【状元之路】2011高考物理一轮复习 15.1第十五章第一课时量子论初步精品课件 鲁科版 新课标

共92页,1,【状元之路】新课标鲁科版2011高考一轮复习物理精品课件,共92页,2,第十五章近代物理初步第一课时量子论初步,共92页,3,第一关:基础关展望高考,共92页,4,基础知识,共92页,5,一光电效应,共92页,6,知识讲解,共92页,7,1.定义:在光(包括不可见光)的照射下从物体发射出电子(光电子)的现象叫光电效应.2.光电效应规律(1)每种金属都有一个极限频率,入射光的频率必须大于这个极限频率才能产生光电效应.(2)光电子的最大初动能与入射光的强度无关,只随入射光频率的增大而增大.(3)光电效应的发生几乎是瞬时的,一般不超过10-9s.,共92页,8,活学活用,共92页,9,1.对光电效应的解释正确的是()A.金属钠的每个电子可以吸收一个或一个以上的光子,当它积累的动能足够大时,就能逸出金属B.如果入射光子的能量小于金属表面的电子克服原子核的引力而逸出时所需做的最小功,便不能发生光电效应C.发生光电效应时,入射光越强,光子的能量就越大,光电子的最大初动能就越大D.由于不同金属的逸出功是不相同的,因此使不同金属产生光电效应入射光的最低频率也不同,共92页,10,解析:按照爱因斯坦的光子说,光的能量是由光的频率决定的,与光强无关,入射光的频率越大,发生光电效应时产生的光电子的最大初动能越大.但要使电子离开金属须使电子具有足够的动能,而电子增加的动能只能来源于照射光的光子能量,但电子只能吸收一个光子,不能吸收多个光子,否则即使光的频率低,只要照射时间足够长,也会发生光电效应.电子从金属逸出时只有从金属表面向外逃出的电子克服原子核的引力所做的功最小.答案:BD,共92页,11,二光子说与光电效应方程,共92页,12,知识讲解,共92页,13,1.光子说光是一份一份地不连续传播的,每一份叫做一个光子,光子的能量跟它的频率成正比,即E=h,光子说是爱因斯坦提出的.2.最大初动能:发生光电效应时,电子克服金属原子核的引力逸出时,具有的动能大小不同,金属表面上的电子吸收光子后逸出时动能的最大值,称为最大初动能.,共92页,14,3.光电效应方程根据能量守恒定律,光电子的最大初动能跟入射光子的能量h和逸出功W的关系为,这个方程叫爱因斯坦光电效应方程.,共92页,15,三光的波粒二象性,共92页,16,知识讲解,共92页,17,1.光既有波动性,又具有粒子性,即光具有波粒二象性,这是微观世界独有的特殊规律.2.大量光子运动的规律表现出光的波动性,单个光子的运动表现出光的粒子性.频率越低的光波动性越明显,频率越高的光粒子性越明显.3.光的波长越长,波动性越明显,越容易看到光的干涉和衍射现象;光的频率越高,粒子性越明显,贯穿本领越强.,共92页,18,四玻尔的原子模型,共92页,19,知识讲解,共92页,20,(1)玻尔原子理论的基本假设轨道量子化与定态a.电子的轨道是量子化的.电子运行轨道的半径不是任意的,只有半径的大小符合一定条件的轨道才是可能的.电子在这些轨道上绕核的转动是稳定的,不产生电磁辐射.b.原子的能量是量子化的.这些量子化的能量值叫做能级.原子中这些具有确定能量的稳定状态称为定态.能量最低的状态叫做基态,其他的状态叫做激发态.,共92页,21,频率条件当电子从能量较高的定态轨道(Em)跃迁到能量较低的定态轨道(En)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h=Em-En.,共92页,22,(2)玻尔理论对氢光谱的解释通常情况下,原子处于基态,基态是稳定的,处于激发态的原子是不稳定的.原子从高能态向低能态跃迁时放出的光子的能量等于前后两个能级之差.由于原子的能级是分立的,所以放出的光子的能量也是分立的.因此原子的发射光谱只有一些分立的亮线.由于不同的原子具有不同的结构,能级各不相同,因此辐射(或吸收)的光子频率也不同,这就是不同元素的原子具有不同的特征谱线的原因.,共92页,23,活学活用,共92页,24,2.如图所示为氢原子的四个能级,其中E1为基态,若氢原子A处于激发态E2,氢原子B处于激发态E3,则下列说法正确的是(),共92页,25,A.原子A可能辐射出3种频率的光子B.原子B可能辐射出3种频率的光子C.原子A能够吸收原子B发出的光子并跃迁到能级E4D.原子B能够吸收原子A发出的光子并跃迁到能级E4答案:B,共92页,26,解析:本题考查对玻尔理论的理解及推理能力.原子A从激发态E2跃迁到E1,只辐射一种频率的光子,A错.原子B从激发态E3跃迁到基态E1可能有三种频率光子,B对.