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1、2020版物理新导学浙江选考大一轮精讲讲义第1讲波粒二象性原子结构考试标准知识内容考试要求说明能量量子化b1.不要求掌握黑体辐射的概念和实验规律.2.不要求识记研究光电效应现象的实验电路图.3.不要求用xp进行计算.4.不要求了解测量比荷的实验装置.5.不要求计算以密立根实验为背景的问题.6.不要求了解粒子散射实验装置的细节.7.不要求用氢原子光谱的实验规律计算波长.8.不要求识记氢原子不同状态时的电子云.光的粒子性c粒子的波动性c概率波b不确定性关系b电子的发现a原子的核式结构模型b氢原子光谱b玻尔的原子模型c一、能量量子化1.量子化假设振动着的带电微粒的能量只能是某一最小能量值的整数倍，并
2、以这个最小能量值为单位一份一份地吸收或辐射.2.能量子不可再分的最小能量值h，是电磁波的频率，h是普朗克常量，h6.6261034 Js.二、光的粒子性1.光电效应现象在光的照射下金属中的电子从金属表面逸出的现象，叫做光电效应，发射出来的电子叫做光电子.2.实验规律(1)每种金属都有一个极限频率.(2)光电子的最大初动能与入射光的强度无关，只随入射光的频率增大而增大.(3)光照射到金属表面时，光电子的发射几乎是瞬时的.(4)保持入射光频率不变，入射光越强，单位时间内发射的光电子数越多.3.爱因斯坦光电效应方程(1)光子：光不仅在发射和吸收时能量是一份一份的，而且光本身就是由一个个不可分割的能量
3、子组成的，这些能量子称为光子，频率为的光子的能量为h.(2)爱因斯坦光电效应方程表达式：hEkW0或EkhW0.物理意义：金属中的电子吸收一个光子获得的能量是h，这些能量的一部分用于克服金属的逸出功W0，剩下的表现为逸出后电子的初动能Ek.自测1关于光电效应现象，下列说法中正确的是()A.在光电效应现象中，入射光的强度越大，光电子的最大初动能越大B.在光电效应现象中，光电子的最大初动能与入射光的频率成正比C.对于任何一种金属都存在一个“最大波长”，入射光的波长必须小于此波长，才能产生光电效应D.对于某种金属，只要入射光的强度足够大，就会发生光电效应答案C三、光的波动性概率波1.光的波粒二象性(
4、1)光的干涉、衍射、偏振现象证明光具有波动性.(2)光电效应说明光具有粒子性.(3)光既具有波动性，又具有粒子性，称为光的波粒二象性.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个波与它对应，其波长，p为运动物体的动量，h为普朗克常量.3.概率波大量光子产生的效果显示出波动性，个别光子产生的效果显示出粒子性，光波是概率波，光子的行为服从统计规律，对于电子和其他微粒，由于同样具有波粒二象性，所以与它们相联系的物质波也是概率波.4.不确定性关系在经典力学中，一个质点的位置和动量是可以同时测定的，在量子力学中，要同时测出微观粒子的位置和动量是不可能的，我们把这种关系叫做不确定性关
5、系.自测2(多选)下列说法中正确的是()A.光的波粒二象性学说彻底推翻了麦克斯韦的光的电磁说B.在光的双缝干涉实验中，暗条纹的地方是光子永远不能到达的地方C.光的双缝干涉实验中，大量光子打在光屏上的落点是有规律的，暗纹处落下光子的概率小D.单个光子的作用效果表现为粒子性，大量光子的作用效果表现为波动性答案CD四、电子的发现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，提出了原子的“枣糕模型”.2.原子的核式结构模型(1)粒子散射实验的结果：绝大多数粒子穿过金箔后，基本上仍沿原来的方向前进，但有少数粒子发生了大角度偏转，偏转的角度甚至大于90，也就是说它们几乎被
6、“撞了回来”，如图1所示.图1(2)原子的核式结构模型：原子中带正电部分的体积很小，原子半径的数量级是1010_m，而原子核半径的数量级是1015 m，但几乎占有全部质量，电子在正电体的外面运动.自测3(多选)如图2为卢瑟福和他的学生们做粒子散射实验的装置示意图，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，下列说法正确的是()图2A.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，但次数极少答案AD五、氢原子光谱玻尔的原子模型1
7、.光谱分析：利用每种原子都有自己的特征谱线可以用来鉴别物质和确定物质的组成成分，且灵敏度很高.在发现和鉴别化学元素上有着重大的意义.2.玻尔理论(1)定态：原子只能处于一系列不连续的能量状态中，在这些能量状态中原子是稳定的，电子虽然绕核运动，但并不向外辐射能量.(2)跃迁：电子从能量较高的定态轨道跃迁到能量较低的定态轨道时，会放出能量为h的光子，这个光子的能量由前后两个能级的能量差决定，即hEmEn.(h是普朗克常量，h6.631034 Js)(3)轨道：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.原子的定态是不连续的，因此电子的可能轨道也是不连续的.3.能级公式：EnE1(n1,
