高考物理一輪復(fù)習(xí)-第16章-量子論初步課件-人教大綱版

考綱要求三年考情熱點(diǎn)考向考點(diǎn)要求2007年2008年2009年光電效應(yīng)、光子、愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)方程Ⅱ重慶理綜(T14·選擇)全國(guó)卷Ⅱ(T18·選擇)全國(guó)卷Ⅰ(T19·選擇)江蘇物理(T4·選擇)廣東物理(T6·選擇)山東理綜(T38·填空)全國(guó)卷Ⅰ(T16·選擇)全國(guó)卷Ⅱ(T18·選擇)四川卷(T18·選擇)廣東卷(T4·選擇)光電效應(yīng)及氫原子的能級(jí)躍遷是高考的兩個(gè)重點(diǎn)，考查形式以選擇題為主.光的波粒二象性、物質(zhì)波Ⅰ氫原子的能級(jí)結(jié)構(gòu)、光子的發(fā)射和吸收Ⅱ氫原子的電子云Ⅰ光譜和光譜分析Ⅰ第十六章量子論初步1．光電效應(yīng)(1)20世紀(jì)初，

提出了光子說(shuō)，重新強(qiáng)調(diào)了光的

，并解 釋了光電效應(yīng)． (2)光電效應(yīng)的概念、條件和特點(diǎn)： ①概念：在光的照射下物體

的現(xiàn)象． ②條件：入射光的頻率大于

，與光的強(qiáng)度無(wú)關(guān)． ③瞬時(shí)性：

的產(chǎn)生都是瞬時(shí)的，不超過(guò)10－9s.愛(ài)因斯坦不連續(xù)性發(fā)射電子極限頻率光電子2．光子和光子的能量 (1)1900年，

提出了電磁波的發(fā)射和吸收是

的．愛(ài)因斯坦1905年提出在真空傳播的光也不是連續(xù)的．(2)光子的能量：E＝

.(3)普朗克常量：h＝

.普朗克不連續(xù)hv6.63×10－34J·s3．光電效應(yīng)方程 (1)逸出功：使電子脫離某種金屬所做功的

． (2)最大初動(dòng)能 發(fā)生光電效應(yīng)時(shí)，金屬

的電子吸收光子后克服原子核的引力逸出時(shí)所具有動(dòng)能的

．最小值最大值表面(3)光電效應(yīng)方程愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)方程是根據(jù)

守恒定律推導(dǎo)出來(lái)的．描述的是光電子的最大初動(dòng)能Ek跟入射光子的能量hv和逸出功W之間的關(guān)系：Ekm＝

.hv－W能量光子說(shuō)對(duì)光電效應(yīng)是如何解釋的？1．當(dāng)光照射到金屬上時(shí)，它的能量可能被金屬中的某個(gè)電子全部吸收，電子吸收能量后動(dòng)能增加，當(dāng)它的動(dòng)能足夠大時(shí)，它能克服金屬內(nèi)部原子對(duì)它的吸引而離開(kāi)金屬表面逃逸出來(lái)，成為光電子，這一過(guò)程時(shí)間很短，不需要時(shí)間的積累．2．電子吸收光子的能量后可能向各個(gè)方向運(yùn)動(dòng)，有的向金屬內(nèi)部運(yùn)動(dòng)，有的向金屬外部運(yùn)動(dòng)，由于路程不同，電子逃逸出來(lái)時(shí)損失的能量不同，因而它們離開(kāi)金屬表面時(shí)的初動(dòng)能不同，只有直接從金屬表面逃逸出來(lái)的電子的初動(dòng)能最大，這時(shí)電子克服引力所做的功叫這種金屬的逸出功W.3．對(duì)于某一金屬，逸出功是一定的，要產(chǎn)生光電效應(yīng)，入射光的頻率必須大于某一極限值ν0＝.4．最大初動(dòng)能Ekm與入射光頻率v的關(guān)系圖線(如圖16－1所示)．光電子具有的能量各不相同，并非所有的光電子都具有最大初動(dòng)能．1．某光電管的陰極是用金屬鉀制成的，它的逸出功為2.21eV，用波長(zhǎng)為2.5×10－7m的紫外線照射陰極，已知真空中光速為3.0×108m/s，元電荷為1.6×10－19C，普朗克常量為6.63×10－34J·s，求得鉀的極限頻率和該光電管發(fā)射的光電子的最大初動(dòng)能應(yīng)分別是() A．5.3×1014Hz,2.2J B．5.3×1014Hz,4.4×10－19J C．3.3×1033Hz,2.2J D．3.3×1033Hz,4.4×10－19J解析：W＝hv0，

