2023届一轮复习新人教版 第十五章第1讲　原子结构和波粒二象性 学案

第十五章

r原子结构和波粒二象性原子核

细研考题•明晰考什么提炼规律•忖测怎么考

高考命题1.命题难度:原子结构与波粒二象性、原子核

考查点

年份轨迹的相关内容题目命题点较为单一，多以选择

全国对半衰题的形式出现,难度较为基础。

甲卷期的理2.命题频率:从内容来看,原子结构与波粒二

T17(6解和应象性在近几年高考命题中考查频率不高,对

分）用于光电效应、氢原子的能级结构、核反应方

全国对光子程的书写、核能的计算问题的命题比较频繁。

乙卷的能量从整体命题趋势上看,常考类型有:①光电效

T17(6E=hV应现象与光电效应方程的应用;②原子核式

分）的考查结构;③氢原子光谱规律、能级跃迁;④核衰

2022

山东对半衰变与核反应方程；⑤核能与爱因斯坦质能方

卷期的理程。

Tl(3解和应3.命题情境:对于光电效应、能级跃迁、原子

分）用结构等考查知识点单一,但也可能会结合电

广东提供按场、动量等知识考查综合性问题。天然放射

卷能量排现象、半衰期、核反应和核能等知识点是主

T5(4列的电要命题点,命题往往灵活多变,且常与最新时

分）磁波事和科技前沿相结合,联系医用放射性核素、

谱,考霓虹灯、窗管、光谱仪、原子钟、威耳逊云

查吸收室、射线测厚仪、原子弹、反应堆与核电站、

的光子太阳、氢弹、环流器装置等考查对知识的理

能量解和应用能力。

考查原4.模型图示

湖南子结构红外线紫外线χm

-1IIII-

025

卷和微观10^'IO10'IOIO

Tl(4粒子波

分）粒二象

性

考查光

电效应

方程，

河北以及对

卷遏止电

T4(4压UC与

分）入射光

频率V

图线的

理解

全国衰变次

2021

甲卷数的计

T17（6算

分）

全国对半衰

乙卷期的理

T17（6解和应

分）用

对衰变

的实

质、衰

山东变方程

卷的书

Tl（3写、半

分）衰期和

质量亏

损的理

解

衰变方

广东程的书

卷写、对

Tl（4半衰期

分）的理解

和应用

衰变方

福建

程的书

卷

写及对

T9（4

半衰期

分）

的理解

对半衰

湖南期的理

卷解、射

Tl(4线的危

分）害与防

护

河北

衰变、

卷

半衰期

Tl（4

的理解

分）

第1讲原子结构和波粒二象性

梳理必备知识回归教材

［填一填］回顾基础

一、光电效应

1.光电效应的定义

照射到金属表面的光,能使金属中的电子从表面逸出。这个现象称为

光电效应,这种电子常称为光电子。

2.光电效应的实验规律

(1)存在截止频率。

①当入射光的频率减小到某一数值VC时,光电流消失,VC称为截止频

率或极限频率。

②当入射光的频率低王截止频率时不发生光电效应。

③不同金属的截止频率丕回,截止频率与金属自身的性质有关。

(2)存在饱和电流。

①在一定的光照条件下,单位时间内发射的光电子的数目是二⅛的，

电压增加到一定值时一,光电流达到饱和。

②在光的频率不变的情况下,入射光越强,单位时间内发射的光电子

数越差,饱和电流越大。

(3)存在遏止电压。

①使光电流减小到O的反向电压UC称为遏止电压。

②光电子的初速度上限Vc与遏止电压的关系为呆％2=吗。

③同一种金属对于一定频率的光,遏止电压都是一样的。光的频率V

改变时,遏止电压Uc也会改变。

④对于同一种金属，光电子的能量只与入射光的频率有关,而与入射

