(共3张PPT)
章末知识体系构建
阴极射线
电子
金箔
体积
特定
hν=En-Em
概率
吸收
反射
辐射
增加
较短
整数倍
电子
截止
饱和
遏止
瞬时
Ek=hν-W0
大于λ0
动量
电子大发现：汤姆孙对①
的研究，发现了电子
汤姆孙的
枣糕模型
枣糕模型内容：原子是一个球体，正电荷弥漫性地均匀
分布在整个球体内，②
镶嵌其中
原子结构和波粒
粒子散射实验：用o粒子轰击③
卢瑟福核式
原子结构
结构模型
核式结构模型内容：原子中带正电部分的④
很小，但
几乎占有全部质量，电子在正电体的外面运动
氢原子
氢原子只能发出一系列⑤
波长的光
象性
光谱实
验规律
巴耳末系方程⑥
轨道量子化与定态
玻尔的轨道
玻尔理论
量子化模型
频率条件⑦
玻尔理论对氢光谱的解释—
能级跃迁
玻尔理论的局限性一电子云：反映电子单位时间内出
现的⑧
黑体：能够完全⑨
人射的各种波长的电磁波而不发
生0
的物体
黑体辐射：黑体不反射电磁波，却可以向外①
电磁波
黑体辐射
黑体辐射的实验规律：随着温度的升高，各种波长的辐
射强度都②
辐射强度的极大值向波长③
的方
向移动
黑体辐射现
能量子：组成黑体的振动着的带电微粒的
象的獬释
能量只能是某一最小能量值ε的④
这个不可再分的最小能量值ε叫作能量子
光电效应：照射到金属表面的光，能使金属中的⑤
从
表面逸出的现象
存在⑥
频率
原子结构和波粒二象性
光电效应
光电效应的实验规律
存在⑦
电流
存在⑧
电压
波粒二象性
光电效应具有⑨
性
光电效应的解释：爱因
光子说
斯坦的光电效应理论
光电效应方程④
康普顿在研究散射时，发现散射的X射线中，
既有与入
射波长1相同的成分，还有波长②@
的成分的现象
康普顿效应
康普顿效
光子不仅具有能量，而且具有②2
应的解释
光子动量与波长的关系：②③
实物粒子也具有波动性
粒子的波动性
电子的衍射实验(共40张PPT)
1 普朗克黑体辐射理论
课前·基础认知
课堂·重难突破
素养·目标定位
随堂训练
素养 目标定位
目 标 素 养
1.通过问题探讨了解黑体及黑体辐射概念的建立。
2.了解黑体辐射的实验规律,知道黑体热辐射强度与波长的关系。
3.理解能量子的概念并能进行简单的应用。
知 识 概 览
课前·基础认知
一、黑体与黑体辐射
1.黑体:如果某种物体能够 完全吸收 入射的各种波长的电磁波而不发生反射,这种物体就是绝对黑体,简称黑体。
2.黑体辐射:黑体虽然不反射电磁波,却可以 向外辐射 电磁波,这样的辐射叫作黑体辐射。
3.黑体辐射特点: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,而对于一般材料的物体,辐射电磁波的情况除了与温度有关,还与材料的种类及表面状况有关。
微探究 一座建设中的楼房还没安装窗户,室内已经
粉刷,如果从远处看窗内,你会发现什么 为什么
提示:从远处观察,会发现窗内很暗,这是因为从外界
射来的光,经窗口射入室内,大部分光要在室内经过
多次反射,才可能有机会射出窗口,在多次反射的过
程中,大部分光被吸收掉,再从窗口射出的光是很少的。
二、 黑体辐射的实验规律
1.通过实验得到黑体在不同温度下辐射电磁波的辐射强度随波长变化的图像。
2.实验规律。
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。
(1)随着温度的升高,各种波长的辐射强度都有 增加 ;
(2)绝对黑体的温度升高时,辐射强度的极大值向波长 较短 的方向移动。
3.规律解释。
(1)维恩和瑞利的理论解释。
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。
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。
(2)普朗克公式。
1900年 10 月, 普朗克 找到了
一个数学公式,它与实验吻合得
非常完美。
微判断 (1)黑体一定是黑色的物体。( )
(2)能吸收各种电磁波而不反射电磁波的物体叫黑体。( )
(3)温度越高,黑体辐射电磁波的强度越大。( )
(4)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,与材料的种类及表面状况无关。( )
(5)黑体是一种客观存在的物质。( )
×
√
√
√
×
三、能量子
1.能量子: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ε的 整数 倍。这个不可再分的最小能量值称为能量子。
2.能量子公式:ε=hν。这里的ν是带电微粒的 振动频率 ,也即带电微粒吸收或辐射电磁波的频率。h 是一个常量,后人称之为 普朗克常量 ,其值为h=6.626 070 15×10-34 J·s。
3.普朗克的假设内容: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。
微思考 普朗克的能量量子化的观点与宏观世界中我们对能量的认识有什么不同
提示:宏观世界中我们认为能量是连续变化的,普朗克的“能量子”观点则认为能量是一份一份的,每一份是一个最小能量单位,即能量是分立的。宏观世界中我们认为能量是连续变化的是因为每一个能量子的能量都很小,宏观变化中有大量的能量子,就可以看作是连续的。
课堂·重难突破
重难归纳
1.对黑体的理解。
(1)黑体是一个理想化的物理模型。
(2)黑体看上去不一定是黑的,有些可看成黑体的物体由于自身有较强的辐射,看起来还会很明亮。
一 对黑体和黑体辐射的理解
2.一般物体与黑体的比较。
比较项目 一般物体 黑体
热辐射
特点 辐射电磁波的情况与温度、材料的种类及表面状况有关 辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的温度有关
吸收、反
射特点 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 完全吸收各种入射电磁波,不反射
注意: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。
3.黑体辐射的实验规律。
(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,各种波长的辐射强度都有增加,辐射强度的极大值向波长较短的方向移动。
医疗测温枪使用时只要把“枪口”对准待测物体,“枪尾”的显示屏上就能用数字直接显示那个物体的温度。你知道其中的道理吗
提示:根据热辐射规律可知,人的体温的高低,直接决定了这个人辐射的红外线的频率和强弱。通过检测被测者辐射的红外线的情况就知道这个人的体温。
典例剖析
(多选)黑体辐射的实验规律如图所示,由图可知( )
A.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
C.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
ACD
解析:由题图可知,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,上述变化都将反过来,故选项A、C、D正确,B错误。
学以致用
(多选)根据黑体辐射的实验规律,以下判断正确的是( )
A.在同一温度下,波长越短的电磁波辐射强度越大
B.在同一温度下,辐射强度最大的电磁波波长不是最大的,也不是最小的,而是处在最大波长与最小波长之间
C.温度越高,辐射强度的极大值就越大
D.温度越高,辐射强度最大的电磁波的波长越短
答案:BCD
解析:在同一温度下,辐射强度最大的电磁波波长不是最大的,也不是最小的,而是处在最大波长与最小波长之间,故选项A错误,B正确;黑体辐射的强度与温度有关,温度越高,黑体辐射的强度越大,则辐射强度的极大值也越大,故选项C正确;随着温度的升高,黑体辐射强度的极大值向波长较短的方向移动,故选项D正确。
重难归纳
1.能量子假说认为,物质发射(或吸收)能量时,能量不是连续的,而是一份一份进行的,每一份能量单位称为能量子,能量子的能量ε=hν,ν为带电微粒的振动频率,h为普朗克常量。
2.物体在发射或接收能量的时候,只能从某一状态“飞跃”地过渡到另一状态,而不可能停留在不符合这些能量的任何一个中间状态。
二 能量量子化的理解
3.在宏观尺度内研究物体的运动时我们可以认为物体的运动是连续的,能量变化是连续的,不必考虑量子化;在研究微观粒子时必须考虑能量量子化。
4.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。
