【步步高】2013年高考物理大一輪 第十三章 62 波與粒子 原子結(jié)構(gòu)學(xué)案 新人教版選修3-5

1、學(xué)案62 波與粒子原子結(jié)構(gòu)一、概念規(guī)律題組1(光電效應(yīng)規(guī)律的理解)已知能使某金屬產(chǎn)生光電效應(yīng)的極限頻率為c，則()A當(dāng)用頻率為2c的單色光照射該金屬時(shí)，一定能產(chǎn)生光電子B當(dāng)用頻率為2c的單色光照射該金屬時(shí)，所產(chǎn)生的光電子的最大初動(dòng)能為hcC當(dāng)照射光的頻率大于c時(shí)，若增大，則逸出功增大D當(dāng)照射光的頻率大于c時(shí)，若增大一倍，則光電子的最大初動(dòng)能也增大一倍2一束綠光照射某金屬發(fā)生了光電效應(yīng)，則下列說法正確的是()A若增加綠光的照射強(qiáng)度，則逸出的光電子數(shù)增加B若增加綠光的照射強(qiáng)度，則逸出的光電子最大初動(dòng)能增加C若改用紫光照射，則可能不會(huì)發(fā)生光電效應(yīng)D若改用紫光照射，則逸出的光電子的最大初動(dòng)能增加3下列

2、對(duì)原子結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)中，錯(cuò)誤的是()A原子中絕大部分是空的，原子核很小B電子在核外繞核旋轉(zhuǎn)，向心力為庫侖力C原子的全部正電荷都集中在原子核里D原子核的直徑大約為1010 m4以下說法正確的是()A進(jìn)行光譜分析可以用連續(xù)光譜，也可以用吸收光譜B光譜分析的優(yōu)點(diǎn)是非常靈敏而且迅速C分析某種物質(zhì)的化學(xué)組成可以使這種物質(zhì)發(fā)出的白光通過另一種物質(zhì)的低溫蒸氣取得吸收光譜進(jìn)行分析D攝下月球的光譜可以分析出月球上有哪些元素二、思想方法題組5對(duì)光的認(rèn)識(shí)，下列說法正確的是()A個(gè)別光子的行為表現(xiàn)出粒子性，大量光子的行為表現(xiàn)出波動(dòng)性B光的波動(dòng)性是光子本身的一種屬性，不是光子之間的相互作用引起的C光表現(xiàn)出波動(dòng)性時(shí)，就不具有

3、粒子性了，光表現(xiàn)出粒子性時(shí)，就不再具有波動(dòng)性了D光的波粒二象性應(yīng)理解為：在某種場合下光的波動(dòng)性表現(xiàn)得明顯，在另外的某種場合下，光的粒子性表現(xiàn)得明顯圖16圖1所示為氫原子能級(jí)的示意圖，現(xiàn)有大量的氫原子處于n4的激發(fā)態(tài)，當(dāng)向低能級(jí)躍遷時(shí)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()A最容易表現(xiàn)出衍射現(xiàn)象的光是由n4能級(jí)躍遷到n1能級(jí)產(chǎn)生的B頻率最小的光是由n2能級(jí)躍遷到n1能級(jí)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n2能級(jí)躍遷到n1能級(jí)輻射出的光照射逸出功為6.34 eV的金屬鉑能發(fā)生光電效應(yīng)一、對(duì)光電效應(yīng)規(guī)律的理解1光電效應(yīng)的實(shí)質(zhì)：光現(xiàn)象電現(xiàn)象其中的光包括不可見光，如紫外線2掌

4、握以下兩條決定關(guān)系(1)入射光頻率決定光子能量決定光電子最大初動(dòng)能(2)入射光強(qiáng)度決定單位時(shí)間內(nèi)接收的光子數(shù)決定單位時(shí)間內(nèi)發(fā)射的光電子數(shù)【例1】 (2009寧夏高考)關(guān)于光電效應(yīng)，下列說法正確的是()A極限頻率越大的金屬材料逸出功越大B只要光照射的時(shí)間足夠長，任何金屬都能產(chǎn)生光電效應(yīng)C從金屬表面逸出的光電子的最大初動(dòng)能越大，這種金屬的逸出功越小D入射光的光強(qiáng)一定時(shí)，頻率越高，單位時(shí)間內(nèi)逸出的光電子數(shù)就越多規(guī)范思維針對(duì)訓(xùn)練1(2009上海6改編題)光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)結(jié)論是：對(duì)于某種金屬()A無論光強(qiáng)多強(qiáng)，只要光的頻率小于極限頻率就不能產(chǎn)生光電效應(yīng)B無論光的頻率多低，只要光照時(shí)間足夠長就能產(chǎn)生光電效應(yīng)

