高考物理一轮总复习 第二章 第1讲 原子结构氢原子光谱课件 新人教版选修35

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1、第二章 原子结构 原子核第1讲 原子结构 氢原子光谱知识点知识点 1 1 氢原子光谱氢原子光谱 1.1.光谱光谱用光栅或棱镜可以把光按波长展开，获得光的用光栅或棱镜可以把光按波长展开，获得光的_（频率）（频率）和强度分布的记录，即光谱。和强度分布的记录，即光谱。2.2.光谱分类光谱分类有些光谱是一条条的有些光谱是一条条的_，这样的光谱叫做线状谱。，这样的光谱叫做线状谱。有的光谱是连在一起的有的光谱是连在一起的_，这样的光谱叫做连续谱。，这样的光谱叫做连续谱。波长波长亮线亮线光带光带3.3.光谱分析光谱分析利用每种原子都有自己的利用每种原子都有自己的_可以用来鉴别物质和确定可以用来鉴别物质和确定

2、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。着重大的意义。 特征谱线特征谱线知识点知识点 2 2 氢原子的能级结构、能级公式氢原子的能级结构、能级公式 1.1.玻尔理论玻尔理论（1 1）定态：原子只能处于一系列）定态：原子只能处于一系列_的能量状态中，在这的能量状态中，在这些能量状态中原子是些能量状态中原子是_的，电子虽然绕核运动，但并不向的，电子虽然绕核运动，但并不向外辐射能量。外辐射能量。（2 2）跃迁：原子从一种定态跃迁到另一种定态时，它辐射或）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

3、，光子的能量由这两个定态的能量差决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，即定，即hh=_=_。（。（h h是普朗克常量，是普朗克常量，h=6.63h=6.631010-34-34 Js Js）不连续不连续稳定稳定E Em m-E-En n（3 3）轨道：原子的不同能量状态跟电子在不同的圆周轨道绕）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。原子的定态是核运动相对应。原子的定态是_，因此电子的可能轨，因此电子的可能轨道也是道也是_。不连续的不连续的不连续的不连续的2.2.能级能级原子量子化的原子量子化的_。3.3.基态和激发态基态和激发态原子能量最低的状态叫原

4、子能量最低的状态叫_，其他能量较高的状态叫，其他能量较高的状态叫_。4.4.氢原子的能级和轨道半径氢原子的能级和轨道半径（1 1）氢原子的能级公式：）氢原子的能级公式：E En n=_(n=1,2,3=_(n=1,2,3，），其中），其中E E1 1为基态能量，其数值为为基态能量，其数值为E E1 1=_=_。（2 2）氢原子的半径公式：）氢原子的半径公式：r rn n=_(n=1,2,3=_(n=1,2,3，），其中），其中r r1 1为基态半径，又称玻尔半径，其数值为为基态半径，又称玻尔半径，其数值为r r1 1=0.53=0.531010-10-10m m。能量值能量值基态基态激发态激发

5、态121En-13.6 eV-13.6 eVn n2 2r r1 15.5.氢原子的能级图氢原子的能级图能级图如图所示。能级图如图所示。知识点知识点 3 3 光电效应光电效应 1.1.定义定义光照射到金属表面时，能使金属中的光照射到金属表面时，能使金属中的_从表面逸出的现象。从表面逸出的现象。2.2.光电子光电子_中发射出来的电子。中发射出来的电子。3.3.光电效应规律光电效应规律（1 1）每种金属都有一个极限频率，入射光的频率必须）每种金属都有一个极限频率，入射光的频率必须_这这个极限频率才能产生光电效应。低于这个频率的光不能产生光个极限频率才能产生光电效应。低于这个频率的光不能产生光电效应

6、。电效应。电子电子光电效应光电效应大于大于（2 2）光电子的最大初动能与入射光的）光电子的最大初动能与入射光的_无关，只随入射光无关，只随入射光频率的增大而频率的增大而_。（3 3）光电效应的发生）光电效应的发生_的，一般不超过的，一般不超过1010-9-9 s s。（4 4）当入射光的频率大于极限频率时，饱和光电流的强度与）当入射光的频率大于极限频率时，饱和光电流的强度与入射光的强度成入射光的强度成_。 强度强度增大增大几乎是瞬时几乎是瞬时正比正比知识点知识点 4 4 爱因斯坦光电效应方程爱因斯坦光电效应方程 1.1.光子说光子说在空间传播的光是不连续的，而是一份一份的，每一份叫做一在空间传

7、播的光是不连续的，而是一份一份的，每一份叫做一个光的能量子，简称光子，光子的能量个光的能量子，简称光子，光子的能量_。其中。其中h=6.63h=6.631010-34-34 Js Js。（称为普朗克常量）。（称为普朗克常量）2.2.逸出功逸出功W W0 0使电子脱离某种金属所做功的使电子脱离某种金属所做功的_。hh最小值最小值3.3.最大初动能最大初动能发生光电效应时，金属表面上的发生光电效应时，金属表面上的_吸收光子后克服原子核吸收光子后克服原子核的引力逸出时所具有的动能的最大值。的引力逸出时所具有的动能的最大值。4.4.爱因斯坦光电效应方程爱因斯坦光电效应方程（1 1）表达式：）表达式：E

