新高考物理一輪復(fù)習(xí)重難點(diǎn)練習(xí)專題36 原子結(jié)構(gòu)和波粒二象性（原卷版）

專題36原子結(jié)構(gòu)和波粒二象性1.了解黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律.2.知道什么是光電效應(yīng)，理解光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律．會利用光電效應(yīng)方程計(jì)算逸出功、截止頻率、最大初動能等物理量.3.知道原子的核式結(jié)構(gòu)，掌握玻爾理論及能級躍遷規(guī)律.4.了解實(shí)物粒子的波動性，知道物質(zhì)波的概念．考點(diǎn)一黑體輻射及實(shí)驗(yàn)規(guī)律1．熱輻射(1)定義：周圍的一切物體都在輻射電磁波，這種輻射與物體的溫度有關(guān)，所以叫熱輻射．(2)特點(diǎn)：熱輻射強(qiáng)度按波長的分布情況隨物體溫度的不同而有所不同．2．黑體、黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律(1)黑體：能夠完全吸收入射的各種波長的電磁波而不發(fā)生反射的物體．(2)黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律①對于一般材料的物體，輻射電磁波的情況除與溫度有關(guān)外，還與材料的種類及表面狀況有關(guān)．②黑體輻射電磁波的強(qiáng)度按波長的分布只與黑體的溫度有關(guān)．隨著溫度的升高，一方面，各種波長的輻射強(qiáng)度都有增加，另一方面，輻射強(qiáng)度的極大值向波長較短的方向移動，如圖．3．能量子(1)定義：普朗克認(rèn)為，當(dāng)帶電微粒輻射或吸收能量時(shí)，只能輻射或吸收某個最小能量值ε的整數(shù)倍，這個不可再分的最小能量值ε叫作能量子．(2)能量子大?。害牛絟ν，其中ν是帶電微粒吸收或輻射電磁波的頻率，h稱為普朗克常量．h＝6.626×10－34J·s(一般取h＝6.63×10－34J·s)．【典例1】（2022·全國·高三專題練習(xí)）關(guān)于黑體和黑體輻射，下列敘述不正確的是（）A．玻爾通過研究黑體輻射提出能量子的概念，成為量子力學(xué)的奠基人之一B．黑體能完全吸收入射的各種波長的電磁波，不反射C．黑體輻射電磁波的強(qiáng)度按波長的分布只與黑體的溫度有關(guān)D．隨著溫度的升高，黑體各種波長的輻射強(qiáng)度都增加且輻射強(qiáng)度的極大值向波長較短的方向移動【典例2】（2022·全國·高三專題練習(xí)）黑體輻射的強(qiáng)度與波長的關(guān)系如圖所示，由圖可知下列說法錯誤的是（）A．隨著溫度的升高，各種波長的輻射強(qiáng)度都增加B．隨著溫度的升高，輻射強(qiáng)度的極大值向著波長較短的方向移動C．任何溫度下，黑體都會輻射各種波長的電磁波D．不同溫度下，黑體只會輻射相對應(yīng)的某些波長的電磁波考點(diǎn)二光電效應(yīng)1．光電效應(yīng)及其規(guī)律(1)光電效應(yīng)現(xiàn)象照射到金屬表面的光，能使金屬中的電子從表面逸出，這個現(xiàn)象稱為光電效應(yīng)，這種電子常稱為光電子．(2)光電效應(yīng)的產(chǎn)生條件入射光的頻率大于或等于金屬的截止頻率．(3)光電效應(yīng)規(guī)律①每種金屬都有一個截止頻率νc，入射光的頻率必須大于或等于這個截止頻率才能產(chǎn)生光電效應(yīng)．②光電子的最大初動能與入射光的強(qiáng)度無關(guān)，只隨入射光頻率的增大而增大．③光電效應(yīng)的發(fā)生幾乎是瞬時(shí)的，一般不超過10－9s.④當(dāng)入射光的頻率大于或等于截止頻率時(shí)，在光的顏色不變的情況下，入射光越強(qiáng)，飽和電流越大，逸出的光電子數(shù)越多，逸出光電子的數(shù)目與入射光的強(qiáng)度成正比，飽和電流的大小與入射光的強(qiáng)度成正比．2．愛因斯坦光電效應(yīng)方程(1)光電效應(yīng)方程①表達(dá)式：hν＝Ek＋W0或Ek＝hν－W0.