文档文本内容
自主命题卷 全国卷
2021·广东卷·T1 原子核的衰变 2021·全国甲卷·T17 原子核的衰变
2021·湖南卷·T1 衰变、半衰期 2021·全国乙卷·T17 半衰期
2021·河北卷·T1 衰变、半衰期 2020·全国卷Ⅰ·T19 核反应
考
2021·浙江6月选考·T14 核反应 2020·全国卷Ⅱ·T18 核能
情
2020·天津卷·T1 原子核式结构实验 2020·全国卷Ⅲ·T19 原子核的衰变
分
2020·江苏卷·T12(1)(2) 黑体辐射、能级
析 2019·全国卷Ⅰ·T14 能级跃迁
跃迁、光子的动量
2020·浙江7月选考·T14 核聚变、核能 2019·全国卷Ⅱ·T15 核能
2019·天津卷·T5 光电效应 2018·全国卷Ⅱ·T17 光电效应
医用放射性核素、霓虹灯、氖管、光谱仪、原子钟、威耳逊云室、射
试 生活实践类
线测厚仪、原子弹、反应堆与核电站、太阳、氢弹、环流器装置等
题
光电效应现象、光的波粒二象性、原子的核式结构模型、氢原子光
情
学习探究类 谱、原子的能级结构、射线的危害与防护、原子核的结合能、核裂变
境
反应和核聚变反应等
第 1 讲 原子结构和波粒二象性
目标要求 1.了解黑体辐射的实验规律.2.知道什么是光电效应，理解光电效应的实验规律．
会利用光电效应方程计算逸出功、截止频率、最大初动能等物理量.3.知道原子的核式结构，
掌握玻尔理论及能级跃迁规律.4.了解实物粒子的波动性，知道物质波的概念．
考点一 黑体辐射及实验规律
1．热辐射
(1)定义：周围的一切物体都在辐射电磁波，这种辐射与物体的温度有关，所以叫热辐射．(2)特点：热辐射强度按波长的分布情况随物体温度的不同而有所不同．
2．黑体、黑体辐射的实验规律
(1)黑体：能够完全吸收入射的各种波长的电磁波而不发生反射的物体．
(2)黑体辐射的实验规律
①对于一般材料的物体，辐射电磁波的情况除与温度有关外，还与材料的种类及表面状况有
关．
②黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的温度有关．随着温度的升高，一方面，各
种波长的辐射强度都有增加，另一方面，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动，如图．
3．能量子
(1)定义：普朗克认为，当带电微粒辐射或吸收能量时，只能辐射或吸收某个最小能量值ε的
整数倍，这个不可再分的最小能量值ε叫作能量子．
(2)能量子大小：ε＝hν，其中ν是带电微粒吸收或辐射电磁波的频率，h称为普朗克常量．h
＝6.626×10－34 J·s(一般取h＝6.63×10－34 J·s)．
1．黑体能够反射各种波长的电磁波，但不会辐射电磁波．( × )
2．黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与温度有关，随着温度的升高，各种波长的辐射
强度都增加，辐射强度极大值向波长较短的方向移动．( √ )
3．玻尔为得出黑体辐射的强度按波长分布的公式，提出了能量子的假说．( × )
例1 (多选)关于黑体辐射的实验规律如图所示，下列说法正确的是( )
A．黑体能够完全吸收照射到它上面的光波
B．随着温度的降低，各种波长的光辐射强度都有所增加
C．随着温度的升高，辐射强度极大值向波长较长的方向移动
D．黑体辐射的强度只与它的温度有关，与形状和黑体材料无关
答案 AD解析 能完全吸收照射到它上面的各种频率的电磁辐射的物体称为黑体，A正确；由题图可
