（2021新人教版）高中物理选择性必修第三册第4章 章末综合提升讲义.doc

1、巩固层巩固层知识整合知识整合 提升层提升层能力强化能力强化 光电效应规律及其应光电效应规律及其应 用用 有关光电效应的问题主要有两个方面有关光电效应的问题主要有两个方面：一是关于光电效应现象的判断一是关于光电效应现象的判断，二是运用光二是运用光 电效应方程进行计算电效应方程进行计算。求解光电效应问题的关键在于掌握光电效应规律求解光电效应问题的关键在于掌握光电效应规律，明确各概念之明确各概念之 间的决定关系间的决定关系，准确把握它们的内在联系准确把握它们的内在联系。 1决定关系及联系决定关系及联系 2“光电子的动能光电子的动能”可以是介于可以是介于 0Ekm的任意值的任意值，只有从金属表面逸出的

2、光电子只有从金属表面逸出的光电子 才具有最大初动能才具有最大初动能，且随入射光频率增大而增大且随入射光频率增大而增大。 3光电效应是单个光子和单个电子之间的相互作用产生的光电效应是单个光子和单个电子之间的相互作用产生的，金属中的某个电子只金属中的某个电子只 能吸收一个光子的能量能吸收一个光子的能量，只有当电子吸收的能量足够克服原子核的引力而逸出时只有当电子吸收的能量足够克服原子核的引力而逸出时，才能才能 产生光电效应产生光电效应。 4入射光强度指的是单位时间内入射到金属表面单位面积上的光子的总能量入射光强度指的是单位时间内入射到金属表面单位面积上的光子的总能量，在在 入射光频率入射光频率不变时

3、不变时，光强正比于单位时间内照到金属表面单位面积上的光子数光强正比于单位时间内照到金属表面单位面积上的光子数，但若但若 入射光频率不同入射光频率不同，即使光强相同即使光强相同，单位时间内照到金属表面单位面积上的光子数也不相单位时间内照到金属表面单位面积上的光子数也不相 同同，因而从金属表面逸出的光电子数也不相同因而从金属表面逸出的光电子数也不相同(形成的光电流也不相同形成的光电流也不相同)。 【例【例 1】(多选多选)如图所示是现代化工业生产中部分光电控制设备用到的光控继电如图所示是现代化工业生产中部分光电控制设备用到的光控继电 器的示意图器的示意图，它由电源它由电源、光电管光电管、放大器等几

4、部分组成放大器等几部分组成。当用绿光照射图中光电管阴当用绿光照射图中光电管阴极极 K 时时，可发生光电效应可发生光电效应，则以下说法中正确的是则以下说法中正确的是() A增大绿光的照射强度增大绿光的照射强度，光电子的最大初动能增大光电子的最大初动能增大 B增大绿光的照射强度增大绿光的照射强度，电路中的光电流增大电路中的光电流增大 C改用比绿光波长大的光照射光电管阴极改用比绿光波长大的光照射光电管阴极 K 时时，电路中一定有光电流电路中一定有光电流 D改用比绿光频率大的光照射光电管阴极改用比绿光频率大的光照射光电管阴极 K 时时，电路中一定有光电流电路中一定有光电流 思路点拨：思路点拨：(1)入

5、射光频率越大入射光频率越大，光电子最大初动能越大。光电子最大初动能越大。 (2)在能够发生光电效应时在能够发生光电效应时，光照强弱对应光电流的大小。光照强弱对应光电流的大小。 BD光电子的最大初动能由入射光的频率决定光电子的最大初动能由入射光的频率决定，选项选项 A 错误错误；增大绿光的照射强增大绿光的照射强 度度，单位时间内入射的光子数增多单位时间内入射的光子数增多，所以光电流增大所以光电流增大，选项选项 B 正确；改用比绿光波长正确；改用比绿光波长 更大的光照射时更大的光照射时，该光的频率不一定满足发生光电效应的条件该光的频率不一定满足发生光电效应的条件，选项选项 C 错误；若改用错误；若

