新教材人教版高中物理选择性必修第三册原子结构和波粒二象性知识点详解及配套习题

第四章原子结构和波粒二象性TOC\o"1-5"\h\z.普朗克黑体辐射理论 -1-\o"CurrentDocument".光电效应 -1-\o"CurrentDocument".原子的核式结构模型 -15-\o"CurrentDocument".氢原子光谱和玻尔的原子模型 -26-\o"CurrentDocument".粒子的波动性和量子力学的建立 -39-章末复习提高 -47-.普朗克黑体辐射理论.光电效应一、能量量子化.黑体辐射(1)随着温度的升高，一方面，各种波长的辐射强度都有增加另一方面，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动。(2)维恩和瑞利的理论解释①建立理论的基础：依据热力学和电磁学的知识寻求黑体辐射的理论解释。②维恩公式：在短波区与实验非常接近，在长波区则与实验偏离很大。③瑞利公式：在长波区与实验基本一致，但在短波区与实验严重不符，由理论得出的荒谬结果被称为“紫外灾难”。.能量子(1)普朗克的假设组成黑体的振动着的带电微粒的能量只能是某一最小能量值£的整数倍。即能的辐射或者吸收只能是二份一份的。这个不可再分的最小能量值£叫作能量子。(2)能量子公式£=hv，其中V是电磁波的频率，h称为普朗克常量。h=6.626X10-34J.s。(一般取h=6.63义10-34j-s)(3)能量的量子化微观粒子的能量是量子化的，或者说微观粒子的能量是分立的。这种现象叫能量的量子化。说明：黑体辐射的电磁波强度按波长的分布只跟黑体温度有关。二、光电效应现象和规律.光电效应定义照射到金属表面的光，能使金属中的电子从表面逸出的现象。.光电子光电效应中发射出来的电子。.光电效应的实验规律(1)截止频率：当入射光的频率减小到某一数值匕时，光电流消失，表面已经没有光电子了，匕称为截止频率。(2)存在着饱和电流。入射光强度一定，单位时间内阴极K发射的光电子数二定。入射光越强，饱和电流越大，表明入射光越强，单位时间内发射的光电子数越多。(3)遏止电压：施加反向电压，使光电流减小到0的反向电压Uc称为遏止电压。(4)光电效应具有瞬时性：当频率超过截止频率匕时，光电效应几乎是瞬时发生的。.逸出功使电子脱离某种金属所做功的最小值，叫作这种金属的逸出功，用W0表示，不同金属的逸出功不同。三、爱因斯坦的光子说及光电效应方程.光子说(1)内容光不仅在发射和吸收时能量是一份一份的，而且光本身就是由一个个不可分割的能量子组成的，频率为v的光的能量子为皿，这些能量子称为光子。(2)光子能量公式为£=hv，其中V指光的频率。.光电效应方程(1)对光电效应的说明在光电效应中，金属中的电子吸收一个光子获得的能量是也，其中一部分用来克服金属的逸出功W0,另一部分为光电子的初动能”。⑵光电效应方程Ek=近二纥。.对光电效应规律的解释（1）光电子的最大初动能与入射光频率有关，与光的强弱无关。只有当hv>%时，才有光电子逸出。（2）电子一次性吸收光子的全部能量，不需要积累能量的时间。（3）对于同种颜色的光，光较强时，包含的光子数较多，照射金属时产生的光电子较多，因而饱和电流较大。说明：①光越强，包含的光子数越多，照射金属时产生的光电子就多，因而饱和电流大；②入射光的强度，指单位时间照射在金属单位面积上的光子总能量，在入射光频率不变的情况下，光强与光子数成正比；③单位时间内发射出来的电子数由光强决定。四、康普顿效应和光子的动量.康普顿效应在散射的X射线中，除了与入射波长％相同的成分外，还有波长大于%的成分，这个现象称为康普顿效应。.光子的动量光子不仅具有能量，而且具有动量，公式：p=号。二基础自测工.思考判断（正确的打“J”，错误的打“X”）TOC\o"1-5"\h\z（1）温度越高，黑体辐射电磁波的强度越大。 （J）⑵能量子的能量不是任意的，其大小与电磁波的频率成正比。 （J）⑶金属表面是否发生光电效应与入射光的强弱有关。 （X）⑷在发生光电效应的条件下，入射光强度越大，饱和光电流越大。（J）.（多选）下列叙述正确的是（）一切物体都在辐射电磁波一般物体辐射电磁波的情况只与温度有关一般物体辐射电磁波的情况只与材料有关D.黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体温度有关AD［根据热辐射定义知A正确；根据热辐射和黑体辐射的特点知一般物体