知，随温度的降低，各种波长的光辐射强度都有所减小，选项B错误；随着温度的升高，
黑体辐射强度的极大值向波长较短的方向移动，选项C错误；一般物体辐射电磁波的情况
与温度有关，还与材料的种类及表面情况有关，但黑体辐射电磁波的情况只与它的温度有关，
选项D正确．
例2 在“焊接”视网膜的眼科手术中，所用激光的波长λ＝6.4×10－7 m，每个激光脉冲
的能量E＝1.5×10－2 J．求每个脉冲中的光子数目．(已知普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s，
光速c＝3×108 m/s.计算结果保留一位有效数字)
答案 5×1016
解析 每个光子的能量为E ＝hν＝h，每个激光脉冲的能量为E，所以每个脉冲中的光子数
0
目为：N＝，联立且代入数据解得：N＝5×1016个．
考点二 光电效应
1．光电效应及其规律
(1)光电效应现象
照射到金属表面的光，能使金属中的电子从表面逸出，这个现象称为光电效应，这种电子常
称为光电子．
(2)光电效应的产生条件
入射光的频率大于或等于金属的截止频率．
(3)光电效应规律
①每种金属都有一个截止频率ν，入射光的频率必须大于或等于这个截止频率才能产生光电
c
效应．
②光电子的最大初动能与入射光的强度无关，只随入射光频率的增大而增大．
③光电效应的发生几乎是瞬时的，一般不超过10－9 s.
④当入射光的频率大于或等于截止频率时，在光的颜色不变的情况下，入射光越强，饱和电
流越大，逸出的光电子数越多，逸出光电子的数目与入射光的强度成正比，饱和电流的大小
与入射光的强度成正比．
2．爱因斯坦光电效应方程
(1)光电效应方程
①表达式：hν＝E＋W 或E＝ hν － W .
k 0 k 0
②物理意义：金属表面的电子吸收一个光子获得的能量是 hν，这些能量的一部分用来克服
金属的逸出功W，剩下的表现为逸出后电子的最大初动能．
0
(2)逸出功W：电子从金属中逸出所需做功的最小值，W＝hν＝h.
0 0 c(3)最大初动能：发生光电效应时，金属表面上的电子吸收光子后克服原子核的引力逸出时
所具有的动能的最大值．
1．光子和光电子都不是实物粒子．( × )
2．只要入射光的强度足够大，就可以使金属发生光电效应．( × )
3．要使某金属发生光电效应，入射光子的能量必须大于或等于金属的逸出功．( √ )
4．光电子的最大初动能与入射光子的频率成正比．( × )
1．光电效应的分析思路
2．光电效应图像
图像名称 图线形状 获取信息
①截止频率(极限频率)ν：图线与
c
ν轴交点的横坐标
最大初动能E 与入射
k
②逸出功W：图线与E 轴交点的
0 k
光频率ν的关系图线
纵坐标的绝对值W＝|－E|＝E
0
③普朗克常量h：图线的斜率k＝h
①截止频率ν：图线与横轴的交
c
点的横坐标
②遏止电压U：随入射光频率的
c
遏止电压U 与入射
c
增大而增大
光频率ν的关系图线
③普朗克常量h：等于图线的斜率
与电子电荷量的乘积，即h＝
ke(注：此时两极之间接反向电压)
①遏止电压U：图线与横轴的交
c
颜色相同、强度不同
点的横坐标
的光，光电流与电压
②饱和电流：电流的最大值；
的关系
③最大初动能：E＝eU
k c①遏止电压U 、U
c1 c2
颜色不同时，光电流 ②饱和电流
与电压的关系 ③最大初动能E ＝eU ，E ＝
k1 c1 k2
eU
c2
考向1 光电效应的规律
