第4章 原子结构和波粒二象性 章末整合 素养提升-【成才之路·学案】2025-2026学年高中物理选择性必修第三册同步新课程学习指导(人教版)

112 章未整合 素养提升 ●知识网络构建 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 普朗克黑体 各种波长的辐射强度都有增加 辐射理论 黑体辐射的实验规律：随着温度的升高{辐射强度的极大值向波长较短的方向移动 能量子：8= 本质：电子 吸收光子，光电子 (1)任何金属都存在 频率 光电效应 规律 (2)最大初动能与光的频率成线性关系 (3)入射光频率不变时，饱和电流的大小由 决定 1(4)瞬时性 爱因斯坦光电效应方程：E= 光的粒子性 光子 光子说光子的能量：8= 光子的动量P= 康普顿效应：石墨对X射线的散射，说明光子具有动量 光具有波粒二象性 粒子性：光电效应、康普顿效应 1波动性：光的干涉、衍射 带负电的微粒 电子 微粒比荷的测定 J.J.汤姆孙的原子“枣糕模型” 原子 多数α粒子穿过金箔后，基本上仍沿原 结构 来的方向前进 和波 α粒子散射实验{少数α粒子发生了大角度偏转 粒二 原子的核式 极少数α粒子偏转角度大于90°，几乎被“撞 象性 结构模型 了回来” 卢瑟福的原子核式结构模型 发光光谱{ 连续谱 线状谱 光谱分析 原子结构 氢原子光谱 光谱图马 H 氢原子光谱 特征：氢原子在可见光区的谱线满足巴耳末公式 (宗n=34,5…) 电子只能在特定的轨道上稳定运动，轨道 轨道量子 半径rn=n2r1(n=1,2,3,…) 玻尔的原子 化和定态 电子在不同的轨道上运动时，原子具有不同 结构理论 的能量，能级公式E.=（n=1,23,…） 波尔的原 n 子模型 频率条件：能级跃迁时辐射光子的能量w= 玻尔的原子结构理论对氢原子光谱的解释 玻尔的原子结构理论的局限性 德布罗意提出粒子具有波动性：物质波（德布罗意波） 电子的衍射现象证实了粒子的波动性 粒子的波动性 物质波波长：入= h 粒子具有波粒二象性 ●113 ●高考真题专练 A.其他条件不变，增大光强，电压表示数增大 B.改用比v,更大频率的光照射，调整电流表 热点专练1光电效应 的示数为零，此时电压表示数仍为U 1.(2025·广东卷)有甲、乙两种金属，甲的逸出 C.其他条件不变，使开关S接2，电流表示数 功小于乙的逸出功。使用某频率的光分别照 仍为零 射这两种金属，只有甲发射光电子，其最大初 动能为E:,下列说法正确的是 () D.光电管阴极材料的截止频率以.=4-吗 h A.使用频率更小的光，可能使乙也发射光 4.(2025·河北卷)光纤光谱仪的部分工作原理 电子 如图所示。待测光在光纤内经多次全反射从 B.使用频率更小的光，若仍能使甲发射光电 另一端射出，再经棱镜偏转，然后通过狭缝进 子，则其最大初动能小于E, 入光电探测器。 C.频率不变，减弱光强，可能使乙也发射光 电子 探 光红 D.频率不变，减弱光强，若仍能使甲发射光电 棱镜 子，则其最大初动能小于 2.(2025·山东卷)在光电效应实验中，用频率 (1)若将光纤简化为真空中的长玻璃丝，设玻 和强度都相同的单色光分别照射编号为1、2、 璃丝的折射率为，求光在玻璃丝内发 3的金属，所得遏止电压如图所示，关于光电 生全反射时的最小入射角； 子最大初动能E的大小关系正确的是 (2)若探测器光阴极材料的逸出功为9.939× 10”J,求该材料的截止频率。（普朗克常 量h=6.626×10-4J·s) 金属编号 0 -1 -2 A.Ei Ek2>E B.E Ea >Ek C.Ea Ee Ek D.Ea EE 3.