第四章　原子結(jié)構(gòu)和波粒二象性章 末 小 結(jié)知識(shí)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建方法歸納提煉 一、應(yīng)用光電效應(yīng)方程解題的方法光電效應(yīng)方程表達(dá)式為Ek＝hν－W0。(1)常見物理量的求解(2)應(yīng)用光電效應(yīng)規(guī)律解題應(yīng)當(dāng)明確①光電效應(yīng)規(guī)律中“光電流的強(qiáng)度”指的是光電流的飽和值(對(duì)應(yīng)從陰極發(fā)射出的電子全部被拉向陽極的狀態(tài))。因?yàn)楣怆娏魑催_(dá)到飽和值之前，其大小不僅與入射光的強(qiáng)度有關(guān)，還與光電管兩極間的電壓有關(guān)，只有在光電流達(dá)到飽和值以后才和入射光的強(qiáng)度成正比。②明確兩個(gè)決定關(guān)系a．逸出功W0一定時(shí)，入射光的頻率決定著能否產(chǎn)生光電效應(yīng)以及光電子的最大初動(dòng)能。b．入射光的頻率一定時(shí)，入射光的強(qiáng)度決定著單位時(shí)間內(nèi)發(fā)射出來的光電子數(shù)。　　　　　(2019·北京卷，19)光電管是一種利用光照射產(chǎn)生電流的裝置，當(dāng)入射光照在管中金屬板上時(shí)，可能形成光電流。表中給出了6次實(shí)驗(yàn)的結(jié)果。由表中數(shù)據(jù)得出的論斷中不正確的是(　　)A．兩組實(shí)驗(yàn)采用了不同頻率的入射光B．兩組實(shí)驗(yàn)所用的金屬板材質(zhì)不同C．若入射光子的能量為5.0 eV，逸出光電子的最大動(dòng)能為1.9 eVD．若入射光子的能量為5.0 eV，相對(duì)光強(qiáng)越強(qiáng)，光電流越大B解析： 由于光子的能量E＝hν，又入射光的能量不同，故入射光子的頻率不同，A項(xiàng)正確；由愛因斯坦光電效應(yīng)方程hν＝W＋Ek，可求出兩組實(shí)驗(yàn)的逸出功均為3.1 eV可知，兩組實(shí)驗(yàn)所用的金屬板材質(zhì)相同，B項(xiàng)錯(cuò)誤；由hν＝W＋Ek，逸出功W＝3.1 eV可知，若入射光子能量為5.0 eV，則逸出光電子的最大動(dòng)能為1.9 eV，C項(xiàng)正確；相對(duì)光強(qiáng)越強(qiáng)，單位時(shí)間內(nèi)射出的光子數(shù)越多，單位時(shí)間內(nèi)逸出的光電子數(shù)越多，形成的光電流越大，故D項(xiàng)正確。二、兩個(gè)重要的物理思想方法1．模型法如圖所示，人們對(duì)原子結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)經(jīng)歷了幾個(gè)不同的階段，其中有湯姆孫模型、盧瑟福模型、玻爾模型、電子云模型。2．假設(shè)法假設(shè)法是學(xué)習(xí)物理規(guī)律常用的方法，前邊我們學(xué)過的安培分子電流假說，現(xiàn)在大家知道從物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)來看是正確的，它就是核外電子繞核旋轉(zhuǎn)所形成的電流。在當(dāng)時(shí)的實(shí)驗(yàn)條件下是“假說”。玻爾的假說是為解決核式結(jié)構(gòu)模型的困惑而提出的，他的成功在于引入量子理論，局限性在于保留了軌道的概念，沒有徹底脫離經(jīng)典物理學(xué)框架。　　　　(2020·天津卷，1)在物理學(xué)發(fā)展的進(jìn)程中，人們通過對(duì)某些重要物理實(shí)驗(yàn)的深入觀察和研究，獲得正確的理論認(rèn)識(shí)。