搜索
光电效应原子结构氢原子光谱一、光电效应1．光电效应现象：照射到金属表面的光，能使金属中的电子从表面逸出的现象．光电效应现象证明光具有粒子性．2．光电效应规律(1)存在截止频率(极限频率)：当入射光频率低于某个值时，不会产生光电效应，这一频率值叫截止频率．能否发生光电效应，与入射光①________无关，与照射时间②________.不同金属的截止频率③________.(2)光电子的最大初动能只跟入射光的④________有关，并随入射光⑤________的增大而⑥________.最大初动能跟入射光的⑦________无关．(3)对于一定频率的光，入射光越强，单位时间内发射的光电子数目⑧________，饱和电流⑨________.(4)光电效应的瞬时性：当入射光频率超过截止频率时，立即产生光电流，从照射到产生光电流的时间不超过10－9s.【重点提示】(1)能否发生光电效应以及光电子的最大初动能，由照射光的频率和金属的极限频率决定，跟光的强弱无关，跟照射时间也无关．(2)光电流的饱和值或单位时间内产生的光电子数目，由照射光的强度决定(对一定频率的照射光而言)．3．金属的逸出功W0：电子克服原子核引力逸出做功的最小值叫金属的逸出功W0.4．光电效应方程：Ek＝hν－W0，hν为电子吸收的一个光子的能量，Ek为光电子的最大初动能Ek＝12mv2.二、原子结构1．电子的发现：1897年，英国物理学家汤姆孙发现了电子，明确电子是原子的组成部分，揭开了研究原子结构的序幕．2．原子的核式结构模型(1)α粒子散射实验：①实验装置：如下图所示．②实验结果：绝大多数α粒子穿过金箔后基本上仍沿原来的方向前进，但是有少数α粒子发生较大偏转，极少数α粒子偏转角度超过90°，甚至达到180°.(2)原子的核式结构：①在原子中心有一个很小的核叫原子核，原子全部的正电荷和几乎全部质量都集中在原子核上，带负电的电子在核外空间绕核高速旋转．②α粒子散射实验及实验结果是卢瑟福提出原子核式结构的基础．三、玻尔的原子模型1．电子的轨道是⑩________的．电子在这些轨道上绕核的运动是稳定的，不产生电磁辐射．(轨道量子化)2．原子的能量是⑪________的，电子在不同的轨道上运动时，原子处于不同的状态且具有不同的能量.原子中这些具有确定能量的稳定状态叫定态．能量最低的定态叫做⑫________，其他的状态叫⑬________.(能量量子化)3．电子从一种定态(设能量为E初)跃迁到另一种定态(设能量为E终)时，它辐射(或吸收)一定频率的光子，光子的能量由这两种定态的能量差决定，即⑭________.四、氢原子的能级、能级公式1．氢原子的能级氢原子的能级公式：En＝1n2E1(n＝1,2,3…)，其中E1为基态能量，E1＝－13.6eV.2．氢原子的能级图：如下图所示(1)能级图中的横线表示氢原子可能的能量状态——定态．(2)横线左端的数字“1,2,3…”表示量子数，右端的数字“－13.6，－3.4…”表示氢原子的能级．(3)相邻横线间的距离，表示相邻的能级差，量子数越大，相邻的能级差越小．(4)带箭头的竖线表示原子由较高能级向较低能级跃迁，原子跃迁条件为：hν＝Em－En.自我校对①强弱②无关③不同④频率⑤频率⑥增大⑦强弱⑧越多⑨越大⑩量子化⑪量子化⑫基态⑬激发态⑭hν＝E初－E终一、光电效应规律的应用规律方法1．在光照射下，从金属表面逸出的电子叫光电子，光电子就是我们平常所说的电子；光子是一份能量，光子的能量跟光的频率成正比，即E＝hν.注意光电子与光子是不同的．2．截止频率与逸出功截止频率νc是指金属产生光电效应的最小频率值；而逸出功W0是金属中的电子克服原子核引力做功的最小值．二者关系为hνc＝W0.根据此式，由νc可求W0，或由W0可求νc.3．