5、C超過極限頻率的入射光強(qiáng)度越弱，產(chǎn)生的光電子的最大初動(dòng)能就越小D超過極限頻率的入射光頻率越高，產(chǎn)生的光電子的最大初動(dòng)能就越大二、光電效應(yīng)方程及曲線1光電效應(yīng)方程EkhW0的意義圖2金屬中的電子吸收一個(gè)光子獲得的能量是h，這些能量的一部分用來克服金屬的逸出功W0，剩下的表現(xiàn)為逸出后電子的最大初動(dòng)能Ekmev2，是能量守恒的必然結(jié)果2Ek圖象(如圖2所示)3由Ek圖象可以得到的物理量(1)極限頻率：圖線與軸交點(diǎn)的橫坐標(biāo)c；(2)逸出功：圖線與Ek軸交點(diǎn)的縱坐標(biāo)的值W0E；(3)普朗克常量：圖線的斜率kh.【例2】 如圖3所示，圖3當(dāng)開關(guān)S斷開時(shí)，用光子能量為2.5 eV的一束光照射陰極P，發(fā)現(xiàn)電流

6、表讀數(shù)不為零合上電鍵，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器，發(fā)現(xiàn)當(dāng)電壓表讀數(shù)小于0.60 V時(shí)，電流表讀數(shù)仍不為零；當(dāng)電壓表讀數(shù)大于或等于0.60 V時(shí)，電流表讀數(shù)為零(1)求此時(shí)光電子的最大初動(dòng)能的大小(2)求該陰極材料的逸出功圖4【例3】 (2010浙江理綜16)在光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)中，飛飛同學(xué)用同一光電管在不同實(shí)驗(yàn)條件下得到了三條光電流與電壓之間的關(guān)系曲線(甲光、乙光、丙光)，如圖4所示則可判斷出()A甲光的頻率大于乙光的頻率B乙光的波長大于丙光的波長C乙光對(duì)應(yīng)的截止頻率大于丙光的截止頻率D甲光對(duì)應(yīng)的光電子最大初動(dòng)能大于丙光的光電子最大初動(dòng)能規(guī)范思維三、原子的結(jié)構(gòu)與粒子散射實(shí)驗(yàn)19091911年，英國物理學(xué)家盧瑟福

7、和他的助手進(jìn)行了用粒子轟擊金箔的實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，絕大多數(shù)粒子穿過金箔后，基本上仍沿原來方向前進(jìn)，但有少數(shù)粒子發(fā)生了大角度偏轉(zhuǎn)，偏轉(zhuǎn)的角度甚至大于90，也就是說它們幾乎被“撞了回來”為了解釋粒子的大角度散射，盧瑟福在1911年提出了原子的核式結(jié)構(gòu)模型【例4】 (1)關(guān)于原子結(jié)構(gòu)理論與粒子散射實(shí)驗(yàn)，下列說法中正確的是()A盧瑟福做粒子散射實(shí)驗(yàn)是為了驗(yàn)證湯姆孫的棗糕模型是錯(cuò)誤的B盧瑟福認(rèn)識(shí)到湯姆孫的“棗糕模型”的錯(cuò)誤后提出了“核式結(jié)構(gòu)”理論C盧瑟福的粒子散射實(shí)驗(yàn)是為了驗(yàn)證核式結(jié)構(gòu)理論的正確性D盧瑟福依據(jù)粒子散射實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)象提出了原子的“核式結(jié)構(gòu)”理論(2)在粒子散射實(shí)驗(yàn)中，粒子的偏轉(zhuǎn)是由于受到原子內(nèi)正電

