《新高考物理一轮复习专题16.1 原子结构和波粒二象性 精品讲义（含解析）》由会员分享，可在线阅读，更多相关《新高考物理一轮复习专题16.1 原子结构和波粒二象性 精品讲义（含解析）（9页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、专题16.1原子结构和波粒二象性【讲】【讲核心素养】课程标准内容及要求核心素养及关键能力核心素养关键能力1.了解人类探索原子及其结构的历史。知道原子的核式结构模型。通过对氢原子光谱的分析，了解原子的能级结构。模型构建物理建模能力2.通过实验，了解光电效应现象。知道爱因斯坦光电效应方程及其意义。能根据实验结论说明光的波粒二象性。物理规律分析计算能力3.知道实物粒子具有波动性，了解微观世界的量子化特征。体会量子论的建立对人们认识物质世界的影响。模型构建物理建模能力【讲考点题型】【知识点一】光电效应现象和方程的应用1.对光电效应的四点提醒(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
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，与入射光无关。(4)光电子不是光子，而是电子。2.两条对应关系(1)光的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产生光电子的最大初动能大遏止电压大。3.定量分析时应抓住三个关系式(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】（2022江西省乐平中学高三开学考试）大量处于n=3能级的氢原子跃迁能辐射出多种光子，若将其中能量为12.09eV的光子照射到如图的极板K上，合上开关，调节滑动变阻器的滑片P，发
3、现当电压表读数大于或等于0.60V时，电流表读数才为零，则极板K金属材料的逸出功为（）A0.60eVB11.49eVC12.09eVD12.69eV【答案】 B【解析】由题意可知，该光电效应对应的遏止电压为设极板K金属材料的逸出功为W0，根据爱因斯坦光电效应方程和动能定理有解得故选B。【素养升华】本题考察的学科素养主要是物理观念及科学思维。【变式训练1】（2022江苏苏州三模）如图所示，是研究光电效应的实验装置，某同学进行了如下操作。（i）用频率为v1的光照射光电管，此时电流表中有电流。调节滑动变阻器，使微安表示数恰好变为0，记下此时电压表的示数U1。 （ii）用频率为v2的光照射光电管，重复
4、（i）中的步骤，记下电压表的示数U2。已知电子的电荷量为e。（1）滑动头P向b滑动过程中电流表中的电流如何变化？（2）请根据实验结果推导普朗克常量的计算式。【答案】 （1）滑动头P向b滑动过程中电流表中的电流先逐渐增大，后保持不变；（2）【解析】（1）由于刚开始，K电势高，光电管的电压对电子减速，使微安表示数恰好变为0；当滑片P向b端移动时，使得光电管的A端电势逐渐变高，光电管的电压对电子慢慢由减速变到使其加速，所以电流会逐渐变大；当电压高到一定时，能将单位时间内逸出的所有光电子加速运动到A端，此时微安表示数保持不变。（2）设材料的逸出功为W，据光电效应方程解得【技巧总结】区分光电效应中的三组
5、概念(1)光子与光电子：光子指光在空间传播时的每一份能量，光子不带电；光电子是金属表面受到光照射时发射出来的电子，其本质是电子。光子是因，光电子是果。(2)光电子的动能与光电子的最大初动能。(3)光电流和饱和光电流：金属板飞出的光电子到达阳极，回路中便产生光电流，随着所加正向电压的增大，光电流趋于一个饱和值，这个饱和值是饱和光电流，在一定的光照条件下，饱和光电流与所加电压大小无关。【知识点二】会分析光电效应的图像问题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
6、线的斜率kh颜色相同、强度不同的光，光电流与电压的关系遏止电压Uc：图线与横轴的交点的横坐标饱和光电流Im1、Im2：光电流的最大值最大初动能：EkeUc光的颜色不同时，光电流与电压的关系遏止电压Uc1、Uc2饱和光电流最大初动能Ek1eUc1，Ek2eUc2遏止电压Uc与入射光频率的关系图线极限频率c：图线与横轴的交点的横坐标值遏止电压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：此时光电管两极之间接反向电压)【例2】（2022江苏省昆山中学模拟预测）如图所示为氢原子的能级图。一群氢原子处于量子数n=4的能级状态，用n=4的能级跃迁到n=2的能级