光的强弱无关。

(4)光电效应具有瞬时性。

当频率超过截止频率VC时,无论入射光怎样微弱，照到金属时会立即

产生光电流。光电效应几乎是睡±发生的。

3.爱因斯坦的光电效应理论

⑴逸出功:要使电子脱离某种金属，需要外界对它做功,做功的量小

值叫作这种金属的逸出功,用Wt)表示。

⑵光子说:光本身就是由一个个不可分割的能量壬组成的,频率为V

的光的能量子为止,其中，h为普朗克常量。这些能量子称为光子。

(3)爱因斯坦光电效应方程

①内容:当光子照到金属上时',它的能量可以被金属中的某个电子全

部吸收,金属中的电子吸收一个光子获得的能量是hɪ,在这些能量中,

一部分大小为迤的能量被电子用来脱离金属,剩下的是逸出后电子的

初动能。

2

②表达式:E∣i=hV-Wo,式中Ek为光电子的最大初动能,Ek=∣m1,vco

③遏止电压与光子频率、金属逸出功的关系:必/V-%。

e---e

二、光的波粒二象性与物质波

1.光的波粒二象性

⑴光的干涉、衍射、偏振现象证明光具有波动性。

(2)光电效应说明光具有粒壬性。

⑶光既具有波动性,又具有粒子性,称为光的波粒二象性。

2.物质波

(1)物质波：实物粒子也具有波动性，即每一个运动的粒子都与一个对

应的波相联系。粒子的能量ɛ和动量P跟它所对应的波的频率V和波

长λ之间,遵从的关系是V=£λ上,这种与实物粒子相联系的波后来

hp

被称为德布罗意波,也叫作物质波。

⑵物质波的实验验证。

①电子束衍射的实验。

②电子德布罗意波的干涉现象。

⑶德布罗意提出物质波的观念被实验证实,表明电子、质子、原子等

粒子不但具有粒子的性质，而且具有波动的性质。它们和光一样,也具

有波粒二象性。

四、原子的核式结构模型

1.电子的发现:英国物理学家汤姆孙发现了电子。

2.α粒子散射实验

⑴装置:1909〜1911年,英国物理学家卢瑟逼和他的助手进行了用ɑ

粒子轰击金箔的实验,实验装置如图所示。

日阳第⅜Λ

α粒子散射的实验装置示意图

⑵现象:实验发现绝大多数a粒子穿过金箔后基本上仍沿原来方向

前进,但有少数a粒子发生了大鱼度偏转,偏转的角度甚至大于90°,

也就是说它们几乎被“撞”了回来。（如图所示）

核

3.卢瑟福原子核式结构模型

原子中带正电部分的体积很小,但几乎占有全部质量,电子在正电体

的外面运动。正电体的尺度是很小的,称为原子核。卢瑟福的原子模

型因而称为核式结构模型。

四、氢原子光谱

1.光谱:用光栅或棱镜可以把各种颜色的光按波长展开,获得光的波

员（频率）和强度分布的记录，即光谱。

2.光谱分类

_______,r∣连续谱

L「发射光谱-

n光.L线状谱］-------------

谱-------------------原子的特征谱线

Illμ

~~U吸收光谱I----------------------

3.氢原子光谱的实验规律：巴耳末系是氢光谱在可见光区的谱线,其

7

波长公式抨8（套.）（n=3,4,5,…,%是里德伯常量,R=l.10×10m^*）o

4.光谱分析:利用每种原子都有自己的特征造线可以用来鉴别物质和

确定物质的组成成分,且灵敏度很高。在发现和鉴别化学元素上有着

重大的意义。

五、玻尔的原子模型

1.玻尔原子模型的基本假设

轨电子只能在赞定轨道上运动，原子的能量也只能取一系列特定

道的值。这些量子化的能量值叫作能级。原子中这些具有确定能

量量的稳定状态,称为定态。能量最低的状态叫作基态,其他的状

子态叫作激发态

化

与

定