遏止电压与最大初动能的关系遏止电压Uc是使光电流减小到0的最小反向电压，由动能定理，有eUc＝12mv2.4．光电效应方程：根据能量守恒定律，金属表面的电子吸收了光子的能量hν后，一部分用于克服逸出功W0，剩余部分即为光电子的最大初动能．12mv2＝hν－W0.例1如下图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，普朗克常量h＝6.63×10－34J·s，由图可知()A．该金属的极限频率为4.27×1014HzB．该金属的极限频率为5.5×1014HzC．该图线的斜率表示普朗克常量D．该金属的逸出功为0.5eV【解析】由光电效应方程Ek＝hν－W0可知，当Ek＝0时，hν＝W0.此时的频率即为极限频率νc，也就是图象与横轴交点，νc＝4.27×1014Hz，选项A正确，选项B错误．则逸出功W0＝hνc＝6.63×10－34×4.27×10141.6×10－19eV＝1.8eV，选项D错误．由Ek＝hν－W0可知，图像斜率为普朗克常量h，选项C正确．【答案】AC题后反思(1)光电效应所涉及的题型一般分为两类：一类是对光电效应规律的考查，要求考生熟记光电效应的四条规律，尤其是对截止频率、光电子最大初动能与频率的关系以及单位时间内产生的光电子数目或光电流与光强的关系考查的最多；二是对光电效应方程式，遏止电压、最大初动能、逸出功以及截止频率的有关计算的考查，应对措施是加深对上述概念的理解，并结合能量守恒观点来处理此类问题．例2(2012·唐山模拟)用强度相同的红光和蓝光分别照射同一种金属，均能使该金属发生光电效应．下列判断正确的是()A．用红光照射时，该金属的逸出功小；用蓝光照射时，该金属的逸出功大B．用红光照射时，该金属的截止频率低；用蓝光照射时，该金属的截止频率高C．用红光照射时，逸出光电子所需时间长；用蓝光照射时，逸出光电子所需时间短D．用红光照射时，逸出的光电子最大初动能小；用蓝光照射时，逸出的光电子最大初动能大【解析】金属的逸出功和截止频率由金属本身的性质所决定，跟照射光无关，选项A、B错误；逸出光电子的时间几乎是瞬时产生的，跟照射光无关，选项C错误；由光电效应方程，可知Ek＝hν－W0，由于红光的频率小于蓝光的频率，则红光照射时，逸出的光电子最大初动能较小，蓝光照射时，逸出的光电子最大初动能较大，选项D正确．【答案】D题后反思(1)牢固掌握光电效应的四条规律就可以对上述问题迎刃而解．(2)光电效应的规律可从以下图示帮助掌握与记忆：①两条线索．②两条对应关系．光强→光子数目多→发射光电子多→光电流大；光子频率高→光子能量大→产生光电子的最大初动能大．跟踪训练1(2012·江苏淮阴三校联考)2009年诺贝尔物理学奖得主威拉德·博伊尔和乔治·史密斯主要成就是发明了电荷耦合器件(CCD)图像传感器．他们的发明利用了爱因斯坦的光电效应原理．如图所示电路可研究光电效应规律．图中标有A和K的为光电管，其中K为阴极，A为阳极．理想电流计可检测通过光电管的电流，理想电压表用来指示光电管两端的电压．现接通电源，用光子能量为10.5eV的光照射阴极K，电流计中有示数；若将滑动变阻器的滑片P缓慢向右滑动，电流计的读数逐渐减小，当滑至某一位置时电流计的读数恰好为零，读出此时电压表的示数为6.0V；之后保持滑片P位置不变，光电管阴极材料的逸出功为________，若增大入射光的强度，电流计的读数________(选填“为零”或“不为零”)．诱思启导(1)电路中光电管所加电压是正向电压，还是反向电压？遏止电压与最大初动能有何关系？(2)电流计示数为0说明了什么问题？增大入射光强度，会使初动能增加吗？解析根据当滑至某一位置时电流计的读数恰好为零，读出此时电压表的示数为U＝6.0V，由动能定理，得eU＝Ek；由爱因斯坦光电效应方程，Ek＝hν－W0，而hν＝10.5eV，解得逸出功W0＝4.5eV.