8、荷的庫侖力而發(fā)生的實(shí)驗(yàn)中即使1 mm厚的金箔也大約有3 300層原子，但絕大多數(shù)的粒子穿過金箔后仍沿原來的方向前進(jìn)，只有少數(shù)發(fā)生了大角度偏轉(zhuǎn)，這說明了什么？規(guī)范思維四、氫原子能級(jí)及能級(jí)躍遷1氫原子的能級(jí)能級(jí)公式：EnE1(n1,2,3，)，其中E1為基態(tài)能量，E113.6 eV.圖52氫原子的能級(jí)圖(如圖5所示)(1)能級(jí)圖中的橫線表示氫原子可能的能量狀態(tài)定態(tài)(2)橫線左端的數(shù)字“1,2,3，”表示量子數(shù)，右端的數(shù)字“13.6，3.40，”表示氫原子的能級(jí)(3)相鄰橫線間的距離，表示相鄰的能級(jí)差，量子數(shù)越大，相鄰的能級(jí)差越小(4)帶箭頭的豎線表示原子由較高能級(jí)向較低能級(jí)躍遷，躍遷條件為：hEm

9、En(mn)【例5】 (2009全國)圖6氫原子的部分能級(jí)如圖6所示已知可見光的光子能量在1.62 eV到3.11 eV之間由此可推知，氫原子()A從高能級(jí)向n1能級(jí)躍遷時(shí)發(fā)出的光的波長比可見光的短B從高能級(jí)向n2能級(jí)躍遷時(shí)發(fā)出的光均為可見光C從高能級(jí)向n3能級(jí)躍遷時(shí)發(fā)出的光的頻率比可見光的高D從n3能級(jí)向n2能級(jí)躍遷時(shí)發(fā)出的光為可見光規(guī)范思維【例6】 (2011四川18)氫原子從能級(jí)m躍遷到能級(jí)n時(shí)輻射紅光的頻率為1，從能級(jí)n躍遷到能級(jí)k時(shí)吸收紫光的頻率為2，已知普朗克常量為h，若氫原子從能級(jí)k躍遷到能級(jí)m，則()A吸收光子的能量為h1h2B輻射光子的能量為h1h2C吸收光子的能量為h2h1

10、D輻射光子的能量為h2h1規(guī)范思維針對(duì)訓(xùn)練2(2010新課標(biāo)34(1)用頻率為0的光照射大量處于基態(tài)的氫原子，在所發(fā)射的光譜中僅能觀測到頻率分別為1、2、3的三條譜線，且321，則()A01B321C0123 D.【基礎(chǔ)演練】1(2009廣東卷)硅光電池是利用光電效應(yīng)原理制成的器件，下列表述正確的是()A硅光電池是把光能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿囊环N裝置B硅光電池中吸收了光子能量的電子都能逸出C逸出的光電子的最大初動(dòng)能與入射光的頻率無關(guān)D任意頻率的光照射到硅光電池上都能產(chǎn)生光電效應(yīng)2(2008廣東6)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)出特定頻率的光C氫原子光

11、譜說明氫原子能級(jí)是分立的D氫原子光譜線的頻率與氫原子能級(jí)的能量差無關(guān)圖73在圖7所示的光電管實(shí)驗(yàn)中，發(fā)現(xiàn)用一定頻率的A單色光照射光電管時(shí)，電流表指針會(huì)發(fā)生偏轉(zhuǎn)，而用另一頻率的B單色光照射時(shí)不發(fā)生光電效應(yīng)，那么()AA光的頻率大于B光的頻率BB光的頻率大于A光的頻率C用A光照射光電管時(shí)流過電流表G的電流方向是從a流向bD用A光照射光電管時(shí)流過電流表G的電流方向是從b流向a4氫原子的核外電子由離原子核較遠(yuǎn)的軌道躍遷到離核較近的軌道上時(shí)，下列說法中正確的是()A氫原子的能量增加B氫原子的能量減少C氫原子要吸收一定頻率的光子D氫原子要放出一定頻率的光子圖85(2011福建29(1)愛因斯坦因提出了光量

12、子概念并成功地解釋光電效應(yīng)的規(guī)律而獲得1921年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)某種金屬逸出光電子的最大初動(dòng)能Ekm與入射光頻率的關(guān)系如圖8所示，其中0為極限頻率從圖中可以確定的是_(填選項(xiàng)前的字母)A逸出功與有關(guān)BEkm與入射光強(qiáng)度成正比C當(dāng)W6.34 eV，能發(fā)生光電效應(yīng)選項(xiàng)D正確思維提升1光電效應(yīng)現(xiàn)象：在光的照射下金屬中的電子從表面逸出的現(xiàn)象(1)不同的金屬對(duì)應(yīng)著不同的極限頻率(c)(2)電子從金屬中逸出所需做功的最小值，叫做該金屬的逸出功，有Whc.(3)光電效應(yīng)方程：EkhW02光不是宏觀觀念中的波，也不是宏觀概念中的粒子，大量光子產(chǎn)生的效果往往顯示出波動(dòng)性，少量光子產(chǎn)生的效果往往顯示出粒子性，光在傳

