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第十二章波粒二象性原子结构和原子核第1讲光电效应波粒二象性考点一光电效应的实验规律1．光电效应在光的照射下金属中的电子从金属表面逸出的现象，叫做光电效应，发射出来的电子叫做光电子。
2．实验规律(1)每种金属都有一个极限频率。
(2)光子的最大初动能与入射光的强度无关，只随入射光的频率增大而增大。
(3)光照射到金属表面时，光电子的发射几乎是瞬时的。
(4)饱和光电流的强度与入射光的强度成正比。
3．几个概念(1)光子的能量：ε＝hν，其中h＝6.63×10－34 J·s称为(普朗克常量)。
(2)逸出功W0：使电子脱离某种金属所做功的最小值。
(3)最大初动能：发生光电效应时，金属表面上的电子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。
(4)遏止电压：使光电流减小到零时的反向电压U C。
(5)截止频率：能使某种金属发生光电效应的最小频率叫做该种金属的截止频率(又叫极限频率)。
不同的金属对应着不同的极限频率。
4．对光电效应实验规律的理解(1)任何一种金属，都有一个与之对应的极限频率，入射光的频率必须大于这个极限频率，才能发生光电效应；低于这个频率的光不能发生光电效应。
所以判断光电效应是否发生应该比较题目中给出的入射光频率和对应金属的极限频率的大小。
(2)光电子的最大初动能与入射光的强度无关，只随着入射光频率的增大而增大。
(3)入射光照射到金属上时，光电子的发射几乎是瞬时的，一般不超过10－9 s。
(4)当入射光的频率大于极限频率时，光电流的强度与入射光的强度成正比。
5．光电效应中应区分哪些概念(1)光子与光电子光子指光在空间传播时的每一份能量，光子不带电，光电子是金属表面受到光照射时发射出来的电子，光子是光电效应的因，光电子是果。
(2)光电子的动能与光电子的最大初动能光照射到金属表面时，电子吸收光子的能量，可能向各个方向运动，除了要克服逸出功外，有时还要克服原子的其他束缚的作用力，剩余部分为光电子的初动能；只有金属表面的电子直接向外飞出时，只需克服原子核的引力做功的情况，才具有最大初动能。
专题50 光电效应波粒二象性1.知道什么是光电效应，理解光电效应的实验规律.2.会利用光电效应方程计算逸出功、极限频率、最大初动能等物理量.3.知道光的波粒二象性，知道物质波的概念．一、黑体辐射与能量子1．黑体与黑体辐射(1)黑体：是指能够完全吸收入射的各种波长的电磁波而不发生反射的物体．(2)黑体辐射的实验规律①一般材料的物体，辐射的电磁波除与温度有关外，还与材料的种类及表面状况有关．②黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的温度有关．a．随着温度的升高，各种波长的辐射强度都增加．b．随着温度的升高，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动．2．能量子(1)定义：普朗克认为，带电微粒辐射或者吸收能量时，只能辐射或吸收某个最小能量值的整数倍．即能量的辐射或者吸收只能是一份一份的．这个不可再分的最小能量值ε叫做能量子．(2)能量子的大小：ε＝hν，其中ν是电磁波的频率，h称为普朗克常量． h＝6.63×10－34J·s.二、光电效应1．光电效应现象光电效应：在光的照射下金属中的电子从金属表面逸出的现象，叫做光电效应，发射出来的电子叫做光电子．2．光电效应规律(1)每种金属都有一个极限频率．(2)光子的最大初动能与入射光的强度无关，只随入射光的频率增大而增大．(3)光照射到金属表面时，光电子的发射几乎是瞬时的．(4)光电流的强度与入射光的强度成正比．3．爱因斯坦光电效应方程(1)光子说：空间传播的光的能量是不连续的，是一份一份的，每一份叫做一个光子．