例3 研究光电效应的电路图如图所示，关于光电效应，下列说法正确的是( )
A．任何一种频率的光，只要照射时间足够长，电流表就会有示数
B．若电源电动势足够大，滑动变阻器滑片向右滑，电流表的示数能一直增大
C．调换电源的正负极，调节滑动变阻器的滑片，电流表的示数可能变为零
D．光电效应反映了光具有波动性
答案 C
解析 能否发生光电效应取决于光的频率，与照射时间长短无关，A错误；增加极板间电压，
会出现饱和电流，电流表示数不会一直增大，B错误；调换电源正负极，若反向电压达到遏
止电压，则电流表示数变为零，C正确；光电效应反映了光具有粒子性，D错误．
考向2 光电效应的图像
例4 (多选)如图所示，甲、乙、丙、丁是关于光电效应的四个图像，以下说法正确的是(
)A．由图甲可求得普朗克常量h＝
B．由图乙可知虚线对应金属的逸出功比实线对应金属的逸出功小
C．由图丙可知在光的颜色不变的情况下，入射光越强，饱和电流越大
D．由图丁可知电压越高，则光电流越大
答案 BC
解析 根据光电效应方程，结合动能定理可知 eU＝E ＝hν－W ＝hν－hν，变式可得U＝ν
c k 0 c c
－ν，斜率k＝＝，解得普朗克常量为h＝，故A错误；根据爱因斯坦光电效应方程E ＝hν
c k
－W 可知，纵轴截距的绝对值表示逸出功，则实线对应金属的逸出功比虚线对应金属的逸
0
出功大，故B正确；入射光频率一定，饱和电流由入射光的强度决定，即光的颜色不变的
情况下，入射光越强，光子数越多，饱和电流越大，故C正确；分析题图丁可知，当达到
饱和电流以后，增加光电管两端的电压，光电流不变，故D错误．
例5 (多选)一定强度的激光(含有三种频率的复色光)沿半径方向入射到半圆形玻璃砖的圆
心O点，如图甲所示．现让经过玻璃砖后的A、B、C三束光分别照射相同的光电管的阴极
(如图乙所示)，其中C光照射时恰好有光电流产生，则( )
A．若用B光照射光电管的阴极，一定有光电子逸出
B．若用A光和C光分别照射光电管的阴极，A光照射时逸出的光电子的最大初动能较大
C．若入射光的入射角从0开始增大，C光比B光先消失
D．若是激发态的氢原子直接跃迁到基态辐射出B光、C光，则C光对应的能级较低
答案 BC
解析 由题图甲可得，B光和C光为单色光，C光的折射率大，频率高；A光除了B、C光
的反射光线外，还含有第三种频率的光，为三种光的复合光．C光照射光电管恰好有光电流
产生，用B光照射同一光电管，不能发生光电效应，故A错误；A光为三种频率的复合光，
但A光中某频率的光发生了全反射，其临界角最小，折射率最大，频率最高，则A光和C
光分别照射光电管的阴极时，A光照射时逸出的光电子的最大初动能较大，故B正确；根据
sin C＝可知，C光的临界角比B光小，若入射光的入射角从0开始增大，C光比B光先消失，
故C正确；C光的频率比B光高，根据能级跃迁规律可知，若是激发态的氢原子直接跃迁到
基态辐射出B光、C光，则C光对应的能级较高，故D错误．考点三 光的波粒二象性与物质波
1．光的波粒二象性
(1)光的干涉、衍射、偏振现象证明光具有波动性．
(2)光电效应说明光具有粒子性．
(3)光既具有波动性，又具有粒子性，称为光的波粒二象性．
2．物质波
(1)概率波：光的干涉现象是大量光子的运动遵守波动规律的表现，亮条纹是光子到达概率
大的地方，暗条纹是光子到达概率小的地方，因此光波又叫概率波．
(2)物质波：任何一个运动着的物体，小到微观粒子，大到宏观物体，都有一种波与它对应，
其波长λ＝，p为运动物体的动量，h为普朗克常量．
