第四章 原子结构和波粒二象性（单元复习课件）-【上好课】高二物理同步高效课堂（人教版2019选择性必修第三册）

第四章 原子结构和波粒二象性 人教版 选择性必修第三册 （复习与提升） 授课人：××× 1 目录 CONTENTS 1 知识清单 2 重点突破 3 物理模型归纳 4 光电效应常见的四类图像 2 01 知识清单 3 知识清单 普朗克黑体辐射理论 光电 效应 黑体与黑体辐射 能量子ε＝___ hν 本质：电子 hν－W0 光电子 hν 光电效应 规律 (1)存在_____电流 (2)存在_________(最大初动能) (3)存在_________ (4)_____性 爱因斯坦光电效应方程：Ek＝________ 光子说：光子的能量ε＝___ 康普顿效应：光子的动量p＝___ 光的波粒二象性 饱和 遏止电压 截止频率 瞬时 4 知识清单 原子的核式结构模型 电子的发现 阴极射线 汤姆孙的原子“______模型” 氢原子光谱 光谱 发射光谱 枣糕 核式结构 线状谱 原子的核式结构模型 α粒子散射实验 卢瑟福的原子_________模型 吸收光谱 连续谱 ______ 光谱分析 氢原子光谱的实验规律 经典理论的困难 5 知识清单 粒子的波动性：物质波的频率ν＝___，波长λ＝___ 玻尔的原子模型 玻尔的三个基本假设 _____量子化 _____量子化 能级跃迁：hν＝Em－En(m>n) 轨道 能量 氢原子 玻尔理论对_______光谱的解释 玻尔理论的局限性 量子力学的建立和应用 6 02 重点突破 7 光电效应规律 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”关系 (1)光的强度大→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→产生光电子的最大初动能大→遏止电压大。 8 光电效应规律 9 光电效应规律 B 10 光电效应规律 【例题】用如图所示的实验装置研究光电效应现象。用光子能量为2.75 eV的光照射到光电管上时发生了光电效应，电流表G的示数不为零。移动滑动变阻器的滑片P，发现当电压表的示数大于或等于1.7 V时，电流表示数为零，则在该实验中(　　) A.光电子的最大初动能为1.05 eV B.光电管阴极的逸出功为1.7 eV C.开关S断开，电流表G示数为零 D.当滑动变阻器的滑片P由b端向a端滑动时， 电压表示数增大 D 11 光电效应规律 解析：由题意可知，遏止电压Uc＝1.7 V，光电子的最大初动能Ek＝eUc＝1.7 eV，A错误；根据光电效应方程可知，逸出功W0＝ε－Ek＝1.05 eV，B错误；断开开关S，光电效应依然发生，有光电流，光电管、电流表、滑动变阻器构成闭合回路，电流表中电流不为零，C错误；电源电压为反向电压，当滑动变阻器的滑片P由b端向a端滑动时，反向电压增大，电压表示数增大，D正确。 12 光的波粒二象性与物质波 1.对光的波粒二象性的理解 13 光的波粒二象性与物质波 2.物质波 （1）物质波的波长， 是普朗克常量。 （2）德布罗意波是概率波，衍射图样中心亮纹是电子落点概率大的地 方，但概率的大小受波动规律的支配。 14 光的波粒二象性与物质波 C 15 光的波粒二象性与物质波 16 光的波粒二象性与物质波 17 玻尔原子理论　能级跃迁 1. 氢原子的能量和能级跃迁 氢原子的能级图，如图所示。 2.两类能级跃迁 （1）自发跃迁：高能级 低能级，释放能量， 发射光子。光子的频率 。 （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 。 18 玻尔原子理论　能级跃迁 3.光谱线条数的确定方法 （1）一个氢原子跃迁发出的光谱线条数最多为 。 （2）一群氢原子跃迁发出的光谱线条数最多为 。 4.电离 （1）电离态： ， 。 （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：基态 电离态： 。 （3）若吸收的能量足够大，克服电离能后，获得自由的电子还具有动能。 19 玻尔原子理论　能级跃迁 【例题】（多选） 一群处于 激发态的氢原子向基态跃迁向外辐射 出不同频率的光子，则( ) BD A. 需要从外界吸收能量 B. 共能放出6种不同频率的光子 C. 向 跃迁发出的光子频率最大 D. 向 跃迁发出的光子频率最大 20 玻尔原子理论　能级跃迁 【例题】图为氢原子的能级图。大量氢原子处于 的激发态,在向低 能级跃迁时放出光子,用这些光子照射逸出功为 的金属钠。下列 说法正确的是( ) B A. 逸出光电子的最大初动能为 B. 跃迁到 放出的光子动量最大 C. 有3种频率的光子能使金属钠产生光电效应 D. 用的光子照射,氢原子跃迁到 激发态 21 玻尔原子理论　能级跃迁 解析:氢原子向低能级跃迁时可以发出、、 三 种能量的光子，金属钠的逸出功为 ，则有2种频率的光子能使金 属钠产生光电效应，选项C错误；根据爱因斯坦光电效应方程 知，逸出光电子的最大初动能 ，选项A错误；由、 、 可知,,则跃迁到 放出的光子能量最大，动量最大， 选项B正确；和 两个能级的差值 ，则用 的光子照射， 氢原子不能从激发态跃迁到 激发态，选项D错误。 22 03 物理模型归纳 23 原子的核式结构模型 1.电子的发现:英国物理学家汤姆孙在研究阴极射线时发现了电子。电子的发现说明 原子不是组成物质的最小微粒。 2.α粒子散射实验:英国物理学家卢瑟福进行了α粒子散射实验,提出了原子的核式结构 模型。 (1)实验装置   24 原子的核式结构模型 (2)实验现象:绝大多数α粒子穿过金箔后基本上仍沿原来的方向前进,但有少数α粒子发生了大角度偏转,极少数α粒子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:在原子的中心有一个很小的核,叫作原子核,原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核里,带负电的电子在核外空间绕核旋转。 25 原子的核式结构模型 C 26 原子的核式结构模型 27 原子的核式结构模型 【例题】下列说法中正确的是（ ） A.α粒子质量远大于电子质量，电子对α粒 子速度的影响可以忽略 B.入射方向的延长线越接近原子核的α粒子 发生散射时的偏转角越大 C.由不同元素原子核对α粒子散射的实验数据可以确定各种元素原子核的质量 D.由α粒子散射的实验数据可以估计出原子核半径的数量级是10－15 m ABD 28 原子的核式结构模型 解析：α粒子质量远大于电子质量，电子对α粒 子速度的影响可以忽略，故A正确； 入射方向的延长线越接近原子核的α粒子， 所受库仑力就越大，发生散射时的偏转角越大，故B正确； α粒子散射类似于碰撞，根据实验数据无法确定各种元素原子核的质量，故C错误； 由α粒子散射的实验数据可以估计出原子核半径的数量级是10－15 m，故D正确。 29 玻尔的原子模型 1.氢原子光谱 (1)光谱:用棱镜或光栅可以把物质发出的光按波长(频率)展开,获得波长(频率)和强度 分布的记录,即光谱。 (2)光谱分类 ①线状谱是一条条的亮线。 ②连续谱是连在一起的光带。 (3)氢原子光谱的实验规律 ①巴耳末系是氢原子光谱在可见光区的一组谱线,其波长公式为 =R∞ (n=3,4, 5,…),R∞是里德伯常量,R∞=1.10×107 m-1,此公式称为巴耳末公式。 30 玻尔的原子模型 ②氢原子光谱在红外和紫外光区的其他谱线也都满足与巴耳末公式类似的关系式。 2.玻尔理论 (1)轨道量子化与定态 ①电子绕核运动的可能轨道不是任意的,各可能轨道的半径rn=n2r1(n=1,2,3,…),其中r1 为基态轨道半径。 ②原子只能处于一系列不连续的、稳定的能量状态(定态),其总能量En与基态总能量E1 的关系为En= (n=1,2,3,…)。 (2)频率条件 原子在两个定态之间跃迁时,将辐射(或吸收)一定频率的光子,光子的能量为hν=|E初-E末|。 