2018-2019学年物理鲁科版选修3-5专题5光电效应原子结构和能级跃迁Word版含答案

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
一、光电效应的实验规律
1．发生光电效应的条件是入射光的频率大于金属的截止频率．
2．入射光的频率大于金属的截止频率时，光电流强度(单位时间内发射出的光电子数)与入射光强度成正比．
3．光电子的最大初动能随入射光频率的增大而增大．
4．光电效应的发生是瞬时的．
[复习过关]
1．(多选)如图1所示为研究光电效应规律的实验电路，电源的两个电极分别与接线柱c、d连接．用一定频率的单色光a照射光电管时，灵敏电流计G的指针会发生偏转，而用另一频率的单色光b照射该光电管时，灵敏电流计G的指针不偏转．下列说法正确的是(　　)
图1
A．a光的频率一定大于b光的频率
B．用b光照射光电管时，一定没有发生光电效应
C．电源正极可能与c接线柱连接
D．若灵敏电流计的指针发生偏转，则电流方向一定是由d→G→f
答案　ACD
解析　由于电源的接法不知道，所以有两种情况：(1)c接负极，d接正极：单色光a频率大于金属的极限频率，b光的频率小于金属的极限频率，所以a光的频率一定大于b光的频率．(2)c接正极，d接负极：a、b两光都能发生光电效应，a光产生的光电子能到达负极而b光产生的光电子不能到达负极，a光产生的光电子的最大初动能大，所以a光的频率一定大于b光的频率．故A、C正确，B错误；电流的方向与负电荷定向移动的方向相反，若灵敏电流计的指针发生偏转，则电流方向一定是由d→G→f.故D正确．
2.如图2所示，在研究光电效应的实验中，发现用一定频率的A单色光照射光电管时，电流表指针会发生偏转，而用另一频率的B单色光照射光电管时不发生光电效应，则(　　)
图2
A．A光的强度大于B光的强度
B．B光的频率大于A光的频率
C．用A光照射光电管时流过电流表G的电流方向是由a流向b
D．用A光照射光电管时流过电流表G的电流方向是由b流向a
答案　C
解析　根据产生光电效应的条件可知选项A、B均错误；电流的方向与正电荷的移动方向相同，与负电荷移动的方向相反，故选项C正确，D错误．
二、对光电效应方程的应用和Ek－ν图象的考查
1．爱因斯坦光电效应方程：hν＝W＋mv2
hν：光电子的能量
W：逸出功，即从金属表面直接飞出的光电子克服正电荷引力所做的功.
Ek：光电子的最大初动能．
2．由Ek－ν图象(如图3)可以得到的信息
图3
(1)极限频率：图线与ν轴交点的横坐标ν0.
(2)逸出功：图线与Ek轴交点的纵坐标的绝对值E＝W.
(3)普朗克常量：图线的斜率k＝h.
3．三个关系式：(1)hν＝W＋mv2
(2)W＝hν0
(3)Ek＝eU0.
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3．(多选)对爱因斯坦光电效应方程hν＝W＋mv2，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Ek
B．式中的W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和极限频率ν0之间应满足关系式W＝hν0
D．光电子的最大初动能和入射光的频率不成正比
答案　CD
解析　根据光电效应方程hν＝W＋mv2知，同种频率的光照射同一种金属，从金属中逸出的所有光电子最大初动能都相同，但初动能可能不同．故A错误．W表示逸出功，是每个电子从这种金属中飞出过程中，克服金属中正电荷引力所做的功的最小值．故B错误；当最大初动能为零时，入射频率即为极限频率，即W＝hν，故C正确．最大初动能与入射光的频率成一次函数关系，不是正比关系．故D正确．
4．对光电效应的解释正确的是(　　)
A．普朗克利用量子理论成功解释了光电效应现象
B．一定强度的入射光照射某金属发生光电效应时，入射光的频率越高，单位时间内逸出的光电子数就越多
C．发生光电效应时，入射光越强，光子的能量就越大，光电子的最大初动能就越大
D．由于不同金属的逸出功不相同，因此不同金属材料的极限波长也不相同
答案　D
解析　爱因斯坦光电效应方程成功解释了光电效应现象，A错误；光电效应产生的光电子数与光强有关，B错；光电子的最大初动能随入射光频率的增大而增大，与光强无关，C错；由W＝hν0＝h知不同金属材料极限波长不同，D正确．
5．(多选)在如图4所示的光电效应现象中，光电管阴极K的极限频率为ν0，现用频率为ν(ν>ν0)的光照射在阴极上，若在A、K之间加一数值为U的反向电压时，光电流恰好为零，则下列判断正确的是(　　)
图4
A．阴极材料的逸出功等于hν0
B．有光电子逸出，且光电子的最大初动能可表示为eU
C．有光电子逸出，且光电子的最大初动能可表示为hν－hν0
D．无光电子逸出，因为光电流为零
答案　ABC
解析　金属逸出功与极限频率的关系是：W＝hν0，A正确；光电流为零不是没有光电子逸出，而是光电子在反向电压的作用下，速度减小为零，不能到达A极，Ek＝eU＝hν－W＝hν－hν0，B、C项正确，D错误．
6．用频率为ν的光照射某金属表面，逸出光电子的最大初动能为E；若改用频率为ν′的另一种光照射该金属表面，逸出光电子的最大初动能为3E.已知普朗克常量为h，则ν′为(　　)
A．3ν B.
