(浙江选考)2020版高考物理大一轮复习第十三章波粒二象性原子结构原子核第1讲波粒二象性原子结构课件.pptx
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1、,第十三章 波粒二象性 原子结构 原子核,第1讲 波粒二象性 原子结构,NEIRONGSUOYIN,内容索引,过好双基关,研透命题点,课时作业,回扣基础知识 训练基础题目,细研考纲和真题 分析突破命题点,限时训练 练规范 练速度,过好双基关,1.量子化假设 振动着的带电微粒的能量只能是某一最小能量值的 ,并以这个最小能量值为单位一份一份地吸收或辐射. 2.能量子 不可再分的最小能量值h,是 ,h是普朗克常量,h6.6261034 Js.,一、能量量子化,整数倍,电磁波的频率,1.光电效应现象 在光的照射下金属中的电子从金属表面逸出的现象,叫做光电效应,发射出来的电子叫做 . 2.实验规律 (1
2、)每种金属都有一个 . (2)光电子的最大初动能与入射光的强度无关,只随入射光的 增大而增大. (3)光照射到金属表面时,光电子的发射几乎是 的. (4)保持入射光频率不变,入射光越强,单位时间内发射的光电子数越多.,二、光的粒子性,光电子,极限频率,频率,瞬时,3.爱因斯坦光电效应方程 (1)光子:光不仅在发射和吸收时能量是一份一份的,而且光本身就是由一个个不可分割的能量子组成的,这些能量子称为 ,频率为的光子的能量为h. (2)爱因斯坦光电效应方程 表达式:hEkW0或EkhW0. 物理意义:金属中的电子吸收一个光子获得的能量是h,这些能量的一部分用于克服金属的 W0,剩下的表现为逸出后电
3、子的初动能Ek.,光子,逸出功,自测1 关于光电效应现象,下列说法中正确的是 A.在光电效应现象中,入射光的强度越大,光电子的最大初动能越大 B.在光电效应现象中,光电子的最大初动能与入射光的频率成正比 C.对于任何一种金属都存在一个“最大波长”,入射光的波长必须小于此波长,才能产生光电效应 D.对于某种金属,只要入射光的强度足够大,就会发生光电效应,1.光的波粒二象性 (1)光的干涉、衍射、偏振现象证明光具有 性. (2)光电效应说明光具有 性. (3)光既具有波动性,又具有粒子性,称为光的 性. 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个波与它对应, 其波长_,p
4、为运动物体的动量,h为普朗克常量.,三、光的波动性 概率波,波动,粒子,波粒二象,3.概率波 大量光子产生的效果显示出 ,个别光子产生的效果显示出粒子性,光波是概率波,光子的行为服从统计规律,对于电子和其他微粒,由于同样具有波粒二象性,所以与它们相联系的物质波也是概率波. 4.不确定性关系 在经典力学中,一个质点的位置和动量是可以同时测定的,在量子力学中,要同时测出微观粒子的位置和动量是不可能的,我们把这种关系叫做_ _关系.,波动性,不确定,性,自测2 (多选)下列说法中正确的是 A.光的波粒二象性学说彻底推翻了麦克斯韦的光的电磁说 B.在光的双缝干涉实验中,暗条纹的地方是光子永远不能到达的
5、地方 C.光的双缝干涉实验中,大量光子打在光屏上的落点是有规律的,暗纹处落下光子的概率小 D.单个光子的作用效果表现为粒子性,大量光子的作用效果表现为波动性,1.电子的发现:英国物理学家 在研究阴极射线时发现了电子,提出了原子的“枣糕模型”. 2.原子的核式结构模型 (1)粒子散射实验的结果:绝大多数粒子穿过金箔后, 基本上仍沿原来的方向前进,但有 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”,如图1所示. (2)原子的核式结构模型:原子中带正电部分的体积很小,原子半径的数量级是 ,而原子核半径的数量级是1015 m,但几乎占有全部质量,电子在正电体的外面运
6、动.,四、电子的发现 原子的核式结构模型,图1,汤姆孙,少数,1010 m,自测3 (多选)如图2为卢瑟福和他的学生们做粒子散射实验的装置示意图,荧光屏和显微镜一起分别放在图中的A、B、C、D四个位置时,关于观察到的现象,下列说法正确的是,A.相同时间内放在A位置时观察到屏上的闪光次数最多 B.相同时间内放在B位置时观察到屏上的闪光次数比放在A位置时多 C.放在C、D位置时屏上观察不到闪光 D.放在D位置时屏上仍能观察到一些闪光,但次数极少,图2,1.光谱分析:利用每种原子都有自己的 可以用来鉴别物质和确定物质的组成成分,且灵敏度很高.在发现和鉴别化学元素上有着重大的意义. 2.玻尔理论 (1