态

当电子从能量较高的定态轨道（其能量记为En）跃迁到能量较低

频的定态轨道（能量记为Em,m<n）时,会放出能量为hV的光子（h是

率普朗克常量），这个光子的能量由前后两个能级的能量差决定，

条即hV=En-Em,这个式子称为频率条件,又称辐射条件。反之，当

件电子吸收光子时会从能量较低的定态轨道跃迁到能量较高的定

态轨道,吸收的光子的能量同样由频率条件决定

2.氢原子的能量和能级跃迁

⑴氢原子的能级图：如图所示。

巴耳

n赖曼系末系帕邢系布喇开系EZeV

5O

4激

3

-1.51-发

态

-3.4」

1-13.6基态

氢原子能级图

（2）能级和半径公式

①能级公式:Ek*E∣（n=l,2,3,…），其中El为基态能量,其数值为

E,=-13.6eVO

②半径公式=rn=nki（n=l,2,3,…），其中n为基态轨道半径,其数值为

10

rl=0.53X10m0

［做一做］情境自测

1.正误辨析

⑴光子和光电子都是实物粒子。（×）

⑵光电子的最大初动能与入射光子的频率成正比。（×）

⑶原子中绝大部分是空的，原子核很小。（√）

（4）氢原子光谱是由一条一条亮线组成的。（√）

（5）光的频率越高,光的粒子性越明显,但仍具有波动性。（√）

（6）处于基态的氢原子可以吸收能量为11eV的光子而跃迁到高能级。

（X）

2.光电效应是一个非常神奇的现象，由德国物理学家赫兹于1887年

在研究电磁波的实验中偶然发现。下列关于光电效应的叙述,正确的

是（D）

A.遏止电压只与入射光频率有关,与金属种类无关

B.单一频率的光照射金属表面发生光电效应时一,所有光电子的速度一

定相同

C.入射光频率越大,饱和光电流越大

D.若红光照射到金属表面能发生光电效应,则紫光照射到该金属表面

上也一定能发生光电效应

解析:根据动能定理和光电效应方程有eUc=Ekm=hV-W。，由上式可知遏

止电压UC和入射光频率以及金属的逸出功（由金属种类决定）均有关,

故A错误;单一频率的光照射金属表面发生光电效应时；光电子从金

属表面逸出时不仅要克服金属的束缚做功,还有可能受到某些其他外

界因素影响而损失能量,所以光电子的速度不一定相同，故B错误;饱

和光电流与入射光强度有关,入射光强度越大,饱和光电流越大,而与

入射光频率无关,故C错误;紫光的频率比红光的频率大,若红光照射

到金属表面能发生光电效应，则紫光照射到该金属表面上也一定能发

生光电效应,故D正确。

3.如图为氢原子的能级图。现有两束光,a光由图中跃迁①辐射的光

子组成,b光由图中跃迁②辐射的光子组成，已知a光照射X金属时刚

好能发生光电效应。则下列说法正确的是（B）

n

8EleV

5一

4三-0.54

3-0.85

①-1.51

2

一-3.4

②

1------------ɪ------13.6

A.a光的波长小于b光的波长

B.X金属的逸出功为2.86eV

C.氢原子发生跃迁①后,原子的能量将减小3.4eV

D.用b光照射X金属,逸出的光电子的最大初动能为10.2eV

解析：由题图可知，跃迁①辐射的光子的能量为Ea=E5-E2=2.86eV,跃

迁②辐射的光子的能量为Eb=E2-E1=IO.2eV,由上述分析可知,b光的

能量大于a光,则a光的频率小于b光的频率，则a光的波长大于b光

的波长,故A错误；已知a光照射X金属时刚好能发生光电效应,根据

光电效应方程Ek=hV-W。可知,X金属的逸出功为W0=2.86eV,故B正确;

