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1、第一節(jié)光電效應原子結構第一節(jié)光電效應原子結構課堂互動講練課堂互動講練經(jīng)典題型探究經(jīng)典題型探究知能優(yōu)化演練知能優(yōu)化演練基礎知識梳理基礎知識梳理第一節(jié)光電效應原子結構第一節(jié)光電效應原子結構基礎知識梳理基礎知識梳理一、光電效應現(xiàn)象及實驗規(guī)律一、光電效應現(xiàn)象及實驗規(guī)律1光電效應現(xiàn)象光電效應現(xiàn)象照射到金屬表面的光，能使金屬中的照射到金屬表面的光，能使金屬中的_從表從表面逸出，這個現(xiàn)象稱為光電效應面逸出，這個現(xiàn)象稱為光電效應2光電效應的實驗規(guī)律光電效應的實驗規(guī)律(1)存在飽和電流，在一定的光照條件下，隨著所存在飽和電流，在一定的光照條件下，隨著所加電壓的加電壓的_，光電流趨于一個飽和值，入射，光電流趨于一
2、個飽和值，入射光越強，飽和電流光越強，飽和電流_，即入射光越強，單位，即入射光越強，單位時間內(nèi)發(fā)射的光電子數(shù)時間內(nèi)發(fā)射的光電子數(shù)_電子電子增大增大越大越大越多越多(2)存在著存在著_電壓和電壓和_頻率，只有施加反頻率，只有施加反向電壓且達到某一值時才會使光電流為零，這向電壓且達到某一值時才會使光電流為零，這一電壓稱為遏止電壓，遏止電壓的存在說明光一電壓稱為遏止電壓，遏止電壓的存在說明光電子具有一定的初速度電子具有一定的初速度(3)光電效應具有瞬時性，當入射光頻率超過截光電效應具有瞬時性，當入射光頻率超過截止頻率止頻率0時，無論光怎樣減弱，產(chǎn)生光電流的時時，無論光怎樣減弱，產(chǎn)生光電流的時間不超過
3、間不超過_ ，光電效應幾乎是瞬時的，光電效應幾乎是瞬時的3逸出功逸出功電子從金屬中逸出所需做功的最小值，叫做這電子從金屬中逸出所需做功的最小值，叫做這種金屬的逸出功不同金屬的逸出功種金屬的逸出功不同金屬的逸出功_遏止遏止截止截止109 s不同不同二、愛因斯坦的光電效應方程二、愛因斯坦的光電效應方程1光子說：光不僅在發(fā)射和吸收時能量是一份光子說：光不僅在發(fā)射和吸收時能量是一份一份的，而且光本身就是由一個個不可分割的一份的，而且光本身就是由一個個不可分割的_組成的，這些能量子被稱為組成的，這些能量子被稱為_，頻率，頻率為為的光的能量子為的光的能量子為_.2光電效應方程光電效應方程(1)表達式：表達
4、式：_或或Ek_.(2)物理意義：金屬中電子吸收一個光子獲得的能物理意義：金屬中電子吸收一個光子獲得的能量是量是h，這些能量一部分用于克服金屬的，這些能量一部分用于克服金屬的_,剩下的表現(xiàn)為逸出后電子的剩下的表現(xiàn)為逸出后電子的_能量子能量子光子光子hhW束縛束縛初動能初動能思考感情思考感情在研究在研究粒子散射實驗中，為什么不考慮粒子散射實驗中，為什么不考慮粒子粒子與電子的碰撞？與電子的碰撞？提示：提示：這是因為這是因為粒子的質(zhì)量約是電子質(zhì)量的粒子的質(zhì)量約是電子質(zhì)量的6000多倍，多倍，粒子在前進過程中遇到電子相互碰粒子在前進過程中遇到電子相互碰撞，對撞，對粒子的運動幾乎沒有影響粒子的運動幾乎沒
