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(共27张PPT)
第四章
原子结构和波粒二象性
课时5　粒子的波动性和量子力学的建立
核心 目标 1. 知道实物粒子的波动性假设和实验验证．知道实物粒子和光一样也具有波粒二象性．
2. 体会量子力学的建立对人们认识物质世界的影响.
必备知识·记忆理解
要点笔记
要点1　粒子的波动性
1. 1924年法国巴黎大学的德布罗意提出假设：实物粒子也具有________性，每一个________的粒子都与一个对应的波相联系，这种与实物粒子相联系的波称为德布罗意波，也叫__________.
2. 物质波的频率、波长关系式：ν＝_______，λ＝________.
波动
运动
物质波
要点2　物质波的实验验证
1. 实验探究思路
干涉、________是波特有的现象，如果实物粒子具有波动性，则在一定条件下，也应该发生干涉或衍射现象．
2. 实验验证
(1) 1927年戴维孙和汤姆孙分别做了______________的实验，得到了电子衍射图样，从而证实了电子的波动性．在后来的实验中，人们还进一步观测到了电子德布罗意波的干涉现象，如图所示．
衍射
电子束衍射
3. 电子、质子、原子等粒子和光一样，也具有____________性．
波动性
波粒二象
要点3　量子力学的建立与应用
1. 量子力学的建立
(1) 普朗克____________理论、爱因斯坦____________理论、康普顿________理论、玻尔__________理论以及德布罗意__________假说等一系列理论在解释实验方面都取得了成功．
(2) 在以玻恩、海森堡、薛定谔以及英国的狄拉克和奥地利的泡利为代表的众多物理学家的共同努力下，描述微观世界行为的理论被逐步完善并最终完整地建立起来，它被称为____________.
散射
黑体辐射
光电效应
氢原子
物质波
量子力学
2. 量子力学的应用
(1) 量子力学推动了核物理和________物理的发展．
(2) 量子力学推动了原子、分子物理和________的发展．
(3) 量子力学推动了________物理的发展．
粒子
光学
固体
基础内化
1. 下列说法中正确的是( )
A. 物质波属于机械波
B. 只有像电子、质子、中子这样的微观粒子才具有波动性
C. 德布罗意认为任何一个运动的物体，小到电子、质子、中子，大到行星、太阳都有一种波与之相对应，这种波叫物质波
D. 宏观物体运动时，看不到它的衍射和干涉现象，所以宏观物体运动时不具有波动性
【解析】　任何一个运动的物体都具有波动性，但因为宏观物体的德布罗意波长很短，所以很难看到它的衍射和干涉现象，故C正确，B、D错误；物质波不同于宏观意义上的机械波，故A错误．
C
2. (2022·江苏徐州铜山区期中)下列关于物质波的说法中正确的是( )
A. 宏观物体也具有波动性
B. 质子比电子更容易形成晶格衍射图样
C. 两个物体的动能不等，物质波的波长一定不等
D. 两个物体的动量不等，物质波的波长可能相等
A
关键能力·分析应用
分类悟法
考向1　粒子波动性的理解
1. 一切运动着的物体都具有__________，宏观物体观察不到其波动性，但并不否定其具有波动性．
2. 电子、质子等实物粒子，具有能量和动量，当和其他物质相互作用时，粒子性起主导作用．
3. 在宏观世界中，波与粒子是对立的概念；在微观世界中，波与粒子可以统一．
波动性
下列关于德布罗意波的认识正确的是( )
A. 任何一个物体都有一种波和它对应，这就是物质波
B. X光的衍射证实了物质波的假设是正确的
C. 电子的衍射证实了物质波的假设是正确的
D. 宏观物体运动时，看不到它的衍射或干涉现象，所以宏观物体不具有波动性
1
【解析】　运动的物体才具有波动性，A错误；宏观物体由于动量太大，德布罗意波长太小，所以看不到它的干涉、衍射现象，但仍具有波动性，D错误；X光是波长极短的电磁波，是光子，它的衍射不能证实物质波的存在，B错误；只有C正确．
C
科研人员利用冷冻电镜断层扫描技术首次“拍摄”到新冠病毒的3D清晰影像．冷冻电镜是利用高速电子具有波动性原理，其分辨率比光学显微镜高1 000倍以上．下列说法中正确的是( )
A. 电子的实物波是电磁波
B. 电子的德布罗意波长与其动量成正比
C. 冷冻电镜的分辨率与电子加速电压有关，加速电压越高，则分辨率越低
D. 若用相同动能的质子代替电子，理论上也能“拍摄”到新冠病毒的3D清晰影像
2
D
考向2　对光的波粒二象性的理解
(多选)关于物质的波粒二象性，下列说法中正确的是( )
A. 不仅光子具有波粒二象性，一切运动的微粒都具有波粒二象性
B. 运动的微观粒子与光子一样，当它们通过一个小孔时，都没有特定的运动轨道
C. 波动性和粒子性，在宏观现象中是矛盾的、对立的，但在微观高速运动的现象中是统一的
D. 实物的运动有特定的轨道，所以实物不具有波粒二象性
3
ABC
【解析】　德布罗意在爱因斯坦光子说的基础上提出了物质波的概念，认为一切运动的物体都具有波粒二象性，故A正确；运动的微观粒子与光子一样，当它们通过一个小孔时，没有特定的运动轨道，故B正确；波动性和粒子性，在宏观现象中是矛盾的、对立的，但在微观高速运动的现象中是统一的，故C正确；宏观物体的德布罗意波的波长太小，实际很难观察到波动性，不是不具有波粒二象性，故D错误．
考向3　对物质波的理解
1. 小到电子、质子，大到行星、太阳，一切__________的物体都具有波动性，宏观物体观察不到其波动性，是因为宏观物体对应的波长太______，但并不能否定其波动性．
2. 德布罗意假说是光的波粒二象性的一种推广，使之包括了所有的物质粒子，即光子与实物粒子都具有粒子性，又都具有波动性，与光子对应的波是电磁波，与实物粒子对应的波是__________.
运动着
小
物质波
3. 计算物质波波长的方法
(1) 根据已知条件，写出宏观物体或微观粒子动量的表达式p＝mv.
(2) 根据波长公式λ＝__________求解．
(多选)关于物质波，下列说法中正确的是( )
A. 实物粒子与光子一样都具有波粒二象性，所以实物粒子与光子是相同本质的物质
B. 电子的衍射实验证实了物质波的假设是正确的
C. 粒子的动量越小，其波动性越易观察
D. 粒子的动量越大，其波动性越易观察
4
BC
X射线是一种高频电磁波，若X射线在真空中的波长为λ，以h表示普朗克常量，c表示真空中的光速，以E和p分别表示X射线每个光子的能量和动量，则( )
5
D
巩固验收
1. (多选)1927年戴维森和G.P.汤姆孙分别完成了电子束衍射的实验，该实验是荣获诺贝尔奖的重大近代物理实验之一．如图所示是该实验装置的简化图，下列说法中正确的是( )
A. 亮条纹说明电子不是沿直线运动的
B. 该实验说明物质波理论是正确的
C. 该实验再次说明光子具有波动性
D. 该实验说明实物粒子具有波动性
ABD
【解析】　亮条纹处是电子大概率到达的地方，A正确；电子是实物粒子，能发生衍射现象，说明实物粒子具有波动性，物质波理论是正确的，不能说明光子的波动性，B、D正确，C错误.
2. (2022·江苏泰州中学)1985年华裔物理学家朱棣文成功利用激光冷冻原子，现代激光制冷技术可实现1×10－9 K的低温．一个频率为ν的光子被一个相向运动的原子吸收，使得原子速度减为零，已知真空中光速为c，根据上述条件可确定原子吸收光子前的( )
A. 速度
B. 动能
C. 物质波的波长
D. 物质波的频率
C(共36张PPT)
第四章
原子结构和波粒二象性
课时2　光电效应
核心 目标 1. 通过实验，了解光电效应现象及其实验规律．了解爱因斯坦光电效应理论及其意义，能用爱因斯坦光电效应方程解释光电效应现象．
2. 了解康普顿效应及其意义，能根据实验结论说明光的波粒二象性.