7、辐射的光子照射某种金属，测得光电流与电压的关系如图所示，求：（1）光电管阴极金属的逸出功W0；（2）已知电子的质量m=9.110-31kg、电荷量e=1.610-19C，普朗克常量h=6.6310-34JS，求光电子所对应物质质的最短波长。（结果保留1位有效数字）【答案】 (1)；(2)【解析】（1）根据玻尔原子模型有根据光电效应方程解得（2）由德布罗意波长公式结合动量与动能关系式解得【素养升华】本题考察的学科素养主要是科学思维与物理观念。【变式训练2】（多选）（2022云南省玉溪第一中学高三开学考试）如图是某金属在光的照射下产生的光电子的最大初动能Ek与入射光频率的关系图像，由图像可知（）A
8、该金属的逸出功等于EB普朗克常量等于C入射光的频率为时，产生的电子的最大初动能为2ED入射光的频率为时，产生的电子的最大初动能为【答案】 AB【解析】A根据光电效应方程结合图像可知该金属的逸出功W=EA 正确；B该图像的斜率为普朗克常数，故B正确；C由图像可知，当入射光的频率为时，产生的电子的最大初动能为E，C错误；D当入射光的频率为时，小于极限频率，不会产生光电效应，D错误。故选AB。【方法技巧】图象的分析方法(1)明确点、线的物理意义。(2)明确图象斜率的物理意义。(3)明确图象面积的物理意义。【知识点三】玻尔理论和能级跃迁1.定态间的跃迁满足能级差(1)从低能级(n)高能级(m)吸收能量
9、。hEmEn(2)从高能级(m)低能级(n)放出能量。hEmEn2电离电离态与电离能电离态：n，E0基态电离态：E吸0(13.6 eV)13.6 eV。激发态电离态：E吸0En|En|。若吸收能量足够大，克服电离能后，获得自由的电子还携带动能。【例3】（多选）（2022山东聊城一中高三开学考试）如图所示为氢原子的能级图，下列说法正确的是（）A从能级跃迁到能级时，电子的动能会变大，电势能会减小B氢原子从高能级向低能级跃迁时要吸收光子C一个处于激发态的氢原子向基态跃迁时，最多可能发出3条光谱线D用能量为的电子轰击处于基态的氢原子，一定不能使氢原子发生能级跃迁【答案】 AC【解析】A从能级跃迁到能级
10、时，电子的轨道半径减小，根据则电子的动能会变大，静电力做正功，则电势能会减小，选项A正确；B氢原子从高能级向低能级跃迁时要辐射一定频率的光子，选项B错误；C一个处于激发态的氢原子向基态跃迁时，最多可能发出3条光谱线，对应于43，32，21三种跃迁，选项C正确；D用能量为12.6eV的电子轰击处于基态的氢原子，由于E2-E1=-3.4eV-（-13.6eV）=10.2eV可知氢原子可以吸收电子的一部分能量发生能级跃迁，故D错误。故选AC。【素养升华】本题考察的学科素养主要是科学思维与物理观念。【变式训练3】（2022江苏苏州模拟预测）研究表明，用具有一定能量的电子轰击处于基态的氢原子，当电子能量
11、大于等于氢原子的能级差时，氢原子就会发生跃迁，剩余能量仍保留为电子的动能。如图所示，甲为氢原子的能级图，乙为研究光电效应的实验电路图，用一束能量为的电子束轰击一群处于基态的氢原子，被激发后的氢原子不稳定，向低能级跃迁，辐射出的光子照射到用钨做成极的光电管上，已知金属钨的逸出是，电子的电荷量为。（1）处于激发态的氢原子能辐射出几种光子；（2）当电流表的示数为时，求内到达阳极的光电子数；（3）当电压表示数为多大时，微安表的示数刚好为零。【答案】 （1）6；（2）个；（3）8.21V【解析】（1）根据氢原子的能级图可知电子束能量可以使基态氢原子被激发到第4能级，大量处于第4能级的氢原子向低能级跃迁时
12、产生种光子。（2）内到达阳极的电荷量（个）（3）辐射光子的最大能量光电子的最大初动能为由动能定理解得【技巧总结】1原子的两类能级跃迁(1)自发跃迁：高能级低能级，释放能量，发出光子。(2)受激跃迁：通过光照、撞击或加热等，低能级高能级，当吸收的能量大于或等于原子所处能级的|En|，原子将发生电离。(3)原子在两个能级之间发生跃迁时，放出(或吸收)光子的频率是一定的，可由hEmEn求得。若求波长可由公式c求得。2电离电离态与电离能电离态：n，E0基态电离态：E吸0(13.6 eV)13.6 eV。激发态电离态：E吸0En|En|。若吸收能量足够大，克服电离能后，获得自由的电子还携带动能。3解答氢原子能级图与原子跃迁问题应注意(1)能级之间发生跃迁时放出(吸收)光子的频率由hEmEn决定，波长可由公式c求得。(2)一个氢原子跃迁发出可能的光谱线条数最多为n1。(3)一群氢原子跃迁发出可能的光谱线条数的两种求解方法。用数学中的组合知识求解：NC。利用能级图求解：在氢原子能级图中将氢原子跃迁的各种可能情况一一画出，然后相加。
