(共45张PPT)
第四章 原子结构和波粒二象性
1 普朗克黑体辐射理论
1．知道热辐射及热辐射的特性，了解黑体与黑体辐射(重点)．2．知道黑体辐射的实验规律，了解黑体辐射的强度与波长的关系(重点)．3．熟悉能量子的概念，理解能量量子化观念(难点)．
课前 自主预习
黑体、黑体辐射与黑体辐射的实验规律
1．黑体与黑体辐射
(1)热辐射．
物体在任何温度下，都会发射__________，温度不同，所发射的电磁波的________、________也不同，这种现象叫作热辐射．热辐射与物体的________有关．
(2)黑体．
能够___________入射到其表面的电磁波而不产生_______的物体，我们称之为绝对黑体，简称黑体．
电磁波
频率
强度
温度
完全吸收
反射
2．黑体辐射的实验规律
(1)黑体辐射的实验规律．
黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的________有关．
①随着温度的升高，各种波长的辐射强度都________；
②随着温度的升高，辐射强度的最大值向波长______的方向移动．
温度
增加
较短
(2)维恩公式和瑞利公式．
科学家从理论上解释黑体辐射的规律有维恩公式和瑞利公式．
①维恩公式：德国物理学家维恩从________理论出发，得到的公式只是在________部分与实验相符，________部分存在明显差异．
②瑞利公式：英国物理学家瑞利从经典电磁理论出发，得到的公式在_______部分与实验吻合，_______部分偏差较大，尤其在紫外线一端，当波长趋于零时，辐射强度趋于无穷大，人们称之为“紫外灾难”．
热力学
短波
长波
长波
短波
能量子
1．普朗克公式
德国物理学家普朗克对黑体辐射问题进行了系统的理论研究，推导出了普朗克公式，把它与实验数据进行比较，发现与实验结果“令人满意地相符”．
2．普朗克设想
(1)黑体的空腔壁是由大量振子组成的，其能量E只能是某一______ _________hν的整数倍，即E＝nhν(n＝1，2，3，…)，式中ν为振子的频率，h是一个常量，h＝__________________．
(2)最小能量hν叫作_________．在微观世界中能量_________变化，只能取_________，这种现象叫作能量的_________．
3．意义
普朗克能量子假设，使人类对____________的本质有了全新的认识，对现代物理学的发展产生了_________的影响．
最小
能量值
6.63×10－34 J·s
能量子
不连续
分立值
量子化
微观世界
革命性
课堂 重难探究
对黑体与黑体辐射的实验规律的理解
1．对黑体的理解
绝对的黑体实际上是不存在的，但可以用某装置近似地代替．如图所示，如果在一个空腔壁上开一个小孔，那么射入小孔的电磁波在空腔内表面会发生多次反射和吸收，最终不能从空腔射出，这个小孔就成了一个绝对黑体．
2．一般物体与黑体的比较
比较 热辐射特点 吸收、反射特点
一般物体 辐射电磁波的情况与温度有关，与材料的种类及表面状况有关 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
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 完全吸收各种入射电磁波，不反射
对黑体与黑体辐射的理解
例1 (2025年佛山检测)关于对黑体的认识，下列说法正确的是 ( )
A．黑体是黑色的且其自身辐射电磁波
B．黑体辐射电磁波的强度按波长的分布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
D．黑体不吸收电磁波，只反射电磁波
【答案】C
变式1 下列说法不正确的是 ( )
A．只有温度高的物体才会有热辐射
B．黑体可以向外界辐射能量
C．黑体也可以看起来很明亮，是因为黑体也可以有较强的辐射
D．黑体是一种理想模型，其辐射强度只与温度有关
【答案】A
【解析】任何物体在任何温度下都存在辐射，温度越高辐射的能量越多，A错误；能够完全吸收入射的各种波长的电磁波而不发生反射的物体叫作黑体，黑体不反射电磁波，但可以向外辐射电磁波，有些黑体有较强的辐射，看起来也可以很明亮，B、C、D正确．
对黑体辐射的实验规律的理解
例2 (2025年惠州检测)如图所示是黑体的辐射强度与其辐射波长的关系图像，下列说法正确的是 ( )
A．温度越高，黑体辐射的电磁波的波长越大
B．温度越高，辐射强度的极大值向波长较长的方向移动
C．黑体的辐射强度按波长的分布与材料的表面状况有关
D．普朗克通过对黑体辐射的研究，提出了能量子的概念
【答案】D
【解析】温度越高，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动，但黑体辐射的电磁波波长并不是越大，A、B错误；物体的辐射强度除了与温度有关外，还和物体的材料及表面状态有关，但黑体的辐射强度按波长的分布只与黑体的温度有关，C错误；普朗克通过对黑体辐射的研究，提出了能量子的概念，D正确．
变式2 人们认识量子论始于对黑体辐射实验规律的解释，如图画出了T1、T2，两种温度下黑体的辐射强度与其辐射光波长的关系，下列说法正确的是 ( )
A．T1＜T2
B．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
C．随着温度升高，波长短的辐射强度增大，波长长的辐射强度减小
D．爱因斯坦提出的能量子假说很好地解释了黑体辐射的实验规律
【答案】B
【解析】对于黑体辐射，温度越高，辐射强度越强，且极大值向着波长较短的方向移动，因此根据图像可知，T1＞T2，A错误；黑体辐射随着波长越短、温度越高则辐射越强，B正确；随着温度升高，各种波长的辐射强度均增大，但辐射强度的极大值向着波长较短的方向移动，C错误；普朗克提出了能量子假说并根据能量子假说很好地解释了黑体辐射的实验规律，破除了“能量是连续变化的”传统观念，D错误．
对能量子的理解
1．概念：普朗克认为，带电微粒的能量只能是某一最小能量值ε的整数倍，当带电微粒辐射或吸收能量时，也只能是辐射或吸收某个最小能量值的整数倍，即：ε，2ε，3ε，…，nε(n为正整数，称为量子数)．也就是以这个最小能量值为单位一份一份地辐射或吸收的，这个不可再分的最小能量值ε叫作能量子．
能量子大小：对于频率为ν的谐振子最小能量为ε＝hν，h是普朗克常量(h＝6.626×10－34 J·s)．一般取h＝6.63×10－34 J·s．
2．发光功率与单个光子能量的关系：发光功率P＝n·ε，其中n为单位时间发出的光子数目，ε为单个光子能量．
例3 (2025年揭阳模拟)现在市场上常用来激光打标的是355 nm紫外纳秒固体激光器，该激光器单光子能量高，能直接打断某种材料的分子键，使之从材料表面脱离．据此判断，打断该材料分子键需要的能量约为(取普朗克常量h＝6.6×10－34 J·s，真空光速c＝3×108 m/s)( )
A．10－22 J
B．10－19 J
C．10－16 J
D．10－13 J
【答案】B
变式3 “神光Ⅱ”装置是我国规模最大的高功率固体激光系统，利用它可以获得能量为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，则该紫外激光所含光子数为多少？(计算结果保留3位有效数字)
解：紫外激光的波长已知，由此可求得紫外激光能量子的值，再根据紫外激光发射的总能量为2 400 J，即可求得紫外激光所含光子数．
紫外激光能量子的值为
小练 随堂巩固
1．下列宏观概念是“量子化”的是 ( )
A．物体的质量 B．木棒的长度
C．花生米的粒数 D．物体的动能
【答案】C
【解析】粒数的数值只能取正整数，不能取分数或小数，因而是不连续的，是量子化的．其他三个物理量的数值都可以取小数或分数，甚至取无理数也可以，因而是连续的，非量子化的．故只有C正确．
2．所谓黑体是指能全部吸收入射的电磁波而不发生反射的物体．显然，自然界不存在真正的黑体，但许多物体在某些波段上可近似地看成黑体．如图所示，用不透明的材料制成的带小孔的空腔，可近似地看作黑体．这是利用了 ( )
A．控制变量法 B．类比法
C．比值法 D．理想化方法
【答案】D
【解析】黑体实际上是物理模型，把实际物体近似看作黑体，用到的是理想化方法，D正确，A、B、C错误．
3．普朗克在研究黑体辐射的基础上，提出了量子理论，下列描绘两种温度下黑体辐射强度与波长关系的图中，符合黑体辐射实验规律的是 ( )
【答案】D
【解析】黑体辐射以电磁辐射的形式向外辐射能量，温度越高，辐射越强越大，故A、C错误．黑体辐射的波长分布情况也随温度而变，如温度较低时，主要以不可见的红外光进行辐射，在500 ℃以至更高的温度时，则顺次发射可见光以至紫外辐射．即温度越高，辐射的电磁波的波长越短，故B错误，D正确．
4．(2025年梅州检测)对宇宙微波背景辐射的黑体谱形状的研究被誉为是宇宙学研究进入精密科学时代的起点．关于黑体辐射，下列说法正确的是 ( )
A．黑体不会辐射电磁波
B．温度低于0 ℃的物体不会辐射电磁波
C．黑体辐射的能量是不连续的，只能是某一最小能量值的整数倍
D．爱因斯坦提出的能量子假说，能够很好地解释黑体辐射规律
【答案】C