5.用能量子观点解释黑体辐射的实验规律:借助于能量子假说,普朗克得出黑体辐射的强度按波长分布的公式,与实验结果符合。
由能量量子化可知,能量是一份一份的,而不是连续的,但我们平时见到的宏观物体的温度升高或降低,却是连续的,而不是一段一段的,为什么
提示:宏观物体是由大量微粒组成的,每一个粒子的能量是一份一份的,这符合能量量子化假说,而大量粒子则显示出了能量的连续性。
典例剖析
小灯泡的功率P=1 W,设其发出的光向四周均匀辐射,平均波长λ=10-6 m,求小灯泡每秒辐射的能量子数是多少
(h=6.63×10-34 J·s)
答案:5×1018
解析:每秒小灯泡发出的能量为E=Pt=1 J
1个能量子的值为
学以致用
“神光Ⅱ”装置是我国高功率固体激光系统,利用它可获得能量为2 400 J、波长λ=0.35 μm的紫外激光。已知普朗克常量h=6.63×10-34 J·s,则该紫外激光所含能量子数为多少 (结果保留三位有效数字)
答案:4.23×1021
随堂训练
1.(多选)关于对黑体的认识,下列说法正确的是( )
A.黑体只吸收电磁波,不反射电磁波,看上去是黑的
B.黑体辐射电磁波的强度按波长的分布除与温度有关外,还与材料的种类及表面状况有关
C.黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与温度有关,与材料的种类及表面状况无关
D.如果在一个空腔壁上开一个很小的孔,射入小孔的电磁波在空腔内表面经多次反射和吸收,最终不能从空腔射出,这个带小孔的空腔就近似为一个黑体
CD
解析:有些黑体自身辐射电磁波,看起来还会很明亮,所以黑体不一定是黑的,故选项A错误;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,与材料的种类及表面状况无关,故选项B错误,C正确;电磁波最终不能从空腔射出,因此这个带小孔的空腔就近似为一个黑体,故选项D正确。
2.关于对热辐射的认识,下列说法正确的是( )
A.热的物体向外辐射电磁波,冷的物体只吸收电磁波
B.温度越高,物体辐射的电磁波越强
C.辐射强度按波长的分布情况只与物体的温度有关,与材料种类及表面状况无关
D.常温下我们看到的物体的颜色就是物体辐射电磁波的颜色
答案:B
解析:一切物体都不停地向外辐射电磁波,且温度越高,辐射的电磁波越强,选项A错误,B正确;辐射强度按波长的分布情况与物体的温度有关,与材料种类及表面状况也有关,只与温度有关是黑体辐射的特性,选项C错误;常温下看到的物体的颜色是反射光的颜色,选项D错误。
3.热辐射是指所有物体在一定的温度下都要向外辐射电磁波的现象,辐射强度是指垂直于电磁波传播方向上的单位面积上单位时间内所接收到的辐射能量。在研究某一黑体热辐射时,得到了四种温度下黑体辐射强度与波长的关系如图所示,图中横轴λ表示电磁波的波长,纵轴表示某种波长电磁波的辐射强度,则由辐射强度图线可知,同一黑体在不同温度下( )
A.向外辐射同一波长的电磁波的辐射强度相同
B.向外辐射的电磁波的总能量随温度升高而减小
C.辐射强度的极大值随温度升高而向长波方向移动
D.辐射强度的极大值随温度升高而向短波方向移动
D
解析:由辐射强度图线可知,向外辐射相同波长的电磁波的辐射强度随温度的变化而不同,选项A错误;向外辐射的最大辐射强度随温度升高而增大,向外辐射的电磁波的总能量随温度升高而增大,选项B错误;由题图可知,随温度的升高,相同波长的光辐射强度都会增加,同时最大辐射强度向左侧移动,即向波长较短的方向移动,选项C错误,D正确。
4.对于带电微粒在辐射和吸收能量时的特点,以下说法不正确的是( )
A.以某一个最小能量值一份一份地辐射或吸收
B.辐射和吸收的能量是某一最小值的整数倍
C.吸收的能量可以是连续的
D.辐射和吸收的能量是量子化的
答案:C
解析:根据量子化的理论,带电微粒辐射和吸收的能量,只能是某一最小能量值的整数倍,故选项A、B正确;带电微粒辐射和吸收的能量不是连续的,是量子化的,故选项C错误,D正确。
5.两束能量相同的色光,都垂直地照射到同一物体表面,第一束光在某段时间内打在物体表面的能量子数与第二束光在相同时间内打到物体表面的能量子数之比为5∶4,则这两束光的能量子之比和波长之比分别为( )
A.4∶5 4∶5 B.5∶4 4∶5
C.5∶4 5∶4 D.4∶5 5∶4
答案:D
解析:两束能量相同的色光,都垂直地照射到物体表面,在相同时间内打到物体表面的能量子数之比为5∶4,根据E=Nε,因为E相同,可得能量子之比为4∶5;再根据ε=hν= ,波长之比为5∶4,故选项D正确。
6.在“焊接”视网膜的眼科手术中,所用激光的波长λ=6.4×10-7 m,每个激光脉冲的能量E=1.5×10-2 J,求每个脉冲中的能量子数目。(已知普朗克常量h=6.63×10-34 J·s,光速c=3×108 m/s。计算结果保留一位有效数字)
答案:5×1016(共61张PPT)
2 光电效应
课前·基础认知
课堂·重难突破
素养·目标定位
随堂训练
模型方法·素养提升
素养 目标定位
目 标 素 养
1.通过实验了解光电效应的实验规律。
2.知道爱因斯坦光电效应方程以及意义。
3.了解康普顿效应,了解光子的动量。
4.理解光的波粒二象性。
知 识 概 览
课前·基础认知
一、光电效应的实验规律
1.光电效应。
(1)光电效应: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。
(2)光电子:在光的照射下,从金属中发射出的电子叫光电子。
2.光电效应规律。
(1)存在截止频率:当入射光的频率减小到某一数值νc时,光电流 消失 ,这表明已经没有光电子了,νc称为截止频率或极限频率。
(2)存在饱和电流:光照条件不变的情况下,随着所加电压的 增大 ,光电流趋于一个饱和值。
(3)存在遏止电压:如果施加反向电压,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:光电效应几乎是 瞬时 发生的,几乎不需要时间的积累。
微探究1 把一块锌板连接在验电器上,并使锌板带负电,验电器指针张开。用紫外线灯照射锌板,观察验电器指针,指针夹角会变小。这个现象说明了什么问题
提示:指针夹角变小意味着锌板带的负电荷变少了,说明了紫外线会让电子从锌板表面逸出。
二、光电效应经典解释中的疑难
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
最小值 叫作这种金属的逸出功,用W0表示。
2.几种金属的截止频率和逸出功。
金属 钨 钙 钠 钾 铷
νc/(1014 Hz) 10.95 7.73 5.53 5.44 5.15
W0/eV 4.54 3.20 2.29 2.25 2.13
3.疑难问题。
(1)截止频率的存在。
(2)遏止电压Uc与光的强弱无关。
(3)光电效应的瞬时性。
三、爱因斯坦的光电效应理论
1.爱因斯坦的光子说:光本身就是由一个个不可分割的
能量子 组成的,频率为ν的光的能量子为hν,其中,h为普朗克常量。这些能量子后来称为光子。
2.光电效应方程: Ek=hν-W0 。
3.光电效应的Ek-ν图像。
微训练 铝的逸出功为W0=6.72×10-19 J,用波长λ=200 nm的光照射不带电的铝箔,发生光电效应,普朗克常量h=6.63×
10-34 J·s,电子电荷量为e=1.6×10-19 C。求:
(1)发生光电效应时,铝箔的电性;
(2)用铝箔制作的光电管的遏止电压Uc。(结果保留两位有效数字)
答案:(1)正 (2)2.0 V
解析:(1)根据光电效应现象可以知道,电子逃逸,
则铝箔表面带正电。
(2)根据爱因斯坦光电效应方程得光电子最大初动能
Ek= -W0
根据动能定理可得Ek=eUc
联立解得Uc=2.0 V。
四、康普顿效应和光子的动量
1.康普顿效应:康普顿在研究石墨对X射线的散射时,发现在散射的X射线中,除了与入射波长λ0相同的成分外,还有波长
大于 λ0的成分,这个现象称为康普顿效应。
2.康普顿的理论观点: p= 。
微探究2 太阳光从小孔射入室内时,我们从侧面可以看到这束光;白天的天空各处都是亮的;宇航员在太空中会发现尽管太阳光耀眼刺目,其他方向的天空却是黑的,为什么
提示:在地球上存在着大气,太阳光经微粒散射后传向各个方向,而在太空中的真空环境下光不能散射只向前传播。
五、光的波粒二象性
光既具有 波动 性,又具有 粒子 性,即光具有波粒二象性。
微思考 哪些现象说明了光的波粒二象性
提示:光的干涉和衍射说明光具有波动性,康普顿效应、光电效应说明了光的粒子性。
课堂·重难突破
重难归纳
1.光子与光电子。