②物理意義：金屬表面的電子吸收一個光子獲得的能量是hν，這些能量的一部分用來克服金屬的逸出功W0，剩下的表現(xiàn)為逸出后電子的最大初動能．(2)逸出功W0：電子從金屬中逸出所需做功的最小值，W0＝hνc＝heq\f(c,λc).(3)最大初動能：發(fā)生光電效應(yīng)時(shí)，金屬表面上的電子吸收光子后克服原子核的引力逸出時(shí)所具有的動能的最大值．1．光電效應(yīng)的分析思路2．光電效應(yīng)圖像圖像名稱圖線形狀獲取信息最大初動能Ek與入射光頻率ν的關(guān)系圖線①截止頻率(極限頻率)νc：圖線與ν軸交點(diǎn)的橫坐標(biāo)②逸出功W0：圖線與Ek軸交點(diǎn)的縱坐標(biāo)的絕對值W0＝|－E|＝E③普朗克常量h：圖線的斜率k＝h遏止電壓Uc與入射光頻率ν的關(guān)系圖線①截止頻率νc：圖線與橫軸的交點(diǎn)的橫坐標(biāo)②遏止電壓Uc：隨入射光頻率的增大而增大③普朗克常量h：等于圖線的斜率與電子電荷量的乘積，即h＝ke(注：此時(shí)兩極之間接反向電壓)顏色相同、強(qiáng)度不同的光，光電流與電壓的關(guān)系①遏止電壓Uc：圖線與橫軸的交點(diǎn)的橫坐標(biāo)②飽和電流：電流的最大值；③最大初動能：Ek＝eUc顏色不同時(shí)，光電流與電壓的關(guān)系①遏止電壓Uc1、Uc2②飽和電流③最大初動能Ek1＝eUc1，Ek2＝eUc2【典例3】（2022·全國·高三課時(shí)練習(xí)）氫原子的能級圖如圖所示。用氫原子從n=4能級躍遷到n=1能級輻射的光照射逸出功為6.34eV的金屬鉑，下列說法正確的是（）A．產(chǎn)生的光電子的最大初動能為6.41eVB．產(chǎn)生的光電子的最大初動能為12.75eVC．氫原子從n=2能級向n=1能級躍遷時(shí)輻射的光不能使金屬鉑發(fā)生光電效應(yīng)D．氫原子從n=4能級向n=2能級躍遷時(shí)輻射的光也能使金屬鉑發(fā)生光電效應(yīng)【典例4】（2022·江西宜春·模擬預(yù)測）某探究小組的同學(xué)在研究光電效應(yīng)現(xiàn)象時(shí)，利用a、b、c三束光照射同一光電管時(shí)所得到的光電流I與光電管兩端所加電壓U的關(guān)系如圖所示。已知a、b兩條圖線與橫軸的交點(diǎn)重合，下列說法正確的是（）A．c光的頻率最小B．a(chǎn)光頻率比b光大C．若三種光均能使某金屬發(fā)生光電效應(yīng)，則c光照射時(shí)逸出光電子的最大初動能最大D．照射同一種金屬時(shí)，若c光能發(fā)生光電效應(yīng)，則a光也一定能發(fā)生光電效應(yīng)考點(diǎn)三光的波粒二象性與物質(zhì)波1．光的波粒二象性(1)光的干涉、衍射、偏振現(xiàn)象證明光具有波動性．(2)光電效應(yīng)說明光具有粒子性．(3)光既具有波動性，又具有粒子性，稱為光的波粒二象性．2．物質(zhì)波(1)概率波：光的干涉現(xiàn)象是大量光子的運(yùn)動遵守波動規(guī)律的表現(xiàn)，亮條紋是光子到達(dá)概率大的地方，暗條紋是光子到達(dá)概率小的地方，因此光波又叫概率波．(2)物質(zhì)波：任何一個運(yùn)動著的物體，小到微觀粒子，大到宏觀物體，都有一種波與它對應(yīng)，其波長λ＝eq\f(h,p)，p為運(yùn)動物體的動量，h為普朗克常量．【典例5】（2022·全國·高三專題練習(xí)）關(guān)于光的性質(zhì)，下列說法正確的是（）A．光既具有波動性，又具有粒子性，這是互相矛盾和對立的B．光的波動性類似于機(jī)械波，光的粒子性類似于質(zhì)點(diǎn)C．有的光只具有波動性，有的光只具有粒子性D．由于光既具有波動性，又具有粒子性，無法只用其中一種去說明光的一切行為，只能認(rèn)為光具有波粒二象性【典例6】（2021·山東·濟(jì)南市歷城第二中學(xué)高三階段練習(xí)）為應(yīng)對某些西方國家對我國的高端技術(shù)的打壓，我們現(xiàn)在研發(fā)成功“世界上首臺分辨率最高的紫外超分辨光刻裝備”，對芯片制造領(lǐng)域技術(shù)突破作出重大貢獻(xiàn)，光刻所用光的波長越短，分辨率越高。