5、有影響三、原子結構三、原子結構1電子的發(fā)現(xiàn)：電子的發(fā)現(xiàn)：1897年，英國物理學家年，英國物理學家_發(fā)現(xiàn)了電子，明確電子是原子的組成部分，揭開發(fā)現(xiàn)了電子，明確電子是原子的組成部分，揭開了研究原子結構的序幕了研究原子結構的序幕2原子的核式結構模型原子的核式結構模型在原子中心有一個很小的核叫原子核，原子全部在原子中心有一個很小的核叫原子核，原子全部的正電荷和幾乎全部質(zhì)量都集中在的正電荷和幾乎全部質(zhì)量都集中在_上，上，帶負電的電子在核外空間繞核高速旋轉帶負電的電子在核外空間繞核高速旋轉湯姆生湯姆生原子核原子核四、氫原子光譜四、氫原子光譜1光譜：用光柵或棱鏡可以把光按波長展開，獲光譜：用光柵或棱鏡可以把
6、光按波長展開，獲得光的得光的_和和_的記錄，即光譜的記錄，即光譜2線狀譜：光譜是一條條的線狀譜：光譜是一條條的_3連續(xù)譜：光譜看起來不是一條條分立的譜線，連續(xù)譜：光譜看起來不是一條條分立的譜線，而是連在一起的而是連在一起的_. 4特征譜線：不同原子的亮線位置特征譜線：不同原子的亮線位置_，說明，說明不同的原子的發(fā)光頻率是不同的原子的發(fā)光頻率是_的，因此這些的，因此這些亮線稱為原子的特征譜線亮線稱為原子的特征譜線5光譜分析：利用光譜分析：利用_來鑒別物質(zhì)和確定來鑒別物質(zhì)和確定物質(zhì)的組成成分，這種方法稱為光譜分析物質(zhì)的組成成分，這種方法稱為光譜分析波長成分波長成分強度分布強度分布亮線亮線光帶光帶不
7、同不同不一樣不一樣特征譜線特征譜線五、玻爾理論、能級五、玻爾理論、能級1玻爾原子模型玻爾原子模型(1)軌道假設：原子中的電子在庫侖引力的作用軌道假設：原子中的電子在庫侖引力的作用下，繞原子核做圓周運動，電子繞核運動的軌道下，繞原子核做圓周運動，電子繞核運動的軌道是是_的的(2)定態(tài)假設：電子在不同的軌道上運動時，原定態(tài)假設：電子在不同的軌道上運動時，原子處于不同的狀態(tài)，因而具有不同的能量，即原子處于不同的狀態(tài)，因而具有不同的能量，即原子的能量是子的能量是_的這些不同的狀態(tài)叫定的這些不同的狀態(tài)叫定態(tài)在各個定態(tài)中，原子是態(tài)在各個定態(tài)中，原子是_的，不向外輻的，不向外輻射能量射能量量子化量子化量子化
8、量子化穩(wěn)定穩(wěn)定(3)躍遷假設：原子從一個能量狀態(tài)向另一個能量躍遷假設：原子從一個能量狀態(tài)向另一個能量狀態(tài)躍遷時要狀態(tài)躍遷時要_或或_一定頻率的光子，一定頻率的光子，該光子的能量等于兩個狀態(tài)的該光子的能量等于兩個狀態(tài)的_，即，即h _.2能級：在玻爾理論中，原子的各個可能狀態(tài)能級：在玻爾理論中，原子的各個可能狀態(tài)的的_叫能級叫能級3基態(tài)與激發(fā)態(tài)：能量基態(tài)與激發(fā)態(tài)：能量_的狀態(tài)叫基態(tài)；的狀態(tài)叫基態(tài)；其他能量狀態(tài)叫激發(fā)態(tài)其他能量狀態(tài)叫激發(fā)態(tài)4量子數(shù)：現(xiàn)代物理學認為原子的可能狀態(tài)是量子數(shù)：現(xiàn)代物理學認為原子的可能狀態(tài)是不連續(xù)的，各狀態(tài)的標號不連續(xù)的，各狀態(tài)的標號1,2,3叫做量子數(shù)，一叫做量子數(shù)，一般
