沪科版高考物理一轮复习：选修3-5第15章第1节《光电效应、原子结构》ppt精编课件.ppt

第15章光电效应原子结构原子核 第15章光电效应原子结构原子核 第1节光电效应原子结构 一 光电效应现象及实验规律1 光电效应现象照射到金属表面的光 能使金属中的 从表面逸出 这个现象称为光电效应 2 光电效应的实验规律 电子 1 对于各种金属都存在着一个极限频率 thresholdfrequency 当入射光的频率高于这个极限频率时 才能产生光电效应 如果入射光的频率低于这个极限频率 无论光多么强 照射时间多长 都不会产生光电效应 2 光电子的最大初动能随着入射光频率的增加而增加 与入射光的强度无关 3 当产生光电效应时 单位时间内从金属表面逸出的电子数与入射光的强度有关 光的强度越大 单位时间内逸出的电子数越多 4 入射光射到金属表面时 光电子的产生几乎是瞬时的 不超过1 10 9s 二 爱因斯坦的光电效应方程1 光子说 光不仅在发射和吸收时能量是一份一份的 而且光本身就是由一个个不可分割的 组成的 这些能量子被称为 频率为 的光的能量为 2 光电效应方程 能量子 光子 h 1 表达式 h W Ekm 2 物理意义 金属中电子吸收一个光子获得的能量是h 这些能量一部分用于克服金属的 剩下的表现为逸出后电子的 束缚 初动能 三 原子结构电子的发现 1897年 英国物理学家 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 汤姆生 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 上 带负电的电子在核外空间绕核高速旋转 原子核 四 氢原子光谱1 光谱 用光栅或棱镜可以把光按波长展开 获得光的 和 的记录 即光谱 2 线状谱 光谱是一条条的 3 连续谱 光谱看起来不是一条条分立的谱线 而是连在一起的 波长成分 强度分布 亮线 光带 4 特征谱线 不同原子的亮线位置 说明不同的原子的发光频率是 的 因此这些亮线称为原子的特征谱线 5 光谱分析 利用 来鉴别物质和确定物质的组成成分 这种方法称为光谱分析 不同 不一样 特征谱线 6 氢原子光谱的实验规律 五 玻尔理论 能级1 玻尔原子模型 1 轨道假设 原子中的电子在库仑引力的作用下 绕原子核做圆周运动 电子绕核运动的轨道是 的 量子化 2 定态假设 电子在不同的轨道上运动时 原子处于不同的状态 因而具有不同的能量 即原子的能量是 的 这些不同的状态叫定态 在各个定态中 原子是 的 不向外辐射能量 量子化 稳定 3 跃迁假设 原子从一个能量状态向另一个能量状态跃迁时要 或 一定频率的光子 该光子的能量等于两个状态的 即h 2 能级 在玻尔理论中 原子的各个可能状态的 叫能级 吸收 放出 能量差 Em En 能量值 3 基态与激发态 能量 的状态叫基态 其他能量状态叫激发态 4 量子数 现代物理学认为原子的可能状态是不连续的 各状态的标号1 2 3 叫做量子数 一般用n表示 最低 一 光电效应的理解1 对光电效应规律的解释 2 光电效应方程 1 爱因斯坦光电效应方程Ek h W0 Ek是光电子的最大初动能 W0是逸出功 即从金属表面直接飞出的光电子克服正电荷引力所做的功 2 用图象表示光电效应方程 图15 1 1 最大初动能Ek与入射光频率 的关系图线如图15 1 1 由曲线可以得到的物理量极限频率 图线与 轴交点的横坐标 0 b 逸出功 图线与Ek轴交点的纵坐标的值W0 E c 普朗克常量 图线的斜率k h 即时应用1 2018 高考福建理综卷 爱因斯坦因提出了光量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15 1 2所示 其中 0为极限频率 从图中可以确定的是 图15 1 2 A 逸出功与 有关B Ekm与入射光强度成正比C 当 0时 会逸出光电子D 图中直线的斜率与普朗克常量有关解析 选D 由光电效应方程Ekm h W W h 0 与y kx b相对应可知只有D项正确 二 粒子散射实验与核式结构模型1 卢瑟福的 粒子散射实验装置 如图15 1 3 图15 1 3 2 粒子散射实验的现象绝大多数 粒子穿过金箔后 基本上仍沿原来的方向前进 但少数 粒子发生了大角度偏转 极少数 粒子甚至被撞了回来 如图15 1 4所示 图15 1 4 3 卢瑟福的原子核式结构模型在原子的中心有一个很小的核 叫原子核 原子的所有正电荷和几乎所有质量都集中在原子核里 带负电的电子在核外绕核旋转 4 建立核式结构模型的要点 1 核外电子不会使 粒子的速度发生明显改变 2 