1．光的频率越高，光的粒子性越明显，但仍具有波动性．( √ )
2．法国物理学家德布罗意大胆预言了实物粒子在一定条件下会表现为波动性．( √ )
例6 (2022·上海师大附中高三学业考试)用极微弱的可见光做双缝干涉实验，随着时间的
增加，在屏上先后出现如图(a)(b)(c)所示的图像，则( )
A．图像(a)表明光具有波动性
B．图像(c)表明光具有粒子性
C．用紫外线观察不到类似的图像
D．实验表明光是一种概率波
答案 D
解析 题图(a)只有分散的亮点，表明光具有粒子性；题图(c)呈现干涉条纹，表明光具有波
动性，A、B错误；紫外线也具有波粒二象性，也可以观察到类似的图像，C错误；实验表
明光是一种概率波，D正确．
考点四 原子结构1．电子的发现：英国物理学家汤姆孙发现了电子．
2．α粒子散射实验：1909年，英国物理学家卢瑟福和他的助手进行了用α粒子轰击金箔的
实验，实验发现绝大多数α粒子穿过金箔后基本上仍沿原来方向前进，但有少数α粒子发生
了大角度偏转，偏转的角度甚至大于90°，也就是说它们几乎被“撞”了回来．
3．原子的核式结构模型：在原子中心有一个很小的核，原子全部的正电荷和几乎全部质量
都集中在核里，带负电的电子在核外空间绕核旋转．
1．在α粒子散射实验中，少数α粒子发生大角度偏转是由于它跟金原子中的电子发生了碰
撞．( × )
2．原子中绝大部分是空的，原子核很小．( √ )
3．核式结构模型是卢瑟福在α粒子散射实验的基础上提出的．( √ )
例7 关于α粒子散射实验的下述说法中正确的是( )
A．在实验中观察到的现象是绝大多数α粒子穿过金箔后，仍沿原来方向前进，少数发生了
较大偏转，极少数偏转超过90°，有的甚至被弹回接近180°
B．使α粒子发生明显偏转的力来自带正电的核及核外电子，当 α粒子接近核时是核的排斥
力使α粒子发生明显偏转，当α粒子接近电子时，是电子的吸引力使之发生明显偏转
C．实验表明原子中心有一个极小的核，它占有原子体积的极小部分，实验事实肯定了汤姆
孙的原子结构模型
D．实验表明原子中心的核带有原子的全部正电及全部质量
答案 A
解析 在实验中观察到的现象是绝大多数α粒子穿过金箔后，仍沿原来方向前进，少数发生
了较大偏转，极少数偏转超过90°，有的甚至被弹回接近180°，所以A正确；使α粒子发生
明显偏转的力是来自带正电的核，当α粒子接近核时，核的排斥力使α粒子发生明显偏转，
电子对α粒子的影响忽略不计，所以B错误；实验表明原子中心有一个极小的核，它占有原
子体积的极小部分，实验事实否定了汤姆孙的原子结构模型，所以C错误；实验表明原子
中心的核带有原子的全部正电及绝大部分质量，所以D错误．
考点五 玻尔理论 能级跃迁
1．玻尔理论
(1)定态假设：电子只能处于一系列不连续的能量状态中，在这些能量状态中电子绕核的运
动是稳定的，电子虽然绕核运动，但并不产生电磁辐射．
(2)跃迁假设：电子从能量较高的定态轨道(其能量记为E)跃迁到能量较低的定态轨道(能量
n记为E ，m<n)时，会放出能量为hν的光子，这个光子的能量由前后两个能级的能量差决定，
m
即hν＝E － E .(h是普朗克常量，h＝6.63×10－34 J·s)
n m
(3)轨道量子化假设：原子的不同能量状态跟电子在不同的圆周轨道绕核运动相对应．原子
的定态是不连续的，因此电子的可能轨道也是不连续的．
2．氢原子的能量和能级跃迁
(1)能级和半径公式：
①能级公式：E＝E(n＝1,2,3，…)，其中E 为基态能量，其数值为E＝ － 13. 6 eV.