必备知识·记忆理解
要点1　光电效应的实验规律
1. 光电效应与光电子
照射到金属表面的光(包括____________和可见光)，能使金属中的电子从表面逸出．这个现象称为光电效应，这种电子常称为光电子．
2. 实验研究电路，如图：
不可见光
3. 光电效应的实验规律
(1) 存在截止频率或极限频率．对于给定的阴极材料，都存在一个截止频率ν0，只有________截止频率ν0的光，才能引起光电效应．频率低于νc的入射光，无论光的强度有多大，照射时间有多长，都不能发生光电效应．不同金属的截止频率不同．
(2) 存在着________光电流：饱和光电流的大小由________决定，在光的频率不变的情况下，光强越大，饱和光电流越大．
(3) 存在遏止电压
①如果施加反向电压，也就是阴极接电源正极、阳极接电源负极，在光电管两极间形成使电子减速的电场，光电流有可能为0.施加反向电压，使光电流减小到0的__________________称为遏止电压．
超过
饱和
光强
反向电压Uc
②遏止电压的存在意味着光电子具有一定的初速度，初速度的上限vc应该满足以下关系：
(4) 光电效应具有________性：当频率超过截止频率νc时，光电效应几乎是________发生的．产生电流的时间不超过1×10－9 s.
瞬时
瞬时
要点2　光电效应经典解释中的疑难
疑难之一：不能解释遏止电压由入射光频率决定，与光的强弱无关．
疑难之二：不能解释为什么存在截止频率．
疑难之三：不能解释瞬时性．
要点3　爱因斯坦的光电效应理论
1. 爱因斯坦为解释光电效应，提出了光子说和光电效应方程
(1) 光子说：在空间传播的光是不连续的，而是一份一份的，每一份叫一个光的__________，简称光子，光子的能量ε＝______.其中h＝6.63×10－34 J·s，称为普朗克常量．
(2) 光电效应方程：__________________或__________________.
①逸出功W0：使金属表面上的电子________某种金属所做功的__________，叫作这种金属的逸出功，用W0表示，不同金属的逸出功________.
②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．
能量子
hν
hν＝Ek＋W0
Ek＝hν－W0　
脱离
最小值
不同
Ek
电子
③物理意义：光电效应方程实质上是能量守恒方程：能量为E＝hν的一个光子被金属表面上的电子所吸收，电子把这些能量的一部分用来克服金属的________，另一部分就是电子离开金属表面时的______________：Ek＝hν－W0.
逸出功W0
最大初动能
2. 爱因斯坦光电效应方程对光电效应实验现象的解释．
(2) 对饱和光电流与光强关系的解释
①入射光的强度：由入射光子数和入射光子的频率决定的．可用P＝nhν表示，其中n为单位时间内的光子数．
②饱和光电流：指光电流的最大值(即饱和值)，在入射光频率不变的情况下，光强决定了单位时间内打到材料表面的光子个数，因一个光子打出一个光电子，所以光强也决定了单位时间内打出的光电子个数，即决定了饱和光电流大小．所以光电流的最大值与入射光的强度成正比．
W0
(3) 对遏止电压的解释
①根据光电效应方程Ek＝hν－W0，光电子的最大初动能与入射光频率成线性关系，与光强无关．
(4) 对光电效应瞬时性的解释：电子一次性吸收光子的全部能量，不需要积累能量的时间，所以光电效应几乎是瞬时发生的．
要点4　康普顿效应和光子的动量
1. 康普顿效应
(1) 光的散射：光在介质中与__________相互作用，因而传播方向__________，这种现象叫作光的散射．
(2) 康普顿效应：石墨对X射线散射时，在散射的X射线中，除了与入射波长λ0相同的成分外，还有波长________λ0的成分，这个现象称为康普顿效应．
(3) 解释：在康普顿效应中，当入射光子与晶体中的电子碰撞时，要把一部分动量转移给电子，光子的动量变小．因此，有些光子散射后波长变大．
2. 光子的动量：p＝_________.
物质微粒
发生改变
大于
要点5　光的波粒二象性
1. 在麦克斯韦的电磁理论建立之后，人们认识到光是一种电磁波，光的__________被普遍接受，
2. 爱因斯坦的光电效应理论和康普顿效应理论表明，光在某些方面确实会表现得像是由一些粒子(即一个个有确定能量和动量的“光子”)组成的．也就是说，光电效应和康普顿效应重新揭示了光的__________.
3. 人们对光的粒子性的认识，是以最新的实验和量子理论为基础的，已经和牛顿时代的光的粒子说根本不同，其深度远远超出后者．
波动说
粒子性
4. 人们意识到，光既具有波动性，又具有粒子性．换句话说，光具有________ ______.此后，又经过一系列探索，人们最终建立了比较完善的，能统一描述光的波动性和粒子性的理论——量子电动力学．
5. 从牛顿时代光的微粒说、惠更斯和托马斯·杨的光的波动说，到麦克斯韦的光的电磁理论，再到爱因斯坦的光子理论乃至量子电动力学，人类对光的认识构成了一部科学史诗．
波粒二
象性
基础内化
1. (2022·广东深圳光明区高级中学)如图所示，电路中所有元件完好，但光照射到光电管上，灵敏电流表中没有电流通过，其原因可能是( )
A. 入射光太弱 B. 电源电压太小
C. 光照时间短 D. 入射光波长太长
D
【解析】　只要入射光频率大于光电管对应的极限频率即可发生光电效应，有光电子逸出，与入射光的强弱或光照时间长短无关，A、C错误；若电源电压是正向电压，即使很小时，也会有电流，如果灵敏电流表中没有电流通过，可能是所加的反向电压超过了遏止电压，B错误；若入射光波长太长，入射光的频率低于截止频率时，不能发生光电效应，灵敏电流表中没有电流通过，D正确．
2. (多选)(2022·河南南阳一中)光电效应的实验结论是：对于某种金属( )
A. 无论光强多强，只要光的频率小于极限频率就不能产生光电效应
B. 无论光的频率多低，只要光照时间足够长就能产生光电效应
C. 超过极限频率的入射光强度越弱，所产生的光电子的最大初动能就越小
D. 超过极限频率的入射光频率越高，所产生的光电子的最大初动能就越大
【解析】　每种金属都有它的极限频率ν0，只有入射光子的频率大于极限频率ν0时，才会发生光电效应，只要光的频率小于极限频率，无论光照强度多强，都不能发生光电效应，A正确，B错误；由光电效应方程Ek＝hν－W，可知入射光子的频率越大，产生的光电子的最大初动能也越大，与入射光的强度无关，C错误，D正确.
AD
关键能力·分析应用
分类悟法
考向1　对光电效应现象及其实验规律的理解
1. 光电效应是照射到金属表面的光，能使金属中的________从表面逸出的现象．
(1) 光电效应中的“光”不是特指可见光，也包括不可见光．
(2) 能否发生光电效应，不取决于光的强度而取决于光的________. 当入射光的频率低于截止频率时______发生光电效应．
(3) 光电效应是单个光子和单个电子之间的相互作用产生的，金属中的某个电子只能吸收一个光子的能量，只有当电子吸收的能量足够克服原子核的引力而逸出时，才能产生光电效应．
电子
频率
不
2. 实验规律的理解
(1) 用小于或等于截止频率为ν0的光照射某金属表面时，不能逸出光电子，因为该金属的逸出功W0＝hν0.
(2) 若入射光频率大于ν0且在增大：逸出光电子的最大初动能增大，但光电子的最大初动能与入射光的频率不成正比，是线性关系，满足Ek＝hν－W0.
(3) 增大正向电压，光电流可能会增大，但存在__________电流：在光的频率不变的情况下，入射光越强，饱和光电流越大．因入射光越强，单位时间内打到金属表面的光子数越多，打出的光电子也越多．
饱和光
(4) 若改加反向电压，会发现光电流变小，说明，光电子的初速度不等，金属中逸出的光电子的初动能是不同的．
②遏止电压随光的频率的增大而增大，与光的强度无关，说明光电子的最大初动能随光的频率的增大而增大，与光的强度无关．
0
3. 注意点
入射光强度指的是单位时间内入射到金属表面单位面积上的光子的总能量，在入射光频率ν不变时，光强正比于单位时间内照到金属表面单位面积上的光子数，但若入射光频率不同，即使光强相同，单位时间内照到金属表面单位面积上的光子数也不相同，因而从金属表面逸出的光电子数也不相同(形成的光电流也不相同)．
(2022·山东青岛实验高级中学)如图所示，在演示光电 效应的实验中，某同学分别用a、b两种单色光照射锌板．发现 用a光照射时与锌板连接的验电器的指针张开一个角度；用b光 照射时与锌板连接的验电器的指针不动．下列说法中正确的是 ( )
A. 增大b光的照射强度，验电器的指针有可能张开一个角度
B. 增大a光的照射强度，光电子的最大初动能增加
C. a光的频率大于b光的频率
D. 若用b光照射另一种金属能发生光电效应，则用a光照射该金属时可能不会发生光电效应
1
C
【解析】　根据爱因斯坦光电效应方程Ekm＝hν－W0可知，增大b光的照射强度，仍不会发生光电效应；增大a光的照射强度，光电子的最大初动能保持不变， A、B错误；根据a光照射锌板能够发生光电效应可知，a光的频率大于锌板的极限频率，根据b光照射锌板不能发生光电效应可知，b光的频率小于锌板的极限频率，则a光的频率大于b光的频率，C正确；若用b光照射另一种金属能发生光电效应，则用a光照射该金属时一定能发生光电效应，D错误．
用一束单色光照射A、B两种金属，若照射A得到光电子的最大初动能比照射B得到光电子的最大初动能大．则( )
A. 若增大光照强度，则光电子的最大初动能增大
B. 金属A的逸出功比金属B的逸出功大
C. 金属A的截止频率比金属B的截止频率低
D. 得到的光电子在真空中运动的速度为光速
2
【解析】　根据光电效应方程Ek＝hν－W0＝hν－hνc，由题意可知金属A的逸出功比金属B的逸出功小，金属A的截止频率比金属B的截止频率低，增大光照强度，单色光的频率不变，则光电子的最大初动能不变，得到的光电子在真空中运动的速度小于光速，故C正确，A、B、D错误．
C
考向2　对光电效应方程的理解与应用
1. 光电效应方程Ek＝hν－W0的理解
(1) 式中的Ek是光电子的最大初动能，就某个光电子而言，其离开金属时剩余动能大小可以是0～Ek范围内的任何数值．
(2) 光电效应方程实质上是________________.能量为E＝hν的光子被电子所吸收，电子把这些能量的一部分用来克服金属表面对它的吸引，另一部分就是电子离开金属表面时的动能．如果克服吸引力做功最少为W0，则电子离开金属表面时动能最大为Ek，根据能量守恒定律可知Ek＝________________.