(1)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)对于同一种金属,光电子的能量只与入射光的频率有关,而与入射光的强弱无关。
一 光电效应中的几组概念的理解
2.光电子的初动能、最大初动能与遏止电压。
(1)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。
(2)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.饱和电流、正向电压与光的强弱三者之间的关系。
(1)存在饱和电流的原因。
在一定的光照条件下,单位时间内阴极K发射的光电子的数目是一定的,电压增加到一定值时,所有光电子都被阳极A吸收,这时即使再增大电压,电流也不会增大。
(2)饱和电流与正向电压的关系。
从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,这个饱和值是饱和电流,在一定的光照条件下,饱和电流与所加正向电压大小无关。
(3)饱和电流与光的强弱的关系。
实验表明,在光的频率不变的情况下,入射光越强,饱和电流越大。这说明,对于一定频率(颜色)的光,入射光越强,单位时间内发射的光电子数越多。
不带电的锌板和验电器用导线相连,
若用甲灯照射锌板,验电器的金属箔
片不张开;若用乙灯照射锌板,验电器
的金属箔片张开,如图所示,比较甲灯
与乙灯发出的光的频率、波长、强弱。
提示:由题可知,甲灯没有使锌板发生光电效应,乙灯使锌板发生了光电效应,故乙灯发出的光频率更高,波长更短,光电效应发生与否与光的强弱无关,光的强弱无法判断。
典例剖析
在利用光电管研究光电效应的实验中,入射光照到某金属表面上发生光电效应,若入射光减弱,而频率保持不变,那么( )
A.从光照射到金属表面到发射出光电子之间的时间间隔将明显增加
B.饱和光电流将会减弱
C.遏止电压将会减小
D.有可能不再发生光电效应
答案:B
解析:发生光电效应时,若入射光减弱,而频率保持不变,则从光照射到金属表面到发射出光电子之间的时间间隔将保持不变,选项A错误;入射光减弱,则单位时间内逸出的光电子的数目将减小,则饱和光电流将会减弱,选项B正确;根据遏止电压的表达式可知,光的频率不变,则最大初动能不变,遏止电压不变,选项C错误;因为光电效应取决于光的频率,故仍能发生光电效应,选项D错误。
方法技巧 1.入射光线的频率大于等于该金属的极限频率时才能产生光电效应,与入射光的强弱、照射时间无关。 2.光电子的最大初动能与入射光的强弱无关,只与入射光的频率有关,随入射光频率增大而增大。 3.当入射光的频率大于极限频率时,保持频率不变,则入射光越强,饱和电流越大。 4.光线照射金属表面,光电子发射几乎是瞬时的,不需要时间的积累。
学以致用
用图示装置研究光电效应现象,阴极K与滑动变阻器的中心c点相连,当滑片P移到c点时,光电流为零。为了产生光电流,可采取的措施是( )
A.增大入射光的频率
B.把P从c向a移动
C.把P从c向b移动
D.增强入射光
答案:A
解析:增大入射光的频率,当入射光的频率大于金属的极限频率时,产生光电效应,金属有光电子发出,电路中能产生光电流,故选项A正确;把P从c向a移动,P点电势大于c点的电势,光电管加上正向电压,但不能产生光电效应,没有光电流形成,故选项B错误;把P从c向b移动,不能产生光电效应,没有光电流形成,故选项C错误;能否产生光电效应与入射光的强弱无关,增强入射光,仍不能产生光电流,故选项D错误。
重难归纳
1.爱因斯坦光电效应方程中的Ek是光电子的最大初动能,就某个光电子而言,其离开金属时动能的大小可以是0~Ek范围内的任何数值。
二 爱因斯坦光电效应方程的理解
2.爱因斯坦光电效应方程实质上是能量守恒方程。
(1)能量为ε=hν的光子被电子吸收,电子把这些能量的一部分用来克服金属对它的吸引,另一部分就是电子离开金属表面时的动能。
(2)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=hν-W0。
3.爱因斯坦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=hν-W0 >0,可知hν>W0,ν> =νc,而νc恰好是光电效应的截止频率。
下图是研究光电效应的电路图。
(1)闭合开关后,当电压表的示数为0时,
电流表的示数不是0,说明了什么
(2)闭合开关,将滑动变阻器的滑片向右
移动,会观察到什么现象 说明了什么
(3)若将电源的正负极对调,电压表的正
负接线柱对调,闭合开关,滑动变阻器的
滑片向右移动时,又会观察到什么现象 说明了什么
提示:(1)说明发生了光电效应现象。
(2)电压表、电流表的示数均增大,当电流增大到一定值后,滑动变阻器的滑片再向右移动,电流也不再增大。说明存在饱和电流。
(3)电压表示数增大,电流表示数减小,最后电流表的示数可能减小到0。说明存在遏止电压。
典例剖析
利用光电管研究光电效应的实验电路如图所示,用频率为ν的可见光照射阴极K,电流表中有电流通过,则( )
A.改用紫外光照射K,电流表中没有电流通过
B.只增强该可见光,电流表中通过的电流将变小
C.若将滑动变阻器的滑片移到A端,电流表中一
定无电流通过
D.若将滑动变阻器的滑片向B端移动,电流表示
数可能不变
D
解析:发生光电效应的条件是入射光的频率大于金属的极限频率,紫外光的频率更大,所以改用紫外光照射K,电流表中有电流通过,选项A错误;只增强该可见光,电流表中通过的电流将变大,选项B错误;若将滑动变阻器的滑片移到A端,电流表中也有电流通过,因为是正向电压,只要发生光电效应就有光电流通过,选项C错误;如果光电流已经达到饱和光电流,则增大电压,光电流将保持不变,所以若将滑动变阻器的滑片向B端移动,电流表示数可能不变,选项D正确。
规律总结 1.入射光的强弱决定着单位时间内光源发出的光子数,决定着单位时间逸出的光电子数,决定着饱和光电流的大小。 2.入射光的频率决定着光子能量的大小,决定着能否发生光电效应,决定着逸出光电子的最大初动能。
学以致用
用红光照射光电管阴极发生光电效应时,光电子的最大初动能为Ek,饱和光电流为I,若改用强弱相同的绿光照射同一光电管,产生光电子的最大初动能和饱和光电流分别为Ek'和I',则正确的是( )
A.Ek'Ek,I'>I
C.Ek'>Ek,I'答案:C
解析:根据光电效应方程Ek=hν-W0,可知光电子的最大初动能与入射光的频率有关,改用绿光后,频率增大,则最大初动能增大,与光照强弱无关,即有Ek'>Ek;饱和光电流的大小与光照强弱有关,随着光照增强而增大,红光与绿光光照强弱相同,红光光子能量低,则红光单位时间内照射出的光电子数目多,饱和电流大,即有I'模型方法 素养提升
爱因斯坦的光电效应方程的应用——科学思维培养
方法归纳
1.两条对应关系。
(1)同一种光的光照强→光子数目多→发射光电子多→光电流大。
(2)光频率高→光子能量大→光电子的最大初动能大。
2.三个关系式。
(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)逸出功与极限频率的关系W0=hνc。
3.四类图像。
图像名称 图线形状 由图线直接(间接)得到的物理量
最大初动能Ek与入射光频率ν的关系图线 ①极限频率:图线与ν轴交点的横坐标νc
②逸出功:图线与Ek轴交点的纵坐标的绝对值W0=|-E|=E
③普朗克常量:图线的斜率k=h
图像名称 图线形状 由图线直接(间接)得到的物理量
颜色相同的光,光电流与电压的关系图线 ①遏止电压Uc:图线与横轴的交点
②饱和光电流Im:电流的最大值
③最大初动能:Ek=eUc
颜色不同时,光电流与电压的关系图线 ①遏止电压Uc1、Uc2
②饱和光电流
③最大初动能Ek1=eUc1,Ek2=eUc2
图像名称 图线形状 由图线直接(间接)得到的物理量
遏止电压Uc与入射光频率ν的关系图线 ①极限频率νc:图线与横轴的交点
②遏止电压Uc:随入射光频率的增大而增大
③普朗克常量h:等于图线的斜率与电子电荷量的乘积,即h=ke(注:此时两极之间接反向电压)
图甲是研究光电效应的电路图,图乙是阴极K发生光电效应时,光电子的最大初动能Ek与入射光频率ν的关系图线,已知普朗克常量为h。
(1)该阴极材料的截止频率为多少
(2)图甲中光电管两端所加电压为0时,电流表示数也一定为0吗
(3)图甲中只要光电管两端电压足够大,即使ν<ν0,电流表也会有电流通过吗
提示:(1)由Ek=hν-W0可知,光电子的最大初动能Ek与入射光频率ν成一次函数关系,金属的逸出功W0在数值上等于Ek轴上的截距Ek0,即W0=Ek0,
(2)题图甲中光电管两端电压为0时,只要光的频率大于极限频率,电流表示数就不为0。