(2024·海南卷)利用如图新示的装置研究光 电效应，闭合单刀双掷开关S接1时，用频率 为1的光照射光电管，调节滑动变阻器，使电 流表的示数刚好为0，此时电压表的示数为 U,已知电子电荷量为e,普朗克常量为h,下 列说法正确的是 114 热点专练2氢原子能级跃迁 n EleV 5.（2025·甘肃卷)利用电子与离子的碰撞可以 00------------0 -0.85 研究离子的能级结构和辐射特性。He+离子 -1.51 -3.4 相对基态的能级图（设基态能量为0）如图所 示。用电子碰撞He离子使其从基态激发到 可能的激发态，若所用电子的能量为50eV,则 -13.6 He*离子辐射的光谱中，波长最长的谱线对应 A.1种 B.2种 C.3种 D.4种 的跃迁为 热点专练3粒子的波动性 ( 7.（2025·四川卷)某多晶薄膜晶格结构可以等 EleV 0------------- 效成缝宽约为3.5×10-10m的狭缝。下列粒 51.02 48.37 子束穿过该多晶薄膜时，衍射现象最明显的是 40.81 () A.德布罗意波长约为7.9×10-13m的中子 B.德布罗意波长约为8.7×102m的质子 0(基态) C.德布罗意波长约为2.6×10Ⅱm的氮分子 A.n=4n=3能级 B.n=4→n=2能级 D.德布罗意波长约为1.5×10-10m的电子 C.n=3→n=2能级 D.n=3→n=1能级 8.(2025·陕晋青宁卷)我国首台拥有自主知识 6.(2024·安徽卷)大连相干光源是我国第一台 产权的场发射透射电镜TH一F120实现了超 高增益自由电子激光用户装置，其激光辐射所 高分辨率成像，其分辨率提高利用了高速电子 应用的玻尔原子理论很好地解释了氢原子的 束波长远小于可见光波长的物理性质。一个 光谱特征。图为氢原子的能级示意图，已知紫 静止的电子经100V电压加速后，其德布罗意 外光的光子能量大于3.11eV,当大量处于n 波长为入，若加速电压为10kV,不考虑相对论 效应，则其德布罗意波长为 ( =3能级的氢原子向低能级跃迁时，辐射不同 频率的紫外光有 A.100入 B.10λ C.o素养能力提升 例8：D电子由内层轨道跃迁到外层轨道时，吸收能量，总能量 增大，氢原子核对电子的库仑引力做负功，系统的电势能增 加。根据号-平及=之心，可知运动半径越大，电子 r 动能越小。故A、B、C错误，D正确。 5.粒子的波动性和量子力学的建立 探究点1粒子的波动性 1.波动运动物质波3. p 判断正误 (1)×(2)×(3)× 1:A由题意可得}a=宁，A=合p=m,联立可得 该油滴的德布罗意波长为=√停A,A正确，B,CD错误。 跟踪训练1：D离子加速后的动能E=gU,离子的德布罗意波 长A=五、 h h 二= p√2mE,√2m·g 元，所以入H+:入2+=45： 1,故选项D正确。 探究点2物质波的实验验证 要点归纳 1.(1)干涉衍射(2)干涉衍射 2.波动性3.波动性4.波粒二象 判断正误 (1)V(2)×(3)V 例2：C电子衍射实验说明物质波理论是正确的，实物粒子也具 有波动性，亮条纹是电子到达概率大的地方，不能说明光子具 有波动性，故选C。 跟踪训练2：AC由德布罗意波长公式可得A=户，面动量刀 √2mE=2meU,两式联立得入=h =≈4×10-11m,故 √2meU A正确；根据丙图样可知，是因为电子的波动性引起的干涉图 样，故B错误；与电子、光子相联系的德布罗意波是概率波，故 C正确；物质波是一种概率波，没有确定的位置，在微观物理 学中不可以用“轨迹”来描述粒子的运动，故D错误。 