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1、专题二专题二波粒二象性和原子结构波粒二象性和原子结构考点一考点一 光光电效效应现象及波粒二象性的理解象及波粒二象性的理解1.(1.(多多选)(2015)(2015江江苏高考高考) )波粒二象性是微波粒二象性是微观世界的基本特征世界的基本特征, ,以下以下说法正确的有法正确的有( () )A.A.光光电效效应现象揭示了光的粒子性象揭示了光的粒子性B.B.热中子束射到晶体上中子束射到晶体上产生衍射生衍射图样说明中子具有波明中子具有波动性性C.C.黑体黑体辐射的射的实验规律可用光的波律可用光的波动性解性解释D.D.动能相等的能相等的质子和子和电子子, ,它它们的德布的德布罗意波意波长也相等也相等【解
2、析解析】选选A A、B B。光电效应说明光的粒子性。光电效应说明光的粒子性, ,所以所以A A项正确项正确; ;热中子在热中子在晶体上产生衍射图样晶体上产生衍射图样, ,即运动的实物粒子具有波的特性即运动的实物粒子具有波的特性, ,即说明中子即说明中子具有波动性具有波动性, ,所以所以B B项正确项正确; ;黑体辐射的实验规律说明电磁辐射具有量黑体辐射的实验规律说明电磁辐射具有量子化子化, ,即黑体辐射是不连续的、一份一份的即黑体辐射是不连续的、一份一份的, ,所以黑体辐射用光的粒所以黑体辐射用光的粒子性解释子性解释, ,即即C C项错误项错误; ;根据德布罗意波长公式根据德布罗意波长公式=
3、,p= ,p2 2=2mE=2mEk k, ,又质子又质子的质量大于电子的质量的质量大于电子的质量, ,所以动能相等的质子和电子所以动能相等的质子和电子, ,质子的德布罗质子的德布罗意波长较短意波长较短, ,所以所以D D项错误。项错误。2.(20142.(2014上海高考上海高考) )在光在光电效效应的的实验结果中果中, ,与光的波与光的波动理理论不矛不矛盾的是盾的是( () )A.A.光光电效效应是瞬是瞬时发生的生的B.B.所有金属都存在极限所有金属都存在极限频率率C.C.光光电流随着入射光增流随着入射光增强强而而变大大D.D.入射光入射光频率越大率越大, ,光光电子最大初子最大初动能越大
4、能越大【解析解析】选选C C。光电效应产生的时间极短。光电效应产生的时间极短, ,电子吸收光的能量是瞬间完电子吸收光的能量是瞬间完成的成的, ,而不像波动理论所预计的那样可以逐渐叠加而不像波动理论所预计的那样可以逐渐叠加,A,A错误。光电效应错误。光电效应中所有金属都存在极限频率中所有金属都存在极限频率, ,当入射光的频率低于极限频率时不能发当入射光的频率低于极限频率时不能发生光电效应。光的波动理论认为不管光的频率如何生光电效应。光的波动理论认为不管光的频率如何, ,只要光足够强只要光足够强, ,电电子都可以获得足够能量从而逸出表面子都可以获得足够能量从而逸出表面, ,不应存在极限频率不应存在
5、极限频率,B,B错误。光错误。光电效应中入射光越强电效应中入射光越强, ,光电流越大光电流越大, ,这与光的波动理论不矛盾这与光的波动理论不矛盾,C,C正确。正确。光电效应中入射光的频率越大光电效应中入射光的频率越大, ,光电子的最大初动能越大。光的波动光电子的最大初动能越大。光的波动理论认为光强越大理论认为光强越大, ,电子可获得更多的能量电子可获得更多的能量, ,光电子的最大初动能越大光电子的最大初动能越大,D,D错误。错误。【核心核心归纳】1.1.光光电效效应的的规律律: :(1)(1)任何一种金属都有一个截止任何一种金属都有一个截止频率率, ,入射光的入射光的频率必率必须大于大于这个截