8、 Ek k=h=h-_-_。（2 2）物理意义：金属表面的电子吸收一个光子获得的能量是）物理意义：金属表面的电子吸收一个光子获得的能量是hh，这些能量的一部分用来克服金属的，这些能量的一部分用来克服金属的_，剩下的表，剩下的表现为逸出后光电子的最大初动能现为逸出后光电子的最大初动能E Ek k_。电子电子W W0 0逸出功逸出功W W0 02ec1m v25.5.对光电效应规律的解释对光电效应规律的解释对应规律对应规律对规律的产生的解释对规律的产生的解释存在极限频率存在极限频率0 0电子从金属表面逸出，首先必须克服金属电子从金属表面逸出，首先必须克服金属原子核的引力做功原子核的引力做功W W0

9、 0，要使入射光子的能，要使入射光子的能量不小于量不小于W W0 0，对应的频率，对应的频率0 0=_,=_,即极限即极限频率频率光电子的最大光电子的最大初动能随着入初动能随着入射光频率的增射光频率的增大而增大，与大而增大，与入射光强度无入射光强度无关关电子吸收光子能量后，一部分克服阻碍作电子吸收光子能量后，一部分克服阻碍作用做功，剩余部分转化为光电子的初动能，用做功，剩余部分转化为光电子的初动能，只有直接从金属表面飞出的光电子才具有只有直接从金属表面飞出的光电子才具有最大初动能，对于确定的金属，最大初动能，对于确定的金属，W W0 0是一定是一定的，故光电子的最大初动能只随入射光的的，故光电

10、子的最大初动能只随入射光的频率增大而频率增大而_0Wh增大增大对应规律对应规律对规律的产生的解释对规律的产生的解释效应具有瞬时性效应具有瞬时性光照射金属时，电子吸收一个光子的能光照射金属时，电子吸收一个光子的能量后，动能立即增大，不需要量后，动能立即增大，不需要_的过程的过程光较强时光较强时饱和电流大饱和电流大光较强时，包含的光子数较多，照射金光较强时，包含的光子数较多，照射金属时产生的属时产生的_较多，因而饱和电流较多，因而饱和电流较大较大积累能量积累能量光电子光电子【思考辨析】【思考辨析】（1 1）大量原子发光的光谱是连续的，少量原子发光的光谱是）大量原子发光的光谱是连续的，少量原子发光的

11、光谱是不连续的。不连续的。( )( )（2 2）氢原子由能量为）氢原子由能量为E En n的定态向低能级跃迁时，氢原子辐射的定态向低能级跃迁时，氢原子辐射的光子能量为的光子能量为h=Eh=En n。( )( )(3)(3)氢原子吸收光子后，将从高能级向低能级跃迁。氢原子吸收光子后，将从高能级向低能级跃迁。( )( )(4)(4)原子的能量量子化的现象是指原子的能量状态是不连续原子的能量量子化的现象是指原子的能量状态是不连续的。的。( )( )（5 5）光电效应中的）光电效应中的“光光”指的是可见光。指的是可见光。( )( )（6 6）只要光照射的时间足够长，任何金属都能产生光电效）只要光照射的

12、时间足够长，任何金属都能产生光电效应。应。 ( )( )（7 7）入射光的强度相同，则入射光的频率一定相同。）入射光的强度相同，则入射光的频率一定相同。( )( )（8 8）从金属表面出来的光电子的最大初动能越大，这种金属）从金属表面出来的光电子的最大初动能越大，这种金属的逸出功越小。的逸出功越小。( )( )分析：分析：原子光谱是线状谱，光谱是一系列不连续的亮线，每条原子光谱是线状谱，光谱是一系列不连续的亮线，每条亮线对应一个频率，即原子光谱是由若干频率的光组成的，亮线对应一个频率，即原子光谱是由若干频率的光组成的，（1 1）错。氢原子由能量为）错。氢原子由能量为E En n的定态向低能级跃

13、迁时，辐射的的定态向低能级跃迁时，辐射的光子能量等于能级差，与光子能量等于能级差，与E En n不同，（不同，（2 2）错。氢原子吸收光子）错。氢原子吸收光子后能量增加，能级升高，（后能量增加，能级升高，（3 3）错。由玻尔理论，原子处于一）错。由玻尔理论，原子处于一系列不连续的能量状态中，这些能量值称为能级，（系列不连续的能量状态中，这些能量值称为能级，（4 4）对。）对。光电效应中的光电效应中的“光光”不是特指可见光，也包括不可见光，（不是特指可见光，也包括不可见光，（5 5）错。每种金属都存在截止频率，小于截止频率的光照射时间再错。每种金属都存在截止频率，小于截止频率的光照射时间再长也不

14、会产生光电效应，（长也不会产生光电效应，（6 6）错。光强是单位时间内照射到）错。光强是单位时间内照射到金属表面单位面积上的总能量金属表面单位面积上的总能量nhnh，即光强与光子数，即光强与光子数n n和频率和频率都有关系，（都有关系，（7 7）错。由）错。由E Ek k=h-W=h-W0 0知，只有在光照频率不变知，只有在光照频率不变的情况下，的情况下，E Ek k越大，越大，W W0 0越小，（越小，（8 8）错。）错。 考点考点 1 1 氢原子能级图及电子跃迁氢原子能级图及电子跃迁【考点解读】【考点解读】1.1.能级图中相关量意义的说明能级图中相关量意义的说明相相 关关 量量意意 义义能