(3) 光电效应方程包含了产生光电效应的条件：
能量守恒方程
hν－W0
2. 求解光电效应问题的关键在于掌握光电效应规律，明确各概念之间的决定关系，准确把握它们的内在联系．
(1) 决定关系及联系
(2) 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：Ek＝___________.
③ 逸出功与极限频率的关系W0＝____________.
eUc
hνc
(2022·安徽芜湖质检)如图所示，用频率为ν1和ν2的 甲、乙两种光分别照射同一光电管，对应的遏止电压分别为 U1和U2.已知ν1<ν2，则( )
A. 遏止电压U1B. 用甲、乙光分别照射时，金属的截止频率不同
C. 增加乙光的强度，遏止电压U2变大
D. 滑动变阻器滑片P移至最左端，电流表示数为零
3
A
【解析】　根据爱因斯坦光电效应方程和遏止电压与最大初动能的关系有eUc＝hν－W0，所以入射光频率越大，遏止电压越大，遏止电压与入射光的强度无关，故A正确，C错误；金属的截止频率与入射光无关，取决于金属材料，因甲、乙两种光分别照射同一光电管，所以金属的截止频率相同，故B错误；滑动变阻器滑片P移至最左端，所加的反向电压为零，因而能发生光电效应，所以电流表示数不为零，故D错误．
(2022·河南灵宝五中)一光电管的阴极K用截止频率为ν的金属铯制成，光电管阳极A和阴极K之间的正向电压为U.用波长为λ的单色光射向阴极，产生了光电流．已知普朗克常量为h，电子电荷量为e，真空中的光速为c.求：
(1) 金属铯的逸出功W.
4
【解析】　(1) 金属铯的逸出功W＝hν
(2) 光电子到达阳极的最大动能Ek.
根据动能定理得eU＝Ek－Ekm
解得光电子到达阳极的最大动能
考向3　康普顿效应、光子的动量及光的波粒二象性　　
1. 从普朗克能量子假说成功解释黑体辐射规律，到爱因斯坦光子说成功解释光电效应，到康普顿效应表明光子除了具有能量之外，还具有动量，康普顿效应进一步揭示了光的粒子性，也再次证明了爱因斯坦光子说的正确性．
2. 光属于电磁波、具有波动性，现在又证明光具有粒子性，所以，光具有波粒二象性．
如图所示是教材上解释康普顿效应的示意图，下列说法中正确的是( )
A. 图中光子与电子不是正碰，故不遵循动量守恒定律
B. 图中碰撞后光子频率ν′可能等于碰撞前光子频率ν
C. 图中碰撞后光子速度可能小于碰撞前光子速度
D. 图中碰撞后光子波长一定大于碰撞前光子波长
5
D
巩固验收
1. (多选)已知能使某金属产生光电效应的截止频率为ν0，则( )
A. 当用频率为2ν0的单色光照射该金属时，一定能产生光电子
B. 当用频率为2ν0的单色光照射该金属时，所产生的光电子的最大初动能为hν0
C. 当照射光的频率ν大于ν0时，若ν增大，则逸出功增大
D. 金属的逸出功与照射光的频率无关
ABD
2. (2022·安徽马鞍山期末)用如图所示的装置研究光电效应， 当用光子能量为3.6 eV的光照射到光电管上时，电流表G有读数. 移动变阻器的触点c，当电压表的示数大于或等于0.9 V时，电流 表读数为0，则下列说法中正确的是( )
A. 光电子的初动能可能为0.8 eV
B. 光电管阴极的逸出功为0.9 eV
C. 开关S断开后，电流表G示数为0
D. 改用能量为2 eV的光子照射，电流表G有电流，但电流较小
A
【解析】　当电压表的示数大于或等于0.9 V时，电流表的示数为0，可知遏止电压为0.9 V，根据eUc＝Ekm，则光电子的最大初动能为0.9 eV，则光电子的初动能可能为0.8 eV，A正确；根据光电效应方程Ekm＝hν－W0，则逸出功为W0＝hν－Ekm＝(3.6－0.9)eV＝2.7 eV，B错误；光电管接的是反向电压，当开关断开后，光电管两端的电压为0，逸出的光电子能够到达另一端，则有电流流过电流表G，C错误；改用能量为2 eV的光子照射，因光电子能量小于逸出功，则不会发生光电子效应，D错误．(共18张PPT)
第四章
原子结构和波粒二象性
习题课2　氢原子能级图及其综合题
核心 目标 1. 能区别一个与一群氢原子跃迁的区别，能分析跃迁与电离的不同，知道光子与实物粒子能否引起原子跃迁的不同.
2. 理解能级图的作用，能分析相关综合问题.
关键能力·分析应用
分类悟法
考向1　“一群”与“一个”氢原子跃迁
一个氢原子处于量子数为n的激发态时，可能辐射出的光谱线条数为N＝n－1.