6、止个截止频率才能率才能发生光生光电效效应, ,低于低于这个截止个截止频率率则不能不能发生光生光电效效应。(2)(2)光光电子的最大初子的最大初动能与入射光的能与入射光的强强度无关度无关, ,随入射光随入射光频率的增大而率的增大而增大。增大。(3)(3)光光电效效应的的发生几乎是瞬生几乎是瞬时的的, ,产生生电流的流的时间不超不超过1010-9-9s s。(4)(4)大于截止大于截止频率的光照射金属率的光照射金属时, ,光光电流流强强度度( (反映反映单位位时间内内发射射出的光出的光电子数的多少子数的多少) )与入射光与入射光强强度成正比。度成正比。2.2.光光电流与流与电压的关系的关系: :给
7、光光电管加反向管加反向电压时, ,随随电压的增大的增大, ,光光电流逐流逐渐减小减小, ,当当电压大于或等于遏止大于或等于遏止电压时, ,光光电流流为0,0,如如图所示。所示。给光光电管加正向管加正向电压时, ,随随电压的增大光的增大光电流逐流逐渐增大增大, ,当当电压增大到某增大到某一一值时, ,光光电流达到流达到饱和和值, ,再增大再增大电压, ,光光电流不再增加。流不再增加。3.3.光光电效效应中的两个中的两个对应关系关系: :考点二考点二 光光电效效应方程及其方程及其应用用1.(20141.(2014江江苏高考高考) )已知已知钙和和钾的截止的截止频率分率分别为7.73107.7310
8、1414HzHz和和5.44105.44101414Hz,Hz,在某种在某种单色光的照射下两种金属均色光的照射下两种金属均发生光生光电效效应, ,比比较它它们表面逸出的具有最大初表面逸出的具有最大初动能的光能的光电子子, ,钙逸出的光逸出的光电子具有子具有较大大的的( () )A.A.波波长B.B.频率率C.C.能量能量D.D.动量量【解析解析】选选A A。根据爱因斯坦光电效应方程。根据爱因斯坦光电效应方程:E:Ekmkm=h-h=h-h0 0, ,因为钙因为钙的的0 0大大, ,所以能量所以能量E Ekmkm小小, ,频率小频率小, ,波长大波长大,B,B、C C项错误项错误,A,A项正确项
9、正确; ;根根据物质波波长据物质波波长= ,= ,所以钙逸出的光电子动量小所以钙逸出的光电子动量小,D,D项错误。项错误。2.(2.(多多选)(2014)(2014海南高考海南高考) )在光在光电效效应实验中中, ,用同一种用同一种单色光色光, ,先后先后照射照射锌和和银的表面的表面, ,都能都能产生光生光电效效应。对于于这两个两个过程程, ,下列四个物下列四个物理量中理量中, ,一定不同的是一定不同的是( () )A.A.遏止遏止电压 B.B.饱和光和光电流流C.C.光光电子的最大初子的最大初动能能 D.D.逸出功逸出功【解析解析】选选A A、C C、D D。不同金属的逸出功。不同金属的逸出
10、功W W0 0不同不同, ,所以用同一种单色光所以用同一种单色光照射锌和银的表面照射锌和银的表面, ,光电子逸出后最大初动能光电子逸出后最大初动能E Ek k=h-W=h-W0 0也不同也不同,C,C、D D均均正确正确; ;遏止电压满足遏止电压满足eUeUc c=E=Ek k, ,所以遏止电压也不同所以遏止电压也不同,A,A正确正确; ;饱和光电流的饱和光电流的大小与光照强度有关大小与光照强度有关, ,只要光照强度相同只要光照强度相同, ,光电效应产生的饱和光电流光电效应产生的饱和光电流就相同就相同,B,B错误。错误。3.(20133.(2013北京高考北京高考) )以往我以往我们认识的光的