辐射电磁波的情况除与温度有关外，还与材料种类和表面状况有关，而黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体温度有关，B、C错误、D正确。］.（多选）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，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引力要做的最小功，光电子便不能逸出来，即光电效应便不能发生了C.发生光电效应时，入射光越强，光子的能量就越大，发射的光电子的最大初动能就越大D.由于不同的金属逸出功是不相同的，因此使不同金属产生光电效应的入射光的最低频率也不相同BD［实验证明，不论入射光的强度多大，只要入射光的频率小于金属的极限频率，就不会发生光电效应，而光电子的最大初动能与入射光频率和金属材料有关，材料不同，逸出功不同，由爱因斯坦光电效应方程hv=W+1mv2可知，光电2mW子的最大初动能也就不同。当vm=0时，v0=h,W不同则v0不同。最大初动能与光强度无关，B、D正确。］对黑体辐射、能量子的理解对黑体辐射、能量子的理解美国科学家约翰.马瑟和乔治•斯穆特由于发现了宇宙微波背景辐射的黑体形式和各向异性而获得诺贝尔物理学奖。他们的出色工作被誉为是宇宙学研究进入精密科学时代的起点。试探究：（1）黑体的辐射实际上是什么辐射？（2）普朗克对此提出了什么假说？提示：（1）实际是电磁辐射。（2）提出了能量子假说。1.一般物体与黑体的比较热辐射特点吸收、反射特点热辐射特点一般物体辐射电磁波的情况与温度有关，与材料的种类及表面状况有关既吸收又反射，其能力与材料的种类及入射波长等因素有关黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的温度有关完全吸收各种入射电磁波，不反射2.黑彳体辐射的实验规律(1)温度一定时，黑体辐射强度随波长的分布有一个极大值。(2)随着温度的升高①各种波长的辐射强度都有增加；②辐射强度的极大值向波长较短的方向移动。［特别提醒］①热辐射不一定要高温，任何温度的物体都发出一定的热辐射，只是温度低时热辐射弱，温度高时热辐射强；②黑体是一个理想化的物理模型，实际不存在；③黑体看上去不一定是黑的，有些可看作黑体的物体由于自身有较强的辐射，看起来还会很明亮。3.能量子的有关问题(1)对能量子的理解：物体热辐射所发出的电磁波是通过内部的带电谐振子向外辐射的，谐振子的能量是不连续的，只能是hv的整数倍。(2)能量子假说的意义：解决了“紫外灾难”的问题，破除了“能量连续变化”的传统观念。【例1】(多选)黑体辐射的实验规律如图所示，由图可知()辐射强度qA.随温度升高，各种波长的辐射强度都增加B.随温度降低，各种波长的辐射强度都增加仁随温度升高，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动D.随温度降低，辐射强度的极大值向波长较长的方向移动思路点拨：温度升高，各种波长的辐射强度都增加，且极大值向波长短的方向移动；反之亦然。ACD［由图可知，随温度升高，各种波长的辐射强度都增加，且辐射强度的极大值向波长较短的方向移动，当温度降低时，上述变化都将反之，故A、C、D正确，B错误。］［跟进训练］1.（多选）关于对热辐射的认识，下列说法正确的是（）A.温度越高，物体辐射的电磁波越强B.冷的物体只吸收电磁波C.辐射强度按波长的分布情况只与物体的温度有关，与材料的种类及表面状况无关D.常温下看到的不透明、非发光物体的颜色是反射光的颜色AD［一切物体都在不停地向外辐射电磁波，且温度越高，辐射的电磁波越强，A正确，B错误；选项C是黑体辐射的特性，C错误；常温下看到的不透明、非发光物体的颜色是反射光的颜色，D正确。］H点2, 对光电效应现象的理解教材P73“思考与讨论”提示：金属表面层内存在一种力，阻碍电子逃逸，当温度不是很高时，大多数电子能量不够大，因此不能大量逸出金属表面。一验电器与锌板相连，如图所示，用一紫外线灯照射锌板，关灯后，验电器指针保持一定偏角。试探究：（1）现用一带负电的金属小球与锌板接触，则验电器指针偏角将怎样变化?⑵使验电器指针回到零，再用相同强度的钠灯发出的黄光照射锌板，验电器指针无偏转。那么，若改用强度更大的红外线灯照射锌板可观察到验电器指针如何偏转？提示：(1)偏角减小。(2)指针不偏转。.认识几个概念(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，光子是光电效应的因，光电子是果。(2)光电子的动能与光电子的最大初动能光照射到金属表面时，光子的能量全部被电子吸收，电子吸收了光子的能量，可能向各个方向运动，需克服原子核和其他原子的阻碍而损失一部分能量，剩余部分为光电子的初动能；只有金属表面的电子直接向外飞出时，只需克服原子核的引力做功，才具有最大初动能。光电子的初动能小于或等于光电子的最大初动能。(3)光子的能量与入射光的强度光子的能量即每个光子的能量，其值为£=hv(V为光子的频率)，其大小由光的频率决定。入射光的强度指单位时间内照射到金属表面单位面积上的总能量，入射光的强度等于单位时间内光子能量与入射光子数的乘积。(4)光电流与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，这个饱和值就是饱和光电流，在一定的光照条件下，饱和光电流与所加电压大小无关。(5)光的强度与饱和光电流饱和光电流与入射光强度成正比的规律是对频率相同的光照射金属产生光电效应而言的，对于不同频率的光，由于每个光子的能量不同，饱和光电流与入射光强度之间不是简单的正比关系。.光电效应与经典电磁理论的矛盾(1)矛盾之一：遏止电压由入射光频率决定，与光的强弱无关按照光的经典电磁理论，光越强，光电子的初动能应该越大，所以遏止电压应与光的强弱有关，而实验表明：遏止电压由入射光的频率决定，与光强无关。(2)矛盾之二：存在截止频率按照光的经典电磁理论，不管光的频率如何，只要光足够强，电子都可获得足够的能量从而逸出表面，不应存在截止频率。而实验表明：不同金属有不同的截止频率，入射光频率大于截止频率时才会发生光电效应。(3)矛盾之三：具有瞬时性按照光的经典电磁理论，如果光很弱，电子需几分钟到十几分钟的时间才能获得逸出表面所需的能量。而实验表明：无论入射光怎样微弱，光电效应几乎是瞬时的。【例2】利用光电管研究光电效应实验如图所示，用频率为v的可见光照射阴极K，电流表中有电流通过，则()A.用紫外线照射，电流表一定有电流通过B.用红光照射，电流表一定无电流通过C.用红外线照射，电流表一定无电流通过D.用频率为v的可见光照射K,当滑动变阻器的滑动触头移到A端时，电流表中一定无电流通过思路点拨：(1)紫外线照射，可以发生光电效应。(2)可见光、红外线照射均不能发生光电效应。A［因紫外线的频率比可见光的频率高，所以用紫外线照射时，电流表中一定有电流通过，选项A正确；因不知阴极K的截止频率，所以用红光或红外线照射时，也可能发生光电效应，选项B、C错误；即使UAK^0,电流表中也可能有电流通过，选项D错误。］【一题多变】在例2中，若将电路中的电源正负极对调，其他条件不变。则电路中是否还有电流？若有电流，将滑动触头左右移动，电流表示数如何变化？【提示】电路中不一定有电流。若将触头向A端移动，则电流可能逐渐增大，向B端移动电流可能逐渐减小。关于光电效应的两点提醒(1)发生光电效应时需满足：照射光的频率大于金属的极限频率，即V>Vc，或光子的能量£>叫。(2)光电子的最大初动能只与照射光的频率及金属的逸出功有关，而与照射光的强弱无关，强度大小决定了逸出光电子的数目多少。［跟进训练］.(多选)对光电效应的理解正确的是()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.在光电效应中，一个电子只能吸收一个光子C.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D.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BC［按照爱因斯坦的光子说，光子的能量由光的频率决定，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，电子必须具有足够的动能，而电子增加的动能只能来源于照射光的光子能量，且一个电子只能吸收一个光子，不能同时吸收多个光子，所以光子的能量小于某一数值时便不能产生光电效应现象；电子从金属逸出时只有从金属表面向外逸出的电子克服原子核的引力所做的功最小。综上所述，选项B、C正确。］对光电效应 对光电效应方程的理解与应用国情镰郭人・的学助教深沉的夜色中，在大海上航行的船舶依靠航标灯指引航道，如图所示是一个航标灯自动控制电路的示意图。电路中的光电管阴极K涂有可发生光电效应的金属。下表反映的是各种金属发生光电效应的极限频率和极限波长，又知可见光的波长在400〜770nm(1nm=10-9m)。光光各种金属发生光电效应的极限频率和极限波长:金属铯锌银铂极限频率(Hz)4.545X10148.065X10141.153X10151.529X1015极限波长〃m)0.66000.37200.26000.1962试探究：(1)光电管阴极K上应涂有哪种金属？⑵控制电路中的开关S应接触“〃”还是“b”？提示：(1)因为可见光的波长只小于铯的极限波长，所以光电管阴极K上应涂有金属铯。(2)夜晚没有光，不能发生光电效应，但是指示灯亮，知开关S与b端相连。.光电效应方程Ek=hv-W0的理解(1)式中的Ek是光电子的最大初动能，就某个光电子而言，其离开金属时剩余K动能大小可以是0〜Ek范围内的任何数值。(2)光电效应方程实质上是能量守恒方程：能量为E=hv的光子被电子所吸收，电子把这些能量的一部分用来克服金属表面对它的吸引，另一部分就是电子离开金属表面时的动能。如果克服吸引力做功最少为W0,则电子离开金属表面时动能最大为Ek，根据能量守恒定律可知：Ek=hv—W0O(3)光电效应方程包含了产生光电效应的条件：若发生光电效应，则光电子的最大初动能必须大于零，即Ek=hv—W0>0，亦WW即hv>W0，v>戈=vc，而vc=W恰好是光电效应的截止频率。⑷Ekm-v图线:如图所示是光电子最大初动能Ekm随入射光频率v的变化图线。这里，横轴上的截距是截止频率或极限频率；纵轴上的截距是逸出功的负值；斜率为普朗克常量。

2.光电效应规律中的两条线索、两个关系光电子（1）两条线索:⑵两个关系:,强度——决定着每秒种光源发射的光子数光电子（1）两条线索:⑵两个关系:,强度——决定着每秒种光源发射的光子数频率——决定着每个光子的能量e=hv（每秒钟逸出的光电子数决定着光电流的大小光电子逸出后的最大初动能光越强一光子数目多一发射光电子多一光电流大;光子频率高一光子能量大一产生光电子的最大初动能大。【例3】在研究光电效应现象时，先后用两种不同色光照射同一光电管，所得的光电流I与光电管两端所加电压U间的关系曲线如图所示，下列说法正确的是（）A.色光乙的频率小、光强大B.色光乙的频率大、光强大C.若色光乙的强度减为原来的一半，无论电压多大，色光乙产生的光电流一定比色光甲产生的光电流小D.若另一光电管所加的正向电压不变，色光甲能产生光电流，则色光乙一定能产生光电流思路点拨：（1）遏止电压大，所对应的色光频率大，光子能量大。（2）饱和光电流越大，说明光越强。