13、播過程中往往顯示波動(dòng)性，在與物質(zhì)作用時(shí)往往顯示粒子性3原子結(jié)構(gòu)的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)：盧瑟福的粒子散射實(shí)驗(yàn)；從實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象提出了原子的核式結(jié)構(gòu)模型：在原子中心有一個(gè)很小的核(原子核)，原子的全部正電荷和幾乎全部質(zhì)量都集中在原子核里，帶負(fù)電的電子在核外繞核旋轉(zhuǎn)4(1)氫原子核外的電子繞核運(yùn)動(dòng)的軌道與其能量相對(duì)應(yīng)核外電子繞核做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力，來源于庫侖力(量子化的衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)模型)規(guī)定無窮遠(yuǎn)處原子的能量為零，則原子各能級(jí)的能量為負(fù)值而E113.6 eV，r10.531010 m，En，rnn2r1，隨著量子數(shù)n的增大軌道半徑增大，原子能量增大隨n的增大，電子的動(dòng)能減小隨n的增大，原子的電勢能增大(2)原子躍遷條件h

14、EmEn只適用于光子和原子作用而使原子在各定態(tài)之間躍遷的情況對(duì)于光子和原子作用而使原子電離時(shí)，只要入射光的能量E13.6 eV，原子就能吸收對(duì)于實(shí)物粒子與原子作用使原子激發(fā)時(shí)，粒子能量大于或等于能級(jí)差即可原子躍遷發(fā)出的光譜線條數(shù)NC，是一群氫原子，而不是一個(gè)，因?yàn)槟骋粋€(gè)氫原子有固定的躍遷路徑【核心考點(diǎn)突破】例1 A由愛因斯坦光電效應(yīng)方程可知W0hc，所以極限頻率越大，逸出功越大，A正確；低于極限頻率的光，無論強(qiáng)度多大，照射時(shí)間多長，都不可能產(chǎn)生光電效應(yīng)，B錯(cuò)誤；光電子的最大初動(dòng)能還與照射光子的頻率有關(guān)，C錯(cuò)誤；單位時(shí)間內(nèi)逸出的光電子個(gè)數(shù)與光強(qiáng)成正比，與頻率無關(guān)，D錯(cuò)誤規(guī)范思維入射光的頻率決定著

15、能否發(fā)生光電效應(yīng)及光電子的最大初動(dòng)能例2 (1)0.60 eV(2)1.90 eV解析(1)光子能量為2.5 eV時(shí)，設(shè)光電子的最大初動(dòng)能為mv2，由題意知，當(dāng)反向電壓達(dá)到0.60 V以后，具有最大初動(dòng)能的光電子恰好不能達(dá)到陽極，即遏止電壓UC0.60 V，因此eUC0mv2mv2eUC0.60 eV(2)由光電效應(yīng)方程mv2hW0解得W01.90 eV.例3 B遏止電壓越大，光照射后光電子最大初動(dòng)能也越大，光的頻率越大，只有B項(xiàng)正確規(guī)范思維本題與愛因斯坦光電效應(yīng)方程和光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)對(duì)接，明確圖象的物理意義及橫軸截距的物理意義是解題的關(guān)鍵例4 (1)D(2)說明原子內(nèi)帶正電荷的部分在整個(gè)原子中占

16、的空間非常小解析(1)盧瑟福設(shè)計(jì)的粒子散射實(shí)驗(yàn)是為了探究原子內(nèi)電荷的分布，并非為了驗(yàn)證湯姆孫模型是錯(cuò)誤的，A錯(cuò)誤；盧瑟福并不是認(rèn)識(shí)到“棗糕模型”的錯(cuò)誤而提出“核式結(jié)構(gòu)”理論的，B錯(cuò)誤；盧瑟福做了粒子散射實(shí)驗(yàn)后，由實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象提出了“核式結(jié)構(gòu)”理論，C錯(cuò)誤，D正確(2)粒子穿過金箔后絕大多數(shù)仍沿原來的方向前進(jìn)，說明它們距正電荷部分較遠(yuǎn)，所受庫侖力很小，盡管經(jīng)過若干層原子，但靠近正電荷部分的機(jī)會(huì)很小，這說明原子內(nèi)帶正電荷的部分在整個(gè)原子中占的空間非常小規(guī)范思維微觀世界是看不見的，但我們可以根據(jù)它們產(chǎn)生的各種效應(yīng)來進(jìn)行分析、推理和判斷，從而達(dá)到認(rèn)識(shí)微觀世界的目的例5 AD從高能級(jí)向n1能級(jí)躍遷時(shí)放出的光

