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1、精选学习资料 - - - - - - - - - 学习必备 欢迎下载量子论初步一、光电效应1现象：在光（包括不行见光）照耀下物体发射出电子的现象叫光电效应现象；所发射的电子叫光电 子；光电子定向移动所形成的电流叫光电流；2光电效应规律（1）任何一种金属都有一个极限频率,入射光必需大于这个极限频率 才能产生光电效应（2）光电子的最大初动能与入射光的强度无关,只随着入射光的频率 增大而增大（3）当入射光的频率大于极限频率时,光电流的强度与入射光的强度成正比 9（4）从光照耀到产生光电流的时间不超过 10 s,几乎是瞬时产生的留意：（1）光电效应规律“ 光电流的强度与入射光的强度成正比” 中“ 光电
2、流的强度指的是光电流的最大 值（亦称饱和值） ,由于光电流未达到最大值之前,其值大小不仅与入射光的强度有关,仍与光电管两 极间的电压有关只有在光电流达到最大以后才和入射光的强度成正比（2）这里所说“ 入射光的强度”,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,在入 射光频率不变的憎况下,光强正比于单位时间内照耀到金属表面上单位面积的光子数但如换用不同频率 的光照耀,即使光强相同,单位时间内照耀到金属表面单位面积的光子数也不相同,因而从金属表面逸出 的光电子数也不相同,形成的光电流也不同【例 1】某种单色光照耀某金属时不能产生光电效应,就下述措施中可能使金属产生光电效应的是 A延长光
3、照时间散 B增大光的强度 C换用波长较短的光照耀 D换用频度较低的光照耀【解析】由发生光电效应的四个条件可知能不能产生光电效应与入射光的频率和金属板的材料有关,当金 属肯定时,要发生光电效应,就只有增大入射光的频率,也就是入射光的波长变短,所以 C 选项正确二、光子说 1光电效应规律中（1）、（2）、（4）条是经典的光的波动理论不能说明的,1 极限频率 0 光的强度由光波的振幅 A 打算,跟频率无关,只要入射光足够强或照耀时间足够长,就应当能发生光电效应2 光电子的最大初动能与光强无关,10-9s 3波动理论仍说明不了光电效应发生的时间之短能量积存是需要时间的 2光子说却能很好地说明光电效应光
4、子说认为：（1）空间传播的光不是连续的,而是一份一份的,每一份叫做一个光子34J s（2）光子的能量跟它的频率成正比,即 Eh hc 式中的 h 叫做普朗克恒量, h66*10爱因斯坦利用光子说说明光电效应过程：入射光照到金属上,有些光子被电子吸取,有些没有被电子吸取；吸取了光子的电子（a、b、c、e、a b c d e g g）动能变大,可能向各个方向运动；有些电子射出金属表面成为光电子f （ b、 c、g）,有些没射出（a、 e）；射出金属表面的电子克服金属中正电荷引力做的功也不相同；只有从金属表面直接飞出的光电子克服正电荷引力做的功最少（g）,飞出时动能最大；假如入射光子的能量比这个功的
5、最小值仍小,那就不能发生光电效应；这就说明白极限频率的存在；由于光电效应是由一个个光子单独引起的,因此从有光照耀到有光电子飞出的时间与照耀光的强度无关,几乎是瞬时的；这就说明白光电效应的瞬时性；名师归纳总结 （3）爱因斯坦光电效应方程：Ek=h W（Ek 是光电子的最大初动能；W 是逸出功,既从金属表面第 1 页,共 6 页 的光电子克服正电荷引力所做的功；）- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 学习必备 欢迎下载说明：（ 1）光电效应现象是金属中的自由电子吸取了光子的能量后,其动能足以克服金属离子的引力而逃 逸出金属表面,成为光电子不要将光子和光电子看成