11、光电效效应是是单光子光光子光电效效应, ,即即一个一个电子在极短子在极短时间内只能吸收到一个光子而从金属表面逸出。内只能吸收到一个光子而从金属表面逸出。强强激激光的出光的出现丰富了人丰富了人们对于光于光电效效应的的认识, ,用用强强激光照射金属激光照射金属, ,由于其由于其光子密度极大光子密度极大, ,一个一个电子在极短子在极短时间内吸收多个光子成内吸收多个光子成为可能可能, ,从而形从而形成多光子光成多光子光电效效应, ,这已被已被实验证实。光。光电效效应实验装置示意如装置示意如图。用用频率率为的普通光源照射阴极的普通光源照射阴极K,K,没有没有发生光生光电效效应。换用同用同样频率率的的强强
12、激光照射阴极激光照射阴极K,K,则发生了光生了光电效效应; ;此此时, ,若加上反向若加上反向电压U,U, 即将阴极即将阴极K K接接电源正极源正极, ,阳极阳极A A接接电源源负极极, ,在在K K、A A之之间就形成了使光就形成了使光电子减速的子减速的电场。逐。逐渐增大增大U,U,光光电流会逐流会逐渐减小减小; ;当光当光电流恰好减小到流恰好减小到零零时, ,所加反向所加反向电压U U可能是下列的可能是下列的( (其中其中W W为逸出功逸出功,h,h为普朗克常量普朗克常量,e,e为电子子电量量)()() )【解析解析】选选B B。由题意可知一个电子吸收多个光子仍然遵守光电效。由题意可知一个
13、电子吸收多个光子仍然遵守光电效应方程应方程, ,设电子吸收了设电子吸收了n n个光子个光子, ,则逸出的光电子的最大初动能为则逸出的光电子的最大初动能为E Ek k=nh-W(n=2,3,4),=nh-W(n=2,3,4),逸出的光电子在遏止电压下运动时应有逸出的光电子在遏止电压下运动时应有E Ek k=eU,=eU,由以上两式联立得由以上两式联立得U= ,U= ,若取若取n=2,n=2,则则B B正确。正确。【核心核心归纳】1.1.光子光子说: :(1)(1)光子光子: :在空在空间传播的光是不播的光是不连续的的, ,而是一份一份的而是一份一份的, ,每一份叫作一每一份叫作一个光量子个光量子
14、, ,简称光子。称光子。(2)(2)光子的能量光子的能量:E=h,h:E=h,h为普朗克常量普朗克常量,h=6.6310,h=6.6310-34-34Js,Js,每个光子每个光子的能量只取决于光的的能量只取决于光的频率。率。2.2.光光电效效应方程方程: :(1)(1)最大初最大初动能与入射光能与入射光频率的关系率的关系:E:Ek k=h-W=h-W0 0。(2)(2)若入射光的能量恰等于金属的逸出功若入射光的能量恰等于金属的逸出功W W0 0, ,则光光电子的最大初子的最大初动能能为零零, ,入射光的入射光的频率就是金属的截止率就是金属的截止频率率, ,此此时有有hhc c=W=W0 0,
15、,即即c c= =可求出截止可求出截止频率。率。(3)E(3)Ek k-曲曲线: :如如图所示所示, ,由由E Ek k=h-W=h-W0 0可知可知, ,横横轴上的截距是金属的截上的截距是金属的截止止频率或极限率或极限频率率, ,纵轴上的截距是金属的逸出功的上的截距是金属的逸出功的负值, ,斜率斜率为普朗普朗克常量。克常量。3.3.定量分析光定量分析光电效效应时应抓住的三个关系式抓住的三个关系式: :(1)(1)爱因斯坦光因斯坦光电效效应方程方程:E:Ek k=h-W=h-W0 0。(2)(2)最大初最大初动能与遏止能与遏止电压的关系的关系:E:Ek k=eU=eUc c。(3)(3)逸出功