【解析】一切物体都会辐射电磁波，绝对零度的物体才可能没有辐射，温度越高，辐射的电磁波越强，A、B错误；普朗克假设黑体辐射中的辐射能量是不连续的，只能取能量基本单位的整数倍，从而很好地解释了黑体辐射的实验现象，C正确，D错误．
5．(2025年韶关期中)一盏灯发光功率为100 W，假设它发出的光向四周均匀辐射，光的平均波长为6.0×10－7 m，在距电灯10 m远处，以电灯为球心的球面上，1 m2的面积每秒通过的光子(能量子)数约为(普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s，光速c ＝3.0×108 m/s) ( )
A．2×1015 B．2×1016
C．2×1017 D．2×1023
【答案】C
课后提升训练
考点1 黑体、黑体辐射
1．下列叙述错误的是 ( )
A．一切物体都在辐射电磁波
B．一般物体辐射电磁波的情况只与温度有关
C．黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体温度有关
D．黑体能够完全吸收入射的各种波长的电磁波
基础对点练
【答案】B
【解析】根据热辐射定义知A正确；根据热辐射和黑体辐射的特点知一般物体辐射电磁波的情况除与温度有关外，还与材料种类和表面状况有关，而黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体温度有关，B错误，C正确；根据黑体定义知D正确．
2．关于热辐射，下列说法中正确的是 ( )
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，对于一般材料的物体，辐射强度按波长的分布除与物体的温度有关外，还与材料的种类和表面状况有关；常温下看到的物体的颜色是反射光的颜色．
3．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，最终不能从小孔射出，所以没开孔的空腔是一个黑体
【答案】C
【解析】黑体自身辐射电磁波，不一定是黑的，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，B错误，C正确；小孔只吸收电磁波，不反射电磁波，因此带小孔的空腔成了一个黑体，小孔就是该黑体的表面，而不是所有空腔都是黑体，D错误．
考点2 黑体辐射的实验规律
4．(多选)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热辐射的强度与波长的关系，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．辐射强度的极大值随温度升高而向短波方向移动
C．向外辐射的电磁波的总能量随温度升高而减小
D．向外辐射的电磁波的波长范围是相同的
【答案】BD
【解析】从图中可以看出，温度越高，向外辐射同一波长的电磁波的辐射强度越大，故A错误；从图中可以看出，辐射强度的极大值随温度升高而向短波方向移动，故B正确；从图中可以看出，随着温度升高，辐射的各个波长的辐射强度均变大，故向外辐射的电磁波的总能量随温度升高而增强，故C错误；从图中可以看出，黑体可以辐射出任何频率的电磁波，故向外辐射的电磁波的波长范围是相同的，故D正确．
5．能引起人的眼睛视觉效应的最小能量为10－18 J，已知可见光的平均波长为0.6 μm，普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s，恰能引起人眼的感觉，进入人眼的光子数至少为 ( )
A．1个 B．3个
C．30个 D．300个
【答案】B
综合提升练(共64张PPT)
第四章 原子结构和波粒二象性
4 氢原子光谱和玻尔的原子模型
1．了解氢原子光谱的特点，知道巴耳末公式及里德伯常量(重点)．2．了解玻尔理论的局限性(难点)．3．了解能级跃迁、能量量子化及基态、激发态等概念(重点)．4．会用玻尔的原子结构理论解释氢光谱(重难点)．
课前 自主预习
光谱、氢原子光谱的实验规律、经典理论的困难
1．光谱
(1)定义：用光栅或棱镜可以把各种颜色的光按________展开，获得光的波长(频率)和强度分布的记录，即光谱．
(2)分类．
①线状谱：由一条条的________组成的光谱．
②连续谱：由连在一起的________组成的光谱．
波长
亮线
光带
(3)特征谱线．
各种原子的发射光谱都是__________，且不同原子的亮线位置_______，故这些亮线称为原子的________谱线．
(4)光谱分析．
①定义：利用原子的____________来鉴别物质和确定物质的组成成分．
②优点：灵敏度高．
线状谱
不同
特征
特征谱线
2．氢原子光谱的实验规律
(1)光谱研究的意义．
许多情况下光是由原子________电子的运动产生的，因此光谱研究是探索原子结构的重要途径．
(2)气体发光原理．
①气体放电：玻璃管中稀薄气体在强电场的作用下会电离，形成自由移动的正负电荷，于是气体变成导体，导电时会发光．
②氢光谱：从氢气放电管可以获得氢原子光谱．
内部
(3)巴耳末公式．
①公式：________________________________．
②意义：巴耳末公式以简洁的形式反映了氢原子的线状光谱，即辐射波长的________特征．
分立
3．经典理论的困难
(1)用经典(电磁)理论在解释原子的_________和原子光谱的_______特征时遇到了困难．
(2)经典理论可以很好地应用于宏观物体，但不能用来解释________世界的现象．
稳定性
分立
原子
玻尔原子理论的基本假设
1．轨道量子论
原子中的电子在________力的作用下，绕________做圆周运动，围绕原子核运动的电子轨道只能是某些_________，所以电子绕核运动的轨道是_________的．
库仑
原子核
分立值
量子化
2．定态
电子在这些轨道上绕核的转动是______的，且不产生___________. 当电子在不同轨道上运动时，原子处于不同的状态，原子在不同的状态中具有________的能量，即原子的能量是________的，这些量子化的能量值叫作________，原子具有确定能量的稳定状态，称为________．能量最低的状态叫作________，其他的能量状态叫作_________．
稳定
电磁辐射
不同
量子化
能级
定态
基态
激发态
3．跃迁
当电子从能量较高的定态轨道(其能量记为Em)________到能量较低的定态轨道(其能量记为En，m＞n)时，会________能量为hν的光子，该光子的能量hν＝_________，这个式子被称为_______条件，又称______ 条件．
跃迁
放出
Em－En
频率
辐射
玻尔理论对氢光谱的解释和局限性
1．玻尔理论对氢光谱的解释
(1)解释巴耳末公式．
①按照玻尔理论，从高能级跃迁到低能级时辐射的光子的能量为hν＝__________．
②巴耳末公式中的正整数n和2正好代表能级跃迁之前和之后所处的__________的量子数n和2．并且理论上的计算和实验测量的_______ _________符合得很好．
Em－En
定态轨道
里德
伯常量
(2)解释氢原子光谱的不连续性．
原子从较高能级向低能级跃迁时放出光子的能量等于前后______ _________，由于原子的能级是________的，所以放出的光子的能量也是________的，因此原子的发射光谱只有一些分立的亮线．
两个
能级差
分立
分立
2．玻尔理论的局限性
(1)成功之处．
玻尔理论第一次将__________引入原子领域，提出了____________的概念，成功解释了________光谱的实验规律．
(2)局限性．
保留了__________的观念，把电子的运动仍然看作经典力学描述下的________运动．
量子观念
定态和跃迁
氢原子
经典粒子
轨道
(3)电子云．
原子中的电子没有确定的坐标值，我们只能描述电子在某个位置出现________的多少，把电子这种概率分布用疏密不同的点表示时，这种图像就像________一样分布在原子核周围，故称_________．
概率
云雾
电子云
课堂 重难探究
对氢原子光谱的理解
1．氢原子的光谱
从氢气放电管可以获得氢原子光谱，如图所示．
2．氢原子光谱的特点
在氢原子光谱图中的可见光区内，由右向左，相邻谱线间的距离越来越小，表现出明显的规律性．
3．巴耳末公式
(2)公式中只能取n≥3的整数，不能连续取值，波长是分立的值．
4．其他谱线
除了巴耳末系，氢原子光谱在红外和紫外光区的其他谱线，也都满足与巴耳末公式类似的关系式．
例1 氢原子光谱的巴耳末系中波长最长的谱线的波长为λ1，其次为λ2，问：
(2)其中最长波长的光子能量是多少？
变式1 光谱分析为深入原子世界打开了道路．关于光谱，下列说法正确的是 ( )
A．原子发射连续光谱是因为电子绕原子核运动的变化是连续的
B．玻尔的原子理论能成功的解释各种原子光谱的实验规律
C．原子吸收光谱中的每一条暗线都跟这种原子的发射光谱中的一条亮线相对应
D．进行光谱分析时，可以用连续谱，也可以用线状谱
【答案】C
【解析】电子绕原子核运动的变化都是不连续的，我们看到的原子光谱都是线状谱，A错误；玻尔原子理论仅能成功的解释氢原子光谱的实验规律，B错误；原子都是由原子核和电子组成的，但不同原子的原子结构不同，各种原子的原子光谱都有各自的特征谱线，原子吸收光谱中的每一条暗线都跟这种原子发射光谱中的一条亮线相对应，C正确；只有线状谱和吸收光谱与原子的结构有关，可以用来鉴别物质，D错误．