(3)如果ν<ν0,则阴极K不会逸出光电子,即使电压很大,也不会有电流。
典例剖析
1.下图是用光照射某种金属时逸出的光电子的最大初动能随入射光频率的变化图线,直线与横轴的交点坐标为(4.27,0),与纵轴交点坐标为(0,0.5),由图可知( )
A.该金属的截止频率为4.27×1014 Hz
B.该金属的截止频率为5.5×1014 Hz
C.该图线的斜率表示
D.该金属的逸出功为0.5 eV
答案:A
解析:根据爱因斯坦光电效应方程Ek=hν-W0,Ek-ν图像的横轴的截距大小等于截止频率,由题图知该金属的截止频率为4.27×1014 Hz,故A正确,B错误;图线的斜率表示普朗克常量h,故C错误;当Ek=hν-W0=0时,逸出功为W0=hνc= ×4.27 eV=1.7 eV,故D错误。
2.(多选)在光电效应实验中,分别用频率为νa、νb的单色光a、b照射到同种金属上,测得相应的遏止电压分别为Ua和Ub,光电子的最大初动能分别为Eka和Ekb。h为普朗克常量,下列说法正确的是( )
A.若νa>νb,则一定有UaB.若νa>νb,则一定有Eka>Ekb
C.若UaD.若νa>νb,则一定有hνa-Eka>hνb-Ekb
答案:BC
解析:根据光电效应方程Ek=hν-W0和光电子的最大初动能与遏止电压的关系-eUc=0-Ek,得eUc=hν-W0,选项A错误,B、C正确;若νa>νb,则一定有hνa-Eka=hνb-Ekb=W0,选项D错误。
规律总结 1.爱因斯坦光电效应方程Ek=hν-W0,式中W0为逸出功,它与极限频率νc的关系是W0=hνc。 2.Ek-ν图像反映了光电子的最大初动能和入射光频率的关系。 3.光电子的最大初动能Ek可以利用光电管通过实验的方法测得,即Ek=eUc,其中Uc是遏止电压。
学以致用
一种红外测温仪的原
理:任何物体在温度高
于绝对零度(-273 ℃)时
都会向外发出红外光,
红外光照射到温度传
感器,发生光电效应,将光信号转化为电信号,计算出温度数据。已知人体温正常时能辐射波长为10 μm的红外光,如图甲所示,用该红外光照射光电管的阴极K时,电路中有光电流产生,得到的电流随电压变化的图像如图乙所示,
则( )
A.波长10 μm的红外光在真空中的频率为3×1014 Hz
B.将图甲的电源反接,一定不会产生电信号
C.由图乙数据可知从阴极K逸出的光电子最大初动能为0.02 eV
D.若人体温度升高,辐射的红外光减弱,光电管转换成的光电流减小
答案:C
解析:波长10 μm的红外光在真空中的频率为ν= =3×1013 Hz,故选项A错误;根据题图乙可知,遏止电压为0.02 V,如果反接,但电压小于0.02 V,则仍会产生电信号,故选项B错误;根据Ek=eUc=0.02 eV可知,最大初动能为0.02 eV,故选项C正确;若人体温度升高,则辐射的红外光增强,光电管转换成的光电流增大,故选项D错误。
随堂训练
1.假设一个运动的光子和一个静止的自由电子碰撞以后,电子向某一方向运动,光子沿另一方向散射出去,则这个散射光子跟原来的光子相比( )
A.频率变大 B.速度变小
C.光子能量变大 D.波长变长
答案:D
解析:光子与自由电子碰撞时,遵守动量守恒定律和能量守恒定律,自由电子被碰前静止,被碰后动量、能量增加,所以光子的动量、能量减少,但速度仍为光速,由ε=hν知,频率变小,则波长变长,故选项D正确。
2.利用光电管研究光电效应实验的电路图如图所示,用频率为ν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ν的可见光照射K,当滑动变阻
器的滑片移到C端时,电流表中一定无电
流通过
答案:A
解析: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,所以选项B、C错误。即使UAK=0,电流表中也可能有电流通过,所以选项D错误。
3.用不同频率的紫外线分别照射钨和锌的表面而产生光电效应,可得到光电子最大初动能Ek随入射光频率ν变化的Ek-ν图像。已知钨的逸出功是3.28 eV,锌的逸出功是3.24 eV,若将二者的图线画在同一个Ek-ν图像中,用实线表示钨,虚线表示锌,则正确反映这一过程的图像是下图中的( )
答案:B
解析:依据光电效应方程Ek=hν-W0可知,Ek-ν图线的斜率代表了普朗克常量h,因此钨和锌的Ek-ν图线应该平行,选项C、D错误;图线的横截距代表了截止频率νc,而νc= ,因此钨的νc大些,选项B正确,A错误。
4.(多选)在光电效应实验中,用甲、乙、丙三束单色光照射同一光电管,得到的光电流与光电管两端电压之间的关系曲线如图所示,则下列说法正确的是( )
A.甲与丙频率相同
B.乙波长大于丙波长
C.甲照射光电管产生的光电子的最大
初动能大于丙照射光电管产生的光电子的最大初动能
D.乙照射光电管产生的光电子的最大初动能大于丙照射光电管产生的光电子的最大初动能
AD
解析:根据 eUc=hν-W0,可知甲与丙的遏止电压相同,故二者频率相同,故选项A正确;根据eUc=h -W0,可知同一光电管的逸出功W0相同,乙的遏止电压大于丙的遏止电压,故乙波长小于丙波长,故选项B错误;由动能定理得eUc= mv2,由题图可知乙的遏止电压大于甲和丙的遏止电压,甲和丙的遏止电压相同,故乙照射光电管产生的光电子的最大初动能大于丙照射光电管产生的光电子的最大初动能,甲照射光电管产生的光电子的最大初动能等于丙照射光电管产生的光电子的最大初动能,故选项C错误,D正确。(共61张PPT)
3 原子的核式结构模型
课前·基础认知
课堂·重难突破
素养·目标定位
随堂训练
模型方法·素养提升
素养 目标定位
目 标 素 养
1.了解阴极射线及汤姆孙发现电子的过程。
2.了解原子结构模型建立的历史过程及各种模型建立的依据。
3.知道α粒子散射实验的实验方法和实验现象以及核式结构模型的主要内容。
知 识 概 览
课前·基础认知
一、电子发现
1.汤姆孙对阴极射线的研究。
(1)探究方法:根据阴极射线在电场和磁场中的偏转情况,断定它的带电性质,并求出这种粒子的比荷。
(2)实验现象: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:①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;②电子是原子的组成部分,是比原子更基本的物质单元。
2.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“油滴实验”得出,电子电荷的现代值为e=1.602×10-19 C。
(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。
(3)电子的质量:me=9.109 383 56×10-31 kg,质子质量与电子质量的比为 =1 836。
微思考 哪些方法可以判断运动的带电粒子所带电荷的正负
提示:带电粒子垂直进入匀强电场时,正负电荷的偏转方向不同,偏转方向与电场方向相同(相反)的粒子带正(负)电,不带电者不偏转。
带电粒子垂直进入匀强磁场时,做匀速圆周运动,所受的洛伦兹力提供向心力,根据左手定则可知其电性。
二、原子的核式结构模型
1.汤姆孙原子模型。
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 其中。
2.α粒子散射实验。
(1)实验的装置:主要由 放射源 、金箔、荧光屏、显微镜和转动圆盘几部分组成。
(2)实验现象:绝大多数沿 原来 的方向前进,少数发生了
较大 偏转,极少数发生 大角度 偏转。
(3)原子的核式结构的提出。
原子中带正电部分的体积很小,但几乎占有全部 质量 ,
电子 在正电体的外面运动。
(4)实验现象的解释。
①当α粒子穿过原子时,如果离核较远,受到原子核的斥力很小,α粒子就像穿过“一片空地”一样,无遮无挡,运动方向改变很小,因为原子核很小,所以绝大多数α粒子不发生偏转。
②只有当α粒子穿过原子时,十分接近原子核才受到很大的库仑力作用,偏转角才很大,而这种机会很少。
③如果α粒子正对着原子核射来,偏转角几乎达到180°,这种机会极少。
微探究 下图为卢瑟福所做的α粒子
散射实验装置的示意图。
(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。
三、原子核的电荷与尺度
1.原子核的电荷:原子核是由质子和中子组成的,原子核的电荷数就是核中的 质子数 。
2.原子核的大小:原子半径的数量级为 10-10 m ,原子核半径的数量级为 10-15 m 。
微判断 (1)α粒子带有一个单位的正电荷,质量为氢原子质量的2倍。( )