光子的能量为ε＝h ν，其中h 是普朗克常量，其值为6.63×10－34J·s.(2)光电效应方程：E k ＝h ν－W 0.其中h ν为入射光的能量，E k 为光电子的最大初动能，W 0是金属的逸出功． 4． 遏止电压与截止频率(1)遏止电压：使光电流减小到零的反向电压U c .(2)截止频率：能使某种金属发生光电效应的最小频率叫做该种金属的截止频率(又叫极限频率)．不同的金属对应着不同的极限频率．(3)逸出功：电子从金属中逸出所需做功的最小值，叫做该金属的逸出功． 三、光的波粒二象性与物质波 1． 光的波粒二象性(1)光的干涉、衍射、偏振现象证明光具有波动性． (2)光电效应说明光具有粒子性．(3)光既具有波动性，又具有粒子性，称为光的波粒二象性． 2． 物质波 (1)概率波光的干涉现象是大量光子的运动遵守波动规律的表现，亮条纹是光子到达概率大的地方，暗条纹是光子到达概率小的地方，因此光波又叫概率波． (2)物质波任何一个运动着的物体，小到微观粒子大到宏观物体都有一种波与它对应，其波长ph=λ，p 为运动物体的动量，h 为普朗克常量.考点一 光电效应现象和光电效应方程的应用 1．对光电效应的四点提醒(1)能否发生光电效应，不取决于光的强度而取决于光的频率。
第十三章 波粒二象性 原子结构 原子核(加试)第1讲 波粒二象性 原子结构考试标准知识内容必考要求加试要求说明能量量子化 b 1.不要求掌握黑体辐射的概念和实验规律.2.不要求识记研究光电效应现象的实验电路图.3.不要求用Δx ·Δp ≥ 进行计算.4.不要求了解测量比荷的实验装置.光的粒子性 c 粒子的波动性c 概率波 b 不确定性关系 b 电子的发现 a 原子的核式结构模型b 氢原子光谱 b 玻尔的原子模型c知识内容必考要求加试要求说明能量量子化 b 5.不要求计算以密立根实验为背景的问题.6.不要求了解α粒子散射实验装置的细节.7.不要求用氢原子光谱的实验规律计算波长.8.不要求识记氢原子不同状态时的电子云.光的粒子性 c 粒子的波动性c 概率波 b 不确定性关系 b 电子的发现 a 原子的核式结构模型b 氢原子光谱 b 玻尔的原子模型c内容索引加试考点自清加试题型突破课时训练加试考点自清一、能量量子化1.量子化假设黑体的空腔壁由大量振子(振动着的带电微粒)组成，其能量只能是某一最小能量值ε的 ，并以这个最小能量值为单位一份一份地吸收或辐射.2.能量子不可再分的最小能量值ε＝hν，ν是 ，h 是普朗克常量，h ＝6.626×10－34 J·s.考点逐项排查1整数倍电磁波的频率二、光的粒子性1.光电效应现象在光的照射下金属中的电子从金属表面逸出的现象，叫做光电效应，发射出来的电子叫做 .2.实验规律(1)每种金属都有一个 .(2)光子的最大初动能与入射光的强度无关，只随入射光的 增大而增大.(3)光照射到金属表面时，光电子的发射几乎是 的.(4)入射光越强单位时间内发射的光电子数越多.光电子极限频率频率瞬时3.爱因斯坦光电效应方程(1)光子：光不仅在发射和吸收时能量是一份一份的，而且光本身就是由一个个不可分割的能量子组成的，这些能量子称为 ，频率为ν的光的能量子为hν.(2)爱因斯坦光电效应方程①表达式：hν＝E k ＋W 0或E k ＝hν－W 0.②物理意义：金属中电子吸收一个光子获得的能量是hν，这些能量一部分用于克服金属的，剩下的表现为逸出后电子的初动能E k .光子逸出功三、光的波动性 概率波1.光的波粒二象性(1)光的干涉、衍射、偏振现象证明光具有 性.(2)光电效应说明光具有性.(3)光既具有波动性，又具有粒子性，称为光的 性.2.物质波任何一个运动着的物体，小到微观粒子大到宏观物体都有一种波与它对应，其波长λ＝__，p 为运动物体的动量，h 为普朗克常量.波动粒子波粒二象3.概率波大量光子产生的效果显示出 ，个别光子产生的效果显示出粒子性，光波是概率波，光子的行为服从统计规律，对于电子和其他微粒，由于同样具有波粒二象性，所以它们的物质波也是概率波.4.