1、学案62 波与粒子原子结构一、概念规律题组1(光电效应规律的理解)已知能使某金属产生光电效应的极限频率为c，则()A当用频率为2c的单色光照射该金属时，一定能产生光电子B当用频率为2c的单色光照射该金属时，所产生的光电子的最大初动能为hcC当照射光的频率大于c时，若增大，则逸出功增大D当照射光的频率大于c时，若增大一倍，则光电子的最大初动能也增大一倍2一束绿光照射某金属发生了光电效应，则下列说法正确的是()A若增加绿光的照射强度，则逸出的光电子数增加B若增加绿光的照射强度，则逸出的光电子最大初动能增加C若改用紫光照射，则可能不会发生光电效应D若改用紫光照射，则逸出的光电子的最大初动能增加3下列
2、对原子结构的认识中，错误的是()A原子中绝大部分是空的，原子核很小B电子在核外绕核旋转，向心力为库仑力C原子的全部正电荷都集中在原子核里D原子核的直径大约为1010 m4以下说法正确的是()A进行光谱分析可以用连续光谱，也可以用吸收光谱B光谱分析的优点是非常灵敏而且迅速C分析某种物质的化学组成可以使这种物质发出的白光通过另一种物质的低温蒸气取得吸收光谱进行分析D摄下月球的光谱可以分析出月球上有哪些元素二、思想方法题组5对光的认识，下列说法正确的是()A个别光子的行为表现出粒子性，大量光子的行为表现出波动性B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C光表现出波动性时，就不具有
3、粒子性了，光表现出粒子性时，就不再具有波动性了D光的波粒二象性应理解为：在某种场合下光的波动性表现得明显，在另外的某种场合下，光的粒子性表现得明显图16图1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不同频率的光关于这些光下列说法正确的是()A最容易表现出衍射现象的光是由n4能级跃迁到n1能级产生的B频率最小的光是由n2能级跃迁到n1能级产生的C这些氢原子总共可辐射出3种不同频率的光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的金属铂能发生光电效应一、对光电效应规律的理解1光电效应的实质：光现象电现象其中的光包括不可见光，如紫外线2掌
4、握以下两条决定关系(1)入射光频率决定光子能量决定光电子最大初动能(2)入射光强度决定单位时间内接收的光子数决定单位时间内发射的光电子数【例1】 (2009宁夏高考)关于光电效应，下列说法正确的是()A极限频率越大的金属材料逸出功越大B只要光照射的时间足够长，任何金属都能产生光电效应C从金属表面逸出的光电子的最大初动能越大，这种金属的逸出功越小D入射光的光强一定时，频率越高，单位时间内逸出的光电子数就越多规范思维针对训练1(2009上海6改编题)光电效应的实验结论是：对于某种金属()A无论光强多强，只要光的频率小于极限频率就不能产生光电效应B无论光的频率多低，只要光照时间足够长就能产生光电效应
5、C超过极限频率的入射光强度越弱，产生的光电子的最大初动能就越小D超过极限频率的入射光频率越高，产生的光电子的最大初动能就越大二、光电效应方程及曲线1光电效应方程EkhW0的意义图2金属中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逸出功W0，剩下的表现为逸出后电子的最大初动能Ekmev2，是能量守恒的必然结果2Ek图象(如图2所示)3由Ek图象可以得到的物理量(1)极限频率：图线与轴交点的横坐标c；(2)逸出功：图线与Ek轴交点的纵坐标的值W0E；(3)普朗克常量：图线的斜率kh.【例2】 如图3所示，图3当开关S断开时，用光子能量为2.5 eV的一束光照射阴极P，发现电流