对玻尔理论的理解
1．轨道量子化
轨道半径只能是一些不连续的、某些分立的值，不可能出现介于这些轨道半径之间的其他值．
2．能量量子化
(1)电子在可能轨道上运动时，虽然是变速运动，但它并不释放能量，原子是稳定的，这样的状态也称之为定态．
(2)由于原子的可能状态(定态)是不连续的，具有的能量也是不连续的．这样的能量值，称为能级．量子数n越大，表示能级越高．
(3)原子的能量包括：原子的原子核与电子所具有的电势能和电子运动的动能．
3．跃迁：原子从一种定态(设能量为E2)跃迁到另一种定态(设能量为E1)时，它辐射(或吸收)一定频率的光子，光子的能量由这两种定态的能量差决定，
可见，电子如果从一个轨道到另一个轨道，不是以螺旋线的形式改变半径大小的，而是从一个轨道上“跳跃”到另一个轨道上．玻尔将这种现象叫作电子的跃迁．
例2 (多选)按照玻尔原子理论，下列表述正确的是 ( )
A．核外电子运动轨道半径可取任意值
B．氢原子中的电子离原子核越远，氢原子的能量越大
C．电子跃迁时，辐射或吸收光子的能量由能级的能量差决定，即hν＝Em－En(m＞n)
D．氢原子从激发态向基态跃迁的过程，可能辐射能量，也可能吸收能量
【答案】BC
【解析】根据玻尔理论，核外电子运动的轨道半径是确定的值，而不是任意值，A错误；氢原子中的电子离原子核越远，能级越高，能量越大，B正确；由跃迁规律可知C正确；氢原子从激发态向基态跃迁的过程中，应辐射能量，D错误．
变式2 (多选)关于玻尔的原子模型，下列说法中正确的有 ( )
A．它彻底否定了经典的电磁理论
B．它发展了卢瑟福的核式结构学说
C．它完全抛弃了经典的电磁理论
D．它引入了普朗克的量子理论
【答案】BD
【解析】原子核式结构模型与经典电磁理论的种种矛盾说明，经典电磁理论已不适用于原子系统，玻尔从光谱学成就得到启发，利用普朗克的能量量子化的概念，提出了量子化的原子模型；但在玻尔的原子模型中仍然认为原子中有一很小的原子核，电子在核外绕核做匀速圆周运动，电子受到的库仑力提供向心力，并没有完全抛弃经典的电磁理论．
玻尔理论对氢光谱的解释、对玻尔理论的局限性的理解
1．能级图的理解：如图所示为氢原子能级图．
(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个轨道上运动时的能量．
(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，间隔越宽，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．
例3 氢原子的能级图如图所示，大量氢原子处于n＝3能级，关于这些氢原子，下列说法正确的是( )
A．氢原子向低能级跃迁只能发出2种不同频率的光子
B．氢原子跃迁到n＝1能级，辐射光子的能量最大
C．氢原子跃迁到n＝2能级，辐射光子的频率最高
D．氢原子跃迁到n＝4能级，需吸收1.51 eV的能量
【答案】B
【解析】大量氢原子处于n＝3能级的氢原子向低能级跃迁只能发出C＝3种不同频率的光子，A错误；氢原子跃迁到n＝1能级，能级差最大，则辐射光子的能量最大，频率最高，B正确，C错误；氢原子跃迁到n＝4能级，需吸收(－0.85 eV)－(－1.51 eV)＝0.66 eV的能量，D错误．
变式3 如图所示为氢原子的能级图，下列说法正确的是 ( )
A．处于基态的氢原子可以吸收能量为1.51 eV的光子跃迁到n＝3能级
B．处于基态的氢原子可以吸收能量为13.7 eV的光子后被电离
C．氢原子由n＝3级跃迁到n＝2能级时，原子的电势能增加
D．一个氢原子从n＝4能级向基态跃迁时，可发出6种不同频率的光子
【答案】B
【解析】处于基态的氢原子跃迁到n＝3能级需要E＝－1.51 eV－(－13.6)eV＝12.09 eV，A错误；根据电离的特点可知，处于基态的氢原子吸收大于13.6 eV的能量即可实现电离，B正确；氢原子由n＝3级跃迁到n＝2能级时，半径变小，可知动能增加，电势能减小，C错误；一个氢原子从n＝4能级向基态跃迁时，可发出n－1＝3种不同频率的光子，D错误．
小练 随堂巩固
1．(多选)关于线状谱，下列说法中正确的是 ( )
A．每种原子处在不同温度下发光的线状谱不同
B．每种原子处在不同的物质中的线状谱相同
C．每种原子在任何条件下发光的线状谱都相同
D．两种不同的原子发光的线状谱可能相同
【答案】BC
【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，B、C正确．
A．此公式是巴耳末在研究氢原子光谱特征时发现的
B．公式中n可取任意值，故氢原子光谱是连续谱
C．公式中n只能取不小于3的整数值，故氢原子光谱是线状谱
D．公式仅适用于氢原子光谱的分析，不适用于其他原子的光谱
【答案】B
【解析】此公式是巴耳末在研究氢原子光谱在可见光区的四条谱线中得到的，只适用于氢原子光谱的分析，A、D正确；公式中n只能取大于等于3的整数，λ不能连续取值，故氢原子光谱是线状谱，B错误，C正确．
3．如图所示为氢原子的电子轨道示意图，根据玻尔原子理论，下列说法正确的是 ( )
A．能级越高，氢原子越稳定
B．能级越高，电子动能越大
C．电子的轨道可能是一些连续的数值
D．从n＝2跃迁到n＝1比从n＝3跃迁到n＝2辐射出的光子能量大
【答案】D
氢原子能级图如图所示．从n＝2能级跃迁到n＝1能级辐射出的光子能量为－3.40 eV－(－13.6 eV)＝10.20 eV，从n＝3能级跃迁到n＝2能级辐射出的光子能量为－1.51 eV－(－3.40 eV)＝1.89 eV，由上述分析可知，从n＝2能级跃迁到n＝1能级辐射出的光子能量较大，D正确．
4．如图为氢原子的能级图，大量氢原子处于n＝3的激发态上．下列说法正确的是 ( )
A．氢原子吸收1.6 eV的能量可以发生电离
B．氢原子跃迁到低能级后，核外电子动能变小
C．氢原子向低能级跃迁只能辐射2种不同频率的光子
D．氢原子从能级n＝2跃迁到能级n＝1过程中，辐射光子的频率最高
【答案】A
5．(2024年北京卷)阿秒(as)是时间单位，1 as＝1×10－18s，阿秒光脉冲是发光持续时间在阿秒量级的极短闪光，提供了阿秒量级的超快“光快门”，使探测原子内电子的动态过程成为可能．设有一个持续时间为100 as的阿秒光脉冲，持续时间内至少包含一个完整的光波周期．取真空中光速c＝3.0×108 m/s，普朗克常量h＝6.6×10－34 J·s，下列说法正确的是 ( )
A．对于0.1 mm宽的单缝，此阿秒光脉冲比波长为550 nm的可见光的衍射现象更明显
B．此阿秒光脉冲和波长为550 nm的可见光束总能量相等时，阿秒光脉冲的光子数更多
C．此阿秒光脉冲可以使能量为－13.6 eV(－2.2×10－18 J)的基态氢原子电离
D．为了探测原子内电子的动态过程，阿秒光脉冲的持续时间应大于电子的运动周期
【答案】C
课后提升训练
考点1 氢原子光谱
1．(2025年揭阳检测)关于光谱和光谱分析，下列说法正确的是 ( )
A．太阳光谱是连续谱，分析太阳光谱可以知道太阳内部的化学组成
B．霓虹灯和炼钢炉中炽热铁水产生的光谱，都是线状谱
C．强白光通过酒精灯火焰上的钠盐，形成的是吸收光谱
D．进行光谱分析时，可以利用连续光谱，也可以利用吸收光谱
基础对点练
【答案】C
【解析】太阳光谱是吸收光谱，其中的暗线，是太阳光经过太阳大气层时某些特定频率的光被吸收后而产生的，说明太阳大气中存在与这些暗线相对应的元素，A错误；霓虹灯产生的是线状谱，炼钢炉中炽热铁水产生的是连续谱，B错误；强白光通过酒精灯火焰上的钠盐，形成的是吸收光谱，C正确；进行光谱分析时，必须用线状谱才能进行光谱分析，D错误．
2．如图所示是原子的发射光谱、原子的吸收光谱、太阳光谱图像，下列说法正确的是 ( )
A．大多数原子的发射光谱是线状谱
B．太阳光谱中的暗线表明，太阳中正好不存在这些金属
C．可见光谱有分立特征，不可见光的光谱没有分立特征
D．电子绕原子核运动的轨道是不连续的，所以我们看到了原子光谱的分立特征
【答案】D
【解析】任何原子的发射光谱都是线状谱，A错误；太阳光谱中的许多暗线与太阳中存在的金属元素的特征谱线相对应，太阳光谱中的暗线表明太阳中正好存在这些金属元素，B错误；可见光谱与不可见光谱都有分立特征，C错误；电子绕原子核的运动都是不连续变化的，我们看到了原子光谱的分立特征，D正确．
考点2 对玻尔理论的理解
3．(多选)根据玻尔理论，氢原子中量子数n越大 ( )
A．电子的轨道半径越大 B．核外电子的速率越大
C．氢原子能级的能量越大 D．核外电子的电势能越大
【答案】ACD
4．氢原子从能级m跃迁到能级n时辐射红光的频率为ν1，从能级n跃迁到能级k时吸收紫光的频率为ν2，已知普朗克常量为h，若氢原子从能级k跃迁到能级m，则 ( )
A．吸收光子的能量为hν1＋hν2
B．辐射光子的能量为hν1＋hν2
C．吸收光子的能量为hν2－hν1
D．辐射光子的能量为hν2－hν1
【答案】D
【解析】氢原子从能级m跃迁到能级n时辐射红光，说明能级m高于能级n，Em－En＝hν1，而从能级n跃迁到能级k时吸收紫光，说明能级k也比能级n高，Ek－En＝hν2，而紫光的频率ν2大于红光的频率ν1，所以hν2＞hν1，因此能级k比能级m高，所以若氢原子从能级k跃迁到能级m，应辐射光子，且光子能量应为hν2－hν1．
