16.1 原子结构和波粒二象性 课件 -2027届高三物理一轮复习

该高中物理高考复习课件聚焦近代物理核心考点，涵盖光电效应、波粒二象性、能级和玻尔理论、核反应及核能等高频内容。依据高考评价体系，通过三年考情分析明确各考点命题权重，归纳实验装置分析、图像解读、能级跃迁计算等常考题型，体现备考的针对性和实用性。 课件亮点在于“真题情境+素养导向”的复习策略，精选2023-2025年各地高考真题，如2025广东卷光电效应产生条件分析、2024安徽卷氢原子跃迁计算等，通过模型建构和科学推理培养学生科学思维。特设“命题视角突破”模块，详解光电效应方程应用、德布罗意波长计算等解题技巧，帮助学生高效掌握得分要点，教师可据此精准开展专题复习，提升备考效率。

考点 三年考情 命题趋势 光电效应 2025广西卷；2025江苏卷；2025山东卷；2025广东卷；2025浙江1月卷； 2024海南卷；2024湖南卷；2024浙江1月卷；2024辽宁卷； 1.光电效应是考查频率较高的知识，命题一般是以光电效应实验装置、图像等切入，重点考查灵活运用知识的能力。 2.波粒二象性的知识点主要有:光子的能量、动量及其与波长、频率的关系，德布罗意物质波假设及其相关知识点；命题一般围绕这些知识点，重点考查对这些知识点的理解和掌握。 波粒二象性 2025四川卷；2025陕晋青宁卷； 2024湖南卷；2024新课程卷；2024贵州卷； 2023年6月浙江卷；2023海南卷；2023江苏卷； 1 续表 考点 三年考情 命题趋势 能级和玻尔理论 2025甘肃卷； 2024江西卷；2024重庆卷；2024浙江1月卷；2024安徽卷；2024江苏卷； 2023河北卷；2023山东卷；2023湖北卷；2023新课标卷； 1.能级和玻尔理论是该章的重点知识点，考查频率较高。命题通常结合某种情景，或给出能级图，综合考查能级、玻尔理论、光电效应及其相关知识点。 2.原子结构的知识点大多属于了解，命题难度小，考查频率不高。 原子结构 2023上海卷 2 续表 考点 三年考情 命题趋势 核反应 2025湖南卷；2025黑吉辽蒙卷；2025北京卷；2025海南卷；2025云南卷；2025河南卷；2025安徽卷； 2024河北卷；2024天津卷；2024北京卷；2024甘肃卷；2024广东卷；2024广西卷； 2023重庆卷；2023广东卷；2023北京卷； 1.核反应考查频率较高，主要是以某特殊意义的核反应切入。 2.核能的考查通常以核电站为情景，重点考查核能的计算及其相关知识点。 核能 2025福建卷； 2024甘肃卷；2024年1月浙江卷； 2023福建卷； 3 第16章 近代物理 第1节 原子结构和波粒二象性 4 考点一 普朗克黑体辐射理论 考点二 光电效应 考点三 原子的核式结构模型 考点四 氢原子光谱和玻尔的原子模型 考点五 波粒二象性 5 考点一 普朗克黑体辐射理论 6 1.热辐射 （1）定义：一切物体都在辐射________，这种辐射与物体的______有关，所以叫热辐射。 （2）特点：热辐射强度按波长的分布情况随物体______的不同而有所不同。 电磁波 温度 温度 7 2.黑体、黑体辐射的实验规律 （1）黑体：能够__________入射的各种波长的电磁波而不发生反射的物体。 （2）黑体辐射的实验规律： ①对于一般材料的物体，辐射电磁波的情况除了与______有关，还与材料的______及 表面状况有关。 完全吸收 温度 种类 ②黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的______有关。随着 温度的升高，一方面，各种波长的辐射强度都有______，另一方面， 辐射强度的极大值向波长较____的方向移动，如图。 温度 增加 短 8 3.能量子 （1）定义：普朗克认为，当带电微粒辐射或吸收能量时，只能辐射或吸收某个最小能 量值的________，这个不可再分的最小能量值 叫作能量子。 （2）能量子大小：____，其中是带电微粒吸收或辐射电磁波的频率， 称为普朗 克常量。一般取 。 整数倍 9 【视角1】 黑体辐射规律 例1如图所示为黑体辐射的规律，由此图像得到的下列结论正确的是( ) C A.随着温度的降低，各种波长的辐射强度都增大 B.