6、表读数不为零合上电键，调节滑动变阻器，发现当电压表读数小于0.60 V时，电流表读数仍不为零；当电压表读数大于或等于0.60 V时，电流表读数为零(1)求此时光电子的最大初动能的大小(2)求该阴极材料的逸出功图4【例3】 (2010浙江理综16)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4所示则可判断出()A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规范思维三、原子的结构与粒子散射实验19091911年，英国物理学家卢瑟福
7、和他的助手进行了用粒子轰击金箔的实验实验发现，绝大多数粒子穿过金箔后，基本上仍沿原来方向前进，但有少数粒子发生了大角度偏转，偏转的角度甚至大于90，也就是说它们几乎被“撞了回来”为了解释粒子的大角度散射，卢瑟福在1911年提出了原子的核式结构模型【例4】 (1)关于原子结构理论与粒子散射实验，下列说法中正确的是()A卢瑟福做粒子散射实验是为了验证汤姆孙的枣糕模型是错误的B卢瑟福认识到汤姆孙的“枣糕模型”的错误后提出了“核式结构”理论C卢瑟福的粒子散射实验是为了验证核式结构理论的正确性D卢瑟福依据粒子散射实验的现象提出了原子的“核式结构”理论(2)在粒子散射实验中，粒子的偏转是由于受到原子内正电
8、荷的库仑力而发生的实验中即使1 mm厚的金箔也大约有3 300层原子，但绝大多数的粒子穿过金箔后仍沿原来的方向前进，只有少数发生了大角度偏转，这说明了什么？规范思维四、氢原子能级及能级跃迁1氢原子的能级能级公式：EnE1(n1,2,3，)，其中E1为基态能量，E113.6 eV.图52氢原子的能级图(如图5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“13.6，3.40，”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，跃迁条件为：hEm
9、En(mn)【例5】 (2009全国)图6氢原子的部分能级如图6所示已知可见光的光子能量在1.62 eV到3.11 eV之间由此可推知，氢原子()A从高能级向n1能级跃迁时发出的光的波长比可见光的短B从高能级向n2能级跃迁时发出的光均为可见光C从高能级向n3能级跃迁时发出的光的频率比可见光的高D从n3能级向n2能级跃迁时发出的光为可见光规范思维【例6】 (2011四川18)氢原子从能级m跃迁到能级n时辐射红光的频率为1，从能级n跃迁到能级k时吸收紫光的频率为2，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h1h2B辐射光子的能量为h1h2C吸收光子的能量为h2h1
10、D辐射光子的能量为h2h1规范思维针对训练2(2010新课标34(1)用频率为0的光照射大量处于基态的氢原子，在所发射的光谱中仅能观测到频率分别为1、2、3的三条谱线，且321，则()A01B321C0123 D.【基础演练】1(2009广东卷)硅光电池是利用光电效应原理制成的器件，下列表述正确的是()A硅光电池是把光能转变为电能的一种装置B硅光电池中吸收了光子能量的电子都能逸出C逸出的光电子的最大初动能与入射光的频率无关D任意频率的光照射到硅光电池上都能产生光电效应2(2008广东6)有关氢原子光谱的说法正确的是()A氢原子的发射光谱是连续谱B氢原子光谱说明氢原子只发出特定频率的光C氢原子光
11、谱说明氢原子能级是分立的D氢原子光谱线的频率与氢原子能级的能量差无关图73在图7所示的光电管实验中，发现用一定频率的A单色光照射光电管时，电流表指针会发生偏转，而用另一频率的B单色光照射时不发生光电效应，那么()AA光的频率大于B光的频率BB光的频率大于A光的频率C用A光照射光电管时流过电流表G的电流方向是从a流向bD用A光照射光电管时流过电流表G的电流方向是从b流向a4氢原子的核外电子由离原子核较远的轨道跃迁到离核较近的轨道上时，下列说法中正确的是()A氢原子的能量增加B氢原子的能量减少C氢原子要吸收一定频率的光子D氢原子要放出一定频率的光子图85(2011福建29(1)爱因斯坦因提出了光量
