第四章原子結(jié)構(gòu)和波粒二象性總結(jié)提升（原卷版）

選擇性必修三學(xué)案第四章原子結(jié)構(gòu)和波粒二象性總結(jié)提升體系構(gòu)建綜合提升提升一原子核式結(jié)構(gòu)模型例1（2021廣東廣州仲元中學(xué)高三月考）關(guān)于盧瑟福的α粒子散射實(shí)驗(yàn)，下列說(shuō)法正確的是()A.大多數(shù)α粒子發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)B.α粒子發(fā)生偏轉(zhuǎn)的原因是與電子發(fā)生碰撞C.穿過(guò)金箔過(guò)程中，遠(yuǎn)離金原子核的α粒子電勢(shì)能減小粒子散射實(shí)驗(yàn)證明了湯姆孫關(guān)于原子的結(jié)構(gòu)模型是正確的綜合能力提升1.α（1）實(shí)驗(yàn)裝置：如下圖所示。（2）實(shí)驗(yàn)條件：金屬箔是由重金屬原子組成，很薄，厚度接近單原子的直徑，全部設(shè)備裝在真空環(huán)境中，因?yàn)棣亮Ｗ雍苋菀资箽怏w電離，在空氣中只能前進(jìn)幾厘米。顯微鏡可在底盤上旋轉(zhuǎn)，可在360°（3）實(shí)驗(yàn)結(jié)果：α粒子穿過(guò)金箔后，絕大多數(shù)沿原方向前進(jìn)，少數(shù)發(fā)生較大角度偏轉(zhuǎn)，極少數(shù)偏轉(zhuǎn)角度大于90°α粒子的大角度散射現(xiàn)象無(wú)法用湯姆孫的原子模型解釋，α粒子散射實(shí)驗(yàn)的結(jié)果揭示了：原子內(nèi)部絕大部分是空的，原子內(nèi)部有一個(gè)很小的“核”。2.原子的核式結(jié)構(gòu)模型（1）核式結(jié)構(gòu)學(xué)說(shuō)：在原子的中心有一個(gè)很小的原子核，原子的全部正電荷和幾乎全部的質(zhì)量都集中在原子核內(nèi)，電子繞核運(yùn)轉(zhuǎn)。（2）核式結(jié)構(gòu)模型對(duì)α粒子散射實(shí)驗(yàn)的解釋①因?yàn)樵雍撕苄?，原子的大部分空間是空的，大部分α粒子穿過(guò)金箔時(shí)離核很遠(yuǎn)，受到的庫(kù)侖力很小，運(yùn)動(dòng)幾乎不受影響，因而大部分α粒子穿過(guò)金箔后，運(yùn)動(dòng)方向幾乎不改變。②只有少數(shù)α粒子從原子核附近飛過(guò)，受到原子核的庫(kù)侖力較大，才發(fā)生較大角度的偏轉(zhuǎn)。（3）α粒子散射實(shí)驗(yàn)中能量的變化當(dāng)α粒子靠近原子核時(shí)，庫(kù)侖斥力做負(fù)功，電勢(shì)能增加；當(dāng)α粒子遠(yuǎn)離原子核時(shí)，庫(kù)侖斥力做正功，電勢(shì)能減??；只有庫(kù)侖斥力做功，只是電勢(shì)能和動(dòng)能之間相互轉(zhuǎn)化，α粒子的總能量保持不變。3.三個(gè)原子模型的對(duì)比原子模型實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)原子結(jié)構(gòu)成功和局限“棗糕”模型電子的發(fā)現(xiàn)原子是一個(gè)球體，正電荷均勻分布在球內(nèi)，電子鑲嵌其中可解釋一些實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，但無(wú)法說(shuō)明α粒子散射實(shí)驗(yàn)核式結(jié)構(gòu)模型盧瑟福的α粒子散射實(shí)驗(yàn)原子的中心有一個(gè)很小的核，全部正電荷和幾乎全部質(zhì)量集中在核里，電子在核外運(yùn)動(dòng)成功解釋了α粒子散射實(shí)驗(yàn)，無(wú)法解釋原子的穩(wěn)定性及原子光譜的分立特征玻爾的原子模型氫原子光譜的研究在核式結(jié)構(gòu)模型基礎(chǔ)上，引入量子觀念成功解釋了氫原子光譜及原子的穩(wěn)定性，不能解釋較復(fù)雜原子的光譜現(xiàn)象遷移應(yīng)用1.（多選）在盧瑟福的α粒子散射實(shí)驗(yàn)中,某一α粒子經(jīng)過(guò)某一原子核附近時(shí)的軌跡如圖中實(shí)線所示,圖中P、Q為軌跡上的點(diǎn),虛線是過(guò)P、Q兩點(diǎn)并與軌跡相切的直線,兩虛線和軌跡將平面分為五個(gè)區(qū)域,不考慮其他原子核對(duì)該α粒子的作用,下面說(shuō)法正確的是()A.