9、用般用n表示表示吸收吸收放出放出能量差能量差EmEn能量值能量值最低最低課堂互動講練課堂互動講練一、用光電管研究光電效應一、用光電管研究光電效應1常見電路常見電路(如圖如圖1511所示所示)圖圖15112兩條線索兩條線索(1)通過頻率分析：光子頻率高通過頻率分析：光子頻率高光子能量大光子能量大產(chǎn)生光電子的最大初動能大產(chǎn)生光電子的最大初動能大(2)通過光的強度分析：入射光強度大通過光的強度分析：入射光強度大光子數(shù)光子數(shù)目多目多產(chǎn)生的光電子多產(chǎn)生的光電子多光電流大光電流大3常見概念辨析常見概念辨析【名師點睛名師點睛】 (1)光電子也是電子，光子的本光電子也是電子，光子的本質(zhì)是光，注意兩者的區(qū)別質(zhì)是
10、光，注意兩者的區(qū)別(2)光電效應方程研究的對象是從金屬表面逸出光電效應方程研究的對象是從金屬表面逸出的光電子，其列式依據(jù)為能量的轉化和守恒定的光電子，其列式依據(jù)為能量的轉化和守恒定律律即時應用即時應用 (即時突破，小試牛刀即時突破，小試牛刀)1.(2010年高考浙江理綜卷年高考浙江理綜卷)在光電效應實驗中，在光電效應實驗中，飛飛同學用同一光電管在不同實驗條件下得到飛飛同學用同一光電管在不同實驗條件下得到了三條光電流與電壓之間的關系曲線了三條光電流與電壓之間的關系曲線(甲光、乙甲光、乙光、丙光光、丙光)，如圖，如圖1512所示則可判斷出所示則可判斷出()圖圖1512A甲光的頻率大于乙光的頻率甲光
11、的頻率大于乙光的頻率B乙光的波長大于丙光的波長乙光的波長大于丙光的波長C乙光對應的截止頻率大于丙光的截止頻率乙光對應的截止頻率大于丙光的截止頻率D甲光對應的光電子最大初動能大于丙光的光甲光對應的光電子最大初動能大于丙光的光電子最大初動能電子最大初動能解析：解析：選選B.由題圖可知，甲、乙兩光對應的反向由題圖可知，甲、乙兩光對應的反向截止電壓均為截止電壓均為Uc2，由愛因斯坦光電效應方程，由愛因斯坦光電效應方程EkmhW逸逸及及eUc20Ekm可知甲、乙兩光頻可知甲、乙兩光頻率相同，且均小于丙光頻率，選項率相同，且均小于丙光頻率，選項A、C均錯；甲均錯；甲光頻率小，則甲光對應光電子最大初動能小于
12、丙光頻率小，則甲光對應光電子最大初動能小于丙光的光電子最大初動能，選項光的光電子最大初動能，選項D錯誤；乙光頻率錯誤；乙光頻率小于丙光頻率，故乙光的波長大于丙光的波長，小于丙光頻率，故乙光的波長大于丙光的波長，選項選項B正確正確二、二、粒子散射實驗與核式結構模型粒子散射實驗與核式結構模型1盧瑟福的盧瑟福的粒子散射實驗裝置粒子散射實驗裝置(如圖如圖1513)圖圖15132粒子散射實驗的現(xiàn)象粒子散射實驗的現(xiàn)象圖圖1514絕大多數(shù)絕大多數(shù)粒子穿過金箔后，基本上仍沿原來的方粒子穿過金箔后，基本上仍沿原來的方向前進，但少數(shù)向前進，但少數(shù)粒子發(fā)生了大角度偏轉，極少數(shù)粒子發(fā)生了大角度偏轉，極少數(shù)粒子甚至被撞
13、了回來如圖粒子甚至被撞了回來如圖1514所示所示3盧瑟福的原子核式結構模型盧瑟福的原子核式結構模型在原子的中心有一個很小的核，叫原子核，原子的在原子的中心有一個很小的核，叫原子核，原子的所有正電荷和幾乎所有質(zhì)量都集中在原子核里，帶所有正電荷和幾乎所有質(zhì)量都集中在原子核里，帶負電的電子在核外繞核旋轉負電的電子在核外繞核旋轉4建立核式結構模型的要點建立核式結構模型的要點(1)核外電子不會使核外電子不會使粒子的速度發(fā)生明顯改變粒子的速度發(fā)生明顯改變(2)湯姆生模型不能解釋湯姆生模型不能解釋粒子的大角度散射粒子的大角度散射(3)少數(shù)少數(shù)粒子發(fā)生了大角度偏轉，甚至反彈回來，粒子發(fā)生了大角度偏轉，甚至反彈
