【狀元之路】2011高考物理一輪復(fù)習(xí) 15.1第十五章第一課時量子論初步精品課件 魯科版 新課標(biāo)

共92頁,1,【狀元之路】新課標(biāo)魯科版2011高考一輪復(fù)習(xí)物理精品課件,共92頁,2,第十五章近代物理初步第一課時量子論初步,共92頁,3,第一關(guān):基礎(chǔ)關(guān)展望高考,共92頁,4,基礎(chǔ)知識,共92頁,5,一光電效應(yīng),共92頁,6,知識講解,共92頁,7,1.定義:在光(包括不可見光)的照射下從物體發(fā)射出電子(光電子)的現(xiàn)象叫光電效應(yīng).2.光電效應(yīng)規(guī)律(1)每種金屬都有一個極限頻率,入射光的頻率必須大于這個極限頻率才能產(chǎn)生光電效應(yīng).(2)光電子的最大初動能與入射光的強度無關(guān),只隨入射光頻率的增大而增大.(3)光電效應(yīng)的發(fā)生幾乎是瞬時的,一般不超過10-9s.,共92頁,8,活學(xué)活用,共92頁,9,1.對光電效應(yīng)的解釋正確的是()A.金屬鈉的每個電子可以吸收一個或一個以上的光子,當(dāng)它積累的動能足夠大時,就能逸出金屬B.如果入射光子的能量小于金屬表面的電子克服原子核的引力而逸出時所需做的最小功,便不能發(fā)生光電效應(yīng)C.發(fā)生光電效應(yīng)時,入射光越強,光子的能量就越大,光電子的最大初動能就越大D.由于不同金屬的逸出功是不相同的,因此使不同金屬產(chǎn)生光電效應(yīng)入射光的最低頻率也不同,共92頁,10,解析:按照愛因斯坦的光子說,光的能量是由光的頻率決定的,與光強無關(guān),入射光的頻率越大,發(fā)生光電效應(yīng)時產(chǎn)生的光電子的最大初動能越大.但要使電子離開金屬須使電子具有足夠的動能,而電子增加的動能只能來源于照射光的光子能量,但電子只能吸收一個光子,不能吸收多個光子,否則即使光的頻率低,只要照射時間足夠長,也會發(fā)生光電效應(yīng).電子從金屬逸出時只有從金屬表面向外逃出的電子克服原子核的引力所做的功最小.答案:BD,共92頁,11,二光子說與光電效應(yīng)方程,共92頁,12,知識講解,共92頁,13,1.光子說光是一份一份地不連續(xù)傳播的,每一份叫做一個光子,光子的能量跟它的頻率成正比,即E=h,光子說是愛因斯坦提出的.2.最大初動能:發(fā)生光電效應(yīng)時,電子克服金屬原子核的引力逸出時,具有的動能大小不同,金屬表面上的電子吸收光子后逸出時動能的最大值,稱為最大初動能.,共92頁,14,3.光電效應(yīng)方程根據(jù)能量守恒定律,光電子的最大初動能跟入射光子的能量h和逸出功W的關(guān)系為,這個方程叫愛因斯坦光電效應(yīng)方程.,共92頁,15,三光的波粒二象性,共92頁,16,知識講解,共92頁,17,1.光既有波動性,又具有粒子性,即光具有波粒二象性,這是微觀世界獨有的特殊規(guī)律.2.大量光子運動的規(guī)律表現(xiàn)出光的波動性,單個光子的運動表現(xiàn)出光的粒子性.頻率越低的光波動性越明顯,頻率越高的光粒子性越明顯.3.光的波長越長,波動性越明顯,越容易看到光的干涉和衍射現(xiàn)象;光的頻率越高,粒子性越明顯,貫穿本領(lǐng)越強.,共92頁,18,四玻爾的原子模型,共92頁,19,知識講解,共92頁,20,(1)玻爾原子理論的基本假設(shè)軌道量子化與定態(tài)a.電子的軌道是量子化的.電子運行軌道的半徑不是任意的,只有半徑的大小符合一定條件的軌道才是可能的.電子在這些軌道上繞核的轉(zhuǎn)動是穩(wěn)定的,不產(chǎn)生電磁輻射.b.