下列圖示的實(shí)驗(yàn)中導(dǎo)致發(fā)現(xiàn)原子具有核式結(jié)構(gòu)的是(　　)D解析： 雙縫干涉實(shí)驗(yàn)說明了光具有波動(dòng)性，故A錯(cuò)誤；光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)，說明了光具有粒子性，故B錯(cuò)誤；C實(shí)驗(yàn)是有關(guān)電磁波的發(fā)射與接收，與原子核無關(guān)，故C錯(cuò)誤；盧瑟福的α粒子散射實(shí)驗(yàn)導(dǎo)致發(fā)現(xiàn)了原子具有核式結(jié)構(gòu)，故D正確。三、氫原子光譜問題1．氫原子的能級(jí)圖(1)能級(jí)圖如圖所示(2)能級(jí)圖中相關(guān)量意義的說明2．氫原子的能級(jí)躍遷(1)氫原子的能級(jí)(2)氫原子的能級(jí)躍遷能級(jí)躍遷包括輻射躍遷和吸收躍遷，可表示如下：　　　　　(多選)(2023·廣東廣州執(zhí)信中學(xué)高二下期中)大量處于n＝4激發(fā)態(tài)的氫原子向低能級(jí)躍遷時(shí)能輻射出多種不同頻率的光，用這些光照射如圖甲所示的光電管的陰極K。已知?dú)湓拥牟糠帜芗?jí)圖如圖乙所示，陰極K為金屬鎢，其逸出功為4.54 eV。則下列說法中正確的是(　　)ACA．這些氫原子最多能發(fā)出6種不同頻率的光B．躍遷到基態(tài)時(shí)，會(huì)輻射γ射線C．能使金屬鎢發(fā)生光電效應(yīng)的光有3種D．若將電源的正負(fù)極調(diào)換，電路中的光電流將變?yōu)?進(jìn)考場練真題一、高考真題探析　　　　(2022·浙江6月，7)下圖為氫原子的能級(jí)圖。大量氫原子處于n＝3的激發(fā)態(tài)，在向低能級(jí)躍遷時(shí)放出光子，用這些光子照射逸出功為2.29 eV的金屬鈉。下列說法正確的是(　　)A．逸出光電子的最大初動(dòng)能為10.80 eVB．n＝3躍遷到n＝1放出的光子動(dòng)量最大C．有3種頻率的光子能使金屬鈉產(chǎn)生光電效應(yīng)D．用0.85 eV的光子照射，氫原子躍遷到n＝4激發(fā)態(tài)B二、臨場真題練兵1．(2023·北京高考真題)在發(fā)現(xiàn)新的物理現(xiàn)象后，人們往往試圖用不同的理論方法來解釋，比如，當(dāng)發(fā)現(xiàn)光在地球附近的重力場中傳播時(shí)其頻率會(huì)發(fā)生變化這種現(xiàn)象后，科學(xué)家分別用兩種方法做出了解釋?，F(xiàn)象：從地面P點(diǎn)向上發(fā)出一束頻率為ν0的光，射向離地面高為H(遠(yuǎn)小于地球半徑)的Q點(diǎn)處的接收器上，接收器接收到的光的頻率為ν。方法一：根據(jù)光子能量E＝hν＝mc2(式中h為普朗克常量，m為光子的等效質(zhì)量，c為真空中的光速)和重力場中能量守恒定律，可得接收器接收到的光的頻率ν。B．由方法二可知，接收器接收到的光的波長大于發(fā)出時(shí)光的波長C．若從Q點(diǎn)發(fā)出一束光照射到P點(diǎn)，從以上兩種方法均可知，其頻率會(huì)變小D．通過類比，可知太陽表面發(fā)出的光的頻率在傳播過程中變大B2．(2023·山東高考真題)“夢(mèng)天號(hào)”實(shí)驗(yàn)艙攜帶世界首套可相互比對(duì)的冷原子鐘組發(fā)射升空，對(duì)提升我國導(dǎo)航定位、深空探測等技術(shù)具有重要意義。如圖所示為某原子鐘工作的四能級(jí)體系，原子吸收頻率為ν0的光子從基態(tài)能級(jí)Ⅰ躍遷至激發(fā)態(tài)能級(jí)Ⅱ，然后自發(fā)輻射出頻率為ν1的光子，躍遷到鐘躍遷的上能級(jí)2，并在一定條件下可躍遷到鐘躍遷的下能級(jí)1，實(shí)現(xiàn)受激輻射，發(fā)出鐘激光，最后輻射出頻率為ν3的光子回到基態(tài)。