α粒子受到斥力B.該原子核的位置可能在③區(qū)域C.根據(jù)α粒子散射實(shí)驗(yàn)可以估算原子大小D.α粒子在P、Q間的運(yùn)動(dòng)為勻速圓周運(yùn)動(dòng)2.已知金的原子序數(shù)為79，α粒子離金原子核的最近距離為10-13m，則α粒子離金核最近時(shí)受到的庫(kù)侖斥力是多大？對(duì)α粒子產(chǎn)生的加速度是多大？（已知α粒子的電荷量qα提升二光電效應(yīng)規(guī)律及其應(yīng)用例2（2021安徽馬鞍山和縣二中高二月考）在光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)中，某同學(xué)用同一光電管在不同實(shí)驗(yàn)條件下得到三條光電流與電壓之間的關(guān)系曲線（甲光、乙光、丙光），如圖所示。則可判斷出()A.甲光的頻率大于乙光的頻率B.乙光的頻率大于丙光的頻率C.乙光對(duì)應(yīng)的截止頻率大于丙光的截止頻率D.丙光對(duì)應(yīng)的光電子最大初動(dòng)能大于甲光對(duì)應(yīng)的光電子最大初動(dòng)能綜合能力提升1.光電效應(yīng)規(guī)律的理解（1）“光電子的動(dòng)能”可以是介于0～E（2）光電效應(yīng)是單個(gè)光子和單個(gè)電子之間的相互作用產(chǎn)生的，金屬中的某個(gè)電子只能吸收一個(gè)光子的能量，只有當(dāng)電子吸收的能量足夠克服原子核的引力而逸出時(shí)，才能產(chǎn)生光電效應(yīng)。（3）“入射光強(qiáng)度”指的是單位時(shí)間內(nèi)入射到金屬表面單位面積上的光子的總能量，在入射光頻率ν不變時(shí)，光強(qiáng)正比于單位時(shí)間內(nèi)照到金屬表面單位面積上的光子數(shù)。若入射光頻率不同，即使光強(qiáng)相同，單位時(shí)間內(nèi)照到金屬表面單位面積上的光子數(shù)也不相同，因而從金屬表面逸出的光電子數(shù)也不相同(形成的光電流也不相同)。（4）“飽和電流”對(duì)應(yīng)從陰極發(fā)射出的電子全部被“拉向”陽(yáng)極的狀態(tài)，即使電壓再增大，電流也不會(huì)增大。當(dāng)光電流達(dá)到飽和值之前，其大小不僅與入射光的強(qiáng)度有關(guān)，還與光電管兩極間的電壓有關(guān)，只有在光電流達(dá)到飽和值以后才和入射光的強(qiáng)度成正比。2.光電效應(yīng)方程光電效應(yīng)方程表達(dá)式為Ek其中，Ek=1光電效應(yīng)方程表明，光電子最大初動(dòng)能與入射光的頻率ν呈線性關(guān)系但不是成正比，與光強(qiáng)無(wú)關(guān)。只有當(dāng)hν>W3.光電效應(yīng)的應(yīng)用（1）明確兩個(gè)決定關(guān)系①逸出功W0②入射光的頻率一定時(shí)，入射光的強(qiáng)度決定著單位時(shí)間內(nèi)發(fā)射出來(lái)的光電子數(shù)。（2）常見(jiàn)物理量的計(jì)算物理量求解方法最大初動(dòng)能EEk=hν-遏止電壓Ue截止頻率νν遷移應(yīng)用1.(多選)某中學(xué)實(shí)驗(yàn)小組的同學(xué)在研究光電效應(yīng)現(xiàn)象時(shí)，設(shè)計(jì)了如圖所示的電路，用藍(lán)光照射陰極時(shí)，電路中的電流計(jì)有示數(shù)。則下列說(shuō)法正確的是()A.用紫光照射陰極時(shí)，電流計(jì)一定沒(méi)有示數(shù)B.用黃光照射陰極時(shí)，電流計(jì)可能有示數(shù)C.用藍(lán)光照射陰極時(shí)，將滑動(dòng)變阻器的滑片向左移動(dòng)電流計(jì)一定沒(méi)有示數(shù)D.用藍(lán)光照射陰極時(shí)，將滑動(dòng)變阻器的滑片向右移動(dòng)電流計(jì)的示數(shù)可能不變2.某次光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)中，測(cè)得某金屬的入射光的頻率和反向遏止電壓Uc的值如表所示。（已知電子的電荷量為e=1.6×U0.5410.6370.7410.8090.878ν/5.6645.8886.0986.3036.501根據(jù)表格中的數(shù)據(jù)，作出了Uc（1）這種金屬的截止頻率；(保留3位有效數(shù)字)（2）普朗克常量。