31 玻尔的原子模型 【例题】为了更形象地描述氢原子能级和氢原子电子轨道的关系,作出如图所示的能级 轨道图,氢原子从n=2能级跃迁到n=1能级发出的光的波长和频率分别为λ1和ν1,氢原子 从n=3能级分别跃迁到n=2能级和n=1能级发出的光的波长和频率分别为λ2、λ3和ν2、 ν3,下列关系正确的是 (　    )   A.ν3=ν1+ν2    B.ν1<ν2    C.λ3=λ1+λ2    D.λ3>λ2 A 32 玻尔的原子模型   解析：由于E3-E1=(E3-E2)+(E2-E1),可得hν3=hν2+hν1,所以ν3=ν2+ν1,A正确;由于ν= ,可得 = + ,C错误。由于E3-E2<E2-E1,可得ν2<ν1,B错误。由于E3-E1>E3-E2,可得 ν3>ν2,即λ3<λ2,D错误。 33 04 光电效应常见的四类图像 34 光电效应常见的四类图像 图像名称 图线形状及读取信息 最大初动能 与入射光频率 的关系 _____________________________________________ ①截止频率（极限频率）： 横轴截距 ②逸出功：纵轴截距是金属逸出功的负值 ③普朗克常量：图线的斜率 35 光电效应常见的四类图像 图像名称 图线形状及读取信息 遏止电压 与 入射光频率 的关系 ____________________________________ ①截止频率 ：横轴截距 ②遏止电压 ：随入射光频率的增大而增大 ③普朗克常量 等于图线的斜率与电子电荷量的乘 积，即 （注：此时两极之间接反向电压） 续表 36 光电效应常见的四类图像 图像名称 图线形状及读取信息 颜色相同、强 度不同的光照 射金属，光电 流与电压的 关系 _________________________________________________ ①遏止电压 ：横轴截距 ②饱和电流 ：电流的最大值 ③最大初动能： 续表 37 光电效应常见的四类图像 图像名称 图线形状及读取信息 颜色不同时， 光电流与电压 的关系 ___________________________________________________ ①遏止电压、 ②饱和电流、 ③最大初动能， 续表 38 光电效应常见的四类图像 【例题】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),下列说法中正确的是(　　) 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.仅增加照射光的强度,光电子的最大初动能将增大 D.保持照射光强度不变,仅提高照射光频率,电流表G的示数保持不变 B 39 光电效应常见的四类图像 解析：由hν=W0+Ek,变形得Ek=hν-W0,可知图线的斜率为普朗克常量,即h=,A项错误;断开开关S后,仍有光电子产生,所以电流表G的示数不为零, B项正确;只有增大入射光的频率,才能增大光电子的最大初动能,与光的强度无关,C项错误;保持照射光强度不变,仅提高照射光频率,单个光子的能量增大,而光的强度不变,那么光子数一定减少,产生的光电子数也减少,电流表G的示数要减小,D项错误。 40 光电效应常见的四类图像 【例题】（2022·河北卷·4，4分）如图是密立根于1916年发表的钠金属光电 效应的遏止电压与入射光频率 的实验曲线，该实验直接证明了爱因 斯坦光电效应方程，并且第一次利用光电效应实验测定了普朗克常量 。 由图像可知 ( ) A A. 钠的逸出功为 B. 钠的截止频率为 C. 图中直线的斜率为普朗克常量 D. 遏止电压与入射光频率 成正比 41 光电效应常见的四类图像 解析：根据爱因斯坦光电效应方程有， ，因 此，即，则图像的斜率为 ，C错误； 遏止电压与入射光频率成一次函数关系，D错误；逸出功 ， 此时 为钠的截止频率，A正确，B错误。 42 光电效应常见的四类图像 【例题】　在光电效应实验中,某同学用同一光电管在不同实验条件下得到了三条光电流与电压之间的关系曲线(甲光、乙光、丙光),如图所示。则下列说法正确的是(　　) A.