14、回來，表明這些表明這些粒子在原子中的某個地方受到了質(zhì)量、粒子在原子中的某個地方受到了質(zhì)量、電量均比它本身大得多的物體的作用電量均比它本身大得多的物體的作用5從從粒子散射實驗的數(shù)據(jù)可估算出原子核半徑的粒子散射實驗的數(shù)據(jù)可估算出原子核半徑的數(shù)量級為數(shù)量級為1015 m，而原子半徑的數(shù)量級為，而原子半徑的數(shù)量級為1010 m.【名師點睛名師點睛】絕大多數(shù)絕大多數(shù)粒子在穿過厚厚的金粒子在穿過厚厚的金原子層而運動方向沒有明顯變化，說明原子中絕原子層而運動方向沒有明顯變化，說明原子中絕大部分是空的原子的質(zhì)量、電量都集中在體積大部分是空的原子的質(zhì)量、電量都集中在體積很小的核上很小的核上即時應用即時應用(即時
15、突破，小試牛刀即時突破，小試牛刀)2.(2011年吉林二模年吉林二模)關于原子結構和原子核，下關于原子結構和原子核，下列說法中正確的是列說法中正確的是()A利用利用粒子散射實驗可以估算原子核的半徑粒子散射實驗可以估算原子核的半徑B利用利用粒子散射實驗可以估算核外電子的運粒子散射實驗可以估算核外電子的運動半徑動半徑C原子的核式結構模型很好地解釋了氫原子原子的核式結構模型很好地解釋了氫原子光譜的實驗光譜的實驗D處于激發(fā)態(tài)的氫原子放出光子后，核外電處于激發(fā)態(tài)的氫原子放出光子后，核外電子運動的動能將增大子運動的動能將增大解析：解析：選選AD.核外電子對粒子幾乎沒有什么阻擋核外電子對粒子幾乎沒有什么阻擋
16、作用，故無法估算核外電子的運動半徑，選項作用，故無法估算核外電子的運動半徑，選項B錯誤；玻爾的氫原子模型很好地解釋了氫原子光錯誤；玻爾的氫原子模型很好地解釋了氫原子光譜的實驗，選項譜的實驗，選項C錯誤錯誤2氫原子的能級圖氫原子的能級圖(如圖如圖1515所示所示)圖圖1515(1)能級圖中的橫線表示氫原子可能的能量狀態(tài)能級圖中的橫線表示氫原子可能的能量狀態(tài)定態(tài)定態(tài)(2)橫線左端的數(shù)字橫線左端的數(shù)字“1,2,3”表示量子數(shù)，右表示量子數(shù)，右端的數(shù)字端的數(shù)字“13.6，3.40”表示氫原子的能表示氫原子的能級級(3)相鄰橫線間的距離，表示相鄰的能級差，量相鄰橫線間的距離，表示相鄰的能級差，量子數(shù)越大
17、，相鄰的能級差越小子數(shù)越大，相鄰的能級差越小(4)帶箭頭的豎線表示原子由較高能級向較低能帶箭頭的豎線表示原子由較高能級向較低能級躍遷，原子躍遷條件為：級躍遷，原子躍遷條件為：hEmEn.即時應用即時應用(即時突破，小試牛刀即時突破，小試牛刀)3.氫原子的部分能級如圖氫原子的部分能級如圖1516所示，已知可所示，已知可見光的光子能量在見光的光子能量在1.62 eV到到3.11 eV之間由此之間由此可推知，氫原子可推知，氫原子()圖圖1516A從高能級向從高能級向n1能級躍遷時發(fā)出的光的波能級躍遷時發(fā)出的光的波長比可見光的短長比可見光的短B從高能級向從高能級向n2能級躍遷時發(fā)出的光均為能級躍遷時發(fā)
