【知识点详解】
1. **阴极射线的本质**:阴极射线是由原子内部的电子在高电压作用下被激发,从原子内部发射出来形成的一种粒子流,它本质上是电子流,而非光或其他形式的能量。电子带有负电荷,因此在电磁场中会受到偏转。阴极射线的比荷(电荷与质量之比)比氢原子大,因为电子的质量远小于氢原子的质量,但电荷量相等。
2. **密立根的油滴实验**:这个实验由罗伯特·安德鲁·密立根进行,首次精确测量了电子的电荷量,并发现电荷量是量子化的,即电子的电荷是某个基本电荷单位的整数倍。这一实验不仅为电子质量的测定提供了重要数据,也提出了电荷分布的量子化概念,对量子理论的发展具有里程碑意义。
3. **玻尔的原子模型**:尼尔斯·玻尔提出的原子模型修正了卢瑟福的核式结构,引入了量子化的概念。他认为电子在原子核周围不是任意轨道上运动,而是只能存在于一系列不连续的特定轨道上,且在不同轨道上的能量是不连续的。当电子从高能级跃迁到低能级时,会释放出特定频率的光子。
4. **能级跃迁**:电子在原子中的能级跃迁是量子力学的基本现象。当电子从高能级跃迁到低能级时,会发出光子,能量等于两个能级之间的能量差。若一群处于较高能级的氢原子回到基态,它们会发出多个光子,总数可以通过计算各个可能的跃迁路径得出。
5. **氢原子能级计算**:当k个氢原子从量子数为3的能级跃迁到更低的能级时,每个氢原子可能先跃迁到量子数为2的能级,再跃迁到基态。根据玻尔模型,跃迁发出的光子总数等于所有原子从n=3到n=2的跃迁数加上从n=2到n=1的跃迁数。
6. **光子能量与光电效应**:光电效应的发生要求入射光子的能量大于或等于金属的逸出功。如果某金属W对n=3到n=1的跃迁光子不产生光电效应,那么可能是从n=2到n=1的跃迁光子能量不足以使金属W产生光电效应。从n=4到n=3的跃迁能量更低,一定不能使金属W产生光电效应,而从n=4到n=2的跃迁可能满足光电效应条件,具体取决于光子能量和金属W的逸出功。
7. **氢原子光谱**:氢原子光谱是由大量氢原子从较高能级向较低能级跃迁时释放的光子形成的。当电子从高能级跃迁到低能级,释放的光子频率对应于两个能级之间的能量差,导致线状光谱的形成。
8. **激发与跃迁**:原子光谱的产生是由于大量氢原子从高能级向低能级跃迁,而不是从低能级向高能级跃迁,后者不会释放光子,通常需要吸收能量才能实现。
通过以上内容,我们可以看出,本题涉及的知识点包括原子结构、电子的性质、量子理论、能级跃迁、光电效应以及氢原子光谱的产生机制。这些都是高中物理选修3-5中关于原子结构的重要概念。