由原子能级跃迁理论可知,原子A可能吸收原子B由E3跃迁到E2时放出的光子并跃迁到E3,但不能跃迁到E4,C错.A原子发出的光子能量E=E2-E1大于E4-E3,故原子不可能跃迁到能级E4,D错.,共92页,27,五能级,共92页,28,知识讲解,共92页,29,在玻尔模型中,原子的可能状态是不连续的,因此各状态对应的能量也是不连续的.这些能量值叫做能级.各状态的标号1,2,3叫做量子数,通常用n表示.能量最低的状态叫做基态,其他状态叫做激发态.基态和各激发态的能量分别用E1,E2,E3代表.(1)氢原子的能级及玻尔对氢光谱的解释原子电离后的能量比原子其他状态的能量都高.我们把原子电离后的能量记为0.则其他状态下的能量值就是负的.,共92页,30,原子各能级的计算公式为:(n=1,2,3)对应的轨道关系为rn=n2r1对于氢原子而言,基态能量:E1=-13.6eV,r1=0.5310-10m.其他各激发态的能级为:E2=-3.4eVE3=-1.51eV,共92页,31,(2)能级图氢原子的能级图如图所示.,共92页,32,说明:由能级图可知,由于电子的轨道半径不同,氢原子的能级不连续,这种现象叫能量量子化.原子的能量包括:原子的原子核与电子所具有的电势能和电子运动的动能.原子从基态跃迁到激发态时要吸收能量,而从激发态跃迁到基态则以光子的形式向外放出能量.无论是吸收能量还是放出能量,这个能量值不是任意的,而是等于原子发生跃迁这两个能级间的能量差.E=h,为发出光子的频率.n=1对应于基态,n对应于原子的电离.,共92页,33,活学活用,共92页,34,3.可见光光子的能量在1.613.10eV范围内.若氢原子从高能级跃迁到量子数为n的低能级的谱级中有可见光,根据氢原子能级图(如图所示),可判断n为(),共92页,35,A.1B.2C.3D.4解析:由能级公式可得释放的光子能量E=Em-En,而E21=E2-E1=10.2eV,远大于可见光光子的能量,要使1.61eVE3.10eV,电子只能从较高能级跃迁到第2能级,即n=2,B正确.答案:B,共92页,36,六光子的发射和吸收,共92页,37,知识讲解,共92页,38,(1)能级的跃迁根据玻尔模型,原子只能处于一系列的不连续的能量状态中,这些状态分为基态和激发态两种,原子在基态时是稳定的,原子在激发态时是不稳定的,当原子处于激发态时会自发地向较低能级跃迁,经过一次或几次跃迁到达基态.(2)光子的发射原子能级跃迁时以光子的形式放出能量,原子在始末两个能级Em和En(mn)间跃迁时发射光子的频率可由下式表示:h=Em-En.由上式可以看出,能级差越大,放出光子的频率就越高.,共92页,39,(3)光子的吸收光子的吸收是光子发射的逆过程,原子在吸收了光子后会从较低能级向较高能级跃迁,两个能级的差值仍是一个光子的能量,其关系式仍为h=Em-En.,共92页,40,说明:由于原子的能级是一系列不连续的值,则任意两个能级差也是不连续的,故原子只能发射一些特定频率的光子,同样也只能吸收一些特定频率的光子.但是,当光子的能量足够大时,如光子能量E13.6eV时,则处于基态的氢原子仍能吸收此光子并发生电离.,共92页,41,第二关:技法关解读高考,共92页,42,解题技法,共92页,43,一解决光电效应问题的两条线索,共92页,44,技法讲解,共92页,45,(1)光的频率判断能否发生光电效应:入射光的频率大于或等于金属的极限频率0,就能产生光电效应.求解光电子的最大初动能求解极限频率:,共92页,46,(2)光的强度光强计算公式:I=Nh,式中N为单位时间内通过垂直光的传播方向上单位面积的光子数.单位时间内的光电子数:频率一定的光随光强增大,光电子数增加;频率不同的光,即使光强大,逸出的光电子数也不一定多.光电流强度:在入射光频率不变的情况下,光强正比于单位时间内照射到金属表面上单位面积的光子数;若用不同频率的光照射,即使光强相同,从金属表面逸出的光电子数也不相同,形成的光电流也不同.,共92页,47,典例剖析,共92页,48,例1入射光照射到某金属表面上发生光电效应,若入射光的强度减弱,而频率保持不变,那么()A.从光照至金属表面上到发射出光电子之间的时间间隔将明显增加B.逸出的光电子的最大初动能将减小C.单位时间内从金属表面逸出的光电子数目将减少D.有可能不发生光电效应,共92页,49,解析:光电效应瞬时(10-9s)发生,与光强无关,A错;能否发生光电效应,只决定于入射光的频率是否大于极限频率,与光强无关,D错;光电子的最大初动能只与入射光频率有关,入射光频率越大,最大初动能越大,B错;光电子数目多少与入射光强度有关,可理解为一个光子能打出一个电子,光强减弱,逸出的光电子数目减少,C对.答案:C,共92页,50,例2如图所示,当电键K断开时,用光子能量为2.5eV的一束光照射阴极P,发现电流表读数不为零.