2024届一轮复习新人教版 第十五章第1讲　原子结构和波粒二象性 课件（48张）

第十五章原子结构和波粒二象性原子核细研考题·明晰考什么提炼规律·忖测怎么考高考年份命题轨迹考查点1.命题难度:原子结构与波粒二象性、原子核的相关内容题目命题点较为单一,多以选择题的形式出现,难度较为基础。2.命题频率:从内容来看,原子结构与波粒二象性在近几年高考命题中考查频率不高,对于光电效应、氢原子的能级结构、核反应方程的书写、核能的计算问题的命题比较频繁。从整体命题趋势上看,常考类型有:①光电效应现象与光电效应方程的应用;②原子核式结构;③氢原子光谱规律、能级跃迁;④核衰变与核反应方程;⑤核能与爱因斯坦质能方程。3.命题情境:对于光电效应、能级跃迁、原子结构等考查知识点单一,但也可能会结合电场、动量等知识考查综合性问题。天然放射现象、半衰期、核反应和核能等知识点是主要命题点,命题往往灵活多变,且常与最新时事和科技前沿相结合,联系医用放射性核素、霓虹灯、氖管、光谱仪、原子钟、威耳逊云室、射线测厚仪、原子弹、反应堆与核电站、太阳、氢弹、环流器装置等考查对知识的理解和应用能力。2022全国甲卷T17(6分)对半衰期的理解和应用全国乙卷T17(6分)对光子的能量E=hν的考查山东卷T1(3分)对半衰期的理解和应用广东卷T5(4分)提供按能量排列的电磁波谱,考查吸收的光子能量湖南卷T1(4分)考查原子结构和微观粒子波粒二象性河北卷T4(4分)考查光电效应方程,以及对遏止电压Uc与入射光频率ν图线的理解2021全国甲卷T17(6分)衰变次数的计算全国乙卷T17(6分)对半衰期的理解和应用山东卷T1(3分)对衰变的实质、衰变方程的书写、半衰期和质量亏损的理解广东卷T1(4分)衰变方程的书写、对半衰期的理解和应用福建卷T9(4分)衰变方程的书写及对半衰期的理解湖南卷T1(4分)对半衰期的理解、射线的危害与防护河北卷T1(4分)衰变、半衰期的理解4.模型图示第1讲原子结构和波粒二象性梳理必备知识回归教材一、光电效应1.光电效应的定义照射到金属表面的光,能使金属中的