由光電效應(yīng)方程，hν＝W＋Ekm，1所以B選項(xiàng)正確．答案：B1．光的波粒二象性：光是一種波，同時(shí)也是一種粒子，光具有

；既不能把光波理解成宏觀狀態(tài)的波，也不能把光子當(dāng)成實(shí)物粒子．2．物質(zhì)波：任何一個(gè)

的物體，小到微觀粒子，大到宏觀物體，都有一種波與它相對(duì)應(yīng)，其波長(zhǎng)λ＝

，也稱為

．物質(zhì)波是一種

．運(yùn)動(dòng)德布羅意波粒子性概率波光的波動(dòng)性與粒子性的比較項(xiàng)目?jī)?nèi)容說(shuō)明光的粒子性(1)“當(dāng)光同物質(zhì)發(fā)生作用時(shí)”，這種作用是“一份一份”進(jìn)行的，表現(xiàn)出粒子的性質(zhì)(2)少量或個(gè)別光子容易顯示出光的粒子性粒子的含義是“不連續(xù)”“一份一份”的，光的粒子即光子，不同于宏觀概念的粒子光的波動(dòng)性(1)“足夠能量的光在傳播時(shí)”，表現(xiàn)出波的性質(zhì)(2)光是一種概率波，即光子在空間各點(diǎn)出現(xiàn)的可能性大小(概率)可用波動(dòng)規(guī)律來(lái)描述光的波動(dòng)性是光子本身的一種屬性，不是光子之間相互作用產(chǎn)生的．光的波動(dòng)性不同于宏觀的波波和粒子的對(duì)立、統(tǒng)一宏觀世界：波和粒子是相互對(duì)立的微觀世界：波和粒子是統(tǒng)一的光子說(shuō)并未否定波動(dòng)性，光子能量E＝hv＝中，v和λ就是波的概念2．(2008·江蘇卷改編)(1)如圖16－2所示，下列四個(gè)實(shí)驗(yàn)中(如下圖)，深入地揭示了光的粒子性一面的有()B．鋅板被紫外線照射時(shí)有電子逸出但被可見(jiàn)光照射時(shí)沒(méi)有電子逸出C．轟擊金箔的α粒子中有少數(shù)運(yùn)動(dòng)方向發(fā)生較大偏轉(zhuǎn)A．光通過(guò)雙縫后在屏上出現(xiàn)明暗相間的條紋D．氫原子發(fā)射的光經(jīng)三棱鏡分光后，呈現(xiàn)線狀光譜解析：相干光在光屏上呈現(xiàn)明暗相間的條紋，說(shuō)明光具有波動(dòng)性，A項(xiàng)錯(cuò)；對(duì)于任何一種金屬都存在一個(gè)“極限頻率”，入射光的頻率必須大于這個(gè)頻率，才能產(chǎn)生光電效應(yīng)，故選項(xiàng)B對(duì)；選項(xiàng)C說(shuō)明原子的核式結(jié)構(gòu)；選項(xiàng)D說(shuō)明氫原子的能量是不連續(xù)的，故選B項(xiàng)．答案：B1．1913年丹麥物理學(xué)家