下列關(guān)于光的認(rèn)識正確的是（）A．少量光子顯示粒子性，大量光子只顯示出光的波動性B．光的波長越長，光子的能量越大C．用某單色光照射金屬能使其發(fā)生光電效應(yīng)，產(chǎn)生的光電子的動能有大有小D．電子吸收光子的能量與原有熱運(yùn)動能量之和大于該金屬的逸出功時(shí)就一定能成為光電子考點(diǎn)四原子結(jié)構(gòu)1．電子的發(fā)現(xiàn)：英國物理學(xué)家湯姆孫發(fā)現(xiàn)了電子．2．α粒子散射實(shí)驗(yàn)：1909年，英國物理學(xué)家盧瑟福和他的助手進(jìn)行了用α粒子轟擊金箔的實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)絕大多數(shù)α粒子穿過金箔后基本上仍沿原來方向前進(jìn)，但有少數(shù)α粒子發(fā)生了大角度偏轉(zhuǎn)，偏轉(zhuǎn)的角度甚至大于90°，也就是說它們幾乎被“撞”了回來．3．原子的核式結(jié)構(gòu)模型：在原子中心有一個很小的核，原子全部的正電荷和幾乎全部質(zhì)量都集中在核里，帶負(fù)電的電子在核外空間繞核旋轉(zhuǎn)．【典例7】（2022·全國·高三專題練習(xí)）如圖是盧瑟福的SKIPIF1<0粒子散射實(shí)驗(yàn)裝置，在一個小鉛盒里放有少量的放射性元素釙，它發(fā)出的SKIPIF1<0粒子從鉛盒的小孔射出，形成很細(xì)的一束射線，射到金箔上，最后打在熒光屏上產(chǎn)生閃爍的光點(diǎn)。下列說法正確的是（）A．該實(shí)驗(yàn)證實(shí)了原子棗糕模型的正確性B．只有少數(shù)的SKIPIF1<0粒子發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)C．根據(jù)該實(shí)驗(yàn)估算出原子核的直徑約為SKIPIF1<0D．SKIPIF1<0粒子與金原子中的電子碰撞可能會發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)【典例8】（2022·北京師大附中三模）下面關(guān)于幾幅圖說法正確的是（）A．圖甲說明發(fā)生光電效應(yīng)時(shí)，頻率大的光對應(yīng)的飽和電流一定大B．圖乙說明在α粒子散射實(shí)驗(yàn)中，大多數(shù)粒子都有了明顯偏轉(zhuǎn)C．圖丙說明氡原子核衰變時(shí)的規(guī)律是，每過3.8天，原子核發(fā)生衰變的概率下降一半D．圖丁可以推斷出，圖中氧的原子核（SKIPIF1<0）比鋰的原子核（SKIPIF1<0）更穩(wěn)定考點(diǎn)五玻爾理論能級躍遷1．玻爾理論(1)定態(tài)假設(shè)：電子只能處于一系列不連續(xù)的能量狀態(tài)中，在這些能量狀態(tài)中電子繞核的運(yùn)動是穩(wěn)定的，電子雖然繞核運(yùn)動，但并不產(chǎn)生電磁輻射．(2)躍遷假設(shè)：電子從能量較高的定態(tài)軌道(其能量記為En)躍遷到能量較低的定態(tài)軌道(能量記為Em，m<n)時(shí)，會放出能量為hν的光子，這個光子的能量由前后兩個能級的能量差決定，即hν＝En－Em.(h是普朗克常量，h＝6.63×10－34J·s)(3)軌道量子化假設(shè)：原子的不同能量狀態(tài)跟電子在不同的圓周軌道繞核運(yùn)動相對應(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．氫原子的能量和能級躍遷(1)能級和半徑公式：①能級公式：En＝eq\f(1,n2)E1(n＝1,2,3，…)，其中E1為基態(tài)能量，其數(shù)值為E1＝－13.6eV.②半徑公式：rn＝n2r1(n＝1,2,3，…)，其中r1為基態(tài)軌道半徑，其數(shù)值為r1＝0.53×10－10m.(2)氫原子的能級圖，如圖所示1．兩類能級躍遷(1)自發(fā)躍遷：高能級→低能級，釋放能量，發(fā)射光子．光子的頻率ν＝eq\f(ΔE,h)＝eq\f(E高－E低,h).(2)受激躍遷：低能級→高能級，吸收能量．吸收光子的能量必須恰好等于能級差hν＝ΔE.2．