从表面逸出。这个现象称为光电效应,这种电子常称为

电子。2.光电效应的实验规律(1)存在截止频率。①当入射光的频率减小到某一数值νc时,光电流

,νc称为截止频率或

频率。②当入射光的频率

截止频率时不发生光电效应。③不同金属的截止频率

,截止频率与金属自身的性质有关。电子光消失极限低于不同(2)存在饱和电流。①在一定的光照条件下,单位时间内发射的光电子的数目是

的,电压增加到一定值时,光电流达到饱和。②在光的频率不变的情况下,入射光越强,单位时间内发射的光电子数越

,饱和电流越

。(3)存在遏止电压。①使光电流减小到0的

电压Uc称为遏止电压。一定③同一种金属对于一定频率的光,遏止电压都是

的。光的频率ν改变时,遏止电压Uc也会

。④对于同一种金属,光电子的能量只与入射光的

有关,而与入射光的强弱

关。多大反向eUc一样改变频率无(4)光电效应具有瞬时性。当频率超过截止频率νc时,无论入射光怎样微弱,照到金属时会立即产生光电流。光电效应几乎是

发生的。3.爱因斯坦的光电效应理论(1)逸出功:要使电子脱离某种金属,需要外界对它做功,做功的

值叫作这种金属的逸出功,用W0表示。(2)光子说:光本身就是由一个个不可分割的

组成的,频率为ν的光的能量子为

,其中,h为普朗克常量。这些能量子称为

。(3)爱因斯坦光电效应方程①内容:当光子照到金属上时,它的能量可以被金属中的某个电子全部吸收,金属中的电子吸收一个光子获得的能量是

,在这些能量中,一部分大小为

的能量被电子用来脱离金属,剩下的是逸出后电子的

。瞬时最小能量子hν光子hνW0初动能二、光的波粒二象性与物质波1.光的波粒二象性(1)光的干涉、衍射、偏振现象证明光具有

性。(2)光电效应说明光具有

性。(3)光既具有波动性,又具有粒子性,称为光的

性。hν-W0最大波动粒子波粒二象(2)物质波的实验验证。①电子束衍射的实验。②电子德布罗意波的干涉现象。波(3)德布罗意提出物质波的观念被实验证实,表明电子、质子、原子等粒子不但具有粒子的性质,而且具有

的性质。它们和

一样,也具有波粒二象性。四、原子的核式结构模型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(1)装置:1909～1911年,英国物理学家

和他的助手进行了用α粒子轰击金箔的实验,实验装置如图所示。波动光汤姆孙卢瑟福(2)现象: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,但有少数α粒子发生了

偏转,偏转的角度甚至

,也就是说它们几乎被“撞”了回来。(如图所示)原来3.卢瑟福原子核式结构模型原子中带正电部分的体积很

,但几乎占有

,电子在正电体的外面

。正电体的尺度是很小的,称为

。卢瑟福的原子模型因而称为核式结构模型。大角度大于90°小全部质量运动原子核四、氢原子光谱1.光谱:用光栅或棱镜可以把各种颜色的光按波长展开,获得光的

(频率)和强度分布的记录,即光谱。2.光谱分类波长4.光谱分析:利用每种原子都有自己的

可以用来鉴别物质和确定物质的组成成分,且灵敏度很高。在发现和鉴别化学元素上有着重大的意义。特征谱线五、玻尔的原子模型1.玻尔原子模型的基本假设轨道量子化与定态电子只能在

轨道上运动,原子的能量也只能取一系列

.的值。这些量子化的能量值叫作

。原子中这些具有确定能量的稳定状态,称为

态。能量最低的状态叫作

态,其他的状态叫作

态频率条件当电子从能量较高的定态轨道(其能量记为En)跃迁到能量较低的定态轨道(能量记为Em,m<n)时,会放出能量为hν的光子(h是普朗克常量),这个光子的能量由前后两个能级的