考点3 玻尔理论对氢光谱的解释
5．氢原子部分能级的示意图如图所示，不同色光的光子能量如下表所示．
色光光子 红 橙 黄 绿 蓝－靛 紫
光子能量范围/eV 1.61～ 2.00 2.00～ 2.07 2.07～ 2.14 2.14～ 2.53 2.53～ 2.76 2.76～
3.10
处于某激发态的氢原子，发射的光的谱线在可见光范围内仅有2条，其颜色分别为 ( )
A．红、蓝－靛 B．黄、绿
C．红、紫 D．蓝－靛、紫
【答案】A
【解析】根据跃迁假设，发射光子的能量hν＝Em－En．如果激发态的氢原子处于第二能级，能够发出－3.4 eV－(－13.6 eV)＝10.2 eV的光子，由表格数据判断出它不属于可见光；如果激发态的氢原子处于第三能级，能够发出12.09 eV、10.2 eV、1.89 eV的三种光子，只有1.89 eV的光属于可见光；如果激发态的氢原子处于第四能级，能够发出12.75 eV、12.09 eV、10.2 eV、2.55 eV、1.89 eV、0.66 eV的六种光子，1.89 eV和2.55 eV的光属于可见光，1.89 eV的光为红光，2.55 eV的光为蓝－靛光，A正确．
A．1.8 B．2.0
C．2.2 D．2.4
【答案】A
综合提升练(共43张PPT)
第四章 原子结构和波粒二象性
5 粒子的波动性和量子力学的建立
1．知道光的波粒二象性，理解实物粒子的波动性(重点)．2．理解德布罗意波，会解释相关现象(重难点)．3．了解量子力学的建立过程和应用(重点)．
课前 自主预习
粒子的波动性
1．德布罗意波：每一个________的粒子都与一个对应的波相联系，这种与__________相联系的波称为德布罗意波，也叫________．
2．物质波的波长、频率关系式：
物质波波长、频率的计算公式为λ＝______，ν＝______．
运动
实物粒子
物质波
物质波的实验验证
1．实验探究思路：________、衍射是波特有的现象，如果实物粒子具有波动性，则在一定条件下，也应该发生干涉或衍射现象．
2．实验验证：1927年戴维森和汤姆孙分别利用晶体做了________衍射实验，得到了________的衍射图样，证实了电子的_________．
干涉
电子束
电子
波动性
3．说明
(2)宏观物体的质量比微观粒子的质量大得多，运动时的________很大，对应的德布罗意波的波长_______，根本无法观察到它的波动性．
波动性
动量
很小
量子力学的建立和量子力学的应用
1．量子力学的建立
(1)19、20世纪之交，人们在__________、___________、_______ ________等许多类问题中，都发现了经典物理学无法解释的现象．
(2)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______ ________．
黑体辐射
光电效应
氢原
子光谱
矩阵
力学
(3)1926年，奥地利物理学家薛定谔提出了物质波满足的方程——______________，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____________．
(4)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．
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．
薛定谔方程
波动力学
2．量子力学的应用
(1)借助量子力学，人们深入认识了___________________________.
(2)量子力学推动了____________________的发展．
(3)量子力学推动了_______、_______和________的发展．如激光、核磁共振、原子钟，等等．
(4)量子力学推动了________ 的发展．
微观世界的组成、结构和属性
核物理和粒子物理
原子
分子
固体物理
光学
课堂 重难探究
对粒子的波动性的理解
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，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的缘故．
(2)粒子在空间各处出现的概率受统计规律支配，不要以宏观观点中的波来理解德布罗意波．
(3)德布罗意假说是光子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．
2．计算物质波波长的方法
对物质波的理解
例1 下列关于德布罗意波的认识，正确的解释是 ( )
A．任何一个物体都有一种波和它对应，这就是物质波
B．X光的衍射证实了物质波的假设是正确的
C．电子的衍射证实了物质波的假设是正确的
D．宏观物体运动时，看不到它的衍射或干涉现象，所以宏观物体不具有波动性
【答案】C
【解析】运动的物体才具有波动性，A错误；宏观物体由于动量太大，德布罗意波长太小，所以看不到它的干涉、衍射现象，但仍具有波动性，D错误；X光是波长极短的电磁波，是光子，它的衍射不能证实物质波的存在，B错误．
变式1 汤姆孙利用电子束穿过铝箔，得到如图所示
的衍射图样．则 ( )
A．该实验现象是电子粒子性的表现
B．该实验证实了原子具有核式结构
C．实验中电子的物质波波长与铝箔中原子间距差不多
D．实验中增大电子的速度，其物质波波长变长
【答案】C
对物质波波长的计算
例2 1924年德布罗意提出假设：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．下列关于德布罗意波的波长的说法正确的是 ( )
A．速度相同的电子与质子，质子的德布罗意波的波长较长
B．动量相同的电子与质子，电子的德布罗意波的波长较长
C．动能相同的电子与质子，电子的德布罗意波的波长较长
D．加速度相同的电子与质子，质子的德布罗意波的波长较长
【答案】C
变式2 某电子的质量为me、德布罗意波长为λ，一质量为m的油滴与该电子具有相同的动能，则该油滴的德布罗意波长为 ( )
【答案】A
小练 随堂巩固
1．(多选)下列关于实物粒子的说法正确的是 ( )
A．向前飞行的子弹不具有波动性
B．射击运动员之所以很难射中靶子，是因为子弹具有波动性
C．子弹既具有粒子性，又具有波动性
D．子弹具有波动性，但波长很短表现不出来
【答案】CD
【解析】运动的实物粒子具有波粒二象性，对子弹来说，其德布罗意波长很短，很难表现出波动性，子弹的波动性对射击的准确性没有任何影响，C、D正确，A、B错误．
2．如果一个电子和一个中子的德布罗意波长相等，则下列与此相关的物理量也相等的是 ( )
A．速度 B．动能
C．动量 D．总能量
【答案】C
3．量子理论是现代物理学两大支柱之一，量子理论的核心观念是“不连续”．关于量子理论，以下说法错误的是 ( )
A．普朗克为解释黑体辐射，首先提出“能量子”的概念，他被称为“量子之父”
B．爱因斯坦实际上是利用量子观念和能量守恒解释了光电效应
C．康普顿效应证明光具有动量，也说明光是不连续的
D．氢原子中，量子数N越大，核外电子的速率越大
【答案】D
【答案】A
5．下列说法中正确的是 ( )
A．质量大的物体，其德布罗意波长较短
B．速度大的物体，其德布罗意波长较短
C．动量大的物体，其德布罗意波长较短
D．动能大的物体，其德布罗意波长较短
【答案】C
6．电子经电势差为U＝220 V的电场加速，在v＜c的情况下，求此电子的德布罗意波长．(已知：电子质量为9.11×10－31 kg，电子电荷量为1.6×10－19 C)
课后提升训练
考点1 德布罗意波和概率波
1．关于物质波，以下说法正确的是 ( )
A．物质波就是机械波
B．实物粒子具有波动性
C．光是粒子，不具有波动性
D．电子不会发生干涉与衍射现象
基础对点练
【答案】B
【解析】机械波是一种波，而物质波是物质具有的一种波动现象，两者不同，A错误；根据波粒二象性，实物粒子有波长，具有波动性，B正确；根据波粒二象性可知，光既是粒子也是波，C错误；电子也具有波动性，也可以发生干涉与衍射现象，D错误．
2．若α粒子(电荷为2e)在磁感应强度为B均匀磁场中沿半径为R的圆形轨道运动，则α粒子的德布罗意波长是 ( )
【答案】A
考点2 光的波泣二象性
3．为了验证光的波粒二象性，在双缝干涉实验中将光屏换成感光胶片，并设法减弱光的强度，下列说法正确的是 ( )
A．曝光时间很短的照片可清楚地看出光的粒子性，曝光时间很长的照片，大量亮点聚焦起来看起来是连续的，说明大量光子不具有粒子性
B．单个光子通过双缝后的落点无法预测，大量光子打在胶片上的位置表现出波动规律
C．单个光子通过双缝后做匀速直线运动
D．干涉条纹的亮条纹处光子到达的概率大，暗条纹处光子不能到达
【答案】B
【解析】根据光的波粒二象性可知，大量光子的行为表现出波动性，但波动性并不否定光的粒子性，只不过粒子性没有明确显现而已；单个光子显示了光的粒子性，落点无法预测，大量光子表现出波动性；光子通过双缝后遵从概率波的规律，并不做匀速直线运动；暗条纹处只是光子到达的概率很小，并不是不能到达，B正确，A、C、D错误．