C.＋ν D.－ν
答案　C
解析　设金属逸出功为W，则有E＝hν－W，若改用频率为ν′的另一种光照射该金属表面，有3E＝hν′－W，由此求出ν′为＋ν.
三、氢原子能级及能级跃迁
1．对原子跃迁条件的理解
(1)原子从低能级向高能级跃迁，吸收一定能量的光子．只有当一个光子的能量满足hν＝E末－E初时，才能被某一个原子吸收，使原子从低能级E初向高能级E末跃迁．
(2)原子从高能级向低能级跃迁，以光子的形式向外辐射能量，所辐射的光子能量恰等于发生跃迁时的两能级间的能量差．
2．关于能级跃迁的说明
(1)当光子能量大于或等于13.6 eV时，也可以被处于基态的氢原子吸收，使氢原子电离；当处于基态的氢原子吸收的光子能量大于13.6 eV，氢原子电离后，电子具有一定的初动能．
(2)当轨道半径减小时，库仑引力做正功，原子的电势能减小，电子动能增大，原子能量减小．反之，轨道半径增大时，原子电势能增大，电子动能减小，原子能量增大．
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7．如图5所示为氢原子的四个能级，其中E1为基态，若氢原子A处于激发态E2，氢原子B处于激发态E3，则下列说法正确的是(　　)
图5
A．原子A可能辐射出3种频率的光子
B．原子B可能辐射出3种频率的光子
C．原子A能够吸收原子B发出的光子并跃迁到能级E4
D．原子B能够吸收原子A发出的光子并跃迁到能级E4
答案　B
解析　原子A处于激发态E2，它只能辐射出1种频率的光子；原子B处于激发态E3，它可能由E3到E2，由E2到E1，或由E3到E1，辐射出3种频率的光子；原子由低能级跃迁到高能级时，只能吸收具有能级差的能量的光子，由以上分析可知，只有B项正确．
8．(多选)氢原子的能级如图6所示，已知可见光的光子能量范围约为 1.62～3.11 eV.下列说法正确的是(　　)
图6
A．一个处于 n ＝2能级的氢原子，可以吸收一个能量为4 eV的光子
B．大量氢原子从高能级向n＝3能级跃迁时，发出的光是不可见光
C．大量处于 n ＝4能级的氢原子，跃迁到基态的过程中可以释放出6种频率的光子
D．氢原子从高能级向低能级跃迁的过程中释放的光子的能量可能大于 13.6 eV
答案　ABC
解析　|E2|＝3.4 eV<4 eV，所以处于 n ＝2能级的氢原子，可以吸收一个能量为 4 eV的光子而被电离，A正确；氢原子从高能级向 n＝3能级跃迁时放出的能量小于1.51 eV，属于不可见光，B正确；大量处于 n＝4能级的氢原子，跃迁到基态的过程中可以释放出C＝6种频率的光子，C正确；氢原子从高能级向低能级跃迁的过程中释放的光子的能量不可能大于 13.6 eV，D错．
9．图7中所示为氢原子能级示意图的一部分，则关于氢原子发生能级跃迁的过程中，下列说法中正确的是(　　)
图7
A．从高能级向低能级跃迁，氢原子放出光子
B．从高能级向低能级跃迁，氢原子核外电子轨道半径变大
C．从高能级向低能级跃迁，氢原子核向外放出能量
D．从n＝4能级跃迁到n＝3能级比从n＝3能级跃迁到n＝2能级辐射出电磁波的波长短
答案　A
解析　从高能级向低能级跃迁，氢原子放出光子，能量减小，轨道半径减小，A正确，B错误；从高能级向低能级跃迁时，是氢原子向外辐射出能量，不是原子核辐射能量，C错误；跃迁辐射出的电磁波的能量E＝Em－En＝hν＝h代入数据得λ43>λ32，D错误．