2018高三物理一轮复习042光电效应、能级的跃迁

042光电效应 能级的跃迁

二、课程标准

（1）知道光电效应现象，会用光电效应方程解释光电效应现象;理解能级跃迁的规律。 三、重点难点突破

四、知识框架构建梳理

4.1对光电效应的理解

[典例1] 用如图所示的光电管研究光电效应的实验中，用某种频率的单色光a 照射光电管阴极K ，电流计G 的指针发生偏转。而用另一频率的单色光b 照射光电管阴极K 时，电流计G 的指针不发生偏

转，那么(AB)

A．a光的频率一定大于b光的频率

B．只增加a光的强度可使通过电流计G的电流增大

C．增加b光的强度可能使电流计G的指针发生偏转

D．用a光照射光电管阴极K时通过电流计G的电流是由d到c

跟踪练习1在光电效应实验中，用频率为ν的光照射光电管阴极，发生

了光电效应。下列说法正确的是(AD)

A．增大入射光的强度，光电流增大

B．减小入射光的强度，光电效应现象消失

C．改用频率小于ν的光照射，一定不发生光电效应

D．改用频率大于ν的光照射，光电子的最大初动能变大

反思总结

1．与光电效应有关的五组概念对比

(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，其本质是电子。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，电子吸收光子的全部能量，可能向各个方向运动，需克服原子核和其他原子的阻碍而损失一部分能量，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。光电子的初动能小于等于光电子的最大初动能。

(3)光电流和饱和光电流：金属板飞出的光电子到达阳极，回路中便产生光电流，随着所加正向电压的增大，光电流趋于一个饱和值，这个饱和值是饱和光电流，在一定的光照条件下，饱和光电流与所加电压大小无关。

(4)入射光强度与光子能量：入射光强度指单位时间内照射到金属表面单位面积上的总能量。

(5)光的强度与饱和光电流：饱和光电流与入射光强度成正比的规律是对频率相同的光照射金属产生光电效应而言的，对于不同频率的光，由于每个光子的能量不同，饱和光电流与入射光强度之间没有简单的正比关系。

2．光电效应的研究思路

(1)两条线索：

(2)两条对应关系：光强大→光子数目多→发射光电

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。

4.2爱因斯坦的光电效应方程及应用

[典例2]图是某金属在光的照射下，光电子最大初动能E

与入射光频率ν的关系

k

图像，由图像可知(AB)

A ．该金属的逸出功等于E

B ．该金属的逸出功等于hν0

C ．入射光的频率为2ν0时，产生的光电子的最大初动能为2E

D ．入射光的频率为ν02时，产生的光电子的最大初动能为E

2

跟踪练习2在光电效应实验中，飞飞同学用同一光电管在不同实验条件下得到了三条光电流与电压之间的关系曲线(甲光、乙光、丙光)，如图所示。则可判断出( B ) A ．甲光的频率大于乙光的频率 B ．乙光的波长大于丙光的波长

C ．乙光对应的截止频率大于丙光的截止频率

D ．甲光对应的光电子最大初动能大于丙光的光电子最大初动能

反思总结1．三个关系

(1)爱因斯坦光电效应方程E k ＝hν－W 0。

(2)光电子的最大初动能E k 可以利用光电管用实验的方法测得，即E k ＝eU c ，其中U c 是遏止电压。 (3)光电效应方程中的W 0为逸出功，它与极限频率νc 的关系是W 0＝hνc 。

2．四类图像

[典例3] 氢原子能级的示意图如图所示，大量氢原子从n ＝4的能级向n ＝2的能级跃迁时辐射出可见光a ，从n ＝3的能级向n ＝2的能级跃迁时辐射出可见光b ，则( A )

A ．氢原子在n ＝2的能级时可吸收能量为3.6 eV 的光子而发生电离

B ．氢原子从n ＝4的能级向n ＝3的能级跃迁时辐射出光子的能量可以小于0.66 eV

C ．b 光比a 光的波长短

D ．氢原子从n ＝4的能级可辐射出5种频率的光子

跟踪练习3红宝石激光器的工作物质红宝石含有铬离子的三氧化二铝晶体，利用其中的铬离子产生激光。铬离子的能级如图所示，E 1是基态，E 2是亚

稳态，E 3是激发态，若以脉冲氙灯发出波长为λ1的绿光照射晶体，处于基态的铬离子受激发跃迁到E 3，然后自发跃迁到E 2，释放波长为λ2的光子，处于亚稳态E 2的离子跃迁到基态时辐射出的光就是激光，这种激光的波长λ为( A )

A.λ1λ2λ2－λ1

B.λ1λ2

λ1－λ2

C.λ1－λ2λ1λ2

D.λ2－λ1

λ1λ2

反思总结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：

意 义

2(1)自发跃迁：高能级→低能级，释放能量，发出光子。 光子的频率ν＝ΔE h ＝E 高－E 低

h

。

(2)受激跃迁：低能级→高能级，吸收能量。

①光照(吸收光子)：光子的能量必须恰等于能级差hν＝ΔE 。

②碰撞、加热等：只要入射粒子能量大于或等于能级差即可，E 外≥ΔE 。 ③大于电离能的光子被吸收，将原子电离。 3．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 2n ＝

n (n －1)

2

。 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。 五、高考真题

1、（2017全国Ⅲ卷多选）在光电效应实验中，分别用频率为a ν，b ν的单色光a 、b 照射到同种金属上， 测得相应的遏止电压分别为a U 和b U 、光电子的最大初动能分别为ka E 和kb E 。h 为普朗克常量。下 列说法正确的是（ BC ） A ．若a ν>b ν，则一定有a b U U < B ．若a ν>b ν，则一定有ka kb E E > C ．若a b U U <，则一定有ka kb E E <

D ．若a ν>b ν，则一定有a ka b kb h

E h E νν->-

2、（2014山东卷多选）氢原子能级如图13-3-5，当氢原子从n ＝3跃迁到n ＝2的能级时，辐射光的波长为656 nm 。以下判断正确的是( CD )

A ．氢原子从n ＝2跃迁到n ＝1的能级时，辐射光的波长大于656 nm

B ．用波长为325 nm 的光照射，可使氢原子从n ＝1跃迁到n ＝2的能级

C ．一群处于n ＝3能级上的氢原子向低能级跃迁时最多产生3种谱线

D ．用波长为633 nm 的光照射，不能使氢原子从n ＝2跃迁到n ＝3的能级