16、与极限逸出功与极限频率、极限波率、极限波长0 0的关系的关系:W:W0 0=h=hc c= =考点三考点三 原子原子结构构1.(20151.(2015天津高考天津高考) )物理学重物理学重视逻辑, ,崇尚理性崇尚理性, ,其理其理论总是建立在是建立在对事事实观察的基察的基础上。下列上。下列说法正确的是法正确的是( () )A.A.天然放射天然放射现象象说明原子核内部是有明原子核内部是有结构的构的B.B.电子的子的发现使人使人们认识到原子具有核式到原子具有核式结构构C.C.粒子散射粒子散射实验的重要的重要发现是是电荷是量子化的荷是量子化的D.D.密立根油滴密立根油滴实验表明核外表明核外电子的子的
17、轨道是不道是不连续的的【解析解析】选选A A。天然放射现象说明原子核不是不可再分的粒子。天然放射现象说明原子核不是不可再分的粒子, ,故选项故选项A A正确正确; ;电子的发现使人们认识到原子是可以分割的电子的发现使人们认识到原子是可以分割的, ,是由更小的微粒是由更小的微粒组成的组成的, ,故选项故选项B B错误错误; ;卢瑟福的卢瑟福的粒子散射实验的重要发现说明粒子散射实验的重要发现说明: :占原占原子质量绝大部分的带正电的那部分物质集中在很小的空间范围子质量绝大部分的带正电的那部分物质集中在很小的空间范围, ,卢瑟卢瑟福从而提出了原子结构模型福从而提出了原子结构模型, ,故选项故选项C
18、C错误错误; ;密立根油滴实验表明油滴密立根油滴实验表明油滴所带的电量总是某一个最小固定值的整数倍所带的电量总是某一个最小固定值的整数倍, ,这个最小电荷就是电子这个最小电荷就是电子所带的电量所带的电量e,e,故选项故选项D D错误。错误。2.(2.(多多选)(2014)(2014新新课标全国卷全国卷)在人在人类对微微观世界世界进行探索的行探索的过程中程中, ,科学科学实验起到了非常重要的作用。下列起到了非常重要的作用。下列说法符合法符合历史事史事实的是的是( () )A.A.密立根通密立根通过油滴油滴实验测出了基本出了基本电荷的数荷的数值B.B.贝克勒克勒尔尔通通过对天然放射天然放射现象的研
19、究象的研究, ,发现了原子中存在原子核了原子中存在原子核C.C.居里夫居里夫妇从从沥青青铀矿中分离出了中分离出了钋(Po)(Po)和和镭(Ra)(Ra)两种新元素两种新元素D.D.卢瑟福通瑟福通过粒子散射粒子散射实验证实了在原子核内部存在了在原子核内部存在质子子E.E.汤姆姆孙通通过阴极射阴极射线在在电场和磁和磁场中偏中偏转的的实验, ,发现了阴极射了阴极射线是由是由带负电的粒子的粒子组成的成的, ,并并测出了出了该粒子的比荷粒子的比荷【解析解析】选选A A、C C、E E。密立根通过油滴实验测出了基本电荷的数值为。密立根通过油滴实验测出了基本电荷的数值为1.6101.610-19-19C,A
20、C,A正确正确; ;贝克勒尔发现了天然放射现象贝克勒尔发现了天然放射现象,B,B错误错误; ;居里夫妇从居里夫妇从沥青铀矿中分离出了钋沥青铀矿中分离出了钋(Po)(Po)和镭和镭(Ra)(Ra)两种新元素两种新元素,C,C正确正确; ;卢瑟福通过卢瑟福通过粒子散射实验粒子散射实验, ,得出了原子的核式结构理论得出了原子的核式结构理论,D,D错误错误; ;汤姆孙通过对阴汤姆孙通过对阴极射线在电场及在磁场中偏转的实验极射线在电场及在磁场中偏转的实验, ,发现了阴极射线是由带负电的发现了阴极射线是由带负电的粒子组成粒子组成, ,并测定了粒子的比荷并测定了粒子的比荷,E,E正确。正确。3.(20113