决定,即hν=

,这个式子称为频率条件,又称

条件。反之,当电子吸收光子时会从能量较低的定态轨道跃迁到能量较高的定态轨道,

的光子的能量同样由频率条件决定特定特定能级定基激发能量差En-Em辐射吸收2.氢原子的能量和能级跃迁(1)氢原子的能级图:如图所示。-13.6②半径公式:rn=

(n=1,2,3,…),其中r1为基态轨道半径,其数值为r1=0.53×10-10m。n2r11.正误辨析(1)光子和光电子都是实物粒子。(

)(2)光电子的最大初动能与入射光子的频率成正比。(

)(3)原子中绝大部分是空的,原子核很小。(

)(4)氢原子光谱是由一条一条亮线组成的。(

)(5)光的频率越高,光的粒子性越明显,但仍具有波动性。(

)(6)处于基态的氢原子可以吸收能量为11eV的光子而跃迁到高能级。(

)××√√√×2.光电效应是一个非常神奇的现象,由德国物理学家赫兹于1887年在研究电磁波的实验中偶然发现。下列关于光电效应的叙述,正确的是(

)A.遏止电压只与入射光频率有关,与金属种类无关B.单一频率的光照射金属表面发生光电效应时,所有光电子的速度一定相同C.入射光频率越大,饱和光电流越大D.若红光照射到金属表面能发生光电效应,则紫光照射到该金属表面上也一定能发生光电效应D解析:根据动能定理和光电效应方程有eUc=Ekm=hν-W0,由上式可知遏止电压Uc和入射光频率以及金属的逸出功(由金属种类决定)均有关,故A错误;单一频率的光照射金属表面发生光电效应时,光电子从金属表面逸出时不仅要克服金属的束缚做功,还有可能受到某些其他外界因素影响而损失能量,所以光电子的速度不一定相同,故B错误;饱和光电流与入射光强度有关,入射光强度越大,饱和光电流越大,而与入射光频率无关,故C错误;紫光的频率比红光的频率大,若红光照射到金属表面能发生光电效应,则紫光照射到该金属表面上也一定能发生光电效应,故D正确。3.如图为氢原子的能级图。现有两束光,a光由图中跃迁①辐射的光子组成,b光由图中跃迁②辐射的光子组成,已知a光照射X金属时刚好能发生光电效应。则下列说法正确的是(

)A.a光的波长小于b光的波长B.X金属的逸出功为2.86eVC.氢原子发生跃迁①后,原子的能量将减小3.4eVD.用b光照射X金属,逸出的光电子的最大初动能为10.2eVB解析:由题图可知,跃迁①辐射的光子的能量为Ea=E5-E2=2.86eV,跃迁②辐射的光子的能量为Eb=E2-E1=10.2eV,由上述分析可知,b光的能量大于a光,则a光的频率小于b光的频率,则a光的波长大于b光的波长,故A错误;已知a光照射X金属时刚好能发生光电效应,根据光电效应方程Ek=hν-W0可知,X金属的逸出功为W0=2.86eV,故B正确;氢原子发生跃迁①后,原子的能量将减小2.86eV,故C错误;用b光照射X金属,由光电效应方程Ek=hν-W0可得,逸出的光电子的最大初动能为Ekm=Eb-W0=7.34eV,故D错误。提升关键能力突破考点考点一光电效应的规律及应用1.光电效应的分析思路(1)通过频率分析。(2)通过光的强度分析。2.光电效应图像3.定量分析时应抓住三个关系式(1)爱因斯坦光电效应方程Ek=hν-W0。(2)最大初动能与遏止电压的关系:Ek=eUc。(3)逸出功与截止频率的关系:W0=hνc。请辨析以下五组概念有何区别。(1)“光子”与“光电子”。提示:(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。光子是因,光电子是果。(2)“光电子的动能”与“光电子的最大初动能”。提示:(2)光电子的动能与光电子的最大初动能: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的情况,才具有最大初动能。(3)“光电流”与“饱和光电流”。提示:(3)光电流和饱和光电流: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。(4)“入射光的强度”与“光子能量”。提示:(4)入射光强度与光子能量:入射光强度指单位时间内照射到金属表面单位面积上的总能量,而光子能量E=hν。(5)“光的强度”与“饱和光电流”。提示:(5)光的强度与饱和光电流:频率相同的光照射金属产生光电效应,入射光越强,饱和光电流越大,但不是简单的正比关系。A[例1][光电效应的规律](2023·广东广州模拟)用如图所示的装置研究光电效应现象,闭合开关当用光子能量为2.5eV的光照射到光电管上时,电流表G的读数为0.2mA。移动滑动变阻器的滑片C,当电压表的示数大于或等于0.7V时,电流表读数为0。则(

)A.光电管阴极的逸出功为1.8eVB.开关S断开后,没有电流流过电流表GC.光电子的最大初动能为1.8eVD.改用能量为1.5eV的光子照射,电流表G也有电流,但电流较小解析:由题图可知,光电管两端所加的电压为反向电压,由电压表的示数大于或等于0.7V时,电流表示数为0,可知光电子的最大初动能为0.7eV,根据光电效应方程Ek=hν-W0,可得W0=1.8eV,A正确,C错误;开关S断开后,无反向电压,用光子能量为2.5eV的光照射到光电管上时依然能发生光电效应,有光电子逸出,则有电流流过电流表,B错误;改用能量为1.5eV的光子照射,由于光子的能量小于逸出功,不能发生光电效应,无光电流,D错误。[例2][光电效应的图像](2022·河北卷,4)如图是密立根于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A考点二光的波粒二象性物质波1.光的波粒二象性项目实验基础表现说明光的波动性干涉和衍射(1)光是一种概率波,即光子在空间各点出现的可能性大小(概率)可用波动规律来描述。(2)大量的光子在传播时,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(2)德布罗意波也是概率波,衍射图样中的亮纹是电子落点概率大的地方,但概率的大小受波动规律的支配。[例3][光的波动性](2022·山东枣庄模拟)某实验小组用完全相同的双缝干涉实验装置进行实验,仅换用频率不同的单色光a、b得到的干涉图样分别如图甲、乙所示。下列说法正确的是(