氢原子发生跃迁①后,原子的能量将减小2.86eV,故C错误;用b光

照射X金属，由光电效应方程Ek=hV-W。可得,逸出的光电子的最大初

动能为Ekm=Eb-W0=7.34eV,故D错误。

提升关键能力突破考点

考点一光电效应的规律及应用

［想-想］提炼核心

L光电效应的分析思路

⑴通过频率分析。

光子光子产生光电子的

频率高能量大f最大初动能大

⑵通过光的强度分析。

光

单位时间照到单位时间

人射光电

金属表面的光产生的光流

强度大大

子数目多电子多

2.光电效应图像

图像名称图线形状获取信息

(1)截止频率(极限频率)VC：图

线与V轴交点的横坐标。

最大初动能Ek氏I

(2)逸出功W0:图线与Ek轴交点的

与入射光频率

纵坐标的绝对值W0=I-El=Eo

V的关系图线

(3)普朗克常量h:图线的斜率

k=h

(1)截止频率Vc：图线与横轴的

交点的横坐标。

(2)遏止电压U:随入射光频率的

遏止电压UC与IZ

增大而增大。

入射光频率V

(3)普朗克常量h:等于图线的斜

0vV

的关系图线c

率与电子电荷量的乘积，即

h=ke(注:此时两极之间接反向电

压)

颜色相同、强度(1)遏止电压U：图线与横轴的交

不同的光,光电ʃ一强光(黄)点的横坐标。

J斤=弱光(黄)

流与电压的关UjJU(2)饱和电流：电流的最大值。

系(3)最大初动能:Ek=eUc

⑴遏止电压L、Uc2O

颜色不同时,光

/匕一黄光

/二^蓝光(2)饱和电流。

电流与电压的

Nfc⅛~U(3)最大初动能E=eU,

Uciklcl

关系

Ek2=eUc2

3.定量分析时应抓住三个关系式

(1)爱因斯坦光电效应方程Ek=hV-W0o

(2)最大初动能与遏止电压的关系:Eli=eUc°

⑶逸出功与截止频率的关系:W°=hVco

［议一议］深化思维

请辨析以下五组概念有何区别。

(1)“光子”与“光电子”。

(2)“光电子的动能”与“光电子的最大初动能”。

(3)“光电流”与“饱和光电流”。

(4)”入射光的强度”与“光子能量”。

(5)“光的强度”与“饱和光电流”。

提示：(1)光子与光电子:光子指光在空间传播时的每一份能量,光子

不带电;光电子是金属表面受到光照射时发射出来的电子,其本质是

电子。光子是因，光电子是果。

⑵光电子的动能与光电子的最大初动能：只有金属表面的电子直接

向外飞出时，只需克服原子核的引力做功的情况,才具有最大初动能。

⑶光电流和饱和光电流:金属板飞出的光电子到达阳极，回路中便产

生光电流,随着所加正向电压的增大,光电流趋于一个饱和值,这个饱

和值是饱和光电流,在一定的光照条件下,饱和光电流与所加电压大

小无关。

(4)入射光强度与光子能量:入射光强度指单位时间内照射到金属表

面单位面积上的总能量,而光子能量E=hV。

⑸光的强度与饱和光电流:频率相同的光照射金属产生光电效应,入

射光越强,饱和光电流越大,但不是简单的正比关系。

［悟一悟］典题例练

［例1］［光电效应的规律］(2023•广东广州模拟)用如图所示的装

置研究光电效应现象，闭合开关当用光子能量为2.5eV的光照射到光

电管上时一，电流表G的读数为0.2mAo移动滑动变阻器的滑片C,当电

压表的示数大于或等于0.7V时-，电流表读数为Oo贝IJ（A）

A.光电管阴极的逸出功为1.8eV

B.开关S断开后,没有电流流过电流表G

C.光电子的最大初动能为1.8eV

D.改用能量为1.5eV的光子照射，电流表G也有电流,但电流较小

解析：由题图可知,光电管两端所加的电压为反向电压，由电压表的示

数大于或等于0.7V时，电流表示数为0,可知光电子的最大初动能为

0.7eV,根据光电效应方程Ek=hV-W0,可得Wo=I.8eV,A正确,C错误;

