88　第十五章　第79课时　原子结构　波粒二象性

第十五章

原子结构波粒二象性原子核第十五章原子结构波粒二象性原子核课程标准1．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。知道实物粒子具有波动性，了解微观世界的量子化特征。2．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，了解氢原子的能级结构。3．了解原子核的组成和核力的性质。知道四种基本相互作用。能根据质量数守恒和电荷数守恒写出核反应方程。4．了解放射性和原子核衰变，知道半衰期及其统计意义。了解放射性同位素的应用，知道射线的危害与防护。5．认识原子核的结合能，了解核裂变反应和核聚变反应。关注核技术应用对人类生活和社会发展的影响。第十五章原子结构波粒二象性原子核考情分析

第79课时原子结构波粒二象性[学习目标]

1．知道黑体辐射、光电效应现象及基本规律，理解光电效应的图像的物理意义。2．能够应用光电效应方程和图像分析相关问题。3．了解光的波粒二象性，知道物质波的概念。4．掌握原子的核式结构及玻尔的原子理论，理解氢原子能级图及原子受激跃迁条件。考点1光电效应一、黑体、黑体辐射的实验规律1．黑体：能够__________入射的各种波长的电磁波而不发生反射的物体。2．黑体辐射的实验规律(1)黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的______有关。(2)随着温度的升高，一方面，各种波长的辐射强度都有______，另一方面，辐射强度的极大值向波长较____的方向移动，如图。完全吸收温度增加短3．能量量子化(1)能量子：普朗克认为，当带电微粒辐射或吸收能量时，只能辐射或吸收________________________，这个不可再分的最小能量值ε叫作能量子。(2)能量子大小：ε＝____，其中ν是带电微粒吸收或辐射电磁波的频率，h被称为普朗克常量。h＝6.62607015×10-34J·s(一般取h＝6.63×10-34J·s)。某个最小能量值ε的整数倍hν二、光电效应及其规律1．光电效应现象照射到金属表面的光，能使金属中的______从表面逸出的现象。发射出来的电子叫________。2．光电效应的产生条件入射光的频率____________金属的截止频率。电子光电子大于或等于3．光电效应规律(1)每种金属都有一个截止频率，入射光的频率必须____________这个截止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______无关，只随入射光频率的增大而______。(3)使光电流减小到0的反向电压Uc称为遏止电压。(4)光电效应的发生几乎是瞬时的，一般不超过10-9s。(5)当入射光的频率大于截止频率时，饱和电流的大小与入射光的强度成______。大于或等于强度增大正比三、爱因斯坦光电效应方程1．光子说：在空间传播的光不是连续的，而是一份一份的，每一份叫作一个光子，光子的能量ε＝____。2．逸出功W0：电子从金属中逸出所需做功的________。3．最大初动能：发生光电效应时，金属表面上的______吸收光子后克服原子核的引力逸出时所具有的动能的最大值。4．光电效应方程：Ek＝hν－W0。hν

最小值电子人教版选择性必修第三册P71情境：把一块锌板连接在验电器上，并使锌板带负电，验电器指针张开。用紫外线灯照射锌板，观察验电器指针的变化。(1)只要入射光的强度足够大，就可以使金属发生光电效应。 (

)(2)要使某金属发生光电效应，入射光子的能量必须大于或等于金属的逸出功。 (

)(3)光电子的最大初动能与入射光子的频率成正比。 (

)×

√

×[典例1]

(2025·山东卷)在光电效应实验中，用频率和强度都相同的单色光分别照射编号为1、2、3的金属，所得遏止电压如图所示，关于光电子最大初动能Ek的大小关系正确的是(

)A．Ek1>Ek2>Ek3

B．Ek2>Ek3>Ek1C．Ek3>Ek2>Ek1

D．Ek3>Ek1>Ek2√B

[由题图可知|Uc2|>|Uc3|>|Uc1|，根据光电子最大初动能与遏止电压的关系得Ek＝－eUc，解得Ek2>Ek3>Ek1，故B正确。]

√

归纳总结：光电效应的四类图像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ν的关系图线

①截止频率νc：图线与ν轴交点的横坐标②逸出功W0：图线与Ek轴交点的纵坐标的绝对值W0＝|－E|＝E③普朗克常量h：图线的斜率k＝h图像名称图线形状由图线直接(间接)得到的物理量遏止电压Uc与入射光频率ν的关系图线

①截止频率νc：图线与横轴的交点的横坐标②遏止电压Uc：随入射光频率的增大而增大③普朗克常量h：等于图线的斜率与电子电荷量的乘积，即h＝ke(注：此时两极之间接反向电压)颜色相同、强度不同的光，光电流与电压的关系图线