(多选)(2022·河北承德联考)氢原子的能级示意图如图所示，当氢原子从n＝3能级跃迁到n＝2能级时，辐射光的波长为657 nm.下列说法中正确的是( )
A. 处于基态的氢原子可以吸收波长为633 nm的光子
B. 氢原子从n＝2能级跃迁到n＝1能级时辐射光的波长为122 nm
C. 用能量值大于0.66 eV的电子轰击n＝3能级的氢原子，可能使氢原子向更高的能级跃迁
D. 一个处于n＝3能级上的氢原子向低能级跃迁时最多产生3种谱线
1
BC
考向2　跃迁与电离
hν＝En－Em只适用于光子与原子作用使原子在各定态之间跃迁的情况．对于光子与原子作用使原子电离的情况，则不受此条件的限制，这是因为原子一旦电离，原子结构立即被破坏，因而不再遵守有关原子结构的理论．如基态氢原子的电离能为13.6 eV，只要能量大于或等于13.6 eV的光子都能被基态的氢原子吸收而发生电离，只不过入射光子的能量越大，原子电离后产生的自由电子的动能越大．
2
C
考向3　两种粒子——光子与实物粒子
1. 光子：原子若是吸收光子的能量而被激发，其光子的能量必须等于两能级的能量差，否则不被吸收，不存在激发到n能级时能量有余，而激发到n＋1能级时能量不足，则可激发到n能级的问题．
2. 实物粒子：原子还可吸收外来实物粒子(例如自由电子)的能量而被激发，由于实物粒子的动能可部分地被原子吸收，所以只要入射粒子的能量大于两能级的能量差值，就可使原子发生能级跃迁．
(2022·安徽滁州定远期初)如图所示为氢原子的能级图，锌的逸出功是3.34 eV，关于氢原子在能级跃迁过程中发射或吸收光子的特征，下列说法中正确的是( )
A. 用氢原子从高能级向基态跃迁时发射的光照射锌板一定不能产生光电效应
B. 一群处于n＝3能级的氢原子向低能级跃迁时，能放出6种不同频率的光
C. 一群处于n＝3能级的氢原子向基态跃迁时，发出的光照射锌板，锌板表面所发出的光电子的最大初动能为8.75 eV
3
C
(2022·河南濮阳一中)某原子的部分能级图如图，大量处于某激发态的该原子向低能级跃迁时，发出三种波长的光如图所示，它们的波长分别为λa、λb、λc.下列说法中正确的是( )
A. 同样条件下，a光比b光衍射明显
C. 用同一套装置做双缝干涉实验，a光相邻亮纹的间距最大
D. 若b光照射某种金属能发生光电效应，c光照射该金属也能发生光电效应
4
D
巩固验收
1. (2022·河南浉河区新时代学校)氢原子的能级如图所示，下列说法中正确的是( )
A. 处于n＝1能级的氢原子可以吸收任意频率的光子
B. 氢原子从n＝4能级向n＝2能级跃迁时，发出的光子能量为0.85 eV
C. 一个处于n＝4能级的氢原子向低能级跃迁时，可能发出6种不同频率的光
D. 处于n＝1能级的氢原子可以吸收能量为12 eV的电子的能量
D
【解析】　原子发生跃迁时，吸收的能量等于两个能级的能级差，不能吸收任意频率的光子，A错误；氢原子从n＝4能级向n＝2能级跃迁时，发出的光子能量为(－0.85) eV－(－3.4) eV＝2.55 eV，B错误；一个处于n＝4能级的氢原子向低能级跃迁时，可能发出3种不同频率的光，C错误；12 eV的能量大于n＝1、n＝2能级的能级差，则处于n＝1能级的氢原子可以吸收能量为12 eV的电子的能量，D正确．
2. (2022·安徽芜湖期末)氢原子的能级图如图所示，假设有一个处于n＝4能级的氢原子，则下列说法中正确的是( )
A. 氢原子向低能级跃迁过程中最多可发出6种不同频率的光
B. 氢原子跃迁至基态，核外电子的动能减小
C. 氢原子能吸收能量为0.31 eV的光子发生跃迁
D. 氢原子辐射一个光子后，电子绕核半径增大
C
【解析】　由于只有一个处于n＝4能级的氢原子，因此最多是依次向下跃迁，即n＝4→n＝3→n＝2→n＝1，最多是3种，A错误；电子绕核做圆周运动，库仑力为向心力，氢原子跃迁至基态，半径减小、核外电子的速度增大、动能增大，B错误；n＝4轨道与n＝5轨道的能级相差0.31 eV，所以氢原子能吸收能量为0.31 eV的光子发生跃迁，C正确；氢原子辐射一个光子后，电子向内层跃迁，电子绕核半径减小，D错误．(共29张PPT)
第四章
原子结构和波粒二象性
课时3　原子的核式结构模型
核心 目标 1. 知道发现电子的意义，体会电子发现过程中蕴含的科学方法．了解α粒子散射实验原理和实验现象．
2. 了解卢瑟福的原子核式结构模型，知道原子和原子核大小的数量级．认识原子核式结构模型建立的科学推理与论证过程.
必备知识·记忆理解
要点笔记
要点1　电子的发现
1. 阴极射线：_____发出的一种射线．它能使对着阴极的玻璃管壁发出荧光．
2. 汤姆孙的探究及结论
(1) 根据阴极射线在________和________中的偏转情况断定，它的本质是带______电的粒子流，并求出了这种粒子的比荷．
(2) 换用____________的阴极做实验，所得比荷的数值都________，是氢离子比荷的近两千倍．
(3) 结论：阴极射线粒子带负电，其电荷量的大小与氢离子____________，而质量比氢离子__________，被称为________.
阴极
电场
磁场
负
不同材料
相同
大致相同
小得多
电子
3. 汤姆孙又进一步研究了许多新现象，证明了________是原子的组成部分．
据此，汤姆孙于1898年提出了原子模型，他认为原子是一个________，__________弥漫性地均匀分布在整个球体内，________镶嵌在球中．
4. 电子的电荷量及电荷量子化
(1) 电子电荷量：1910年前后由__________通过著名的____________得出，电子电荷量的现代值为e＝_________________________.
(2) 电荷是量子化的，即任何带电体的电荷只能是________________.
电子
球体
正电荷
电子
密立根
油滴实验
1.602×10－19 C
e的整数倍
1 836
要点2　原子的核式结构模型
1. α粒子散射实验
(1) 实验装置：α粒子源、________、放大镜和__________等．
(2) 实验现象
①绝大多数的α粒子穿过金箔后____________的方向前进．
②少数α粒子发生了__________的偏转．
③极少数α粒子的偏转角______________，甚至有极个别α粒子被反弹回来．
(3) 实验意义：卢瑟福通过α粒子散射实验，否定了汤姆孙的原子模型，建立了____________模型．
金箔
荧光屏
仍沿原来
大角度
大于90°
核式结构
2. 卢瑟福的核式结构模型
1911年由卢瑟福提出，在原子中心有一个很小的核，叫__________.它集中了原子全部的__________和几乎全部的________，________在核外空间运动．
原子核
正电荷
质量
电子
要点3　原子核的电荷与尺度
特别提醒：原子半径与原子核半径相差十万多倍，因此原子内部是十分“空旷”的．
基础内化
1. (2022·新疆乌鲁木齐四中)关于电子的发现，下列说法中正确的是( )
A. 汤姆孙通过对阴极射线的研究发现了电子，从而揭示了原子核是可以再分的
B. 电子的发现，说明原子是由电子和原子核组成的
C. 电子质量与电荷量的比值称为电子的比荷
D. 电子电荷的精确测定最早是由密立根通过著名的“油滴实验”实现的
【解析】　汤姆孙通过对阴极射线的研究发现了电子，从而揭示了原子是可以再分的，A错误；原子的核式结构是卢瑟福通过α粒子的散射实验才提出的，B错误；电子的电荷量与质量的比值称为电子的比荷，C错误；电子电荷的精确测定最早是由密立根通过著名的“油滴实验”实现的，D正确．
D
2. 根据α粒子散射实验，卢瑟福提出了原子的核式结构模型．关于α粒子散射实验，下列说法中正确的是( )
A. 发生大角度偏转的α粒子的电势能先减小后增大
B. α粒子反弹是因为α粒子与金原子核发生了碰撞
C. 绝大多数α粒子沿原方向继续前进说明了带正电的原子核占据原子的空间很小
D. 根据α粒子散射实验可以估算原子的大小
C
【解析】　发生大角度偏转的α粒子所受的库仑力先做负功后做正功，电势能先增大后减小，故A错误；α粒子反弹是因为受金原子核的库仑斥力作用，并未发生碰撞，故B错误；绝大多数α粒子沿原方向前进，说明带正电的原子核占据的空间很小，C正确；当α粒子最靠近原子核时，可以估算原子核的大小，无法估算原子的大小，D错误.
关键能力·分析应用
分类悟法
考向1　电子的发现
1. 对阴极射线的认识——两种观点
(1) 电磁波说，代表人物——赫兹，他认为这种射线是一种电磁辐射．
(2) 粒子说，代表人物——汤姆孙，他认为这种射线是一种带电粒子流．
2. 阴极射线带电性质的判断方法
(1) 在阴极射线所经区域加上电场，通过打在荧光屏上的亮点位置的变化和电场的情况确定阴极射线的带电性质．
(2) 在阴极射线所经区域加一磁场，根据荧光屏上亮点位置的变化和左手定则确定阴极射线的带电性质．
3. 电子发现的意义
人们发现各种物质里都有电子，认识到电子是原子的组成部分；电子带负电，而原子是电中性的，说明原子是可再分的．
如图所示为汤姆孙用来测定电子比荷的装置．当极板P和P′间不加偏转电压时，电子束打在荧光屏的中心O点处，形成一个亮点；加上偏转电压U后，亮点偏离到O′点，O′点到O点的竖直距离为d，水平距离可忽略不计；此时在P与P′之间的区域里再加上一个方向垂直于纸面向里的匀强磁场，调节磁感应强度，当其大小为B时，亮点重新回到O点．已知极板水平方向长度为L1，极板间距为b，极板右端到荧光屏的距离为L2.