开关S断开后,无反向电压,用光子能量为2.5eV的光照射到光电管

上时依然能发生光电效应,有光电子逸出，则有电流流过电流表,B错

误;改用能量为1.5eV的光子照射，由于光子的能量小于逸出功,不能

发生光电效应,无光电流,D错误。

［例2］［光电效应的图像］（2022・河北卷,4）如图是密立根于1916

年发表的钠金属光电效应的遏止电压UC与入射光频率V的实验曲线，

该实验直接证明了爱因斯坦光电效应方程,并且第一次利用光电效应

实验测定了普朗克常量h。由图像可知（A）

A.钠的逸出功为hV,

B.钠的截止频率为8.5×IO'4Hz

C.图中直线的斜率为普朗克常量h

D.遏止电压UC与入射光频率V成正比

解析:根据遏止电压与最大初动能的关系有eUc=Etelχ,根据光电效应

方程有EkMhV-W0,结合题图像可知,当UC为0时,解得W0=hVSA正确;

钠的截止频率为V0,根据图像可知,截止频率小于8.5×IO14Hz,B错

误;结合遏止电压与光电效应方程可解得九/V可知题图中直线

ee

的斜率表示之C错误;根据遏止电压与入射光的频率关系式可知,遏止

e

电压Uc与入射光频率V呈线性关系，不是成正比,D错误。

考点二光的波粒二象性物质波

［想一想］提炼核心

1.光的波粒二象性

实验

项目表现说明

基础

(1)光是一种概率波，即光(1)光的波动性是光子

子在空间各点出现的可能本身的一种属性,不是

光的

干涉性大小(概率)可用波动规光子之间相互作用产生

波动

和衍射律来描述。的。

性

(2)大量的光子在传播时，(2)光的波动性不同于

表现出波的性质宏观观念的波

(1)当光与物质发生作用

时,这种作用是“一份一(1)粒子的含义是“不连

光的光电效

份”进行的,表现出粒子的续“''一份一份”的。

粒子应、康普

性质。(2)光子不同于宏观观

性顿效应

(2)少量或个别光子清楚念的粒子

地显示出光的粒子性

波动(1)大量光子易显示出波(1)光子说并未否定波

性和动性,而少量光子易显示动说,E=hV=hy中，V

粒子出粒子性。和人就是波的概念。

性的(2)波长长(频率低)的光(2)波和粒子在宏观世

对立、波动性强,而波长短(频率界是不能统一的,而在

统一高)的光粒子性强微观世界却是统一的

2.物质波

⑴物质波的波长：入上=2L,h是普朗克常量。

pmv

⑵德布罗意波也是概率波,衍射图样中的亮纹是电子落点概率大的

地方,但概率的大小受波动规律的支配。

［悟一悟］典题例练

［例3］［光的波动性］（2022•山东枣庄模拟）某实验小组用完全相同

的双缝干涉实验装置进行实验,仅换用频率不同的单色光a、b得到的

干涉图样分别如图甲、乙所示。下列说法正确的是（B）

IIIIIIIIII■III

甲乙

A.a光更容易发生明显的衍射现象

B.a光子的能量大于b光子的能量

C.从同一种介质射入空气发生全反射时,a光的临界角大于b光的临

界角

D.对于同一金属,a光的遏止电压小于b光的遏止电压

解析:根据△XWλ得,a光的条纹间距小于b光,所以a光的波长小于

b光的波长,故b光更容易发生明显的衍射现象,A错误;根据C=λV

知,a光的频率大于b光的频率,根据E=hV,可知a光的光子能量较

大，B正确;对同一种介质，频率越大的光折射率越大，根据sinCW

知,a光的临界角小于b光的临界角，C错误;根据光电效应规律hV

T°=Ek=eUc,知a光的遏止电压大于b光的遏止电压,D错误。

［例4］［光的粒子性］（2022•全国乙卷，17）一点光源以113W的功

率向周围所有方向均匀地辐射波长约为6义1（Γm的光,在离点光源距

离为R处每秒垂直通过每平方米的光子数为3X1ObI个。普朗克常量

为h=6.63X1（）34J.s。R约为（B）

A.IXlO2mB.3×IO2m

C.6×IO2mD.9×IO2m

解析:根据题述,点光源向所有方向均匀辐射，即距离点光源为R的球