4．(2025年梅州检测)1925年，戴维森在一次实验中发现了电子的衍射现象，电子束在多晶Au上的电子衍射图样如图所示，通过大量的实验发现，质子也能产生衍射现象．在某次实验中质子和电子的动能相同，下列说法中不正确的是 ( )
A．电子具有波粒二象性
B．在一定条件下，电子束也能产生干涉现象
C．实验中电子的动量更大
D．实验中电子的物质波更长
【答案】C
5．清华大学提出了一种稳态微聚束光源(SSMB)技术，即通过粒子加速器加速电子来获得光刻机生产高端芯片时需要使用到的极紫外光．极紫外光又称为极端紫外线辐射，是指电磁波谱中波长从121 nm到10 nm的电磁辐射．已知普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s，真空中的光速c＝3×108 m/s，可见光的波长范围是400 nm到760 nm．
综合提升练
则下列说法正确的是 ( )
A．可见光比极紫外光的粒子性更强
B．极紫外光比可见光更容易发生衍射现象
C．电子的速度越大，它的德布罗意波长就越长
D．波长为10纳米的极紫外光的能量子约为124 eV
【答案】D
6．(2025年汕尾检测)光射到物体表面上时会产生压力，我们将光对物体单位面积的压力叫光压．已知普朗克常量h，光速c，某激光器发出的激光功率为P，该光束垂直射到某平整元件上，其光束截面积为S，该激光的波长λ．若激光的能量全部被元件吸收，则下列说法正确的有( )
【答案】C (共52张PPT)
第四章 原子结构和波粒二象性
3 原子的核式结构模型
1．了解汤姆孙原子模型(重点)．2．知道α粒子散射实验的现象、方法和结果(重难点)．3．知道原子的核式结构模型(重点、难点)．
课前 自主预习
电子的发现
1．阴极射线：科学家在研究__________放电时发现，当玻璃管内的气体足够稀薄时，阴极发出一种射线，这种射线能使玻璃管壁发出荧光，这种射线称为___________．
2．汤姆孙对阴极射线本质的探究
(1)实验巧妙利用静电偏转力和磁场偏转力相抵消的方法，确定了阴极射线粒子的速度，并测量出了粒子的________．
(2)换用不同材料的阴极和不同的气体，所得粒子的_______相同，这说明不同物质都能发射这种带电粒子，它是各种物质中共有的成分．
稀薄气体
阴极射线
比荷
比荷
3．结论
(1)阴极射线是_____________．
(2)不同物质都能发射这种带电粒子，它是各种物质中共有的成分，比最轻的氢原子的质量还要小得多，汤姆孙将这种带电粒子称为_______．
(3)电子的发现说明原子具有一定的________，即原子是由电子和其他物质组成的．
4．电子发现的意义：电子的发现揭开了认识原子结构的序幕．
带电粒子流
电子
结构
α粒子散射实验
1．汤姆孙的原子模型
汤姆孙在1904年提出原子的枣糕模型：原子是一个______，正电荷______地分布在整个球内，电子像枣糕上的枣子一样__________，被正电荷吸引着．原子内正、负电荷______，原子整体呈中性．
2．α粒子散射实验目的
α粒子通过金箔时，用这些已知的粒子与金属内的原子_________，根据粒子的___________来获得原子内部的信息．
球体
均匀
嵌在球中
相等
相互作用
偏转情况
3．α粒子散射实验方法
用由放射源发射的α粒子束轰击________，利用荧光屏接收、探测通过金箔后的α粒子偏转情况．
4．α粒子散射实验结果
__________α粒子穿过金箔后仍沿原来的方向前进，但是有少数α粒子发生了大角度偏转，有__________α粒子偏转角超过了90°，有的甚
至被________弹回，α粒子被反射回来的概率竟然有_________．
金箔
绝大多数
极少数
原路
卢瑟福的原子模型
1．核式结构模型
(1)原子的内部有一个很小的核，叫________，原子的全部正电荷和几乎____________都集中在原子核内，带负电的电子绕核运动．
(2)原子的核式结构模型又被称为____________．
2．原子的大小
(1)原子直径数量级：________m．
(2)原子核直径数量级：________m．
原子核
全部质量
行星模型
10－10
10－15
课堂 重难探究
对电子发现的认识
1．对阴极射线的认识
(1)现象：真空玻璃管两极加上高电压，玻璃管壁上发出荧光及管中物体在玻璃壁上呈现影子．
(2)命名：德国物理学家戈尔德斯泰因将阴极发出的射线命名为阴极射线．
(3)猜想：
①阴极射线是一种电磁辐射．
②阴极射线是带电微粒．
(4)验证：英国物理学家汤姆孙让阴极射线在电场和磁场中偏转，发现阴极射线带负电并测出了粒子的比荷进而发现电子．
(5)实验：密立根通过“油滴实验”精确测定了电子的电荷量和电子的质量．
甲
乙
例1 (2025年东莞模拟)科学家在研究稀薄气体放电时发现，阴极发出的射线能使玻璃管壁发出荧光．如图所示，这种射线的本质是 ( )
A．电子 B．γ射线
C．中子 D．质子
【答案】A
变式1 密立根油滴实验如图所示，A、B是两块平行放置的水平金属板，A板带正电，B板带负电，从喷雾器嘴喷出的小油滴落到A、B两板之间的电场中，小油滴由于摩擦而带负电，调节A、B
两板间的电压，可使小油滴受到的电场力和重力平衡，已知小油滴静止时的电场强度是1.92×105 N/C，油滴半径是1.64×10－4 cm，油的密度是0.851 g/cm3，求油滴所带的电荷量，这个电荷量是电子电荷量的多少倍？
对α粒子散射实验的理解
1．实验背景
α粒子散射实验是卢瑟福指导他的学生做的一个著名的物理实验，实验的目的是想验证汤姆孙原子模型的正确性，实验结果却成了否定汤姆孙原子模型的有力证据．在此基础上，卢瑟福提出了原子核式结构模型．
2．大角度偏转的实验现象分析
(1)由于电子质量远小于α粒子质量，所以电子不可能使α粒子发生大角度偏转．
(2)使α粒子发生大角度偏转的只能是原子中带正电的部分．按照汤姆孙原子模型，正电荷在原子内是均匀分布的，α粒子穿过原子时，它受到的两侧斥力大部分抵消，因而也不可能使α粒子发生大角度偏转，更不能使α粒子反向弹回，这与α粒子散射实验相矛盾．
(3)实验现象表明原子绝大部分是空的，原子的几乎全部质量和所有正电荷都集中在原子中心的一个很小的核上，否则α粒子大角度散射是不可能的．
例2 (2025年珠海检测)如图所示，α粒子散射实验中，移动显微镜M分别在a、b、c、d四个位置观察，则 ( )
A．在a处观察到的是金原子核
B．在b处观察到的是电子
C．在c处能观察到α粒子
D．在d处不能观察到任何粒子
【答案】C
【解析】四个位置观察到的均为α粒子，故选C．
变式2 在卢瑟福的α粒子散射实验中，有少数α粒子发生了大角度的偏转，其主要原因是 ( )
A．原子中有带负电的电子，电子会对α粒子有引力的作用
B．正电荷在原子中是均匀分布的
C．原子的正电荷和绝大部分的质量都集中在一个很小的核上
D．原子是可再分的
【答案】C
【解析】在α粒子散射实验中，有少数α粒子发生大角度偏转说明三点：一是原子内有一质量很大的粒子存在；二是这一粒子带有较大的正电荷；三是这一粒子的体积很小，C正确，A、B、D错误．
对卢瑟福的原子模型的理解
1．原子的核式结构模型对α粒子散射实验结果的解释
(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粒子十分接近原子核穿过时，才受到很大的库仑力作用，发生大角度偏转，而这种机会很少，所以有少数粒子发生了大角度偏转．
(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，如图所示，所以极少数粒子的偏转角度甚至大于90°．
2．原子半径的数量级是10－10 m，原子核半径的数量级是10－15 m，两者相差10万倍之多．
例3 卢瑟福指导他的助手进行的α粒子散射实验所用仪器的示意图如图．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，极少数的角度甚至大于90°，于是，卢瑟福大胆猜想 ( )
A．原子半径的数量级是10－10 m
B．原子核内存在质子和中子
C．原子内部有体积很小、质量很大的核
D．造成α粒子偏转的主要原因是它受到了原子中电子的作用
【答案】C
【解析】原子半径的数量级是通过油膜法测出来的，该实验不能确定原子半径的数量级，A错误；卢瑟福用α粒子轰击金箔，证实了在原子核内存在质子，中子是查德威克发现的，B错误；从绝大多数α粒子几乎不发生偏转，可以推测使粒子受到排斥力的原子核体积极小；从极少数α粒子发生了大角度的偏转，说明原子中心的核带有原子的全部正电荷和绝大部分质量，C正确；造成α粒子偏转的主要原因是它受到了原子内部正电荷的作用，D错误．
变式3 如图，卢瑟福进行的α粒子散射实验现象表明 ( )
A．在原子的中心有一个很小的核
B．原子核具有复杂结构
C．原子核集中了原子所有的质量
D．核外电子在绕核做圆周运动
【答案】A
【解析】为了解释α粒子散射实验现象，卢瑟福提出了原子核式结构模型：在原子的中心有一个很小的核，叫原子核，原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核里，A正确，C错误；实验现象不能说明原子核具有复杂结构，也不能说明核外电子的运动规律，B、D错误．
小练 随堂巩固
