高二光电效应能级跃迁教案

一、单选题1．关于电量，下列说法不正确的是()A．物体的带电量可以是任意值B．物体的带电量只能是某些值C．物体的带电量的最小值为1.6×10－19CD．一个物体带1.6×10－9C的正电荷，这是它失去了1010个电子的缘故2．关于电量，下列说法错误的是()A．电子的电量是由密立根油滴实验测得的B．物体所带电量可以是任意值C．物体所带电量最小值为1.6×10－19CD．物体所带的电量都是元电荷的整数倍3、分别用波长为λ和43的单色光照射同一金属板,发出的光电子的最大初动能之比为1:2,以h表示普朗克常量,c表示真空中的光速,则此金属板的逸出功为（）A．hc21B．32hcC．43hcD．ch544、某光电管的阴极是用金属钾制成的，它的逸出功为2.21eV，用波长为2.5×10-7m的紫外线照射阴极，已知真空中光速为3.0×108m/s，元电荷为1.6×10-19C，普朗克常量为6.63×10-34J/s，求得钾的极限频率和该光电管发射的光电子的最大动能应分别是（）A．5.3×1014HZ，2.2JB．5.3×1014HZ，4.4×10-19JC．3.3×1033HZ，2.2JD．3.3×1033HZ，4.4×10-19J二、双选5、如图所示，物体A静止在光滑的水平面上，A的左边固定有轻质弹簧，与A质量相同的物体B以速度v向A运动并与弹簧发生碰撞，A、B始终沿同一直线运动，则A、B组成系统动能损失最大的时刻是A．弹簧形变量最大时B．A的速度等于v时C．A开始运动时D．A和B的速度相等时6、（2010四校联考）在光滑水平面上，动能为E0、动量的大小为P0的小钢球1与静止小钢球2发生碰撞，碰撞前后球1的运动方向相反。将碰撞后球1的动能和动量的大小分别记为E1、P1，球2的动能和动量的大小分别记为E2、P2，则必有：A.E1E0B.P1P0C.E2E0D.P2P0答案：1-4A、B、B、B5-6AD、ADABv一、知识盘点1、电子的发现：汤姆生通过对阴极射线的研究，确定了射线的带电性质并通过实验巧妙地测出了这种射线的比荷，确定了它是一种带负电的，质量很小的粒子，并把它命名为电子。汤姆生被称为电子之父。电子的发出让人们认识到，原子还可以再分，电子是组成原子的一部分。2、核式结构模型的建立：卢瑟福通过对α粒子散射实验的研究，提出了核式结构模型，很好地解释了实验现象，被人们所接受。（1）α粒子散射实验：用α粒子（小粒子）轰击金原子（大原子），用电子显微镜观察发现，绝大多数α粒子不偏转，有少数α粒子会发生偏转，极少数α粒子会发生大角度偏转甚至被弹回。（为什么用α粒子散射实验研究原子结构？原子结构无法直接观察到，要用高速粒子进行轰击，根据粒子的散射情况分析判断原子的结构，而α粒子有足够的能量，可以穿过原子，并且利用荧光作用可观察α粒子的散射情况，所以选取α粒子进行散射实验.）（2）核式结构模型：原子由集中了全部正电荷和几乎全部质量的原子核及核外电子组成，原子直径的数量级为10-10m，原子核直径的数量级为10-15m。3、氢原子光谱：氢原子的光谱是一系列不连续的谱线，其中巴耳末系有四条谱线在可见光区域内。原子光谱分析是鉴别物质的一种重要方法，原子光谱被称为原子的“指纹”。4、氢原子的能级结构与跃迁：玻尔的原子理论——三条假设（1）“定态假设”：原子只能处于一系列不连续的能量状态中，在这些状态中，电子虽做变速运动，但并不向外辐射电磁波，这样的相对稳定的状态称为定态。定态假设实际上只是给经典的电磁理论限制了适用范围：原子中电子绕核转动处于定态时不受该理论的制约。（2）“跃迁假设”：电子绕核转动处于定态时不辐射电磁波，但电子在两个不同定态间发生跃迁时，却要辐射（吸收）电磁波（光子），其频率由两个定态的能量差值决定hv=Em-En。跃迁假设对发光（吸光）从微观（原子等级）上给出了解释。