面上单位时间所接收的光的能量等于点光源单位时间所辐射的光的

能量。点光源辐射功率P=4πR2×nE,其中Eo=与,联立解得R=3×102

0A

m,B正确。

考点三原子的核式结构

［想一想］提炼核心

1.α粒子散射实验的意义

卢瑟福通过α粒子散射实验,否定了汤姆孙的原子模型,建立了核式

结构模型。

2.原子核的电荷与尺度

［悟一悟］典题例练

［例5］［α粒子散射实验的现象分析］（2022•重庆北硝区模拟）如图

所示是ɑ粒子散射实验装置的示意图。从ɑ粒子源发射的α粒子射向

金箔,利用观测装置观测发现,绝大多数ɑ粒子穿过金箔后,基本上仍

沿原来的方向前进,但有少数α粒子（约占八千分之一）发生了大角度

偏转,极少数偏转的角度甚至大于90°。下列说法正确的是（D）

A.ɑ粒子是从放射性物质中发射出来的快速运动的质子流

B.实验结果说明原子中的正电荷弥漫性地均匀分布在原子内

C.a粒子发生大角度偏转是金箔中的电子对a粒子的作用引起的

D.a粒子发生大角度偏转是带正电的原子核对a粒子的斥力引起的

解析：ɑ粒子是从放射性物质中发射出来的氮核,A错误;若原子中的

正电荷弥漫性地均匀分布在原子内，ɑ粒子穿过原子时受到的各方向

正电荷的斥力基本上会相互平衡,对ɑ粒子运动的影响不会很大,不

会出现大角度偏转的实验结果,B错误；电子对a粒子速度的大小和方

向的影响可以忽略,C错误;原子核带正电,体积很小,但几乎占有原子

的全部质量，电子在核外运动，当ɑ粒子进入原子区域后，大部分离原

子核很远,受到的库仑斥力很小,运动方向几乎不变，只有极少数a粒

子在穿过时离原子核很近，因此受到很强的库仑斥力，发生大角度散

射,D正确。

［例6］［对原子核式结构模型的理解］（2022•福建莆田模拟）根据Q

粒子散射实验,卢瑟福提出了原子的核式结构模型。如图所示是ɑ粒

子散射实验的图景，图中实线表示ɑ粒子的运动轨迹。下列说法正确

的是（A）

1

A.轨迹3是正确的

B.轨迹2是正确的

C.少部分的ɑ粒子穿过金箔后仍沿原方向前进

D.α粒子在轨迹3的电势能先减小后增大

解析:在α粒子散射实验结果中，绝大多数α粒子穿过金箔后仍沿原

来方向前进,极少数发生超过90°的大角度偏转,越靠近原子核,轨迹

偏转越大,而题图中轨迹2的偏转程度超过轨迹3,故轨迹2错误,轨

迹3正确;在轨迹3,原子核对α粒子先做负功再做正功,所以a粒子

电势能先增大后减小,A正确,B、C、D错误。

考点四氢原子能级及原子跃迁

［想一想］提炼核心

1.两类能级跃迁

(1)自发跃迁:高能级一低能级,释放能量,发射光子。

光子的频率V=浮三%。

(2)受激跃迁:低能级一高能级,吸收能量。

吸收光子的能量必须恰好等于能级差hv=ΔEo

2.光谱线条数的确定方法

(1)一个氢原子跃迁可能发出的光谱线条数最多为n-l。

n(n-l)

⑵一群氢原子跃迁可能发出的光谱线条数N=C公

2

3.电离

⑴电离态：n=8,E=Oo

⑵电离能:指原子从基态或某一激发态跃迁到电离态所需要吸收的

最小能量。

例如：氢原子从基态一电离态

Ew=O-(-13.6eV)=13.6eV。

(3)若吸收能量足够大,克服电离能后,获得自由的电子还具有动能。

［悟一悟］典题例练

［例7］［对玻尔理论的理解］(2022・广东卷,5)目前科学家已经能够

制备出能量量子数n较大的氢原子。氢原子第n能级的能量为En=⅞,

其中&=-13.6eVo如图是按能量排列的电磁波谱,要使n=20的氢原

子吸收一个光子后,恰好失去一个电子变成氢离子,被吸收的光子是

(A)

可

红外线1紫外线X射线

TΓJJ~~,τ~

IO210^lIO010'IO2IO5

能量(eV)

A.红外线波段的光子

B.可见光波段的光子

C.紫外线波段的光子

D∙X射线波段的光子

解析:n=20的氢原子能量为034eV,该氢原子的电离能为

E2O=⅛=-O.