n 1 1 1
②半径公式：r＝n2r(n＝1,2,3，…)，其中r 为基态轨道半径，其数值为r＝0.53×10－10 m.
n 1 1 1
(2)氢原子的能级图，如图所示
1．处于基态的氢原子可以吸收能量为11 eV的光子而跃迁到高能级．( × )
2．氢原子吸收或辐射光子的频率条件是hν＝E－E (m<n)．( √ )
n m
3．氢原子各能级的能量指电子绕核运动的动能．( × )
4．玻尔理论能解释所有元素的原子光谱．( × )
1．两类能级跃迁
(1)自发跃迁：高能级→低能级，释放能量，发射光子．
光子的频率ν＝＝.
(2)受激跃迁：低能级→高能级，吸收能量．
吸收光子的能量必须恰好等于能级差hν＝ΔE.
2．光谱线条数的确定方法
(1)一个氢原子跃迁发出可能的光谱线条数最多为n－1.
(2)一群氢原子跃迁发出可能的光谱线条数N＝C＝.
3．电离
(1)电离态：n＝∞，E＝0.
(2)电离能：指原子从基态或某一激发态跃迁到电离态所需要吸收的最小能量．例如：氢原子从基态→电离态：
E ＝0－(－13.6 eV)＝13.6 eV
吸
(3)若吸收能量足够大，克服电离能后，获得自由的电子还具有动能．
例8 (2019·全国卷Ⅰ·14)氢原子能级示意图如图所示．光子能量在1.63 eV～3.10 eV的光
为可见光．要使处于基态(n＝1)的氢原子被激发后可辐射出可见光光子，最少应给氢原子提
供的能量为( )
A．12.09 eV B．10.20 eV
C．1.89 eV D．1.51 eV
答案 A
解析 因为可见光光子的能量范围是1.63 eV～3.10 eV，所以处于基态的氢原子至少要被激
发到n＝3能级，要给氢原子提供的能量最少为E＝(－1.51＋13.60) eV＝12.09 eV，故选项A
正确．
例9 氢原子的能级图如图所示．用氢原子从n＝4能级跃迁到n＝1能级辐射的光照射逸
出功为6.34 eV的金属铂，下列说法正确的是( )
A．产生的光电子的最大初动能为6.41 eV
B．产生的光电子的最大初动能为12.75 eV
C．氢原子从n＝2能级向n＝1能级跃迁时辐射的光不能使金属铂发生光电效应
D．氢原子从n＝4能级向n＝2能级跃迁时辐射的光也能使金属铂发生光电效应
答案 A
解析 从n＝4能级跃迁到n＝1能级辐射的光子能量为－0.85 eV－(－13.6 eV)＝12.75 eV，
产生的光电子的最大初动能为E ＝hν－W ＝12.75 eV－6.34 eV＝6.41 eV，故A正确，B错
k 0
误；氢原子从n＝2能级向n＝1能级跃迁时辐射的光子能量为10.2 eV，能使金属铂发生光
电效应，故C错误；氢原子从n＝4能级向n＝2能级跃迁时辐射的光子能量小于金属铂的逸
出功，故不能使金属铂发生光电效应，故D错误．课时精练
1．(多选)波粒二象性是微观世界的基本特征，以下说法正确的有( )
A．光电效应现象揭示了光的粒子性
B．热中子束射到晶体上产生衍射图样说明中子具有波动性
C．黑体辐射的实验规律可用光的波动性解释
D．动能相等的质子和电子，它们的德布罗意波的波长也相等
答案 AB
2．关于光电效应，下列说法正确的是( )
A．截止频率越大的金属材料逸出功越大
B．只要光照射的时间足够长，任何金属都能发生光电效应
C．从金属表面逸出的光电子的最大初动能越大，这种金属的逸出功越小
D．入射光的光强一定时，频率越高，单位时间内逸出的光电子数就越多
答案 A
解析 逸出功W＝hν，W∝ν，A正确；只有照射光的频率ν大于或等于金属截止频率ν，
0 c 0 c c
才能发生光电效应，B错误；由光电效应方程E＝hν－W 知，入射光频率ν不确定时，无法
k 0
确定E 与W 的关系，C错误；频率一定，入射光的光强越大，单位时间内逸出的光电子数
k 0
越多，D错误．