)A.a光更容易发生明显的衍射现象B.a光子的能量大于b光子的能量C.从同一种介质射入空气发生全反射时,a光的临界角大于b光的临界角D.对于同一金属,a光的遏止电压小于b光的遏止电压B[例4][光的粒子性](2022·全国乙卷,17)一点光源以113W的功率向周围所有方向均匀地辐射波长约为6×10-7m的光,在离点光源距离为R处每秒垂直通过每平方米的光子数为3×1014个。普朗克常量为h=6.63×10-34J·s。R约为(

)A.1×102m B.3×102mC.6×102m D.9×102mB考点三原子的核式结构1.α粒子散射实验的意义卢瑟福通过α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。2.原子核的电荷与尺度[例5][α粒子散射实验的现象分析](2022·重庆北碚区模拟)如图所示是α粒子散射实验装置的示意图。从α粒子源发射的α粒子射向金箔,利用观测装置观测发现,绝大多数α粒子穿过金箔后,基本上仍沿原来的方向前进,但有少数α粒子(约占八千分之一)发生了大角度偏转,极少数偏转的角度甚至大于90°。下列说法正确的是(

)A.α粒子是从放射性物质中发射出来的快速运动的质子流B.实验结果说明原子中的正电荷弥漫性地均匀分布在原子内C.α粒子发生大角度偏转是金箔中的电子对α粒子的作用引起的D.α粒子发生大角度偏转是带正电的原子核对α粒子的斥力引起的D解析:α粒子是从放射性物质中发射出来的氦核,A错误;若原子中的正电荷弥漫性地均匀分布在原子内,α粒子穿过原子时受到的各方向正电荷的斥力基本上会相互平衡,对α粒子运动的影响不会很大,不会出现大角度偏转的实验结果,B错误;电子对α粒子速度的大小和方向的影响可以忽略,C错误;原子核带正电,体积很小,但几乎占有原子的全部质量,电子在核外运动,当α粒子进入原子区域后,大部分离原子核很远,受到的库仑斥力很小,运动方向几乎不变,只有极少数α粒子在穿过时离原子核很近,因此受到很强的库仑斥力,发生大角度散射,D正确。[例6][对原子核式结构模型的理解](2022·福建莆田模拟)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。下列说法正确的是(

)A.轨迹3是正确的B.轨迹2是正确的C.少部分的α粒子穿过金箔后仍沿原方向前进D.α粒子在轨迹3的电势能先减小后增大A解析:在α粒子散射实验结果中,绝大多数α粒子穿过金箔后仍沿原来方向前进,极少数发生超过90°的大角度偏转,越靠近原子核,轨迹偏转越大,而题图中轨迹2的偏转程度超过轨迹3,故轨迹2错误,轨迹3正确;在轨迹3,原子核对α粒子先做负功再做正功,所以α粒子电势能先增大后减小,A正确,B、C、D错误。考点四氢原子能级及原子跃迁1.两类能级跃迁(1)自发跃迁:高能级→低能级,释放能量,发射光子。(2)受激跃迁:低能级→高能级,吸收能量。吸收光子的能量必须恰好等于能级差hν=ΔE。2.光谱线条数的确定方法(1)一个氢原子跃迁可能发出的光