0.034eVo吸收一个光子,恰好失去一个电子变成氢离子，由题图所示

按能量排列的电磁波谱可知,被吸收的光子是红外线波段的光子。

［例8］［能级跃迁与光子种类数的确定］（2022•湖北恩施模拟）（多

选）如图甲所示为我国自主研制的北斗导航系统中采用的星载氢原子

钟,其计时精度将比星载锄原子钟高一个数量级,原子钟是利用“原子

跃迁”的频率来计时的，这个频率很高且极其稳定,所以它的计时精度

也非常高，图乙为氢原子的能级图。下列说法正确的是（ACD）

EleV

O

-0.54

-0.85

-1.51

-3.4

1---------------------------13.6

甲乙

A.欲使处于n=2能级的氢原子被电离,可用单个光子能量为4eV的光

照射该氢原子

B.用能量为12.5eV的电子轰击处于基态的氢原子,一定不能使氢原

子发生能级跃迁

C.一群处于n=3能级的氢原子向低能级跃迁时,辐射的光能使逸出功

为2eV的钾发生光电效应

D.一群处于n=4能级的氢原子向低能级跃迁时,最多产生6种频率的

光

解析:处于n=2能级的氢原子的能量为-3.4eV,要是其电离,至少需

要吸收3.4eV的能量,因此,只要入射光的光子的能量大于3.4eV,

就能使该氢原子吸收光子被激发而电离,故A正确;用能量为12.5eV

的电子轰击处于基态的氢原子,氢原子可以吸收部分电子能量,从而

跃迁到n=3或者n=2能级,故B错误;处于n=3能级的氢原子向基态跃

迁时,辐射出的光子的能量分别为12.09eV、10.2eV,1.89eV,其中

12.09eV、10.2eV大于钾的逸出功2eV,从而能使钾发生光电效应,

故C正确;一群处于n=4能级的氢原子向低能级跃迁时最多产生光的

种类为C%号=6,即6种频率的光,故D正确。

r方法点拨

⑴若是在光子的激发下引起原子跃迁,则要求光子的能量必须等于

原子的某两个能级差:原子从低能级向高能级跃迁要吸收一定能量的

光子，当一个光子的能量满足hV=E末-E初时,才能被某一个原子吸收,

使原子从低能级E初向高能级E末跃迁,而当光子能量hV大于或小于

（E末-E初）时都不能被原子吸收。而当光子能量大于该能级电离所需能

量时，电子会脱离原子并具有一定的动能。

（2）若是在电子的碰撞下引起的跃迁,则要求电子的能量必须大于或

等于原子的某两个能级差。原子还可以吸收外来实物粒子（例如自由

电子）的能量而被激发。由于实物粒子的动能可全部或部分地被原子

吸收,所以只要入射粒子的能量大于或等于两能级的能量差值

（E=Em-En）,即可使原子发生能级跃迁。

训练学科素养限时巩-----

L基础题组夯基

1.（2022•广东广州模拟）普朗克在1900年将“能量子”引入物理学,

开创了物理学的新纪元。在下列宏观概念中，具有“量子化”特征的

是（A）

A.人的个数B.物体所受的重力

c∙物体的动能D.物体的长度

解析：“量子化”的特征是物理量只能以确定的大小一份一份地进行

变化,不能连续变化。物体所受的重力、物体的动能及长度均是可以

连续变化的,但人的个数不可以，故选Ao

2.（2022・湖南卷，1）关于原子结构和微观粒子波粒二象性,下列说法

正确的是（C）

A.卢瑟福的核式结构模型解释了原子光谱的分立特征

B.玻尔的原子理论完全揭示了微观粒子运动的规律

C.光电效应揭示了光的粒子性

D.电子束穿过铝箔后的衍射图样揭示了电子的粒子性

解析:卢瑟福的核式结构模型解释的是ɑ粒子散射实验现象,选项A

错误;玻尔原子理论只解释了氢原子光谱分立特征,但无法解释其他

原子如氮的原子光谱,选项B错误;光电效应说明光具有能量,具有粒

子性,选项C正确；电子束穿过铝箔后的衍射图样说明电子的波动性,

选项D错误。

3.（2022・广东广州三模）爱因斯坦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年的诺贝尔物理学奖。某种金属逸出光

