可能放出________種能量的光子.(2)在哪兩個能級間躍遷時,所放出光子波長最長?波長是多少?12.圖 12(1)研究光電效應的電路如圖12所示.用頻率相同、強度不同的光分別照射密封真空管的鈉極板(陰極K),鈉極板發射出的光電子被陽極A吸收,在電路中形成光電流.下列光電流I與A、K之間的電壓UAK的關系圖象中,正確的是( )(2)鈉金屬中的電子吸收光子的能量,從金屬表面逸出,這就是光電子.光電子從金屬表面逸出的過程中,其動量的大小________(選填“增大”、“減小”或“不變”),原因是________.(3)已知氫原子處在第一、第二激發態的能級分別為-3.4 eV和-1.51 eV,金屬鈉的截止頻率為5.53×1014 Hz,普朗克常量h=6.63×10-34 J·s.請通過計算判斷,氫原子從第二激發態躍遷到第一激發態過程中發出的光照射金屬鈉板,能否發生光電效應.學案62 波與粒子 原子結構1.AB [入射光的頻率大于金屬的極限頻率,照射該金屬時一定能發生光電效應,A正確;金屬的逸出功為W=hνc,又根據愛因斯坦光電效應方程mv2=hν-W,當入射光的頻率為2νc時,其光電子的最大初動能為mv2=2hνc-hνc,所以B正確;若當入射光的頻率由2νc增大一倍變為4νc時,其光電子的最大初動能為mv2=4hνc-hνc=3hνc,顯然不是隨著增大一倍,D錯誤;逸出功是金屬本身對金屬內電子的一種束縛本領的體現,與入射光的頻率無關,C錯誤.綜上所述A、B正確.]2.AD [光電效應的規律表明:入射光的頻率決定著是否發生光電效應以及發生光電效應時產生的光電子的最大初動能的大小,當入射光頻率增加后,產生的光電子最大初動能也增加;而照射光的強度增加,會使單位時間內逸出的光電子數增加.紫光頻率高于綠光,故上述選項正確的有A、D.]3.D [盧瑟福α粒子散射實驗的結果否定了關于原子結構的湯姆孫模型,提出了原子的核式結構學說,并估算出原子核直徑的數量級為10-15 m、原子直徑的數量級為10-10 m,原子是原子核直徑的十萬倍,所以原子內部是十分“空曠”的.核外帶負電的電子由于受到帶正電的原子核的庫侖引力而繞核旋轉,所以本題應選D.]4.B [進行光譜分析不能用連續光譜,只能用明線光譜或吸收光譜,故A錯;光譜分析的優點是靈敏而迅速,B正確;分析某種物質組成可用白光照射其低溫蒸氣產生的吸收光譜進行分析,不是使其發出白光通過另一種物質,故C錯;月球不能發光,它只能反射太陽光,故其光譜為太陽光譜,不是月球的光譜,不能用來分析月球上的元素,D錯.]5.ABD [本題考查光的波粒二象性.光是一種概率波,少量光子的行為易顯示出粒子性,而大量光子的行為往往顯示出波動性,A選項正確;光的波動性不是由于光子之間的相互作用引起的,而是光的一種屬性,這已被弱光照射雙縫后在膠片上的感光實驗所證實,B選項正確;粒子性和波動性是光同時具備的兩種屬性,C選項錯誤,D選項正確.]6.D [大量氫原子從n=4的激發態向低能級躍遷時能輻射出6種不同頻率的光;頻率最高的是由n=4能級躍遷到n=1能級的光,其波長最短,最難表現出衍射現象;頻率最小的光是由n=4能級躍遷到n=3能級產生的;從n=2能級躍遷到n=1能級輻射出的光子能量hν=E2-E1=[-3.40-(-13.6)] eV=10.2 eV>W=6.34 eV,能發生光電效應.選項D正確.]思維提升1.光電效應現象:在光的照射下金屬中的電子從表面逸出的現象.(1)不同的金屬對應著不同的極限頻率(νc)(2)電子從金屬中逸出所需做功的最小值,叫做該金屬的逸出功,有W=hνc.(3)光電效應方程:Ek=hν-W02.