此时光电子的初动能Ek全部用于克服电场力做功，刚好不能到达阳极A，若增大入射光强度，并不能使初动能增加，只是增加了光电子数目，并不能使它们到达阳极A，故光电流为零．答案4.5eV为零二、氢原子光谱及氢原子的能级跃迁规律方法1．原子光谱产生的机理：原子获得能量(可通过吸收光子、加热或与其他粒子碰撞)后处于高能级状态(不稳定状态)，向低能级跃迁时，会以光子的形式释放出能量，便产生了原子光谱，每一条光谱线都对应于一种频率的光．每一种原子产生的光谱频率都是不相同的，氢原子在可见光范围内产生四种频率的光谱．2．氢原子从高能级(能量为E1)向低能级(能量为E2)跃迁，会辐射出光子，光子的能量hν＝E1－E2；反之，原子从低能级吸收了光子的能量hν后向高能级跃迁，则hν＝E1－E2.即辐射或吸收的光子能量一定等于原子的能级差．3．原子处于激发态是不稳定的，会自发地向基态或其他较低能级跃迁．由于这种自发跃迁的随机性，一个原子会有多种可能的跃迁．若是一群原子处于激发态，则各种可能的跃迁都会发生，所以我们会同时得到该种原子的全部光子种类．如一群处于量子数为n的激发态氢原子，可能辐射出的光谱条数(即频率数)为C2n.例3(2012·四川)如图所示为氢原子能级示意图的一部分，则氢原子()A．从n＝4能级跃迁到n＝3能级比从n＝3能级跃迁到n＝2能级辐射出电磁波的波长长B．从n＝5能级跃迁到n＝1能级比从n＝5能级跃迁到n＝4能级辐射出电磁波的速度大C．处于不同能级时，核外电子在各处出现的概率是一样的D．从高能级向低能级跃迁时，氢原子核一定向外放出能量【解析】由hν＝Em－En，En＝－E0n2，λ＝cν，可得从n＝4跃迁到n＝3比从n＝3跃迁到n＝2辐射出的电磁波的能量小，频率小，波长长，选项A正确；电磁波在真空中的速度都是一样的，选项B错误；电子轨道与能级对应，处于不同能级，核外电子在各处出现的概率是不一样的，选项C错误；从高能级向低能级跃迁时，氢原子一定向外释放能量，但不是氢原子核释放能量，选项D错误．【答案】A例4氢原子从能级m跃迁到能级n时辐射红光的频率为ν1，从能级n跃迁到能级k时吸收紫光的频率为ν2，已知普朗克常量为h，若氢原子从能级k跃迁到能级m，则()A．吸收光子的能量为hν1＋hν2B．辐射光子的能量为hν1＋hν2C．吸收光子的能量为hν2－hν1D．辐射光子的能量为hν2－hν1【解析】氢原子从能级m跃迁到能级n时，辐射红光，则hν1＝Em－En；从能级n跃迁到能级k时，吸收紫光，则hν2＝Ek－En.因为红光的频率ν1小于紫光的频率ν2，即hν1hν2，所以能级k大于能级m.从能级k跃迁到能级m时，辐射光子的能量为Ek－Em＝hν2－hν1，选项D正确．【答案】D题后反思(1)原子能级跃迁条件hν＝E1－E2只适用于原子辐射光子和吸收光子．(2)若要吸收光子使氢原子电离，光子的能量hν≥13.6eV(从基态电离)或hν≥3.4eV(从n＝2激发态电离)依次类推．(3)对于实物粒子与原子碰撞而使原子激发时，则实物粒子的能量只要大于或等于能级差即可．跟踪训练2(2011·课标大纲)已知氢原子的基态能量为E1，激发态能量En＝E1/n2，其中n＝2,3…用h表示普朗克常量，c表示真空中的光速．能使氢原子从第一激发态电离的光子的最大波长为()A．－4hc3E1B．－2hcE1C．－4hcE1D．－9hcE1诱思启导(1)第一激发态时，量子数n为多少？(2)电离后氢原子的能级为多少？吸收的光子能量应满足什么条件？【解析】第一激发态时氢原子能级E2＝E122＝E14，要使氢原子从该能级电离，吸收的光子能量应满足ΔE≥E14，在此条件下，吸收的光子波长最长(设为λm)时，其能量最小，即hcλm＝－E14，λm＝－4hcE1.【答案】C