3．频率为ν的光照射某金属时，产生光电子的最大初动能为 E .改为频率为2ν的光照射同
km
一金属，所产生光电子的最大初动能为(h为普朗克常量)( )
A．E －hν B．2E
km km
C．E ＋hν D．E ＋2hν
km km
答案 C
解析 根据爱因斯坦光电效应方程得E ＝hν－W ，若入射光频率变为2ν，则E ′＝h·2ν
km 0 km
－W＝2hν－(hν－E )＝hν＋E ，故选项C正确．
0 km km
4.如图所示为氢原子的能级图，下列说法正确的是( )
A．用能量为9.0 eV的电子激发n＝1能级的大量氢原子，可以使氢原子跃迁到高能级
B．n＝2能级的氢原子可以吸收能量为3.3 eV的光子而发生电离C．大量处于n＝4能级的氢原子跃迁到基态放出的所有光子中，n＝4能级跃迁到n＝1能级
释放的光子的粒子性最显著
D．大量处于基态的氢原子吸收12.09 eV的光子后，只可以放出两种频率的光子
答案 C
解析 n＝1能级与n＝2能级的能量差为10.2 eV，由于9.0 eV<10.2 eV，因此用能量为9.0
eV的电子激发n＝1能级的大量氢原子，不能使氢原子跃迁到高能级，故 A错误；n＝2能
级的氢原子的能量为－3.40 eV，因此欲使其发生电离，吸收的能量至少为3.40 eV，故B错
误；光子的波长越长波动性越显著，光子的频率越高，粒子性越显著，由玻尔理论可知，从
n＝4能级跃迁到n＝1能级释放的光子能量最大，由E＝hν可知，该光子的频率最高，该光
子的粒子性最显著，故C正确；大量处于基态的氢原子吸收12.09 eV的光子后，由跃迁规
律可知，大量的氢原子可以跃迁到n＝3能级，则放出C＝3种频率的光子，故D错误．
5．(多选)(2017·全国卷Ⅲ·19)在光电效应实验中，分别用频率为ν 、ν 的单色光a、b照射到
a b
同种金属上，测得相应的遏止电压分别为U 和U ，光电子的最大初动能分别为E 和E .h
a b ka kb
为普朗克常量．下列说法正确的是( )
A．若ν＞ν，则一定有U＜U
a b a b
B．若ν＞ν，则一定有E ＞E
a b ka kb
C．若U＜U，则一定有E ＜E
a b ka kb
D．若ν＞ν，则一定有hν－E ＞hν－E
a b a ka b kb
答案 BC
解析 由爱因斯坦光电效应方程得，E ＝hν－W ，由动能定理得，E ＝eU，用a、b单色光
k 0 k
照射同种金属时，逸出功W 相同．当ν＞ν 时，一定有E ＞E ，U＞U，故选项A错误，
0 a b ka kb a b
B正确；若U ＜U ，则一定有E ＜E ，故选项C正确；因逸出功相同，有W ＝ hν － E
a b ka kb 0 a ka
＝ hν－ E ，故选项D错误．
b kb
6．(2020·江苏卷·12(1)(2))(1)“测温枪”(学名“红外线辐射测温仪”)具有响应快、非接触和
操作方便等优点．它是根据黑体辐射规律设计出来的，能将接收到的人体热辐射转换成温度
显示．若人体温度升高，则人体热辐射强度 I 及其极大值对应的波长 λ 的变化情况是
________．
A．I增大，λ增大 B．I增大，λ减小
C．I减小，λ增大 D．I减小，λ减小
(2)大量处于某激发态的氢原子辐射出多条谱线，其中最长和最短波长分别为 λ 和λ ，则该
1 2
激发态与基态的能量差为________，波长为λ 的光子的动量为________．(已知普朗克常量
1
为h，光速为c)
答案 (1)B (2)h
解析 (1)若人体温度升高，则人体的热辐射强度 I增大，由ε＝hν，故对应的频率ν变大，
由c＝λν知对应的波长λ变小，选项B正确．(2)该激发态与基态的能量差ΔE对应着辐射最短波长的光子，故能量差为ΔE＝hν＝h；波长
为λ 的光子的动量p＝.
