新高考二轮复习专题六第12讲光电效应原子结构和原子核课件(67张)

答案：B
3．(多选)(2021·山东菏泽二模)研究光电效应现象的实 验装置如图甲所示，用光强相同的红光和蓝光照射光电管 阴极K时，测得相应的遏止电压分别为U1和U2，产生的光 电流I随光电管两端电压U的变化规律如图乙所示。已知电 子的质量为m，电荷量为－e，红光和蓝光的频率分别为ν1
和ν2，且ν1<ν2。则下列判断正确的是( )
(4)计算能级能量时应注意：因一般取无穷远处为零电 势参考面，故各能级的能量值均为负值；能量单位1 eV＝ 1.6×10－19 J。
【精选典题·练透】 2．(2021·山东济南一模)“实时荧光定量PCR”是目 前检测新型冠状病毒的最常见的方法。一般情况下，当特 定的荧光染料被一定波长的光照射时，入射光的一部分能 量被该物质吸收，剩余的能量将荧光染料中的原子激发， 由低能级跃迁到较高能级，经过较短时间后荧光染料便可
4．(多选)(2021·江苏无锡二模)一群处于第4能级的氢 原子，向低能级跃迁过程中能发出6种不同频率的光，将 这些光分别照射到图甲电路阴极K的金属上，只能测得3 条电流随电压变化的图像，如图乙所示，已知氢原子的能 级图如图丙所示，则下列推断正确的是( )
A．图乙中的a光是氢原子由第4能级向基态跃迁发出的 B．图乙中的b光光子能量为12.09 eV C．动能为1 eV的电子不能使处于第3能级的氢原子电离 D．阴极金属的逸出功可能为W0＝1.75 eV
[思维分析] 考查角度 氢原子能级跃迁
氢原子的核外电子在两个能级跃迁时吸 解题 收或放出光子的能量等于两个能级的能 关键 量差；氢原子在某能级上电离需要吸收
的能量等于该能级能量的绝对值 [尝试解答]________
解析：大量氢原子从n＝3能级跃迁到n＝1能级最多可 辐射出C32＝3种不同频率的光子，故A错误；根据能级图 可知从n＝3能级跃迁到n＝1能级辐射的光子能量为hν1＝ 13.6 eV－1.51 eV＝12.09 eV，从n＝3能级跃迁到n＝2能 级辐射的光子能量为hν2＝3.4 eV－1.51 eV＝1.89 eV， 比较可知从n＝3能级跃迁到n＝1能级比跃迁到n＝2能级辐
形成的光电流越大，D正确。故选B。 答案：B
【知识方法·深化】 1．光电效应的两条线索和两条对应关系 (1)两条线索
(2)两条对应关系 光强大 → 光子数目多 → 逸出光电子多 → 光电流大
光子频率高 → 光子能量大 → 光电子的最大初动能大 2．定量分析时应抓住三个关系式 (1)爱因斯坦光电效应方程：Ek＝hν－W0 (2)最大初动能与遏止电压的关系：Ek＝eUc (3)逸出功与极限频率的关系：W0＝hνc
正确；由逸出功W0＝hν0，eU1＝Ekm1＝hν1－W0得金属的
极限频率ν0＝ν1－
eU1 h
或由eU2＝Ekm2＝hν2－W0得ν0＝ν2－
eU2 h
，D正确。
答案：CD
4．(2021·山东济南二模)某兴趣小组用如图甲所示的 电路探究光电效应的规律。根据实验数据，小刚同学作出 了光电子的最大初动能与入射光频率的关系图线如图乙所 示，小娜同学作出了遏止电压与入射光频率的关系图线如 图丙所示。已知光电子的电荷量为e，则下列说法正确的 是( )
答案：C
3.(多选)(2021·辽宁铁岭二模)我国自 主研发的氢原子钟现已运用于中国的北 斗导航系统中，高性能的原子钟对导航 精度的提高起到了很大的作用，同时原 子钟体积小重量轻。它通过氢原子能级跃迁而产生的电磁波 校准时钟。氢原子能级如图所示，下列说法正确的是( )
A．10 eV的光子照射处于基态的氢原子可以使处于 基态的氢原子发生跃迁
A．如果图乙、图丙中研究的是同一金属的光电效应 规律，则a＝ce
B．如果研究不同金属光电效应的规律，在图乙中将 得到经过(b，0)点的一系列直线
C．如果研究不同金属光电效应的规律，在图丙中将 得到一系列平行的倾斜直线
D．普朗克常量h＝ab ＝cde
解析：根据爱因斯坦的光电效应方程Ek＝hν－W0，
答案：C
核心考点2 原子结构与能级跃迁 【高考真题·引领】