15、级图中的横线能级图中的横线表示氢原子可能的能量状态表示氢原子可能的能量状态定态定态横线左端的数字横线左端的数字“1 1，2 2，3”3”表示量子数表示量子数深化深化理解理解 相相 关关 量量意意 义义横线右端的数字横线右端的数字“-13.6,-3.4”-13.6,-3.4”表示氢原子的能量表示氢原子的能量相邻横线间的距离相邻横线间的距离表示相邻的能量差，量子数越大相邻的能表示相邻的能量差，量子数越大相邻的能量差越小量差越小, ,距离越小距离越小带箭头的竖线带箭头的竖线表示电子由较高能级向较低能级跃迁，电表示电子由较高能级向较低能级跃迁，电子跃迁的条件为子跃迁的条件为h=Eh=Em m-E-En

16、 n2.2.对电子跃迁条件对电子跃迁条件h=Eh=Em m-E-En n的说明的说明（1 1）电子跃迁条件）电子跃迁条件h=Eh=Em m-E-En n只适用于光子和原子作用而使原子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。在各定态之间跃迁的情况。（2 2）当光子能量大于或等于）当光子能量大于或等于13.6 eV13.6 eV时，也可以被处于基态的氢时，也可以被处于基态的氢原子吸收，使氢原子电离；当处于基态的氢原子吸收的光子能量原子吸收，使氢原子电离；当处于基态的氢原子吸收的光子能量大于大于13.6 eV13.6 eV时，氢原子电离后，电子具有一定的初动能。时，氢原子电离后，电子具

17、有一定的初动能。（3 3）原子还可吸收外来实物粒子（例如自由电子）的能量而被）原子还可吸收外来实物粒子（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被原子吸收，所以只要激发。由于实物粒子的动能可全部或部分被原子吸收，所以只要入射粒子的能量大于或等于两能级的能量差值（入射粒子的能量大于或等于两能级的能量差值（E=EE=Em m-E-En n），均），均可使原子发生能级跃迁。可使原子发生能级跃迁。3.3.跃迁中两个易混问题跃迁中两个易混问题（1 1）一群原子和一个原子）一群原子和一个原子氢原子核外只有一个电子，这个电子在某个时刻只能处在某一氢原子核外只有一个电子，这个电子在某个时刻

18、只能处在某一个可能的轨道上，在某段时间内，由某一轨道跃迁到另一个轨个可能的轨道上，在某段时间内，由某一轨道跃迁到另一个轨道时，可能的情况只有一种，但是如果容器中盛有大量的氢原道时，可能的情况只有一种，但是如果容器中盛有大量的氢原子，这些原子的核外电子跃迁时就会有各种情况出现了。子，这些原子的核外电子跃迁时就会有各种情况出现了。（2 2）直接跃迁与间接跃迁）直接跃迁与间接跃迁电子从一种能量状态跃迁到另一种能量状态时，有时可能是直电子从一种能量状态跃迁到另一种能量状态时，有时可能是直接跃迁，有时可能是间接跃迁。两种情况下辐射（或吸收）光接跃迁，有时可能是间接跃迁。两种情况下辐射（或吸收）光子的能量

19、是不同的。直接跃迁时辐射（或吸收）光子的能量等子的能量是不同的。直接跃迁时辐射（或吸收）光子的能量等于间接跃迁时辐射（或吸收）的所有光子的能量和。于间接跃迁时辐射（或吸收）的所有光子的能量和。【典例透析【典例透析1 1】如图所示为氢原子能级如图所示为氢原子能级图，下列说法正确的是图，下列说法正确的是( )( )A.A.玻尔理论也能很好地解释复杂原子玻尔理论也能很好地解释复杂原子的光谱的光谱B.B.玻尔理论认为原子的能量是连续的，玻尔理论认为原子的能量是连续的，电子的轨道半径是不连续的电子的轨道半径是不连续的C.C.大量处在大量处在n=2n=2能级的氢原子可以被能级的氢原子可以被2.00 eV2

20、.00 eV的电子碰撞而发生的电子碰撞而发生跃迁跃迁D.D.当氢原子从当氢原子从n=2n=2的状态跃迁到的状态跃迁到n=3n=3的状态时，辐射出的状态时，辐射出1.89 eV1.89 eV的光子的光子【解题探究】【解题探究】（1 1）玻尔理论认为原子的能量分布是）玻尔理论认为原子的能量分布是_的。的。（2 2）利用电子和光子激发原子所需能量有何要求？）利用电子和光子激发原子所需能量有何要求？提示：提示：利用光子激发原子所需能量恰好等于原子能级差。利用光子激发原子所需能量恰好等于原子能级差。【解析】【解析】选选C C。玻尔理论认为原子能量是不连续的，能成功解释。玻尔理论认为原子能量是不连续的，能

21、成功解释氢原子光谱，氢原子光谱，A A、B B错；当氢原子从错；当氢原子从n=2n=2的状态跃迁到的状态跃迁到n=3n=3的状态的状态时时, ,需吸收需吸收1.89 eV1.89 eV的能量，若用入射光子去激发，则入射光子的能量，若用入射光子去激发，则入射光子的能量是的能量是1.89 eV1.89 eV，若用电子碰撞，则入射电子能量需大于或等，若用电子碰撞，则入射电子能量需大于或等于于1.89 eV1.89 eV小于小于2.55 eV2.55 eV，因此，处在，因此，处在n=2n=2能级的氢原子可以被能级的氢原子可以被2.00 eV2.00 eV的电子碰撞发生跃迁，的电子碰撞发生跃迁，C C对