12、子概念并成功地解释光电效应的规律而获得1921年诺贝尔物理学奖某种金属逸出光电子的最大初动能Ekm与入射光频率的关系如图8所示，其中0为极限频率从图中可以确定的是_(填选项前的字母)A逸出功与有关BEkm与入射光强度成正比C当W6.34 eV，能发生光电效应选项D正确思维提升1光电效应现象：在光的照射下金属中的电子从表面逸出的现象(1)不同的金属对应着不同的极限频率(c)(2)电子从金属中逸出所需做功的最小值，叫做该金属的逸出功，有Whc.(3)光电效应方程：EkhW02光不是宏观观念中的波，也不是宏观概念中的粒子，大量光子产生的效果往往显示出波动性，少量光子产生的效果往往显示出粒子性，光在传
13、播过程中往往显示波动性，在与物质作用时往往显示粒子性3原子结构的实验基础：卢瑟福的粒子散射实验；从实验现象提出了原子的核式结构模型：在原子中心有一个很小的核(原子核)，原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核里，带负电的电子在核外绕核旋转4(1)氢原子核外的电子绕核运动的轨道与其能量相对应核外电子绕核做圆周运动的向心力，来源于库仑力(量子化的卫星运动模型)规定无穷远处原子的能量为零，则原子各能级的能量为负值而E113.6 eV，r10.531010 m，En，rnn2r1，随着量子数n的增大轨道半径增大，原子能量增大随n的增大，电子的动能减小随n的增大，原子的电势能增大(2)原子跃迁条件h
14、EmEn只适用于光子和原子作用而使原子在各定态之间跃迁的情况对于光子和原子作用而使原子电离时，只要入射光的能量E13.6 eV，原子就能吸收对于实物粒子与原子作用使原子激发时，粒子能量大于或等于能级差即可原子跃迁发出的光谱线条数NC，是一群氢原子，而不是一个，因为某一个氢原子有固定的跃迁路径【核心考点突破】例1 A由爱因斯坦光电效应方程可知W0hc，所以极限频率越大，逸出功越大，A正确；低于极限频率的光，无论强度多大，照射时间多长，都不可能产生光电效应，B错误；光电子的最大初动能还与照射光子的频率有关，C错误；单位时间内逸出的光电子个数与光强成正比，与频率无关，D错误规范思维入射光的频率决定着
15、能否发生光电效应及光电子的最大初动能例2 (1)0.60 eV(2)1.90 eV解析(1)光子能量为2.5 eV时，设光电子的最大初动能为mv2，由题意知，当反向电压达到0.60 V以后，具有最大初动能的光电子恰好不能达到阳极，即遏止电压UC0.60 V，因此eUC0mv2mv2eUC0.60 eV(2)由光电效应方程mv2hW0解得W01.90 eV.例3 B遏止电压越大，光照射后光电子最大初动能也越大，光的频率越大，只有B项正确规范思维本题与爱因斯坦光电效应方程和光电效应实验对接，明确图象的物理意义及横轴截距的物理意义是解题的关键例4 (1)D(2)说明原子内带正电荷的部分在整个原子中占
16、的空间非常小解析(1)卢瑟福设计的粒子散射实验是为了探究原子内电荷的分布，并非为了验证汤姆孙模型是错误的，A错误；卢瑟福并不是认识到“枣糕模型”的错误而提出“核式结构”理论的，B错误；卢瑟福做了粒子散射实验后，由实验现象提出了“核式结构”理论，C错误，D正确(2)粒子穿过金箔后绝大多数仍沿原来的方向前进，说明它们距正电荷部分较远，所受库仑力很小，尽管经过若干层原子，但靠近正电荷部分的机会很小，这说明原子内带正电荷的部分在整个原子中占的空间非常小规范思维微观世界是看不见的，但我们可以根据它们产生的各种效应来进行分析、推理和判断，从而达到认识微观世界的目的例5 AD从高能级向n1能级跃迁时放出的光