1．(2020·北京卷)氢原子能级示意图如下。现有大量 氢原子处于n＝3能级上，下列说法正确的是( )
A．这些原子跃迁过程中最多可辐射出2种频率的光子 B．从n＝3能级跃迁到n＝1能级比跃迁到n＝2能级辐射 的光子频率低 C．从n＝3能级跃迁到n＝4能级需吸收0.66 eV的能量 D．n＝3能级的氢原子电离至少需要吸收13.6 eV的能 量
解析：根据光电效应方程eUc1＝hν－W0，eUc2＝2hν
－W0，UUcc12
＝
1 3
，联立解得W0＝12
hν，频率为13
ν的单
色光光子能量h×
1 3
ν<W0，故用频率为
1 3
ν的光照射该
光电管时不能发生光电效应，即无光电子逸出，故A错
误，B正确；根据光电效应方程Ek＝hν－W0可知，光子频
率越大，光电子的最大初动能越大，但是逸出光电子的初 动能小于等于最大初动能，所以用频率为2ν的光照射时逸 出光电子的初动能不一定大，故C错误；在发生光电效应 的前提下，饱和光电流的强度只与光照强度有关，电压只 是提高光电子的动能，增大电流。到达一定程度之后肯定 要受到光电子数量的约束，电流不再增大，故D错误。
尔理论可知，动能为1 eV的电子不能使处于第3能级的氢原子
电离，C正确；由第2能级向基态跃迁辐射的光子能量为Ec＝ E2－E1＝10.2 eV，由第4能级向第2能级跃迁辐射的光子能量为 E4－E2＝2.55 eV，由于只测得3条电流随电压变化的图像，故阴 极金属的逸出功介于2.55 eV～10.2 eV之间，不可能是1.75 eV， D错误。
专题六 近代物理初步
总目录 CONTENTS
核心考 点1
核心考 点2
核心考 点3
光电效应及其规律 原子结构与能级跃迁 核反应与核能
第12讲 光电效应 原子结构和原子核
核心考点1 光电效应及其规律 【高考真题·引领】
1．(2019·北京卷)光电管是一种利用光照射产生电流 的装置，当入射光照在管中金属板上时，可能形成光电 流。表中给出了6次实验的结果。
射的光子频率高，故B错误；根据能级图可知从n＝3能级跃 迁到n＝4能级，需要吸收的能量为E＝1.51 eV－0.85 eV＝ 0.66 eV，故C正确；根据能级图可知氢原子处于n＝3能级的 能量为－1.51 eV，故要使其电离至少需要吸收1.51 eV的能 量，故D错误。故选C。
答案：C
【知识方法·深化】 1．玻尔理论的三条假设 轨道量子化 核外电子只能在一些分立的轨道上运动 能量量子化 原子只能处于一系列不连续的能量状态 吸收或辐射 原子在两个能级之间跃迁时只能吸收或 能量量子化 发射一定频率的光子
12.9 eV和12.75 eV的光子能量可以分别跃迁到2能级、3能 级和4能级，则可以被吸收的光子能量只有三种，C正确； E4跃迁到E2时产生的光子a的能量为2.55 eV，E5跃迁到E3时 产生的光子b的能量为0.97 eV，根据E＝hν知，两个光子的 频率之比为255∶97，D正确。
答案：CD
A．蓝光的入射光子数多于红光的入射光子数 B．图乙中的b图线对应红光照射 C．用蓝光照射时，光电子的最大初动能为eU2 D．阴极K金属的极限频率为ν1－eUh 1
解析：根据光子说，光强由光子数n和单个光子的能 量hν(或频率ν)决定，光强nhν相同，红光的频率ν较小，则 红光的入射光子数n较多，A错误；由eUc＝Ekm＝hν－W0 得频率较小的红光对应的遏止电压U1较小，遏止电压是图 乙中图线与横轴的交点的横坐标的绝对值，红光对应的是 图乙中的a，B错误；蓝光照射时，由eU2＝Ekm2可知，C
发出荧光。仅考虑以上情况，下列关于荧光染料发出的荧 光的说法中正确的是( )
A．荧光光谱是连续谱 B．荧光光谱是吸收光谱 C．荧光波长可能小于入射光的波长 D．荧光波长一定等于入射光的波长
解析：因为荧光染料吸收的是一定波长的光，由于能 级的不连续性，所以荧光染料被激发后，发出的光是不连 续的，A错误；吸收光谱是温度很高的光源发出来的白光， 通过温度较低的蒸气或气体后产生的，B错误；由于原子从 低能级向高能级跃迁后不稳定再次向低能级跃迁，跃迁中 释放的能量可能大于、等于或者小于入射光的能量，所以 荧光波长可能小于入射光的波长，C正确，D错误。