D［由题中图像可得用色光乙照射光电管时遏止电压大，使其逸出的光电子最大初动能大，所以色光乙的频率大，光子的能量大。由题中图像可知，色光甲的饱和光电流大于色光乙的饱和光电流，故色光甲的光强大于色光乙的光强，A、B错误；如果使色光乙的强度减半，则只是色光乙的饱和光电流减半，在特定的电压下，色光乙产生的光电流不一定比色光甲产生的光电流小，C错误；因色光乙的频率大于色光甲的，故另一个光电管加一定的正向电压，如果色光甲能使该光电管产生光电流，则色光乙一定能使该光电管产生光电流，D正确。］［跟进训练］3.（多选）现用某一光电管进行光电效应实验，当用某一频率的光入射时，有光电流产生。下列说法正确的是（）A.保持入射光的频率不变，入射光的光强变大，饱和光电流变大B.入射光的频率变高，饱和光电流变大C入射光的频率变高，光电子的最大初动能变大D.保持入射光的光强不变，不断减小入射光的频率，始终有光电流产生AC［产生光电效应时，光的强度越大，单位时间内逸出的光电子数越多，饱和光电流越大，A正确；饱和光电流大小与入射光的频率无关，B错误；光电子的最大初动能随入射光频率的增加而增加，与人射光的强度无关，C正确；减小入射光的频率，如低于极限频率，则不能发生光电效应，没有光电流产生，D错误。］4.爱因斯坦因提出了光量子概念并成功地解释了光电效应的规律而获得1921年诺贝尔物理学奖。某种金属逸出光电子的最大初动能Ekm与入射光频率v的关系如图所示，其中匕为极限频率。从图中可以确定的是（）A.A.逸出功与v有关B.C.Ekm与入射光强度成正比当VB.C.D.D.图中直线的斜率与普朗克常量有关D［金属的逸出功只和金属的极限频率有关，与入射光的频率无关，A错误;最大初动能取决于入射光的频率，而与人射光的强度无关，B错误；只有v>V。时才会发生光电效应，C错误；由爱因斯坦光电效应方程Ek=hv—%和％=hvc（%为金属的逸出功）可得，Ek=hv—hvc,可见图像的斜率表示普朗克常量，D正确。］.关于黑体及黑体辐射，下列说法正确的是（）A.黑体是真实存在的B.普朗克引入能量子的概念，得出黑体辐射的强度按波长分布的公式，与实验符合得非常好，并由此开创了物理学的新纪元C.随着温度升高，黑体辐射的各波长的强度有些会增强，有些会减弱D.黑体辐射无任何实验依据B［黑体并不是真实存在的，A错误；普朗克引入能量子的概念，得出黑体辐射的强度按波长分布的公式，与实验符合得非常好，并由此开创了物理学的新纪元，B正确；随着温度的升高，各种波长的辐射强度都有增加，C错误；黑体辐射是有实验依据的，D错误。］.（多选）光电效应实验的装置如图所示，则下列说法正确的是（）验电器锌板A.用紫外线照射锌板，验电器指针会发生偏转.用红色光照射锌板，验电器指针会发生偏转C.锌板带的是负电荷D.使验电器指针发生偏转的是正电荷AD［锌板连接验电器，在紫外光的照射下，锌板中有一部分自由电子从表面飞出来，锌板中缺少电子，于是带正电，则验电器也带正电并且指针发生偏转，故A、D正确，C错误；红光不能使锌板发生光电效应，B错误。］.入射光照射到某金属表面上发生光电效应，若入射光的强度减小，而频率保持不变，那么（）

A.从光照到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将减少D.有可能不发生光电效应C［发生光电效应几乎是瞬间的，A错误；入射光的频率不变，则逸出的光电子的最大初动能也就不变，B错误；入射光强度减弱，说明单位时间内入射光子数减少，则单位时间内从金属表面逸出的光电子数也减少，C正确；入射光照射到某金属上发生光电效应，说明入射光频率大于这种金属的极限频率，即使入射光的强度减小，也一定能发生光电效应，D错误。］.如图所示为一真空光电管的应用电路，关于电路中光电流的饱和值，下列说法正确的是（）©। h A.发生光电效应时，电路中光电流的饱和值取决于入射光的频率.发生光电效应时，电路中光电流的饱和值取决于入射光的强度C.发生光电效应时，电路中光电流的饱和值取决于光电管所加的正向电压的大小D.发生光电效应时，电路中光电流的饱和值取决于入射光的光照时间B［在光电管中若发生了光电效应，单位时间内发射光电子的数目只与入射光的强度有关，光电流的饱和值只与单位时间内发射光电子的数目有关，故B正确，A、C、D错误。］5.人眼对绿光最为敏感，正常人的眼睛接收到波长为530nm的绿光时，只要每秒有6个绿光的光子射入瞳孔，眼睛就能察觉。普朗克常量为6.63X10-34J$光速为3.0X108m/s,则人眼能察觉到绿光时所接收到的最小功率是（）A.2.3X10-18W B.3.8X10-19WC.C.7.0X10-10WD.1.2X10-18WA［因为每秒有6个绿光的光子射入瞳孔，所以察觉到绿光所接收的最小功式中E式中E=6£,又s=hv=h],可解得P=6X6.63X10-34X3X108

530X10-9W\2.3X10-18W。故A正确。]3.原子的核式结构模型一、电子的发现.阴极射线荧光是由于玻璃受到阴极发出的某种射线的撞击而引起的，这种射线命名为阴极射线。.汤姆孙的探究方法及结论(1)根据阴极射线在电场和磁场中的偏转情况断定，它的本质是带负电的粒子流，并求出了这种粒子的比荷。(2)换用不同材料的阴极做实验，所得比荷的数值都相同，是氢离子比荷的近两千倍。(3)结论：阴极射线粒子带负电，其电荷量的大小与氢离子大致相同而质量比氢离子小得多，后来组成阴极射线的粒子被称为电子。.汤姆孙的进一步研究汤姆孙又进一步研究了许多新现象，证明了电子是原子的组成部分。.电子的电荷量及电荷量子化(1)电子电荷量：1910年前后由密立根通过著名的实验得出，电子电荷的现代值为e=1.602X10—19C。(2)电荷是量子化的，即任何带电体的电荷只能是e的整数倍。m(3)电子的质量：me=9.10938356X10-31kg,质子质量与电子质量的比mp=1e836。说明：阴极射线实质是带负电的电子流。二、原子的核式结构模型.a粒子散射实验

(1)汤姆孙原子模型汤姆孙于1898年提出了原子模型，他认为原子是一个球体，正电荷弥漫性地均匀分布在整个球体内，电子镶嵌在球中。(2)a粒子散射实验①实验装置：a粒子源、金箔、放大镜和荧光屏。②实验现象：a.绝大多数的a粒子穿过金箔后仍沿原来的方向前进。b.少数a粒子发生了大角度的偏转。c.极少数a粒子的偏转角大于90°，甚至有极个别a粒子被反弹回来。Q实验意义：卢瑟福通过a粒子散射实验，否定了汤姆孙的原子模型，建立了核式结构模型。.卢瑟福的核式结构模型核式结构模型1911年由卢瑟福提出，在原子中心有一个很小的核，叫原子核。它集中了原子全部的正电荷和几乎全部的质量，电子在核外空间运动。三、原子核的电荷与尺度广电荷数与核外蚯数相等__,由质子和中子组成，核电荷数羽卷一"'等于A(A.质子数B,中子数)_原子半径数量级里3口,原子核芈径数量级1nA凸说明：原子半径与原子核半径相差十万多倍，因此原子内部是十分“空旷”的。二基础自测—.思考判断(正确的打“J”，错误的打“X”)(J)((J)(X)⑵电子的电荷量是汤姆孙首先精确测定的。