6、同一粒子（ 2）对肯定的金属来说,逸出功是肯定的照耀光的频率越大,光子的能量越大,从金属中逸出的光电 子的初动能就越大假如入射粒子的频率较低,它的能量小于金属的逸出功,就不能产生光电效应,这就 是存在极限频率的缘由【例 2】用某种频率的紫外线分别照耀铯、锌、铂三种金属, 从铯中发射出的光电子的最大初动能是29eV,从锌中发射出的光电子的最大初动能是 以下结论正确选项（）A 铯的逸出功最大,铂的逸出功最小14eV,铂没有光电子射出,就对这三种金属逸出功大小的判定,B锌的逸出功最大,铂的逸出功最小C铂的逸出功最大,铯的逸出功最小D铂的逸出功最大,锌的逸出功最小h 就是一个 最大初动能越大,解析：
7、依据爱因斯坦光电效应方程：.mvm2h 一 W当照耀光的频率肯定时,光子的能量定值,在光电效应中的所产生的光电子的最大初动能等于光子的能量减去金属的逸出功说明这种金属的电子逸出功越小,如没有光电子射出,说明光子的能量小于电子的逸出功因此说铂的逸出功最大,而铯的逸出功最小答案： c 【例 3】入射光线照耀到某金属表面上发生光电效应,如入射光的强度减弱,而频率保持不变,那么以下 说法中正确选项（）A 从光照到金属表面上到发射出光电子之间的时间间隔将明显增加 B逸出的光电子的最大初动能减小 C单位时间内从金属表面逸出的光电子数目将减小 D有可能不发生光电效应 解析： 入射光的强度,是指单位时间内入射
8、到金属表面单位面积上的光子的总能量,“ 入射光的强度减弱而频率不变, ” 表示单位时间内到达同一金属表面的光子数目削减而每个光子的能量不变依据对光电效应的讨论,只要入射光的频率大于金属的极限频率,那么当入射光照到金属上时,光电 子的发射几乎是同时完成的,与入射光的强度无关具有最大初动能的光电子,是来自金属最表层的电子,当它们吸取了光子的能量后,只要大于金属的 逸出功而能摆脱原子核的束缚,就能成为光电子,当光子的能量不变时,光电子的最大初动能也不变当入射光强度减弱时,仍有光电子从金属表面逸出,但单位时间内逸出的光电子数目也会削减答案：C 三 .康普顿效应光子在介质中和物质微粒相互作用,可能使得光
9、的传播方向转向任何方向（不是反射）做光的散射；,这种现象叫 光子在讨论电子对X 射线的散射时发觉：有些散射波的波长比入射波的波长略光子电子电子大；康普顿认为这是由于光子不仅有能量,也具有动量； 试验结果证明这个设想是正确的；因此康普顿效应也证明白光具有粒子性；四、光的波粒二象性 和康普顿效应说明光是一种粒子；散射前散射后1、 干涉、衍射和偏振说明光是一种波；因此现代物理学认为：光具有波粒二象性；2、 大量光子的传播规律表达为波动性；频率低、波长长的光,其波动性越显著3、个别光子的行为表达为粒子性；频率越高、波长越短的光,其粒子性越显著4光在传播过程中往往表现出波动性；在与物质发生作用时往往表现
10、为粒子性；光既具有波动性,又具 有粒子性,为说明光的一切行为,只能说光具有波粒二象性说明：光的波粒二象性可作如下说明：（1）既不行把光当成宏观观念中的波,也不行把光当成微观观念中的粒子（ 2）大量光子产生的成效往往显示出波动性,个别光子产生的成效往往显示出粒子性；频率超低的光波动性越明显,频率越高的光粒子性越明显（3）光在传播过程中往往显示波动性,在与物质作用时往往显示粒子性（4）由 E=h ,p =h/ 看出,光的波动性和粒子性并不冲突：表示粒子性的粒子能量和动量的运算式中名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页,共 6 页精选学习资料 - - - - - - - - - 学习必备
11、 欢迎下载都含有表示波的特点的物理量频率 和波长 ；（5）由以上两式和波速公式 c= 仍可以得出： E = p c 五、物质波（德布罗意波）物质分为两大类：实物和场；既然作为场的光有粒子性,那么作为粒子的电子、质子等实物是否也具 有波动性？德布罗意由光的波粒二象性的思想推广到微观粒子和任何运动着的物体上去,得出物质波的概 =h/p；念：任何一个运动着的物体都有一种波与它对应,该波的波长 人们又把这种波叫做德布罗意波；物质波也是概率波；【例 4】试估算一个中同学在跑百米时的德布罗意波的波长；解：估量一个中同学的质量m50kg ,百米跑时速度v 7m/s ,就h6. 6310341.91036m