(2)α粒子散射实验证实了汤姆孙的枣糕式原子模型。( )
(3)卢瑟福的核式结构模型认为原子中带正电的部分体积很小,电子在正电体外面运动。( )
(4)原子核的电荷数等于核中的中子数。( )
(5)对于一般的原子,由于原子核很小,所以内部十分空旷。
( )
×
×
√
×
√
课堂·重难突破
重难归纳
1.对阴极射线的理解。
(1)阴极射线实际上就是电子流。
(2)阴极射线的来源:若真空度高,阴极射线的粒子主要来自阴极;若真空度不高,粒子还可能来自管中气体。
(3)阴极射线不是X射线。
一 对阴极射线的认识
2.对阴极射线本质的认识——两种观点。
(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。
3.汤姆孙对阴极射线的研究。
(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。
(1)在如图所示的演示实验中,K是金属
板制成的阴极,A是金属环制成的阳极。
K和A之间加上近万伏的高电压后,管
端玻璃壁上能观察到什么现象 该现象说明了什么问题
(2)人们对阴极射线的本质的认识有两种观点,一种观点认为是一种电磁波,另一种观点认为是带电微粒。你认为应如何判断哪种观点正确
提示:(1)能看到玻璃壁上淡淡的荧光及管中物体在玻璃壁上的影,这说明阴极能够发出某种射线,并且撞击玻璃引起荧光。
(2)可以让阴极射线通过电场或磁场,若射线垂直于磁场(电场)方向射入之后发生了偏转,说明该射线是由带电微粒组成的。
典例剖析
在汤姆孙测阴极射线比荷的
实验中,采用了如图所示的阴
极射线管,从C出来的阴极射
线经过A、B间的电场加速后,水平射入长度为l的D、G平行板间,接着在荧光屏F中心出现荧光斑。若在D、G间加上方向向上、大小为E的匀强电场,阴极射线将向下偏转;如果再利用通电线圈在D、G电场区加上一垂直纸面的磁感应强度为B的匀强磁场(图中未画),荧光斑恰好回到荧光屏中心,接着再去掉电场,阴极射线向上偏转,偏转角为θ。
(1)说明阴极射线的电性。
(2)说明图中磁场沿什么方向。
(3)根据l、E、B和θ,求出阴极射线的比荷。
答案:(1)负电
(2)垂直纸面向外
解析:(1)由于阴极射线在电场中向下偏转,因此阴极射线受电场力方向向下,又由于匀强电场方向向上,则电场力的方向与电场方向相反,所以阴极射线带负电。
(2)由于所加磁场使阴极射线受到向上的洛伦兹力,而与电场力平衡,由左手定则得磁场的方向垂直纸面向外。
(3)设此射线电荷量为q,质量为m,当射线在D、G间做匀速直线运动时,有qE=Bqv
学以致用
阴极射线是从阴极射线管的阴极发出的高速运动的粒子流,这些微观粒子是 。若在如图所示的阴极射线管中部加上垂直于纸面向里的磁场,阴极射线将 (选填“向上”“向下”“向里”或“向外”)偏转。
答案:电子 向下
解析:阴极射线管的阴极和电源的负极相连,发出的高速运动的粒子流是电子流;由于电子带负电,所以运用左手定则时四指应指向电子运动的反方向,由左手定则可知阴极射线将向下偏转。
重难归纳
1.α粒子散射实验。
(1)实验装置:α粒子源、金箔、显微镜和荧光屏。
(2)实验现象。
①绝大多数的α粒子穿过金箔后仍沿原来的方向前进。
②少数α粒子发生了大角度的偏转。
③极少数α粒子的偏转角大于90°,甚至有极个别α粒子被反弹回来。
二 α粒子散射实验和原子的核式结构模型
(3)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,α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,α粒子与金核间的库仑斥力大,偏转明显。
(4)实验意义: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.原子的核式结构模型。
(1)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,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。
(2)原子核的电荷与尺度。
3.原子的核式结构模型与原子的枣糕模型的比较。
项目 枣糕模型 核式结构模型
特点 原子是充满了正电荷的球体,电子均匀镶嵌在原子球体内 原子内部是非常空旷的,正电荷集中在一个很小的核里,电子绕核高速旋转
项目 枣糕模型 核式结构模型
对α
粒子
散射
实验
的解
释 受力 α粒子在原子内部时,受到的库仑斥力相互抵消,几乎为零 少数靠近原子核的α粒子受到的库仑力大,而大多数离核较远的α粒子受到的库仑力较小
偏转 不会发生大角度偏转,更不会被弹回 绝大多数α粒子运动方向不变,少数α粒子发生大角度偏转,极少数α粒子偏转角度超过90°,有的甚至被弹回
分析 不符合α粒子散射现象 符合α粒子散射现象
汤姆孙的原子结构模型为什么被卢瑟福否定掉
提示:按照汤姆孙的“枣糕”原子模型,α粒子如果从原子之间或原子的中心轴线穿过时,它受到周围的正负电荷作用的库仑力是平衡的,α粒子不产生偏转;如果α粒子偏离原子的中心轴线穿过,两侧电荷作用的库仑力相当于一部分被抵消,α粒子偏转很小;如果α粒子正对着电子射来,质量远小于α粒子的电子不可能使α粒子发生明显偏转,更不可能使它反弹。所以α粒子的散射实验结果否定了汤姆孙的原子模型。
典例剖析
下图是卢瑟福的α粒子散射实验装置,
在一个小铅盒里放有少量的放射性元
素钋,它发出的α粒子从铅盒的小孔射
出,形成很细的一束射线,射到金箔上,最后打在荧光屏上产生闪烁的光点。下列说法正确的是( )
A.该实验是卢瑟福建立核式结构模型的重要依据
B.该实验证实了汤姆孙原子模型的正确性
C.α粒子与原子中的电子碰撞会发生大角度偏转
D.绝大多数的α粒子发生大角度偏转
A
解析:α粒子散射实验的现象是绝大多数α粒子几乎不发生偏转,少数α粒子发生了较大角度的偏转,极少数α粒子发生了大角度偏转(偏转角度超过90°,有的甚至达到180°,被反弹回来),是卢瑟福建立核式结构模型的重要依据,故选项A正确,B、D错误;发生α粒子偏转现象,主要是由于α粒子和原子核发生碰撞,故选项C错误。
规律总结 1.分析α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.α粒子散射实验是得出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α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。
学以致用
(多选)在α粒子散射实验中,如果两个具有相同能量的α粒子,从不同大小的角度散射出来,则散射角度大的α粒子( )
A.更接近原子核
B.更远离原子核
C.受到一个以上的原子核作用
D.受到原子核较大的冲量作用
答案:AD
解析:由于原子的体积远远大于原子核的体积,当α粒子穿越某一个原子的空间时,其他原子核距α粒子相对较远,而且其他原子核对α粒子的作用力也可以近似相互抵消,所以散射角度大的这个α粒子并非由于受到多个原子核作用,选项C错误;由库仑定律可知,α粒子受到的斥力与距离的二次方成反比,α粒子距原子核越近,斥力越大,运动状态改变越大,即散射角度越大,选项A正确,B错误;当α粒子受到原子核较大的冲量作用时,速度的变化量就大,则散射角度就大,选项D正确。
模型方法 素养提升
对阴极射线的研究——科学思维培养
方法归纳
1.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。
2.电子比荷(或电荷量)的测定方法。
根据电场、磁场对电子的偏转测量比荷(或电荷量),可按以下方法。
(1)让电子通过正交的电磁场,如图甲所示,让其做匀速直线运动,根据二力平衡,即Bqv=qE,得到电子的运动速度v= 。
如图所示,阴极射线管中电子束由阴极沿x轴正方向射出,在荧光屏上出现一条亮线,要使该亮线向z轴正方向偏转,可加上怎样的电场或磁场
提示:可加一沿z轴负方向的电场,电子受沿z轴的正方向电场力作用,将向z轴正方向偏转;加一沿y轴负方向的磁场,根据左手定则,洛伦兹力方向沿z轴正方向,亮线向z轴正方向偏转。
典例剖析
下图为汤姆孙用来测定电子比
荷的装置。当极板P和P'间不
加偏转电压时,电子束打在荧光
屏的中心O点处,形成一个亮点;加上偏转电压U后,亮点偏离到O'点,O'点到O点的竖直距离为d,水平距离可忽略不计;此时在P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O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l2。