随着温度的降低，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动 C.黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的温度有关 D.黑体热辐射的强度与波长无关 [解析] 从图中可以看出，随着温度的升高，辐射强度的极大 值向波长短的方向移动。强度按波长的分布只与黑体的温度有关，选C。 10 【视角2】　普朗克常量和能量子 例2 (2023·浙江)被誉为“中国天眼”的大口径球面射电望远镜已发现660余颗新脉冲星，领先世界。天眼对距地球为L的天体进行观测，其接收光子的横截面半径为R。若天体射向天眼的辐 A [解析] 设天体发射频率为ν光子的功率为P，由题意可知Pt××η = Nhν，其中t = 1 s，解得P = 。 射光子中，有η(η<1)倍被天眼接收，天眼每秒接收到该天体发出的频率为ν的N个光子。普朗克常量为h，则该天体发射频率为ν光子的功率为( ) A. B. C. D. 11 考点二 光电效应 12 1.光电效应及其规律 （1）光电效应现象 照射到金属表面的光，能使金属中的______从表面逸出，这个现象称为光电效应，这 种电子常称为________。 （2）光电效应的产生条件 入射光的频率____________金属的截止频率。 电子 光电子 大于或等于 13 （3）光电效应规律 ①每种金属都有一个截止频率 ，入射光的频率必须____________这个截止频率才能 产生光电效应。 ②光电子的最大初动能与入射光的强度______，只随入射光______的增大而增大。 ③光电效应的发生几乎是瞬时的，一般不超过 。 ④当入射光的频率大于或等于截止频率时，在光的颜色不变的情况下，入射光越强， 饱和电流越大，逸出的光电子数越____，逸出光电子的数目与入射光的强度成正比， 饱和电流的大小与入射光的强度成______。 大于或等于 无关 频率 多 正比 14 2.爱因斯坦光电效应方程 （1）光电效应方程 ①表达式：或 _________。 ②物理意义：金属表面的电子吸收一个光子获得的能量是 ，这些能量的一部分用来 克服金属的逸出功 ，剩下的表现为逸出后电子的____________。 （2）逸出功电子从金属中逸出所需做功的________， 。 （3）最大初动能：发生光电效应时，金属表面上的______吸收光子后克服原子核的引 力逸出时所具有的动能的最大值。 最大初动能 最小值 电子 15 3.光电效应的分析思路 16 【视角1】　光电效应的产生条件 例1 (2025·广东)有甲、乙两种金属，甲的逸出功小于乙的逸出功。使用某频率的光分别照射这两种金属，只有甲发射光电子，其最大初动能为Ek，下列说法正确的是( ) B A.使用频率更小的光，可能使乙也发射光电子 B.使用频率更小的光，若仍能使甲发射光电子，则其最大初动能小于Ek C.频率不变，减弱光强，可能使乙也发射光电子 D.频率不变，减弱光强，若仍能使甲发射光电子，则其最大初动能小于Ek 17 [解析] 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Ek = hν−W0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Ek，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Ek = hν−W0可知频率不变最大初动能不变，D错误。 18 【视角2】　光电效应原理与方程 例2 (2024·海南)利用如图所示的装置研究光电效应，使开关S接1，用频率为ν1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U1，已知电子电荷量为e，普朗克常量为h，下列说法正确的是( ) D A.其他条件不变，增大光强，电压表示数增大 B.改用比ν1更大频率的光照射，调整电流表的示数为零，此时电压表示数仍为U C.其他条件不变，使开关S接2，电流表示数仍为零 D.