第四章 原子结构和波粒二象性\n章末小结\n方法归纳提炼进考场练真题知识网络构建\n知识网络构建\nhν饱和遏止电压截止频率hν－W0波粒二象性hν\n枣糕核式结构\n线状谱轨道能量氢原子\n方法归纳提炼\n\n\n(2)应用光电效应规律解题应当明确①光电效应规律中“光电流的强度”指的是光电流的饱和值(对应从阴极发射出的电子全部被拉向阳极的状态)。因为光电流未达到饱和值之前，其大小不仅与入射光的强度有关，还与光电管两极间的电压有关，只有在光电流达到饱和值以后才和入射光的强度成正比。②明确两个决定关系a．逸出功W0一定时，入射光的频率决定着能否产生光电效应以及光电子的最大初动能。b．入射光的频率一定时，入射光的强度决定着单位时间内发射出来的光电子数。\n(多选)用如图甲所示的电路研究光电效应中光电流强度与照射光的强弱、频率等物理量的关系。图中A、K两极间的电压大小可调，直流电源的正负极也可以对调。分别用a、b、c三束单色光照射，调节A、K间的电压U，得到光电流I与电压U的关系如图乙所示。例1\n由图可知()A．单色光b的频率大于a的频率B．单色光a和c的光子能量相同，但a光强度更强些C．单色光a的遏止电压小于单色光b的遏止电压D．随着电压的增大，光电流不断增大解题指导：两条线索：(1)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。(2)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→饱和电流大。ABC\n解析：由图乙可知，单色光b照射后遏止电压较大，根据Ekm＝eUc知，b光照射后产生的光电子最大初动能较大，根据光电效应方程Ekm＝hν－W0得，b光的频率大于a光的频率，故A正确，C正确；a、c两光照射后遏止电压相同，知产生的光电子最大初动能相等，可知a、c两光的频率相等，光子能量相等，由于a光的饱和电流较大，则a光的强度较大，故B正确；随着正向电压的增大，光电流增大，增大到一定程度，电流达到饱和，不再增大，故D错误。故选A、B、C。\n二、两个重要的物理思想方法1．模型法如图所示，人们对原子结构的认识经历了几个不同的阶段，其中有汤姆孙模型、卢瑟福模型、玻尔模型、电子云模型。\n\n2．假设法假设法是学习物理规律常用的方法，前边我们学过的安培分子电流假说，现在大家知道从物质微观结构来看是正确的，它就是核外电子绕核旋转所形成的电流。在当时的实验条件下是“假说”。玻尔的假说是为解决核式结构模型的困惑而提出的，他的成功在于引入量子理论，局限性在于保留了轨道的概念，没有彻底脱离经典物理学框架。\n(多选)卢瑟福的α粒子散射实验说明了下列哪种情况()A．原子内的正电荷全部集中在原子核里B．原子内的正电荷均匀分布在它的全部体积上C．原子内的正负电荷是一对一整齐排列的D．原子的几乎全部质量都集中在原子核里思路点拨：(1)正确把握α粒子实验散射规律。(2)原子核集中了原子全部正电荷和几乎全部质量。AD例2\n解析：卢瑟福的α粒子散射实验中，少数α粒子发生大角度偏转，这是原子中带正电部分作用的结果，由于大角度偏转的α粒子数极少，说明原子中绝大部分是空的，带正电部分的体积很小，带负电的电子绕核运动的向心力即是原子核对它的引力，而电子质量极小，故原子核集中了原子全部正电荷和几乎全部质量，选项A、D正确。\n三、氢原子光谱问题1．氢原子的能级图(1)能级图如图所示：\n(2)能级图中相关量意义的说明相关量表示意义能级图中的横线表示氢原子可能的能量状态横线左端的数字“1,2,3…”表示量子数横线右端的数字“－13.6，－3.40…”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，原子跃迁的条件为hν＝Em－En\n\n(2021·河北省石家庄二中高二下学期月考)如图为玻尔理论的氢原子能级图，当一群处于激发态n＝3能级的氢原子向低能级跃迁时，发出的光中有两种频率的光能使某种金属产生光电效应，例3\n以下说法中正确的是()A．这群氢原子向低能级跃迁时能发出四种频率的光B．这种金属的逸出功一定小于10.2eVC．用波长最短光照射该金属时光电子的最大初动能一定大于3.4eVD．由n＝3能级跃迁到n＝2能级时产生的光一定能够使该金属产生光电效应解题指导：根据氢原子从n＝3能级向低能级跃迁时发出的光子能量来判断该金属的逸出功，然后根据光电效应方程进行判断即可。B\n解析：由n＝3能级的激发态向低能级跃迁时，辐射出三种频率光子的能量分别为12.09eV、10.2eV、1.89eV，结合题意，根据光电效方程可知，这种金属的逸出功一定小于10.2eV，故选项A错误，选项B正确；用波长最短即光子能量为12.09eV的光照射该金属时，其最大初动能最小值为：12.09eV－10.2eV＝1.89eV，则其最大初动能一定大于1.89eV，故选项C错误；题目中说明只有两种频率的光能使该金属发生光电效应，而由n＝3能级跃迁到n＝2能级产生的光子能最小，故选项D错误。