不确定性关系在经典力学中，一个质点的位置和动量是可以同时测定的，在量子力学中，要同时测出微观粒子的位置和动量是不可能的，我们把这种关系叫做关系.波动性不确定性四、电子的发现 原子的核式结构模型1.英国物理学家 在研究阴极射线时发现了电子，提出了原子的“枣糕模型”.2.原子的核式结构模型(1)α粒子散射实验的结果：绝大多数α粒子穿过金箔后，基本上仍沿原来的方向前进，但有 α粒子发生了大角度偏转，偏转的角度甚至大于90°，也就是说它们几乎被“撞了回来”，如图1所示.图1汤姆孙少数(2)原子的核式结构模型：原子中带正电部分的体积很小，原子半径的10－10m数量级是，而原子核半径的数量级是10－15 m，但几乎占有全部质量，电子在正电体的外面运动.五、氢原子光谱 玻尔的原子模型1.光谱分析：利用每种原子都有自己的可以用来鉴别物质和确定物质的组成成分，且灵敏度很高.在发现和鉴别化学元素上有着重大的意义.2.玻尔理论(1)定态：原子只能处于一系列的能量状态中，在这些能量状态中原子是稳定的，电子虽然绕核运动，但并不向外辐射能量.(2)跃迁：电子从能量较高的定态轨道跃迁到能量较低的定态轨道时，会放出能量为hν的光子，这个光子的能量由前后两个能级的能量差决定，即hν＝.(h 是普朗克常量，h ＝6.63×10－34 J·s)特征谱线不连续E m －E n(3)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，因此电子的可能轨道也是不连续的.3.能级公式：E n ＝_______(n ＝1,2,3，…)，其中E 1为基态能量，其数值为E 1＝ eV.4.半径公式：r n ＝ (n ＝1,2,3，…)，其中r 1为基态半径，又称玻尔半径，其数值为r 1＝0.53×10－10 m.不连续的－13.6n 2r 15.氢原子的能级图能级图如图2所示图2加试题组专练2 1.普朗克在1900年将“能量子”引入物理学，开创了物理学的新纪元.在下列宏观概念中，具有“量子化”特征的是( )A.人的个数B.物体所受的重力C.物体的动能D.物体的长度√123452.关于光的波粒二象性的理解正确的是( )A.大量光子的效果往往表现出粒子性，个别光子的行为往往表现出波动性B.光在传播时是波，而与物质相互作用时就转变成粒子C.高频光是粒子，低频光是波√D.波粒二象性是光的根本属性，有时它的波动性显著，有时它的粒子性显著3.卢瑟福通过对α粒子散射实验结果的分析，提出了原子内部存在( )A.电子B.中子C.质子D.原子核√4.氢原子的基态能量为E1，如图所示，四个能级图能正确代表氢原子能级的是( )√5.(多选)关于光谱，下列说法正确的是( )A.炽热的液体发射连续谱B.发射光谱一定是连续谱C.线状谱和暗线谱都可以对物质成分进行分析D.霓虹灯发光形成的光谱是线状谱√√√加试题型突破例1 (多选)如图3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(直线与横轴的交点为4.27，与纵轴交点为0.5).由图可知( )A.该金属的截止频率为4.27×1014 HzB.该金属的截止频率为5.5×1014 HzC.该图线的斜率表示普朗克常量D.该金属的逸出功为0.5 eV命题点一 光电效应规律的理解√图3√1.关于光电效应现象，下列说法中正确的是( )A.在光电效应现象中，入射光的强度越大，光电子的最大初动能越大B.在光电效应现象中，光电子的最大初动能与照射光的频率成正比C.对于任何一种金属都存在一个“最大波长”，入射光的波长必须小 于此波长，才能产生光电效应D.对于某种金属，只要入射光的强度足够大，就会发生光电效应[题组阶梯突破]√2.用一束紫外线照射某金属时不能产生光电效应，可能使该金属发生光电效应的措施是( )√A.