光电管阴极材料的截止频率νc = ν1− 19 [解析] 当开关S接1时，由爱因斯坦光电效应方程eU1 = hν1−W0，故其他条件不变时，增大光强，电压表的示数不变，故A错误；若改用比ν1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hν1>W0，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 = hν1−W0，其中W0 = hνc，联立解得，光电管阴极材料的截止频率为νc = ν1−，故D正确。 20 【视角3】　光电效应图像 例3 某兴趣小组用如图甲所示的电路探究光电效应的规律。根据实验数据，小刚同学作出了光电子的最大初动能与入射光频率的关系图线如图乙所示，小娜同学作出了遏止电压与入射光频率的关系图线如图丙所示。已知光电子的电荷量为e，则下列说法正确的是( ) 21 A.如果图乙、图丙中研究的是同一金属的光电效应规律，则a = B.如果研究不同金属光电效应的规律，在图乙中将得到经过(b，0)点的一系列直线 C.如果研究不同金属光电效应的规律，在图丙中将得到一系列平行的倾斜直线 D.普朗克常量h = √ 22 [解析] Ek = hν−W0，∴在乙图中，b = ν0，a = W0，Uc = ν−。在丙图中:c = ，d = ν0，a = W0 = ce，A错，不同金属ν0不同，斜率相同。乙图将是一系列平行的斜线，B错。丙图中，斜率相同，也将是一系列平行的斜线，C对。 = h，，D错。 23 【视角4】　光电效应的综合应用 例4 真空中一对半径均为R1的圆形金属板M、N圆心正对平行放置，两板距离为d，N板中心镀有一层半径为R2的圆形锌金属薄膜。N板受到波长为λ的紫外线持续照射，锌薄膜表面有大量方向各异的电子逸出。现将两金属板M、N与两端电压UMN可调的电源、灵敏电流计G连接成如图所示的电路。实验发现，当UMN = −U1时，电流计示数恰好为零。已知电子的质量为m，电荷量为e，普朗克常数为h。 24 （1）求锌的逸出功W； [解析] 当UMN = −U1时，电流计示数恰好为零，有eU1 = h−W 得锌的逸出功W = h−eU1 25 （2）当UMN≥U2时，电流计示数始终为恒定值，求U2的值。 [解析]当UMN≥U2时，电流计示数始终为恒定值，即达到了饱和光电流，也就是所有从锌薄膜表面逸出的电子都到达金属板M，电子的最大初动能为Ekm = eU1 又Ekm = m 只要以vm沿平行于N板方向由圆形锌金属薄膜边缘逸出的电子能到达M板，则所有电子都能到达M板，该电子恰好到达M板对应的UMN即等于U2 根据类平抛运动知识有vmt = R1−R2，d = at2 又a = ，E = 联立解得U2 = U1 26 考点三 原子的核式结构模型 27 1.电子的发现：英国物理学家 汤姆孙发现了电子。 2. 粒子散射实验：1909年，英国物理学家________和他的助手进行了用 粒子轰击 金箔的实验，实验发现绝大多数 粒子穿过金箔后基本上仍沿______方向前进，但有 少数 粒子发生了大角度偏转，极少数 粒子偏转的角度甚至大于 ，也就是说它 们几乎被“撞”了回来。 3.原子的核式结构模型：在原子中心有一个很小的核，原子全部的________和几乎全 部______都集中在核里，带负电的电子在核外空间绕核旋转。 卢瑟福 原来 正电荷 质量 28 【视角1】　α粒子散射实验 例1 (多选)α粒子散射实验中，绝大多数α粒子穿过金箔后仍沿原方向前进，少数发生了大角度偏转，只有极少数被反弹回来，如图所示。若反弹回来的α粒子速度大小几乎不变，则下列说法正确的是( ) BD A.碰撞反弹过程中，α粒子的动量变化量Δp = 0 B.碰撞反弹过程中，α粒子的动能变化量ΔEk = 0 C.极少数α粒子被反弹回来，是因为受到了核力的作用 D.少数α粒子大角度偏转，是因为受到了金原子核的库仑力作用 29 [解析] 设α粒子的质量为m，速度为v，反弹回来的α粒子速度大小不变，方向反向，以反弹速度方向为正方向，则动量变化量为Δp = mv−(−mv) = 2mv，故A错误；动能为标量，大小与速度方向无关， 所以动能变化量ΔEk = 0，故B正确；极少数α粒子被反弹回来，是因为受到金原子核的库仑力作用，故D正确，C错误。故选BD。 30 【视角2】　原子核式结构模型的α粒子散射图景 例2 (多选)根据α粒子散射实验，卢瑟福提出了原子的核式结构模型。如图所示为原子核式结构模型的α粒子散射图景，图中实线表示α粒子运动轨迹。