例3：B电子的德布罗意波长很短，不容易发生衍射，所以电子 显微镜的分辨率高，A正确；设加速电压为U,则加速后电子 的动能B=,又因为A=片p=√2mE,所以电子的德布 罗意波长A=力二，则U越大，入越小，电子显微镜的分辨 2mel 率越高，B错误：结合B选项分析知，相同动能的质子和电子， 质子的德布罗意波长更短，更不容易发生衍射，C正确：将入= 0.2nm及h、m、e的数值代入A=h 元，解得U=37.8V,D 正确。 2 探究点3量子力学的建立与应用 2.(1)光电效应物质波(2)量子力学 3.(1)粒子(2)光学(3)固体 判断正误 (1)V(2)V(3)V 例4：BCD量子力学没有否定经典物理学，故A错误；在普朗 克、玻尔等人所建立的量子论的基础上，玻恩、海森堡、薛定谔 等众多科学家逐步完善并建立了量子力学，故B正确；量子力 学使人们深入认识了微观世界的组成、结构和属性，故C正 确；晶体管“芯片”等器件利用固体的微观结构对电路进行操 控，是量子力学在固体物理中的应用，故D正确。 素养能力提升 例5：D球A、B碰撞过程中，满足动量守恒，选取向右为正方 向，两者动量变化量大小相等，则有PB'-0=P4-PA',由入= 变形有p= 入2入3 p 会代人可得哈会会解得人 故选D项。 章末整合素养提升 知识网络构建 裁止光强-。加冬绝大E,-E。 h 高考真题专练 1.B某频率的光不能使乙金属发生光电效应，说明此光的频率 小于乙金属的截止频率，则换用频率更小的光不能发生光电 效应，A错误；由光电效应方程E=v-W。可知频率越大最 大初动能越大，换用频率更小的光最大初动能小于E,,B正 确；频率不变则小于乙金属的截止频率，不会发生光电效应，C 错误；由E,=w-W。可知频率不变最大初动能不变，D错误。 故选B。 2.B根据光电子最大初动能与遏制电压的关系E=eU。,根据 图像有Ua>Ua>Ua,故E2>Es>E1。故选B。 3.D当开关S接1时，由爱因斯坦光电效应方程eU=hw1- W。,知其他条件不变时，增大光强，电压表的示数不变，知A 错误；若改用比v1更大频率的光照射时，调整电流表的示数 为零，而金属的逸出功不变，故遏止电压变大，即此时电压表 示数大于U,,故B错误；其他条件不变时，使开关S接2，此时 v1>W。,可发生光电效应，故电流表示数不为零，故C错误； 根据爱因斯坦光电效应方程eU1=hy-W。,其中W。=h。,联 立解得，光电管阴极材料的截止频率为。=头-。，故D正 确。故选D。 4.(1)60°(2)1.5×1014Hz 解析：(I)光在玻璃丝内发生全反射的最小入射角满足siC n 可得C=60°。 (2)根据爱因斯坦光电效应方程ho=W。 可得%=1.5×104Hz。 5.C根据题意可知，用能量为50eV的电子碰撞He离子，可 使He*离子跃迁到n=3能级和n=2能级，由△E=Em-En= hm=h天，可知，波长最长的谱线对应的跃迁为n=3一n=2 能级。故选C。 6.B大量处于n=3能级的氢原子向低能级跃迁时，能够辐射 出不同频率的种类为C?=3种，辐射出光子的能量分别为 △E1=E3-E1=-1.51eV-(-13.6eV)=12.09eV,△E2= E3-E2=-1.51eV-(-3.4eV)=1.89eV,△E3=E-E1= -3.4eV-(-13.6eV)=10.2eV,其中△E1>3.11eV,△E <3.I1eV,△E3>3.11eV,所以辐射不同频率的紫外光有2 种。故选B。 7.D当波通过尺寸与其波长相近的障碍物或狭缝时，会发生明 显的衍射现象。对于粒子而言，德布罗意波长入决定了其波 动性，衍射的明显程度通常与波长入和狭缝宽度的比值相关， 当分接近或大于1时，衍射现象非常明显，则可知电子的衍射 现象最明显。