1．(2025年中山期末)α粒子散射实验被评为世界十大经典物理实验之一，此实验开创了原子结构研究的先河，为建立现代原子核理论打下了基础，关于α粒子散射实验，下列说法正确的是 ( )
A．汤姆孙根据α粒子散射实验，提出了原子核的核式结构
B．该实验需要在真空环境下才能完成
C．该实验表明α粒子大角度偏转可能是与电子直接碰撞造成的
D．在其他条件相同情况下，只改变金箔的厚度，对实验结果没有影响
【答案】B
【解析】卢瑟福根据α粒子散射实验，提出了原子核的核式结构，A错误；α粒子轰击金箔的实验需要在真空条件下完成，避免α粒子和空气中的原子碰撞影响实验结果，B正确；α粒子发生大角度偏转是与原子核之间的距离较近，同种电荷之间体现库仑力，相互排斥，C错误；在相同的条件下，改变金箔的厚度对实验结果有影响，D错误．
2．借助阴极射线管，我们看到的是 ( )
A．每个电子的运动轨迹 B．所有电子整体的运动轨迹
C．看到的是真实的电子 D．看到的是错误的假象
【答案】B
【解析】阴极射线管中不能看到每个电子的运动轨迹，借助阴极射线管，我们看到的是电子束的运动轨迹，即所有电子整体的运动轨迹，B正确．
3．1909年，英国物理学家卢瑟福和他的助手盖革、马斯登一起进行了著名的“粒子散射实验”，实验中大量的α粒子穿过金箔前后的运动轨迹如图所示．卢瑟福通过对实验结果的分析和研究，于1911年建立了原子的核式结构．下列描述中，正确的是( )
A．绝大多数α粒子穿过金箔后，都发生了大角度偏转
B．少数α粒子穿过金箔后，基本上沿原来方向前进
C．该实验证实了汤姆孙原子模型的正确性
D．通过α粒子散射实验，估计出原子核半径的数量级为10－15 m
【答案】D
【解析】卢瑟福“粒子散射实验”结果表明，绝大多数α粒子穿过金箔后仍沿原来的方向前进，但有少数α粒子发生了较大角度的偏转，并有极少数α粒子的偏转超过90°，有的甚至几乎达到180°而被反弹回来，A、B错误；通过α粒子散射实验，卢瑟福否定了汤姆孙原子模型，建立了原子的核式结构模型，C错误；通过α粒子散射实验，卢瑟福确定了原子核半径的数量级为10－15 m，D正确．
4．许多物理学家的科学研究推动了人类文明的进程．如图是科学史上一个著名的实验，以下说法正确的是 ( )
A．此实验是库仑测量油滴电荷量的实验
B．此实验是法拉第测量电子电荷量的实验
C．通过此油滴实验直接测定了元电荷的数值
D．通过多次实验测量，发现油滴所带的电荷量虽不相同，但都是某个最小电荷量的整数倍，这个最小电荷量被认为是元电荷
【答案】D
【解析】题图为密立根油滴实验的示意图，密立根通过油滴实验直接测定了油滴的电荷量．通过多次实验测量，发现油滴所带的电荷量虽不相同，但都是某个最小电荷量的整数倍，这个最小电荷量被认为是元电荷，D正确．
5．(2025年佛山检测)关于α粒子散射实验，下列说法正确的是 ( )
A．在实验中观察到的现象是：绝大多数α粒子穿过金箔后发生了较大偏转，有的甚至被弹回，极少数仍沿原来方向前进
B．使α粒子发生明显偏转的力是来自带正电的核及核外电子，当α粒子接近核时是核的斥力使α粒子偏转，当α粒子接近电子时是电子的吸引力使之偏转
C．实验表明：原子中心有一个极小的核，它占有原子体积的极小部分
D．实验表明：原子中心的核带有原子的全部正电荷和原子的全部质量
【答案】C
【解析】α粒子散射实验的内容是：绝大多数α粒子几乎不发生偏转；少数α粒子发生了较大的角度偏转；极少数α粒子发生了大角度偏转(偏转角度超过90°，有的甚至几乎达到180°，被反弹回来)，A错误；当α粒子接近核时，是核的斥力使α粒子发生明显偏转，B错误；从绝大多数α粒子几乎不发生偏转，推测使粒子受到排斥力的核体积极小，实验表明：原子中心有一个极小的核，它占有原子体积的极小部分，C正确；实验表明：原子中心的核带有原子的全部正电荷和绝大部分质量，D错误．
课后提升训练
考点1 电子的发现
1．(2025年汕头期末)阴极射线是 ( )
A．电子流 B．质子流
C．中子流 D．α粒子流
【答案】A
【解析】阴极射线其本质为电子流．故选A．
基础对点练
2．关于电子的发现，下列叙述中不正确的是 ( )
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．电子是第一种被人类发现的微观粒子
D．电子的发现，比较好地解释了物体的带电现象
【答案】A
【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，A错误，B正确；电子是人类发现的第一种微观粒子，C正确；物体带电的过程，就是电子的得失和转移的过程，D正确．
考点2 α粒子散射实验
3．(多选)对α粒子散射实验装置的描述，你认为正确的有 ( )
A．实验器材有放射源、金箔、带有荧光屏的显微镜
B．金箔的厚度对实验无影响
C．如果不用金箔改用铝箔，仍会发生散射现象
D．实验装置必须放在真空中
【答案】ACD
【解析】若金箔的厚度过大，α粒子穿过金箔时必然受较大的阻碍而影响实验效果，B错误．若改用铝箔，铝核的质量仍远大于α粒子的质量，散射现象仍能发生，C正确．若放置在空气中，空气中的尘埃对α粒子的运动会产生影响，D正确．
4．在如图所示的α粒子散射实验中，少数α粒子发生大角度偏转的原因是( )
A．原子中带正电的部分和绝大部分质量集中在一个很小的核上
B．原子只能处于一系列不连续的能量状态中
C．α粒子与原子中的电子发生碰撞
D．正电荷在原子中均匀分布
【答案】A
【解析】当α粒子穿过原子时，电子对粒子影响很小，影响α粒子运动的主要是原子核，离核远则粒子受到的库仑斥力很小，运动方向改变小，只有当α粒子与核十分接近时，才会受到很大库仑斥力，而原子核很小，所以粒子接近它的机会就很少，所以只有极少数大角度的偏转，而绝大多数基本按直线方向前进，卢瑟福提出了原子核式结构模型：在原子的中心有一个很小的核，叫原子核，原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核里．故选A．
5．在α粒子散射实验中，下列图像正确的是 ( )
【答案】B
6．在卢瑟福的α粒子散射实验中，某一α粒子经过某一原子核附近时的轨迹如图所示．图中P、Q为轨迹上的点，虚线是经过P、Q两点并与轨迹相切的直线，两虚线和轨迹将平面分为四个区域．不考虑其他原子核对α粒子的作用，则关于该原子核的位置，正确的是 ( )
A．一定在①区域
B．可能在②区域
C．可能在③区域
D．一定在④区域
综合提升练
【答案】A
【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，正电荷全部集中在原子核内，α粒子带正电，同种电荷相互排斥，若在③④区域粒子轨迹将向上偏转，由轨迹的弯曲方向知道排斥力向下，原子核一定在①区域，A正确．
7．α粒子的质量大约是电子质量的7 300倍，如果α粒子以速度v跟电子发生弹性正碰(假设电子原来是静止的)，则碰撞后α粒子的速度变化了多少？
解：设电子质量为m，碰后α粒子速度为v1，电子速度为v2，由弹性正碰中动量和能量守恒有(共73张PPT)
第四章 原子结构和波粒二象性
2 光电效应
1．知道光电效应及其实验现象(重点)．2．知道光子说和爱因斯坦光电效应方程，能够利用它解释光电效应实验的现象(重难点)．3．知道什么是康普顿效应及X射线实验原理(重点)．
课前 自主预习
光电效应
1．光电效应现象：在物理学中，在光的照射下________从物体表面逸出的现象．
电子
2．光电效应的实验规律
(1)发生的条件：每一种金属对应一种光的__________，又称极限频率．只有当光的频率_______________________时，才会产生_________.当光的频率小于这个最小频率时，即使增加__________或__________，也不能产生光电效应．
(2)与光的强度的关系：产生光电效应时，光的强度______，单位时间内逸出的光电子数________．
(3)发生光电效应所需的时间：从光照射到金属表面至产生光电效应的时间间隔很短，通常可在________内发生光电效应．
最小频率
大于或等于这个最小频率
光电效应
光的强度
照射时间
越大
越多
10－9 s
3．光子说：看似连续的光实际上是由个数有限、分立于空间各点的________组成的，每一个________的能量为________．光在发射和吸收时能量是一份一份的．
4．光电效应方程
(1)表达式：Ek＝hν－W0．
(2)物理意义：金属中电子吸收一个光子获得的能量是hν，这些能量一部分用于从金属表面逸出时做功，剩下的表现为电子逸出后具有______________．
光子
光子
hν
最大初动能
5．光电效应的应用
(1)____________．
(2)微光夜视仪．
(3)__________．
光电开关
光电池
康普顿效应及光的波粒二象性
1．光的散射：光在介质中与物质微粒的相互作用，使光的传播方向____________的现象．
2．康普顿效应
在光的散射现象中，部分散射光的波长________，波长改变的多少与_________有关．这种现象称为______________．
发生改变
变长
散射角
康普顿效应
3．康普顿的理论
当光子与电子相互作用时，既遵守______守恒定律，又遵守______守恒定律．在碰撞中光子将能量hν的一部分传递给了_______，光子能量减少，波长_______．
4．康普顿效应的意义