原子的能量是量子化的.這些量子化的能量值叫做能級.原子中這些具有確定能量的穩(wěn)定狀態(tài)稱為定態(tài).能量最低的狀態(tài)叫做基態(tài),其他的狀態(tài)叫做激發(fā)態(tài).,共92頁,21,頻率條件當(dāng)電子從能量較高的定態(tài)軌道(Em)躍遷到能量較低的定態(tài)軌道(En)時,會放出能量為h的光子,這個光子的能量由前后兩個能級的能量差決定,即h=Em-En.,共92頁,22,(2)玻爾理論對氫光譜的解釋通常情況下,原子處于基態(tài),基態(tài)是穩(wěn)定的,處于激發(fā)態(tài)的原子是不穩(wěn)定的.原子從高能態(tài)向低能態(tài)躍遷時放出的光子的能量等于前后兩個能級之差.由于原子的能級是分立的,所以放出的光子的能量也是分立的.因此原子的發(fā)射光譜只有一些分立的亮線.由于不同的原子具有不同的結(jié)構(gòu),能級各不相同,因此輻射(或吸收)的光子頻率也不同,這就是不同元素的原子具有不同的特征譜線的原因.,共92頁,23,活學(xué)活用,共92頁,24,2.如圖所示為氫原子的四個能級,其中E1為基態(tài),若氫原子A處于激發(fā)態(tài)E2,氫原子B處于激發(fā)態(tài)E3,則下列說法正確的是(),共92頁,25,A.原子A可能輻射出3種頻率的光子B.原子B可能輻射出3種頻率的光子C.原子A能夠吸收原子B發(fā)出的光子并躍遷到能級E4D.原子B能夠吸收原子A發(fā)出的光子并躍遷到能級E4答案:B,共92頁,26,解析:本題考查對玻爾理論的理解及推理能力.原子A從激發(fā)態(tài)E2躍遷到E1,只輻射一種頻率的光子,A錯.原子B從激發(fā)態(tài)E3躍遷到基態(tài)E1可能有三種頻率光子,B對.由原子能級躍遷理論可知,原子A可能吸收原子B由E3躍遷到E2時放出的光子并躍遷到E3,但不能躍遷到E4,C錯.A原子發(fā)出的光子能量E=E2-E1大于E4-E3,故原子不可能躍遷到能級E4,D錯.,共92頁,27,五能級,共92頁,28,知識講解,共92頁,29,在玻爾模型中,原子的可能狀態(tài)是不連續(xù)的,因此各狀態(tài)對應(yīng)的能量也是不連續(xù)的.這些能量值叫做能級.各狀態(tài)的標(biāo)號1,2,3叫做量子數(shù),通常用n表示.能量最低的狀態(tài)叫做基態(tài),其他狀態(tài)叫做激發(fā)態(tài).基態(tài)和各激發(fā)態(tài)的能量分別用E1,E2,E3代表.(1)氫原子的能級及玻爾對氫光譜的解釋原子電離后的能量比原子其他狀態(tài)的能量都高.我們把原子電離后的能量記為0.則其他狀態(tài)下的能量值就是負(fù)的.,共92頁,30,原子各能級的計算公式為:(n=1,2,3)對應(yīng)的軌道關(guān)系為rn=n2r1對于氫原子而言,基態(tài)能量:E1=-13.6eV,r1=0.5310-10m.其他各激發(fā)態(tài)的能級為:E2=-3.4eVE3=-1.51eV,共92頁,31,(2)能級圖氫原子的能級圖如圖所示.,共92頁,32,說明:由能級圖可知,由于電子的軌道半徑不同,氫原子的能級不連續(xù),這種現(xiàn)象叫能量量子化.原子的能量包括:原子的原子核與電子所具有的電勢能和電子運動的動能.原子從基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)時要吸收能量,而從激發(fā)態(tài)躍遷到基態(tài)則以光子的形式向外放出能量.