2.解决氢原子能级跃迁问题的四点技巧 (1)原子跃迁时，所吸收或释放的光子能量只能等于两 能级之间的能量差。 (2)原子电离时，所吸收的能量可以大于或等于某一能 级能量的绝对值，剩余能量为自由电子的动能。
(3)一个氢原子跃迁发出可能的光谱线条数最多为(n－ 1)，而一群氢原子跃迁发出可能的光谱线条数可用N＝Cn2 ＝n（n2－1） 求解。
组
次
入射光子 的能量/eV来自相对 光强光电流 大小/mA
逸出光电子的 最大动能/eV
1
4.0
弱
29
第一组 2 4．0
中
43
3 4．0
强
60
0.9 0．9 0．9
4
6.0
弱
27
第二组 5 6．0
中
40
6 6．0
强
55
2.9 2．9 2．9
由表中数据得出的论断中不正确的是( ) A．两组实验采用了不同频率的入射光 B．两组实验所用的金属板材质不同 C．若入射光子的能量为5.0 eV，逸出光电子的最大 动能为1.9 eV D．若入射光子的能量为5.0 eV，相对光强越强，光 电流越大
[思维分析]
考查角度 光电效应
光电子从阴极到阳极的过程，由动能定理
解题 关键
eUc＝Ek可求出光电子的最大初动能；由 光电效应方程hν＝W0＋Ek可判断入射光 频率的关系；相对光强越强，单位时间内
射出的光子数越多，单位时间内逸出的光
电子数越多，形成的光电流越大。
[尝试解答]________
解析：由光子能量E＝hν，又因入射光子的能量不同， 故入射光子的频率不同，A正确；由爱因斯坦光电效应方程 hν＝W0＋Ek，可求出两组实验的逸出功均为3.1 eV，故两 组实验所用金属板材质相同，B错误；由hν＝W0＋Ek，逸出 功W0＝3.1 eV可知，若入射光子能量为5.0 eV，则逸出光 电子的最大功能为1.9 eV，C正确；相对光强越强，单位时 间内射出的光子数越多，单位时间内逸出的光电子越多，
B．一个处于n＝4能级的氢原子向低能级跃迁时可辐 射6种不同频率的光子
C．现用光子能量介于10 eV～12.9 eV范围内的光去 照射一群处于基态的氢原子，在照射光中可能被吸收的光 子能量只有3种
D．E4跃迁到E2时产生的光子a与E5跃迁到E3时产生的 光子b的频率之比为255∶97
解析：处于基态的氢原子要吸收光子实现跃迁，则吸 收的光子的能量必须等于能级差，而10 eV的能量不满足任 何一个激发态与基态的能级差，故不能吸收，A错误；一 个处于n＝4能级的氢原子向低能级跃迁时最多可辐射3种不 同频率的光子，一群处于n＝4能级的氢原子向低能级跃迁 时可辐射6种不同频率的光子，B错误；吸收10.2 eV、
【精选典题·练透】 2．(2021·北京海淀区二模)如图 所示，分别用频率为ν、2ν的光照射 某光电管，对应的遏止电压之比为 1∶3，普朗克常量用h表示，则 ()
A．用频率为13 ν的光照射该光电管时有光电子逸出 B．该光电管的逸出功为12 hν
C．用频率为2ν的光照射时逸出光电子的初动能一定大 D．加正向电压时，用频率为2ν的光照射时饱和光电流 一定大
解析：由乙图可知，a光的遏止电压最大，由eUa＝
1 2
mv02
＝hν－W0可知，频率最高，是由第4能级向基态跃迁发出的，
A正确；b光是由第3能级向基态跃迁发出的，其能量值为Eb＝
E3－E1＝－1.51 eV－(－13.6 eV)＝12.09 eV，B正确；由图丙
可知，第3能级的能量值为－1.51 eV，电离能为1.51 eV，由玻
在乙图中有a＝W0，b＝ν0，斜率为普朗克常量h＝
a b
，对
于遏止电压有：Uc＝
h e
ν－
W0 e
，在丙图中有d＝ν0，c＝
W0 e
，斜率k＝dc
＝he
，结合两个图线可得：h＝ab
＝cde
，
故D错误；如果图乙、图丙中研究的是同一金属的光电效 应规律，则逸出功相同，W0＝a＝ce，故A错误；普朗克 常量为定值，如果研究不同金属光电效应的规律，在图 乙、图丙中得到的将是一系列平行的倾斜直线，故B错 误，C正确。