第四章 章末素养提升（课件PPT+Word教案）【步步高】2024-2025学年高二物理选择性必修第三册教师用书（人教版 浙江）

章末素养提升 物理 观念 普朗克黑体 辐射理论 (1)随着温度增加各种波长的辐射强度都有所增加；辐射强度的极大值向波长较短的方向移动 (2)能量子ε=hν 光电效应 本质：电子光电子 规律：(1)存在截止频率 (2)存在饱和电流 (3)存在遏止电压(最大初动能) (4)瞬时性 爱因斯坦光电效应方程：Ek=hν-W0 W0只取决于金属本身 光子说 光子的能量ε=hν 康普顿效应 光子的动量p= 原子的核式结构模型 阴极射线电子的发现 α粒子散射实验及现象 卢瑟福的核式结构模型 氢原子光谱和 玻尔的原子模型 光谱 发射光谱、吸收光谱、原子特征谱线 光谱分析 氢原子光谱的实验规律 玻尔的原子模型 三个基本假设： (1)轨道量子化 (2)能量量子化 (3)能级跃迁：hν=En-Em(m<n) 玻尔理论对氢原子光谱的解释 粒子的波动性、 物质波 物质波的频率 ν= 波长 λ= 科学 思维 1.能用爱因斯坦光电效应方程解释光电效应现象 2.能用玻尔原子理论解释氢原子能级图及光谱 3.能够用爱因斯坦光电效应方程、玻尔氢原子理论、波粒二象性解释与解决有关问题 科学态度 与责任 1.认识玻尔的原子理论和卢瑟福的原子核式结构模型之间的继承和发展关系，了解玻尔模型的不足之处及原因 2.领会量子力学的建立对人们认识物质世界的影响 例1　(多选)波粒二象性是微观世界的基本特征。下列对波粒二象性的实验及说法正确的是(　　) A.光的衍射(图甲)揭示了光具有粒子性 B.光电效应(图乙)揭示了光的波动性，同时表明光子具有能量 C.康普顿效应(图丙)揭示了光的粒子性，同时表明光子除了有能量还有动量 D.电子束穿过铝箔后的衍射图样(图丁)，证实了电子的波动性，质子、中子、原子、分子均具有波动性 答案　CD 解析　光的衍射(题图甲)揭示了光具有波动性，A错误；光电效应(题图乙)揭示了光的粒子性，同时表明光子具有能量，B错误；康普顿效应(题图丙)揭示了光的粒子性，同时表明光子除了有能量还有动量，C正确；电子束穿过铝箔后的衍射图样(题图丁)，证实了电子的波动性，质子、中子、原子、分子均具有波动性，D正确。 1.光的干涉和衍射现象揭示了光的波动性。 2.光电效应、康普顿效应揭示了光的粒子性。 3.光的波长越长，波动性越明显，光的波长越短，粒子性越明显。 4.一切物体都具有波粒二象性。 例2　如图甲是光电管发生光电效应时，光电子的最大初动能Ekm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)。用图乙所示的装置研究光电效应现象，闭合开关S，用频率为ν1的光照射光电管时发生了光电效应。图丙是光电流随光电管极板电压变化的关系图，下列说法中正确的是(　　) A.图甲中，普朗克常量为h= B.图乙中，断开开关S后，G的示数为零 C.图丙中，若①、②曲线为同一光电管得出的，则①对应的光强大于②对应的光的光强 D.仅增大入射光的强度，光电子的最大初动能将增大 答案　C 解析　由爱因斯坦光电效应方程有Ekm=hν-W0，则题图甲中图线的斜率k==h，故A错误；因发生了光电效应，则光电子的最大初动能不为零，断开开关S后，电流表G的示数不为零，故B错误；由题图丙可知，①、②对应的光的频率相同，为同一种光，又因①对应的光的饱和光电流大于②对应的光的饱和光电流，可知①对应的光的光强大于②对应的光的光强，故C正确；光电子的最大初动能跟入射光的频率有关，与入射光的强度无关，所以仅增大入射光的强度而不改变其频率，光电子的最大初动能将不变，故D错误。 图像名称 图线形状 由图线直接(间接)得到的物理量 最大初动能Ek与入射光频率ν的关系图线 ①极限频率：图线与ν轴交点的横坐标νc。 ②逸出功：图线与Ek轴交点的纵坐标的绝对值，W0=|-E|=E。 ③普朗克常量：图线的斜率k=h 颜色相同、强度不同的光，光电流与电压的关系图线 ①遏止电压Uc：图线与横轴交点的横坐标。 ②饱和电流：电流的最大值。 ③最大初动能：Ekm=eUc 颜色不同时，光电流与电压的关系图线 ①遏止电压Uc1、Uc2。 ②最大初动能Ek1=eUc1，Ek2=eUc2 遏止电压Uc与入射光频率ν的关系图线 ①极限频率νc：图线与横轴交点的横坐标。 ②遏止电压Uc：随入射光频率的增大而增大。 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) 例3　(2022·浙江6月选考)如图为氢原子的能级图。大量氢原子处于n=3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2.29 eV的金属钠。下列说法正确的是(　　) A.逸出光电子的最大初动能为10.80 eV B.n=3跃迁到n=1放出的光电子动量最大 C.有3种频率的光子能使金属钠产生光电效应 D.用0.85 eV的光子照射，氢原子跃迁到n=4激发态 答案　B 解析　从n=3跃迁到n=1放出的光电子能量最大，根据Ek=E-W0，可得此时最大初动能为Ek=9.8 eV，故A错误；从n=3跃迁到n=1放出的光电子能量最大，根据p==，E=hν，可知动量也最大，故B正确；大量氢原子从n=3的激发态跃迁到基态能放出=3种频率的光子，其中从n=3跃迁到n=2放出的光子能量为ΔE1=-1.51 eV-(-3.4 eV)=1.89 eV<2.29 eV，不能使金属钠发生光电效应，其他两种均可以，故C错误；由于从n=3跃迁到n=4需要吸收的光子能量为ΔE2=1.51 eV-0.85 eV=0.66 eV，所以用0.85 eV的光子照射，不能使氢原子跃迁到n=4激发态，故D错误。 1.自发跃迁：高能级→低能级，释放能量，发出光子，光子的频率ν==。 2.受激跃迁：低能级→高能级，吸收能量。 (1)光照(吸收光子)：光子的能量必须恰好等于能级差，hν=ΔE。 (2)碰撞、加热等：只要入射粒子能量大于或等于能级差即可，E外≥ΔE。 (3)大于电离能的光子被吸收，将原子电离。 例4　(多选)(2024·温州市模拟)如图所示，一群处于第4能级的氢原子，向低能级跃迁时能发出不同频率的光，其中只有3种不同频率的光a、b、c照射到图甲电路阴极K的金属上能够发生光电效应，测得光电流随电压变化的图像如图乙所示，调节过程中三种光均能达到对应的饱和光电流，已知氢原子的能级图如图丙所示，则下列推断正确的是(　　) A.阴极金属的逸出功可能为W0=5.5 eV B.图乙中的b光光子能量为12.09 eV C.若图乙中的Ua=7 V，则Uc=3.5 V D.若甲图中电源右端为正极，随滑片向右滑动，光电流先增大后保持不变 答案　AB 解析　这些氢原子在向低能级跃迁过程中能发出6种不同频率的光，按频率从高到低(辐射能量从大到小)分别是n=4跃迁到n=1，n=3跃迁到n=1，n=2跃迁到n=1，n=4跃迁到n=2，n=3跃迁到n=2，n=4跃迁到n=3。依题意，照射题图甲所示的光电管阴极K，能使金属发生光电效应的是其中频率高的三种，分别是n=4跃迁到n=1；n=3跃迁到n=1；n=2跃迁到n=1。由第2能级向基态跃迁辐射的光子能量为Ec=E2-E1=10.2 eV，辐射能量第4大的光子能量为E4-E2=2.55 eV，由于只测得3条光电流随电压变化的图像，故阴极金属的逸出功介于2.55~10.2 eV之间，故A正确；b光是频率排第二高的光，则是第3能级向基态跃迁发出的，其能量值为Eb=E3-E1=-1.51 eV-(-13.6 eV)=12.09 eV，故B正确；由题图乙可知，a光的遏止电压最大，据爱因斯坦光电效应方程eU=m=hν-W0，a光的频率最高，a光是由第4能级向基态跃迁发出的，其光子能量为E=13.6 eV-0.85 eV=12.75 eV，由Ua=7 V可知金属的逸出功为5.75 eV，c光应是第2能级向基态跃迁产生的光，其光子能量为10.2 eV，故Uc=4.45 V，故C错误；若题图甲中电源左端为正极，则光电管上加的正向电压，随着滑片向右滑动，正向电压逐渐增大，更多的光电子到达A极，光电流在增大；当正向电压达到某值时所有光电子都能到达A极，光电流达到最大值，滑片再向右滑动，光电流保持不变，但该选项电源右端为正极，故D错误。 