下列说法正确的是( ) BD A.卢瑟福在α粒子散射实验中发现了电子 B.α粒子出现较大角度偏转的原因是α粒子接近原子核时受到的库仑斥力较大 C.α粒子出现较大角度偏转的过程中电势能先变小后变大 D.α粒子出现较大角度偏转的过程中加速度先变大后变小 31 [解析] 设原子核的电荷为Q，α粒子的电荷为q，α粒子的质量为m。对于α粒子，加速度a = k，α粒子先靠近原子核，r变小，F增大，a增大。再远离原子核r增大，F减小，a减小，B、D对。α粒子先靠近原子核的过程中电场力做负功，电势能变大，后远离原子核的过程中，电场力做正功，电势能变小，C错。电子是汤姆孙发现的，A错。 32 考点四 氢原子光谱和玻尔的原子模型 33 1.氢原子光谱 （1）光谱：用棱镜或光栅可以把光按波长（频率）展开，获得光的______（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______。 ②连续谱是连在一起的______。 波长 亮线 光带 34 （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谱线，其波长公式 ， 是里德伯常量，， 为量子数， 此公式称为巴耳末公式。 ②氢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。 35 2.玻尔理论 （1）定态假设：电子只能处于一系列________的能量状态中，在这些能量状态中电子 绕核的运动是______的，电子虽然绕核运动，但并不产生电磁辐射。 （2）跃迁假设：电子从能量较高的定态轨道其能量记为 跃迁到能量较低的定态轨 道能量记为，时，会放出能量为 的光子，这个光子的能量由前后两个能 级的能量差决定，即_________。是普朗克常量， （3）轨道量子化假设：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 稳定 不连续的 不连续的 36 3.能级跃迁 （1）能级和半径公式： ①能级公式：，其中为基态能量，其数值为_______ 。 ②半径公式：，其中 为基态轨道半径，其数值为 。 37 （2）氢原子的能级图，如图所示 38 4.两类能级跃迁 （1）自发跃迁：高能级<m></m> 低能级，释放能量，发射光子。 光子的频率<m></m>。 （2）受激跃迁：低能级<m></m> 高能级，吸收能量。 ①吸收光子的能量必须恰好等于能级差<m></m>。（注意：当入射光子能量大于该能 级的电离能时，原子对光子吸收不再具有选择性，而是吸收以后发生电离） ②碰撞、加热等：只要入射粒子能量大于或等于能级差即可，<m></m>。 39 5.光谱线条数的确定方法 （1）一个氢原子跃迁发出可能的光谱线条数最多为<m></m>。 （2）一群氢原子跃迁发出可能的光谱线条数<m></m>。 6.电离 （1）电离态：<m></m> ，<m></m>。 （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：氢原子从基态<m></m> 电离态： <m></m> （3）若吸收能量足够大，克服电离能后，获得自由的电子还具有动能。 40 【视角1】　氢原子跃迁 例1 (2024·安徽)大连相干光源是我国第一台高增益自由电子激光用户装置，其激光辐射所应用的玻尔原子理论很好地解释了氢原子的光谱特征。图为氢原子的能级示意图，已知紫外光的光子能量大于3.11 eV，当大量处于n = 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.1种 B.2种 C.3种 D.4种 B 41 [解析] 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 = 3种，辐射出光子的能量分别为ΔE1 = E3−E1 = −1.51 eV −(−13.6 eV) = 12.09 eV，ΔE2 = E3−E2 = −1.51 eV−(−3.4 eV) = 1.89 eV，ΔE3 = E2−E1 = −3.4 eV−(−13.6 eV) = 10.2 eV，其中ΔE1>3.11 eV，ΔE2<3.11 eV，ΔE3>3.11 eV，所以辐射不同频率的紫外光有2种。 