12、p507由运算结果看出,宏观物体的物质波波长特别小,所以很难表现出其波动性；【例 5】 为了观看到纳米级的微小结构,需要用到辨论率比光学显微镜更高的电子显微镜；以下说法中正 确的是 A.电子显微镜所利用电子物质波的波长可以比可见光短,因此不简单发生明显衍射 B.电子显微镜所利用电子物质波的波长可以比可见光长,因此不简单发生明显衍射 C.电子显微镜所利用电子物质波的波长可以比可见光短,因此更简单发生明显衍射D.电子显微镜所利用电子物质波的波长可以比可见光长,因此更简单发生明显衍射 解：为了观看纳米级的微小结构,用光学显微镜是不行能的；由于可见光的波长数量级是10-7m,远大于纳米, 会发生明显的
13、衍射现象,因此不能精确聚焦；假如用很高的电压使电子加速,使它具有很大的动量,其物质波的波长就会很短,衍射的影响就小多了；因此此题应选A；六 .氢原子中的电子云对于宏观质点, 只要知道它在某一时刻的位置和速度以及受力情形,运动的轨道,算出它在以后任意时刻的位置和速度；就可以应用牛顿定律确定该质点对电子等微观粒子,牛顿定律已不再适用,因此不能用确定的坐标描述它们在原子中的位置；玻尔理 论中说的“ 电子轨道” 实际上也是没有意义的；更加完全的量子理论认为,我们只能知道电子在原子核附 近各点显现的概率的大小；在不同的能量状态下,电子在各个位置显现的概率是不同的；假如用疏密不同 的点子表示电子在各个位置
14、显现的概率,画出图来,就像一片云雾一样,可以形象地称之为电子云；七、能级 中学介绍了卢瑟福提出的原子的核式结构模型；认为电子绕核做圆周运动,好比地球绕太阳做圆周运 动；讨论说明,卢瑟福的核式结构模型和经典电磁理论有冲突：依据经典电磁理论:电子绕核做圆周运动会向外辐射同频率的电磁波,能量将减小, 原子将会不稳固；电子旋转半径减小的同时,频率将增大,因此辐射的电磁波频率也应当是连续变化的；事实上原子是稳固 的,原子辐射的电磁波的频率也是不变的；1.玻尔理论 为解决这个冲突,玻尔将量子理论引入原子结构理论,大胆提出了三条假设,创建了玻尔原子模型；能量定态假设：原子只能处于一系列的不连续的能量状态中,
15、在这些状态中原子是稳固的,电子虽然绕 核运动,但并不向外辐射能量,这些状态叫定态；原子跃迁假设：原子从肯定态跃迁到另一种定态,它要辐射（或吸取）肯定频率的光子,光子的能量由名师归纳总结 这两种定态的能量差值打算：即：h =Em-Enn 4 E /eV氢原子的能级第 3 页,共 6 页轨道量子化假设：原子的不同能量状态跟电子沿不同的圆形轨道绕核运动相对应,原子的定态是不连续的,因此电子所处的可能轨道的分布也是不连续的；3 对氢原子：轨道量子化,r1=0.53 10-10mn 叫量子数能量量子化EnE 1, E1=- 13.6eV,这些能量值叫能级；能量最低的状态2 n2-3.4 1 - - -
16、- - - -精选学习资料 - - - - - - - - - （量子数n=1）叫基态,其他状态叫激发态；学习必备欢迎下载依据玻尔理论画出了氢原子的能级图；2.光子的发射和接收原子处于基态时最稳固；处于激发态时会自发地向较低能级跃迁,经过一次或几次跃迁到达基态；跃迁时以光子的形式放出能量；所放出光子的频率满意：h =E m-En原子吸取了光子后从低能级跃迁到高能级,或者被电离；处于基态或较低激发态的原子只能吸取两种光子：一种是能量满意 于该能级电离能的光子；h =E m-En 的光子,一种是能量大【例 6】用光子能量为 E 的单色光照耀容器中处于基态的氢原子；停止照耀后, 发觉该容器内的氢能释