18、出的光均為可見光可見光C從高能級向從高能級向n3能級躍遷時發(fā)出的光的頻能級躍遷時發(fā)出的光的頻率比可見光的高率比可見光的高D從從n3能級向能級向n2能級躍遷時發(fā)出的光為能級躍遷時發(fā)出的光為可見光可見光(滿分樣板滿分樣板8分分)在研究原子物理時，科在研究原子物理時，科學家經(jīng)常借用宏觀模型進行模擬在玻爾原子模學家經(jīng)常借用宏觀模型進行模擬在玻爾原子模型中，完全可用衛(wèi)星繞行星運動來模擬研究電子型中，完全可用衛(wèi)星繞行星運動來模擬研究電子繞原子核的運動當然這時的向心力不是粒子間繞原子核的運動當然這時的向心力不是粒子間的萬有引力的萬有引力(可忽略不計可忽略不計)，而是粒子間的靜電，而是粒子間的靜電力設氫原子中
19、，電子和原子核的帶電荷量大小力設氫原子中，電子和原子核的帶電荷量大小都是都是e1.601019 C，電子在第，電子在第1、2可能軌道可能軌道運行時，其運動半徑分別為運行時，其運動半徑分別為r10.531010 m，r24r1，據(jù)此求：，據(jù)此求：經(jīng)典題型探究經(jīng)典題型探究與能級有關的能量轉化與能級有關的能量轉化(1)電子分別在第一、二可能軌道運行時的動能電子分別在第一、二可能軌道運行時的動能(以以eV為單位為單位)(2)當電子從第一可能軌道躍遷到第二可能軌道時當電子從第一可能軌道躍遷到第二可能軌道時,原子還需吸收原子還需吸收10.2 eV的光子，那么電子的電勢能的光子，那么電子的電勢能增加了多少？
20、增加了多少？(靜電力常量靜電力常量k9.0109 Nm2/C2)【思路點撥】【思路點撥】解答本題時應注意以下兩點：解答本題時應注意以下兩點：(1)電子繞原子核的運動，可以認為是靜電力提供電子繞原子核的運動，可以認為是靜電力提供向心力，因此可以用圓周運動規(guī)律解題向心力，因此可以用圓周運動規(guī)律解題(2)當原子能級躍遷時，能量發(fā)生轉化，滿足能量當原子能級躍遷時，能量發(fā)生轉化，滿足能量轉化守恒定律轉化守恒定律【答案】【答案】(1)13.6 eV3.4 eV(2)20.4 eV光電效應方程的應用光電效應方程的應用如圖如圖1517甲所示，合上甲所示，合上開關，用光子能量為開關，用光子能量為2.5 eV的一
21、束的一束光照射陰極光照射陰極K，發(fā)現(xiàn)電流表讀數(shù)不，發(fā)現(xiàn)電流表讀數(shù)不為零調(diào)節(jié)滑動變阻器，發(fā)現(xiàn)當電為零調(diào)節(jié)滑動變阻器，發(fā)現(xiàn)當電壓表讀數(shù)小于壓表讀數(shù)小于0.60 V時，電流表讀時，電流表讀數(shù)仍不為零，當電壓表讀數(shù)大于或數(shù)仍不為零，當電壓表讀數(shù)大于或等于等于0.60 V時，電流表讀數(shù)為時，電流表讀數(shù)為零把電路改為圖乙，當電壓表讀零把電路改為圖乙，當電壓表讀數(shù)為數(shù)為2 V時，電子到達陽極時的最大時，電子到達陽極時的最大動能為多大？動能為多大？圖圖1517【答案】【答案】2.6 eV【題后反思】【題后反思】該題中電源極性的接法不同，該題中電源極性的接法不同，甲圖中加的是反向電壓，光電子在光電管中減甲圖中加的是反向電壓，光電子在光電管中減速，圖乙中加的是正向電壓，光電子在光電管速，圖乙中加的是正向電壓，光電子在光電管中加速中加速
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