7、)定态:原子只能处于一系列 的能量状态中,在这些能量状态中原子是稳定的,电子虽然绕核运动,但并不向外辐射能量. (2)跃迁:电子从能量较高的定态轨道跃迁到能量较低的定态轨道时,会放出能量为h的光子,这个光子的能量由前后两个能级的能量差决定,即h_.(h是普朗克常量,h6.631034 Js) (3)轨道: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 ,因此电子的可能轨道也是不连续的.,五、氢原子光谱 玻尔的原子模型,特征谱线,不连续,EmEn,不连续的,4.半径公式:rnn2r1(n1,2,3,),其中r1为基态半径,又称玻尔半径,其数值为r15.31011 m(以氢原
8、子为例). 5.氢原子的能级图(如图3所示),13.6,图3,自测4 一个氢原子从n3能级跃迁到n2能级,该氢原子 A.放出光子,能量增加 B.放出光子,能量减少 C.吸收光子,能量增加 D.吸收光子,能量减少,返回,研透命题点,命题点一 光电效应现象和光电效应方程的应用,1.四点提醒 (1)能否发生光电效应,不取决于光的强度而取决于光的频率. (2)光电效应中的“光”不是特指可见光,也包括不可见光. (3)逸出功的大小由金属本身决定,与入射光无关. (4)光电子不是光子,而是电子. 2.两条对应关系 (1)光照强度大光子数目多发射光电子多光电流大; (2)光子频率高光子能量大光电子的最大初动
9、能大.,3.三个关系式 (1)爱因斯坦光电效应方程:EkhW0. (2)最大初动能与遏止电压的关系:EkeUc. (3)逸出功与极限频率的关系W0hc.,答案,例1 (多选)(2016浙江4月选考16)在光电效应实验中,采用极限频率为c5.51014 Hz钠阴极,已知普朗克常量h6.61034 Js,电子质量m9.11031 kg.用频率7.51014 Hz的紫光照射钠阴极产生光电子的 A.动能的数量级为1019 J B.速率的数量级为108 m/s C.动量的数量级为1027 kgm/s D.德布罗意波长的数量级为109 m,解析 根据EkhW0,W0hc,得:Ek1.321019 J,A正
10、确;,由pmv4.61025 kgm/s,C错误;,变式1 (多选)对爱因斯坦光电效应方程EkhW0,下面的理解正确的有 A.只要是用同种频率的光照射同一种金属,那么从金属中逸出的所有光电子都会具有同样的初动能Ek B.式中的W0表示每个光电子从金属中飞出过程中克服金属中正电荷引力所做的功 C.逸出功W0和截止频率c之间应满足关系式W0hc D.光电子的最大初动能和入射光的频率不是成正比,答案,解析 根据光电效应方程EkhW0知,同种频率的光照射同一种金属,从金属中逸出的所有光电子的最大初动能Ek都相同,但初动能可能不同,故A错误; W0表示逸出功,是每个电子从金属中飞出过程中,克服金属中正电
11、荷引力所做的功的最小值,故B错误; 根据光电效应方程EkhW0知,当最大初动能为零时,入射光的频率即为截止频率,则有W0hc,故C正确; 根据光电效应方程EkhW0知,最大初动能与入射光的频率成一次函数关系,不是正比关系,故D正确.,A.电源右端应为正极 B.流过电流表G的电流大小取决于照射光的强度 C.流过电流表G的电流方向是由a流向b D.普朗克解释了光电效应并提出光子能量Eh,变式2 (多选)如图4,用一定频率的单色光照射光电管时,电流表指针会发生偏转,则,答案,图4,解析 发生光电效应时,电子从光电管右端运动到左端,而电流的方向与电子定向移动的方向相反,所以流过电流表G的电流方向是由a
12、流向b,所以电源左端为正极,故A错误,C正确; 流过电流表G的电流大小取决于照射光的强度,与光的频率无关,故B正确; 爱因斯坦解释了光电效应并提出光子能量Eh,故D错误.,变式3 (多选)在研究某金属的光电效应现象时,发现当入射光的频率为时,其遏止电压为U.已知普朗克常量为h,电子电荷量大小为e,下列说法正确的是 A.该金属的截止频率为 B.该金属的逸出功为eUh C.增大入射光的频率,该金属的截止频率增大 D.增大入射光的频率,该金属的遏止电压增大,答案,根据光电效应方程EkhW0和eUEk得,W0heU,故B错误. 金属的截止频率与入射光的频率无关,故C错误. 根据光电效应方程EkhW0和
13、eUEk得eUhW0,可知,增大入射光的频率,该金属的遏止电压增大,故D正确.,变式4 (多选)(2018浙江11月选考14)处于较高能级的氢原子向较低能级跃迁时,能辐射出a、b两种可见光,a光照射某金属表面时有光电子逸出,b光照射该金属表面时没有光电子逸出,则 A.以相同的入射角射向一平行玻璃砖,a光的侧移量小于b光的 B.垂直入射到同一单缝衍射装置,a光的衍射中央亮条纹宽度小于b光的 C.a光和b光的频率之比可能是 D.a光子的动量大于b光子的,答案,解析 由题意可知,a光可使某金属发生光电效应,b光不能,则有频率ab,C错误; 同种介质中的折射率nanb,在玻璃砖中的侧移量yayb,A错