提出了原子結(jié)構(gòu)的

量子化和

量子化模型．2．能級(jí)：原子的可能狀態(tài)是不連續(xù)的，因此各狀態(tài)對(duì)應(yīng)的

也是不連續(xù)的， 能級(jí)就是原子各狀態(tài)對(duì)應(yīng)的

．3．基態(tài)和激發(fā)態(tài)：原子

的狀態(tài)叫做基態(tài)，其他狀態(tài)叫做激發(fā)態(tài)，原子失去電子的過(guò)程叫

．能量值玻爾軌道能量能量最低電離能量4．光子的發(fā)射與吸收：原子由激發(fā)態(tài)向基態(tài)躍遷時(shí)

出光子，由基態(tài)向激發(fā)態(tài)躍遷時(shí)要

光子．光子的頻率與能級(jí)的關(guān)系：

.5．原子光譜：稀薄氣體放電所發(fā)出的光譜是

的，它只發(fā)出幾種確定頻率的光，因此光譜線是

的，這種分立的線狀譜叫原子光譜．吸收hv＝Em－En不連續(xù)分立發(fā)射1．對(duì)玻爾理論的理解 (1)玻爾理論的內(nèi)容定態(tài)原子只能處于一系列不連續(xù)的能量狀態(tài)中，在這些狀態(tài)原子是穩(wěn)定的，電子雖做加速運(yùn)動(dòng)，但并不向外輻射能量能級(jí)原子從一種定態(tài)(Em)躍遷到另一種定態(tài)(En)時(shí)，它輻射(或吸收)一定頻率的光子，光子的能量由這兩種定態(tài)的能量差決定，即hv＝Em－En軌道量子化原子的不同能量狀態(tài)與電子沿不同的圓形軌道繞核運(yùn)動(dòng)相對(duì)應(yīng)，原子的定態(tài)是不連續(xù)的，因此電子的可能軌道也是不連續(xù)的(2)原子能級(jí)躍遷的規(guī)律躍遷是指電子從某一軌道躍遷到另一軌道，對(duì)應(yīng)著原子從一個(gè)能量狀態(tài)(定態(tài))躍遷到另一個(gè)能量狀態(tài)(定態(tài))．①躍遷時(shí)電子動(dòng)能、電勢(shì)能與原子能量的變化a．當(dāng)軌道半徑減小時(shí)，庫(kù)侖力做正功，電勢(shì)能Ep減小，電子動(dòng)能增大，原子能量減?。粗?，軌道半徑增大時(shí)，電勢(shì)能增大，電子動(dòng)能減小，原子能量增大．b．已知軌道半徑，可以根據(jù)靜電力提供向心力