42 【视角2】　类氢原子跃迁 例2 (2025·甘肃)利用电子与离子的碰撞可以研究离子的能级结构和辐射特性。He+离子相对基态的能级图(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50 eV，则He+离子辐射的光谱中，波长最长的谱线对应的跃迁为( ) C A.n = 4→n = 3能级 B.n = 4→n = 2能级 C.n = 3→n = 2能级 D.n = 3→n = 1能级 43 [解析] 根据题意可知，用能量为50 eV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ΔE = Em−En = hν = h，可知，波长最长的谱线对应的跃迁为n = 3→n = 2能级。 44 【视角3】　自发跃迁+光电效应 例3 (多选)(2023·浙江)氢原子从高能级向低能级跃迁时，会产生四种频率的可见光，其光谱如图1所示。氢原子从能级6跃迁到能级2产生可见光Ⅰ，从能级3跃迁到能级2产生可见光Ⅱ。用同一双缝干涉装置研究两种光的干涉现象，得到如图2和图3所示的干涉条纹。用两种光分别照射如图4所示的实验装置，都能产生光电效应。下列说法正确的是( ) CD A.图1中的Hα对应的是Ⅰ B.图2中的干涉条纹对应的是Ⅱ C.Ⅰ的光子动量大于Ⅱ的光子动量 D.P向a移动，电流表示数为零时Ⅰ对应的电压表示数比Ⅱ的大 45 [解析] 根据题意可知。氢原子发生能级跃迁时，由公式可得Em−En = hν = ，可知，可见光Ⅰ的频率大，波长小，可见光Ⅱ的频率小，波长大。可知，图1中的Hα对应的是可见光Ⅱ，故A错误；由公式有，干涉条纹间距为Δx = λ，由图可知，图2中间距较小，则波长较小，对应的是可见光Ⅰ ，故B错误；根据题意，由公式可得，光子动量为p = ，可知， Ⅰ的光子动量大于Ⅱ的光子动量，故C正确；根据光电效应方程及动能定理可得eUc = hν−W0，可知，频率越大，遏止电压越大，则P向a移动，电流表示数为零时Ⅰ对应的电压表示数比Ⅱ的大，故D正确。 46 考点五 波粒二象性 47 1.光的波粒二象性 （1）光的干涉、衍射、偏振现象证明光具有________。 （2）光电效应说明光具有________。 （3）光既具有波动性，又具有粒子性，称为光的____________。 2.物质波 （1）概率波：光的干涉现象是大量光子的运动遵守波动规律的表现，亮条纹是光子到 达概率____的地方，暗条纹是光子到达概率____的地方，因此光波又叫概率波。 （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，都有一种波与 它对应，其波长，为运动物体的动量， 为普朗克常量。 波动性 粒子性 波粒二象性 大 小 48 【视角1】　波粒二象性 例1 下列说法正确的是(　　) A.光的波动性类似于机械波，光的粒子性类似于质点 B.光不具有波动性 C.由于光既具有波动性，又具有粒子性，无法只用其中一种去说明光的一切行为，只能认为光具有波粒二象性 D.实物粒子和光子一样都具有波粒二象性，所以实物粒子与光子是本质相同的物质 C 49 [解析] 光的波动性属于电磁波，与机械波(依赖介质传播)有本质区别；光的粒子性指光子能量量子化，与质点的经典粒子模型不同，故A错误；光的干涉、衍射等现象证明其具有波动性，故B错误；波粒二象性表明光的行为需结合波动性和粒子性共同解释，单一模型无法完备描述，故C正确；实物粒子与光子虽均有波粒二象性，但物理属性不同，本质并非相同物质，故D错误。 50 【视角2】　德布罗意波长 例2 (2025·陕晋青宁)我国首台拥有自主知识产权的场发射透射电镜TH—F120实现了超高分辨率成像，其分辨率提高利用了高速电子束波长远小于可见光波长的物理性质。一个静止的电子经100 V电压加速后，其德布罗意波长为λ，若加速电压为10 kV，不考虑相对论效应，则其德布罗意波长为(　　) A.100λ B.10λ C.λ D.λ C [解析] 设电子经过电压加速后速度大小为v，由动能定理得eU = mv2，电子的动量大小为p = mv，电子的德布罗意波长为λ = ，联立解得λ = ，因为U'∶U = 100∶1，可解得λ' = λ，C正确，ABD错误。 51 $