1
(1) 求打在荧光屏O点的电子速度的大小．
(2) 推导出电子比荷的表达式．
考向2　对α粒子散射实验的理解
1. α粒子的受力及能量转化情况
(1) α粒子的受力情况
(2) 库仑力对α粒子的做功情况
当α粒子靠近原子核时，库仑力做负功，电势能增加；当α粒子远离原子核时，库仑力做正功，电势能减小．
(3) α粒子的能量转化情况
仅有库仑力做功，能量只在电势能和动能之间相互转化，而总能量保持不变．
2. α粒子散射实验的现象及解释
(1) ____________α粒子在穿过厚厚的金原子层时运动方向没有明显变化，说明原子中绝大部分是空的，原子的正电荷和几乎全部质量都集中在体积很小的核内．
(2) ________α粒子发生较大的偏转，发生较大偏转的α粒子是由于离金原子核较近，库仑斥力较大．
(3) __________ α粒子偏转角度超过90°，有的几乎达到180°，表明这些α粒子在原子中的某个地方受到了质量比它本身大得多的物质的作用．汤姆孙的原子模型不能解释α粒子的大角度散射．
3. 分析α粒子散射实验中的现象时，应注意是“绝大多数”“少数”还是“极少数”粒子的行为．“大角度偏转”只是少数粒子的行为．
绝大多数
少数
极少数
(多选)如图所示为卢瑟福所做的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，下列说法中正确的是( )
A. 相同时间内在A时观察到屏上的闪光次数最多
B. 相同时间内在B时观察到屏上的闪光次数比放在A时稍少些
C. 放在D位置时屏上仍能观察到一些闪光
D. 放在C、D位置时屏上观察不到闪光
2
AC
【解析】　在卢瑟福α粒子散射实验中，α粒子穿过金箔后，绝大多数α粒子仍沿原来的方向前进，故A正确；少数α粒子发生大角度偏转，极少数α粒子偏转角度大于90°，极个别α粒子反弹回来，所以在B位置只能观察到少数的闪光，在C、D两位置能观察到的闪光次数极少，故B、D错误，C正确．
关于α粒子散射实验现象的分析，下列说法中正确的有( )
A. 绝大多数α粒子沿原方向运动，说明原子内部都不带电
B. 绝大多数α粒子沿原方向运动，说明原子内大部分空间正电荷分布是均匀的
C. 少数α粒子发生较大的偏转，是因为发生偏转的α粒子离原子核较近，库仑斥力较大
D. 极少数α粒子发生大角度偏转，说明原子内的电子对α粒子的吸引力很大
3
C
【解析】　α粒子散射实验的内容是：绝大多数α粒子几乎不发生偏转；少数α粒子发生了较大的角度偏转；极少数α粒子发生了大角度偏转(偏转角度超过90°，有的甚至几乎达到180°，被反弹回来)．从绝大多数α粒子几乎不发生偏转，可以推测使粒子受到排斥力的核体积极小，所以带正电的物质只占整个原子的很小空间，并不是正电荷均匀分布在原子核内，A、B错误；少数α粒子发生较大的偏转，是因为发生偏转的α粒子离原子核较近，库仑斥力较大，α粒子发生大角度偏转，是由于原子核对α粒子的排斥力很大，C正确，D错误．
考向3　原子的核式结构模型与原子核的组成
1. 原子的核式结构模型与原子的枣糕模型的根本区别．
核式结构模型 枣糕模型
原子内部是非常空旷的，正电荷集中在一个很小的核里 原子是充满了正电荷的球体
电子绕核高速旋转 电子均匀嵌在原子球体内
2. α粒子散射实验是得出____________________的实验基础，对实验现象的分析是建立卢瑟福核式结构模型的关键．通过对α粒子散射实验这一宏观探测，间接地构建出原子结构的微观图景．
3. 原子核的电荷与尺度
(1) 原子内的电荷关系：原子核的电荷数即核内质子数，与核外的电子数相等．
(2) 原子核的组成：原子核由质子和中子组成，原子核的电荷数等于原子核的质子数．
(3) 原子半径的数量级是10－10 m，原子核半径的数量级是10－15 m，两者相差10万倍之多．
原子核式结构模型
(多选)关于原子的核式结构学说，下列说法中正确的是( )
A. 原子中绝大部分是“空”的，原子核很小
B. 电子在核外绕核旋转的向心力是原子核对它的库仑力
C. 原子的全部正电荷和质量都集中在原子核里
D. 原子核的直径约是1×10－10 m
4
【解析】　根据α粒子散射实验，绝大多数的α粒子都沿着直线穿过金箔，少数的α粒子发生大角度的偏转，有的甚至被弹回，说明原子内绝大部分区域是“空”的，少数被弹回说明原子全部正电荷都集中在很小的原子核内，并且除了核外电子，其他质量都集中在原子核内，根据散射的概率算出原子核的直径约是1×10－15 m，电子绕原子核的圆周运动是原子核与电子间的库仑力提供向心力，A、B正确，C、D错误.
AB
巩固验收
1. (多选)如图所示是汤姆孙的气体放电管的示意图，下列说法中正确的是( )
A. 若在D1、D2之间不加电场和磁场，则阴极射线应打到最右端的P1点
B. 若在D1、D2之间加上竖直向下的电场，则阴极射线应向下偏转
C. 若在D1、D2之间加上竖直向下的电场，则阴极射线应向上偏转
D. 若在D1、D2之间加上垂直纸面向里的磁场，则阴极射线向上偏转
AC
【解析】　实验证明，阴极射线是电子，它在电场中偏转时应偏向带正电的极板一侧，可知C正确，B错误；加上垂直纸面向里的磁场时，电子在磁场中受洛伦兹力作用，要向下偏转，D错误；当不加电场和磁场时，电子所受的重力可以忽略不计，因而不发生偏转，A正确．
2. (多选)关于α粒子散射实验现象的分析，下列说法中正确的是( )
A. 绝大多数α粒子沿原方向运动，说明正电荷在原子内均匀分布
B. 绝大多数α粒子沿原方向运动，说明这些α粒子未受到明显的力的作用，原子内大部分空间是空的
C. 极少数α粒子发生大角度偏转，说明原子内质量和电荷量比α粒子大得多的粒子在原子内分布空间很小
D. 极少数α粒子发生大角度偏转，说明整个原子对α粒子的斥力很大
BC
【解析】　在α粒子散射实验中，绝大多数α粒子沿原方向运动，说明这些α粒子未受到原子核明显的力的作用，也说明原子核相对原子来讲很小，原子内大部分空间是空的，故A错误，B正确；极少数α粒子发生大角度偏转，说明会受到原子核明显的力的作用的空间在原子内很小，α粒子偏转而原子核未动，说明原子核的质量和电荷量远大于α粒子的质量和电荷量，电子的质量远小于α粒子的质量，α粒子打在电子上，不会有明显偏转，故C正确，D错误．(共25张PPT)
第四章
原子结构和波粒二象性
课时1　普朗克黑体辐射理论
核心 目标 1. 知道黑体与黑体辐射，知道黑体辐射的实验规律及理论解释．了解能量子假说，领会科学解释中的科学假说方法．
2. 了解宏观物体和微观粒子的能量变化特点，体会能量量子化的提出对人们认识物质世界的影响.
必备知识·记忆理解
要点笔记
要点1　黑体与黑体辐射
1. 热辐射：我们周围的一切物体都在辐射__________(如红外辐射)．这种辐射与物体的________有关，所以叫作热辐射．
2. 黑体：如果某种物体能够____________入射的各种波长的电磁波而不发生反射，这种物体就是绝对黑体，简称黑体．
如图所示，带小孔的空腔就可以近似为一个绝对黑体．
电磁波
温度
完全吸收
3. 黑体辐射：黑体虽然不反射电磁波，却可以向外________电磁波，这样的辐射叫作黑体辐射．
(1) 对于一般材料的物体，辐射电磁波的情况除了与温度有关，还与材料的种类及表面状况有关．
(2) 黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的________有关．这可能反映了某种具有普遍意义的客观规律．
辐射
温度
要点2　黑体辐射的实验规律
1. 不同温度下黑体辐射的强度与波长的关系，如图所示．
2. 实验规律
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________的方向移动．
3. 对实验规律的两个不成功的理论解释
(1) 维恩公式：在__________与实验非常接近，在__________则与实验偏离很大．
(2) 瑞利公式：在__________与实验基本一致，但在__________与实验严重不符，由理论得出的荒谬结果被称为“紫外灾难”．
不成功的原因：依据________和__________的知识寻求理论解释．
增加
较短
短波区
长波区
长波区
短波区
热学
电磁学
4. 德国物理学家普朗克尝试从电磁学、力学、统计物理学等物理学的基本理论出发，提出全新的假设，不仅成功解释了黑体辐射的实验规律，还第一次为人们揭开了微观世界物理规律面纱的一角．从此，物理学进入了一个新的纪元．
要点3　能量子
1. 普朗克能量子假说：组成黑体的振动着的带电微粒的能量只能是某一最小能量值 ε 的整数倍，例如，可能是 ε 或 2ε、 3ε、…他把这个不可再分的________ _________ 叫作能量子，
2. 能量子的表达式： ε＝______________.