合上电键,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.由此可知阴极材料的逸出功为(),共92页,51,A.1.9eVB.0.6eVC.2.5eVD.3.1eV解析:由题意知光电子的最大初动能为Ek=qU=0.60eV,所以根据光电效应方程Ek=h-W得W=h-Ek=(2.5-0.6)eV=1.9eV答案:A,共92页,52,二氢原子跃迁,电离的规律以及原子光谱线条数的分析和计算,共92页,53,技法讲解,共92页,54,当原子从低能级向高能级跃迁时,要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,而当光子能量h大于或小于E末-E初时都不能被原子吸收.当原子从高能级向低能级跃迁时,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量差.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.,共92页,55,一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.,共92页,56,典例剖析,共92页,57,例3氢原子处于基态时,原子的能量为E1=-13.6eV,问:(1)氢原子在n=4的定态时,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?答案:(1)1.61014Hz(2)3.281015Hz,共92页,58,解析:(1)根据玻尔理论,氢原子由n=4的能级跃迁时有6种可能性:由En-En-1=h可知能级之间的能量差越小,辐射光子的频率就越低,从n=4跃迁到n=3,辐射的能量最少.,共92页,59,共92页,60,(2)欲使氢原子电离,即将电子移到离核无穷远处,此时E=0,由能量守恒有:EE-E10-(-13.6)eV13.6eV而这份能量所对应光子的最小频率应为:故要使基态的氢原子电离,照射光的频率至少应为3.281015Hz,若照射光频率高于这一值,使原子电离后多余的能量转化为电子的动能.,共92页,61,第三关:训练关笑对高考,共92页,62,随堂训练,共92页,63,1.下列关于光的波粒二象性的说法中,正确的是()A.有的光是波,有的光是粒子B.光子与电子是同样的一种粒子C.光的波长越长,其波动性越明显;波长越短,其粒子性越显著D.射线具有显著的粒子性,而不具有波动性答案:C,共92页,64,解析:光的波粒二象性是说光是波的同时又是一种粒子,故A项错;光子与电子是不同的粒子,具有不同的特性,故B项错;C项是正确的;射线具有显著的粒子性,也具有波动性,故D错.,共92页,65,2.氢原子辐射出一个光子后,根据玻尔理论,下述说法中错误的是()A.电子绕核旋转的半径增大B.电子的动能减少C.氢原子的电势能增大D.氢原子的能级减少解析:氢原子辐射出一个光子是由绕核运转的电子由外层轨道向内层轨道跃迁产生的,即由高能级向低能级跃迁产生的,故AC错,D对.由ke2/r2n=mv2n/rn,得:错.答案:ABC,共92页,66,3.某种单色光的频率为,用它照射某种金属时,在逸出的光电子中动能最大值为Ek,则这种金属的逸出功和极限频率分别是()解析:由光电效应方程Ek=h-W可知,W=h-Ek.则极限频率A正确.答案:A,共92页,67,4.一个氢原子处于第3能级时,外面来了一个波长为6.6310-7m的光子,下列说法中正确的是()A.氢原子不吸收这个光子,光子穿过氢原子B.氢原子被电离,电离后的电子动能约为0.36eVC.氢原子被电离,电离后的电子动能约为0eVD.氢原子吸收光子,但不电离答案:B,共92页,68,解析:入射光子的能量310-19J=1.87eV电子处于第3能级时,电离所需的能量为eV=1.51eV.故能使氢原子电离,电离后电子动能约为Ek=E-E3=0.36eV.,共92页,69,5.处于基态的一群氢原子受某种单色光的照射时,只发射波长为123的三种单色光,且123,则照射光的波长为(),答案:D,共92页,70,解析:当量子数n=3时,原子可发出3种不同波长的光子,如右图所示,由于3最小,即频率3最大,利用能级图可知,照射光的光子能量必须等于h3,h3=h1+h2,即选项D正确.,共92页,71,课时作业四十六量子论初步,共92页,72,1.下图为卢瑟福和他的同事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ABCD四个位置时,关于观察到的现象,下列说法中正确的是(),共92页,73,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只比放在A位置时稍少些C.