6、改用 频率比绿光大的光照射频率比绿光大的光照射，一定能发生光电效应一定能发生光电效应，选项选项 D 正确。正确。 一语通关一语通关(1)某种色光强度的改变决定单位时间入射光子数目改变某种色光强度的改变决定单位时间入射光子数目改变，光子能量不光子能量不 变。变。 (2)光电效应中光电子的最大初动能与入射光频率和金属材料有关光电效应中光电子的最大初动能与入射光频率和金属材料有关，与光的强度无与光的强度无 关。关。 两个重要的物理思两个重要的物理思 想方法想方法 1模型法模型法 如图所示如图所示，人们对原子结构的认识经历了几个不同的阶段人们对原子结构的认识经历了几个不同的阶段，其中有汤姆孙模型其中有

7、汤姆孙模型、卢卢 瑟福模型瑟福模型、玻尔模型玻尔模型、电子云模型电子云模型。 2假设法假设法 假设法是学习物理规律常用的方法假设法是学习物理规律常用的方法，前边我们学过的安培分子电流假说前边我们学过的安培分子电流假说，现在大家现在大家 知道从物质微观结构来看是正确的知道从物质微观结构来看是正确的，它就是核外电子绕核旋转所形成的电流它就是核外电子绕核旋转所形成的电流。在当时的在当时的 实验条件下是实验条件下是“假说假说”。玻尔的假说是为解决核式结构模型的困惑而提出的玻尔的假说是为解决核式结构模型的困惑而提出的，他的成功他的成功 在于引入量子理论在于引入量子理论，局限性在于保留了轨道的概念局限性在

8、于保留了轨道的概念，没有彻底脱离经典物理学框架没有彻底脱离经典物理学框架。 【例【例 2】(多选多选)卢瑟福的卢瑟福的粒子散射实验说明了下列哪种情况粒子散射实验说明了下列哪种情况() A原子内的正电荷全部集中在原子核里原子内的正电荷全部集中在原子核里 B原子内的正电荷均匀分布在它的全部体积上原子内的正电荷均匀分布在它的全部体积上 C原子内的正负电荷是一对一整齐排列的原子内的正负电荷是一对一整齐排列的 D原子的几乎全部质量都集中在原子核里原子的几乎全部质量都集中在原子核里 思路点拨：思路点拨：(1)正确把握正确把握粒子实验散射规律。粒子实验散射规律。 (2)原子核集中了原子全部正电荷和几乎全部质

9、量。原子核集中了原子全部正电荷和几乎全部质量。 AD卢瑟福的卢瑟福的粒子散射实验中粒子散射实验中，少数少数粒子发生大角度偏转粒子发生大角度偏转，这是原子中带正电这是原子中带正电 部分作用的结果部分作用的结果，由于大角度偏转的由于大角度偏转的粒子数极少粒子数极少，说明原子中绝大部分是空的说明原子中绝大部分是空的，带正带正 电部分的体积很小电部分的体积很小，带负电的电子绕核运动的向心力即是原子核对它的引力带负电的电子绕核运动的向心力即是原子核对它的引力，而电子质而电子质 量极小量极小，故原子核集中了原子全部正电荷和几乎全部质量故原子核集中了原子全部正电荷和几乎全部质量，选项选项 A、D 正确。正确

10、。 玻尔理论玻尔理论 1玻尔原子模型玻尔原子模型 (1)量子化观点：电子的可能轨道半径量子化观点：电子的可能轨道半径、原子的能量原子的能量、原子跃迁辐射或吸收光子的原子跃迁辐射或吸收光子的 频率都只能是分立的频率都只能是分立的、不连续的值不连续的值。 (2)对应关系：电子处于某一可能轨道对应原子的一种能量状态对应关系：电子处于某一可能轨道对应原子的一种能量状态。 (3)定态观点：电子在某一可能轨道上运动时定态观点：电子在某一可能轨道上运动时，原子是不向外辐射电磁波的原子是不向外辐射电磁波的，轨道轨道 与能量是稳定的与能量是稳定的。 (4)跃迁观点：能级跃迁时辐射或吸收光子的能量跃迁观点：能级跃