(X)(J(X)(J)⑷原子中所有正电荷都集中在原子核内。.（多选）关于电荷的电荷量下列说法正确的是（）A.电子的电荷量是由密立根油滴实验测得的B.物体所带电荷量可以是任意值C.物体所带电荷量最小值为1.6X10-19CD.物体所带的电荷量都是元电荷的整数倍ACD［密立根的油滴实验测出了电子的电荷量为1.6X10-19C,并提出了电荷量子化的观点，故A、C正确，B错误；任何物体的电荷量都是e的整数倍，故D正确。］.（多选）如图所示为卢瑟福和他的同事们做a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A、B、C、D四个位置时观察到的现象，下述说法中正确的是（）A.放在A位置时，相同时间内观察到屏上的闪光次数最多B.放在B位置时，相同时间内观察到屏上的闪光次数只比A位置稍少些C.放在B位置时，相同时间内观察到屏上的闪光次数要比A位置少很多D.放在C、D位置时，屏上观察不到闪光AC［在卢瑟福a粒子散射实验中，a粒子穿过金箔后，绝大多数a粒子仍沿原来的方向前进，故A正确；少数a粒子发生较大偏转，极少数a粒子偏转角度超过90°,极个别a粒子被反弹回来，故B、D错误，C正确。］电子所带电荷量最早是由美国科学家密立根通过油滴实验测出的。油滴实验的原理如图所示，两块水平放置的平行金属板与电源连接，上、下板分别带正、负电荷。油滴从喷雾器喷出后，由于摩擦而带电，油滴进入上板中央小孔后落到匀强电场中，通过显微镜可以观察到油滴的运动情况。两金属板间的距离为力忽略空气对油滴的浮力和阻力。喷弊器_-LB--＞以减镜试探究：1.如何判定油滴的电性？2.调节两金属板间的电势差。，当U=U0时，使得某个质量为m1的油滴恰好做匀速运动，则该油滴所带电荷量q为多少？提示：1.因要求油滴匀速运动，电场力与重力平衡，而电场上端为正极，故油滴带负电。2.由平衡条件知m1g=号q,得q=喑。.对阴极射线本质的认识——丽观点(1)电磁波说，代表人物——赫兹，他认为这种射线是一种电磁辐射。(2)粒子说，代表人物——汤姆孙，他认为这种射线是一种带电粒子流。.阴极射线带电性质的判断方法(1)方法一：在阴极射线所经区域加上电场，通过打在荧光屏上的亮点的变化和电场的情况确定带电的性质。(2)方法二：在阴极射线所经区域加一磁场，根据亮点位置的变化和左手定则确定带电的性质。.实验结果根据阴极射线在电场中和磁场中的偏转情况，判断出阴极射线是粒子流，并且带负电。.带电油滴的电荷量都等于某个最小电荷量的整数倍，从而证实了电荷是量子化的，并求得了其最小值即电子所带的电荷量e。【例1】如图所示为汤姆孙用来测定电子比荷的装置。当极板尸和尸,间不加偏转电压时，电子束打在荧光屏的中心0点处，形成一个亮点；加上偏转电压U后，亮点偏离到。点，。点到0点的竖直距离为d，水平距离可忽略不计；此时在尸与P之间的区域里再加上一个方向垂直于纸面向里的匀强磁场，调节磁感应强度，当其大小为B时，亮点重新回到0点。已知极板水平方向长度为l1，极板间距为b，极板右端到荧光屏的距离为12。(1)求打在荧光屏。点的电子速度的大小；⑵推导出电子比荷的表达式。思路点拨：(1)在复合场中洛伦兹力与电场力是一对平衡力。⑵由类平抛规律及运动学公式可得表达式。［解析］(1)电子在正交的匀强电场和匀强磁场中做匀速直线运动，有Bev=Ee_U汨_U_=b，得v=Bb即打到荧光屏o点的电子速度的大小为BUb。(2)由d=j2dbv2 2dUm=U11(11+212)=B2bl1(11+212)［答案］(1)［答案］(1)BUb2dU⑵B2b11(11+212)巧妙运用电磁场测定电子比荷(1)当电子在复合场中做匀速直线运动时，qE=qvB，可以测出电子速度的大小。(2)电子在荧光屏上的落点到屏中心的距离等于电子在电场中的偏转位移与电子出电场到屏之间的倾斜直线运动偏转位移的和。［跟进训练］.如图所示，从正离子源发射的正离子经加速电压U加速后进入相互垂直的匀强电场E和匀强磁场B中，发现离子向上偏转，要使此离子沿直线穿过电场，则下列说法正确的是()A.增大电场强度EB.减小磁感应强度BC.减小加速电压U,增大电场强度ED.适当地加大加速电压UD［正离子进入相互垂直的匀强电场和匀强磁场区域中，受到的电场力F=qE,方向向上，受到的洛伦兹力F洛=qvB,方向向下，离子向上偏，说明电场力大于洛伦兹力，要使离子沿直线运动，须qE=qvB,则可使洛伦兹力增大或电场力减小，增大洛伦兹力的途径是增大加速电压U或增大磁感应强度B,选项D正确。］.（多选）英国物理学家汤姆孙通过对阴极射线的实验研究发现（）A.阴极射线在电场中偏向正极板一侧.阴极射线在磁场中受力情况跟正电荷受力情况相同C.不同材料所产生的阴极射线的比荷不同D.汤姆孙并未得出阴极射线粒子的电荷量AD［阴极射线实质上就是高速电子流，所以在电场中偏向正极板一侧，选项A正确；由于电子带负电，所以其受力情况与正电荷不同，选项B错误；不同材料所产生的阴极射线都是电子流，所以它们的比荷是相同的，选项C错误；在汤姆孙实验证实阴极射线就是带负电的电子流时并未得出电子的电荷量，最早测量电子电荷量的是美国科学家密立根，选项D正确。］对0散射实 对a散射实验的理解如图为卢瑟福所做的a粒子散射实验装置的示意图射放射放试探究：(1)该实验中为什么用金箔作靶子？(2)当把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，哪个位置相同时间内观察到屏上的闪光次数最多？提示：(1)金的延展性好，可以做得很薄而且金的原子序数大，产生的库仑斥力大，偏转明显。(2)在A处相同时间内观察到屏上的闪光次数最多。i~WS放射源、金箔、荧光屏等，如图所示。.现象及解释(1)绝大多数的a粒子穿过金箔后仍沿原来的方向前进。大多数a粒子离金原子核较远。(2)少数a粒子发生较大的偏转。发生较大偏转的a粒子是由于离金原子核较近，库仑斥力较大。(3)极少数a粒子偏转角度超过90°,有的几乎达到180°。正对或基本正对着金原子核入射的a粒子在库仑斥力作用下先减速至较小速度然后反向加速远离金原子核。.实验的注意事项(1)整个实验过程在真空中进行。(2)金箔需要做得很薄，a粒子才能穿过。(3)使用金箔的原因是金的延展性好，可以做得很薄。另外一点就是金的原子序数大，a粒子与金核间的库仑斥力大，偏转明显。【例2】在卢瑟福a粒子散射实验中，金箔中的原子核可以看作静止不动，下列各图画出的是其中两个a粒子经历金箔散射过程的径迹，其中符合实验事实的是（）A BC DC［a粒子与原子核相互排斥，运动轨迹与原子核越近，库仑斥力越大，运动方向变化越明显，故C正确。］（1）分析a粒子散射实验中的现象时，应注意是“绝大多数”“少数”还是“极少数”粒子的行为。“大角度偏转”只是少数粒子的行为。（2）a粒子散射实验是得出原子核式结构模型的实验基础，对实验现象的分析是建立卢瑟福核式结构模型的关键。通过对a粒子散射实验这一宏观探测，间接地构建出原子结构的微观图景。【一题多变】根据上题，可以证明什么？［解析］证明原子内存在一个集中了全部正电荷和几乎全部质量的核，叫原子核。［跟进训练］3.（多选）关于a粒子散射实验，下列说法正确的是（）A.该实验在真空环境中进行B.带有荧光屏的显微镜可以在水平面内的不同方向上移动C.荧光屏上的闪光是散射的a粒子打在荧光屏上形成的D.荧光屏只有正对a粒子源发出的射线方向上才有闪光ABC［由于a粒子有很强的电离作用，其穿透能力很弱，所以该实验要在真空中进行，选项A正确；a粒子打在荧光屏上会有闪光，为了观察大角度散射，带有荧光屏的显微镜可以在水平面内的不同方向上移动，选项B、C正确，选项D错误。］遂点3/原子的核式结构模型与原子核的组成1909〜1911年英籍物理学家卢瑟福指导其学生做了用a粒子轰击金箔的实验。他发现绝大多数a粒子穿过金箔后仍沿原来的方向前进，少数a粒子却发生了较大角度的偏转，极少数a粒子偏转角度超过了90°,有的甚至被弹回。这就是a粒子散射实验。为了解释这个结果，卢瑟福在1911年提出了原子的核式结构模型：在原子的中心有一个很小的核，叫作原子核，原子的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高速旋转。（下列公式或数据为已知：点kQ电荷的电势U=言,k=9.0X109N-m2/C2,金原子序数为79,a粒子质量ma=6.65X10-27kg,a粒子速度o=1.6X107m/s,电子电荷量e=1.6X10-19C）。请探究：（1）如何测定金原子核的半径大小？（2）请估算金原子核的大小（保留一位有效数字）？提示：（1）当a粒子速度减为0时，a粒子与金原子核间的距离最小，这个距离近似认为等于金原子核的半径。（2）此过程中动能转化为电势能，由2mao2=2keQ得r=4keQ,则求得r=4X10aa-14m。1.原子的核式结构与原子的枣糕模型的根本区别。核式结构枣糕模型原子内部是非常空旷的，正电荷集中在一个很小的核里原子是充满了正电荷的球体电子绕核高速旋转电子均匀嵌在原子球体内2.原子内的电荷关系：原子核的电荷数即核内质子数，与核外的电子数相等。3.原子核的组成：原子核由质子和中子组成，原子核的电荷数等于原子核的质子数。4.原子半径的数量级是10-10m,原子核半径的数量级是10-15m,两者相差10万倍之多。【例3】（多选）关于原子的核式结构学说，下列说法正确的是（）A.原子中绝大部分是“空”的，原子核很小B.电子在核外绕核旋转的向心力是原子核对它的库仑力C.原子的全部正电荷和质量都集中在原子核里D.原子核的直径约是10-10m思路点拨：（1）原子中心有很小的原子核集中了全部正电荷和几乎全部质量。（2）电子在核外绕核运动。AB［由于原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核内，而原子核又很小，所以原子内绝大部分区域是“空”的，选项A正确，C错误；电子绕原子核的圆周运动是原子核与电子间的库仑力提供向心力，选项B正确；原子核半径的数量级是10-15m,原子半径的数量级是10-10m,选项D错误。］［跟进训练］4.（多选）卢瑟福对a粒子散射实验的解释是（）A.使a粒子产生偏转的主要原因是原子中电子对a粒子的作用力B.使a粒子产生偏转的力是库仑力C.原子核很小，a粒子接近它的机会很小，所以绝大多数的a粒子仍沿原来的方向前进D.能产生大角度偏转的a粒子是穿过原子时离原子核近的a粒子BCD［原子核带正电，与a粒子之间存在库仑力，当a粒子靠近原子核时受库仑力而偏转，电子对它的影响可忽略，故A错误，B正确；由于原子核非常小，绝大多数粒子经过时离核较远，因而运动方向几乎不变，只有离核很近的a粒子受到的库仑力较大，方向改变较多，故C、D正确。］1.（多选）已知X射线的“光子”不带电，假设阴极射线像X射线一样，则下列说法正确的是（）A.阴极射线管内的高电压不能够对其加速而增加能量B.阴极射线通过偏转电场不会发生偏转C.阴极射线通过磁场方向一定不会发生改变D.阴极射线通过偏转电场能够改变方向ABC［因为X射线的“光子”不带电，故电场、磁场对X射线不产生作用力，故选项A、B、C正确。］