22、，对，D D错。错。不连续不连续【总结提升】【总结提升】解答氢原子能级图与电子跃迁问题的注意事项解答氢原子能级图与电子跃迁问题的注意事项（1 1）能级之间跃迁时放出的光子频率是不连续的。）能级之间跃迁时放出的光子频率是不连续的。（2 2）能级之间发生跃迁时放出（吸收）光子的频率由）能级之间发生跃迁时放出（吸收）光子的频率由h=Eh=Em m-E-En n求得。若求波长可由公式求得。若求波长可由公式c=c=求得。求得。（3 3）一个氢原子跃迁发出可能的光谱线条数最多为（）一个氢原子跃迁发出可能的光谱线条数最多为（n-1)n-1)。(4)(4)一群氢原子跃迁发出可能的光谱线条数的两种求解方法。一群

23、氢原子跃迁发出可能的光谱线条数的两种求解方法。用数学中的组合知识求解：用数学中的组合知识求解：利用能级图求解：在氢原子能级图中将氢原子跃迁的各种可利用能级图求解：在氢原子能级图中将氢原子跃迁的各种可能情况一一画出，然后相加。能情况一一画出，然后相加。2nn n1NC2。【变式训练】【变式训练】(2014(2014晋江模拟晋江模拟) )氢原子能级图如图所示氢原子能级图如图所示, ,大量大量氢原子由氢原子由n=5n=5的能级状态向基态跃迁的能级状态向基态跃迁, ,其中由其中由n=4n=4能级向能级向n=2n=2能级能级跃迁时辐射的光子恰好能使金属发生光电效应跃迁时辐射的光子恰好能使金属发生光电效应

24、, ,则则( () )A.A.跃迁过程中可放出跃迁过程中可放出2020种光子种光子B.B.跃迁过程中可放出跃迁过程中可放出1010种光子种光子C.C.跃迁产生的光子中跃迁产生的光子中, ,共有共有2 2种能使该金属发生光电效应种能使该金属发生光电效应D.D.跃迁产生的光子中跃迁产生的光子中, ,共有共有1010种能使该金属发生光电效应种能使该金属发生光电效应【解析】【解析】选选B B。大量氢原子由。大量氢原子由n=5n=5的能级状态向基态跃迁，跃迁的能级状态向基态跃迁，跃迁过程中可放出过程中可放出 =10=10种光子，选项种光子，选项B B正确，正确，A A错误。由错误。由n=4n=4能级能级

25、向向n=2n=2能级跃迁时，辐射的光子恰好能使金属发生光电效应，能级跃迁时，辐射的光子恰好能使金属发生光电效应，根据玻尔理论，则由根据玻尔理论，则由n=5n=5能级向能级向n=2n=2能级跃迁时辐射的光子一定能级跃迁时辐射的光子一定能使金属发生光电效应，同理由能使金属发生光电效应，同理由5151、4141、3131、2121能级能级跃迁时产生的光子，也能使金属发生光电效应，共有跃迁时产生的光子，也能使金属发生光电效应，共有6 6种能使种能使该金属发生光电效应，选项该金属发生光电效应，选项C C、D D错误。错误。 25C考点考点 2 2 与能级有关的能量问题与能级有关的能量问题【考点解读】【考

26、点解读】1.1.电子从低能级向高能级跃迁的能量情况电子从低能级向高能级跃迁的能量情况吸收一定能量的光子，当一个光子的能量满足吸收一定能量的光子，当一个光子的能量满足h=Eh=E末末-E-E初初时，时，才能被某一个原子吸收，使电子从低能级才能被某一个原子吸收，使电子从低能级E E初初向高能级向高能级E E末末跃迁，跃迁，而当光子能量而当光子能量hh大于或小于大于或小于E E末末-E-E初初时都不能被原子吸收。时都不能被原子吸收。拓展拓展延伸延伸2.2.电子从高能级向低能级跃迁的能量情况电子从高能级向低能级跃迁的能量情况以光子的形式向外辐射能量，所辐射的光子能量恰等于发生跃以光子的形式向外辐射能量

27、，所辐射的光子能量恰等于发生跃迁时的两能级间的能量差。迁时的两能级间的能量差。3.3.电离时的能量电离时的能量当光子能量大于或等于原子所处的能级绝对值时，可以被氢原当光子能量大于或等于原子所处的能级绝对值时，可以被氢原子吸收，使氢原子电离，多余的能量作为电子的初动能。子吸收，使氢原子电离，多余的能量作为电子的初动能。4.4.氢原子跃迁时电子动能、电势能与原子能量的变化规律氢原子跃迁时电子动能、电势能与原子能量的变化规律（1 1）原子能量变化规律）原子能量变化规律 随随n n增大而增大，随增大而增大，随n n的减小而减小，其中的减小而减小，其中E E1 1=-13.6 eV=-13.6 eV。（