11、迁时辐射或吸收光子的能量，hEmEn(mn)。 (5)原子吸收光子能量是有条件的原子吸收光子能量是有条件的，只有等于某两个能级差时才被吸收发生跃迁只有等于某两个能级差时才被吸收发生跃迁。 。 如果入射光的能量如果入射光的能量 E13.6 eV，原子也能吸收光子原子也能吸收光子，则原子电离则原子电离。 用粒子碰撞的方法使原子能级跃迁时用粒子碰撞的方法使原子能级跃迁时，粒子能量大于能级差即可粒子能量大于能级差即可。 2跃迁与光谱线跃迁与光谱线 原子处于基态时原子处于基态时， 原子是稳定的原子是稳定的， 但原子在吸收能量跃迁到激发态后但原子在吸收能量跃迁到激发态后， 就不稳定了就不稳定了， 这时就会

12、向低能级定态跃迁这时就会向低能级定态跃迁，而跃迁到基态而跃迁到基态，有时是经多次跃迁再到基态有时是经多次跃迁再到基态。 一群氢原子处于量子数为一群氢原子处于量子数为 n 的激发态时的激发态时，可能辐射出的光谱线条数为：可能辐射出的光谱线条数为：NC 2 2 n n n(n1) 2 。 【例【例 3】氢原子处于基态时氢原子处于基态时，原子的能量为原子的能量为 E113.6 eV，当处于当处于 n3 的激发的激发 态时态时，能量为能量为 E31.51 eV，则：则： (1)当氢原子从当氢原子从 n3 的激发态跃迁到的激发态跃迁到 n1 的基态时的基态时，向外辐射的光子的波长是多向外辐射的光子的波长

13、是多 少？少？ (2)若要使处于基态的氢原子电离若要使处于基态的氢原子电离，至少要用多大频率的电磁波照射原子？至少要用多大频率的电磁波照射原子？ (3)若有大量的氢原子处于若有大量的氢原子处于 n3 的激发态的激发态，则在跃迁过程中可能释放出几种不同频则在跃迁过程中可能释放出几种不同频 率的光子？率的光子？ 思路点拨：思路点拨：(1)根据能级之间的能量差公式：根据能级之间的能量差公式：EEmEn，以及光子的能量与波长以及光子的能量与波长 之间的关系：之间的关系：Ehc ，便可求解辐射的光子的波长；便可求解辐射的光子的波长；(2)要使处于基态的氢原子电离要使处于基态的氢原子电离， 至少需要光子能

14、量为至少需要光子能量为(0E1)且且 E113.6 eV 的电磁波照射原子的电磁波照射原子； (3)大量处于激发态的大量处于激发态的 氢原子在跃迁过程中释放的不同频率的光子的种类等于氢原子在跃迁过程中释放的不同频率的光子的种类等于 C 2 2 n n。 。 解析解析(1)根据能级之间的能量差公式根据能级之间的能量差公式： EEmEn， 得得E13E3E11.51 eV (13.6 eV)12.09 eV；光子的能量与波长之间的关系：；光子的能量与波长之间的关系：Ehc ，所以从所以从 n3 激发激发 态跃迁到态跃迁到 n1 发射光的波长：发射光的波长： hc E 6.63 10 34 3108

15、 12.091.610 19 m1.0310 7 m。 (2)要使处于基态的氢原子电离要使处于基态的氢原子电离， 照射光光子的能量应能使电子从第照射光光子的能量应能使电子从第 1 能级跃迁到无能级跃迁到无 限远处限远处， 最小频率的电磁波的光子能量应为最小频率的电磁波的光子能量应为： h0E1， 得得： E1 h 13.6 1.610 19 6.6310 34 Hz3.31015Hz。 (3)当大量氢原子处于当大量氢原子处于 n3 能级时能级时，可释放出的光子种类为可释放出的光子种类为 NC 2 2 3 3 3 种。种。 答案答案 (1)1.0310 7 m(2)3.31015Hz(3)3 种