無論是吸收能量還是放出能量,這個能量值不是任意的,而是等于原子發(fā)生躍遷這兩個能級間的能量差.E=h,為發(fā)出光子的頻率.n=1對應(yīng)于基態(tài),n對應(yīng)于原子的電離.,共92頁,33,活學(xué)活用,共92頁,34,3.可見光光子的能量在1.613.10eV范圍內(nèi).若氫原子從高能級躍遷到量子數(shù)為n的低能級的譜級中有可見光,根據(jù)氫原子能級圖(如圖所示),可判斷n為(),共92頁,35,A.1B.2C.3D.4解析:由能級公式可得釋放的光子能量E=Em-En,而E21=E2-E1=10.2eV,遠(yuǎn)大于可見光光子的能量,要使1.61eVE3.10eV,電子只能從較高能級躍遷到第2能級,即n=2,B正確.答案:B,共92頁,36,六光子的發(fā)射和吸收,共92頁,37,知識講解,共92頁,38,(1)能級的躍遷根據(jù)玻爾模型,原子只能處于一系列的不連續(xù)的能量狀態(tài)中,這些狀態(tài)分為基態(tài)和激發(fā)態(tài)兩種,原子在基態(tài)時是穩(wěn)定的,原子在激發(fā)態(tài)時是不穩(wěn)定的,當(dāng)原子處于激發(fā)態(tài)時會自發(fā)地向較低能級躍遷,經(jīng)過一次或幾次躍遷到達基態(tài).(2)光子的發(fā)射原子能級躍遷時以光子的形式放出能量,原子在始末兩個能級Em和En(mn)間躍遷時發(fā)射光子的頻率可由下式表示:h=Em-En.由上式可以看出,能級差越大,放出光子的頻率就越高.,共92頁,39,(3)光子的吸收光子的吸收是光子發(fā)射的逆過程,原子在吸收了光子后會從較低能級向較高能級躍遷,兩個能級的差值仍是一個光子的能量,其關(guān)系式仍為h=Em-En.,共92頁,40,說明:由于原子的能級是一系列不連續(xù)的值,則任意兩個能級差也是不連續(xù)的,故原子只能發(fā)射一些特定頻率的光子,同樣也只能吸收一些特定頻率的光子.但是,當(dāng)光子的能量足夠大時,如光子能量E13.6eV時,則處于基態(tài)的氫原子仍能吸收此光子并發(fā)生電離.,共92頁,41,第二關(guān):技法關(guān)解讀高考,共92頁,42,解題技法,共92頁,43,一解決光電效應(yīng)問題的兩條線索,共92頁,44,技法講解,共92頁,45,(1)光的頻率判斷能否發(fā)生光電效應(yīng):入射光的頻率大于或等于金屬的極限頻率0,就能產(chǎn)生光電效應(yīng).求解光電子的最大初動能求解極限頻率:,共92頁,46,(2)光的強度光強計算公式:I=Nh,式中N為單位時間內(nèi)通過垂直光的傳播方向上單位面積的光子數(shù).單位時間內(nèi)的光電子數(shù):頻率一定的光隨光強增大,光電子數(shù)增加;頻率不同的光,即使光強大,逸出的光電子數(shù)也不一定多.光電流強度:在入射光頻率不變的情況下,光強正比于單位時間內(nèi)照射到金屬表面上單位面積的光子數(shù);若用不同頻率的光照射,即使光強相同,從金屬表面逸出的光電子數(shù)也不相同,形成的光電流也不同.,共92頁,47,典例剖析,共92頁,48,例1入射光照射到某金屬表面上發(fā)生光電效應(yīng),若入射光的強度減弱,而頻率保持不變,那么()A.從光照至金屬表面上到發(fā)射出光電子之間的時間間隔將明顯增加B.逸出的光電子的最大初動能將減小C.單位時間內(nèi)從金屬表面逸出的光電子數(shù)目將減少D.