ν 是带电微粒的振动频率，也即带电微粒吸收或辐射电磁波的频率．
h 是普朗克常量，h＝_______________J·s.(一般取h＝6.63×10－34 J·s)
最小能量
值ε
hν
6.626×10－34
3. 普朗克对微观带电微粒能量取值的假设和宏观世界中我们对能量的认识有很大不同．
(1) 宏观世界中，能量值是________的．而普朗克的假设则认为微观粒子的能量是__________的，或者说微观粒子的能量是分立的．
(2) 这是微观与宏观世界物理规律最重要的差别之一．
连续
量子化
基础内化
1. (多选)下列说法中正确的是( )
A. 一切物体都在辐射电磁波
B. 一般物体辐射电磁波的情况只与温度有关
C. 一般物体辐射电磁波的情况只与材料有关
D. 黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体温度有关
【解析】　根据热辐射定义知A正确；根据热辐射和黑体辐射的特点知一般物体辐射电磁波的情况除与温度有关外，还与材料种类和表面状况有关，而黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体温度有关，B、C错误，D正确．
AD
2. (多选)根据黑体辐射的实验规律，下列说法中正确的是( )
A. 在同一温度下，波长越短的电磁波辐射强度越大
B. 在同一温度下，辐射强度最大的电磁波波长不是最大的，也不是最小的，而是处在最大波长与最小波长之间
C. 温度越高，辐射强度的极大值就越大
D. 温度越高，辐射强度最大的电磁波的波长越短
【解析】　在同一温度下，辐射强度最大的电磁波波长不是最大的，也不是最小的，而是处在最大波长与最小波长之间，A错误，B正确；黑体辐射的强度与温度有关，温度越高，黑体辐射的强度越大，则辐射强度的极大值也就越大，C正确；随着温度的升高，黑体辐射强度的极大值向波长较短的方向移动，D正确.
BCD
关键能力·分析应用
考向1　黑体及黑体辐射的实验规律
1. 现实生活中不存在绝对黑体，因为实际的物体都能辐射红外线(电磁波)，也都能吸收和反射红外线(电磁波)，所以(绝对)黑体是__________的模型．
2. 黑体辐射的实验规律
(1) 温度一定时，黑体辐射强度随波长的分布有一个极大值．
(2) 随着温度的升高
①各种波长的辐射强度都有所增加．
②辐射强度的极大值向波长较短的方向移动．
理想化
特别提醒：① 热辐射不一定要高温，任何温度的物体都发出一定的热辐射，只是温度低时热辐射弱，温度高时热辐射强．
② 黑体是一个理想化的物理模型，实际不存在．
③ 黑体看上去不一定是黑的，有些可看作黑体的物体由于自身有较强的辐射，看起来还会很明亮．
(2022·河北大名县一中)关于对黑体的认识，下列说法中正确的是( )
A. 黑体只吸收电磁波，不反射电磁波，看上去是黑的
B. 黑体辐射电磁波的强度按波长的分布除与温度有关外，还与材料的种类及表面状况有关
C. 黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与温度有关，与材料的种类及表面状况无关
D. 随着黑体温度的升高，辐射强度的极大值向波长较长的方向移动
1
【解析】　能100%地吸收入射到其表面的电磁辐射，这样的物体称为黑体，不一定是黑的，A错误；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，B错误，C正确；随着温度的升高，黑体辐射强度的极大值向波长较短的方向移动，D错误．
C
(多选)黑体辐射的实验规律如图所示，由图可知( )
A. 随温度升高，各种波长的辐射强度都增加
B. 随温度降低，各种波长的辐射强度都增加
C. 随温度升高，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动
D. 随温度降低，辐射强度的极大值向波长较长的方向移动
2
【解析】　由题图可知，随温度升高，各种波长的辐射强度都增加，且辐射强度的极大值向波长较短的方向移动，当温度降低时，上述变化都将反过来．故A、C、D正确．
ACD
考向2　能量子的理解和计算
1. 对能量子的理解
(1) 物体热辐射所发出的电磁波是通过内部的带电谐振子向外辐射的，谐振子的能量是不连续的，只能是ν的整数倍．
(2) 微观世界中的物理系统，如原子、分子和离子等，其能量正如普朗克所假设的那样，只能取某些特定的值，即能量是量子化的．
2. 能量量子化假说的意义
普朗克的量子化假说把人类对微观世界的认识推到了一个新的高度，对现代物理学的发展产生了革命性的影响．普朗克常量是自然界中最基本的常量之一，它展现了微观世界的基本特征，架起了电磁波的波动性与粒子性的桥梁．
(2022·山西太原期末)关于能量量子化，下列说法中正确的是( )
A. 能量子假设最早是由爱因斯坦提出来的
B. 微观粒子的能量是不连续的，只能是某一最小能量值的整数倍
C. 电磁波的波长越长，其能量子越大
D. 能量子假说与宏观世界中对能量的认识相矛盾，因而它一定是错误的观点
3
B
(多选)1900年德国物理学家普朗克在研究黑体辐射时提出了一个大胆的假说，即能量子假说，下列说法属于能量子假说内容的是( )
A. 物质发射(或吸收)能量时，能量不是连续的，而是一份一份进行的
B. 能量子假说中将每一份能量单位，称为“能量子”
C. 能量子假说中的能量子的能量E＝hν，ν为辐射的频率，h为普朗克常量
D. 能量子假说认为能量是连续的，是不可分割的
4
【解析】　能量子假说认为，物质发射(或吸收)能量时，能量不是连续的，而是一份一份进行的，A项符合题意，D项不符合题意；能量子假说认为，每一份能量单位，称为“能量子”， 能量子的能量E＝hν，ν为辐射的频率，h为普朗克常量，B、C两项正确．
ABC
人眼对绿光较为敏感，正常人的眼睛接收到波长为530 nm的绿光时，只要每秒钟有6个绿光的光子射入瞳孔，眼睛就能察觉．普朗克常量为6.63×10－34 J·s，光速为3.0×108 m/s，则人眼能察觉到绿光时所接收到的最小功率是( )
A. 2.3×10－18 W B. 3.8×10－19 W
C. 7.0×10－10 W D. 1.2×10－18 W
5
A
巩固验收
1. (2022·辽宁海州高级中学)关于黑体与黑体辐射，下列说法中正确的是( )
A. 一般物体辐射电磁波的情况与温度无关，只与材料的种类及表面情况有关
B. 黑体能完全吸收入射的各种波长的电磁波而不发生反射，所以看起来是黑色的
C. 随着温度的升高，黑体辐射电磁波的辐射强度将会增加
D. 黑体辐射随着温度的升高，辐射强度的极大值向波长较长的方向移动
C
【解析】　一般物体辐射电磁波的情况与温度有关，也与材料的种类及表面情况有关，A错误；黑体能完全吸收入射的各种波长的电磁波而不发生反射，但黑体不一定是黑色的，B错误；随着温度的升高，黑体辐射电磁波的辐射强度将会增加，C正确；黑体辐射随着温度的升高，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动，D错误．
2. (多选)黑体辐射的实验规律如图所示，下列说法中正确的是 ( )
A. 在同一温度下，波长越短的电磁波辐射强度越大
B. 在同一温度下，辐射强度最大的电磁波波长不是最大的， 也不是最小的，而是处在最大与最小波长之间
C. 温度越高，辐射强度的极大值就越大
D. 温度越高，辐射强度最大的电磁波的波长越短
【解析】　根据题图中黑体辐射强度与波长的关系知B、C、D正确．
BCD
3. 一盏电灯发光功率为100 W，假设它发出的光向四周均匀辐射，光的平均波长λ＝6.0×10－7 m，在距电灯r＝10 m远处，以电灯为球心的球面上，1 m2的面积每秒通过的能量子数约为( )
A. 2×1017个 B. 2×1016个
C. 2×1015个 D. 2×1023个
A(共23张PPT)
第四章
原子结构和波粒二象性
微专题2　光电效应图像
核心 目标 1. 理解光电流与正反向电压的关系、光电子最大初动能与入射光频率的关系图像，进一步理解光电效应方程.
2. 理解遏止电压Uc与入射光频率ν的关系图线，能用于分析实验现象.
关键能力·分析应用
分类悟法
考向1　光电流与正反向电压的关系
分析与说明 图线形状 由图线直接(间接)得到的物理量
在光的频率不变 (同种光)的情况下 (1)饱和光电流的大小Im由________决定，光强越大，饱和光电流越大．
(2) 由图可知，截止电压为Uc.
(3) 可求得光电子最大初动能Ek＝eUc
光强
分析与说明 图线形状 由图线直接(间接)得到的物理量
在入射光频率不同种的情况下 (1)由图可读出饱和光电流的大小Im
(2) 由图可知，截止电压为Uc1 > Uc2
可推知入射光频率ν1>ν2
(3) 可求得光电子最大初动能Ek1＝eUc1，Ek2＝eUc2
在光电效应实验中，小明同学用同一实验装置，如图1所示，在甲、乙、丙三种光的照射下得到了三条电流表与电压表读数之间的关系曲线，如图2所示．则下列说法中正确的是( )
A. 乙光的频率大于甲光的频率
B. 甲光的波长小于丙光的波长
C. 丙光的光子能量小于甲光的 光子能量
D. 乙光对应的光电子最大初动 能小于丙光的光电子最大初动能
1
A
(2022·安徽黄山期末)用频率为ν0的光照射某种金属发生光电效应，测出光电流i随电压U的变化图像如图所示，已知普朗克常量为h，电子的质量为m、带电荷量为－e，求：
(1) 照射在金属表面上的这束光的最小功率P.
