28 第4章 章末阶段总结(四) 原子结构和波粒二象性-【正禾一本通】2024-2025学年高中物理选择性必修3同步课堂高效讲义教师用书（人教版2019）

章末阶段总结(四)　原子结构和波粒二象性 　　　　　　　　　　　　 一、对光电效应现象的认识及理解 1．三个关系 (1)爱因斯坦光电效应方程：Ek＝hν－W0。 (2)光电子的最大初动能Ek可以利用光电管实验的方法测得，即Ek＝eUc，其中Uc是遏止电压。 (3)光电效应方程中的W0为逸出功，它与极限频率νc的关系是W0＝hνc。 2．三点注意 (1)每种金属都有一个截止频率，入射光频率大于这个截止频率时才能发生光电效应。 (2)截止频率对应着光的极限波长和金属的逸出功，即hνc＝h＝W0。 (3)应用光电效应方程Ek＝hν－W0时，注意能量单位电子伏和焦耳的换算(1 eV＝1.6×10－19 J)。 【典例1】 如图所示，K是光电管M中逸出功为W0的碱金属，G是灵敏电流计，S是双刀双掷开关。若入射光的频率为ν，电子电荷量为e，则以下判断正确的是(　　 ) A.当ν≥时，灵敏电流计G中一定有电流通过 B．若ν＞，当UKA＞时，灵敏电流计G示数可能为零 C．若ν＞，当S接a和b且滑动变阻器的滑动端P向右滑动时，灵敏电流计G中的电流会增大 D．若ν＞，当S接c和d且滑动变阻器的滑动端P向右滑动时，灵敏电流计G中的电流一定会增大 解析：选B。由题图可知，当开关S接a和b时，电路接入反向的电压，若ν＞，当UKA＞时，灵敏电流计G示数为零，故A错误，B正确；若ν＞，当S接a和b时，电路接入反向的电压，滑动变阻器的滑动端P向右滑动时，反向电压增大，灵敏电流计G中的电流一定不会增大，故C错误；当S接c和d时，电路接入正向的电压，滑动变阻器的滑动端P向右滑动时正向电压增大，若光电流早已达到饱和，则灵敏电流计G中的电流不会增大，故D错误。 二、对原子能级跃迁的认识和理解 1．定态间的跃迁——满足能级差 (1)从低能级(n小)高能级(n大)―→吸收能量，即hν＝En大－En小。 (2)从高能级(n大)低能级(n小)―→放出能量，即hν＝En大－En小。 2．两类能级跃迁 (1)自发跃迁：高能级→低能级，释放能量，发出光子，光子的频率ν＝＝。 (2)受激跃迁：低能级→高能级，吸收能量。 ①光照(吸收光子)：光子的能量必须恰等于能级差，hν＝ΔE。 ②碰撞、加热等：只要入射粒子能量大于或等于能级差即可，E外≥ΔE。 ③大于电离能的光子被吸收，将原子电离。 【典例2】 如图所示为氢原子的能级图，图中a、b、c、d对应氢原子的四次跃迁。已知可见光光子的能量范围为1.61～3.10 eV。关于四次跃迁，下列说法正确的是(　　 ) A．经历a跃迁，氢原子吸收的光子能量为0.66 eV B．经历b跃迁，氢原子的轨道半径增大，原子核外电子的动能增大 C．经历c跃迁，氢原子放出的光子是可见光光子 D．经历d跃迁后，再用可见光照射跃迁后的氢原子，可使氢原子发生电离 解析：选D。经历a跃迁，氢原子从高能级向低能级跃迁时辐射出的光子的能量为0.66 eV，A错误；经历b跃迁，氢原子吸收能量，轨道半径增大，但核外电子的动能会减小，B错误；经历c跃迁，氢原子辐射出的光子的能量为0.97 eV，则该光子不是可见光光子，C错误；经历d跃迁后，跃迁后的氢原子的电离能为1.51 eV，因此用可见光光子照射可使其电离，D正确。 三、高考对“原子结构和波粒二象性”的考查 高考对本章以考查光电效应和氢原子能级跃迁规律理解与应用为主，题型主要为选择题，难度适中。 【典例3】 (2024·海南高考)利用如图所示的装置研究光电效应，闭合单刀双掷开关S1，用频率为ν1的光照射光电管，调节滑动变阻器，使电流表的示数刚好为0，此时电压表的示数为U1，已知电子电荷量为e，普朗克常量为h，下列说法正确的是(　　 ) A．其他条件不变，增大光强，电压表示数增大 B．改用比ν1更大频率的光照射，调整电流表的示数为零，此时电压表示数仍为U1 C．其他条件不变，使开关接S2，电流表示数仍为零 D．光电管阴极材料的截止频率νc＝ν1－ 解析：选D。当开关S接1时，由爱因斯坦光电效应方程eU1＝hν1－W0可知，其他条件不变时，增大光强，电压表的示数不变，故A错误；若改用比ν1更大频率的光照射时，调整电流表的示数为零，而金属的逸出功不变，故遏止电压变大，即此时电压表示数大于U1，故B错误；其他条件不变时，使开关S接2，此时hν1>W0，可发生光电效应，故电流表示数不为零，故C错误；根据爱因斯坦光电效应方程eU1＝hν1－W0，其中W0＝hνc，联立解得，光电管阴极材料的截止频率为νc＝ν1－，故D正确。 【典例4】 (2024·安徽高考)大连相干光源是我国第一台高增益自由电子激光用户装置，其激光辐射所应用的玻尔原子理论很好地解释了氢原子的光谱特征。图为氢原子的能级示意图，已知紫外光的光子能量大于3.11 eV，当大量处于n＝3能级的氢原子向低能级跃迁时，辐射不同频率的紫外光有(　　) A．1种 B．2种 C．3种 D．4种 解析：选B。大量处于n＝3能级的氢原子向低能级跃迁时，能够辐射出不同频率的光子种类为＝3种，辐射出光子的能量分别为ΔE1＝E3－E1＝－1.51 eV－(－13.6 eV)＝12.09 eV、ΔE2＝E3－E2＝－1.51 eV－(－3.4 eV)＝1.89 eV、ΔE3＝E2－E1＝－3.4 eV－(－13.6 eV)＝10.2 eV，其中ΔE1>3.11 eV，ΔE2<3.11 eV，ΔE3>3.11 eV，所以辐射不同频率的紫外光有2种，故B正确。 学科网（北京）股份有限公司 $$