(1)求打在荧光屏O点的电子速度的大小。
(2)推导出电子比荷的表达式。
规律总结 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。 3.也可以让电子匀速通过复合场进入匀强磁场,测出在磁场中的运动半径,进而求得电子比荷。
学以致用
19世纪后期,对阴极射线的本质的认识有两种观点,一种观点认为阴极射线是电磁辐射,另一种观点认为阴极射线是带电粒子。1897年,汤姆孙判断出该射线的电性,并求出了这种粒子的比荷,为确定阴极射线的本质做出了重要贡献。假设你是当年“阴极射线是带电粒子”观点的支持者,请回答下列问题。
(1)如图所示的真空玻璃管内,阴极K发出的粒子经加速后形成一细束射线,以平行于金属板CD的速度进入该区域,射在屏上O点。如何判断射线粒子的电性
(2)已知C、D间的距离为d,在C、D间施加电压U,使极板D的电势高于极板C,同时施加一个磁感应强度为B的匀强磁场,可以保持射线依然射到O点,求该匀强磁场的方向和此时阴极射线的速度v。
(3)撤去磁场,射线射在屏上P点。已知极板的长度为l1,极板区的中点M到荧光屏中点O的距离为l2,磁感应强度为B,P到O的距离为y,求该粒子的比荷。
答案:(1)根据带电粒子从电场的负极向正极加速的特点判断出射线粒子带负电
解析:(1)根据带电粒子从电场的负极向正极加速的特点,所形成的电场方向由正极指向负极,即可判断射线粒子带负电。
(2)极板D的电势高于极板C,形成的电场竖直向上,当电子受到的电场力与洛伦兹力平衡时,电子做匀速直线运动,亮点重新回复到中心O点,由左手定则可知,磁场方向应垂直纸面向外,设电子的速度为v,则evB=eE
随堂训练
1.(多选)关于电子的发现,下列说法正确的是( )
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.电子的发现,说明原子不是组成物质的最小微粒
D.电子的发现,比较好地解释了物体的带电现象
答案:BCD
解析: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,但并没有证明原子核的存在,也不能说明原子是由电子和原子核组成的,故选项A错误,B、C正确;物体带电过程,就是电子的转移过程,电子的发现可以比较好地解释物体的带电现象,故选项D正确。
2.下图为卢瑟福α粒子散射实验的金原子核和两个α粒子的径迹,其中可能正确的是( )
答案:B
解析:α粒子在靠近金原子核时,离金原子核越近,所受库仑斥力越大,偏转角度越大,且粒子做曲线运动时,合外力指向凹的一侧,根据这些特点可以判断出,选项B正确,A、C、D错误。
3.在物理学的发展史中,实验对物理学的发展有着关键性作用。下列关于物理学家、物理实验及其作用的描述正确的是
( )
A.汤姆孙通过α粒子散射实验,提出了原子的核式结构模型
B.科学家发现的光电效应现象证明光具有波粒二象性
C.卢瑟福对阴极射线的研究发现了电子,进一步实验证明电子是原子的组成部分
D.密立根通过“油滴实验”测出了电子的电荷量
答案:D
解析:卢瑟福通过α粒子散射实验,提出了原子的核式结构模型,选项A错误;科学家发现的光电效应现象证明光具有粒子性,选项B错误;汤姆孙对阴极射线的研究发现了电子,进一步实验证明电子是原子的组成部分,选项C错误; 密立根通过“油滴实验”测出了电子的电荷量,选项D正确。
4.下列关于阴极射线的说法正确的是( )
A.阴极射线是高速的质子流
B.阴极射线可以用人眼直接观察到
C.阴极射线是高速运动的电子流
D.阴极射线是电磁波
答案:C
解析:阴极射线是高速运动的电子流,人们只有借助于它与物质相互撞击时,使一些物质发出荧光等现象才能观察到,故选项C正确,A、B、D错误。
5.卢瑟福指导他的助手进行的α散射实验所用仪器的示意图如图所示。放射源发射的α粒子打在金箔上,通过显微镜观察散射的α粒子。实验发现,绝大多数α粒子穿过金箔后,基本上仍沿原来方向前进,但少数α粒子发生了大角度偏转,极少数α粒子的偏转角度甚至大于90°。于是,卢瑟福大胆猜想( )
A.原子核内存在中子
B.原子核内存在质子
C.电子围绕原子核运动
D.原子内部有体积很小、质量很大的核
D
解析:猜想原子内部很空旷,才能让绝大多数α粒子通行无阻;猜想被α粒子撞击的原子部分的质量很大,才能让α粒子发生大角度偏转,极少数α粒子的偏转角度甚至大于90°。综上分析即原子内部有体积很小、质量很大的核,选项A、B、C错误,D正确。(共55张PPT)
4 氢原子光谱和玻尔的原子模型
课前·基础认知
课堂·重难突破
素养·目标定位
随堂训练
素养 目标定位
目 标 素 养
1.了解光谱的定义和分类。
2.了解氢原子光谱的实验规律,知道巴耳末系。
3.了解能级、跃迁、能量量子化以及基态、激发态等概念。
4.知道玻尔原子理论的基本假设的主要内容。
5.能用玻尔理论简单地解释氢原子模型。
知 识 概 览
课前·基础认知
一、 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,获得光的 波长(频率)和强度 分布的记录。
2.光谱分类。
(1)线状谱:光谱是一条条的 亮线 。
(2)连续谱:光谱是连在一起的 光带 。
3.光谱分析:利用原子的特征谱线,可以鉴别物质和确定物质的 组成成分 ,这种方法称为光谱分析。
优点:灵敏度高。
微判断1 (1)各种原子的发射光谱都是线状谱,并且只能发出几个特定的频率。( )
(2)可以利用光谱分析来鉴别物质和确定物质的组成成分。
( )
(3)光谱分析可以利用连续光谱。( )
(4)不同原子的发光频率是不一样的。( )
√
√
×
√
微思考1 能否根据巴耳末公式计算出对应的氢原子光谱的最长波长
提示:能。氢原子光谱的最长波长对应着n=3,代入巴耳末公式便可计算出最长波长。
三、经典理论的困难
经典理论的困难:经典物理学既无法解释原子的 稳定性 ,又无法解释原子光谱的 分立 特征。
微思考2 根据经典的电磁理论,原子的光谱是怎样的 而实际看到的原子的光谱是怎样的
提示:根据经典理论,原子可以辐射各种频率的光,即原子的光谱应该总是连续的。实际看到的原子的光谱是分立的线状谱。
四、玻尔原子理论的基本假设
1.轨道是量子化的:电子的轨道半径只可能是某些 分立 的数值。
2.定态:电子只能在特定轨道上运动,具有 确定能量 的稳定状态,称为定态。
3.频率条件:hν=En-Em。
微训练 (多选)由玻尔理论可知,下列说法正确的是( )
A.电子绕核运动有加速度,就要向外辐射电磁波
B.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.原子内电子的轨道可能是连续的
D.电子的轨道半径越大,原子的能量越大
答案:BD
解析:按照经典的电磁理论,电子绕核运动有加速度,一定会向外辐射电磁波,很短时间内电子的能量就会消失,与客观事实相矛盾,由玻尔理论可知选项A、C错误,B正确;电子轨道半径越大,原子能量越大,选项D正确。
五、玻尔理论对氢光谱的解释
原子从较高的能级向低能级跃迁时放出的光子的能量 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。
微判断2 (1)玻尔的原子结构假说认为电子的轨道是量子化的。( )
(2)电子吸收某种频率条件的光子时会从较低的能量态跃迁到较高的能量态。( )
(3)电子能吸收任意频率的光子发生跃迁。( )
(4)玻尔的原子理论模型可以很好地解释氦原子的光谱现象。
( )
√
√
×
×
六、玻尔理论的局限性
1.玻尔模型的成功之处: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.不足之处:保留了 经典粒子 的观念,把电子的运动仍然看作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 ,我们只能描述某时刻电子在某点附近单位体积内出现 概率 的多少。如果用疏密不同的点子表示电子在各个位置出现的概率,画出图来就像云雾一样,人们形象地把它叫作电子云。
微思考3 核外电子的实际运动有确定的轨道吗
提示:没有。
课堂·重难突破
重难归纳
1.光谱的产生机理。
许多情况下,光是由原子内部电子的运动产生的。
2.连续谱、线状谱、光谱中的暗线。
(1)连续谱。
其光谱是连在一起的光带。例如钨丝白炽灯的光谱。
一 对光谱有关问题的理解
(2)线状谱。
各种原子的发射光谱都是线状谱。不同元素的原子产生的线状谱是不同的,但同种元素原子产生的线状谱是相同的。
(3)光谱中的暗线。