(2) 逸出光电子的最大动量．
2
考向2　光电子最大初动能与入射光频率的关系
分析与说明 图线形状 由图线直接(间接)得到的物理量
根据光电效应方程Ekm＝hν－W0可作出图像 (1) 截止频率：图线与ν轴交点的横坐标νc
(2) 逸出功：图线与Ek轴交点的纵坐标的值的绝对值W0＝|－E|＝E
(3) 普朗克常量：图线的斜率k＝h
用如图甲所示的装置研究光电效应现象．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( )
B. 仅增加照射光的强度，光电子的最大 初动能将增大
C. 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
D. 保持照射光强度不变，仅提高照射光频率，电流表G的示数增大
3
A
(多选)(2022·广东深圳德琳学校)如图所示是甲、乙两种金属的光电子的最大初动能与入射光频率的关系图像，由图像可知( )
A. 无论用什么金属做实验，图像的斜率不变
B. 同一色光照射下，甲金属发射的光电子的最大初动能比乙金属发射的光电子的最大初动能大
C. 要获得相等的最大初动能的光电子，照射甲金属的光的频率要比照射乙金属的光的频率大
D. 甲金属的逸出功比乙金属的逸出功大
4
AB
【解析】　由光电效应方程可知Ek＝hν－W0，图像的斜率表示普朗克常量，A正确；由图像可知，甲光的逸出功小，根据光电效应方程，因此同一色光照射下，甲金属发射的光电子的最大初动能比乙金属发射的光电子的最大初动能大，B正确；要获得相等的最大初动能的光电子，由于甲光的逸出功小，所以照射甲金属的光的频率要比照射乙金属的光的频率小，C错误；根据光电效应方程，结合图像可知，图像与纵轴的截距表示逸出功，所以甲金属的逸出功比乙金属的逸出功小，D错误.
考向3　遏止电压Uc与入射光频率ν的关系图线
分析与说明 图线形状 由图线直接(间接)得到的物理量
因为eUc＝Ekm＝hν－W0可得出Uc＝ ①截止频率νc：图线与横轴的交点的横坐标
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·安徽滁州期末)图甲是探究“光电效应”实验电路图， 光电管遏止电压Uc随入射光频率ν的变化规律如图乙所示．下列说法中正确的是( )
　
A. 入射光的频率ν不同，遏止电压Uc相同
B. 入射光的频率ν不同，光照强度不同，Uc －ν图像的斜率相同
C. 图甲所示电路中，当电压增大到一定数值时，电流表将达到饱和电流
D. 只要入射光的光照强度相同，光电子的最大初动能就一定相同
5
B
小明用金属铷为阴极的光电管，观测光电效应现象，实验装置示意图如图甲所示．已知普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s.
　　
(1) 图甲中电极A为光电管的________(填“阴极”或“阳极”)．
6
【解析】　(1) 光电管中光束直接照射的K极为光电管的阴极，所以电极A为光电管的阳极．
阳极
(2) 实验中测得铷的遏止电压Uc与入射光频率ν之间的关系如图乙所示，则铷的截止频率νc和逸出功W0分别是多少？
【解析】　(2) 由Uc －ν图线可知，铷的截止频率νc＝5.15×1014 Hz，金属的逸出功W＝hνc＝6.63×10－34×5.15×1014 J＝3.41×10－19 J.
(3) 若实验中入射光的频率ν＝7.00×1014 Hz，则产生的光电子的最大初动能Ek是多少？
【解析】　(3) 由光电效应方程Ek＝hν－W可得产生的光电子的最大初动能Ek＝6.63×10－34×7.00×1014 J－3.41×10－19 J＝1.23×10－19 J.
巩固验收
1. (2022·河南灵宝五中)用同一光电管研究a、b两种单色光产 生的光电效应，得到光电流I与光电管两极间所加电压U的关系如 图．下列说法中正确的是( )
A. 另一个光电管加一定的正向电压，如果a光能使该光电管产生光电流，则b光一定能使该光电管产生光电流
B. 如果使b光的强度减半，则在任何电压下，b光产生的光电流一定比a光产生的光电流小
C. a光光子的频率小于b光光子的频率，a光的强度小于b光的强度
D. a光光子的频率大于b光光子的频率，a光的强度小于b光的强度
A
【解析】　由图像可得b光照射光电管时反向截止电压大，使其逸出的光电子最大初动能大，所以b光的频率大，光子的能量大，而a光的饱和光电流较大，即单位时间逸出的电子数较多，单位时间发出的光子数较多，而光强与光子的能量与单位时间的光子数都有关，可知光照强度无法比较，C、D错误；b光的反向截止电压大，所以当反向电压大于a光的反向电压而小于b光的反向电压时，b光产生的光电流一定比a光产生的光电流大，B错误；由于b光的频率大，另一个光电管加一定的正向电压，如果a光能使该光电管产生光电流，则b光一定能使该光电管产生光电流，A正确．
2. (2022·河南南阳一中)在某次光电效应实验中，得到的遏止电压Uc与入射光的频率ν的关系如图所示，若该直线的斜率和纵截距分别为k和－b，电子电荷量的绝对值为e，则( )
B. 若更换材料再实验，得到的图线k改变，b改变
C. 所用材料的逸出功可表示为eb
D. b由入射光决定，与所用材料无关
C(共35张PPT)
第四章
原子结构和波粒二象性
课时4　氢原子光谱和玻尔的原子模型
核心 目标 1. 了解光谱、连续谱和线状谱等概念．知道氢原子光谱的实验规律．知道经典理论的困难在于无法解释原子的稳定性和光谱的分立特性.
2. 了解玻尔原子理论的基本假设的主要内容．能用玻尔原子理论解释氢原子能级图及光谱．
3. 认识玻尔的原子理论和卢瑟福的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其原因.
必备知识·记忆理解
要点1　光谱
1. 定义：用棱镜或光栅可以把物质发出的光按_________ (频率)展开，获得________ (频率)和强度分布的记录，即光谱．
2. 分类
(1) 发射光谱：由发光体________产生的光谱．
①线状谱：光谱是一条条的________，也叫特征谱线．
②连续谱：光谱是连在一起的________，包含有从红光到紫光的各种色光．
(2) 吸收光谱：是连续光谱背景上出现的一些暗线(与特征谱线相对应)．
波长
波长
直接
亮线
光带
3. 光谱分析
(1) 定义：每种原子都有自己的____________，可以利用它来鉴别物质和确定物质的组成成分，这种方法称为光谱分析．
(2) 优点：灵敏度高．样本中一种元素的含量达到10－13 kg 时就可以被检测到．
特征谱线
要点2　氢原子光谱的实验规律
1. 氢原子光谱显示：氢原子只能发出一系列特定________的光．如图．
2. 实验规律：氢原子的这些特定波长的光其波长都满足巴耳末公式：＝R∞_________，(n＝3,4,5，…)，或与巴耳末公式类似的关系式．公式以简洁的形式反映了氢原子的________光谱的特征．
波长
线状
要点3　经典理论的困难
1. 核式结构模型的成就：正确地指出了__________的存在，很好地解释了__________________.
2. 经典理论的困难：经典物理学既无法解释原子的__________，又无法解释原子光谱的________线状谱．
结论：尽管经典物理学可以很好地应用于宏观物体，但它不能解释原子世界的现象．
原子核
α粒子散射实验
稳定性
分立
要点4　玻尔原子结构假设
1. 轨道量子化与定态
(1) 原子中的电子在__________的作用下，绕__________做圆周运动，服从经典力学的规律．
(2) 电子绕核运动的轨道是__________的．即轨道半径只能够是一些不连续的、某些分立的数值．
(3) 电子在这些轨道上绕核运动时，原子是________的，且不产生___________.