光不是宏觀觀念中的波,也不是宏觀概念中的粒子,大量光子產生的效果往往顯示出波動性,少量光子產生的效果往往顯示出粒子性,光在傳播過程中往往顯示波動性,在與物質作用時往往顯示粒子性.3.原子結構的實驗基礎:盧瑟福的α粒子散射實驗;從實驗現象提出了原子的核式結構模型:在原子中心有一個很小的核(原子核),原子的全部正電荷和幾乎全部質量都集中在原子核里,帶負電的電子在核外繞核旋轉.4.(1)氫原子核外的電子繞核運動的軌道與其能量相對應.核外電子繞核做圓周運動的向心力,來源于庫侖力(量子化的衛星運動模型).規定無窮遠處原子的能量為零,則原子各能級的能量為負值.而E1=-13.6 eV,r1=0.53×10-10 m,En=,rn=n2r1,隨著量子數n的增大軌道半徑增大,原子能量增大.隨n的增大,電子的動能減小.隨n的增大,原子的電勢能增大.(2)①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之間躍遷的情況.對于光子和原子作用而使原子電離時,只要入射光的能量E≥13.6 eV,原子就能吸收.對于實物粒子與原子作用使原子激發時,粒子能量大于或等于能級差即可.②原子躍遷發出的光譜線條數N=C=,是一群氫原子,而不是一個,因為某一個氫原子有固定的躍遷路徑.例1 A [由愛因斯坦光電效應方程可知W0=hνc,所以極限頻率越大,逸出功越大,A正確;低于極限頻率的光,無論強度多大,照射時間多長,都不可能產生光電效應,B錯誤;光電子的最大初動能還與照射光子的頻率有關,C錯誤;單位時間內逸出的光電子個數與光強成正比,與頻率無關,D錯誤.][規范思維] 入射光的頻率決定著能否發生光電效應及光電子的最大初動能.例2 (1)0.60 eV (2)1.90 eV解析 (1)光子能量為2.5 eV時,設光電子的最大初動能為mv2,由題意知,當反向電壓達到0.60 V以后,具有最大初動能的光電子恰好不能達到陽極,即遏止電壓UC=0.60 V,因此-eUC=0-mv2mv2=eUC=0.60 eV(2)由光電效應方程mv2=hν-W0解得W0=1.90 eV.例3 B [遏止電壓越大,光照射后光電子最大初動能也越大,光的頻率越大,只有B項正確.][規范思維] 本題與愛因斯坦光電效應方程和光電效應實驗對接,明確圖象的物理意義及橫軸截距的物理意義是解題的關鍵.例4 (1)D (2)說明原子內帶正電荷的部分在整個原子中占的空間非常小.解析 (1)盧瑟福設計的α粒子散射實驗是為了探究原子內電荷的分布,并非為了驗證湯姆孫模型是錯誤的,A錯誤;盧瑟福并不是認識到“棗糕模型”的錯誤而提出“核式結構”理論的,B錯誤;盧瑟福做了α粒子散射實驗后,由實驗現象提出了“核式結構”理論,C錯誤,D正確.(2)α粒子穿過金箔后絕大多數仍沿原來的方向前進,說明它們距正電荷部分較遠,所受庫侖力很小,盡管經過若干層原子,但靠近正電荷部分的機會很小,這說明原子內帶正電荷的部分在整個原子中占的空間非常小.[規范思維] 微觀世界是看不見的,但我們可以根據它們產生的各種效應來進行分析、推理和判斷,從而達到認識微觀世界的目的.例5 AD [從高能級向n=1能級躍遷時放出的光子的能量最小值ΔE=E2-E1=-3.4 eV-(-13.6) eV=10.2 eV>3.11 eV,則由λ=可判斷,從高能級向n=1能級躍遷時最大波長比可見光的最小波長還小,因此選項A正確;從高能級向n=2能級躍遷時放出的光子的能量范圍是:1.89 eV≤ΔE≤3.40 eV,與可見光光子的能量有不重合的范圍,故選項B錯誤;從高能級向n=3能級躍遷時,放出的光子能量范圍為:0.66 eV≤ΔE≤1.51 