28、2 2）电子动能变化规律）电子动能变化规律从公式上判断电子绕氢原子核运动时静电力提供向心力从公式上判断电子绕氢原子核运动时静电力提供向心力, ,即即 随随r r增大而减小。增大而减小。1nknpn2EEEE,n222kn2nevkekm,E,rr2r所以从库仑力做功上判断，当轨道半径增大时，库仑引力做负功，从库仑力做功上判断，当轨道半径增大时，库仑引力做负功，故电子动能减小。反之，当轨道半径减小时，库仑引力做正功，故电子动能减小。反之，当轨道半径减小时，库仑引力做正功，故电子的动能增大。故电子的动能增大。（3 3）原子的电势能的变化规律：）原子的电势能的变化规律：通过库仑力做功判断，当轨道半径

29、增大时，库仑引力做负功，通过库仑力做功判断，当轨道半径增大时，库仑引力做负功，原子的电势能增大。反之，当轨道半径减小时，库仑引力做正原子的电势能增大。反之，当轨道半径减小时，库仑引力做正功，原子的电势能减小。功，原子的电势能减小。利用原子能量公式利用原子能量公式E En n=E=Eknkn+E+Epnpn判断，当轨道半径增大时，原子判断，当轨道半径增大时，原子能量增大，电子动能减小，故原子的电势能增大。反之，当轨能量增大，电子动能减小，故原子的电势能增大。反之，当轨道半径减小时，原子能量减小，电子动能增大，故原子的电势道半径减小时，原子能量减小，电子动能增大，故原子的电势能减小。能减小。【典例

30、透析【典例透析2 2】氢原子辐射出一个光子后，根据玻尔理论，下氢原子辐射出一个光子后，根据玻尔理论，下述说法正确的是述说法正确的是( )( )A A电子绕核旋转的半径增大电子绕核旋转的半径增大B B电子的动能增大电子的动能增大C C氢原子的电势能增大氢原子的电势能增大D D原子的能级值增大原子的能级值增大【解题探究】【解题探究】（1 1）氢原子辐射出一个光子后怎样跃迁？）氢原子辐射出一个光子后怎样跃迁？提示：提示：从高能级轨道跃迁到离核较近的低能级轨道。从高能级轨道跃迁到离核较近的低能级轨道。（2 2）经典电磁理论中向心力来源及电场力做功情况？）经典电磁理论中向心力来源及电场力做功情况？提示：

31、提示：库仑力提供向心力，电场力做功引起电势能变化。库仑力提供向心力，电场力做功引起电势能变化。【解析】【解析】选选B B。由玻尔理论可知，氢原子辐射光子后，应从离。由玻尔理论可知，氢原子辐射光子后，应从离核较远的轨道跃迁到离核较近的轨道，核较远的轨道跃迁到离核较近的轨道，A A错；在此跃迁过程错；在此跃迁过程中，电场力对电子做了正功，因而电势能应减小，中，电场力对电子做了正功，因而电势能应减小，C C错；另由错；另由经典电磁理论知，电子绕核做匀速圆周运动的向心力即为氢核经典电磁理论知，电子绕核做匀速圆周运动的向心力即为氢核对电子的库仑力：对电子的库仑力： 可见，电子可见，电子运动半径越小，其动

32、能越大，运动半径越小，其动能越大，B B对；再结合能量转化和守恒定对；再结合能量转化和守恒定律，氢原子放出光子，辐射出一定的能量，所以原子的总能量律，氢原子放出光子，辐射出一定的能量，所以原子的总能量减小，减小，D D错。错。2222k2ev1kekmEmvrr22r，所以，【总结提升】【总结提升】与能级有关的能量问题的解题步骤与能级有关的能量问题的解题步骤（1 1）分析已知量，根据库仑力提供核外电子做圆周运动的向）分析已知量，根据库仑力提供核外电子做圆周运动的向心力列圆周运动动力学方程。心力列圆周运动动力学方程。（2 2）根据处于某定态原子的能量等于电子动能与电子电势能）根据处于某定态原子的

33、能量等于电子动能与电子电势能之和列方程，求电势能。之和列方程，求电势能。（3 3）原子发生能级跃迁时能量与吸收或放出光子（或实物粒）原子发生能级跃迁时能量与吸收或放出光子（或实物粒子）的能量相等，可列方程求光子的频率或相关物理量。子）的能量相等，可列方程求光子的频率或相关物理量。 【变式训练】【变式训练】(2014(2014唐山模拟唐山模拟) )根据玻尔理论根据玻尔理论, ,氢原子的核外氢原子的核外电子由外层轨道跃迁到内层轨道后电子由外层轨道跃迁到内层轨道后( () )A.A.原子的能量增加原子的能量增加, ,系统的电势能减少系统的电势能减少B.B.原子的能量增加原子的能量增加, ,系统的电势

34、能增加系统的电势能增加C.C.原子的能量减少原子的能量减少, ,核外电子的动能减少核外电子的动能减少D.D.原子的能量减少原子的能量减少, ,核外电子的动能增加核外电子的动能增加【解析】【解析】选选D D。氢原子的核外电子由外层轨道跃迁到内层轨道。氢原子的核外电子由外层轨道跃迁到内层轨道后后, ,原子的能量减少原子的能量减少, ,核外电子的动能增加核外电子的动能增加, ,原子系统的电势能原子系统的电势能减少减少, ,选项选项D D正确。正确。考点考点 3 3 光电效应的图像分析光电效应的图像分析【考点解读】【考点解读】图像名称图像名称图线形状图线形状由图线直接（间接）由图线直接（间接）得到的物