学科网（北京）股份有限公司 $ 章末素养提升 DISIZHANG 第四章 1 物理 观念 普朗克黑体 辐射理论 (1)随着温度增加各种波长的辐射强度都有所 ；辐射强度的极大值向波长较 的方向移动 (2)能量子ε=___ 光电效应 本质：电子 光电子 规律：(1)存在_________ (2)存在 电流 (3)存在 (最大初动能) (4) 性 爱因斯坦光电效应方程：Ek=______ W0只取决于_________ 光子说 光子的能量ε=___ 康普顿效应 光子的动量p=___ 再现 素养知识 增加 短 hν 截止频率 饱和 遏止电压 瞬时 hν-W0 金属本身 hν 物理 观念 原子的核式 结构模型 阴极射线 电子的发现 α粒子散射实验及现象 的核式结构模型 氢原子光谱和 玻尔的原子模型 光谱 发射光谱、吸收光谱、原子特征谱线 光谱分析 氢原子光谱的实验规律 玻尔的原 子模型 三个基本假设： (1) 量子化 (2) 量子化 (3)能级跃迁：hν=En-Em(m<n) 玻尔理论对氢原子光谱的解释 再现 素养知识 卢瑟福 轨道 能量 物理 观念 粒子的波动 性、物质波 物质波的频率 ν=___ 波长 λ=___ 科学 思维 1.能用爱因斯坦光电效应方程解释光电效应现象 2.能用玻尔原子理论解释氢原子能级图及光谱 3.能够用爱因斯坦光电效应方程、玻尔氢原子理论、波粒二象性解释与解决有关问题 科学态度 与责任 1.认识玻尔的原子理论和卢瑟福的原子核式结构模型之间的继承和发展关系，了解玻尔模型的不足之处及原因 2.领会量子力学的建立对人们认识物质世界的影响 再现 素养知识 　(多选)波粒二象性是微观世界的基本 特征。下列对波粒二象性的实验及说 法正确的是 A.光的衍射(图甲)揭示了光具有粒子性 B.光电效应(图乙)揭示了光的波动性， 同时表明光子具有能量 C.康普顿效应(图丙)揭示了光的粒子性， 同时表明光子除了有能量还有动量 D.电子束穿过铝箔后的衍射图样(图丁)，证实了电子的波动性，质子、中子、原子、 分子均具有波动性 例1 提能 综合训练 √ √ 光的衍射(题图甲)揭示了光具有波动性，A错误； 光电效应(题图乙)揭示了光的粒 子性，同时表明光子具有能量， B错误； 康普顿效应(题图丙)揭示了光的 粒子性，同时表明光子除了有 能量还有动量，C正确； 电子束穿过铝箔后的衍射图样(题图丁)，证实了电子的波动性，质子、中子、原子、分子均具有波动性，D正确。 总结提升 1.光的干涉和衍射现象揭示了光的波动性。 2.光电效应、康普顿效应揭示了光的粒子性。 3.光的波长越长，波动性越明显，光的波长越短，粒子性越明显。 4.一切物体都具有波粒二象性。 　如图甲是光电管发生光电效应时，光电子的最大初动能Ekm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)。用图乙所示的装置研究光电效应现象，闭合开关S，用频率为ν1的光照射光电管时发生了光电效应。图丙是光电流随光电管极板电压变化的关系图，下列说法中正确的是 A.图甲中，普朗克常量为h= B.图乙中，断开开关S后，G 的示数为零 C.图丙中，若①、②曲线为同一光电管得出的，则①对应的光强大于② 对应的光的光强 D.仅增大入射光的强度，光电子的最大初动能将增大 例2 √ 由爱因斯坦光电效应方程有Ekm=hν-W0，则题图甲中图线的斜率k== h，故A错误； 因发生了光电效应，则光 电子的最大初动能不为零， 断开开关S后，电流表G的 示数不为零，故B错误； 由题图丙可知，①、②对应的光的频率相同，为同一种光，又因①对应的光的饱和光电流大于②对应的光的饱和光电流，可知①对应的光的光强大于②对应的 光的光强，故C正确； 光电子的最大初动能跟入 射光的频率有关，与入射 光的强度无关，所以仅增大入射光的强度而不改变其频率，光电子的最大初动能将不变，故D错误。 总结提升 图像名称 图线形状 由图线直接(间接)得到的物理量 最大初动能Ek与入射光频率ν的关系图线   ①极限频率：图线与ν轴交点的横坐标νc。 ②逸出功：图线与Ek轴交点的纵坐标的绝对值，W0=|-E|=E。 ③普朗克常量：图线的斜率k=h 颜色相同、强度不同的光，光电流与电压的关系图线   ①遏止电压Uc：图线与横轴交点的横 坐标。 ②饱和电流：电流的最大值。 ③最大初动能：Ekm=eUc 总结提升 图像名称 图线形状 由图线直接(间接)得到的物理量 颜色不同时，光电流与电压的关系图线   ①遏止电压Uc1、Uc2。 ②最大初动能Ek1=eUc1，Ek2=eUc2 遏止电压Uc与入射光频率ν的关系图线   ①极限频率νc：图线与横轴交点的横坐标。 ②遏止电压Uc：随入射光频率的增大而增大。 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) 　(2022·浙江6月选考)如图为氢原子的能级图。大量氢原子处于n=3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2.29 eV的金属钠。下列说法正确的是 A.逸出光电子的最大初动能为10.80 eV B.n=3跃迁到n=1放出的光电子动量最大 C.有3种频率的光子能使金属钠产生光电效应 D.用0.85 eV的光子照射，氢原子跃迁到n=4激发态 例3 √ 从n=3跃迁到n=1放出的光电子能量最大，根据 Ek=E-W0，可得此时最大初动能为Ek=9.8 eV， 故A错误； 从n=3跃迁到n=1放出的光电子能量最大，根据 p==，E=hν，可知动量也最大，故B正确； 大量氢原子从n=3的激发态跃迁到基态能放出= 3种频率的光子，其中从n=3跃迁到n=2放出的光子 能量为ΔE1=-1.51 eV-(-3.4 eV)=1.89 eV<2.29 eV， 不能使金属钠发生光电效应，其他两种均可以， 故C错误； 由于从n=3跃迁到n=4需要吸收的光子能量为ΔE2=1.51 eV-0.85 eV =0.66 eV，所以用0.85 eV的光子照射，不能使氢原子跃迁到n=4激发态，故D错误。 总结提升 1.自发跃迁：高能级→低能级，释放能量，发出光子，光子的频率ν==。 2.受激跃迁：低能级→高能级，吸收能量。 (1)光照(吸收光子)：光子的能量必须恰好等于能级差，hν=ΔE。 (2)碰撞、加热等：只要入射粒子能量大于或等于能级差即可，E外≥ΔE。 (3)大于电离能的光子被吸收，将原子电离。 　(多选)(2024·温州市模拟)如图所示，一群处于第4能级的氢原子，向低能级跃迁时能发出不同频率的光，其中只有3种不同频率的光a、b、c照射到图甲电路阴极K的金属上能够发生光电效应，测得光电流随电压变化的图像如图乙所示，调节过程中三种光均能达到对应的饱和光电流，已知氢原子的能级图如图丙所示，则下列推断正确的是 例4 A.阴极金属的逸出功可能为W0=5.5 eV B.图乙中的b光光子能量为12.09 eV C.若图乙中的Ua=7 V，则Uc=3.5 V D.若甲图中电源右端为正极，随滑片向右滑动，光电流先增大后保持不变 √ √ 这些氢原子在向低能级跃迁过程中能发出6种不同频率的光，按频率从高到低(辐射能量从大到小)分别是n=4跃迁到n=1，n=3跃迁到n=1，n=2跃迁到n=1，n=4跃迁到n=2，n=3跃迁到n=2，n=4跃迁到n=3。依题意，照射题图甲所示的光电管阴极K，能使金属发生光电效应的是其中频率高的三种，分别是n=4跃迁到n=1；n=3跃迁到n=1；n=2跃迁到n=1。 由第2能级向基态跃迁辐射的光 子能量为Ec=E2-E1=10.2 eV，辐 射能量第4大的光子能量为E4-E2 =2.55 eV，由于只测得3条光电 流随电压变化的图像，故阴极 金属的逸出功介于2.55~10.2 eV之间，故A正确； b光是频率排第二高的光，则是第3能级向基态跃迁发出的，其能量值为Eb=E3-E1=-1.51 eV-(-13.6 eV)=12.09 eV，故B正确； 由题图乙可知，a光的遏止电压最大，据爱因斯坦光电效应方程eU= m=hν-W0，a光的频率 最高，a光是由第4能级向 基态跃迁发出的，其光子 能量为E=13.6 eV-0.85 eV= 12.75 eV，由Ua=7 V可知金属的逸出功为5.75 eV，c光应是第2能级向基态跃迁产生的光，其光子能量为10.2 eV，故Uc=4.45 V，故C错误； 若题图甲中电源左端为正极，则光电管上加的正向电压，随着滑片向右滑动，正向电压逐渐增大，更多的光电子到达A极，光电流在增大；当正向电压达到某值时所有光电子都能到达A极，光电流达到最大值，滑片再向右滑动，光电流保持不变，但该选项电源右端为正极，故D错误。 $