第4章 原子结构和波粒二象性 章末整合提升(课件PPT)-【精讲精练】2024-2025学年高中物理选择性必修第三册（人教版2019）

章 末 整 合 提 升 章 末 整 合 提 升 1 饱和 遏止电压 截止频率 波粒二象性 章 末 整 合 提 升 1 枣糕 核式结构 线状谱 轨道 能量 氢原子 章 末 整 合 提 升 1 章 末 整 合 提 升 1 章 末 整 合 提 升 1 章 末 整 合 提 升 1 章 末 整 合 提 升 1 章 末 整 合 提 升 1 章 末 整 合 提 升 1 章 末 整 合 提 升 1 章 末 整 合 提 升 1 章 末 整 合 提 升 1 章 末 整 合 提 升 1 章 末 整 合 提 升 1 章 末 整 合 提 升 1 章 末 整 合 提 升 1 章 末 整 合 提 升 1 章 末 整 合 提 升 1 章 末 整 合 提 升 1 章 末 整 合 提 升 1 章 末 整 合 提 升 1 章 末 整 合 提 升 1 章 末 整 合 提 升 1 章 末 整 合 提 升 1 章 末 整 合 提 升 1 章 末 整 合 提 升 1 章 末 整 合 提 升 1 章 末 整 合 提 升 1 章 末 整 合 提 升 1 章 末 整 合 提 升 1 章 末 整 合 提 升 1 谢谢观看 章 末 整 合 提 升 1 hν eq \f(h,λ) hν hν－W0 一、光电效应的规律和光电效应方程[科学探究] 1．理解光电效应的规律的四个角度 (1)任何一种金属都有一个截止频率，入射光的频率必须大于等于这个截止频率才能发生光电效应，低于这个截止频率则不能发生光电效应。 (2)发生光电效应时，光电子的最大初动能与入射光的强度无关，随入射光的频率的增大而增大。 (3)光电效应的发生几乎是瞬时的，产生电流的时间不超过10－9 s。 (4)大于截止频率的光照射金属时，光电流(反映单位时间内发射出的光电子数的多少)与入射光的强度成正比。 2．爱因斯坦光电效应方程Ek＝hνc－W0 W0表示金属的逸出功，νc表示金属的截止频率，则W0＝hνc。 　某实验小组的同学利用如下所示的实验研究光的波粒二象性。 (1)利用图甲所示的电路研究阴极K的遏止电压与照射光频率的关系。若实验测得钠(Na)的遏止电压Uc与照射光的频率ν的关系图像如图乙所示，已知钠的极限频率为5.53×1014 Hz，钙的极限频率为7.73×1014 Hz，则下列说法正确的是________。 A．需将单刀双掷开关S置于a端 B．需将单刀双掷开关S置于b端 C．钙的遏止电压与照射光的频率的关系图线应该是① D．钙的遏止电压与照射光的频率的关系图线应该是② (2)从图乙中可以看出两种金属中________(选填“钠”或“钙”)更容易发生光电效应。已知普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s，电子的电荷量e＝1.6×10－19 C，那么该实验所用光电管的K极材料钙的逸出功为________ eV。(结果保留2位有效数字) [解析]　(1)本实验是研究阴极K的遏止电压与照射光频率的关系，所以电源正极应与阴极相连，A正确，B错误；根据光电效应方程及动能定理得Ekm＝Uce＝hν－W0，不同材料的图像的斜率相同，C错误，D正确。 (2)因为钙的横截距较大，故逸出功较大，所以钠更容易发生光电效应，代入数据得W0＝hν＝eq \f(6.63×10－34×7.73×1014,1.6×10－19) eV＝3.2 eV。 [答案]　(1)AD　(2)钠　3.2 ●核心素养·思维升华 爱因斯坦光电效应方程的应用技巧 爱因斯坦光电效应方程表达式为Ek＝hν－W0，其中Ek＝eq \f(1,2)mvm2是最大初动能，W0为金属的逸出功，根据公式得到常见物理量的求解： (1)最大初动能：eq \f(1,2)mvm2＝hν－W0； (2)遏止电压：eUc＝Ek⇒Uc＝eq \f(Ek,e)； (3)截止频率：νc＝eq \f(W0,h)。 1．关于光电效应，下列说法正确的是(　　) A．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 B．入射光的强度一定时，频率越高，单位时间内逸出的光电子数就越多 C．极限频率越大的金属材料逸出功越大 D．只要光照射的时间足够长，任何金属都能发生光电效应 答案　C 二、原子跃迁的条件和规律 1．使原子发生能级跃迁的两种粒子——光子与实物粒子的不同 (1)吸收光子能量：原子若是吸收光子能量而被激发，光子的能量必须等于两能级差，否则不被吸收，即hν＝Em－En。 (2)吸收外来实物粒子的能量：原子若吸收外来的实物粒子，由于实物粒子的动能可全部或部分地被原子吸收，所以只要实物粒子的能量大于等于两能级差值(E≥Em－En)，均可使原子发生跃迁。 (3)公式hν＝Em－En的使用：hν＝Em－En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。对于光子与原子作用而使原子电离和实物粒子与原子作用使原子激发的情况，则不受此条件限制。 2．自发跃迁与受激跃迁的比较 (1)自发跃迁 ①由高能级到低能级，由远轨道到近轨道。 ②释放能量，放出光子(发光)：hν＝E初－E末。 ③处于激发态为n能级的原子可能的光谱线条数：eq \f(nn－1,2)。 (2)受激跃迁 ①由低能级到高能级，由近轨道到远轨道。 ②吸收能量eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\co1(a.