①遏止电压Uc：图线与横轴的交点的横坐标②饱和电流Im：光电流的最大值③最大初动能：Ek＝eUc图像名称图线形状由图线直接(间接)得到的物理量颜色不同时，光电流与电压的关系图线

①遏止电压Uc1、Uc2②饱和电流Im1、Im2③最大初动能：Ek1＝eUc1，Ek2＝eUc2

考点2光的波粒二象性物质波一个个不可分割的能量子hν

变大

波动粒子波粒二象物质波(1)光的频率越高，光的粒子性越明显，但仍具有波动性。 (

)(2)爱因斯坦大胆预言了实物粒子在一定条件下会表现为波动性。 (

)(3)光子和光电子都不是实物粒子。 (

)√

×

×[典例3]

(多选)(2025·浙江杭州模拟)电子双缝干涉实验是近代证实物质波存在的实验。如图所示，电子枪持续发射的电子动量为1.2×10-23kg·m/s，然后让它们通过双缝打到屏上。已知电子质量取9.1×10-31kg，普朗克常量取6.6×10-34J·s，下列说法正确的是(

)A．发射电子的动能约为8.0×10-15JB．发射电子的物质波波长约为5.5×10-11mC．只有成对电子分别同时通过双缝才能发生干涉D．如果电子是一个一个发射的，仍能得到干涉图样√√

考点3原子的核式结构和玻尔理论能级跃迁一、原子核式结构1．电子的发现：英国物理学家______________发现了电子。2．α粒子散射实验1909年，英国物理学家________指导他的助手进行了用α粒子轰击金箔的实验。实验发现，绝大多数α粒子穿过金箔后，基本上仍沿________方向前进，只有少数α粒子发生大角度偏转，极少数偏转的角度大于90°。J．J．汤姆孙卢瑟福原来的3．原子的核式结构模型在原子中心有一个很小的核，原子全部的________及几乎全部______都集中在原子核内；电子在原子核外面运动。正电荷质量二、氢原子光谱和玻尔的原子模型1．氢原子光谱(1)光谱分类

连续吸收特征2．玻尔三条假设(1)轨道定态：原子核外的电子只能处于一些______的特定轨道上绕核运动；在这些能量状态中原子是______的，电子虽然绕核运动，但并不向外辐射能量。(2)频率条件：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，会辐射光子，这个光子的能量由两个定态的能量差决定，即hν＝________(m>n，h是普朗克常量，h＝6.63×10-34J·s)。(3)轨道假设：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__________，因此电子的可能轨道也是__________。分立稳定Em－En不连续的不连续的

(1)一个氢原子处于n＝5激发态，向基态跃迁时，可能辐射出10种不同频率的光子。 (

)(2)氢原子吸收或辐射光子的频率条件是hν＝Em－En(m>n)。 (

)(3)在α粒子散射实验中，少数α粒子发生大角度偏转是由于它跟金原子中的电子发生了碰撞。 (

)×

√

×[典例4]

(多选)(人教版选择性必修第三册习题改编)根据α粒子散射实验，卢瑟福提出了原子的核式结构模型。如图所示是α粒子散射实验的图景，图中实线表示α粒子的运动轨迹。其中沿轨迹2运动的α粒子在b点时距原子核最近。下列说法中正确的是(

)A．绝大多数α粒子运动的轨迹类似轨迹3，说明原子中心存在原子核B．发生超过90°大角度偏转的α粒子是极少数的C．沿轨迹2运动的α粒子的加速度先增大后减小D．沿轨迹2运动的α粒子的电势能先减小后增大√√BC

[在α粒子散射实验中，绝大多数α粒子穿过金箔后仍沿原来方向前进，运动轨迹如轨迹1所示，说明原子中绝大部分是空的，A项错误；极少数粒子发生超过90°的大角度偏转，B项正确；根据点电荷周围电场分布情况可知，距离原子核近的地方电场强度大，故越靠近原子核α粒子的加速度越大，因此沿轨迹2运动的α粒子的加速度先增大后减小，C项正确；沿轨迹2运动的α粒子从a运动到b过程中受到斥力作用，根据静电力做功特点可知，静电力做负功，电势能增大，从b运动到c过程中，静电力做正功，电势能减小，D项错误。][典例5]

(2024·广东湛江二模)如图为氢原子发射光谱，Hα、Hβ、Hγ、Hδ是其中的四条光谱线，下列说法正确的是(

)A．氢原子发射光谱属于连续光谱B．Hα谱线对应光子的能量最大C．Hδ谱线对应光子的频率最小D．该光谱由氢原子核外电子的跃迁产生√D

[氢原子光谱是一些不连续的亮线，属于线状谱，不属于连续光谱，故A错误；Hα谱线波长最大，频率最小，由E＝hν知能量最小，故B错误；Hδ谱线波长最小，频率最大，故C错误；氢原子光谱由核外电子跃迁产生，故D正确。][典例6]