(保留2位有效數(shù)字)提升三玻爾的原子模型例3μ子與氫原子核（質(zhì)子）構(gòu)成的原子稱為μ氫原子，它在原子核物理的研究中有重要作用。如圖為μ氫原子的能級(jí)示意圖，假定光子能量為E的一束光照射容器中大量處于n=2能級(jí)的μ氫原子，μ氫原子吸收光子后，發(fā)出頻率為ν1、ν2、ν3、ν4、ν5和A.h(B.h(C.hD.h(綜合能力提升1.氫原子的能級(jí)和軌道半徑（1）氫原子的能級(jí)公式：En=1n2（2）氫原子的半徑公式：rn=n2r2.氫原子的能級(jí)圖（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，原子躍遷條件為：hν=E遷移應(yīng)用1.(多選)一群處于基態(tài)的氫原子吸收某種光子后，向外輻射了ν1、ν2、ν3三種頻率的光子，且A.被氫原子吸收的光子的能量為hB.被氫原子吸收的光子的能量為hC.νD.ν2.將氫原子電離，就是從外部給電子能量，使其從基態(tài)或激發(fā)態(tài)脫離原子核的束縛而成為自由電子。（1）若要使n=2激發(fā)態(tài)的氫原子電離，至少要用多大頻率的電磁波照射該氫原子？（2）若用波長(zhǎng)為200?nm的紫外線照射氫原子，則電子飛到離核無(wú)窮遠(yuǎn)處時(shí)的速度為多大？（電子電荷量e=1.6×10-19C，普朗克常量提升四光的波粒二象性例4（2021江蘇如皋中學(xué)高二月考）以下說(shuō)法正確的是()A.康普頓效應(yīng)現(xiàn)象說(shuō)明光具有波動(dòng)性B.愛(ài)因斯坦指出“光不僅在發(fā)射和吸收時(shí)能量是一份一份的，而且光本身就是由一個(gè)個(gè)不可分割的能量子組成的”C.光表現(xiàn)出波動(dòng)性時(shí)，就不具有粒子性了；光表現(xiàn)出粒子性時(shí)，就不再具有波動(dòng)性了D.只有運(yùn)動(dòng)著的微觀粒子才有物質(zhì)波，對(duì)于宏觀物體，不論其是否運(yùn)動(dòng)，都沒(méi)有相對(duì)應(yīng)的物質(zhì)波綜合能力提升光的波粒二象性的理解分析角度波動(dòng)性與粒子性的表現(xiàn)從頻率上看頻率越低波動(dòng)性越顯著，越容易看到光的干涉和衍射現(xiàn)象；頻率越高粒子性越顯著，越不容易看到光的干涉和衍射現(xiàn)象，貫穿本領(lǐng)越強(qiáng)從數(shù)量上看個(gè)別光子的作用效果往往表現(xiàn)為粒子性；大量光子的作用效果往往表現(xiàn)為波動(dòng)性從傳播與作用上看光在傳播過(guò)程中往往表現(xiàn)出波動(dòng)性；在與物質(zhì)發(fā)生作用時(shí)往往表現(xiàn)出粒子性波動(dòng)性與粒子性的統(tǒng)一由光子的能量ε=hν、光子的動(dòng)量表達(dá)式p=hλ也可以看出，光的波動(dòng)性和粒子性并不矛盾，表示粒子性的能量和動(dòng)量的計(jì)算式中都含有表示波的特征的物理量——頻率ν遷移應(yīng)用1.從光的波粒二象性出發(fā)，下列說(shuō)法正確的是()A.光是高速運(yùn)動(dòng)的微觀粒子，每個(gè)光子都具有波粒二象性B.光的頻率越高，光子的能量越大C.在光的干涉中，暗條紋的地方是光子不會(huì)到達(dá)的地方D.在光的干涉中，光子一定到達(dá)亮條紋的地方高考體驗(yàn)1.（2020天津，1，5分）在物理學(xué)發(fā)展的進(jìn)程中，人們通過(guò)對(duì)某些重要物理實(shí)驗(yàn)的深入觀察和研究，獲得正確的理論認(rèn)識(shí)。下列圖示的實(shí)驗(yàn)中導(dǎo)致發(fā)現(xiàn)原子具有核式結(jié)構(gòu)的是()A.B.C.D.2.（2020江蘇，12，分）大量處于某激發(fā)態(tài)的氫原子輻射出多條譜線，其中最長(zhǎng)和最短波長(zhǎng)分別為λ1和λ2，則該激發(fā)態(tài)與基態(tài)的能量差為，波長(zhǎng)為λ1的光子的動(dòng)量為。（已知普朗克常量為h3.（2020北京，2，3分）氫原子能級(jí)示意如圖?，F(xiàn)有大量氫原子處于n=3能級(jí)上，下列說(shuō)法正確的是()A.這