光照射,b.实物粒子)) 3．能级跃迁的几个问题 (1)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。 (2)跃迁与电离 原子不管是吸收还是辐射光子，其光子的能量都必须等于这两个能级的能量差。欲想把处于某一定态的原子的电子电离出去，就需要给原子一定的能量。如使氢原子从n＝1的基态上升到n→∞的状态，这个能量的大小至少为13.6 eV。 (3)间接跃迁和直接跃迁 原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)光子的频率可能不同。 　(多选)氢原子能级示意图如图所示，一群原处于n＝4能级的氢原子回到n＝1的过程中(　　) A．放出三种频率不同的光子 B．放出六种频率不同的光子 C．放出的光子的最大能量为12.75 eV， 最小能量是0.66 eV D．放出的光子能够使逸出功为13.0 eV的金属发生光电效应 [解析]　一群氢原子由高能级跃迁到低能级时会辐射光子，由n＝4能级回到n＝1的过程中会放出6种频率的光子，选项A错误，B正确；光子的能量等于跃迁的两能级间的能量的差值，最小为n＝4跃迁到n＝3时，为0.66 eV，最高为n＝4跃迁到n＝1时，为12.75 eV，选项C正确；发生光电效应的条件是入射光子的能量大于金属的逸出功，所以选项D错误。 [答案]　BC ●核心素养·思维升华 能级跃迁规律的应用 (1)能级之间发生跃迁时，吸收(放出)光子的频率由能级间的能量差决定，hν＝Em－En。 (2)原子若是吸收光子的能量而被激发，其光子的能量必须等于两能级的能量差，而原子吸收外来实物粒子(例如，自由电子)的能量被激发时，实物粒子的动能可部分地被原子吸收。 (3)一个氢原子发生跃迁可能发出的光谱线条数最多为(n－1)。 (4)一群氢原子发生跃迁可能发出的光谱线条数为N＝Cn2＝eq \f(nn－1,2)。 2．欲使处于基态的氢原子激发，下列措施不可行的是(　　) A．用12.09 eV的光子照射 B．用13 eV的光子照射 C．用14 eV的光子照射 D．用13 eV的电子碰撞 解析　由跃迁条件知氢原子受激发跃迁时，只能吸收能量值刚好等于某两能级能量之差的光子。根据氢原子能级图可知12.09 eV刚好为氢原子n＝1和n＝3的两能级能量差，而13 eV则不是氢原子基态和任一激发态的能量之差，因此氢原子只能吸收前者，而不能吸收后者；对于14 eV的光子则足以使氢原子电离，电离后的自由电子还具有0.4 eV的动能；至于13 eV的电子，它的能量通过碰撞可以被氢原子吸收。综上所述，选B。 答案　B 三、氢原子光谱实验规律的应用 　对于巴耳末公式，下列说法正确的是(　　) A．所有氢原子光谱的波长都与巴耳末公式相对应 B．巴耳末公式只确定了氢原子发光的可见光部分的光的波长 C．巴耳末公式确定了氢原子发光的一个线系的波长，其中既有可见光，又有紫外光 D．巴耳末公式确定了各种原子发光中的光的波长 [解析]　巴耳末公式只确定了氢原子发光中一个线系的波长，不能描述氢原子发出的各种波长，也不能描述其他原子的发光，A、D错误；巴耳末公式是由当时已知的可见光中的部分谱线总结出来的，但它适用于整个巴耳末线系，该线系包括可见光和紫外光，B错误，C正确。 [答案]　C ●核心素养·思维升华 氢原子光谱实验规律的应用 (1)巴耳末公式只确定了氢原子发光中一个线系的波长，不能描述氢原子发出的各种波长，也不能描述其他原子的发光。 (2)选用巴耳末公式eq \f(1,λ)＝R∞eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,22)－\f(1,n2)))进行计算时，n只能取大于2的整数。 3．氢原子基态的能量为E1＝－13.6 eV。大量氢原子处于某一激发态。由这些氢原子可能发出的所有光子中，频率最高的光子能量为－0.96E1，频率最小的光子的能量为________eV(保留2位有效数字)，这些光子可具有________种不同的频率。 解析　氢原子基态的能量为E1＝－13.6 eV。大量氢原子处于某一激发态。由这些氢原子可能发出的所有光子中，频率最高的光子能量为－0.96E1，即跃迁到最高能级能量E＝0.04E1＝－0.544 eV，即处在n＝5能级；频率最小的光子的能量为ΔE′＝－0.544 eV－(－0.85 eV)＝0.31 eV，根据C52＝10，所以这些光子可具有10种不同的频率。 答案　0.31　10 四、科学态度与责任、物理与STSE 　图甲中的a、b、c、d为四种元素的特征谱线，图乙是某矿物的线状谱，通过光谱分析可以确定该矿物中缺少的元素为(　　) A．a元素 B．b元素 C．c元素 D．d元素 [解析]　把矿物的线状谱与几种元素的特征谱线进行对照，b元素的谱线在该线状谱中不存在，故选项B正确。与几个元素的特征谱线不对应的线说明该矿物中还有其他元素。 [答案]　B 4．下列对氢原子光谱实验规律的认识，正确的是(　　) A．因为氢原子核外只有一个电子，所以氢原子只能产生一种波长的光 B．氢原子产生的光谱是一系列波长不连续的谱线 C．氢原子产生的光谱是一系列亮度不连续的谱线 D．氢原子产生的光的波长大小与氢气放电管放电强弱有关 解析　氢原子光谱是线状谱，波长是一系列不连续的、分立的特征谱线，并不是只含有一种波长的光，也不是亮度不连续的谱线，选项B正确，选项A、C错误；氢原子光谱是氢原子的特征谱线，只要是氢原子发出的光的光谱就相同，与放电管的放电强弱无关，选项D错误。 答案　B $$