1
7.(多选)对于钠和钙两种金属，其遏止电压U 与入射光频率ν的关系如图所示．用h、e分别
c
表示普朗克常量和电子电荷量，则( )
A．钠的逸出功小于钙的逸出功
B．图中直线的斜率为
C．在得到这两条直线时，必须保证入射光的光强相同
D．若这两种金属产生的光电子具有相同的最大初动能，则照射到钠的光频率较高
答案 AB
解析 根据Ue＝E ＝hν－W ，即U＝ν－，则由题图可知钠的逸出功小于钙的逸出功，选
c k 0 c
项A正确；题图中直线的斜率为，选项B正确；在得到这两条直线时，与入射光的光强无
关，选项C错误；根据E ＝hν－W ，若这两种金属产生的光电子具有相同的最大初动能，
k 0
则照射到钠的光频率较低，选项D错误．
8．用金属铷为阴极的光电管，观测光电效应现象，实验装置示意如图甲所示，实验中测得
铷的遏止电压 U 与入射光频率 ν之间的关系如图乙所示，图线与横轴交点的横坐标为
c
5.15×
1014 Hz.已知普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s.则下列说法中正确的是( )
A．欲测遏止电压，应选择电源左端为正极
B．当电源左端为正极时，滑动变阻器的滑片向右滑动，电流表的示数持续增大
C．增大照射光的强度，产生的光电子的最大初动能一定增大
D．如果实验中入射光的频率ν＝7.00×1014 Hz，则产生的光电子的最大初动能约为 E ＝
k
1.2×10－19 J
答案 D
解析 遏止电压产生的电场对电子起阻碍作用，则电源的右端为正极，故 A错误；当电源左端为正极时，滑动变阻器的滑片向右滑动，加速电场增强，电流增加但增加到一定值后不
再增加，故B错误；由E ＝hν－W 可知，最大初动能与光的强度无关，故C错误；E ＝hν
k 0 k
－W＝hν－hν，ν＝5.15×1014 Hz，代入数值求得E≈1.2×10－19 J，故D正确．
0 c c k
9．(多选)(2020·浙江1月选考·14)由玻尔原子模型求得氢原子能级如图所示，已知可见光的
光子能量在1.62 eV到3.11 eV之间，则( )
A．氢原子从高能级向低能级跃迁时可能辐射出γ射线
B．氢原子从n＝3能级向n＝2能级跃迁时会辐射出红外线
C．处于n＝3能级的氢原子可以吸收任意频率的紫外线并发生电离
D．大量氢原子从n＝4能级向低能级跃迁时可辐射出2种频率的可见光
答案 CD
解析 γ射线是放射性元素的原子核从高能级向低能级跃迁时辐射出来的，氢不是放射性元素，
A错误；氢原子从n＝3能级向n＝2能级跃迁时辐射出的光子的能量E＝E－E＝－1.51 eV－
3 2
(－3.4 eV)＝1.89 eV,1.62 eV<1.89 eV<3.11 eV，故氢原子从n＝3能级向n＝2能级跃迁时辐射出
的光为可见光，B错误；根据E＝hν及题给条件可知，紫外线光子的能量大于 3.11 eV，要使
处于n＝3能级的氢原子发生电离，需要的能量至少为1.51 eV，故C正确；大量氢原子从n＝
4能级向低能级跃迁时辐射出的光子能量有0.66 eV、2.55 eV、12.75 eV、1.89 eV、12.09
eV、10.2 eV，故大量氢原子从n＝4能级向低能级跃迁时可辐射出2种频率的可见光，D正
确．
10.如图所示为氢原子的能级示意图，则关于氢原子在能级跃迁过程中辐射或吸收光子的特
征，下列说法中正确的是( )
A．一群处于n＝4能级的氢原子向基态跃迁时，能辐射出5种不同频率的光子
B．一群处于n＝3能级的氢原子吸收能量为0.9 eV的光子可以跃迁到n＝4能级
C．处于基态的氢原子吸收能量为13.8 eV的光子可以发生电离
