高三物理一轮复习 第11章 第2讲 波粒二象性 原子结构课件（选修35）.ppt

浙江专用物理 第2讲波粒二象性原子结构 一 光电效应波粒二象性1 光电效应定义 在 光的照射下金属中的电子从表面逸出的现象 叫做光电效应 发射出来的电子叫做 光电子 2 有关光电效应的物理量 1 遏止电压 使光电流减小到零时的反向电压uc 2 截止频率 能使某种金属发生光电效应的入射光的 最小频率叫做该种金属的截止频率 又叫极限频率 不同金属对应着不同的截止频率 3 逸出功 电子从金属中逸出所需做功的 最小值 叫做该金属的逸出功 3 爱因斯坦光电效应方程 1 光子说 空间传播的光的能量是不连续的 是一份一份的 每一份叫做一个光子 光子的能量为 h 其中h是普朗克常量 其值为6 63 10 34j s 2 光电效应方程 ekm h w0 其中h 为入射光的能量 ekm为光电子的最大初动能 w0是金属的逸出功 4 光的波粒二象性 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 即光具有 波粒二象性 5 辨析 1 光电子就是光 2 只要光强度足够强 任何金属都能发生光电效应 3 极限频率越大的金属材料逸出功越大 二 原子核式结构 氢原子光谱 能级公式1 原子核式结构 1 粒子散射实验1909年 英国物理学家卢瑟福和他的学生进行了用 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 原方向前进 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 撞 了回来 2 原子的核式结构模型 在原子中心有一个很小的原子核 原子全部的 正电荷和几乎全部 质量都集中在核里 带负电的电子在核外 空间绕核旋转 2 光谱 1 光谱 用光栅或棱镜可以把光按 波长展开 获得光的波长 频率 和强度分布的记录 即光谱 2 线状谱 有些光谱是一条条的 亮线 这样的光谱叫线状谱 3 连续谱 有些光谱是连在一起的 光带 叫连续谱 4 光谱分析 每种原子都有自己的 特征谱线 可以利用它来鉴别物质或确定物质的组成成分 这种分析方法叫光谱分析 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 原子从一种定态跃迁到另一种定态时 它辐射或吸收一定频率的光子 光子的能量由这两个定态的能量差决定 即h em en m n h是普朗克常量 h 6 63 10 34j s 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 4 氢原子能级 能级公式 1 氢原子的能级公式 en e1 n 1 2 3 3 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 某中e1为基态能量 e1 13 6ev 2 氢原子的半径公式 rn n2r1 n 1 2 3 其中r1为基态半径 r1 0 53 10 10m 5 辨析 1 粒子散射实验说明原子的全部正电荷和质量集中在原子核上 2 氢原子吸收光子发生跃迁时从低能级跃迁到高能级 1 卢瑟福通过对 粒子散射实验结果的分析 知道了 a 原子具有核式结构b 原子核内有中子存在c 原子核是由质子和中子组成的d 在原子中 原子核占有的空间很小 1 答案ad 粒子散射实验结果说明原子是由原子核和核外电子组成的 原子核集中了全部的正电荷和几乎全部的质量 而且原子核占有空间很小 选项a d正确 但无法说明原子核的内部结构 因此选项b c错误 2 下列说法正确的是 a 原子核内任何两个核子间都存在着非常巨大的核力b 若入射到金属表面的光没有达到一定的强度 就不可能发生光电效应c 若光子能量大于某两能级差 处于低能级的电子就会跃迁到高能级d 粒子散射实验说明原子内有一个很小的核 核内集中了所有正电荷和几乎全部质量 2 答案d核力是短程强相互作用力 每个核子只跟相邻的核子间有核力作用 