該原子鐘產(chǎn)生的鐘激光的頻率ν2為(　　)A．ν0＋ν1＋ν3 B．ν0＋ν1－ν3C．ν0－ν1＋ν3 D．ν0－ν1－ν3D解析：原子吸收頻率為ν0的光子從基態(tài)能級(jí)Ⅰ躍遷至激發(fā)態(tài)能級(jí)Ⅱ時(shí)有EⅡ－EⅠ＝hν0，且從激發(fā)態(tài)能級(jí)Ⅱ向下躍遷到基態(tài)Ⅰ的過程有EⅡ－EⅠ＝hν1＋hν2＋hν3，聯(lián)立解得ν2＝ν0－ν1－ν3，故選D。3．(2023·湖北高考真題)2022年10月，我國自主研發(fā)的“夸父一號(hào)”太陽探測衛(wèi)星成功發(fā)射。該衛(wèi)星搭載的萊曼阿爾法太陽望遠(yuǎn)鏡可用于探測波長為121.6 nm的氫原子譜線(對(duì)應(yīng)的光子能量為10.2 eV)。根據(jù)如圖所示的氫原子能級(jí)圖，可知此譜線來源于太陽中氫原子(　　)A．n＝2和n＝1能級(jí)之間的躍遷B．n＝3和n＝1能級(jí)之間的躍遷C．n＝3和n＝2能級(jí)之間的躍遷D．n＝4和n＝2能級(jí)之間的躍遷A解析：由圖中可知n＝2和n＝1的能級(jí)差之間的能量差值為ΔE＝E2－E1＝－3.4 eV－(－13.6 eV)＝10.2 eV，與探測器探測到的譜線能量相等，故可知此譜線來源于太陽中氫原子n＝2和n＝1能級(jí)之間的躍遷。故選A。4．(2023·遼寧高考真題)原子處于磁場中，某些能級(jí)會(huì)發(fā)生劈裂。某種原子能級(jí)劈裂前后的部分能級(jí)圖如圖所示，相應(yīng)能級(jí)躍遷放出的光子分別設(shè)為①②③④。若用①照射某金屬表面時(shí)能發(fā)生光電效應(yīng)，且逸出光電子的最大初動(dòng)能為Ek，則(　　)A．①和③的能量相等B．②的頻率大于④的頻率C．用②照射該金屬一定能發(fā)生光電效應(yīng)D．用④照射該金屬逸出光電子的最大初動(dòng)能小于EkA解析：由圖可知①和③對(duì)應(yīng)的躍遷能級(jí)差相同，可知①和③的能量相等，選項(xiàng)A正確；因②對(duì)應(yīng)的能級(jí)差小于④對(duì)應(yīng)的能級(jí)差，可知②的能量小于④的能量，根據(jù)E＝hν可知②的頻率小于④的頻率，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；因②對(duì)應(yīng)的能級(jí)差小于①對(duì)應(yīng)的能級(jí)差，可知②的能量小于①，②的頻率小于①，則若用①照射某金屬表面時(shí)能發(fā)生光電效應(yīng)，用②照射該金屬不一定能發(fā)生光電效應(yīng)，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；因④對(duì)應(yīng)的能級(jí)差大于①對(duì)應(yīng)的能級(jí)差，可知④的能量大于①，即④的頻率大于①，因用①照射某金屬表面時(shí)能逸出光電子的最大初動(dòng)能為Ek，根據(jù)Ekm＝hν－　　　　W逸出功，則用④照射該金屬逸出光電子的最大初動(dòng)能大于Ek，選項(xiàng)D錯(cuò)誤。故選A。5．(2023·浙江高考真題)被譽(yù)為“中國天眼”的大口徑球面射電望遠(yuǎn)鏡已發(fā)現(xiàn)660余顆新脈沖星，領(lǐng)先世界。天眼對(duì)距地球?yàn)長的天體進(jìn)行觀測，其接收光子的橫截面半徑為R。若天體射向天眼的輻射光子中，有η(η

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