35、理量得到的物理量最大初动最大初动能能E Ek k与入与入射光频率射光频率的关系的关系图线图线极限频率：图线与极限频率：图线与轴轴交点的横坐标交点的横坐标0 0逸出功：图线与逸出功：图线与E Ek k轴交轴交点的纵坐标的值点的纵坐标的值W W0 0=|-E|=E=|-E|=E普朗克常量：图线的斜普朗克常量：图线的斜率率k=hk=h对比对比分析分析图像名称图像名称图线形状图线形状由图线直接（间接）由图线直接（间接）得到的物理量得到的物理量颜色相同、颜色相同、强度不同强度不同的光，光的光，光电流与电电流与电压的关系压的关系遏止电压遏止电压U Uc c：图线与横：图线与横轴的交点轴的交点饱和光电流饱和

36、光电流I Im m：电流的：电流的最大值最大值最大初动能：最大初动能：E Ekmkm=eU=eUc c颜色不同颜色不同时，光电时，光电流与电压流与电压的关系的关系遏止电压遏止电压U Uc1c1、U Uc2c2饱和光电流饱和光电流最大初动能最大初动能E Ek1k1=eU=eUc1c1，E Ek2k2=eU=eUc2c2图像名称图像名称图线形状图线形状由图线直接（间接）由图线直接（间接）得到的物理量得到的物理量遏止电压遏止电压U Uc c与入射与入射光频率光频率的关系图的关系图线线截止频率截止频率0 0: :图线与横图线与横轴的交点轴的交点遏止电压遏止电压U Uc c：随入射光：随入射光频率的增大

37、而增大频率的增大而增大普朗克常量普朗克常量h:h:等于图线等于图线的斜率与电子电量的乘积，的斜率与电子电量的乘积，即即h=keh=ke。（注：此时两极。（注：此时两极之间接反向电压）之间接反向电压）【典例透析【典例透析3 3】如图所示是用光照射某种金属时逸出的光电子如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的最大初动能随入射光频率的变化图线( (直线与横轴的交点坐直线与横轴的交点坐标为标为4.274.27，与纵轴交点坐标为，与纵轴交点坐标为0.5)0.5)。由图可知。由图可知( )( )A A该金属的截止频率为该金属的截止频率为4.54.510101414 Hz

38、 HzB B该金属的截止频率为该金属的截止频率为5.55.510101414 Hz HzC C该图线的斜率表示普朗克常量该图线的斜率表示普朗克常量D D该金属的逸出功为该金属的逸出功为0.5 eV0.5 eV【解题探究】【解题探究】（1 1）图像横轴上的截距意义？）图像横轴上的截距意义？提示：提示：金属的截止频率。金属的截止频率。（2 2）金属的逸出功与截止频率的关系？）金属的逸出功与截止频率的关系？提示：提示：W W0 0hh0 0。（3 3）光电效应方程公式。）光电效应方程公式。提示：提示：E Ekmkm=h-W=h-W0 0。【解析】【解析】选选C C。图线在横轴上的截距为截止频率，。图

39、线在横轴上的截距为截止频率，A A、B B错误；错误；由光电效应方程由光电效应方程E Ek khhW W0 0，可知图线的斜率为普朗克常，可知图线的斜率为普朗克常量，量，C C正确；金属的逸出功为正确；金属的逸出功为1.77 eV1.77 eV，D D错误。错误。341400196.63 104.27 10Wh eV1.6 10【变式训练】【变式训练】爱因斯坦因提出了光量子概念并成功地解释光电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效应的规律而获得19211921年诺贝尔物理学奖。某种金属逸出光年诺贝尔物理学奖。某种金属逸出光电子的最大初动能电子的最大初动能E Ekmkm与入

40、射光频率与入射光频率的关系如图所示的关系如图所示, ,其中其中0 0为极限频率。从图中可以确定的是为极限频率。从图中可以确定的是( () )A.A.逸出功与逸出功与有关有关B.EB.Ekmkm与入射光强度成正比与入射光强度成正比C.C.当当0 0时时, ,会逸出光电子会逸出光电子D.D.图中直线的斜率与普朗克常量有关图中直线的斜率与普朗克常量有关【解析】【解析】选选D D。金属的逸出功与入射光的频率。金属的逸出功与入射光的频率无关无关, ,只与极限只与极限频率频率0 0有关有关,A,A错错; ;光电子的最大初动能与入射光强度无关光电子的最大初动能与入射光强度无关, ,与与入射光的频率和金属的逸

41、出功有关入射光的频率和金属的逸出功有关,B,B错错; ;当入射光的频率小于当入射光的频率小于极限频率极限频率, ,不能发生光电效应现象不能发生光电效应现象,C,C错错; ;据光电效应方程据光电效应方程E Ek k=h-W=h-W0 0可知可知, ,图像的斜率即为普朗克常量图像的斜率即为普朗克常量,D,D对。对。1.1.氢原子的能级是氢原子处于各个状态时的能量值，它包括氢氢原子的能级是氢原子处于各个状态时的能量值，它包括氢原子系统的电势能和电子在轨道上运动的动能。氢原子的电子原子系统的电势能和电子在轨道上运动的动能。氢原子的电子由外层轨道跃迁到内层轨道时由外层轨道跃迁到内层轨道时( )( )A.