选项a错 只要入射光子的频率大于金属的截止频率 不论光强如何 均会产生光电效应 选项b错 由玻尔原子理论 电子吸收的光子能量刚好等于两能级差时 才会从低能级跃迁到较高能级 选项c错 3 在做光电效应的实验时 某金属被光照射时发生了光电效应 实验测得光电子的最大初动能ek与入射光的频率 的关系如图所示 图线上各点对应的坐标已知 只是未标出 由实验图线可求出 a 该金属的极限频率b 普朗克常量c 该金属的逸出功d 单位时间逸出的光电子数 3 答案abc依据光电效应方程ek h w0可知 当ek 0时 c 即图像的横截距在数值上等于该金属的极限频率 图线的斜率k h 可见图线的斜率在数值上等于普朗克常量 0时 ek w0 即图像的纵截距的绝对值等于金属的逸出功 4 如图为氢原子能级的示意图 现有大量的氢原子处于n 4的激发态 当向低能级跃迁时辐射出若干不同颜色的光 关于这些光下列说法正确的是 a 由n 4能级跃迁到n 1能级产生的光子能量最大 b 由n 2能级跃迁到n 1能级产生的光子频率最小c 这些氢原子总共可辐射出3种不同频率的光d 用n 2能级跃迁到n 1能级辐射出的光照射逸出功为6 34ev的金属铂能发生光电效应 答案ad由n 4能级跃迁到n 1能级产生的光子能量e1 0 85 13 6 ev 12 75ev为跃迁时产生光子能量的最大值 a正确 由n 4向n 3能级跃迁时 产生的光子能量最小 频率也最小 b错 这些氢原子跃迁时共可辐射出6种不同频率的光 c错 从n 2能级跃迁到n 1能级辐射出的光子能量为10 2ev 大于金属铂的逸出功 6 34ev 故能发生光电效应 d正确 重难一光电效应规律1 发生光电效应的条件要使金属发射光电子 入射光频率必须大于金属的极限频率 反之 无论入射光强度多大 照射时间多长 都不会发射光电子 2 正确理解光电效应方程 1 逸出功是指电子从金属表面直接逸出需要克服原子核引力做功的最小值 电子从金属中逸出消耗的能将大于或等于逸出功 而逸出光电子的初动能小于或等于最大初动能 2 逸出光电子的最大初动能随入射光频率增大而增大 但不是成正比关系 且与入射光强度无关 3 单位时间内逸出的光电子数与单位时间内入射光子数成正比 3 ek 图线由ek 图线可以得到的物理量 1 极限频率 图线与 轴交点的横坐标 c 2 逸出功 图线与ek轴交点的纵坐标的绝对值 即w0 e 3 普朗克常量 图线的斜率k h 典例1如图所示 当开关s断开时 用光子能量为2 5ev的一束光照射阴极k 发现电流表读数不为零 合上开关 调节滑动变阻器 发现当电压表读数小于0 60v时 电流表读数仍不为零 当电压表读数大于或等于0 60v时 电流表读数为零 1 求此时光电子的最大初动能的大小 2 求该阴极材料的逸出功 解析设用光子能量为2 5ev的光照射时 光电子的最大初动能为ek 阴极材料的逸出功为w0 当反向电压达到u 0 60v时 具有最大初动能的光电子恰不能到达阳极 因此eu ek 由光电效应方程有ek h w0 解得ek 0 6ev w0 1 9ev 答案 1 0 6ev 2 1 9ev 1 1如图甲 合上开关 用光子能量为2 5ev的一束光照射阴极k 发现电流表读数不为零 调节滑动变阻器 发现当电压表读数小于0 60v时 电流表读数仍不为零 当电压表读数大于或等于0 60v时 电流表读数为零 把电路改为图乙 当电压表读数为2v时 逸出功及电子到达阳极时的最大动能为 a 1 5ev0 6evb 1 7ev1 9evc 1 9ev2 6evd 3 1ev4 5ev 答案c解析用光子能量h 2 5ev的光照射阴极 电流表读数不为零 则能发生光电效应 当电压表读数大于或等于0 60v时 电流表读数为零 则电子不能到达阳极由动能定理eu m知最大初动能ek eu 0 6ev由光电效应方程h ek w0知w0 1 9ev对图乙 当电压表读数为2v时 电子到达阳极的最大动能ek ek eu 0 6ev 2ev 2 6ev 故c正确 重难二对原子能级跃迁的理解1 原子从低能级向高能级跃迁 