放在CD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,但次数极少解析:卢瑟福和他的同事们做粒子散射实验时,得到以下结论:大部分粒子都能直接穿过金箔,个别的发生偏转,极少数发生大角度的偏转,故AD正确,BC错误.答案:AD,共92页,74,2.根据粒子散射实验,卢瑟福提出了原子的核式结构模型.图中虚线表示原子核所形成的电场等势线,实线表示一个粒子的运动轨道.在粒子从a运动到b再运动到c的过程中,下列说法中正确的是()A.动能先增大,后减小B.电势能先减小,后增大C.电场力先做负功,后做正功,总功等于零D.加速度先变小,后变大答案:C,共92页,75,3.卢瑟福原子核式结构理论的主要内容有()A.原子的中心有个核,叫原子核B.原子的正电荷均匀分布在整个原子中C.原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核里D.带负电的电子在核外高速旋转答案:ACD,共92页,76,4.有关氢原子光谱的说法正确的是()A.氢原子的发射光谱是连续谱B.氢原子光谱说明氢原子只发射特定频率的光C.氢原子光谱说明氢原子能级是分立的D.氢原子光谱线的频率与氢原子能级的能量差无关解析:原子光谱是明线光谱,则A错误,B正确.电子跃迁形成光谱线,光谱线不连续则能级不连续,所以C正确.由h=E2-E1知D错误.答案:BC,共92页,77,5.(广东韶关模拟)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中()A.原子要吸收光子,电子的动能增大,原子的电势能增大,原子的能量增大B.原子要放出光子,电子的动能减小,原子的电势能减小,原子的能量也减小C.原子要吸收光子,电子的动能增大,原子的电势能减小,原子的能量增大D.原子要吸收光子,电子的动能减小,原子的电势能增大,原子的能量增大,共92页,78,解析:氢原子的核外电子从距核较近轨道跃迁到距核较远的轨道过程中,原子的能量要增大,原子要吸收光子,因克服静电引力做功.原子的电势能要增大,故ABC错误,D正确.答案:D,共92页,79,6.如图所示为氢原子的四个能级,其中E1为基态,若氢原子A处于激发态E2,氢原子B处于激发态E3,则下列说法正确的是()A.原子A可能辐射出3种频率的光子B.原子B可能辐射出3种频率的光子C.原子A能够吸收原子B发出的光子并跃迁到能级E4D.原子B能够吸收原子A发出的光子并跃迁到能级E4,共92页,80,解析:氢原子A由激发态E2向低能级跃迁只能辐射1种频率的光子,故A错.氢原子B处于n=3的激发态,其向低能级跃迁能辐射31,32,21的三种频率的光子,故B正确.由氢原子能级的量子性,吸收光子必须满足h=E2-E1,故CD错误.答案:B,共92页,81,7.子与氢原子核(质子)构成的原子称为氢原子(hydrogenmuonatom),它在原子核物理的研究中有重要作用.图为氢原子的能级示意图.假定光子能量为E的一束光照射容器中大量处于n=2能级的氢原子,氢原子吸收光子后,发出频率为12345和6的光,且频率依次增大,则E等于()A.h(3-1)B.h(5+6)C.h3D.h4,共92页,82,解析:由能级跃迁知识及题意可知,处于n=2能级的氢原子吸收能量为E的光子后,发出6种频率的光,说明氢原子是从n=4能级跃迁的,而12345和6频率依次增大,说明从n=4跃迁到n=2时,辐射能量为h4的光子,综上可知E=h4,D正确,ABC错误.答案:D,共92页,83,8.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频率的光.关于这些光下列说法正确的是(),共92页,84,A.最容易表现出衍射现象的光是由n=4能级跃迁到n=1能级产生的B.频率最小的光是由n=2能级跃迁到n=1能级产生的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:D,共92页,85,解析:由,故故由n=4跃迁到n=1能级产生的光子能量最大,波长最短,所以该光子最不容易发生衍射现象,所以A项错误;因而n=2能级跃迁到n=1能级产生的光子能量大于由n=4跃迁到n=3产生光子的能量,故其频率不是最小,所以B项错误;大量的氢原子由n=4的激发态向低能级跃迁,可能跃迁辐射出6种不同频率的光子.故C项错误;由n=2能级跃迁到n=1能级辐射出光子的能量E=-3.4eV-(-13.6)eV=10.2eV.因EW逸=6.34eV,故D正确.,共92页,86,9.已知玻尔氢原子模型中电子的第一条(即离核最近的)可能轨道的半径为r1,电子在这条轨道上运动的能量为E1,电子的电荷量为e,静电力恒量为k,则电子在