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本章整合
第四章
2026
内容索引
01
02
知识网络 系统构建
重点题型 归纳剖析
知识网络 系统构建
原子结构和波粒二象征
原子结构和波粒二象征
原子的核式结构模型
原子结构和波粒二象征
玻尔的原子模型
重点题型 归纳剖析
一
光电效应规律及其应用
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,二是运用光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,明确各概念之间的决定关系,准确把握它们的内在联系。
1.光电子的动能可以是介于0~Ekm 的任意值,只有从金属表面逸出的光电子才具有最大初动能,且随入射光频率增大而增大。
2.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,才能产生光电效应。
【例题1】 用如图甲所示的装置研究光电效应现象。闭合开关S,用频率为ν的光照射光电管时发生了光电效应。图乙是该光电管发生光电效应时光电子的最大初动能Ek与入射光频率ν的关系图像,图线与横轴的交点坐标为(a,0),与纵轴的交点坐标为(0,-b)。下列说法正确的是(　　)
A.普朗克常量为h=
B.断开开关S后,电流表G
的示数不为零
C.仅增强入射光,光电子
的最大初动能将增大
D.仅增强入射光,电流表
G的示数保持不变
B
解析：由Ek=hν-W0可知,图线的斜率为普朗克常量,即h= ,故选项A错误。断开开关S后,光电子匀速运动到阳极,所以电流表G的示数不为零,故选项B正确。只有增大入射光的频率,才能增大光电子的最大初动能,与入射光的强弱无关,故选项C错误。仅增强入射光,单位时间内发出的光电子数增多,电流表G的示数增大,故选项D错误。
方法归纳 光电效应规律中的两条线索、两个关系
(1)两条线索

(2)两个关系
入射光越强→光子数目越多→发射光电子越多→光电流越大;
光子频率越高→光子能量越大→产生光电子的最大初动能越大。
二
原子核式结构模型
卢瑟福核式结构模型建立在α粒子散射实验基础上,其考查主要有以下两 方面:
(1)α粒子散射实验的考查:主要是对散射实验装置(包括仪器作用的简单描述)、实验现象、现象分析和结论以及实验意义的考查。α粒子散射实验是物理学发展史上一个重要的实验,实验结果使人们对物质结构的观念发生了根本性变化,从而否定了汤姆孙的原子结构的枣糕模型。卢瑟福核式结构模型建立的实验依据是绝大多数α粒子穿过金箔基本上不发生偏转,少数发生偏转,极少数发生大角度偏转。
(2)卢瑟福核式结构模型的考查:主要考查核式结构内容的描述和理解,并且知道原子是由原子核和电子组成的。特别是能从力的角度、功能关系角度分析求解有关圆轨迹或曲线运动的轨迹问题。
【例题2】 下列α粒子散射实验中,一束α粒子穿越金箔内一个金原子的轨迹示意图,正确的是(　　)
D
解析：A选项中2应该比1有更大偏转,3应该比4有更大偏转。B选项中2、3的偏转方向错误。C选项中3的偏转方向错误。在D选项中,2、4发生了明显偏转,3离核最近,发生大角度偏转,只有D正确。
方法归纳 解决α粒子散射实验问题的技巧
(1)熟记实验装置及原理。
(2)理解建立核式结构模型的要点。
①核外电子不会使α粒子的速度发生明显改变。
②汤姆孙的原子模型不能解释α粒子的大角度散射。
③少数α粒子发生了大角度偏转,甚至反弹回来,表明这些α粒子在原子中的某个地方受到了质量比它本身大得多的物体的作用。
④绝大多数α粒子在穿过厚厚的金原子层时运动方向没有明显变化,说明原子中绝大部分是空的,原子的质量、电荷量都集中在体积很小的核内。
三
玻尔理论与能级跃迁
1.氢原子的半径公式:rn=n2r1(n=1,2,3,…),其中r1为基态半径,又称玻尔半径,r1=0.53×10-10 m。
2.氢原子的能级公式:En= E1(n=1,2,3,…),其中E1为基态能量, E1=-13.6 eV。
3.氢原子的能级图,如图所示。
(1)能级图中的横线表示氢原子可能的能
量状态——定态。
(2)横线左端的数字“1,2,3,…”表示量子数,
右端的数字“-13.6,-3.4,…”表示氢原子的能量。
(3)相邻横线间的距离,表示相邻的能级差,
量子数越大,相邻的能级差越小。
(4)带箭头的竖线表示原子由较高能级向较
低能级跃迁,原子跃迁条件为hν=En-Em(m【例题3】 已知氢原子基态的电子轨道为r1=0.528×10-10 m,量子数为n的能级值为En=- eV。
(1)求电子在基态轨道上运动时的动能。
(2)有大量氢原子处于量子数n=3的激发态,画出能级图,在图上用箭头标明这些氢原子能发出哪几条光谱线。
(3)计算这几条光谱线中波长最短的一条的波长。其中静电力常量k=9.0×109 N·m2/C2,电子电荷量e=1.6×10-19 C,普朗克常量h=6.63×10-34 J·s,真空中光速c=3.0×108 m/s。
解析：(1)设电子的质量为m,电子在基态轨道上的速率为v1,
根据牛顿第二定律和库仑定律有
所以 J=2.18×10-18 J=13.6 eV。
(2)当大量氢原子从量子数n=3的能级
跃迁到较低能级时,可以得到3条光谱线,
如图所示。
(3)与波长最短的一条光谱线对应的
能级差为E3-E1。
方法归纳 氢原子跃迁规律的应用
1.跃迁过程中吸收或辐射光子的频率和波长满足hν=|En-Em|,h =|En-Em|。
2.使原子能级跃迁的两种粒子——光子与实物粒子。
(1)原子若是吸收光子的能量而被激发,则光子的能量必须等于两能级的能量差,否则不被吸收。不存在激发到n能级时能量有余,而激发到n+1能级时能量不足,则可激发到n能级的可能。
(2)原子还可吸收外来实物粒子(例如自由电子)的能量而被激发,由于实物粒子的动能可部分地被原子吸收,所以只要入射粒子的能量大于等于两能级的能量差值,就可使原子发生能级跃迁。
3.原子跃迁时需要注意的两个问题。
(1)注意大量原子和一个原子:氢原子核外只有一个电子,在某段时间内,由某一轨道跃迁到另一个轨道时,只能出现所有可能情况中的一种,但是如果有大量的氢原子,这些原子的核外电子跃迁时就会有各种情况出现。
(2)注意跃迁与电离:hν=En-Em只适用于光子和原子作用使原子在各定态之间跃迁的情况,对于光子和原子作用使原子电离的情况,则不受此条件的限制。如基态氢原子的电离能为13.6 eV,只要大于或等于13.6 eV的光子都能被基态的氢原子吸收而发生电离,只不过入射光子的能量越大,原子电离后产生的自由电子的动能越大。

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