2.（多选）关于电子的发现，下列叙述中正确的是（）A.电子的发现，说明原子是由电子和原子核组成的B.电子的发现，说明原子具有一定的结构C.电子是第一种被人类发现的微观粒子D.电子的发现，比较好地解释了物体的带电现象BCD［发现电子之前，人们认为原子是不可再分的最小粒子，电子的发现，说明原子有一定的结构，B正确；电子是人类发现的第一种微观粒子，C正确；物体带电的过程，就是电子的得失和转移的过程，D正确。］3.（多选）对a粒子散射实验装置的描述，你认为正确的有（）A.实验器材有放射源、金箔、带有荧光屏的放大镜B.金箔的厚度对实验无影响C.如果不用金箔改用铝箔，仍会发生散射现象D.实验装置放在空气中和真空中都可以AC［仪粒子散射实验器材有放射源、金箔、荧光屏、显微镜，A正确；若金箔的厚度过大，a粒子穿过金箔时必然受较大的阻碍而影响实验效果，B错误；若改用铝箔，铝核的质量仍远大于a粒子的质量，散射现象仍能发生，C正确；若放置在空气中，空气中的尘埃对a粒子的运动会产生影响，D错误。］.在卢瑟福的a粒子散射实验中，某一a粒子经过某一原子核附近时的轨迹如图中实线所示。图中尸、Q为轨迹上的点，虚线是过尸、Q两点并与轨迹相切的直线，两虚线和轨迹将平面分为四个区域。不考虑其他原子核对该a粒子的作用，那么关于该原子核的位置，下列说法中正确的是（）y/nit"A.可能在①区域B.可能在②区域A.可能在①区域B.可能在②区域C.可能在③区域D.可能在④区域A［a粒子带正电，原子核也带正电，对靠近它的a粒子产生斥力，故原子核不会在④区域；如原子核在②、③区域，a粒子会向①区域偏；如原子核在①区域,可能会出现题图所示的轨迹，故A正确。］.密立根油滴实验原理如图所示。两块水平放置的金属板与电源正负极相连，板间电压为U,形成竖直向下场强为E的匀强电场。用喷雾器从上板中间的小孔喷入大小、质量和电荷量各不相同的油滴。通过显微镜可找到悬浮不动的油滴，若此悬浮的油滴的质量为m，则下列说法正确的是（）A.悬浮油滴带正电B.悬浮油滴的电荷量为mC.增大电场强度，悬浮油滴将向上运动D.油滴的电荷量不一定是电子电荷量的数整倍C［油滴受竖直向下的重力和竖直向上的电场力作用而悬浮，则悬浮油滴带负电，由qE=mg得q=m,故选项A、B错误；增大场强，则悬浮油滴所受电场力增大，合力向上，故油滴将向上运动，选项C正确；油滴的电荷量一定是电子电荷量的整数倍，选项D错误。］4.氢原子光谱和玻尔的原子模型一、光谱及氢原子光谱的实验规律.光谱（1）定义：用棱镜或光栅可以把物质发出的光按波长（频率）展开，获得波长（频率）和强度分布的记录，即光谱。（2）分类Q线状谱：有些光谱是一条条的亮线，叫作谱线，这样的光谱叫作线状谱。@连续谱：有的光谱看起来不是一条条分立的谱线，而是连在一起的光带，叫作连续谱。0特征谱线气体中中性原子的发射光谱都是线状矍且不同原子的亮线位置不艮故这些亮线称为原子的特征谱线。(4)光谱分析Q定义：利用原子的特征谱线来鉴别物质和确定物质的组成成分。0优点：灵敏度高。说明：同一种原子可以发射和吸收同一种频率的谱线。.氢原子光谱的实验规律和经典理论的困难(1)氢原子光谱的实验规律0巴耳末公式}=RIP曰n=3,4,5,…0意义：巴耳末公式以简洁的形式反映了氢原子的线状光谱的特征。(2)经典理论的困难(1)用经典电磁理论在解释原子的稳定性时遇到了困难。(2)用经典电磁理论在解释原子光谱是分立的线状谱时遇到了困难。说明：氢原子光谱是线状谱，只有一系列特定波长的光。二、玻尔原子理论的基本假设.玻尔原子模型(1)原子中的电子在库仑力的作用下，绕原子核做圆周运动。(2)电子绕核运动的轨道是量子化的。(3)电子在这些轨道上绕核的转动是稳定的，且不产生电磁辐射。.定态当电子在不同轨道上运动时，原子处于不同的状态，原子在不同的状态中具有不同的能量，即原子的能量是量子化的，这些量子化的能量值叫作能级，原子具有确定能量的稳定状态，称为定态。能量最低的状态叫作基鱼其他的能量状态叫作激发态。.跃迁当电子从能量较高的定态轨道(其能量记为纥)跃迂到能量较低的定态轨道(其能量记为Em，n>m)时，会放出能量为hv的光子，该光子的能量hv=纥一Em，这个式子被称为频率条件，又称辐射条件。三、玻尔理论对氢原子光谱的解释.玻尔理论对氢光谱的解释(1)解释巴耳末公式①按照玻尔理论，从高能级跃迁到低能级时辐射的光子的能量为hkEn—Em。②巴耳末公式中的正整数n和2正好代表能级跃迁之前和之后所处的定态轨道的量子数n和2。并且理论上的计算和实验测量的里德伯常量符合得很好。(2)解释氢原子光谱的不连续性原子从较高能级向低能级跃迁时放出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。.玻尔理论的局限性(1)成功之处玻尔理论第一次将量子观念引入原子领域，提出了定态和跃迁的概念，成功解释了氢原子光谱的实验规律。(2)局限性保留了经典粒子的观念，把电子的运动仍然看做经典力学描述下的轨道运动。(3)电子云原子中的电子没有确定的坐标值，我们只能描述电子在某个位置出现概率的多少，把电子这种概率分布用疏密不同的点表示时，这种图像就像云雾一样分布在原子核周围，故称电子云。说明：电子从能量较高的定态轨道，跃迁到能量较低的定态轨道，会放出光子；反之会吸收光子。二基础自测工.思考判断(正确的打“J”，错误的打“X”)TOC\o"1-5"\h\z(1)各种原子的发射光谱都是连续谱。 (X)(2)线状谱和连续谱都可以用来鉴别物质。 (X)(3)氢原子能级的量子化是氢光谱不连续的原因。 (J)(4)玻尔理论能成功的解释氢光谱。 (J).(多选)对原子光谱，下列说法正确的是()A.原子光谱是不连续的.原子光谱是连续的C.由于原子都是由原子核和电子组成的，所以各种原子的原子光谱是相同的D.各种原子的原子结构不同，所以各种原子的原子光谱也不相同AD［原子光谱为线状谱，A正确，B错误；各种原子都有自己的特征谱线，故C错误，D正确。］3.（多选）玻尔在他提出的原子模型中所作的假设有（）A.原子处在具有一定能量的定态中，虽然电子做加速运动，但不向外辐射能B.原子的不同能量状态与电子沿不同的圆轨道绕核运动相对应，而电子的可能轨道的分布是不连续的C.电子从一个轨道跃迁到另一个轨道时，辐射（或吸收）一定频率的光子D.电子跃迁时辐射的光子的频率等于电子绕核做圆周运动的频率ABC［A、B、C三项都是玻尔提出来的假设，其核心是原子定态概念的引入与能量跃迁学说的提出，也就是“量子化”的概念。原子的不同能量状态与电子绕核运动时不同的圆轨道相对应，是经典理论与量子化概念的结合。原子辐射的能量与电子在某一可能轨道上绕核的运动无关，A、B、C正确。］△营点17 光谱及氢原子光谱的规律由于各种元素的原子结构不同，在光源的作用下都可以产生自己特征的光谱。如果一个样品经过激发在感光板上有几种元素的谱线出现，就证明该样品中有这几种元素。光谱分析十分突出的优点是一次可以分析多种元素，精度、灵敏度高，且不需纯样品，只需利用已知谱图，即可进行光谱定性分析。如图甲所示为a、b、c、d四种元素的线状谱，图乙是某矿物的线状谱。试探究：（1）通过光谱分析可以了解该物质缺乏的是什么元素?⑵请说出你的依据。提示：（1）b元素、d元素。