实验表明,各种原子的吸收光谱中的每一条暗线都跟该原子的线状谱中的一条亮线相对应。即某种原子发出的光与吸收的光的频率是特定的,因此吸收光谱中的暗线也是该元素原子的特征谱线。例如太阳光谱就是典型的吸收光谱。
3.光谱分析的应用。
(1)鉴别物质和确定物质的组成成分,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。
(2)发现新元素。
光谱分析的灵敏度高,样本中一种元素的含量达到10-10 g时就可以被检测到。
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。图甲为a、b、c、d四种元素的线状谱,图乙是某矿物的线状谱。
(1)通过光谱分析可以了解该物质缺乏的是什么元素
(2)请说出你的依据。
提示:(1)b元素、d元素。
(2)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元素的谱线在该矿物的线状谱中不存在。
典例剖析
(多选)下列关于光谱和光谱分析的说法正确的是( )
A.太阳光谱和白炽灯光谱都是线状谱
B.煤气灯火焰中燃烧的钠蒸气或霓虹灯产生的光谱都是线状谱
C.进行光谱分析时,可以用线状谱,不能用连续光谱
D.我们能通过光谱分析鉴别月球的物质成分
答案:BC
解析:太阳光谱是吸收光谱,白炽灯光谱是连续光谱,故选项A错误;炽热气体发光是线状光谱,霓虹灯和煤气灯火焰中燃烧的钠蒸气产生的光谱也是线状光谱,故选项B正确;光谱分析是利用元素的特征谱线与连续谱对比来分析物体的化学成分,可以用线状谱也可以用吸收光谱,不能用连续光谱,故选项C正确;月亮的光是反射的太阳光,是吸收光谱,观察月亮光谱只能确定月亮表面的化学组成,但不能确定月亮内部的化学组成,故选项D错误。
误区警示 1.太阳光谱是吸收光谱,是阳光透过太阳的高层大气层而形成的,不是地球大气造成的。 2.某种原子线状光谱中的亮线与其吸收光谱中的暗线是一一对应的,两者均可用来进行光谱分析。
学以致用
关于线状谱,下列说法正确的是( )
A.每种原子处在不同温度下的线状谱不同
B.每种原子处在不同的物质中的线状谱不同
C.每种原子在任何条件下的线状谱都相同
D.两种不同原子的线状谱可能相同
答案:C
解析:每种原子都有自己的结构,只能发出由内部结构决定的自己的特征谱线,不会因温度、物质不同而改变,故选项C正确,A、B、D错误。
重难归纳
1.对能级图和跃迁的理解。
(1)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-13.6 eV。En代表电子在第n个轨道上运动时对应的能量(如图所示)。
二 玻尔理论对氢光谱的解释中的几个问题的理解
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,间隔越大,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→∞是原子电离时对应的状态。
(2)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,可能辐射出的光谱线条数为
(3)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,发射光子的频率由始、末两个能级决定。hν=Em-En(Em、En是始、末两个能级且m>n),能级差越大,发射光子的频率就越高。
(4)光子的吸收:原子只能吸收一些特定频率的光子,原子吸收光子后会从较低能级向较高能级跃迁,吸收光子的能量仍满足hν=Em-En(m>n)。
2.自发跃迁与受激跃迁的比较。
(1)自发跃迁。
①由高能级到低能级,由远轨道到近轨道。
②释放能量,放出光子(发光)。
(2)受激跃迁。
①由低能级到高能级,由近轨道到远轨道。
②吸收能量,合适频率的光照射和实物粒子碰撞。
3.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能级的情况。
(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或等于两能级的差值,就可使原子发生能级跃迁。
4.一个氢原子跃迁和一群氢原子跃迁的区别。
(1)一个氢原子跃迁的情况分析。
①确定氢原子所处的能级,画出能级图。
②根据跃迁原理,画出氢原子向低能级跃迁
的可能情况示意图。
例如:一个氢原子最初处于n=4激发态,它向低能级跃迁时,有4种可能情况,如图所示,情形Ⅰ中只发射一种频率的光子,情形Ⅱ中发射两种,情形Ⅲ中发射两种,情形Ⅳ中发射三种。
注意:上述四种情形只能出现一种,不可能两种或多种情形同时存在。
(2)一群氢原子跃迁问题的计算。
①确定氢原子所处激发态的能级,画出跃迁示意图。
②运用归纳法,根据数学公式N= 确定跃迁时辐射出几种不同频率的光子。
③根据跃迁能量公式hν=Em-En(m>n)分别计算出各种光子的频率。
5.跃迁和电离。
(1)电离:指电子获得能量后脱离原子核的束缚成为自由电子的现象。
(2)电离能是氢原子从某一状态跃迁到n=∞时所需吸收的能量,其数值等于氢原子处于各定态时的能量的绝对值。如基态氢原子的电离能是13.6 eV,氢原子处于n=2激发态时的电离能为3.4 eV。
(3)氢原子吸收光子发生跃迁和电离的区别。
①氢原子吸收光子从低能级向高能级跃迁时,光子的能量必须等于两能级的能级差,即hν=Em-En(m>n)。
②氢原子吸收光子发生电离时,光子的能量大于或等于氢原子的电离能就可以。
如基态氢原子的电离能为13.6 eV,只要能量大于或等于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,氢原子电离后产生的自由电子的动能越大。
下图是氢原子能级图。
(1)当氢原子处于基态时,氢原子
的能量是多少
(2)如果氢原子吸收的能量大于
13.6 eV,会出现什么现象
提示:(1)-13.6 eV。
(2)核外电子脱离原子核的束缚成为自由电子。
典例剖析
处于n=3能级的大量氢原子,向低能级跃迁时( )
A.能辐射2种频率的光,其中从n=3能级跃迁到n=2能级放出的光子频率最大
B.能辐射2种频率的光,其中从n=3能级跃迁到n=1能级放出的光子频率最大
C.能辐射3种频率的光,其中从n=3能级跃迁到n=2能级放出的光子波长最长
D.能辐射3种频率的光,其中从n=3能级跃迁到n=1能级放出的光子波长最长
C
解析:根据 =3可知,处于n=3能级的大量氢原子向低能级跃迁时最多能辐射3种频率的光,分别为从n=3能级跃迁到n=2能级、从n=3能级跃迁到n=1能级、从n=2能级跃迁到n=1能级,根据氢原子能级图可知,从n=3能级跃迁到n=2能级放出的光子频率最小,波长最长,故选项C正确。
规律总结 1.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,一群氢原子处于量子数为n的激发态时,可能辐射出的光谱线条数为N= 。 2.原子由高能级向低能级跃迁时光子的能量由能级差决定。
学以致用
1.下图为氢原子的能级图,现有大量的氢原子处于n=4的激发态,当它们自发地跃迁到较低能级时( )
A.能辐射出6种不同频率的光子
B.能辐射出4种不同频率的光子
C.由n=4跃迁到n=1时辐射出的光子的
频率最小
D.由n=4跃迁到n=2时辐射出的光子不
可使逸出功为2.25 eV的金属钾发生光电效应
A
解析:根据 =6知,大量的氢原子处于n=4的激发态,能辐射出6种不同频率的光子,故A正确,B错误;由于n=4和n=1间的能级差最大,辐射的光子频率最大,故C错误;由n=4跃迁到n=2时辐射出的光子能量ΔE=E4-E2=2.55 eV,大于金属钾的逸出功,可以使金属钾发生光电效应,故D错误。
2.下图为氢原子能级图,当氢原子从n=3跃迁到n=2能级时,辐射光的波长为656 nm。以下判断正确的是( )
A.氢原子从n=2跃迁到n=1能级时,辐射光的波长大于656 nm
B.用波长为325 nm的光照射,可使氢原子
从n=1跃迁到n=2能级
C.一群处于n=3能级上的氢原子向低能级
跃迁时最多产生4种谱线
D.用波长为633 nm的光照射,不能使氢原
子从n=2跃迁到n=3能级
D
解析:n=2跃迁到n=1能级辐射的光子能量大于n=3跃迁到n=2能级辐射的光子能量,可知n=2跃迁到n=1辐射的光子波长小于656 nm,故选项A错误;波长为325 nm的光子能量约为波长为656 nm的光子能量的2倍,n=2和n=1间的能级差约为n=3和n=2间能级差的5倍,所以用波长为325 nm的光照射,不能使氢原子从n=1跃迁到n=2能级,故选项B错误;根据 =3知,一群处于n=3能级上的氢原子向低能级跃迁时最多产生3种谱线,故选项C错误;