改用频率更小的紫外线照射B.改用X射线照射C.改用强度更大的原紫外线照射D.延长原紫外线的照射时间解析 某种金属能否发生光电效应取决于入射光的频率，与入射光的强度和照射时间无关，不能发生光电效应说明入射光的频率小于金属的极限频率，所以要使金属发生光电效应，应增大入射光的频率，X 射线的频率比紫外线频率高，所以本题选B.3.如图4，用一定频率的单色光照射光电管时，电流表指针会发生偏转，则( )A.电源右端应为正极B.流过电流表G 的电流大小取决于照射光的频率C.流过电流表G 的电流方向是由a 流向bD.普朗克解释了光电效应并提出光子能量E ＝hν图4√4.(多选)对爱因斯坦光电效应方程E k ＝hν－W 0，下面的理解正确的有( )A.只要是用同种频率的光照射同一种金属，那么从金属中逸出的所有光 电子都会具有同样的初动能E kB.式中的W 0表示每个光电子从金属中飞出过程中克服金属中正电荷引力 所做的功C.逸出功W 0和截止频率νc 之间应满足关系式W 0＝hνcD.光电子的最大初动能和入射光的频率不是成正比√√例2 (多选)(2016·10月浙江选考·15)如图5为氢原子能级图，氢原子中的电子从n ＝5能级跃迁到n ＝2能级可产生a 光；从n ＝4能级跃迁到n ＝2能级可产生b 光.a 光和b 光的波长分别为λa 和λb ，照射到逸出功为2.29 eV 的金属钠表面均可产生光电效应，遏止电压分别为U a 和U b .则( )A.λa ＞λbB.U a ＞U bC.a 光的光子能量为2.86 eVD.b 光产生的光电子最大初动能E k ＝0.26 eV √命题点二 氢原子能级及能级跃迁图5√√5.(多选)以下说法中，属于玻尔所提出的原子模型理论的是( )A.原子处在具有一定能量的定态中，虽然电子做圆周运动，但不向外辐 射能量B.原子的不同能量状态与电子沿不同的圆轨道绕核运动相对应，而电子 的可能轨道分布是不连续的C.电子从一个轨道跃迁到另一个轨道时，辐射(或吸收)一定频率的光子D.电子跃迁时辐射的光子的频率等于电子绕核做圆周运动的频率[题组阶梯突破]√√√6.一个氢原子从n＝3能级跃迁到n＝2能级.该氢原子( )A.放出光子，能量增加√B.放出光子，能量减少C.吸收光子，能量增加D.吸收光子，能量减少解析 根据玻尔理论，氢原子能级越高对应的能量越大，当氢原子从较高能级向较低能级跃迁时放出光子，能量减少.故选项B正确.7.如图6所示为氢原子能级图，如果有大量处在n＝3激发态的氢原子向低能级跃迁，则能辐射出的频率不同的光的种类及发出波长最短的光的能级跃迁是( )A.3种，从n＝3到n＝2B.3种，从n＝3到n＝1C.2种，从n＝3到n＝2D.2种，从n＝3到n＝1√图68.如图7所示，氢原子在下列各能级间跃迁：(1)从n ＝2到n ＝1；(2)从n ＝5到n ＝3；(3)从n ＝4到n ＝2；在跃迁过程中辐射的电磁波的波长分别用λ1、λ2、λ3表示，则波长λ1、λ2、λ3大小的顺序是( )A.λ1＜λ2＜λ3B.λ1＜λ3＜λ2C.λ3＜λ2＜λ1D.λ2＜λ3＜λ1√图79.(多选)(2015年10月浙江选考)氢原子从n ＝6跃迁到n ＝2能级时辐射出频率为ν1的光子，从n ＝5跃迁到n ＝2能级时辐射出频率为ν2的光子.下列说法正确的是( )A.频率为ν1 的光子的能量较大B.频率为ν1的光子的动量较大C.做双缝干涉实验时，频率为ν1的光产生的条纹间距较大D.用同一种金属做光电效应实验时，频率为ν1的光产生的光电子的最大初动能较大√√√课时训练1.原子的核式结构学说，是卢瑟福根据以下哪个实验提出来的( )A.光电效应实验B.氢原子光谱实验√C.α粒子散射实验D.天然放射实验解析 原子的核式结构学说是卢瑟福通过α粒子散射实验提出的.故C正确.2.(多选)原子的能量量子化现象是指( )A.原子的能量是不可以改变的B.原子的能量与电子的轨道无关C.原子的能量状态是不连续的D.