康普顿效应表明光子除了具有能量之外，还具有动量，深入揭示了光的_________的一面，为光子说提供了又一例证．
能量
动量
电子
变长
粒子性
5．光电效应与康普顿效应
发生光电效应或康普顿效应取决于入射光的波长．当波长较短的X射线或γ射线入射时，产生______________；当波长较长的可见光或紫外光入射时，主要产生____________．
康普顿效应
光电效应
6．光的波粒二象性
(1)光的本性：光子既有________的特征，又有______的特征，即光具有_________．
(2)光是一种______________．
(3)当光的波长较长时，光在传播过程中波动性明显；当光的波长较短时，光子与粒子相互作用时，__________明显．
粒子
波
粒子性
波粒二象性
电磁波
课堂 重难探究
对光电效应的理解
1．光电效应的实验规律
(1)任何一种金属都有一个截止频率，入射光的频率必须大于或等于这个截止频率才能产生光电效应．低于截止频率时，无论光照强度多强，都不会发生光电效应现象．
(2)光电子最大初动能与入射光的强度无关，只随入射光频率的增大而增大．
(3)入射光照射到金属上时，光电效应的发生几乎是瞬时的，一般不超过10－9 s．
(4)当入射光的频率高于截止频率时，饱和光电流的大小与入射光的强度成正比．
2．光电效应方程的理解
(1)光电效应方程Ek＝hν－W0中，Ek为光电子的最大初动能，就某个光电子而言，其离开金属时的动能大小可以是零到最大值范围内的任何数值．
(2)光电效应方程表明，光电子的最大初动能与入射光的频率ν呈线性关系(注意不是正比关系)，与光强无关．
(4)光电效应方程实质上是能量守恒方程．
(5)逸出功W0：电子从金属中逸出所需要克服原子核的束缚而消耗的能量的最小值，叫作金属的逸出功．光电效应中，从金属表面逸出的电子消耗能量最少．
对光电效应实验规律的理解
例1 利用光电管研究光电效应实验，如图所示，用频率为ν1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，电流表中不一定有电流通过
B．用红外线照射，电流表中一定无电流通过
C．用频率为ν1的可见光照射阴极K，当滑动变阻器的滑片移到a端，电流表中一定无电流通过
D．用频率为ν1的可见光照射阴极K，当滑动变阻器的滑片向b端滑动时，电流表示数可能不变
【答案】D
【解析】因为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，A错误．因为不知道阴极K的截止频率，所以用红外线照射时，不一定发生光电效应，B错误．即使UAK＝0，电流表中也有电流，C错误．当滑片向b端滑动时UAK增大，阳极A吸收光电子的能力增强，光电流会增大，当射出的所有光电子都能达到阳极A时，光电流达到最大，即饱和电流，若在滑动前，光电流已经达到饱和电流，那么再增大UAK，光电流也不会增大，D正确．
变式1 关于光电效应实验，下列表述正确的是 ( )
A．光照时间越长光电流越大
B．入射光足够强就可以有光电流
C．遏止电压与入射光的频率无关
D．入射光频率大于截止频率才能产生光电子
【答案】D
【解析】在光电效应中，若照射光的频率小于截止频率，无论光照时间多长，光照强度多大，都无光电流，当照射光的频率大于截止频率时，立刻有光电子产生，时间间隔很小，故A、B错误，D正确．遏止电压与入射光频率ν有关，故C错误．
变式2 (2025年肇庆期末)用黄光照射某种金属时，能发生光电效应．如图所示，用该金属制成光电管，并将光电管与微安表连接成闭合回路．现用蓝光照射该光电管，下列说法正确的是 ( )
A．微安表中没有电流通过，因为电路中没有电源
B．微安表中不一定有电流通过，因为蓝光的频率有可能小于该金属的截止频率
C．微安表中一定有电流通过，且用紫光照射一定比用蓝光照射时微安表中的电流更大
D．微安表中一定有电流通过，且增加光的强度时微安表中的电流变大
【答案】D
【解析】因为蓝光的频率高于黄光的频率，故用蓝光照射时一定发生光电效应，微安表中一定有电流通过，A、B错误；光电流的大小与光强有关，与频率无关，C错误，D正确．
对光电效应方程的理解及应用
例2 (2025年东莞期末)研究光电效应现象的装置如图所示．图中K、A是密封在真空玻璃管中的两个电极，K极受到光照时能够发射电子．当用光子能量为2.82 eV的光照射K极时，电流表的读数为30 μA，移动滑动变阻器的滑片，当电压表的示数等于1 V时，电流表读数为零，保持滑片位置不变．下列说法正确的是 ( )
A．光电子的最大初动能为1.82 eV
B．K极材料的逸出功为1 eV
C．电流表的读数为30 μA时，电压表的示数大于1 V
D．仅将电源正负极对调，电流表示数一定大于30 μA
【答案】D
【解析】电压表示数为1 V时，电流表示数为零，即遏止电压为1 V，则光电子最大初动能为Ekm＝eU＝1 eV，A错误；K极材料的逸出功为W0＝hν－Ekm＝1.82 eV，B错误；电流表有示数，说明两极电压小于遏止电压1 V，C错误；仅将电源正负极对调，则两极间电场对光电子的运动有促进作用，电流表示数增大，一定大于30 μA，D正确．
变式3 (2025年汕尾联考)如图所示为演示光电效应的实验装置，用光强相同、频率差距较大的单色光a、b分别照射光电管的K极，得到a的反向遏止电压比b的大，则两种单色光分别实验时，得到的电流的示数I和对应电压表的示数U的关系图像，正确的是 ( )
【答案】B
【解析】a的反向遏止电压比b的大，由eUc＝hν－W0，可知a的频率比b高，a的光子能量大，在光强相同的情况下，单位时间照射到K上b的光子数多，打出的光电子数多，饱和电流大，故选B．
对康普顿效应及光的波粒二象性的理解
1．对康普顿效应的三点认识
(1)光电效应属于电子吸收光子的问题；而康普顿效应属于讨论光子与电子碰撞且没有被电子吸收的问题．
(2)假定X射线光子与电子发生弹性碰撞．光子和电子相碰撞时，光子有一部分能量传给电子，散射光子的能量减少，于是散射光的波长大于入射光的波长．
(3)康普顿效应进一步揭示了光的粒子性，也再次证明了爱因斯坦光子说的正确性．
2．对光的波粒二象性的理解
(1)光的粒子性的含义．
①当光同物质发生作用时，表现出粒子的性质．
②少量或个别光子易显示出光的粒子性．
③频率高、波长短的光，粒子性特征显著．
(2)光的波动性的含义．
①足够能量的光(大量光子)在传播时，表现出波的性质．
②频率低、波长长的光，波动性特征显著．
(3)光的波粒二象性．
①光的粒子性并不否定光的波动性，光既具有波动性，又具有粒子性，波动性、粒子性都是光的本质属性，只是在不同条件下的表现不同．
②只有从波粒二象性的角度，才能统一说明光的各种行为．
康普顿效应的理解
例3 (多选)美国物理学家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，除了有与入射波长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．关于康普顿效应，下列说法正确的是 ( )
A．康普顿效应现象说明光具有波动性
B．康普顿效应现象说明光具有粒子性
C．当光子与晶体中的电子碰撞后，其能量增加
D．当光子与晶体中的电子碰撞后，其能量减少
【答案】BD
【解析】康普顿用光子的模型成功地解释了康普顿效应，在散射过程中X射线的光子与晶体中的电子碰撞时要遵循动量守恒定律和能量守恒定律，故B、D正确，A、C错误．
变式4 科学研究证明，光子有能量也有动量，当光子与电子碰撞时，光子的一些能量转移给了电子．假设光子与电子碰撞前的波长为λ，碰撞后的波长为λ′，则碰撞过程中 ( )
A．能量守恒，动量守恒，且λ＝λ′
B．能量不守恒，动量不守恒，且λ＝λ′
C．能量守恒，动量守恒，且λ＜λ′
D．能量守恒，动量守恒，且λ＞λ′
【答案】C
对光的波粒二象性的理解
例4 (多选)下列关于光的波粒二象性的说法中，正确的是 ( )
A．光电效应现象说明光具有波粒二象性
B．频率越大的光其粒子性越显著，频率越小的光其波动性越显著
C．光在传播时往往表现出波动性，光在跟物质相互作用时往往表现出粒子性
D．光不可能同时既具有波动性，又具有粒子性
【答案】BC
【解析】光电效应现象说明光具有粒子性，A错误；在光的波粒二象性中，频率越大的光其粒子性越显著，频率越小的光其波动性越显著，B正确；光在传播时往往表现出波动性，光在跟物质相互作用时往往表现出粒子性，C正确；光的波粒二象性是指光有时表现为波动性，有时表现为粒子性，二者是统一的，D错误．
变式5 (多选)下列说法正确的是 ( )
A．有的光是波，有的光是粒子
B．光子与电子是同样的一种粒子
C．光子和电子是不同的两种粒子，但都具有波粒二象性
D．光的波长越长，其波动性越显著；波长越短，其粒子性越显著
【答案】CD
【解析】光同时具有波粒二象性，只不过在有的情况下波动性显著，有的情况下粒子性显著，光的波长越长，越容易观察到其波动特性．光子不同于一般的实物粒子，它没有静止质量，是一个个的能量团，是光的能量的最小单位．C、D正确．
小练 随堂巩固
1．某小组做光电效应实验的电路如图所示，滑动变阻器滑片处于图示位置．用绿光照射阴极K时，电流表示数为零．能使电流表有示数的方法是 ( )
A．可将照射光改为红光
B．可将电源正负极调换
C．可改变阴极K的材料