(2)依据：由矿物的线状谱与几种元素的特征谱线进行对照，b元素和d元素的谱线在该线状谱中不存在。.光谱的分类发射光谱「定义:由发光体直接产生的光谱发射光谱一-＞连续光谱的形式:连续分布，，切波长的光都有光谱一线状光谱(原子光谱)的形式：、些不连续的明线组成，不同元素的明线光谱不同(又叫特征光谱)光谱吸收光谱厂定义:连续光谱中某些波长的光被物质吸收光谱—吸收后产生的光谱L光谱形式:用分光镜观察时，看到连续光谱背景.上出现一些暗线(与特征谱线相对应).光谱分析(1)优点：灵敏度高，分析物质的最低含量达10-10g。(2)应用：①应用光谱分析发现新元素。②鉴别物体的物质成分；研究太阳光谱时发现了太阳中存在钠、镁、铜、锌、镍等金属元素。③应用光谱分析鉴定食品优劣。.巴耳末公式(1)巴耳末对氢原子光谱的谱线进行研究得到了下面的公式：空R[22-白，n=3,4,5…，该公式称为巴耳末公式。(2)公式中只能取n三3的整数，不能连续取值，波长是分立的值。.其他谱线除了巴耳末系，氢原子光谱在红外和紫外光区的其他谱线，也都满足与巴耳末公式类似的关系式。【例1】 氢原子光谱巴耳末系最短波长与最长波长之比为()

A.B.C.A.B.C.D.思路点拨：由=R8依—5），n=34,5…知，n=3时波长A最长，当n一8时波长最短。8（五一氯），A［由巴耳末公式A=R£—n2j,n=3,4,5…得，当n=8时，波长最小，最小波长A1满足：=R£，当n=3时，波长最大，最大波长A2满足8（五一氯），..-一A.5 . .联立解得才=9,选项A正确。］巴耳末公式的两点提醒（1）巴耳末公式反映氢原子发光的规律特征，不能描述其他原子。（2）公式是在对可见光的四条谱线分析时总结出来的，在紫外光区的谱线也适用。［跟进训练］.关于光谱和光谱分析，下列说法正确的是（）A.太阳光谱和白炽灯光谱是线状谱B.霓虹灯和煤气灯火焰中燃烧的钠蒸气产生的光谱是线状谱C.进行光谱分析时，可以利用线状谱，也可以利用连续谱D.观察月亮光谱，可以确定月亮的化学组成B［太阳光谱是吸收光谱，而月亮反射太阳光，也是吸收光谱，煤气灯火焰中钠蒸气产生的光谱属稀薄气体发光，是线状谱。由于月亮反射太阳光，其光谱无法确定月亮的化学组成，B正确。］.（多选）巴耳末通过对氢原子光谱的研究总结出巴耳末公式A=R（22—《），na 8122n2j=3,4,5…，对此，下列说法正确的是（）A.巴耳末依据核式结构理论总结出巴耳末公式B.巴耳末公式反映了氢原子发光的连续性C.巴耳末依据氢光谱的分析总结出巴耳末公式

D.巴耳末公式准确反映了氢原子发光的分立性，其波长的分立值并不是人为规定的CD［巴耳末是利用当时已知的、在可见光区的四条谱线作了分析总结出的巴耳末公式，并不是依据核式结构理论总结出来的，巴耳末公式反映了氢原子发光的分立性，也就是氢原子实际只会发出若干特定频率的光，由此可知，选项C、D正确。］玻尔原子理论的基本假设玻尔原子理论的基本假设玻尔原子模型中提出了三条假设，其中跃迁是指电子在不同轨道之间的跃迁。试探究：(1)跃迁与电离有什么区别？(2)跃迁与电离对光子的能量有什么要求？提示：(1)跃迁是指原子从一个定态到另一个定态的变化过程，而电离则是指原子核外的电子获得一定能量挣脱原子核的束缚成为自由电子的过程。(2)原子吸收光子的能量跃迁时必须满足能量条件，而只要大于电离能的任何光子的能量都能被吸收。.轨道量子化轨道半径只能够是一些不连续的、某些分立的数值。氢原子各条可能轨道上的半径rn=n2。(〃=1,2,3…)，其中n是正整数，r1是离核最近的可能轨道的半径，0=0.53X10T0m。其余可能的轨道半径还有0.212nm、0.477nm•…不可能出现介于这些轨道半径之间的其他值。这样的轨道形式称为轨道量子化。.能量量子化(1)电子在可能轨道上运动时，尽管是变速运动，但它并不释放能量，原子是稳定的，这样的状态也称之为定态。(2)由于原子的可能状态(定态)是不连续的，具有的能量也是不连续的。这样的能量值，称为能级，能量最低的状态称为基态，其他的状态叫作激发态，对氢原子，以无穷远处为势能零点时，其能级公式纥=2E"n=1,2,3…)nn21其中E1代表氢原子的基态的能级，即电子在离核最近的可能轨道上运动时原子的能量值，E1=-13.6eV。n是正整数，称为量子数。量子数n越大，表示能级越高。⑶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。.跃迁原子从一种定态(设能量为E2)跃迁到另一种定态(设能量为E1)时，它辐射(或吸收)一定频率的光子，光子的能量由这两种定态的能量差决定，高能级低能级En发射光子加-纥，-Er吸收光子hv=Em低能级En可见，电子如果从一个轨道到另一个轨道，不是以螺旋线的形式改变半径大小的，而是从一个轨道上“跳跃”到另一个轨道上。玻尔将这种现象叫作电子的跃迁。【例2】一个氢原子中的电子从一个半径为二的轨道自发地直接跃迁至另一半径为rb的轨道，已知ra>rb，则在此过程中()A.原子发出一系列频率的光子B.原子要吸收一系列频率的光子C.原子要吸收某一频率的光子D.原子要辐射某一频率的光子思路点拨：(1)由ra>rb知Ea>Eb。(2)从高能级向低能级跃迁，应放出光子。D［因为是从高能级向低能级跃迁，所以应放出光子，故B、C错误；“直接”从一能级跃迁到另一能级，只对应某一能级差，故只能放出某一频率的光子，故A错误，D正确。］解决玻尔原子模型问题的四个关键(1)电子绕核做圆周运动时，不向外辐射能量。(2)原子辐射的能量与电子绕核运动无关，只由跃迁前后的两个能级差决定。(3)处于基态的原子是稳定的，而处于激发态的原子是不稳定的。(4)原子的能量与电子的轨道半径相对应，轨道半径大，原子的能量大，轨道半径小，原子的能量小。［跟进训练］