17、放出三种不同频率的光子,它们的频率由低到高依次为 1、 2、 3,由此可知,开头用来照耀容器的单色光的光子能量可以表示为： h 1； h 3； h 1+ 2；h 1+ 2+ 3 以上表示式中A.只有正确 B. 只有正确C.只有正确 D. 只有正确 3 1 解：该容器内的氢能够释放出三种不同频率的光子,说明这时氢原子处于第三能级；2 3 2 依据玻尔理论应当有 h 3=E3- E1,h 1=E3- E2,h 2=E2- E1,可见 h 3= h 1+ h 1 2= h 1+ 2,所以照耀光子能量可以表示为或,答案选 C；【例 7】现有 1200 个氢原子被激发到量子数为 4 的能级上, 如这些受
18、激氢原子最终都回到基态,就在此过程中发出的光子总数是多少？假定处在量子数为 n 的激发态的氢原子跃迁到各较低能级的原子数都是处在该激发态能级上的原子总数的A.1200 B.2000 C.2200 D.24 00 n 11；4 2 3 解：画出示意图,分步运算,不难得出结论 400 个, 400 个, 400 个,1 200 个, 200 个, 200 个, 400 个,共 2200 个；3.原子光谱在人们明白原子结构以前,就发觉了气体光谱；和白光形成的连续光谱不同,淡薄气体通电后发出的光得到的光谱是不连续的几条亮线,叫做线状谱；由于各种原子的能级是不同的,它们的线状谱也就不会完全相同；因此把这
19、些线状谱叫做原子光谱；利用原子光谱可以鉴别物质,分析物体的化学组成；玻尔理论能够很好地说明氢的原子光谱；依据 的频率恰好相同；4.玻尔理论的局限性h =E m-En 运算出的频率跟试验中观看到的线状谱对应玻尔理论胜利地说明白氢光谱的规律,它的胜利是由于引进了量子理论（轨道量子化、能量量子化）；但用它说明其它元素的光谱就遇到了困难,它的局限性是由于它保留了过多的经典物理理论（牛顿其次定律、向心力、库仑力等）；5.量子力学为明白决这种困难,需要建立更加完全的量子理论,这就是量子力学；在量子力学种所谓电子绕核运行的轨道,实际上只是电子显现概率密度较大的位置；假如用疏密不同的点表示电子在各个位置显现的
20、概率,画出的图形叫做电子云；1. 正确懂得光电效应规律名师归纳总结 【例 8】如图,当电键S 断开时,用光子能量为2.5eV 的一束光照耀阴极K,发觉电K V A 第 4 页,共 6 页流表读数不为零；合上电键,调剂滑线变阻器,发觉当电压表读数小于0.60V 时,电流表读数仍不为零；当电压表读数大于或等于0.60V 时,电流表读数为零；由此可知阴极材料的逸出功为A.1.9eV B.0.6eV C.2.5eV D.3.1eV 解：电流表读数刚好为零说明刚好没有光电子能够到达阳极,依据动能定理,光电子S 的最大初动能刚好为0.6eV；由 Ek= h -W 可知 W=1.9 eV；选 A ；- -
21、- - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 学习必备 欢迎下载2. 氢原子跃迁及光谱线的运算实际上公式 hv=E初-E终只适用于光子和原子作用而使原子在各定态之间跃迁的情形,而对于光子与原子作用使原子电离或实物粒子与原子作用而使原子激发的情形如高速电子流打击任何固体表面产生伦琴射线,就不受此条件的限制；这是由于原子一旦电离,原子结构就被破坏,因而不再遵守有关原子结构的理论；实物粒子与原子碰撞的情形,由于实物粒子的动能可全部或部分地为原子吸取,所以只要入射粒子的动能大于或等于原子某两定态能量之差,都有可能使原子受激发而向高能级跃迁,但原子所吸取的能量仍不是任意的,肯定等于
22、原子发生跃迁的两个能级间的能量差；（1）从高能级向低能级跃迁时放出光子；从低能级向高能级跃迁时可能是吸取光子,也可能是由于碰撞；（2）原子从低能级向高能级跃迁时只能吸取肯定频率的光子；而从某一能级到被电离可以吸取能量大于或等于电离能的任何频率的光子；（如在基态,可以吸取 E 13.6eV 的任何光子,所吸取的能量除用于电离外,都转化为电子的动能）；【例 9】氢原子辐射出一个光子后,依据玻尔理论下述说法中正确选项（）A 电子绕核旋转的半径增大 B、氢原子的能级增大C氢原子的电势能增大D、氢原子的核外电子的速率增大解析 ：氢原子辐射出一个光子是由于绕核运转的电子由外层轨道向内层轨道跃迁产生的,即由