(2025·四川南充模拟)我国自主研发的氢原子钟已运用于北斗卫星导航系统中，氢原子钟是利用氢原子跃迁频率稳定的特性来获取精准时间频率信号的设备，对提高导航的精度极为重要。氢原子能级如图所示，关于大量处于n＝4能级的氢原子，下列说法正确的是(

)A．氢原子向低能级跃迁时最多发出3种不同频率的光B．氢原子跃迁时发出的光子中能量最大的为0.85eVC．动能为0.33eV的电子碰撞处于n＝4能级的氢原子，氢原子会发生跃迁D．氢原子由n＝4能级跃迁到n＝3能级时发出光子的频率大于由n＝3能级跃迁至n＝2能级时发出光子的频率√

课时作业(七十九)原子结构波粒二象性题号135246879101．(2024·湖南卷)量子技术是当前物理学应用研究的热点，下列关于量子论的说法正确的是(

)A．普朗克认为黑体辐射的能量是连续的B．光电效应实验中，红光照射可以让电子从某金属表面逸出，若改用紫光照射也可以让电子从该金属表面逸出C．康普顿研究石墨对X射线散射时，发现散射后仅有波长小于原波长的射线成分D．德布罗意认为质子具有波动性，而电子不具有波动性√B

[普朗克认为黑体辐射的能量是量子化的，A错误；紫光的频率大于红光的频率，由爱因斯坦光电效应方程Ek＝hν－W0可知，若改用紫光照射此金属表面，一定能发生光电效应，即电子从金属表面逸出，B正确；康普顿散射实验发现，X射线被较轻物质(石墨、石蜡等)散射后除了有波长与原波长相同的成分外还有波长较长的成分，C错误；德布罗意认为实物粒子具有波粒二象性，D错误。]题号135246879102．(2024·新课标卷)三位科学家由于在发现和合成量子点方面的突出贡献，荣获了2023年诺贝尔化学奖，不同尺寸的量子点会发出不同颜色的光。现有两种量子点分别发出蓝光和红光，下列说法正确的是(

)A．蓝光光子的能量大于红光光子的能量B．蓝光光子的动量小于红光光子的动量C．在玻璃中传播时，蓝光的速度大于红光的速度D．蓝光在玻璃中传播时的频率小于它在空气中传播时的频率√题/p>

题号135246879103．α粒子散射实验的示意图如图所示，放射源发出α射线打到金箔上，带有荧光屏的放大镜转到不同位置进行观察，图中1、2、3为其中的三个位置。下列对实验结果的叙述或依据实验结果做出的推理正确的是(

)A．在位置2接收到的α粒子最多B．在位置1接收到α粒子说明正电荷不可能均匀分布在原子内C．位置2接收到的α粒子一定比位置1接收到的α粒子所受金原子核斥力的冲量更大D．若正电荷均匀分布在原子内，则1、2、3三个位置接收到α粒子的比例应相差不多√题

[由于原子中大部分是空的，故大部分α粒子会沿直线通过，所以在位置3接收到的α粒子最多，故A错误；在位置1接收到α粒子，说明α粒子发生了大角度偏折，可以推出正电荷不可能均匀分布在原子内，故B正确；由题图看出，位置2接收到的α粒子偏折程度没有位置1的大，所以位置1接收到的α粒子比位置2接收到的α粒子所受金原子核斥力的冲量大，故C错误；若正电荷均匀分布在原子内，则1、2位置几乎接收不到α粒子，3位置接收得最多，故D错误。]135246879104．(2024·江苏卷)在某原子发生的跃迁中，辐射如图所示的4种光子，其中只有一种光子可使某金属发生光电效应，是(

)A．λ1

B．λ2C．λ3

D．λ4√题号C

[结合爱因斯坦光电效应方程Ek＝hν－W0可知，若只有一种光子可以使某金属发生光电效应，则该光子的能量最大，又由题图可知辐射的λ3光子的能量最大，所以只有λ3光子可以使该金属发生光电效应，C正确。]题/p>

√

题号135246879106．如图所示，这是密立根于1916年发表的钠金属光电效应的遏止电压Uc与入射光频率ν的实验曲线，该实验直接证明了爱因斯坦光电效应方程，并且第一次利用光电效应实验测定了普朗克常量h。由图像可知(

)A．钠的逸出功为hνcB．钠的截止频率为8.5×1014HzC．图中直线的斜率为普朗克常量hD．遏止电压Uc与入射光频率ν成正比√题/p>

题/p>

√题号1352468791