有可能不發(fā)生光電效應(yīng),共92頁,49,解析:光電效應(yīng)瞬時(10-9s)發(fā)生,與光強無關(guān),A錯;能否發(fā)生光電效應(yīng),只決定于入射光的頻率是否大于極限頻率,與光強無關(guān),D錯;光電子的最大初動能只與入射光頻率有關(guān),入射光頻率越大,最大初動能越大,B錯;光電子數(shù)目多少與入射光強度有關(guān),可理解為一個光子能打出一個電子,光強減弱,逸出的光電子數(shù)目減少,C對.答案:C,共92頁,50,例2如圖所示,當(dāng)電鍵K斷開時,用光子能量為2.5eV的一束光照射陰極P,發(fā)現(xiàn)電流表讀數(shù)不為零.合上電鍵,調(diào)節(jié)滑動變阻器,發(fā)現(xiàn)當(dāng)電壓表讀數(shù)小于0.60V時,電流表讀數(shù)仍不為零;當(dāng)電壓表讀數(shù)大于或等于0.60V時,電流表讀數(shù)為零.由此可知陰極材料的逸出功為(),共92頁,51,A.1.9eVB.0.6eVC.2.5eVD.3.1eV解析:由題意知光電子的最大初動能為Ek=qU=0.60eV,所以根據(jù)光電效應(yīng)方程Ek=h-W得W=h-Ek=(2.5-0.6)eV=1.9eV答案:A,共92頁,52,二氫原子躍遷,電離的規(guī)律以及原子光譜線條數(shù)的分析和計算,共92頁,53,技法講解,共92頁,54,當(dāng)原子從低能級向高能級躍遷時,要吸收一定能量的光子,當(dāng)一個光子的能量滿足h=E末-E初時,才能被某一個原子吸收,使原子從低能級E初向高能級E末躍遷,而當(dāng)光子能量h大于或小于E末-E初時都不能被原子吸收.當(dāng)原子從高能級向低能級躍遷時,以光子的形式向外輻射能量,所輻射的光子能量恰等于發(fā)生躍遷時的兩能級間的能量差.當(dāng)光子能量大于或等于13.6eV時,也可以被氫原子吸收,使氫原子電離;當(dāng)氫原子吸收的光子能量大于13.6eV時,氫原子電離后,電子具有一定的初動能.,共92頁,55,一群氫原子處于量子數(shù)為n的激發(fā)態(tài)時,可能輻射出的光譜線條數(shù)為.,共92頁,56,典例剖析,共92頁,57,例3氫原子處于基態(tài)時,原子的能量為E1=-13.6eV,問:(1)氫原子在n=4的定態(tài)時,可放出幾種頻率的光?其中最小頻率等于多少?(2)若要使處于基態(tài)的氫原子電離,至少要用多大頻率的電磁波照射此原子?答案:(1)1.61014Hz(2)3.281015Hz,共92頁,58,解析:(1)根據(jù)玻爾理論,氫原子由n=4的能級躍遷時有6種可能性:由En-En-1=h可知能級之間的能量差越小,輻射光子的頻率就越低,從n=4躍遷到n=3,輻射的能量最少.,共92頁,59,共92頁,60,(2)欲使氫原子電離,即將電子移到離核無窮遠(yuǎn)處,此時E=0,由能量守恒有:EE-E10-(-13.6)eV13.6eV而這份能量所對應(yīng)光子的最小頻率應(yīng)為:故要使基態(tài)的氫原子電離,照射光的頻率至少應(yīng)為3.281015Hz,若照射光頻率高于這一值,使原子電離后多余的能量轉(zhuǎn)化為電子的動能.,共92頁,61,第三關(guān):訓(xùn)練關(guān)笑對高考,共92頁,62,隨堂訓(xùn)練,共92頁,63,1.下列關(guān)于光的波粒二象性的說法中,正確的是()A.有的光是波,有的光是粒子B.光子與電子是同樣的一種粒子C.光的波長越長,其波動性越明顯;波長越短,其粒子性越顯著D.射線具有顯著的粒子性,而不具有波動性答案:C,共92頁,64,解析:光的波粒二象性是說光是波的同時又是一種粒子,故A項錯;光子與電子是不同的粒子,具有不同的特性,故B項錯;C項是正確的;射線具有顯著的粒子性,也具有波動性,故D錯.,共92頁,65,2.