21、.(2011上海高考上海高考) )卢瑟福利用瑟福利用粒子粒子轰击金箔的金箔的实验研究原子研究原子结构构, ,正确反映正确反映实验结果的示意果的示意图是是( () )【解析解析】选选D D。根据原子核式结构。根据原子核式结构, ,结合结合粒子散射实验的现象分析粒子散射实验的现象分析: :绝大部分绝大部分粒子穿过金箔后速度方向不改变粒子穿过金箔后速度方向不改变, ,只有少数离核较近的粒只有少数离核较近的粒子发生了较大角度的偏转子发生了较大角度的偏转( (离核越近离核越近, ,偏转角度越大偏转角度越大),),极少数正对着金极少数正对着金原子核的原子核的粒子被弹回粒子被弹回,D,D正确。正确。【核心核
22、心归纳】1.1.粒子散射粒子散射实验:1909:190919111911年年, ,英国物理学家英国物理学家卢瑟福和他的助手瑟福和他的助手进行了用行了用粒子粒子轰击金箔的金箔的实验, ,发现绝大多数大多数粒子穿粒子穿过金箔后基本金箔后基本上仍沿原来方向前上仍沿原来方向前进, ,但有少数但有少数粒子粒子发生了大角度偏生了大角度偏转, ,偏偏转的角度的角度甚至大于甚至大于90,90,也就是也就是说它它们几乎被几乎被“撞撞”了回来。了回来。为了解了解释粒子的粒子的大角度散射大角度散射, ,卢瑟福提出了原子的核式瑟福提出了原子的核式结构模型。构模型。2.2.原子的核式原子的核式结构模型构模型: :在原子
23、中心有一个很小的核在原子中心有一个很小的核, ,原子全部正原子全部正电荷荷和几乎全部的和几乎全部的质量都集中在核里量都集中在核里, ,带负电的的电子在核外空子在核外空间绕核旋核旋转。3.3.玻玻尔尔原子模型原子模型: :(1)(1)定定态: :原子只能原子只能处于一系列不于一系列不连续的能量状的能量状态中中, ,在在这些能量状些能量状态中原子是中原子是稳定的定的, ,电子子虽然然绕核运核运动, ,但并不向外但并不向外辐射能量。射能量。(2)(2)跃迁迁: :原子从一种定原子从一种定态跃迁到另一种定迁到另一种定态时, ,它它辐射或吸收一定射或吸收一定频率的光子。光子的能量由率的光子。光子的能量由
24、这两个定两个定态的能量差决定的能量差决定, ,即即h=Eh=Em m-E-En n。(3)(3)轨道道: :原子的不同能量状原子的不同能量状态跟跟电子在不同的子在不同的圆轨道道绕核运核运动相相对应, ,原子的定原子的定态是不是不连续的的, ,因此因此电子的子的轨道也是不道也是不连续的。的。4.4.氢原子的能原子的能级结构及能构及能级公式公式: :(1)(1)原子各定原子各定态的能量的能量值叫作原子的能叫作原子的能级, ,对于于氢原子原子, ,其能其能级公式公式为E En n= ,= ,对应的的轨道半径公式道半径公式为r rn n=n=n2 2r r1 1。其中。其中,n,n称称为量子数量子数, ,只能取只能取正整数正整数:E:E1 1=-13.6eV,r=-13.6eV,r1 1=0.5310=0.5310-10-10m m。(2)(2)原子的最低能量状原子的最低能量状态为基基态, ,对应电子在离核最近的子在离核最近的轨道上运道上运动; ;较高的能量状高的能量状态称称为激激发态, ,对应电子在离核子在离核较远的的轨道上运道上运动, ,氢原原子的能子的能级图如如图所示。所示。