D．若氢原子从n＝3能级跃迁到n＝1能级辐射出的光照在某种金属表面上能发生光电效应，
则从n＝5能级跃迁到n＝2能级辐射出的光也一定能使该金属发生光电效应
答案 C解析 一群处于n＝4能级的氢原子向基态跃迁时，能辐射出C＝6种不同频率的光子，故A
错误；一群处于n＝3能级的氢原子吸收能量为0.9 eV的光子后的能量为E＝－1.51 eV＋
0.9 eV＝－0.61 eV，0.9 eV不等于能级间的能量差，该光子不能被吸收，故B错误；处于基
态的氢原子吸收能量为13.8 eV的光子可以发生电离，剩余的能量变为光电子的初动能，故
C正确；氢原子从n＝3能级跃迁到n＝1能级辐射出的光子能量为ΔE＝E－E＝12.09 eV，
1 3 1
从n＝5能级跃迁到n＝2能级辐射出的光子能量为ΔE ＝E －E ＝2.86 eV，所以若氢原子从
2 5 2
n＝3能级跃迁到n＝1能级辐射出的光照在某种金属表面上能发生光电效应，则从n＝5能级
跃迁到n＝2能级辐射出的光不一定能使该金属发生光电效应，故D错误．
11．(多选)为了解决光信号长距离传输中的衰减问题，常常在光纤中掺入铒元素．如图所示
是铒离子的能级示意图，标识为4I 的铒离子处在亚稳态，不会立即向下跃迁：如果用光子
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能量约为2.03×10－19 J的激光把处于基态能级4I 的铒离子激发到4I 能级，再通过“无
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辐射跃迁”跃迁到能级4I ，从而使该能级积聚的离子数远超过处于基态的离子数．当光纤
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中传输某波长的光波时，能使处在亚稳态能级的离子向基态跃迁，产生大量能量约为1.28×
10－19 J的光子，于是输出的光便大大加强了．根据上述资料下列说法正确的是( )
A．无辐射跃迁中一个铒离子放出的能量约为7.50×10－20 J
B．这种光纤传输任何频率的光信号衰减都能得到有效补偿
C．处在4I 能级的铒离子即向下跃迁能产生4种频率的光子
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D．上述情景发生时，光纤中传输的光信号波长约为1.55 μm
答案 AD
解析 设处于4I 能级的电子的能量为ε ，4I 能级的电子的能量为ε ，4I 能级的电子的
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能量为ε ，则有ε ＋2.03×10－19 J＝ε ，ε －1.28×10－19 J＝ε ，解得无辐射跃迁中一个铒离
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子放出的能量为ε －ε ＝7.50×10－20 J，故A正确；由ε＝hν可得这种光纤传输只有频率为
1 2
的光信号衰减才能得到有效补偿，故B错误；因为4I 能级跃迁到4I 能级是无辐射跃迁，
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所以不会放出光子，故处在4I 能级的铒离子即向下跃迁能产生2种频率的光子，故C错误；
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由ε＝，可得λ＝，代入数据可解得光纤中传输的光信号波长约为1.55 μm，故D正确．