\n进考场练真题\n一、高考真题探析(2020·北京卷，13)如图，若x轴表示时间，y轴表示位置，则该图像反映了某质点做匀速直线运动时位置与时间的关系。若令x轴和y轴分别表示其他的物理量，则该图像又可以反映在某种情况下，相应的物理量之间的关系。典题\n下列说法正确的是()A．若x轴表示时间，y轴表示动能，则该图像可以反映某物体受恒定合外力作用时，做直线运动过程中，物体动能与时间的关系B．若x轴表示频率，y轴表示动能，则该图像可以反映光电效应中，光电子最大初动能与入射光频率之间的关系C．若x轴表示时间，y轴表示动量，则该图像可以反映某物体在沿运动方向的恒定合外力作用下，物体动量与时间的关系D．若x轴表示时间，y轴表示感应电动势，则该图像可以反映静置于磁场中的某闭合回路，当磁感应强度随时间均匀增大时，闭合回路的感应电动势与时间的关系C\n\n二、临场真题练兵1．(2020·天津卷，1)在物理学发展的进程中，人们通过对某些重要物理实验的深入观察和研究，获得正确的理论认识。下列图示的实验中导致发现原子具有核式结构的是()D\n解析：双缝干涉实验说明了光具有波动性，故A错误；光电效应实验，说明了光具有粒子性，故B错误；C实验是有关电磁波的发射与接收，与原子核无关，故C错误；卢瑟福的α粒子散射实验导致发现了原子具有核式结构，故D正确。\n2．(2019·天津卷，5)如图为a、b、c三种光在同一光电效应装置中测得的光电流和电压的关系。由a、b、c组成的复色光通过三棱镜时，下述光路图中正确的是()C\n解析：由爱因斯坦光电效应方程可知Ekm＝hν－W0，又eUc＝Ekm，则eUc＝hν－W0，即遏止电压大的，入射光的频率大，故νb＞νc＞νa，频率大的折射率大，a、b、c组成的复色光通过三棱镜时，折射率越大，偏折角度越大，则C正确，ABD错误。\n3．(2019·北京卷，19)光电管是一种利用光照射产生的电流的装置，当入射光照在管中金属板上时，可能形成光电流。表中给出了6次实验的结果。组次入射光子的能量/eV相对光强光电流大小/mA逸出光电子的最大动能/eV第一组1234.04.04.0弱中强2943600.90.90.9第二组4566.06.06.0弱中强2740552.92.92.9\n由表中数据得出的论断中不正确的是()A．两组实验采用了不同频率的入射光B．两组实验所用的金属板材质不同C．若入射光子的能量为5.0eV，逸出光电子的最大动能为1.9eVD．若入射光子的能量为5.0eV，相对光强越强，光电流越大B\n解析：由于光子的能量E＝hν，又入射光的能量不同，故入射光子的频率不同，A项正确；由爱因斯坦光电效应方程hν＝W＋Ek，可求出两组实验的逸出功均为3.1eV可知，两组实验所用的金属板材质相同，B项错误；由hν＝W＋Ek，逸出功W＝3.1eV可知，若入射光子能量为5.0eV，则逸出光电子的最大动能为1.9eV，C项正确；相对光强越强，单位时间内射出的光子数越多，单位时间内逸出的光电子数越多，形成的光电流越大，故D项正确。\n4．(2019·全国卷Ⅰ，14)氢原子能级示意图如图所示。光子能量在1.63eV～3.10eV的光为可见光。要使处于基态(n＝1)的氢原子被激发后可辐射出可见光光子，最少应给氢原子提供的能量为()A．12.09eVB．10.20eVC．1.89eVD．1.51eVA\n解析：因为可见光光子的能量范围是1.63eV～3.10eV，所以氢原子至少要被激发到n＝3能级，要给氢原子提供的能量最少为E＝(－1.51＋13.60)eV＝12.09eV，即选项A正确。\n5．(多选)(2019·浙江卷，14)波长为λ1和λ2的两束可见光入射到双缝，在光屏上观察到干涉条纹，其中波长为λ1的光的条纹间距大于波长为λ2的条纹间距。则(下列表述中，下标“1”和“2”分别代表波长为λ1和λ2的光所对应的物理量)()A．这两束光的光子的动量p1＞p2B．这两束光从玻璃射向真空时，其临界角C1＞C2C．这两束光都能使某种金属发生光电效应，则遏止电压Uc1＞Uc2D．这两束光由氢原子从不同激发态跃迁到n＝2能级时产生，则相应激发态的电离能ΔE1＞ΔE2BD\n\n6．(2019·江苏卷，12)在“焊接”视网膜的眼科手术中，所用激光的波长λ＝6.4×10－7m，每个激光脉冲的能量E＝1.5×10－2J。求每个脉冲中的光子数目。(已知普朗克常量h＝6.63×10－34J·s，光速c＝3×108m/s。计算结果保留一位有效数字)答案：5×1016