原子具有分立的能级√√解析 根据玻尔理论，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，原子不同的能量状态对应不同的轨道，故C 、D 选项正确.3.下列关于光的波粒二象性的说法中，正确的是( )A.有的光是波，有的光是粒子B.光子与电子是同样的一种粒子√C.光的波长越长，其波动性越显著；波长越短，其粒子性越显著D.大量光子的行为往往显示出粒子性4.(多选)有关氢原子光谱的说法正确的是( )A.氢原子的发射光谱是连续谱√B.氢原子光谱说明氢原子只发出特定频率的光√C.氢原子光谱说明氢原子的能级是分立的D.氢原子光谱线的频率与氢原子能级的能量差无关解析 氢原子的发射光谱是线状谱，故选项A错误；氢原子光谱说明：氢原子只能发出特定频率的光，氢原子能级是分立的，故选项B、C正确；由玻尔理论知氢原子发射出的光子能量由前、后两个能级的能量差决定，即hν＝E m－E n，故选项D错误.5.在光电效应的实验结果中，与光的波动理论不矛盾的是( )A.光电效应是瞬时发生的B.所有金属都存在极限频率√C.光电流随着入射光增强而变大D.入射光频率越大，光电子最大初动能越大6.(多选)用强度和频率都相同的两束紫外线分别照射到两种不同金属的表面上，均可发生光电效应，则下列说法中正确的是( )A.两束紫外线光子总能量相同B.从不同的金属表面逸出的光电子的最大初动能相同C.在单位时间内从不同的金属表面逸出的光电子数相同D.从不同的金属表面逸出的光电子的最大初动能不同√√√7.根据玻尔理论，下列关于氢原子的论述正确的是( )A.当氢原子由能量为E n的定态向低能级跃迁时，氢原子要辐射的光子能量为hν＝E nB.电子沿某一轨道绕核运动，若圆周运动的频率为ν，则其发出光的频率也是ν√C.一个氢原子中的电子从一个半径为r a的轨道自发地直接跃迁到另一个半径为r b的轨道，已知r a＞r b，则此过程原子要辐射某一频率的光子D.氢原子吸收光子后，将从高能级向低能级跃迁8.(2016·嘉兴市联考)如图1所示是某原子的能级图，a、b、c为原子跃迁时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( )图1√9.(多选)甲、乙两种金属发生光电效应时，光电子的最大初动能与入射光频率间的关系分别如图2中的a 、b 所示.下列判断正确的是( )A.图线a 与b 不一定平行B.图线a 与b 的斜率是定值，与入射光和金属材料 均无关系C.乙金属的极限频率大于甲金属的极限频率D.甲、乙两种金属发生光电效应时，若光电子的 最大初动能相同，甲金属的入射光频率大√√图210.如图3所示，当开关S断开时，用光子能量为2.5 eV 的一束光照射阴极P，发现电流表读数不为零.合上开关，调节滑动变阻器，发现当电压表读数小于0.6 V 时，电流表读数仍不为零；当电压表读数大于或等于0.6 V时，电流表读数为零，由此可知阴极材料的逸出功为( )A.1.9 eVB.0.6 eVC.2.5 eVD.3.1 eV√图311.(2015·新课标全国卷Ⅰ·35(1))在某次光电效应实验中，得到的遏止电压U c 与入射光的频率ν的关系如图4所示.若该直线的斜率和截距分别为k 和b ，电子电荷量的绝对值为e ，则普朗克常量可表示为_____，所用材料的逸出功可表示为_____.图4－eb ek12.根据玻尔原子结构理论，氦离子(He ＋)的能级图如图5所示.电子处在n ＝3轨道上比处在n ＝5轨道上离氦核的距离___(选填“近”或“远”).当大量He＋处在n ＝4的激发态时，由于跃迁所发射的谱线有__条.图5解析 能量最低的状态为基态，离原子核最近，如果吸收一定频率的光子，电子就会跃迁到能量较高的定态轨道，能级越高，离核越远.大量He ＋从n ＝4的激发态向基态跃迁时，有6种不同的跃迁方式，对应6条不同的谱线.近6。