23、高能级向低能级跃迁产生的；因此选项A、B、 C 都是错误的；答案 ：D 电子和氢原子核之间的库仑力是电子绕核转动的向心力,即k2 emv2r2r所以 vek /mr由于 k、e、m 都为定值,所以r 减小时, v 增大【例 10】如图给出氢原子最低的4 个能级,在这些能级间跃迁所辐射的光子的频率最多有P 种,其中最小频率为f min,就（）A P 5 BP=6 Cf min16 1014Hz ； Df min15 1015 Hz 解析 ：由图可知,氢原子在能缓间跃迁最多有6 种可能情形： 43；3 2；21； 42；3l；41所以是多能辐射6 种频率的光子14 Hz 答案 ：BC 由 h E高
24、E低可知,能级间能量差值越小辐射的光子频率越小,所以从第 4 能级向第 3 能级跃迁辐射的光子频率最小 （ E4E3） h 16 104. 氢原子跃迁的能量规律核外电子绕核旋转可看作是以原子核为中心的匀速圆周运动,其向心力由核的库仑引力供应,动能： Ekn=1Ek1 由于 对氢原子 k2 em2 vn E2 E/eV 0 2 n2 r 1r 1Ek1=1mV2=13.6 eV 4 -0.85 3 -3.4 2-1.51 电势能 ：EPn=1EP1EP1=E1Ek1=13.613.6=27.2 eV 2 n21 E1 E3 总能量： En=Ekn+EPnE1=- 13.6 eV（. Ep=Ek,
25、 ,Ep=2Ek）电子从无穷远移近原子核,电场力做正功,电势能削减为负值；氢原子的能级图-13.6 当原子吸取光子,从较低能级E1跃迁到较高能级E2时,即 n 增大时 ,原子的总能量 E增加, 电子的电势能 EP增加, 而动能 Ek削减,且 Ek1+EP1+hv=Ek2+EP2 名师归纳总结 当原子放出光子从较高能级E2跃迁到较低能级E1时,原子的总能削减,电子的电势能削减,而动第 5 页,共 6 页能增加,且Ek1+EP1-hv=Ek2+EP2 E1 = E2 + E3；频率关系为 1=2+3；而波长关系为111；右上图中三个光子的能量关系为123- - - - - - -精选学习资料 -
26、- - - - - - - - 【例 11】氢原子的基态能量为E1,图中的学习必备欢迎下载四个能级图中,正确代表氢原子能级的是（）2解析由氢原子能级公式 En= E1n可知只有 C 图是正确的【例 12】原子从一个能级跃迁到一个较低的能级时,有可能不发射光子,例如在某种条件下,铬原子从n=2 能级上的电子跃迁到 n=1 能级上时并不发射光子,而是将相应的能量转交给 n=4 能级上的电子,使之能脱离原子, 这一现象叫做俄歇效应,以这种方式脱离原子的电子叫俄歇电子 .已知铬原子的能级公式可简化为 E 有=-A ,式中 n=1,2,3 表示不同的能级,2 A 是正的已知常数 .上述俄歇电子的动能是nA. 3 A B. 7 A C. 11 A D. 13 A16 16 16 16【解析】铬原子 n=2 的能级 E2=A/2 2=A/4 ,n=1 的能级 E1=-A,所以电子从 n=2 能级跃迁到 n=1 的能2级释放的能量 E=E2-E1=3A/4. 又铬原子 n=4 的能级 E4=A/4 =A/16 ,说明电子从 n=4 能级跃迁到无穷远能级（E=0）,即脱离原子需吸取 A/16 的能量, 由能的转化和守恒知,该俄歇电子的能量应为 Ek= E-（-E4）=11A/16 ,即答案 C 正确 . 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页,共 6 页