E ... 一3.已知氢原子的基态能量为E1,激发态能量En=a，其中n=2,3…，用h表示普朗克常量，c表示真空中的光速。能使氢原子从第一激发态电离的光子的最大波长为()4hc 2hc 4hc 9hcA—3E1 B•一eC・—eD•一eC［第一激发态是能量最低的激发态n=2,依题意可知第一激发态能量为E2E=才；电离是氢原子从第一激发态跃迁到最高能级n(n=8)的过程，需要吸收的最.一. E. 一hc E.hc小光子能量为E=0-当=—才，由E=下得：一寸=7，所以能使氢原子从第一2 4 人 4 人4hc激发态电离的光子最大波长为A=-E,故选项C正确。］对氢原子的能级结构和跃迁问题的理解原子从一种定态跃迁到另一种定态时，会吸收或辐射出一定频率的光子。试探究：(1)若从E3到E1是否只有E3-E1一种可能？⑵如果是一群氢原子处于量子数为n的激发态，最多有多少条谱线?提示：(1)不是，可以是E3-E1也可以是E3-E2，再E2一E1两种可能。nn(n—1)(2)共有N= 2=C2>0

n.对能级图的理解(1)能级图中n称为量子数，E1代表氢原子的基态能量，即量子数n=1时对应的能量，其值为一13.6eV。En代表电子在第n个轨道上运动时的能量。(2)作能级图时，能级横线间的距离和相应的能级差相对应，能级差越大，间隔越宽，所以量子数越大，能级越密，竖直线的箭头表示原子跃迁方向，长度表示辐射光子能量的大小，n=1是原子的基态，n-8是原子电离时对应的状态。.能级跃迁处于激发态的原子是不稳定的，它会自发地向较低能级跃迁，经过一次或几次跃迁到达基态。所以一群氢原子处于量子数为n的激发态时，可能辐射出的光n（n—1）谱线条数为n=q= 。.光子的发射原子由高能级向低能级跃迁时以光子的形式放出能量，发射光子的频率由下式决定。h尸Em—En（Em、En是始末两个能级且m>n）能级差越大，放出光子的频率就越高。.使原子能级跃迁的两种粒子一一光子与实物粒子（1）原子若是吸收光子的能量而被激发，其光子的能量必须等于两能级的能量差，否则不被吸收，不存在激发到n能级时能量有余，而激发到n+1时能量不足，则可激发到n能级的问题。（2）原子还可吸收外来实物粒子（例如自由电子）的能量而被激发，由于实物粒子的动能可部分地被原子吸收，所以只要入射粒子的能量大于两能级的能量差值（E=E.—Ek）,就可使原子发生能级跃迁。nk【例3】氢原子的能级图如图所示，已知可见光光子能量范围为1.62〜3.11eV。下列说法正确的是（）〃 备加V2 -341 13.6A.处于n=3能级的氢原子可以吸收任意频率的紫外线，并发生电离B.大量氢原子从高能级向n=3能级跃迁时，发出的光中一定包含可见光C.大量处于n=2能级的氢原子向基态跃迁时，发出的光子能量较大，有明显的热效应D.大量处于n=4能级的氢原子向低能级跃迁时，只可能发出3种不同频率的光思路点拨：（1）紫外线光子能量若大于1.51eV则能电离，否则不能。⑵辐射光子能量在1.62〜3.11eV内则为可见光，红外线有明显的热效应。A［紫外线光子的能量一定大于可见光光子的能量，即一定大于3.11eV,而从第3能级电离只需要1.51eV能量，选项A正确；从高能级向第3能级跃迁时辐射出光子的能量一定小于1.51eV,因此不含可见光，选项B错误；氢原子从第2能级向基态跃迁，辐射光子的能量为10.2eV,是紫外线，只有红外线才有明显的热效应，选项C错误；大量氢原子从第4能级向低能级跃迁，能产生6种可能的光子，选项D错误。］能级跃迁规律大量处于n激发态的氢原子向基态跃迁时，最多可辐射则/种频率的光子。一个处于n激发态的氢原子向基态跃迁时，最多可辐射(n—1)种频率的光子。【一题多变】如果只有一个处于n=5激发态的氢原子向n=2的激发态跃迁，最多可有几种频率的光子？［解析］从n=5激发态到n=2的激发态，最多有5-4,4—3,3-2三种频率的光子。［答案］3种［跟进训练］4.(多选)欲使处于基态的氢原子激发或电离，下列措施可行的是()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10eV的光子照射AC［由氢原子的能级图可求得E2—E1=-3.40eV—(—13.6)eV=10.2eV,即10.2eV是第2能级与基态之间的能量差，处于基态的氢原子吸收10.2eV的光子后将跃迁到第2能级态，可使处于基态的氢原子激发，A正确；Em—E1=11eV,即不满足玻尔理论关于跃迁的条件，B错误；要使处于基态的氢原子发生电离，照射光的能量须三13.6eV,而14eV>13.6eV,故14eV的光子可使基态的氢原子发生电离，C正确；Em—E1=10eV,既不满足玻尔理论关于跃迁的条件，也不能使氢原子发生电离，D错误。］.（多选）白光通过棱镜后在屏上会形成按红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫排列的连续谱线，下列说法正确的是（）A.棱镜使光谱加了颜色B.白光是由各种颜色的光组成的C.棱镜对各种颜色光的偏折不同D.发光物质发出了在可见光区的各种频率的光BCD［白光通过棱镜使各种颜色的光落在屏上的不同位置，说明棱镜对各种颜色的光偏折不同，形成的连续光谱按波长（或频率）排列，即白光是包括各种频率的光，光的颜色是由波长（或频率）决定，并非棱镜增加了颜色，B、C、D正确，A错误。］.（多选）下列说法中正确的是（）A.炽热的固体、液体和高压气体发出的光形成连续光谱B.各种原子的明线光谱中的明线和它吸收光谱中的暗线必定一一对应C.气体发出的光只能产生明线光谱D.在一定条件下气体也可以产生连续光谱AD［据连续光谱的产生知A正确；吸收光谱中的暗线和明线光谱中的明线相对应，但通常吸收光谱中看到的暗线要比明线光谱中的明线少，B错误；气体发光，若为高压气体则产生吸收光谱，若为稀薄气体则产生明线光谱，C错误，D正确。］.（多选）根据玻尔理论，以下说法正确的是（）A.电子绕核运动有加速度，就要向外辐射电磁波.处于定态的原子，其电子做变速运动，但它并不向外辐射能量C.原子内电子的可能轨道是不连续的D.原子能级跃迁时，辐射或吸收光子的能量取决于两个轨道的能量差BCD［根据玻尔理论，电子绕核运动有加速度，但并不向外辐射能量，也不会向外辐射电磁波，故选项A错误，B正确；玻尔理论中的第二条假设，就是电子绕核运动可能的轨道半径是量子化的，不连续的，选项C正确；原子在发生能级跃迁时，要放出或吸收一定频率的光子，光子能量取决于两个轨道的能量差，故选项D正确。］4.（多选）一群处于基态的氢原子吸收某种光子后，向外辐射了vjv2、匕三种频率的光子，且V1>V2>匕，则（ ）A.被氢原子吸收的光子的能量为hv1B.被氢原子吸收的光子的能量为hv2V1—V2+V3V3=V1+V2AC［氢原子吸收光子能向外辐射出三种频率的光子，说明氢原子从基态跃迁到了第3能级态（如图所示），在第3能级态不稳定，又向低能级跃进，发出光子，其中从第3能级跃迁到第1能级的光子能量最大，为hV1,从第2能级跃迁到第1能级的光子能量比从第3能级跃迁到第2能级的光子能量大，由能量守恒可知，氢原子一定是吸收了能量为hV1的光子，且关系式hV1=hV2+hV3,V1=v2+V3存在，A、C正确。］5.（思维拓展）已知金属钙的逸出功为2.7eV,氢原子的能级图如图所示。一群氢原子处于n—4能级状态，则：n E/eVTOC\o"1-5"\h\z0G 04 ——0.853 -1.512 -3.401 13.6问题探究：（1）氢原子可能辐射几种频率的光子？（2）其中有几种频率的辐射光子能使金属钙发生光电效应？提示：（1）因为C2=6,所以可能有6种频率的光子。（2）辐射光子的能量只要大于2.7eV就可以发生光电效应，只有n=4跃迁至1n=1,n=3跃迁到n=1,n=2跃迁到n=1这三种频率的光子可以。5.粒子的波动性和量子力学的建立一、粒子的波动性和实验验证.粒子的波动性(1)德布罗意波1924年法国巴黎大学的德布罗意提出假设：实物粒子也具有波动性，每一个运动的粒子都与一个对应的波相联系，这种与实物粒子相联系的波称为德布罗意波，也叫物质波。(2)物质波的波长、频率关系式丸==o.物质波的实验验证(1)实验探究思路干涉、衍射是波特有的现象，如果实物粒子具有波动性，则在一定条件下，也应该发生干涉或衍射现象。(2)实验验证1927年戴维孙和汤姆孙分别利用晶体做了电子束衍射实验，得到了电子的衍射图样，如图所示，证实了电子的波动性。电子束穿过铝箔后的衍射图样(3)说明①人们陆续证实了质子、中子以及原子、分子的波动也对于这些粒子，德布罗意给出的v=h和A=与关系同样正确。②宏观物体的质量比微观粒子大得多，运动时的动因艮大，对应的德布罗意波的波长很小，根本无法观察到它的波动性。说明：所有物体都具有波动性和粒子性。二、量子力学的建立与应用.量子力学的建立⑴普朗克黑体辐射理论、爱因斯坦光电效应理论、康普顿散射理论、玻尔氢原子理论以及德布罗意物质波假说等一系列理论在解释实验方面都取得了成功。(2)在以玻恩、海森堡、薛定谔以及英国的狄拉克和奥地利的泡利为代表的众多物理学家的共同努力下，描述微观世界行为的理论被逐步完善并最终完整地建立起来，它被称为量子力学。.量子力学的应用(1)量子力学推动了核物理和粒子物理的发展。(2)量子力学推动了原子、分子物理和光学的发展。(3)量子力学推动了固体物理的发展。二基础自测工.思考判断(正确的打“J”，错误的打“X”)TOC\o"1-5"\h\z一切宏观物体都伴随着一种波，即物质波。 (X)(2)湖面上的水波就是物质波。 (X)(3)光的干涉、衍射、偏振现象说明光具有波动性。 (J)(4)光子数量越大，其粒子性越明显。 (X).(多选)关于光的本性，下列说法中正确的是()A.关于光的本性，牛顿提出“微粒说”.惠更斯提出“波动说”，爱因斯坦提出“光子说”，它们都说明了光的本性B.光具有波粒二象性是指：既可以把光看成宏观概念上的波，也可以看成微观概念上的粒子C.光的干涉、衍射现象说明光具有波动性D.光电效应说明光具有粒子性CD［光的波动性指大量光子在空间各点出现的可能性的大小可以用波动规律来描述，不是惠更斯的波动说中宏观意义下的机械波，光的粒子性是指光的能量是一份一份的，每一份是一个光子，不是牛顿微粒说中的经典微粒。某现象说明光具有波动性，是指波动理论能解释这一现象。某现象说明光具有粒子性，是指能用粒子说解释这个现象。要区分说法和物理史实与波粒二象性之间的关系。C、D正确，A、B错误。］3.关于物质波，以下观点不正确的是（）A.只要是运动着的物体，不论是宏观物体还是微观粒子，都有相应的波与之对应，这就是物质波B.只有运动着的微观粒子才有物质波，对于宏观物体，不论其是否运动，都没有相对应的物质波C.由于宏观物体的德布罗意波长太小，所以无法观察到它们的波动性D.电子束照射到金属晶体上得到电子束的衍射图样，从而证实了德布罗意的假设是正确的B［只要是运动着的物体，不论是宏观物体还是微观粒子，都有相应的波与之对应，这就是物质波，故A正确，B错误；由于宏观物体的德布罗意波长太小，所以无法观察到它们的波动性，故C正确；电子束照射到金属晶体上得到了电子束的衍射图样，从而证实了德布罗意的假设是正确的，故D正确。B符合题意。］△3点1/ 对光的波粒二象性的理解我们说光具有波粒二象性，即光有波动性，同时光也具有粒子性，那么哪些现象可以证明光具有波动性？哪些现象证明光具有粒子性？大量光子体现的什么性更强？提示：光的干涉和衍射证明光具有波动性；光电效应、康普顿效应则说明光具有粒子性。大量光子的作用效果往往表现为波动性。―1.对光的本性认识史人类对光的认识经历了漫长的历程，从牛顿的光的微粒说到托马斯・杨和菲涅耳的波动说，从麦克斯韦的光的电磁说到爱因斯坦的光子说。直到20世纪初，对于光的本性的认识才提升到一个更高层次，即光具有波粒二象性。对于光的本性认识史，列表如下：学说名称微粒说波动说电磁说光子说波粒二象性内容要占八、、光是一群弹性粒子光是一种机械光是一种电磁光是由一份一光是具有电磁本性的物质，既有波动性又