库仑力
原子核
量子化
稳定
电磁辐射
2. 频率条件
当电子从能量较高的定态轨道(其能量记为En)________到能量较低的定态轨道(其能量记为Em，n＞m)时，会________能量为hν的光子，该光子的能量hν＝____________，这个式子被称为________条件，又称________条件．
反之，当电子吸收光子时会从能量较低的定态轨道跃迁到能量较高的定态轨道，吸收的光子的能量同样由频率条件决定．
跃迁
放出
En－Em
频率
辐射
要点5　玻尔理论对氢光谱的解释
1. 玻尔通过“定态假说”解释了“原子的稳定性”困难．
2. 玻尔通过“轨道量子化”和“频率条件”从理论上推出了巴耳末公式，并从理论上算出里德伯常量 R∞的值，且与实验值符合得很好．成功解释了“原子光谱的________线状谱”成因．
分立
要点6　玻尔理论的局限性
1. 成功之处
玻尔理论第一次将____________引入原子领域，提出了______________的概念，成功解释了__________光谱的实验规律．
2. 局限性
玻尔理论保留了____________的观念，把电子的运动仍然看成经典力学描述下的________运动．
3. 电子云：原子中的电子没有确定的坐标值，我们只能描述电子在某个位置出现________的多少，把电子这种概率分布用疏密不同的点表示时，这种图像就像________一样分布在原子核周围，故称__________.
量子观念
定态和跃迁
氢原子
经典粒子
轨道
概率
云雾
电子云
基础内化
1. (多选)关于线状谱，下列说法中正确的是( )
A. 每种原子处在不同温度下发光的线状谱不同
B. 每种原子处在不同的物质中的线状谱相同
C. 每种原子在任何条件下发光的线状谱都相同
D. 两种不同的原子发光的线状谱可能相同
【解析】　每种原子都有自己的结构，只能发出由内部结构决定的自己的特征谱线，不会因温度、所处物质不同而改变，B、C正确．
BC
2. 下列不符合玻尔提出的原子模型中所作的假设的是( )
A. 原子处于称为定态的能量状态时，虽然电子做加速运动，但并不向外辐射能量
B. 原子的不同能量状态与电子沿不同的圆轨道绕核运动相对应，而电子的可能轨道的分布是不连续的
C. 电子从一个轨道跃迁到另一轨道时，辐射(或吸收)一定频率的光子
D. 原子发光时形成的光谱是连续光谱
D
关键能力·分析应用
分类悟法
考向1　光谱 氢原子光谱
1. 光谱
每种原子都有自己的特征谱线，特征谱线可以是线状谱线，也可以是吸收谱线，根据特征谱线可以做光谱分析．通过高频分析，可以窥探原子内部的信息．
注意，太阳光谱是________光谱，研究太阳光谱发现了太阳大气中存在钠、镁、铜、锌、镍等金属元素．
吸收
2. 氢原子光谱
(1) 巴耳末根据当时已知的氢原子可见光区的4条氢光谱线，找到了巴耳末公式，根据巴耳末公式，发现了巴耳末谱线系．
(2) 除了巴耳末系谱线，氢原子还有位于紫外线区的赖曼系谱线， 还有位于红外线区的帕邢系、布喇开系等谱线，如图所示．
(3) 经典的电磁理论既不能解释原子的__________，又无法解释原子光谱的________线状谱，说明核式结构模型还需修正．研究巴耳末公式，结合量子论、光子的概念，玻尔提出了原子结构假说，解释了氢原子光谱的成因．
稳定性
分立
关于光谱和光谱分析，下列说法中正确的是( )
A. 太阳光谱是线状谱
B. 煤气灯火焰中燃烧的钠蒸气产生的光谱是线状谱
C. 进行光谱分析时，可以利用线状谱，也可以利用连续谱
D. 观察月亮光谱，可以确定月亮的化学组成
1
【解析】　太阳光谱是吸收光谱；煤气灯火焰中钠蒸气产生的光谱属稀薄气体发光，是线状谱；进行光谱分析时，可以利用线状谱或吸收光谱，不能用连续谱；由于月亮反射太阳光，其光谱无法确定月亮的化学组成．B正确．
B
A. 巴耳末依据核式结构理论总结出巴耳末公式
B. 巴耳末公式反映了氢原子发光的连续性
C. 巴耳末依据氢光谱的分析总结出巴耳末公式
D. 巴耳末公式准确反映了氢原子发光的分立性，其波长的分立值并不是人为规定的
2
【解析】　巴耳末是利用当时已知的、在可见光区的四条谱线作了分析总结出的巴耳末公式，并不是依据核式结构理论总结出来的，巴耳末公式反映了氢原子发光的分立性，也就是氢原子实际只会发出若干特定频率的光，由此可知，C、D正确．
CD
考向2　玻尔原子结构假说及其对氢光谱的解释　　
1. 根据轨道量子化假说，核外电子绕核运动的轨道半径满足rn＝__________，(n＝1,2,3，…)，r1＝0.53×10－10 m.
2. 根据定态假说，电子在这些轨道上运动时，对应量子数为n的轨道，原子的能量数值，即能级En＝__________，(n＝1,2,3，…)．其中E1代表氢原子的基态的能级，E1＝－13.6 eV.量子数n越大，表示能级越高．
3. 根据频率条件，原子跃迁时以光子的形式放出或吸收能量，光子的频率由下式决定：hν＝En－Em(En、Em是始末两个能级且mn2r1
高
5. 结论
(1) 当n＝______，m取3,4,5，…时，即得出了巴耳末系．巴耳末公式代表的应该是电子从量子数分别为 n＝3,4,5，… 的能级向量子数为2 的能级跃迁时发出的光谱线．
(2) 玻尔理论也能很好地解释甚至预言氢原子的其他谱线系，即氢原子从高能级向 m＝1,3,4能级跃迁，也会产生相应的光谱．它们也都被实验观测到了，分别称为赖曼系、帕邢系、布喇开系等．
2
一群
3
A
(1) 原子系统具有的能量．
4
(2) 电子在轨道上运动的动能．
(3) 电子具有的电势能．
【解析】　(3) 由于E4＝Ek4＋Ep4
所以电势能Ep4＝E4－Ek4＝－1.7 eV
(4) 向低能级跃迁辐射的光子频率最多有多少种？其中最低频率为多少(保留两位有效数字)
【解析】　(4) 最多有六种．从n＝4→3；3→2；2→1；4→2；4→1；3→1.能级差最小的是n＝4→n＝3，所辐射的光子能量为ΔE＝hν＝E4－E3＝0.66 eV.
考向3　氢原子能级图及其应用
1. 根据玻尔理论，电子只能在特定的绕核轨道上运动，最小半径是0.053 nm，r2＝0.212 nm，r3＝0.477 nm，…rn＝n2r1.
这些量子化的能量值叫作能级．原子中这些具有确定能量的稳定状态，称为定态．能量最低的状态叫作基态，其他的状态叫作激发态．
－13.6 eV
(1) 能级图中的横线表示氢原子可能的能量状态——定态．
(2) 能级图中n称为量子数，E1代表氢原子的基态能量，即量子数n＝1时对应的能量，其值为－13.6 eV.En代表电子在第n个轨道上运动时氢原子的能量．
(3) 作能级图时，能级横线间的距离和相应的能级差相对应，能级差越大，间隔越宽，所以量子数越大，能级越密，竖直线的箭头表示原子跃迁方向，长度表示辐射光子能量的大小，n＝1 是原子的基态，n→∞是原子电离时对应的状态．
如图所示，氢原子从n＞2的某一能级跃迁到n＝2的能级，辐射出能量为2.55 eV的光子．
(1) 最少要给基态的氢原子提供多少电子伏特的能量，才能使它辐射上述能量的光子？
5
【解析】　(1) 氢原子从n＞2的某一能级跃迁到n＝2 的能级．
满足hν＝En－E2＝2.55 eV
故En＝hν＋E2＝－0.85 eV
由氢原子能级图可知n＝4
基态氢原子要从n＝1跃迁到n＝4的能级，至少应提供的能量
ΔE＝E4－E1＝12.75 eV
(2) 获得该能量后，氢原子发出光子的最长波长是多少？
【解析】　(2) 波长最长的光子能量最小，对应的跃迁的能级差也最小，应从n＝4跃迁到n＝3
由hν＝E4－E3，c＝λ·ν
(3) 请在图中画出获得该能量后的氢原子可能的辐射跃迁图．
【解析】　(3) 氢原子可能的跃迁图如图所示．
巩固验收
1. (多选)(2022·河南宋基信阳实验中学)关于氢原子光谱，下列说法中正确的是( )
A. 氢原子的发射光谱是连续光谱
B. 氢原子光谱的频率与氢原子能级的能量差有关
C. 氢原子光谱说明氢原子能级是分立的
D. 氢原子光谱说明氢原子只发出特定频率的光
BCD
2. (多选)氢原子能级图如图所示，a、b、c分别表示原子在不同能级之间的三种跃迁途径，设a、b、c在跃迁过程中，放出光子的能量和波长分别是Ea、Eb、Ec和λa、λb、λc，若a光恰能使某金属产生光电效应，则( )
A. λa＝λb＋λc
C. Eb＝Ea＋Ec
D. c光也能使该金属产生光电效应
BC

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