（3）“轨道量子化假设”：由于能量状态的不连续，因此电子绕核转动的轨道半径也不能任意取值，必须满足)3,2,1(2nnhmvr。轨道量子化假设把量子观念引入原子理论，这是玻尔的原子理论之所以成功的根本原因。氢原子能级及氢光谱（1）氢原子能级:原子各个定态对应的能量是不连续的，这些能量值叫做能级。①能级公式：)6.13(1112eVEEnEn；②半径公式：)m.r(rnrn1011210530。（2）氢原子的能级图（3）氢光谱在氢光谱中，n=2,3,4,5,……向n=1跃迁发光形成赖曼线系；n=3,4,5,6向n=2跃迁发光形成巴耳末线系；n=4,5,6,7……向n=3跃迁发光形成帕邢线系；n=5,6,7,8……向n=4跃迁发光形成布喇开线系，其中只有巴耳末线系的前4条谱线落在可见光区域内。几个重要的关系式（1）能级公式2126131neV.EnEn（2）跃迁公式12EEh*（3）半径公式)m.r(rnrn1011210530*（4）动能跟n的关系由nnnrmvrke222得2221221nrkemvEnnkn*（5）速度跟n的关系nrmrkevnnn112*（6）周期跟n的关系332nrvrTnnnn关系式（3）（4）（5）（6）只作了解，（5）（6）式与卫星运动类似。氢原子怎样吸收能量由低能级向高能级跃迁此类问题可分为三种情况：（1）光子照射氢原子，当光子的能量小于电离能时，只能满足光子的能量为两定态间能级差时才能被吸收.（2）光子照射氢原子，当光子的能量大于电离能时，任何能量的光子都能被吸收，吸收的能量一部分用来使电子电离，另一部分可用来增加电子离开核的吸引后的动能.（3）当粒子与原子碰撞(如电子与氢原子碰撞)时，由于粒子的动能可全部或部分被氢原子吸收，故只要入射粒子的动能大于或等于原子两能级的能量差，就可以使原子受激发而向高能级跃迁二、典例分析例1在卢瑟福的α粒子散射实验中，有少数α粒子发生大角度偏转，其原因是()A.原子的正电荷和绝大部分质量集中在一个很小的核上B.正电荷在原子中是均匀分布的C.原子中存在着带负电的电子D.原子只能处于一系列不连续的能量状态中例2如图所示为氢原子的能级图，用光子能量为13．07eV的光照射一群处于基态的氢原子，可能观测到氢原子发射的不同波长的光最多有多少种?()A.15B.10C.4D.1思考：若把本题中的“一群”改为“一个”，情况又如何？例3图中画出了氢原子的4个能级，并注明了相应的能量E处在n=4的能级的一群氢原子向低能级跃迁时，能够发出若干种不同频率的光波。已知金属钾的逸出功为2．22eV。在这些光波中。能够从金属钾的表面打出光电子的总共有()A.二种B.三种C.四种D.五种例4氢原子的核外电子从半径ra的轨道跃迁到半径rb的轨道上，已知ra＜rb，则()A原子要吸收光子，电子的动能增大，电势能增大。B．原子要放出光子，电子的动能减小，电势能减小。C．原子要吸收光子，电子的动能增加，电势能减小。D．原子要吸收光子，电子的动能减小，电势能增大。三、小试牛刀1．根据玻尔理论，某原子的电子从能量为E的轨道跃迁到能量为E′的轨道，辐射出波长为λ的光，以h表示普朗克常量，c表示真空中的光速，则E′等于（）A.E－hB.E＋hC.E－hD.E＋h2．氢原子的基态能量为E1。下列四个能级图，正确代表氢原子能级的是（）3、氢原子的能级是氢原子处于各个定态时的能量值，它包括氢原子系统的电势能和电子在轨道上运动的动能。氢原子的电子由外层轨道跃迁到内层轨道时（）A.氢原子的能量减小，电子的动能增加B.氢原子的能量增加，电子的动能增加C.氢原子的能量减小，电子的动能减小D.氢原子的能量增加，电子的动能减小4、原子从一个能级跃迁到一个较低的能级时，有可能不发射光子，例如在某种条件下，铬原子的n=2能级上的电子跃迁到n=1能级上时并不发射光子，而是将相应的能量转交给n=4能级上的电子，使之脱离原子，这种现象叫做俄歇效应，以这种方式脱离了原子的电子叫做俄歇电子.