2022年新教材高中物理第四章原子结构和波粒二象性本章整合课件新人教版选择性必修第三册(共20张PPT)

(共20张PPT)
内容索引
知识网络 系统构建
重点题型 归纳剖析
知识网络 系统构建
原子结构和波粒二象征
重点题型 归纳剖析
一
光电效应规律及其应用
有关光电效应的问题主要有两个方面:一是关于光电效应现象的判断,二是运用光电效应方程进行计算。求解光电效应问题的关键在于掌握光电效应规律,明确各概念之间的决定关系,准确把握它们的内在联系。
1.光电子的动能可以是介于0~Ekm 的任意值,只有从金属表面逸出的光电子才具有最大初动能,且随入射光频率增大而增大。
2.光电效应是单个光子和单个电子之间的相互作用产生的,金属中的某个电子只能吸收一个光子的能量,只有当电子吸收的能量足够克服原子核的引力而逸出时,才能产生光电效应。
【例题1】 用如图甲所示的装置研究光电效应现象。闭合开关S,用频率为ν的光照射光电管时发生了光电效应。图乙是该光电管发生光电效应时光电子的最大初动能Ek与入射光频率ν的关系图像,图线与横轴的交点坐标为(a,0),与纵轴的交点坐标为(0,-b)。下列说法正确的是(　　)
A.普朗克常量为h=
B.断开开关S后,电流表G
的示数不为零
C.仅增强入射光,光电子
的最大初动能将增大
D.仅增强入射光,电流表
G的示数保持不变
B
解析：由Ek=hν-W0,可知图线的斜率为普朗克常量,即h= ,故选项A错误。断开开关S后,光电子匀速运动到阳极,所以电流表G的示数不为零,故选项B正确。只有增大入射光的频率,才能增大光电子的最大初动能,与入射光的强弱无关,故选项C错误。仅增强入射光,单位时间内发出的光电子数增多,电流表G的示数增大,故选项D错误。
方法归纳 光电效应规律中的两条线索、两个关系
(1)两条线索

(2)两个关系
入射光越强→光子数目越多→发射光电子越多→光电流越大;
光子频率越高→光子能量越大→产生光电子的最大初动能越大。
二
原子核式结构模型
卢瑟福核式结构模型建立在α粒子散射实验基础上,其考查主要有以下两方面:
(1)α粒子散射实验的考查:主要是对散射实验装置(包括仪器作用的简单描述)、实验现象、现象分析和结论以及实验意义的考查。α粒子散射实验是物理学发展史上一个重要的实验,实验结果使人们对物质结构的观念发生了根本性变化,从而否定了汤姆孙的原子结构的枣糕模型。卢瑟福核式结构模型建立的实验依据是绝大多数α粒子穿过金箔基本上不发生偏转,少数发生偏转,极少数发生大角度偏转。
(2)卢瑟福核式结构模型的考查:主要考查核式结构内容的描述和理解,并且知道原子是由原子核和电子组成的。特别是能从力的角度、功能关系角度分析求解有关圆轨迹或曲线运动的轨迹问题。
【例题2】 下列α粒子散射实验中,一束α粒子穿越金箔内一个金原子的轨迹示意图,正确的是(　　)

解析：A选项中2应该比1有更大偏转,3应该比4有更大偏转。B选项中2、3的偏转方向错误。C选项中3的偏转方向错误。在D选项中,2、4发生了明显偏转,3离核最近,发生大角度偏转,只有D正确。
D
方法归纳 解决α粒子散射实验问题的技巧
(1)熟记实验装置及原理。
(2)理解建立核式结构模型的要点。
①核外电子不会使α粒子的速度发生明显改变。
②汤姆孙的原子模型不能解释α粒子的大角度散射。
③少数α粒子发生了大角度偏转,甚至反弹回来,表明这些α粒子在原子中的某个地方受到了质量比它本身大得多的物体的作用。
④绝大多数α粒子在穿过厚厚的金原子层时运动方向没有明显变化,说明原子中绝大部分是空的,原子的质量、电荷量都集中在体积很小的核内。
三
玻尔理论与能级跃迁
1.氢原子的半径公式:rn=n2r1(n=1,2,3,…),其中r1为基态半径,又称玻尔半径,r1=0.53×10-10 m。
2.氢原子的能级公式:En= E1(n=1,2,3,…),其中E1为基态能量,E1=-13.6 eV。
3.氢原子的能级图,如图所示。
(1)能级图中的横线表示氢原子可能的能
量状态——定态。
(2)横线左端的数字“1,2,3,…”表示量子数,
右端的数字“-13.6,-3.4,…”表示氢原子的能量。
(3)相邻横线间的距离,表示相邻的能级差,
量子数越大,相邻的能级差越小。
(4)带箭头的竖线表示原子由较高能级向较
低能级跃迁,原子跃迁条件为hν=En-Em(m【例题3】 已知氢原子基态的电子轨道为r1=0.528×10-10 m,量子数为n的能级值为En=- eV。
(1)求电子在基态轨道上运动时的动能。
(2)有大量氢原子处于量子数n=3的激发态,画出能级图,在图上用箭头标明这些氢原子能发出哪几条光谱线。
(3)计算这几条光谱线中波长最短的一条的波长。其中静电力常量k=9.0×109 N·m2/C2,电子电荷量e=1.6×10-19 C,普朗克常量h=6.63×10-34 J·s,真空中光速c=3.0×108 m/s。
解析：(1)设电子的质量为m,电子在基态轨道上的速率为v1,
根据牛顿第二定律和库仑定律有
所以 J=2.18×10-18 J=13.6 eV。
(2)当氢原子从量子数n=3的能级跃迁到较低能级时,可以得到3条光谱线,如图所示。

(3)与波长最短的一条光谱线对应的能级差为E3-E1。
方法归纳 氢原子跃迁规律的应用
1.跃迁过程中吸收或辐射光子的频率和波长满足hν=|En-Em|,h =|En-Em|。
2.使原子能级跃迁的两种粒子——光子与实物粒子。
(1)原子若是吸收光子的能量而被激发,则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能级时能量不足,则可激发到n能级的可能。
(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等于两能级的能量差值,就可使原子发生能级跃迁。
3.原子跃迁时需要注意的两个问题。
(1)注意大量原子和一个原子:氢原子核外只有一个电子,在某段时间内,由某一轨道跃迁到另一个轨道时,只能出现所有可能情况中的一种,但是如果有大量的氢原子,这些原子的核外电子跃迁时就会有各种情况出现。
(2)注意跃迁与电离:hν=En-Em只适用于光子和原子作用使原子在各定态之间跃迁的情况,对于光子和原子作用使原子电离的情况,则不受此条件的限制。如基态氢原子的电离能为13.6 eV,只要大于或等于13.6 eV的光子都能被基态的氢原子吸收而发生电离,只不过入射光子的能量越大,原子电离后产生的自由电子的动能越大。