高考物理大一轮复习 13.2动量光电效应氢原子光谱课件 新人教版选修35.ppt

第二节光电效应氢原子光谱 1 光电效应的实验规律 1 任何一种金属都有一个极限频率 入射光的频率必须大于这个极限频率才能发生光电效应 低于这个极限频率则不能发生光电效应 2 光电子的最大初动能与入射光的强度无关 其随入射光频率的增大而增大 3 大于极限频率的光照射金属时 光电流强度 反映单位时间内发射出的光电子数的多少 与入射光强度成正比 4 金属受到光照 光电子的发射一般不超过10 9s 4 对光电效应规律的解释 应用提示 1 光电子也是电子 光子的本质是光 注意两者的区别 2 光电效应方程研究的对象是从金属表面逸出的光电子 其列式依据为能量的转化和守恒定律 5 用光电管研究光电效应 1 常见电路 如图14 1 1所示 2 两条线索 通过频率分析 光子频率高 光子能量大 产生光电子的最大初动能大 通过光的强度分析 入射光强度大 光子数目多 产生的光电子多 光电流大 3 常见概念辨析 2010 江苏高考 研究光电效应的电路如图14 1 2所示 用频率相同 强度不同的光分别照射密封真空管的钠极板 阴极k 钠极板发射出的光电子被阳极a吸收 在电路中形成光电流 下列光电流i与a k之间的电压uak的关系图象中 正确的是 自主解答 虽然入射光强度不同 但光的频率相同 所以截止电压相同 又因当入射光强时 单位时间逸出的光电子多 饱和光电流大 所以选c 答案 c 2010 四川高考 用波长为2 0 10 7m的紫外线照射钨的表面 释放出来的光电子中最大的动能是4 7 10 19j 由此可知 钨的极限频率是 普朗克常量h 6 63 10 34j s 光速c 3 0 108m s 结果取两位有效数字 a 5 5 1014hzb 7 9 1014hzc 9 8 1014hzd 1 2 1015hz 答案 b 1 卢瑟福的 粒子散射实验装置 如图14 1 3所示 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14 1 4所示 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 汤姆孙模型不能解释 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 4 绝大多数 粒子在穿过厚厚的金原子层而运动方向没有明显变化 说明原子中绝大部分是空的 原子的质量 电量都集中在体积很小的核上 标准解答 1 粒子散射实验发现了原子内存在一个集中了全部正电荷和几乎全部质量的核 数年后卢瑟福发现核内有质子并预测核内存在中子 所以c对 a b错 玻尔发现了电子轨道量子化 d错 答案 1 c 2 2 7 10 14m 3 玻尔理论 1 定态 原子只能处于一系列不连续的能量状态中 在这些能量状态中原子是稳定的 电子虽然绕核运动 但并不向外辐射能量 2 跃迁 原子从一种定态跃迁到另一种定态时 它辐射或吸收一定频率的光子 光子的能量由这两个定态的能量差决定 即h em en h是普朗克常量h 6 63 10 34j s 3 轨道 原子的不同能量状态跟电子在不同的圆周轨道绕核运动相对应 原子的定态是不连续的 因此电子的可能轨道也是不连续的 4 氢原子能级公式 1 氢原子的能级图 如图14 1 5所示 能级图中的横线表示氢原子可能的能量状态 定态 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 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 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 h em en 2010 重庆高考 氢原子部分能级的示意图如图14 1 6所示 不同色光的光子能量如下表所示 处于某激发态的氢原子 发射的光的谱线在可见光范围内仅有2条 其颜色分别为a 红 蓝 靛b 黄 绿c 红 紫d 蓝 靛 紫 自主解答 先分别计算能级差 由n 2向n 1跃迁时 e21 e2 e1 10 2ev由n 3向n 1跃迁时 e31 e3 e1 12 09ev由n 3向n 2跃迁时 e32 e3 e2 1 89ev由n 4向n 3跃迁时 e43 e4 e3 0 66ev由n 4向n 2跃迁时 e42 e4 e2 2 55ev由于发光时光子的能量等于原子能级差 根据以上数据的变化规律知 有两个能量分别为1 89ev和2 55ev的光子属于可见光 并且属于红光和蓝 靛的范围 故选a 答案 a 与氢原子能级有关的能量转化问题 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 那么电子的电势能增加了多少 静电力常量k 9 0 109n m2 c2 答案 1 13 6ev3 4ev 2 20 4ev 1 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 解析 氢原子的核外电子离原子核越远 氢原子的能量 包括动能和势能 越大 当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 原子的能量减少 氢原子要放出一定频率的光子 显然 选项b d正确 答案 bd 2 关于原子结构的认识历程 下列说法正确的有 a 汤姆孙发现电子后猜想出原子内的正电荷集中在很小的核内b 粒子散射实验中少数 粒子发生了较大偏转是卢瑟福猜想原子核式结构模型的主要依据c 对原子光谱的研究开辟了深入探索原子结构的道路d 玻尔原子理论无法解释较复杂原子的光谱现象 说明玻尔提出的原子定态概念是错误的 解析 汤姆孙发现电子后猜想原子是枣糕式结构模型 即正电荷均匀地分布在原子内 电子就像枣糕一样镶嵌在原子内 a错误 粒子散射实验结果是卢瑟福建立原子核式结构模型的依据 b正确 对原子光谱的研究 使人们认识了原子结构的特点 c正确 玻尔原子理论只能解释氢原子光谱 不能解释复杂的原子光谱 只能说明玻尔理论的局限性 它在一定范围内是正确的 d错误 答案 bc 3 如图13 2 10所示为氢原子的能级示意图 一群氢原子处于n 3的激发态 原子在向较低能级跃迁的过程中向外发出光子 若用这些光照射逸出功为2 49ev的金属钠 则下列说法正确的是 a 这群氢原子能发出三种频率不同的光 其中从n 3跃迁到n 2所发出的光波长最短b 这群氢原子能发出两种频率不同的光 其中从n 3跃迁到n 1激发的光频率最高c 金属钠表面所发出的光电子的初动能最大值为11 09evd 金属钠表面所发出的光电子的初动能最大值为9 60ev 答案 d 答案 3 4ev10 2ev小于 5 如图14 1 10所示为氢原子最低的四个能级 当氢原子在这些能级间跃迁时 1 有可能放出 种能量的光子 2 在哪两个能级间跃迁时 所放出光子波长最长 波长是多少 答案 1 6 2 第4能级向第3能级跃迁1 88 10 6m 答案 1 1 09 10 6m 2 3 108m s2 75 1014hz 7 原子可以从原子间的碰