14、误; 波长ab,单缝衍射时的中央亮条纹宽度a光比b光小,B正确;,两类图象,命题点二 光电效应图象,A.因为材料不同,逸出功不同,所以遏止电压Uc不同 B.光电子的最大初动能不同 C.因为光照强度不确定,所以单位时间内逸出的光电子数可能相同,饱和光电流也可能相同 D.两个光电管的Uc图象的斜率可能不同,例2 (多选)如图5甲所示,在光电效应实验中,某同学用相同频率的单色光,分别照射阴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.图乙为其中一个光电管的遏止电压Uc随入射光频率变化的函数关系图象.对于这两个光电管,下列判断正确的是,答案,图5,根据EkhW0得,相同的频率,不同的逸出功,
15、则光电子的最大初动能也不同,故B正确. 虽然光的频率相同,但光照强度不确定,所以单位时间逸出的光电子数可能相同,饱和光电流也可能相同,故C正确.,A.该金属的截止频率为4.271014 Hz B.该金属的截止频率为5.51014 Hz C.该图线的斜率表示普朗克常量 D.该金属的逸出功为0.5 eV,变式5 (多选)如图6所示是用光照射某种金属时逸出的光电子的最大初动能随入射光频率的变化图线(直线与横轴的交点坐标为4.27,与纵轴交点坐标为0.5).由图可知,答案,图6,解析 根据EkhW0,W0hc知,Ek图线在横轴上的截距为截止频率,斜率为普朗克常量,A、C正确,B错误;,氢原子能级图与能
16、级跃迁问题的解答技巧 (1)能级之间跃迁时放出的光子频率是不连续的. (2)能级之间发生跃迁时放出(吸收)光子的频率由hEmEn求得.若求波长可由公式c求得. (3)处于n能级的一个氢原子跃迁发出可能的光谱线条数最多为(n1)条. (4)处于n能级的一群氢原子跃迁发出可能的光谱线条数的两种求解方法:,命题点三 氢原子能级图及能级跃迁,利用能级图求解:在氢原子能级图中将氢原子跃迁的各种可能情况一一画出,然后相加.,例3 (多选)(2016浙江10月选考15)如图7为氢原子能级图,氢原子中的电子从n5能级跃迁到n2能级可产生a光;从n4能级跃迁到n2能级可产生b光.a光和b光的波长分别为a和b,照
17、射到逸出功为2.29 eV的金属钠表面均可产生光电效应,遏止电压分别为Ua和Ub.则 A.ab B.UaUb C.a光的光子能量为2.86 eV D.b光产生的光电子最大初动能Ek0.26 eV,答案,图7,解析 根据能级跃迁知识可知haE5E20.54(3.4) eV2.86 eV,hbE4E20.85(3.4) eV2.55 eV,显然a光的光子能量大于b光的,即a光频率大,波长短,选项A错误,C正确. 根据光电效应方程EkhW0,知a光照射后的光电子最大初动能为EkahaW0(2.862.29) eV0.57 eV,b光照射后的光电子最大初动能为EkbhbW0(2.552.29) eV0
18、.26 eV,选项D正确. 根据遏止电压知识EkeUc可知,UaUb,选项B正确.,变式6 根据玻尔理论,下列关于氢原子的论述正确的是 A.当氢原子由能量为En的定态向低能级跃迁时,氢原子要辐射的光子能量为hEn B.电子沿某一轨道绕核运动,若圆周运动的频率为,则其发出光的频率也是 C.一个氢原子中的电子从一个半径为ra的轨道自发地直接跃迁到另一个半径为rb的轨道,已知rarb,则此过程原子要辐射某一频率的光子 D.氢原子吸收光子后,将从高能级向低能级跃迁,答案,解析 氢原子由能量为En的定态向低能级跃迁时,辐射的光子能量等于能级差,与En不同,故A错误; 电子沿某一轨道绕核运动,处于某一定态
19、,不向外辐射能量,故B错误; 电子由半径大的轨道跃迁到半径小的轨道,能级降低,因而要辐射某一频率的光子,故C正确; 氢原子吸收光子后能量增加,将从低能级向高能级跃迁,故D错误.,变式7 (多选)一群氢原子从n3的能级向低能级跃迁时,放出光子的最大能量为E,已知氢原子处于基态时能量为E1,氢原子各能级的关系为En (n1,2,3),则这群氢原子 A.跃迁时可以放出6种不同能量的光子 B.由n2的能级向基态跃迁时放出光子的能量小于E C.由n3的能级向n2的能级跃迁时放出光子的能量等于 D.由n2的能级向基态跃迁时吸收光子的能量为,答案,解析 大量处于n3能级的氢原子向低能级跃迁能产生3种不同频率
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