42、A.原子要吸收光子，电子的动能增大原子要吸收光子，电子的动能增大B.B.原子要放出光子，电子的动能增大原子要放出光子，电子的动能增大C.C.原子要吸收光子，电子的动能减小原子要吸收光子，电子的动能减小D.D.原子要放出光子，电子的动能减小原子要放出光子，电子的动能减小【解析】【解析】选选B B。氢原子的电子由外层轨道跃迁到内层轨道上时，。氢原子的电子由外层轨道跃迁到内层轨道上时，是从高能级向低能级跃迁是从高能级向低能级跃迁, ,应放出光子，电子由外层轨道跃迁应放出光子，电子由外层轨道跃迁到内层轨道上时到内层轨道上时, ,电场力对电子做正功，电子的动能应增大，电场力对电子做正功，电子的动能应增大

43、，B B正确，正确，A A、C C、D D错误。错误。2.2.用光照射某种金属，有光电子从金属表面逸出，如果换一种用光照射某种金属，有光电子从金属表面逸出，如果换一种频率更大的光照射该金属，但光的强度减弱，则频率更大的光照射该金属，但光的强度减弱，则( )( )A.A.单位时间内逸出的光电子数减少，光电子的最大初动能减小单位时间内逸出的光电子数减少，光电子的最大初动能减小B.B.单位时间内逸出的光电子数增大，光电子的最大初动能减小单位时间内逸出的光电子数增大，光电子的最大初动能减小C.C.单位时间内逸出的光电子数减少，光电子的最大初动能增大单位时间内逸出的光电子数减少，光电子的最大初动能增大D

44、.D.单位时间内逸出的光电子数增大，光电子的最大初动能增大单位时间内逸出的光电子数增大，光电子的最大初动能增大【解析】【解析】选选C C。由光电效应规律知，光电子的最大初动能随入。由光电效应规律知，光电子的最大初动能随入射光频率的增大而增大，由于光的强度减弱，单位时间内射到射光频率的增大而增大，由于光的强度减弱，单位时间内射到金属表面上的光子数减少，则单位时间内逸出的光电子数减金属表面上的光子数减少，则单位时间内逸出的光电子数减少，只有选项少，只有选项C C正确。正确。3.3.（20122012北京高考）北京高考）“约瑟夫森结约瑟夫森结”由超导体和绝缘体制成。由超导体和绝缘体制成。若在结两端加

45、恒定电压若在结两端加恒定电压U U，则它会辐射频率为，则它会辐射频率为的电磁波，且的电磁波，且与与U U成正比，即成正比，即=kU=kU。已知比例系数。已知比例系数k k仅与元电荷仅与元电荷e e的的2 2倍和倍和普朗克常量普朗克常量h h有关。你可能不了解此现象的机理，但仍可运用有关。你可能不了解此现象的机理，但仍可运用物理学中常用的方法，在下列选项中，推理判断比例系数物理学中常用的方法，在下列选项中，推理判断比例系数k k的的值可能为值可能为( )( )h2e1A.B.C.2heD.2eh2he 【解析】【解析】选选B B。解法一：电磁波的频率。解法一：电磁波的频率、普朗克常量、普朗克常量

46、h h、能量、能量E E之间的关系之间的关系E=hE=h，因为，因为=kU=kU，所以，所以E=hkUE=hkU；电压；电压U U、电量、电量q q与与能量能量E E的关系是的关系是E=qUE=qU，由题意知，由题意知q=2eq=2e，所以，所以 故故B B正确，正确，A A、C C、D D错误。错误。解法二：可用物理量之间的单位量纲关系分析此题：解法二：可用物理量之间的单位量纲关系分析此题：=kU=kU则则 其单位为其单位为 而而h h的单位为的单位为J Js s，e e的的单位为单位为C C，故，故 的单位应为的单位应为 B B正确，正确，A A、C C、D D错误。错误。2ekh，kU，

47、11 Hz / V1s V，ehC111J ss V，4.4.有一个处于量子数有一个处于量子数n=4n=4的激发态的氢原子的激发态的氢原子, ,在它向低能级跃在它向低能级跃迁时迁时, ,最多可能发出的光子个数为最多可能发出的光子个数为( () )A.1 B.3 C.4 D.A.1 B.3 C.4 D.无法确定无法确定【解析】【解析】选选B B。这里是一个氢原子。这里是一个氢原子, ,第一种可能是从第一种可能是从n=4n=4跃迁到跃迁到n=1,n=1,发出发出1 1个光子个光子; ;第二种可能是从第二种可能是从n=4n=4跃迁到跃迁到n=3,n=3,从从n=3n=3跃迁跃迁到到n=2,n=2,从

48、从n=2n=2跃迁到跃迁到n=1,n=1,发出发出3 3个光子个光子; ;第三种可能是从第三种可能是从n=4n=4跃跃迁到迁到n=2,n=2,从从n=2n=2跃迁到跃迁到n=1,n=1,发出发出2 2个光子个光子; ;可见最多可能发出的可见最多可能发出的光子个数为光子个数为3 3个个, ,选项选项B B正确正确,A,A、C C、D D错误。错误。5.5.已知氢原子的能级规律为已知氢原子的能级规律为E E1 1=-13.6eV=-13.6eV、E E2 2=-3.4eV=-3.4eV、E E3 3= =-1.51eV-1.51eV、E E4 4=-0.85eV=-0.85eV。现用光子能量介于。