甲光的频率大于乙光的频率 B.乙光的波长大于丙光的波长 C.乙光对应的截止频率大于丙光对应的截止频率 D.甲光对应的光电子最大初动能大于丙光对应的 光电子最大初动能 B 43 光电效应常见的四类图像 解析：由题图知,甲、乙光对应的遏止电压相等,由eUc=Ek和hν=W0+Ek得甲、乙光频率相等,A项错误;丙光的频率大于乙光的频率,则丙光的波长小于乙光的波长,B项正确;同一金属截止频率相同,C项错误;由光电效应方程知,甲光对应的光电子最大初动能小于丙光对应的光电子最大初动能,D项错误。 44 谢谢观看 THANK YOU FOR WATCHING 45 3.“三个”关系式 (1)爱因斯坦光电效应方程：Ek＝hν－W0。 (2)最大初动能与遏止电压的关系：mev＝eUc。 (3)逸出功与极限频率的关系：W0＝hνc。 【例题】单色光B的频率为单色光A的两倍，用单色光A照射到某金属表面时，从金属表面逸出的光电子最大初动能为E1；用单色光B照射该金属表面时，逸出的光电子最大初动能为E2。则该金属的逸出功为(　　) A．E2－E1 B．E2－2E1 C．2E1－E2 D.eq \f(E1＋E2,2) 解析：根据光电效应方程，用单色光A照射某金属表面时，有E1＝hν－W0，用单色光B照射该金属表面时，有E2＝h·2ν－W0，联立解得W0＝E2－2E1，故A、C、D错误，B正确。 从数量 上看 个别光子的作用效果往往表现为粒子性，大量光子的作用效果往往表现为波动性 从频率 上看 频率越低波动性越显著，越容易看到光的干涉和衍射现象，频率越高粒子性越显著，越不容易看到光的干涉和衍射现象，贯穿本领越强 从传播与作用上看 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出粒子性 波动性与粒子性的统一 由光子的能量ε＝hν、光子的动量表达式p＝也可以看出，光的波动性和粒子性并不矛盾，表示粒子性的粒子能量和动量的计算式中都含有表示波的特征的物理量——频率ν和波长λ 【例题】下列关于光的波粒二象性的说法中，正确的是(　　) A．有的光是波，有的光是粒子 B．光子与电子是同样的一种粒子 C．光的波长越长，其波动性越显著；波长越短，其粒子性越显著 D．康普顿效应揭示了光的波动性 解析：光既有波动性又有粒子性，A错误；光子不带电，没有静止质量，而电子带负电，有质量，B错误；光的波长越长，其波动性越显著，波长越短，其粒子性越显著，C正确；康普顿效应揭示了光的粒子性，D错误。 【例题】用很弱的电子束做双缝干涉实验，把入射电子束减弱到可以认为电子源和感光胶片之间不可能同时有两个电子存在，如图所示为不同数量的电子照射到感光胶片上得到的照片。这些照片说明(　　) A．电子只有粒子性没有波动性 B．少量电子的运动显示粒子性，大量电子的运动显示波动性 C．电子只有波动性没有粒子性 D．少量电子的运动显示波动性，大量电子的运动显示粒子性 解析：由题知，每次只有一个电子通过狭缝，当一个电子到达感光胶片上某一位置时该位置感光而留下一个亮斑，由题图知，每一个电子所到达的位置是不确定的，即少量电子的运动显示粒子性；长时间曝光后最终形成了第三个图片中明暗相间的条纹，说明大量电子的运动显示波动性，故A、C、D错误，B正确。 【例题】如图所示为α粒子散射实验装置的示意图，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，下列说法不正确的是(　　) 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位置时少得多 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 解析：根据α粒子散射实验的现象，绝大多数α粒子穿过金箔后，基本上沿原方向前进，因此在A位置观察到的闪光次数最多，故A正确；少数α粒子发生大角度偏转，因此从A到D观察到的闪光次数会逐渐减少，因此B、D正确，C错误。本题选说法不正确的，故选C。 $$