17、子的能量最小值EE2E13.4 eV(13.6) eV10.2 eV3.11 eV，則由可判斷，從高能級(jí)向n1能級(jí)躍遷時(shí)最大波長比可見光的最小波長還小，因此選項(xiàng)A正確；從高能級(jí)向n2能級(jí)躍遷時(shí)放出的光子的能量范圍是：1.89 eVE3.40 eV，與可見光光子的能量有不重合的范圍，故選項(xiàng)B錯(cuò)誤；從高能級(jí)向n3能級(jí)躍遷時(shí)，放出的光子能量范圍為：0.66 eVE1.51 eV，比可見光光子的能量小，由Eh可知這些光子的頻率均小于可見光的頻率，故選項(xiàng)C錯(cuò)誤；從n3能級(jí)向n2能級(jí)躍遷時(shí)放出的光子的能量為E1.89 eV，在可見光光子能量范圍之內(nèi)，故選項(xiàng)D正確規(guī)范思維處理此類問題主要掌握三個(gè)要點(diǎn)：(1)

18、原子發(fā)生能級(jí)躍遷不論是吸收還是放出光子都必須滿足：hEmEn，而c，所以hEmEn；(2)一群氫原子處于量子數(shù)為n的激發(fā)態(tài)時(shí)，可輻射的譜線條數(shù)N；(3)當(dāng)一個(gè)氫原子由某個(gè)能級(jí)向低能級(jí)躍遷時(shí)，最多可產(chǎn)生的譜線條數(shù)為(n1)，若氫原子從高能級(jí)向某一確定的低能級(jí)躍遷，只能產(chǎn)生一條譜線例6 D氫原子從能級(jí)m躍遷到能級(jí)n時(shí)輻射紅光，說明能級(jí)m高于能級(jí)n，而從能級(jí)n躍遷到能級(jí)k時(shí)吸收紫光，說明能級(jí)k也比能級(jí)n高，而紫光的頻率2大于紅光的頻率1，所以h2h1，因此能級(jí)k比能級(jí)m高，所以若氫原子從能級(jí)k躍遷到能級(jí)m，應(yīng)輻射光子，且光子能量應(yīng)為h2h1.故選項(xiàng)D正確規(guī)范思維理解透玻爾理論的三條假設(shè)，特別是躍遷假

19、設(shè)，就能正確解答這類題型針對(duì)本題，還應(yīng)挖掘出21這一隱含條件針對(duì)訓(xùn)練1AD能不能發(fā)生光電效應(yīng)，取決于入射光的頻率是不是大于極限頻率，與光的強(qiáng)度無關(guān)，A對(duì)，B錯(cuò)；由EkhW0知，入射光頻率越大，光電子的最大初動(dòng)能Ek就越大，與入射光的強(qiáng)度無關(guān)，C錯(cuò)，D對(duì)2B思想方法總結(jié)1理解光子學(xué)說，能形象地想象光電效應(yīng)的物理圖景：光一份一份射向金屬，電子吸收一個(gè)光子后能量變大，掙脫原子核的束縛，成為光電子很容易從這一圖景中分析有關(guān)光電效應(yīng)的定性理解問題2對(duì)于本部分實(shí)驗(yàn)推理類問題，要求記?。?1)實(shí)驗(yàn)的作者、時(shí)間和裝置；(2)實(shí)驗(yàn)事實(shí)或現(xiàn)象；(3)由實(shí)驗(yàn)結(jié)果得出什么結(jié)論；(4)實(shí)驗(yàn)的意義所在3(1)量子數(shù)為n的氫原子輻射光子的可能頻率的判定方法：如果是一個(gè)氫原子，向低能級(jí)躍遷時(shí)最多發(fā)出的光子數(shù)為(n1)如果是一群氫原子，向低能級(jí)躍遷時(shí)最多，發(fā)出的光子數(shù)為C種(2)理解氫原子能級(jí)