49、现用光子能量介于111112.5eV12.5eV范围内范围内的光去照射一大群处于基态的氢原子的光去照射一大群处于基态的氢原子, ,则下列说法中正确的是则下列说法中正确的是 ( () )A.A.照射光中可能被基态氢原子吸收的光子只有照射光中可能被基态氢原子吸收的光子只有1 1种种B.B.照射光中可能被基态氢原子吸收的光子有无数种照射光中可能被基态氢原子吸收的光子有无数种C.C.激发后的氢原子发射的不同能量的光子最多有激发后的氢原子发射的不同能量的光子最多有4 4种种D.D.激发后的氢原子发射的不同能量的光子最多有激发后的氢原子发射的不同能量的光子最多有2 2种种【解析】【解析】选选A A。只有。

50、只有n=1n=1至至n=3n=3的能级差在光子的能量范围内的能级差在光子的能量范围内, ,选项选项A A正确正确,B,B错误。吸收光子的能量后跃迁到错误。吸收光子的能量后跃迁到n=3n=3能级能级, ,可以产可以产生生3 3种光子种光子, ,选项选项C C、D D错误。错误。6.6.用一束单色光照射处于基态的一群氢原子用一束单色光照射处于基态的一群氢原子, ,这些氢原子吸收这些氢原子吸收光子后处于激发态光子后处于激发态, ,并能发射光子。现测得这些氢原子发射的并能发射光子。现测得这些氢原子发射的光子波长仅有三种光子波长仅有三种, ,分别为分别为1 1、2 2和和3 3, ,且且1 12 23

51、3, ,则入则入射光子的能量应为射光子的能量应为( () )【解析】【解析】选选A A。一群氢原子发射的光子波长仅有三种，因此氢。一群氢原子发射的光子波长仅有三种，因此氢原子吸收光子后处于原子吸收光子后处于n=3n=3的激发态，则入射光子的能量应等于的激发态，则入射光子的能量应等于从从n=3n=3的激发态跃迁到基态放出的光子能量，即的激发态跃迁到基态放出的光子能量，即 故选故选A A。12133cccccA.h B.h C.hh D.h1cEh，7.(20147.(2014厦门模拟厦门模拟) )如图所示如图所示, ,已知用光子能量为已知用光子能量为2.82eV2.82eV的紫的紫色光照射光电管

52、中的金属涂层时色光照射光电管中的金属涂层时, ,电流表的指针发生了偏转。电流表的指针发生了偏转。若将电路中的滑动变阻器的滑片若将电路中的滑动变阻器的滑片P P向右移动到某一位置时向右移动到某一位置时, ,电电流表的示数恰好减小到流表的示数恰好减小到0,0,电压表的示数为电压表的示数为1V,1V,则该金属涂层的则该金属涂层的逸出功约为逸出功约为( () )A.2.9A.2.91010-19-19J B.4.5J B.4.51010-19-19J JC.2.9C.2.91010-26-26J D.4.5J D.4.51010-26-26J J【解析】【解析】选选A A。电压表的示数为光电流的遏止电

53、压。电压表的示数为光电流的遏止电压, ,由由h=Wh=W0 0+eU+eU0 0,W,W0 0=h-eU=h-eU0 0=1.82eV=2.9=1.82eV=2.91010-19-19J,J,故故A A正确。正确。8.8.如图所示为氢原子的能级图。当氢原子从如图所示为氢原子的能级图。当氢原子从n=4n=4的能级跃迁到的能级跃迁到n=2n=2的能级时的能级时, ,辐射出光子辐射出光子a;a;当氢原子从当氢原子从n=3n=3的能级跃迁到的能级跃迁到n=1n=1的能级时的能级时, ,辐射出光子辐射出光子b,b,则下列判断正确的是则下列判断正确的是( () )A.A.光子光子a a的能量大于光子的能量

54、大于光子b b的能量的能量B.B.光子光子a a的波长小于光子的波长小于光子b b的波长的波长C.bC.b光比光比a a光更容易发生衍射现象光更容易发生衍射现象D.D.若光子若光子a a能使某金属发生光电效应能使某金属发生光电效应, ,则光子则光子b b也一定能使该金也一定能使该金属发生光电效应属发生光电效应【解析【解析】选选D D。根据跃迁规律可知。根据跃迁规律可知, ,从高能级向低能级跃迁时从高能级向低能级跃迁时, ,辐射光子的能量等于这两个能级差，由氢原子的能级图可知辐射光子的能量等于这两个能级差，由氢原子的能级图可知从从n=4n=4的能级向的能级向n=2n=2的能级跃迁时辐射出的光子能量小于从的能级跃迁时辐射出的光子能量小于从n=3n=3的能级向的能级向n=1n=1的能级跃迁时的能量，因此光子的能级跃迁时的能量，因此光子a a的能量小于光的能量小于光子子b b的能量，的能量，A A错；由光电效应的产生条件知错；由光电效应的产生条件知D D对；由对；由 知知, ,光子光子a a的波长大于光子的波长大于光子b b的波长，的波长，B B错错;a;a光比光比b b光更容易发生光更容易发生衍射现象，衍射现象，C C错。错。cEh