电子的最大初动能Ekm与入射光频率V的关系如图所示,其中V。为截

止频率。从图中可以确定的是（D）

A.逸出功与V有关

B.EkW与入射光强度成正比

C.V<V。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:金属的逸出功是由金属自身决定的，与V无关,故A错误;根据

Ekra=hV-W0可知，Ekra与入射光强度无关，与入射光频率V有关，且

Ekm-v图像的斜率为普朗克常量h,故B错误,D正确；V<V。时,不会发

生光电效应,不会逸出光电子,故C错误。

4.（多选）如图所示是电子衍射实验装置的简化图，下列说法正确的是

（ABD）

A.亮条纹是电子到达概率大的地方

B.该实验说明物质波理论是正确的

C.该实验再次说明光子具有波动性

D.该实验说明实物粒子具有波动性

解析:亮条纹是电子到达概率大的地方,该实验说明物质波理论是正

确的及实物粒子具有波动性,该实验不能说明光子具有波动性,故选A、

B、Do

5.（2022・广东湛江模拟）如图是氢原子能级图，从n=3、4、5、6能级

跃迁到∏=2能级时辐射的四条光谱线中，频率从大到小排第三位的是

B)

A.HαB.HβC.HyD.Hδ

解析：由题图可知,从∏=4能级跃迁到n=2能级时辐射的谱线（即HfS）

能量从大到小排第三位，因此频率排第三位,故选Bo

6.（2022•浙江绍兴二模）“激光武器”是用高能的激光对远距离的目

标进行精确射击或用于防御导弹等的武器,它的优点是速度快、射束

直、射击精度高、抗电磁干扰能力强。某激光器能发射波长为人的激

光,发射功率为P,c表示光速,h为普朗克常量,则激光器每分钟发射

的光子数量为（A）

A60λPɪɔhercλPtλλhP

A.---D.—：~~C.D.

he60λPhc

解析：每个光子能量为E=h^,设每秒激光器发出的光子数是n,则

P=n号得n=5则每分钟发射的光子数量为n,=60n=嘿,故选Ao

7.（2022-江西宜春模拟）某探究小组的同学在研究光电效应现象时，

利用a、b、c三束光照射同一光电管时所得到的光电流I与光电管两

端所加电压U的关系如图所示。已知a、b两条图线与横轴的交点重

合,下列说法正确的是（C）

上

A.c光的频率最小

B.a光频率比b光大

C.若三种光均能使某金属发生光电效应,则C光照射时逸出光电子的

最大初动能最大

D.照射同一种金属时一,若C光能发生光电效应,则a光也一定能发生光

电效应

解析：由题图像可知,光电流为零时,遏止电压的大小关系为Ua=Ub<Uc,

根据eU=Ekm=hv-W可知,三种光的频率大小关系为V=Vb<Vc,c光照

射时逸出光电子的最大初动能最大,故A、B错误,C正确;C光频率大

于a光频率,c光能发生光电效应,a光不一定能发生光电效应，故D

错误。

,创新题组提能

8.（2022・广东中山模拟）（多选）氮原子被电离一个核外电子,形成类

氢结构的氮离子Het,其能级图如图所示。可见光的光子能量范围为

1.62~3.11eV。下列说法正确的是（BD）

nE/eV

5.........................-2.2

4--------------------3.4

3--------------------6.0

2-------------------13.6

1-54.4

A.一个处在n=5能级的氮离子向低能级跃迁时,最多可产生2