已知铬原子的能级公式可简化表示为En=－，式中n=1，2，3…表示不同能级，A是正的已知常数.上述俄歇电子的动能是（）A.B.C.D.5、氢原子的能级如图所示，已知可见光的光子能量范围约为1．62eV～3．11eV．下列说法错误的是()(A)处于n=3能级的氢原子可以吸收任意频率的紫外线，并发生电离(B)大量氢原子从高能级向n=3能级跃迁时，发出的光具有显著的热效应(C)大量处于n=4能级的氢原子向低能级跃迁时，可能发出6种不同频率的光(D)大量处于n=4能级的氢原子向低能级跃迁时，可能发出3种不同频率的可见光6、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组成的氢原子跃迁问题玻尔的氢原子模型是高中物理的重要模型之一。以此知识点为背景的考题，往往具有较强的抽象性和综合性，一直都是学生学习的难点。本文试图就其中涉及氢原子跃迁的几个常见问题一一举例说明。问题一：一个原子和一群原子的不同例1有一个处于量子数n=4的激发态中的氢原子，在它向低能态跃迁时，最多可能发出________种频率的光子；有一群处于量子数n=4的激发态中的氢原子，在它们发光的过程中，发出的光谱线共有________条。解析：对于一个氢原子，它只能是多种可能的跃迁过程的一种，如图1所示，处于量子数n＝4的氢原子可以跃迁到三个较低能级，即有4→3，4→2，4→1这三种可能。而4→3这种还可以继续跃迁到更低的能级，实现3→2然后2→1，则最多可能发出3种频率的光子。对于一群氢原子，情况就不同了。它们向低能级跃迁就应该包括4、3、2、1四个轨道中任意两个轨道的跃迁，由数学知识可知共有组合624C种，因为是一群（数量大），所以6种可能跃迁都一定有某些氢原子实现。归纳：对于只有一个氢原子的，该氢原子可从n能级直接跃迁到基态，则最少只产生一条谱线，若当氢原子从n能级逐级往下跃迁时，则最多可产生n－1条谱线；一群氢原子处于n能级时可能辐射的谱线条数则为Cnnn212()。问题二：分清跃迁与电离的区别例2欲使处于基态的氢原子激发，下列措施可行的是()A.用10.2eV的光子照射B.用11eV的光子照射C.用14eV的光子照射D.用10eV的光子照射解析：基态氢原子向激发态跃迁，只能吸收能量值刚好等于某激发态和基态能级之差的光子。由氢原子能级关系不难算出，10.2eV刚好为氢原子n=1和n=2的两个能级之差，而10eV、11eV都不是氢原子基态和任一激发态的能量之差，因而氢原子只能吸收前者被激发，而不能吸收后二者。对14eV的光子，其能量大于氢原子电离能13.6eV，足可使其电离，故而不受氢原子能级间跃迁条件限制。由能的转化和守恒定律知道，氢原子吸收14eV的光子电离后产生的自由电子仍具有0.4eV的动能。故正确选项为AC。归纳：依据玻尔理论，氢原子在各能级间跃迁时，只能吸收或辐射能量值刚好等于某两个能级之差的光子，即光子能量值为EmEnh，多了或少了都不行。如果光子（或实物粒子）与氢原子作用而使氢原子电离（绕核电子脱离原子的束缚而成为“自由电子”，即n=∞的状态）时，则不受跃迁条件限制，只要所吸收光子能量值（或从与实物粒子碰撞中获得能量）大于电离能即可。问题三：注意直接跃迁和间接跃迁例3处于基态的氢原子在某单色光照射下，只能发出频率分别为v1、v2、v3的三种光，且v1＜v2＜v3，则该照射光的光子能量为()A．hv1B．hv2C．hv3D．h(v1＋v2＋v3)解析：如图2所示，处于基态的氢原子要发光，必须先吸收一定的能量E(设hE)跃迁至某一激发态，而后再由该激发态或直接或间接跃迁回基态，发出几种频率的光子,但这些光子的频率不会大于v，且必须有一个等于v，而v1＜v2＜v3，即v3最大，那么照射光的频率必定为v3，其能量为hv3(hv1＋hv2=hv3)，故本题正确选项为C。归纳：氢原子从一种定态跃迁至另一定态时，有的是直接跃迁，有的是间接跃迁