第4章 素养拓展课(四) 光电效应和能级跃迁-【优化指导】2020-2021学年新教材高中物理选择性必修第三册(Word教参)(人教版)

素养拓展课(四)　光电效应和能级跃迁 学习目标 1．深刻理解光电效应现象的特点，熟练应用光电效应方程解决问题． 2．进一步掌握玻尔理论，熟练应用频率条件并结合氢原子能级图分析解决问题. 拓展点一　光电效应问题的分析 1．光电效应的特点 (1)产生条件：入射光频率等于或大于被照射金属的极限频率． (2)入射光频率→决定每个光子能量E＝hν→决定光电子逸出后最大初动能． (3)入射光强度→决定每秒钟逸出的光电子数→决定光电流大小． (4)爱因斯坦光电效应方程hν＝W0＋Ek，W0表示一个电子从金属表面逸出必须做的最小功，若ν0表示金属的极限频率，则W0＝hν0. 2．光电效应问题分析 有关光电效应的问题主要有两个方面：一是关于光电效应现象的判断，二是运用光电效应方程进行简单的计算．解题的关键在于掌握光电效应规律，明确各概念之间的决定关系，准确把握它们的内在联系． 在图甲所示的装置中，K为一个金属板，A为一个金属电极，都密封在真空玻璃管中，单色光可通过玻璃壳照在K上，E为可调直流电源．实验发现，当用某种频率的单色光照射K时，K会发出电子(光电效应)，这时，即使A、K间的电压等于零，回路中也有电流，当A的电势低于K时，电流仍不为零，A的电势比K低得越多，电流越小，当A比K的电势低到某一值Uc(截止电压)时，电流消失．当改变照射光的频率ν时，截止电压Uc也将随之改变．如果某次实验我们测出的一系列数据如图乙所示，若知道电子的电荷量e，则根据图像可求出该金属的极限频率为多少？该金属的逸出功W0为多少？普朗克常量h为多少？ 解析　由题图可知，数据对应的点几乎落在一条直线上，直线与ν轴的交点ν0即为该金属的极限频率．因此当照射光的频率为ν0时，截止电压Uc＝0，说明在此频率下，金属板刚好发生光电效应． 设光电子的最大初动能为Ek，根据光电效应方程有 hν＝W0＋Ek 当A比K的电势低到某一值Uc时，电流消失，光电子的最大初动能全部用来克服电场力做功，由动能定理有eUc＝Ek 联立以上两式可得Uc＝－ 由上式可知，Uc－ ν图像斜率k＝，在Uc轴上的截距为－.而由图可得，截距为－Uc.故有 ＝，－Uc＝－ 解得h＝，W0＝eUc. 答案　ν0　eUc　 [训练1]　(多选)已知能使某金属产生光电效应的极限频为ν0，则(　　) A．当用频率为2ν0的单色光照射该金属时，一定能产生光电子 B．当用频率为2ν0的单色光照射该金属时，所产生的光电子的最大初动能为hν0 C．当照射光的频率ν大于ν0时，若ν增大，则逸出功增大 D．当照射光的频率ν大于ν0时，若ν增大一倍，则光电子的最大初动能也增大一倍 AB　[由光电效应的实验规律可知A正确．该金属的极限频率为ν0，则可知逸出功W＝hν0，由光电效应方程Ekm＝hν－W，将ν＝2ν0、W＝hν0，代入可知B正确；逸出功由金属自身性质决定，与照射光的频率无关，因此C错误．若ν增大一倍，光电子的最大初动能不增大一倍，D错误．] 拓展点二　氢原子能级图及跃迁问题 1．对氢原子能级图的理解 (1)能级图如图所示． (2)能级图中相关量意义的说明. 相关量 意义 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 横线右端的数字“－13.6，－3.40…” 表示氢原子的能量 相邻横线间的距离 表示相邻的能量差，量子数越大，相邻的能量差越小，距离越小 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＝En－Em 2．谱线条数的确定方法 (1)一个氢原子跃迁发出可能的光谱线条数最多为(n－1)． (2)一群氢原子跃迁发出可能的光谱线条数的两种求解方法． ①用数学中的组合知识求解：N＝C＝. ②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． 如图甲所示为氧原子的能级，图乙为氢原子的光谱．已知谱线a是氢原子从n＝4的能级跃迁到n＝2的能级时的辐射光，则谱线b是氢原子(　　) A．从n＝3的能级跃迁到n＝2的能级时的辐射光 B．从n＝5的能级跃迁到n＝2的能级时的辐射光 C．从n＝4的能级跃迁到n＝3的能级时的辐射光 D．从n＝2的能级跃迁到n＝1的能级时的辐射光 B　[从氢原子光谱上可以看出谱线a、b相邻且波长λb<λa，则谱线b光子的频率大于谱线a光子的频率，产生谱线b的能级差仅大于产生谱线a的能级差，所以选项B正确．] [训练2]　(江苏卷)如图所示是某原子的能级图，a、b、c为原子跃迁所发出的三种波长的光．在下列该原子光谱的各选项中，谱线从左向右的波长依次增大，则正确的是(　　) C　[根据玻尔的原子跃迁公式h＝En－Em可知，两个能级间的能量差值越大，辐射光的波长越短．从图中可看出，能量差值的