故选D。 8.C设电子经过电压加速后速度大小为v,由动能定理得eU= 2m,电子的动量大小为p=m,电子的德布罗意波长为 入=h,联立解得入=h一，因为U:U=100:1,可解得 2meU 1 N'=1O入，C正确，A,B.D错误。故选C。 第五章原子核 1.原子核的组成 探究点1天然放射现象 1.(1)贝克勒尔(2)钋(Po)和镭(Ra) 2.射线3.放射性4.83835.射线 判断正误 (1)×(2)V(3)× 例1：D天然放射现象的发现说明原子核内部有复杂的结构。 故选D。 探究点2三种射线的本质 1.(1)粒子流氦2(3)强(4)较弱几厘米 2.(1)电子流-e(2)接近(3)较弱(4)较强铝板 3.(1)电磁波（3)更弱(4)更强铅板 例2：Dα射线实质为氦核，带正电，有很强的电离本领；B射线 为高速电子流，带负电，y射线为高频电磁波，不带电，有很强 的穿透本领。根据电荷所受电场力特点可知：①为B射线，② 为y射线，③为a射线，根据左手定则可知，α射线受到的洛 伦兹力向左，故④是α射线。B射线受到的洛伦兹力向右，故 ⑥是B射线。y射线是处于激发态的原子核放射产生的光子 —21 流，在磁场中不受磁场的作用力，轨迹不会发生偏转，故⑤是 Y射线。故D正确，A、B、C错误。 跟踪训练1：B将强磁场撤去，荧光屏上的亮点数基本没有变 化，说明磁场对穿过p的射线粒子没有影响，可知射到荧光屏 上的是不带电的y射线；再将厚0.5mm左右的薄铝箔移开， 则每分钟观察到荧光屏上的亮点数明显增加，说明除接收到 y射线外，还接收到了原来被薄铝箔挡住的射线，而厚度为 0.5m左右的铝箔能挡住的只有a射线，所以此放射源应是 射线和y射线的混合放射源。 探究点3原子核的组成 要点归纳 1.(1)a粒子(2)正电子 2.(2)n3.质子中子核子 4.质量数电荷数5.质子中子 判断正误 (1)×(2)V(3)× 例3：(1)均为117均为117(2)293294(3)2XgX 解析：(1)元素的原子序数等于该元素原子核的核电荷数，等 于核内质子数。故117号元素的核电荷数和核内质子数均为 117,原子呈中性，故核外电子数等于核内质子数，也为117。 (2)原子核的质量数等于质子数与中子数之和，故该元素中 子数为176的原子核的质量数为117+176=293，中子数为 177的原子核的质量数为117+177=294。 (3)元素符号一般用X表示，其中A表示质量数，Z表示核电 荷数，由前两问可得该元素的两种同位素的原子核符号，中子 数为176的原子核的符号为2X,中子数为177的原子核的符 号为X。 跟踪训练2：BC同位素的特点：①若aX与Y互为同位素，则 X、Y相同，B=D,但A与C不同，从原子核角度判断依据是质 子数是否相同。②同位素有相同的化学性质和不同物理性 质，可判断A错误，B正确。2X元素的质子数为Z,质量数为 A,中子数为A-Z,可判断C正确，D错误。 素养能力提升 例4：AD已知a粒子带正电，B粒子带负电，y射线不带电，根 据正、负电荷在磁场中运动受洛伦兹力方向和正、负电荷在电 场中受静电力方向不同，可知A、B、C、D四幅图中，、B粒子 的偏转方向都是正确的，但偏转的程度需要进一步判断。在 匀强电场中，α和B粒子沿相反方向做类平抛运动，根据粒子 在沿电场方向做初速度为零的匀加速直线运动，偏移量x可 表示为=之=号·二（仁）广品所以，在同样条件下 m /112 B与a粒子偏移量之比为产=元× 10 m(0.99c)≈37> 1836 1。即在同样的条件下，B粒子的偏移量大，C、D两项相比较， D项正确：在匀强磁场中，α和B粒子沿相反方向做匀速圆周 5