16、种 一语通关一语通关(1)氢原子在某激发态的电离能大小等于该能级的能量绝对值。氢原子在某激发态的电离能大小等于该能级的能量绝对值。 (2)电子电离后若有多余的能量将以电子动能的形式存在。电子电离后若有多余的能量将以电子动能的形式存在。 培养层培养层素养升华素养升华 太阳能直接转换的基本原理是利用光电效应太阳能直接转换的基本原理是利用光电效应，将太阳能转换成电能将太阳能转换成电能。如图所示是测如图所示是测 定光电流的电路简图定光电流的电路简图，光电管加正向电压。光电管加正向电压。 设问探究设问探究 1请标出电源和电流表的正负极请标出电源和电流表的正负极。 2入射光应照在哪个极上？入射光应照在哪个

17、极上？ 3 电流表读数是电流表读数是 10 A， 则每秒钟从光电管阴极发射出的光电子数至少有多少个？则每秒钟从光电管阴极发射出的光电子数至少有多少个？ 提示提示：1加正向电压加正向电压，应该是在电子管中电子由应该是在电子管中电子由 B 向向 A 运动运动，即电流是由左向右即电流是由左向右。 因此电源左端是正极因此电源左端是正极，右端是负极右端是负极，电流表上端是正极电流表上端是正极，下端是负极下端是负极。 2光应照在光应照在 B 极上极上。 3设电子个数为设电子个数为 n，则则 Ine，所以所以 n 1010 6 1.610 19 6.251013(个个) 深度思考深度思考 (多选多选)如图甲

18、所示如图甲所示，在光电效应实验中在光电效应实验中，某同学用相同频率的单色光某同学用相同频率的单色光， ，分别照射阴分别照射阴 极材料为锌和铜的两个不同的光电管极材料为锌和铜的两个不同的光电管，结果都能发生光电效应结果都能发生光电效应。图乙为其中一个光电管图乙为其中一个光电管 的遏止电压的遏止电压 Uc随入射光频率随入射光频率变化的函数关系图像变化的函数关系图像。对于这两个光电管对于这两个光电管，下列判断正确下列判断正确 的是的是() 甲甲乙乙 A因为材料不同因为材料不同，逸出功不同逸出功不同，所以遏止电压所以遏止电压 Uc不同不同 B光电子的最大初动能不同光电子的最大初动能不同 C因为光强不确

19、定因为光强不确定，所以单位时间逸出的光电子数可能相同所以单位时间逸出的光电子数可能相同， ，饱和光电流也可能饱和光电流也可能 相同相同 D两个光电管的两个光电管的 Uc图像的斜率可能不同图像的斜率可能不同 ABC根据光电效应方程根据光电效应方程 EkhW0和和 eUcEk得出得出，频率相同频率相同，逸出功不同逸出功不同， 则遏止电压不同则遏止电压不同，A 正确；根据光电效应方程正确；根据光电效应方程 EkhW0得得，相同的频率相同的频率，不同的逸不同的逸 出功出功，则光电子的最大初动能不同则光电子的最大初动能不同，B 正确正确；虽然光的频率相同虽然光的频率相同，但光强不确定但光强不确定，所以所以 单位时间逸出的光电子数可能相同单位时间逸出的光电子数可能相同， 饱和光电流有可能相同饱和光电流有可能相同， C 正确正确； 因为因为 Uch e W0 e 知题图乙中图线的斜率为知题图乙中图线的斜率为h e， ，即斜率只与即斜率只与 h 和和 e 有关有关，且为常数且为常数，一定相同一定相同，D 错误错误。