17、子的能量最小值EE2E13.4 eV(13.6) eV10.2 eV3.11 eV，则由可判断，从高能级向n1能级跃迁时最大波长比可见光的最小波长还小，因此选项A正确；从高能级向n2能级跃迁时放出的光子的能量范围是：1.89 eVE3.40 eV，与可见光光子的能量有不重合的范围，故选项B错误；从高能级向n3能级跃迁时，放出的光子能量范围为：0.66 eVE1.51 eV，比可见光光子的能量小，由Eh可知这些光子的频率均小于可见光的频率，故选项C错误；从n3能级向n2能级跃迁时放出的光子的能量为E1.89 eV，在可见光光子能量范围之内，故选项D正确规范思维处理此类问题主要掌握三个要点：(1)
18、原子发生能级跃迁不论是吸收还是放出光子都必须满足：hEmEn，而c，所以hEmEn；(2)一群氢原子处于量子数为n的激发态时，可辐射的谱线条数N；(3)当一个氢原子由某个能级向低能级跃迁时，最多可产生的谱线条数为(n1)，若氢原子从高能级向某一确定的低能级跃迁，只能产生一条谱线例6 D氢原子从能级m跃迁到能级n时辐射红光，说明能级m高于能级n，而从能级n跃迁到能级k时吸收紫光，说明能级k也比能级n高，而紫光的频率2大于红光的频率1，所以h2h1，因此能级k比能级m高，所以若氢原子从能级k跃迁到能级m，应辐射光子，且光子能量应为h2h1.故选项D正确规范思维理解透玻尔理论的三条假设，特别是跃迁假
19、设，就能正确解答这类题型针对本题，还应挖掘出21这一隐含条件针对训练1AD能不能发生光电效应，取决于入射光的频率是不是大于极限频率，与光的强度无关，A对，B错；由EkhW0知，入射光频率越大，光电子的最大初动能Ek就越大，与入射光的强度无关，C错，D对2B思想方法总结1理解光子学说，能形象地想象光电效应的物理图景：光一份一份射向金属，电子吸收一个光子后能量变大，挣脱原子核的束缚，成为光电子很容易从这一图景中分析有关光电效应的定性理解问题2对于本部分实验推理类问题，要求记住：(1)实验的作者、时间和装置；(2)实验事实或现象；(3)由实验结果得出什么结论；(4)实验的意义所在3(1)量子数为n的
20、氢原子辐射光子的可能频率的判定方法：如果是一个氢原子，向低能级跃迁时最多发出的光子数为(n1)如果是一群氢原子，向低能级跃迁时最多，发出的光子数为C种(2)理解氢原子能级图，量子数越大的能级间能级差越小，发出光子波长越长【课时效果检测】1A2.BC3.AC4.BD5.D6.D7.D8.BC9C10.A11(1)6(2)第四能级向第三能级1.88106 m解析(1)N6.(2)由题图知，氢原子由第四能级向第三能级跃迁时，能级差最小，辐射的光子波长最长由hE4E3，得：hE4E3，所以 m1.88106 m.12(1)C(2)减小光电子受到金属表面层中力的阻碍作用(或需要克服逸出功)(3)见解析解
21、析(1)入射光的频率相同，则光电子的最大初动能相同，由eUmvm2知，两种情况下遏止电压相同，故选项A、B错误；光电流的强度与入射光的强度成正比，所以强光的光电流比弱光的光电流大，故选项C正确，选项D错误(2)减小光电子受到金属表面层中力的阻碍作用(3)氢原子放出的光子能量EE2E1，代入数据得E1.89 eV金属钠的逸出功W0hc，代入数据得W02.3 eV因为EW0，所以不能发生光电效应易错点评1对第1、3、5题出错的原因主要是对光电效应规律理解不全造成的部分同学由于不清楚每种金属都有自己的极限频率，而使第1题误选B项部分同学由于不清楚EkhW的意义，导致第5题出错2对于氢原子跃迁问题，部分同学由于不理解跃迁的条件，不理解跃迁的可能频率出现的原因，导致出错3对第12题：在分析第(1)问时容易出错主要原因是对光电流与UAK之间的关系不能明确，或对该电路缺乏理解，不清楚强光与弱光的区别、强光与弱光引起光电效应不同而造成错误