D．可将滑动变阻器滑片向左移动
【答案】C
【解析】此时光电管加的是正向电压，电流表示数为零，说明没有发生光电效应．将照射光改为红光，则照射光频率减小，仍不会发生光电效应，A不符合题意；将电源正负极调换或将滑动变阻器滑片向左移动，仍不会发生光电效应，B、D不符合题意；改变阴极K的材料，当入射光子能量大于阴极材料的逸出功时即可发生光电效应，C符合题意．
2．高能光子和粒子也会发生碰撞，美国物理学家康普顿由于在这方面的研究而荣获了1927年的诺贝尔物理学奖．假设一个运动的光子和一个静止的自由电子碰撞以后，电子向某一个方向运动，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
3．(多选)用极微弱的可见光做双缝干涉实验，随着时间的增加，在屏上先后出现如图甲、乙、丙所示的图像，则下列说法正确的是( )
A．图像甲表明光具有粒子性
B．图像丙表明光具有波动性
C．实验表明光是一种概率波
D．实验表明光是一种电磁波
【答案】ABC
【解析】用很弱的光做双缝干涉实验得到的图片上的一个一个无分布规律的光点，体现了光的粒子性，故A正确；经过较长时间曝光的图片丙，出现了明暗相间的条纹，波动性较为明显，本实验表明光是一种概率波，但不能表明光是一种电磁波，故B、C正确，D错误．
4．(多选)对于光的波粒二象性的理解正确的是 ( )
A．大量光子的效果往往表现出波动性，个别光子的行为往往表现出粒子性
B．光在传播时是波，而与物质相互作用时就转变成粒子
C．高频光是粒子，低频光是波
D．波粒二象性是光的根本属性，有时它的波动性显著，有时它的粒子性显著
【答案】AD
【解析】光具有波粒二象性，大量光子显示波动性、个别光子显示出粒子性，光传播时显示波动性，与物质相互作用时显示粒子性，频率高显示粒子性，频率低显示波动性，而不是粒子和波转换．故B、C错误，A、D正确．
5．(2025年潮州期末)如图为美国物理学家密立根测量金属的遏止电压Uc与入射光频率ν的实验图像，该实验证实了爱因斯坦光电效应方程的正确性，并且第一次利用光电效应实验测定了普朗克常量h．若该图线的斜率和纵截距的绝对值分别为k和b，电子电荷量的绝对值为e，则普朗克常量h可表示为 ( )
A．k B．ek
C．b D．eb
【答案】B
课后提升训练
考点1 对光电效应的理解
1．(2025年汕尾检测)如图，电路中所有元件完好．当光照射光电管时，灵敏电流计指针没有偏转，其原因是 ( )
A．电源的电压太大
B．光照的时间太短
C．入射光的强度太强
D．入射光的频率太低
基础对点练
【答案】D
【解析】电源正负极的连接使得光电子在电场中做加速运动，故无论电源电压多大都会让灵敏电流计指针偏转，A错误；光电效应的发生是瞬间的，与入射光的照射时间无关，B错误；灵敏电流计指针未发生偏转，可能是未发生光电效应现象，即入射光的频率小于金属的截止频率(入射光的波长大于金属的极限波长)，与光照强度无关，C错误，D正确．
2．(2025年佛山期末)我国高海拔宇宙线观测站——“拉索”，找到能量高于1亿亿电子伏特的宇宙线起源天体．已知普朗克常量h＝6.63× 10－34 J·s，电子的电荷量e＝－1.6×10－19 C，人眼能看见的最高能量的可见光为频率ν＝7.8×1014 Hz的紫光，该紫光的光子能量为 ( )
A．3.2 eV B．1.2×10－4 eV
C．5.2×10－19 eV D．8.3×10－38 eV
【答案】A
3．如图甲所示的光电管是基于光电效应的一种光电转换器件，光电管可将光信号转换成电信号，在自动控制电路中有广泛应用．光电管的基本工作原理如图乙所示，当有光照在金属K极上，电路导通；无光照射时，电路不通．下列说法正确的是 ( )
A．只要照射到金属K极上的光足够强电路就能导通
B．只有入射光的频率小于某一定值，电路才能导通
C．电路导通情况下，通过电阻的电流方向是从下向上
D．电路导通情况下，光照越强，电阻R上的电压越大
【答案】D
【解析】当入射光的频率大于截止频率时，金属K极就能发生光电效应，即电路可以导通，增大光强而频率小于截止频率则不会发生光电效应，A、B错误；电路导通情况下，即光电子的运动方向向左，光电管内的电流方向向右，所以通过电阻的电流方向是从上向下，C错误；电路导通情况下，光照越强，电流越大，所以电阻R上的电压越大，D正确．
4．光电鼠标是一种常见的计算机输入设备，其原理利用了光电效应．在鼠标表面安装一个光电传感器，当光电传感器接收到光线，就会产生电信号，从而控制计算机的操作．关于光电效应，下列说法正确的是( )
A．只要光照射的时间足够长，任何金属都能产生光电效应
B．入射光的强度越大，从金属表面逸出的光电子的最大初动能越大
C．对于给定的金属，入射光的频率越大，逸出功越大
D．同一光电管，入射光的波长越长，对应的遏止电压越小
【答案】D
5．用波长为300 nm的光照射锌板，电子逸出锌板表面的最大初动能为1.28×10－19 J．已知普朗克常量为6.63×10－34 J·s，真空中的光速为3.0×108 m·s－1，能使锌产生光电效应的单色光的最低频率约为( )
A．1×1014 Hz B．8×1014 Hz
C．2×1015 Hz D．8×1015 Hz
【答案】B
6．氦氖激光器发射波长为632.8 nm的单色光，已知普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s．这种光的一个光子能量为 ( )
A．3.14×10－17 J B．3.14×10－18 J
C．3.14×10－19 J D．3.14×10－20 J
【答案】C
考点2 康普顿效应、光的波粒二象性
7．(2025年湛江检测)下列现象可以说明光具有粒子性的是 ( )
A．光电效应 B．光的偏振
C．光的衍射 D．光的干涉
【答案】A
【解析】光电效应现象说明光具有粒子性，光的干涉现象、衍射现象和偏振现象说明光具有波动性．故选A．
8．下列现象可说明光具有粒子性的是 ( )
A．光经过三棱镜后发生偏折
B．白光照射肥皂膜呈现彩色图样
C．白光经过狭窄的单缝得到彩色图样
D．紫外线照射锌板，使电子从锌板表面逸出
【答案】D
【解析】光经过三棱镜后发生偏折，这是光的色散，并不能说明光具有粒子性，A错误；白光照射肥皂膜呈现彩色图样，这是光的干涉现象，说明光具有波动性，并不能说明光具有粒子性，B错误；白光经过狭窄的单缝得到彩色图样，这是光的衍射现象，说明光具有波动性，并不能说明光具有粒子性，C错误；紫外线照射锌板，使电子从锌板表面逸出，是光电效应，说明光具有粒子性，D正确．
9．经研究证明，光子和电子相互作用发生光电效应还是康普顿效应，取决于电子的“自由”度．当光子能量和逸出功在同一数量级时，电子吸收光子，发生光电效应；当光子能量较大时，电子的逸出功几乎可以忽略，可看作是“自由”的，则发生康普顿效应，下列说法正确的是 ( )
A．光电效应方程是从能量守恒的角度解释了光的粒子性
B．康普顿效应说明光具有波动性
C．光电效应说明了能量守恒，康普顿效应则解释了动量守恒，二者是矛盾的
D．金属只要被光照射的时间足够长，一定会发生光电效应
【答案】A
【解析】光电效应方程是爱因斯坦根据光量子假说和能量守恒定律得到的，A正确；康普顿效应是光子与电子的碰撞，体现了光的粒子性，但并未说明电子的波动性，B错误；根据题中说法，光电效应是在电子自由度较小的情况下，表现出的吸收特性，动量并不是不守恒，而是表现不出来，而康普顿效应是基于能量较大的光子与电子的碰撞，既体现动量守恒又体现能量守恒，二者并不矛盾，C错误；电子对光子的吸收并不能累积，一次只能吸收一个光子，若吸收的光子能量小于金属逸出功，即不能发生光电效应，D错误．
10．图甲为利用光电管研究光电效应的电路图，其中光电管阴极K的材料是钾，钾的逸出功为W0．图乙为实验中用某一频率的光照射光电管时，测量得到的光电管伏安特性曲
综合提升练
线，当电压为Uc时，光电流恰好为零．已知普朗克常量为h，光电子的电荷量为e．
下列说法正确的是 ( )
B．该实验的光电子获得的最大初动能为Ek＝eUc
C．光电管两极间的正向电压越大，光电流越大
【答案】B
【答案】A
12．小明用金属铷作阴极的光电管，观测光电效应现象，实验装置示意图如图甲所示．已知普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s．
(1)图甲中电极A为光电管的________(填“阴极”或“阳极”)．
(2)测得铷的遏止电压Uc与入射光频率ν之间的关系如图乙所示，则铷的截止频率νc＝________Hz，逸出功W＝________J．
(3)如果实验中入射光的频率ν＝7.00×1014 Hz，则产生的光电子的最大初动能Ek＝________J．
【答案】(1)阳极 (2)5.15×1014 3.41×10－19 (3)1.23×10－19
【解析】(1)光电管中光束直接照射的K极为光电管的阴极，所以电极A为光电管的阳极．
(2)由Uc－ν图线可知，铷的截止频率νc＝5.15×1014 Hz，金属的逸出功
W＝hνc＝6.63×10－34×5.15×1014 J＝3.41×10－19 J．
(3)由光电效应方程Ek＝hν－W，可得产生的光电子的最大初动能
Ek＝6.63×10－34×7.00×1014 J－3.41×10－19 J＝1.23×10－19 J．