確定電子的動(dòng)能．②原子的能級(jí)躍遷a．原子若是吸收光子的能量而被激發(fā)，其光子的能量必須等于兩能級(jí)的能量差，否則不被吸收，不存在激發(fā)到n＝2時(shí)能量有余，而激發(fā)到n＝3時(shí)能量不足，則可激發(fā)到n＝2的問(wèn)題．b．大于電離能的光子可以將原子電離．例如大于13.6eV的光子可以將基態(tài)氫原子電離．2．氫原子的能級(jí)圖及應(yīng)用 (1)氫原子能級(jí)圖(如圖16－3所示)：(2)氫原子能級(jí)圖的應(yīng)用：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)．氫原子可以有無(wú)窮多個(gè)定態(tài)．②橫線左端的數(shù)字“1,2,3，…”表示量子數(shù)．③橫線右端的數(shù)字“－13.6，－3.4，…”表示氫原子各定態(tài)的能量值(能級(jí))．量子數(shù)n＝1的定態(tài)能量值最小，這個(gè)狀態(tài)叫做基態(tài)．量子數(shù)越大，能量值越大，這些狀態(tài)叫激發(fā)態(tài)．④相鄰橫線間的距離不相等，表示相鄰的能級(jí)差不等，量子數(shù)越大，相鄰的能級(jí)差越?。輲Ъ^的豎線表示原子由較高能級(jí)向較低能級(jí)的躍遷．原子在各能級(jí)間躍遷時(shí)，所吸收或輻射的光子的能量只能等于兩能級(jí)間的能級(jí)差．原子電離時(shí)所吸收光子的能量可以大于或等于某一能級(jí)的能量絕對(duì)值，即ΔE≥E∞－En.3．如圖16－4所示為氫原子的四個(gè)能級(jí)，其中E1為基態(tài)，若大量氫原子A處于激發(fā)態(tài)E2，大量氫原子B處于激發(fā)態(tài)E3，則下列說(shuō)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(jí)E4D．原子B能夠吸收原子A發(fā)出的光子并躍遷到能級(jí)E4解析：原子A從激發(fā)態(tài)E2躍遷到E1，只有一種頻率光子，A錯(cuò)．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(duì)．由原子能級(jí)躍遷理論可知，原子A可能吸收原子B由E3躍遷到E2時(shí)放出的光子并躍遷到E3，但不能躍遷到E4，C錯(cuò)．A原子發(fā)出的光子能量ΔE＝E2－E1大于E4－E3，故不可能躍遷到能級(jí)E4，D錯(cuò)．答案：B【例1】真空中有一平行板電容器，兩極板分別由鉑和鉀(其極限波長(zhǎng)分別為λ1和λ2)制成，板面積為S，間距為d.現(xiàn)用波長(zhǎng)為λ(λ1<λ<λ2)的單色光持續(xù)照射兩板內(nèi)表面，則電容器的最終帶電荷量Q正比于()用發(fā)生光電效應(yīng)的極限頻率確定極限波長(zhǎng)．根據(jù)光電效應(yīng)方程確定最大初動(dòng)能．根據(jù)動(dòng)能定理eU＝Ekm確定極板電壓，最后由Q＝CU確定極板帶電．解析：本題主要考查光電效應(yīng)規(guī)律．根據(jù)光電效應(yīng)的規(guī)律，發(fā)生光電效應(yīng)必須使極限波長(zhǎng)大于入射光的波長(zhǎng)，所以鉀能發(fā)生光電效應(yīng)，而且光電子的最大初動(dòng)能為

于是電容器充電，當(dāng)電容充電到一定程度后，最大電壓為所以電容器由最大帶電荷量為故答案為D.答案：D利用光電效應(yīng)方程分析問(wèn)題的關(guān)鍵：1．首先從能量角度理解、掌握此方程(

＝hv－W)．2．切記式中的是最大初動(dòng)能，W是金屬的逸出功．1－1(2009·廣東卷，4)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(wú)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)解析：從能量轉(zhuǎn)化的角度看，硅光電池就是把光能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿囊环N裝置，故A項(xiàng)正確；根據(jù)光電效應(yīng)規(guī)律可知，入射光的頻率不低于金屬的極限頻率時(shí)才能發(fā)生光電效應(yīng)，故B、D錯(cuò)誤；根據(jù)愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)方程hν－W＝Ek可知，在發(fā)生光電效應(yīng)的情況下，光電子的最大初動(dòng)能Ek與入射光的頻率ν有關(guān)，故C項(xiàng)錯(cuò)誤．答案：A【例2】如圖16－5所示，氫原子從n>2的某一能級(jí)躍遷到n＝2的能級(jí)，輻射出能量為2.55eV的光子．問(wèn)： (1)最少要給基態(tài)的氫原子提供多少電子伏特的能量，才能使它輻射上述能量的光子？ (2)請(qǐng)?jiān)趫D中畫(huà)出獲得該能量后的氫原子可能的輻射躍遷圖．解析：(1)氫原子從n>2的某一能級(jí)躍遷到n＝2的能級(jí)，輻射光子的頻率應(yīng)滿足：hv＝En－E2＝2.55eVEn＝hv＋E2＝－0.85eV所以，n＝4基態(tài)氫原子要躍遷到n＝4的能級(jí)，應(yīng)提供：ΔE＝E4－E1＝12.75eV.(2)輻射躍遷圖