氫原子輻射出一個光子后,根據(jù)玻爾理論,下述說法中錯誤的是()A.電子繞核旋轉(zhuǎn)的半徑增大B.電子的動能減少C.氫原子的電勢能增大D.氫原子的能級減少解析:氫原子輻射出一個光子是由繞核運轉(zhuǎn)的電子由外層軌道向內(nèi)層軌道躍遷產(chǎn)生的,即由高能級向低能級躍遷產(chǎn)生的,故AC錯,D對.由ke2/r2n=mv2n/rn,得:錯.答案:ABC,共92頁,66,3.某種單色光的頻率為,用它照射某種金屬時,在逸出的光電子中動能最大值為Ek,則這種金屬的逸出功和極限頻率分別是()解析:由光電效應(yīng)方程Ek=h-W可知,W=h-Ek.則極限頻率A正確.答案:A,共92頁,67,4.一個氫原子處于第3能級時,外面來了一個波長為6.6310-7m的光子,下列說法中正確的是()A.氫原子不吸收這個光子,光子穿過氫原子B.氫原子被電離,電離后的電子動能約為0.36eVC.氫原子被電離,電離后的電子動能約為0eVD.氫原子吸收光子,但不電離答案:B,共92頁,68,解析:入射光子的能量310-19J=1.87eV電子處于第3能級時,電離所需的能量為eV=1.51eV.故能使氫原子電離,電離后電子動能約為Ek=E-E3=0.36eV.,共92頁,69,5.處于基態(tài)的一群氫原子受某種單色光的照射時,只發(fā)射波長為123的三種單色光,且123,則照射光的波長為(),答案:D,共92頁,70,解析:當(dāng)量子數(shù)n=3時,原子可發(fā)出3種不同波長的光子,如右圖所示,由于3最小,即頻率3最大,利用能級圖可知,照射光的光子能量必須等于h3,h3=h1+h2,即選項D正確.,共92頁,71,課時作業(yè)四十六量子論初步,共92頁,72,1.下圖為盧瑟福和他的同事們做粒子散射實驗的裝置示意圖,熒光屏和顯微鏡一起分別放在圖中的ABCD四個位置時,關(guān)于觀察到的現(xiàn)象,下列說法中正確的是(),共92頁,73,A.相同時間內(nèi)放在A位置時觀察到屏上的閃光次數(shù)最多B.相同時間內(nèi)放在B位置時觀察到屏上的閃光次數(shù)只比放在A位置時稍少些C.放在CD位置時屏上觀察不到閃光D.放在D位置時屏上仍能觀察到一些閃光,但次數(shù)極少解析:盧瑟福和他的同事們做粒子散射實驗時,得到以下結(jié)論:大部分粒子都能直接穿過金箔,個別的發(fā)生偏轉(zhuǎn),極少數(shù)發(fā)生大角度的偏轉(zhuǎn),故AD正確,BC錯誤.答案:AD,共92頁,74,2.根據(jù)粒子散射實驗,盧瑟福提出了原子的核式結(jié)構(gòu)模型.圖中虛線表示原子核所形成的電場等勢線,實線表示一個粒子的運動軌道.在粒子從a運動到b再運動到c的過程中,下列說法中正確的是()A.動能先增大,后減小B.電勢能先減小,后增大C.電場力先做負(fù)功,后做正功,總功等于零D.加速度先變小,后變大答案:C,共92頁,75,3.盧瑟福原子核式結(jié)構(gòu)理論的主要內(nèi)容有()A.原子的中心有個核,叫原子核B.原子的正電荷均勻分布在整個原子中C.原子的全部正電荷和幾乎全部質(zhì)量都集中在原子核里D.帶負(fù)電的電子在核外高速旋轉(zhuǎn)答案:ACD,共92頁,76,4.有關(guān)氫原子光譜的說法正確的是()A.氫原子的發(fā)射光譜是連續(xù)譜B.氫原子光譜說明氫原子只發(fā)射特定頻率的光C.氫原子光譜說明氫原子能級是分立的D.氫原子光譜線的頻率與氫原子能級的能量差無關(guān)解析:原子光譜是明線光譜,則A錯誤,B正確.電子躍遷形成光譜線,光譜線不連續(xù)則能級不連續(xù),所以C正確.