波波份光子组成的有粒子性理论领域宏观世界宏观世界微观世界微观世界微观世界2.对光的波粒二象性的理解项目实验基础表现说明光的波动性干涉和衍射(1)光子在空间各点出现的可能性大小可用波动规律来描述⑵足够能量的光在传播时，表现出波的性质(1)光的波动性是光子本身的一种属性，不是光子之间相互作用产生的(2)光的波动性不同于宏观观念的波光的粒子性光电效应、康普顿效应(1)当光同物质发生作用时，这种作用是“一份一份”进行的，表现出粒子的性质⑵少量或个别光子容易显示出光的粒子性(1)粒子的含义是“不连续”“一份一份”的⑵光子不同于宏观观念的粒子［特别提醒］大量光子表现出波动性，个别光子表现出粒子性，光具有波粒二象性。【例1】有关光的本性，下列说法正确的是()A.光既具有波动性，又具有粒子性，两种性质是不相容的B.光的波动性类似于机械波，光的粒子性类似于质点C.大量光子才具有波动性，个别光子只具有粒子性D.由于光既具有波动性，又具有粒子性，无法只用其中一种去说明光的一切行为，只能认为光具有波粒二象性思路点拨：(1)光的粒子性与波动性是对立统一的。(2)光表现出粒子性或波动性，只是说明哪一个方面表现得更显著。D［光既具有波动性，又具有粒子性，但它又不同于宏观观念中的机械波和粒子。波动性和粒子性是光在不同情况下的不同表现，是同一客体的两个不同侧面、不同属性，我们无法用其中的一种去说明光的一切行为，只能认为光具有波粒二象性。选项D正确。］（1）光既有波动性又有粒子性，二者是统一的。⑵光表现为波动性，只是光的波动性显著，粒子性不显著而已。⑶光表现为粒子性，只是光的粒子性显著，波动性不显著而已。［跟进训练］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，其波动性越显著；波长越短，其粒子性越显著D.大量光子的行为往往显示出粒子性C［一切光都具有波粒二象性，光的有些行为（如干涉、衍射）表现出波动性，有些行为（如光电效应）表现出粒子性，所以，不能说有的光是波，有的光是粒子。虽然光子与电子都是微观粒子，都具有波粒二象性，但电子是实物粒子，有静止质量，光子不是实物粒子，没有静止质量，电子是以实物形式存在的物质，光子是以场的形式存在的物质，所以，不能说光子与电子是同样的一种粒子。光的波粒二象性的理论和实验表明，大量光子的行为表现出波动性，个别光子的行为表现出粒子性。光的波长越长，衍射性越好，即波动性越显著，光的波长越短，其光子能量越大，个别或少数光子的作用就足以引起光接收装置的反应，所以其粒子性就很显著，故C正确，A、B、D错误。］对物质波的 对物质波的理解（1）1927年戴维森和61.汤姆孙分别用单晶和多晶晶体做了电子束衍射实验，得到如图甲的衍射图样，试问该图样证明了什么？甲乙⑵1960得到如图甲的衍射图样，试问该图样证明了什么？甲乙⑵1960年，约恩孙直接做了电子双缝干涉实验，从屏上摄得了类似杨氏双缝干涉图样的照片，试问这证明了什么？提示：（1）证明电子的波动性。（2）证明电子的波动性。.任何物体，小到电子、质子，大到行星、太阳都存在波动性，我们之所以观察不到宏观物体的波动性，是因为宏观物体对应的波长太小。h R.物质波波长的计算公式为A=h，频率公式为v=.。3.德布罗意假说是光子的波粒二象性的一种推广，使之包括了所有的物质粒子，即光子与实物粒子都具有粒子