eV,比可見光光子的能量小,由ΔE=hν可知這些光子的頻率均小于可見光的頻率,故選項C錯誤;從n=3能級向n=2能級躍遷時放出的光子的能量為ΔE=1.89 eV,在可見光光子能量范圍之內,故選項D正確.][規范思維] 處理此類問題主要掌握三個要點:(1)原子發生能級躍遷不論是吸收還是放出光子都必須滿足:hν=Em-En,而c=λν,所以h=Em-En;(2)一群氫原子處于量子數為n的激發態時,可輻射的譜線條數N=;(3)當一個氫原子由某個能級向低能級躍遷時,最多可產生的譜線條數為(n-1),若氫原子從高能級向某一確定的低能級躍遷,只能產生一條譜線.例6 D [氫原子從能級m躍遷到能級n時輻射紅光,說明能級m高于能級n,而從能級n躍遷到能級k時吸收紫光,說明能級k也比能級n高,而紫光的頻率ν2大于紅光的頻率ν1,所以hν2>hν1,因此能級k比能級m高,所以若氫原子從能級k躍遷到能級m,應輻射光子,且光子能量應為hν2-hν1.故選項D正確.][規范思維] 理解透玻爾理論的三條假設,特別是躍遷假設,就能正確解答這類題型.針對本題,還應挖掘出ν2>ν1這一隱含條件.[針對訓練]1.AD [能不能發生光電效應,取決于入射光的頻率是不是大于極限頻率,與光的強度無關,A對,B錯;由Ek=hν-W0知,入射光頻率ν越大,光電子的最大初動能Ek就越大,與入射光的強度無關,C錯,D對.]2.B 思想方法總結1.理解光子學說,能形象地想象光電效應的物理圖景:光一份一份射向金屬,電子吸收一個光子后能量變大,掙脫原子核的束縛,成為光電子.很容易從這一圖景中分析有關光電效應的定性理解問題.2.對于本部分實驗推理類問題,要求記住:(1)實驗的作者、時間和裝置;(2)實驗事實或現象;(3)由實驗結果得出什么結論;(4)實驗的意義所在.3.(1)量子數為n的氫原子輻射光子的可能頻率的判定方法:如果是一個氫原子,向低能級躍遷時最多發出的光子數為(n-1).如果是一群氫原子,向低能級躍遷時最多,發出的光子數為C種.(2)理解氫原子能級圖,量子數越大的能級間能級差越小,發出光子波長越長.1.A 2.BC 3.AC 4.BD 5.D 6.D 7.D 8.BC9.C 10.A 11.(1)6 (2)第四能級向第三能級 1.88×10-6 m解析 (1)N===6.(2)由題圖知,氫原子由第四能級向第三能級躍遷時,能級差最小,輻射的光子波長最長.由hν=E4-E3,得:h=E4-E3,所以λ== m≈1.88×10-6 m.12.(1)C (2)減小 光電子受到金屬表面層中力的阻礙作用(或需要克服逸出功) (3)見解析解析 (1)入射光的頻率相同,則光電子的最大初動能相同,由-eU=-mvm2知,兩種情況下遏止電壓相同,故選項A、B錯誤;光電流的強度與入射光的強度成正比,所以強光的光電流比弱光的光電流大,故選項C正確,選項D錯誤.(2)減小 光電子受到金屬表面層中力的阻礙作用(3)氫原子放出的光子能量E=E2-E1,代入數據得E=1.89 eV金屬鈉的逸出功W0=hνc,代入數據得W0=2.3 eV因為E易錯點評1.對第1、3、5題出錯的原因主要是對光電效應規律理解不全造成的.部分同學由于不清楚每種金屬都有自己的極限頻率,而使第1題誤選B項.部分同學由于不清楚Ek=hν-W的意義,導致第5題出錯.2.對于氫原子躍遷問題,部分同學由于不理解躍遷的條件,不理解躍遷的可能頻率出現的原因,導致出錯.3.對第12題:在分析第(1)問時容易出錯.主要原因是對光電流與UAK之間的關系不能明確,或對該電路缺乏理解,不清楚強光與弱光的區別、強光與弱光引起光電效應不同而造成錯誤. 展開更多...... 收起↑ 資源預覽 縮略圖、資源來源于二一教育資源庫