汤姆生模型不能解释 粒子的大角度散射 3 少数 粒子发生了大角度偏转 甚至反弹回来 表明这些 粒子在原子中的某个地方受到了质量 电量均比它本身大得多的物体的作用 5 从 粒子散射实验的数据可估算出原子核半径的数量级为10 15m 而原子半径的数量级为10 10m 即时应用2 下列有关卢瑟福 粒子散射实验的结论正确的是 A 证明了质子的存在B 证明了原子核是由质子和中子组成的 C 说明了原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在一个很小的核上D 说明原子中的电子只能在某些不连续的轨道上运动解析 选C 卢瑟福的 粒子散射实验彻底否定了汤姆生的原子模型 为核式结构学说奠定了实验基础 这个实验事实说明原子中心有个很小的核 它集中了原子的全部正电荷和几乎全部质量 除此之外不能说明其他问题 据此判断 A B D均错 只有C正确 2 氢原子的半径公式 rn n2r1 n 1 2 3 其中r1为基态半径 又称玻尔半径 其数值为r1 0 53 10 10m 2 氢原子的能级图 1 能级图如图所示 图15 1 5 2 能级图中相关量意义的说明 即时应用3 2018 高考四川理综卷 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h 1 h 2B 辐射光子的能量为h 1 h 2C 吸收光子的能量为h 2 h 1D 辐射光子的能量为h 2 h 1 解析 选D 由题意可知 Em En h 1 Ek En h 2 因为紫光的频率大于红光的频率 所以 2 1 即k能级的能量大于m能级的能量 氢原子从能级k跃迁到能级m时向外辐射能量 其值为Ek Em h 2 h 1 故只有D项正确 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 钾的截止频率和该光电管发射的光电子的最大初动能分别是 A 5 3 1034Hz 2 2JB 5 3 1014Hz 4 4 10 19JC 3 3 1033Hz 2 2J D 3 3 1033Hz 4 4 10 19J 思路点拨 解此类问题关键是理解光电效应方程中各物理量的意义 答案 B 1 氢原子的部分能级如图15 1 6所示 已知可见光的光子能量在1 62eV到3 11eV之间 由此可推知 氢原子 图15 1 6 A 从高能级向n 1能级跃迁时发出的光的波长比可见光的短B 从高能级向n 2能级跃迁时发出的光均为可见光C 从高能级向n 3能级跃迁时发出的光的频率比可见光的高D 从n 3能级向n 2能级跃迁时发出的光为可见光 2 2018 高考山东理综卷 大量氢原子处于不同能量激发态 发生跃迁时放出三种不同能量的光子 其能量值分别是 1 89eV 10 2eV 12 09eV 跃迁发生前这些原子分布在 个激发态能级上 其中最高能级的能量值是 eV 基态能量为 13 6eV 思路点拨 根据能级跃迁的条件及波长和光子能量之间的关系计算 从高能级向n 2的能级跃迁时发出的光子能量为E3 E2 E E2 即1 89eV E 3 40eV 可见有一部分光处于紫外线区域 B错误 从高能级向n 3的能级跃迁时 光子能量最高E E3 1 51eV 比可见光光子能量小 C错误 从n 3能级向n 2能级跃迁时 光子能量E E3 E2 1 89eV D正确 2 由于大量氢原子在处于不同能量激发态 发生跃迁时放出三种不同能量的光子 可知氢原子处于最高能级是n 3 跃迁发生前这些原子分布在2个激发态能级上 其中最高能级的能量值是E3 1 51eV 答案 1 AD 2 2 1 51 规律方法 1 巴耳末系是氢原子在可见光区的一组谱线 在红外光区和紫外光区也有类似的谱线系 2 原子跃迁条件h Em En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E 13 6eV 原子就能吸收光子的能量 对于实物粒子与原子作用使原子激发时 实物粒子的能量大于或等于能级差即可 满分样板8分 在研究原子物理时 科学家经常借用宏观模型进行模拟 在玻尔原子模型中 完全可用卫星绕行星运动来模拟研究电子绕原子核的运动 当然这时的向心力不是粒子间的万有引力 可忽略不计 而是粒子间的静电力 设氢原子中 电子和原子核的带电荷量大小都是e 1 60 10 19C 电子在第1 2可能轨道运行时 其运动半径分别为r1 0 53 10 10m r2 4r1 据此求 1 电子分别在第一 二可能轨道运行时的动能 以eV为单位 2 当电子从第一可能轨道跃迁到第二可能轨道时 原子还需吸收10 2eV的光子 那么电子的电势能