8、2,3，)，其中E1为基态能量，其数值为E113.6 eV(以氢原子为例).4.半径公式：rnn2r1(n1,2,3，)，其中r1为基态半径，又称玻尔半径，其数值为r15.31011 m(以氢原子为例).5.氢原子的能级图(如图3所示)图3自测4一个氢原子从n3能级跃迁到n2能级，该氢原子()A.放出光子，能量增加 B.放出光子，能量减少C.吸收光子，能量增加 D.吸收光子，能量减少答案B命题点一光电效应现象和光电效应方程的应用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
9、无关.(4)光电子不是光子，而是电子.2.两条对应关系(1)光照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光电子的最大初动能大.3.三个关系式(1)爱因斯坦光电效应方程：EkhW0.(2)最大初动能与遏止电压的关系：EkeUc.(3)逸出功与极限频率的关系W0hc.例1(多选)(2016浙江4月选考16)在光电效应实验中，采用极限频率为c5.51014 Hz钠阴极，已知普朗克常量h6.61034 Js，电子质量m9.11031 kg.用频率7.51014 Hz的紫光照射钠阴极产生光电子的()A.动能的数量级为1019 JB.速率的数量级为108 m/sC.动量的数量级为1
10、027 kgm/sD.德布罗意波长的数量级为109 m答案AD解析根据EkhW0，W0hc，得：Ek1.321019 J，A正确；由Ekmv2，得v5105 m/s，B错误；由pmv4.61025 kgm/s，C错误；由p得 m1.4109 m，D正确.变式1(多选)对爱因斯坦光电效应方程EkhW0，下面的理解正确的有()A.只要是用同种频率的光照射同一种金属，那么从金属中逸出的所有光电子都会具有同样的初动能EkB.式中的W0表示每个光电子从金属中飞出过程中克服金属中正电荷引力所做的功C.逸出功W0和截止频率c之间应满足关系式W0hcD.光电子的最大初动能和入射光的频率不是成正比答案CD解析根
11、据光电效应方程EkhW0知，同种频率的光照射同一种金属，从金属中逸出的所有光电子的最大初动能Ek都相同，但初动能可能不同，故A错误；W0表示逸出功，是每个电子从金属中飞出过程中，克服金属中正电荷引力所做的功的最小值，故B错误；根据光电效应方程EkhW0知，当最大初动能为零时，入射光的频率即为截止频率，则有W0hc，故C正确；根据光电效应方程EkhW0知，最大初动能与入射光的频率成一次函数关系，不是正比关系，故D正确.变式2(多选)如图4，用一定频率的单色光照射光电管时，电流表指针会发生偏转，则()图4A.电源右端应为正极B.流过电流表G的电流大小取决于照射光的强度C.流过电流表G的电流方向是由
12、a流向bD.普朗克解释了光电效应并提出光子能量Eh答案BC解析发生光电效应时，电子从光电管右端运动到左端，而电流的方向与电子定向移动的方向相反，所以流过电流表G的电流方向是由a流向b，所以电源左端为正极，故A错误，C正确；流过电流表G的电流大小取决于照射光的强度，与光的频率无关，故B正确；爱因斯坦解释了光电效应并提出光子能量Eh，故D错误.变式3(多选)在研究某金属的光电效应现象时，发现当入射光的频率为时，其遏止电压为U.已知普朗克常量为h，电子电荷量大小为e，下列说法正确的是()A.该金属的截止频率为B.该金属的逸出功为eUhC.增大入射光的频率，该金属的截止频率增大D.增大入射光的频率，该
13、金属的遏止电压增大答案AD解析根据光电效应方程Ekhhc和eUEk得：c，故A正确.根据光电效应方程EkhW0和eUEk得，W0heU，故B错误.金属的截止频率与入射光的频率无关，故C错误.根据光电效应方程EkhW0和eUEk得eUhW0，可知，增大入射光的频率，该金属的遏止电压增大，故D正确.变式4(多选)(2018浙江11月选考14)处于较高能级的氢原子向较低能级跃迁时，能辐射出a、b两种可见光，a光照射某金属表面时有光电子逸出，b光照射该金属表面时没有光电子逸出，则()A.以相同的入射角射向一平行玻璃砖，a光的侧移量小于b光的B.垂直入射到同一单缝衍射装置，a光的衍射中央亮条纹宽度小于b
14、光的C.a光和b光的频率之比可能是D.a光子的动量大于b光子的答案BD解析由题意可知，a光可使某金属发生光电效应，b光不能，则有频率ab，C错误；同种介质中的折射率nanb，在玻璃砖中的侧移量yayb，A错误；波长ab，单缝衍射时的中央亮条纹宽度a光比b光小，B正确；光子的动量为p，所以a光子的动量大于b光子的动量，D正确.命题点二光电效应图象两类图象图象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与入射光频率的关系图线极限频率：图线与轴交点的横坐标c逸出功：图线与Ek轴交点的纵坐标的绝对值W0|E|E普朗克常量：图线的斜率kh遏止电压Uc与入射光频率的关系图线极限频率c：图线与横轴的交点遏止电压Uc：随入射光频率的增大而增大普朗克常量h：等于图线的斜率与电子电荷量的乘积，即hke.(注：此时两极之间接反向电压)例2(多选)如图5甲所示，在光电效应实验中，某同学用相同频率的单色光，分别照射阴极材料为锌和铜的两个不同的光电管，结果都能发生光电效应.图乙为其中一个光电管的遏止电压Uc随入射光频率变化的函数关系图象.对于这两个光电管，下列判断正确的是(