氢原子的电子从n=2跃迁到n=3能级,必须吸收的能量为ΔE',与从n=3跃迁到n=2能级放出的能量相等,因此只有用波长为656 nm的光照射,才能使得电子从n=2跃迁到n=3能级,故选项D正确。
随堂训练
1.关于线状谱,下列说法正确的是( )
A.每种原子处在不同温度下的线状谱不同
B.每种原子处在不同的物质中的线状谱不同
C.每种原子在任何条件下的线状谱都相同
D.两种不同的原子的线状谱可能相同
答案:C
解析:每种原子都有自己的结构,只能发出由内部结构决定的自己的特征谱线,不会因温度、物质不同而改变,故选项C正确。
2.(多选)关于经典电磁理论与原子的核式结构之间的关系,下列说法正确的是( )
A.经典电磁理论很容易解释原子的稳定性
B.经典电磁理论无法解释原子的稳定性
C.根据经典电磁理论,电子绕原子核转动时,电子会不断释放能量,最后被吸附到原子核上
D.根据经典电磁理论,原子光谱应该是连续的
答案:BCD
解析:根据经典电磁理论,电子绕核运动产生变化的电磁场,向外辐射电磁波,电子转动能量减少,轨道半径不断减小,运动频率不断改变,因此大量原子发光的光谱应该是连续谱,最终电子落到原子核上,选项A错误,B、C、D正确。
答案:A
4.(多选)(2020·四川绵阳南山中学高二期中)下图为氢原子能级图,大量氢原子从n=3 能级跃迁到基态辐射出的光子的能量可能是( )
A.1.89 eV
B.10.2 eV
C.3.4 eV
D.1.51 eV
答案:AB
解析:一群氢原子处于量子数n=3的激发态,可能从能级3跃迁到能级2或能级1,也可能从能级2跃迁到能级1。若从能级3跃迁到能级2,根据hν=Em-En,可得放出的光子能量为1.89 eV;从能级3跃迁到基态,放出的光子能量为12.09 eV;从能级2跃迁到基态,放出的光子能量为10.2 eV,故选项A、B正确,C、D错误。(共31张PPT)
5 粒子的波动性和量子力学的建立
课前·基础认知
课堂·重难突破
素养·目标定位
随堂训练
素养 目标定位
目 标 素 养
1.知道德布罗意波的波长和粒子动量关系。
2.了解量子力学的建立过程。
3.了解量子力学的应用。
4.通过对物理学研究过程的了解,体会实验事实以及实验对物理研究的重要性。
知 识 概 览
课前·基础认知
一、粒子的波动性
1.德布罗意假说:实物粒子也具有 波动性 ,即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。
微训练 一颗近地卫星质量为m,其德布罗意波长为多少 (已知地球半径为R,重力加速度为g)
二、物质波的实验验证
1.波动性的重要特征:干涉和 衍射 现象。
2.电子的衍射图样: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 。
3.电子的干涉:在后来的实验中,人们
还进一步观测到了电子德布罗意波的 干涉 现象。
4.实验拓展。
人们陆续证实了质子、中子以及原子、分子的波动性。对于
5.实验结论:物质波的观念被实验证实,电子、质子、原子等粒子和光一样,也具有波粒二象性。
微思考1 为什么不能直接看到物质波的衍射
提示:因为物质波波长很短,只有利用金属晶格中的狭缝才能观察到电子的衍射图样。
三、量子力学的建立
1.德国物理学家 海森堡 和 玻恩 等人对玻尔的氢原子理论进行了推广和改造,使之可以适用于更普遍的情况。他们建立的理论被称为矩阵力学。
2.1926年,奥地利物理学家 薛定谔 提出了物质波满足的方程——薛定谔方程,使玻尔理论的局限得以消除。由于这个理论的关键是物质波,因此被称为波动力学。
3.1926年,薛定谔和美国物理学家 埃卡特 很快又证明,波动力学和矩阵力学在数学上是等价的,它们是同一种理论的两种表达方式。
4.随后数年,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 。
微思考2 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。在这些成功的理论中,普朗克常量都扮演了关键性的角色,这预示着什么
提示:预示着这些理论之间存在着紧密的内在联系,应该存在着统一描述微观世界行为的普遍性规律。
四、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。
课堂·重难突破
重难归纳
1.对物质波的理解。
(1)任何物体,小到电子、质子,大到行星、太阳都存在波动性,这种波叫物质波,其波长λ= 。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。
(2)德布罗意假说是光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性,又都具有波动性,与光子对应的波是电磁波,与实物粒子对应的波是物质波。
对物质波的理解
2.计算物质波波长的方法。
(1)根据已知条件,写出宏观物体或微观粒子动量的表达式p=mv。
1927年戴维森和G.P.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
甲所示的衍射图样。1961
年,约恩孙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,试问这两个实验证明了什么
提示:电子束衍射实验证明了电子的波动性,电子双缝干涉实验证明了物质波的存在。
典例剖析
在中子衍射技术中,常利用热中子研究晶体的结构,因为热中子的德布罗意波长与晶体中原子间距相近,已知中子质量m=1.67×10-27 kg,普朗克常量h=6.63×10-34 J·s,可以估算出德布罗意波长λ=1.82×10-10 m的热中子的动量的数量级可能是
( )
A.10-17 kg·m/s B.10-18 kg·m/s
C.10-20 kg·m/s D.10-24 kg·m/s
答案:D
因此热中子的动量的数量级是10-24 kg·m/s,选项D正确。
学以致用
影响显微镜分辨本领的一个因素是波的衍射,衍射越明显,分辨本领越低。电子显微镜的最高分辨率高达0.2 nm,如果有人制造出质子显微镜,在加速到相同速度的情况下,质子显微镜的最高分辨率将( )
A.小于0.2 nm B.大于0.2 nm
C.等于0.2 nm D.无法确定
答案:A
解析:波长越短,分辨率越高,由于质子质量大于电子质量,加速到相同速度后,质子的动量大于电子的动量,根据λ= 可知,质子的波长短,因此质子显微镜的最高分辨率将小于0.2 nm,选项A正确。
随堂训练
1.关于物质波,下列说法正确的是( )
A.实物粒子与光子一样都具有波粒二象性,所以实物粒子与光子是本质相同的物质
B.物质波和光波都是机械波
C.粒子的动量越大,其波动性越易观察
D.粒子的动量越小,其波动性越易观察
答案:D
解析:实物粒子虽然与光子具有某些相同的性质,但粒子是实物,而光则是传播着的电磁波,其本质不同,选项A错误。物质波和光波不是机械波,选项B错误。根据λ= 知,动量越大,波长越短,波动性越不明显;动量越小,波长越长,波动性越明显,选项C错误,D正确。
2.如果下列四种粒子具有相同的速率,则德布罗意波长最短的是( )
A.α粒子 B.β粒子 C.中子 D.质子
答案:A
即速度大小相同,α粒子的质量m最大,则α粒子的德布罗意波长最短,故选项A正确,B、C、D错误。
3.(多选)灯丝发射的电子束经过电场加速后从阳极上的狭缝穿出,通过两条平行狭缝后,在荧光屏上形成明显的双缝干涉图样。已知一个电子从狭缝穿出时动量为p,普朗克常量为h,则( )
C.荧光屏上暗条纹的位置是电子不能到达的位置
D.荧光屏上亮条纹的位置是电子到达概率大的位置
答案:BD
解析:电子的德布罗意波长为 ,选项A错误,B正确;荧光屏上暗条纹的位置是电子到达概率小的区域,选项C错误;荧光屏上亮条纹的位置是电子到达概率大的区域,选项D正确。
4.(多选)利用金属晶格(大小约10-10 m)作为障碍物观察电子的衍射图样,方法是让电子通过电场加速后,让电子束照射到金属晶格上,从而得到电子的衍射图样。已知电子质量为m,电荷量为e,初速度为0,加速电压为U,普朗克常量为h,则下列说法正确的是( )
A.该实验说明了电子具有波动性
C.加速电压U越大,电子的衍射现象越明显
D.若用相同动能的质子替代电子,质子的波长更长
AB
5.已知普朗克常量为h,真空中的光速为c。一静止的原子核放出一个波长为λ的光子,该光子的能量为 ;反冲核的质量为m,则反冲核的物质波的波长为 。