由h=E2-E1知D錯誤.答案:BC,共92頁,77,5.(廣東韶關(guān)模擬)氫原子的核外電子從距核較近的軌道躍遷到距核較遠(yuǎn)的軌道過程中()A.原子要吸收光子,電子的動能增大,原子的電勢能增大,原子的能量增大B.原子要放出光子,電子的動能減小,原子的電勢能減小,原子的能量也減小C.原子要吸收光子,電子的動能增大,原子的電勢能減小,原子的能量增大D.原子要吸收光子,電子的動能減小,原子的電勢能增大,原子的能量增大,共92頁,78,解析:氫原子的核外電子從距核較近軌道躍遷到距核較遠(yuǎn)的軌道過程中,原子的能量要增大,原子要吸收光子,因克服靜電引力做功.原子的電勢能要增大,故ABC錯誤,D正確.答案:D,共92頁,79,6.如圖所示為氫原子的四個能級,其中E1為基態(tài),若氫原子A處于激發(fā)態(tài)E2,氫原子B處于激發(fā)態(tài)E3,則下列說法正確的是()A.原子A可能輻射出3種頻率的光子B.原子B可能輻射出3種頻率的光子C.原子A能夠吸收原子B發(fā)出的光子并躍遷到能級E4D.原子B能夠吸收原子A發(fā)出的光子并躍遷到能級E4,共92頁,80,解析:氫原子A由激發(fā)態(tài)E2向低能級躍遷只能輻射1種頻率的光子,故A錯.氫原子B處于n=3的激發(fā)態(tài),其向低能級躍遷能輻射31,32,21的三種頻率的光子,故B正確.由氫原子能級的量子性,吸收光子必須滿足h=E2-E1,故CD錯誤.答案:B,共92頁,81,7.子與氫原子核(質(zhì)子)構(gòu)成的原子稱為氫原子(hydrogenmuonatom),它在原子核物理的研究中有重要作用.圖為氫原子的能級示意圖.假定光子能量為E的一束光照射容器中大量處于n=2能級的氫原子,氫原子吸收光子后,發(fā)出頻率為12345和6的光,且頻率依次增大,則E等于()A.h(3-1)B.h(5+6)C.h3D.h4,共92頁,82,解析:由能級躍遷知識及題意可知,處于n=2能級的氫原子吸收能量為E的光子后,發(fā)出6種頻率的光,說明氫原子是從n=4能級躍遷的,而12345和6頻率依次增大,說明從n=4躍遷到n=2時,輻射能量為h4的光子,綜上可知E=h4,D正確,ABC錯誤.答案:D,共92頁,83,8.如圖為氫原子能級的示意圖,現(xiàn)有大量的氫原子處于n=4的激發(fā)態(tài),當(dāng)向低能級躍遷時輻射出若干不同頻率的光.關(guān)于這些光下列說法正確的是(),共92頁,84,A.最容易表現(xiàn)出衍射現(xiàn)象的光是由n=4能級躍遷到n=1能級產(chǎn)生的B.頻率最小的光是由n=2能級躍遷到n=1能級產(chǎn)生的C.這些氫原子總共可輻射出3種不同頻率的光D.用n=2能級躍遷到n=1能級輻射出的光照射逸出功為6.34eV的金屬鉑能發(fā)生光電效應(yīng)答案:D,共92頁,85,解析:由,故故由n=4躍遷到n=1能級產(chǎn)生的光子能量最大,波長最短,所以該光子最不容易發(fā)生衍射現(xiàn)象,所以A項錯誤;因而n=2能級躍遷到n=1能級產(chǎn)生的光子能量大于由n=4躍遷到n=3產(chǎn)生光子的能量,故其頻率不是最小,所以B項錯誤;大量的氫原子由n=4的激發(fā)態(tài)向低能級躍遷,可能躍遷輻射出6種不同頻率的光子.故C項錯誤;由n=2能級躍遷到n=1能級輻射出光子的能量E=-3.4eV-(-13.6)eV=10.2eV.因EW逸=6.34eV,故D正確.,共92頁,86,9.已知玻爾氫原子模型中電子的第一條(即離核最近的)可能軌道的半徑為r1,電子在這條軌道上運動的能量為E1,電子的電荷量為e,靜電力恒量為k,則電子在