吸收一定能量的光子 当一个光子的能量满足h e末 e初时 才能被某一个原子吸收 使原子从低能级e初向高能级e末跃迁 2 原子从高能级向低能级跃迁 以光子的形式向外辐射能量 所辐射的光子能量恰等于发生跃迁时的两能级间的能级差 3 当光子能量大于或等于13 6ev时 也可以被氢原子吸收 使氢原子电离 当氢原子吸收的光子能量大于13 6ev时 氢原子电离后 电子具有一定的初动能 一群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 一个原子在一次从高能级向低能级跃迁时只发出一条光谱线 4 原子还可吸收外来实物粒子 如自由电子 的能量而被激发 由于实物粒子的动能可全部或部分地被原子吸收 所以只要入射粒子的能量大于或等于两能级的差值 均可使原子发生能级跃迁 5 跃迁时电子动能 原子势能与原子能量的变化当轨道半径减小时 库仑引力做正功 原子势能ep减小 电子动能增大 原 子能量减小 反之 轨道半径增大时 原子势能增大 电子动能减小 原子能量增大 典例2氢原子处于基态时 原子的能量为e1 13 6ev 问 1 大量氢原子在n 4的激发态时 可放出几种频率的光 其中最小频率等于多少 2 若要使处于基态的氢原子电离 至少要用多大频率的电磁波照射此原子 4跃迁到n 3 辐射的能量最少 hz 1 6 1014hz 2 欲使氢原子电离 即将电子移到离核无穷远处 此时e 0 则 e e e1 0 13 6 ev 13 6ev 而这份能量对应光子的最小频率应为 hz 3 28 1015hz答案 1 6种1 6 1014hz 2 3 28 1015hz 解析 1 大量氢原子在n 4的能级跃迁时可放出4 3 6种频率的光 由em en h m n 可知能级之间的能级差越小 辐射的光子的频率就越低 从n 2 1欲使处于基态的氢原子激发 下列措施中可行的是 a 用10 2ev的光子照射b 用11ev的光子照射c 用14ev的光子照射d 用11ev的电子碰撞答案acd解析 13 6 10 2 ev 3 4ev 而e2 3 4ev 故a正确 13 6 11 ev 2 6ev 不符合h em en m n 的条件 故b错误 14ev 13 6ev 已经足以使氢原子电离 故c正确 用11ev的电子碰撞 e2 e1 10 2ev 11ev 故d正确 2 2氢原子的核外电子从距核较近的轨道跃迁到距核较远的轨道过程 a 原子要吸收光子 电子的动能增大 电势能增大 原子的能量增大b 原子要放出光子 电子的动能减小 电势能减小 原子的能量减小c 原子要吸收光子 电子的动能增大 电势能减小 原子的能量增大d 原子要吸收光子 电子的动能减小 电势能增大 原子的能量增大答案d解析离核越远 氢原子的能量就越大 故需要吸收光子 电场力对电子做负功 故电势能增大 由k m得电子动能ek mv2 r增大时ek减小 综上分析可知d正确 对原子核式结构模型的理解1 粒子散射实验的结果 粒子通过金箔时 绝大多数不发生偏转 仍沿原来的方向前进 少数发生较大的偏转 极少数偏转角超过90 有的甚至被弹回 偏转角几乎达到180 2 核式结构模型 在原子的中心有一个很小的核 叫做原子核 原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核里 带负电的电子在核外空间里绕着核旋转 原子核所带的单位正电荷数等于核外的电子数 所以整个原子是呈电中性的 电子绕着核旋转所需的向心力就是核对它的库仑引力 3 从 粒子散射实验的数据估算出原子核半径的数量级为10 15m 原子半径的数量级为10 10m 典例如图所示为卢瑟福和他的学生做 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 下列说法中正确的是 a 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最少c 相同时间内放在c位置时观察到屏上的闪光次数最少d 放在d