光譜線條數(shù)的確定方法(1)一個氫原子躍遷發(fā)出可能的光譜線條數(shù)最多為n－1.(2)一群氫原子躍遷發(fā)出可能的光譜線條數(shù)N＝Ceq\o\ar(2,n)＝eq\f(nn－1,2).3．電離(1)電離態(tài)：n＝∞，E＝0.(2)電離能：指原子從基態(tài)或某一激發(fā)態(tài)躍遷到電離態(tài)所需要吸收的最小能量．例如：氫原子從基態(tài)→電離態(tài)：E吸＝0－(－13.6eV)＝13.6eV(3)若吸收能量足夠大，克服電離能后，獲得自由的電子還具有動能．【典例9】（2022·全國·高三專題練習(xí)）關(guān)于原子結(jié)構(gòu)和微觀粒子波粒二象性，下列說法正確的是（

）A．盧瑟福的核式結(jié)構(gòu)模型解釋了原子光譜的分立特征B．玻爾的原子理論完全揭示了微觀粒子運(yùn)動的規(guī)律C．光電效應(yīng)揭示了光的粒子性D．電子束穿過鋁箔后的衍射圖樣揭示了電子的粒子性【典例10】（2022·江蘇省阜寧中學(xué)高三期中）如圖為氫原子的能級圖，已知可見光的光子能量范圍約為1.62～3.11eV，以下說法正確的是（）A．原子躍遷到低能級后系統(tǒng)的勢能減小B．氫原子從高能級向基態(tài)躍遷時(shí)可能發(fā)射γ光子C．處于n=2能級的氫原子可以吸收任意頻率的紫外線，并且使氫原子電離D．用能量為11.0eV的光子激發(fā)處于基態(tài)的氫原子，可使其躍遷到激發(fā)態(tài)一、單選題1．（2022·寧夏六盤山高級中學(xué)三模）用波長為λ的光照射鋅板，電子逸出鋅板表面的最大初動能為Ek。已知普朗克常量為h，真空中的光速為c，則鋅的逸出功W0為（）A．SKIPIF1<0 B．SKIPIF1<0C．SKIPIF1<0 D．SKIPIF1<02．（2022·海南·昌江黎族自治縣礦區(qū)中學(xué)三模）下列說法中正確的是（）A．點(diǎn)光源照射一個障礙物，在光屏上形成的陰影的邊緣部分模糊不清是因?yàn)榘l(fā)生了干涉B．光具有波粒二象性，其他物質(zhì)不存在波粒二象性C．只有像電子、質(zhì)子、中子這樣的微觀粒子才具有波動性D．德布羅意認(rèn)為，任何一個運(yùn)動著的物體，小到電子、質(zhì)子，大到行星、太陽，都有一種波和它對應(yīng)，這種波叫物質(zhì)波3．（2022·全國·高三專題練習(xí)）氫原子輻射一個光子后，則（）A．電子繞核旋轉(zhuǎn)半徑增大 B．電子的動能增大C．氫原子的電勢能增大 D．原子的能級值增大4．（2022·全國·高三專題練習(xí)）如圖，盧瑟福進(jìn)行的α粒子散射實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象表明（）A．在原子的中心有一個很小的核B．原子核具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)C．原子核集中了原子所有的質(zhì)量D．核外電子在繞核做圓周運(yùn)動5．（2022·上海市楊浦高級中學(xué)模擬預(yù)測）單色光A在水中的波長與單色光B在真空中的波長相等，用單色光A照射某種金屬能產(chǎn)生光電效應(yīng)，可判斷（）A．單色光B照射該金屬能產(chǎn)生光電效應(yīng)B．單色光B照射該金屬不能產(chǎn)生光電效應(yīng)C．單色光A在水中的波速等于單色光B在真空中的波速D．單色光A在真空中的波速小于單色光B在真空中的波速6．（2022·山東日照·三模）用單色光a、b、c分別照射同一光電管，研究產(chǎn)生的光電效應(yīng)現(xiàn)象，得到光電流I與光電管兩極間所加電壓U的關(guān)系如圖所示，下列說法正確的是（）A．a(chǎn)、c單色光的顏色相同B．a(chǎn)照射光電管時(shí)，逸出光電子的最大初動能最大C．增大b光的光照強(qiáng)度，逸出光電子的最大初動能增大D．若b光照射某金屬發(fā)生光電效應(yīng)，a光照射該金屬也一定發(fā)生光電效應(yīng)7．（2022·山東師范大學(xué)附中模擬預(yù)測）如圖甲所示為研究光電效應(yīng)的電路，K極為金屬鈉（截止頻率為5.53×1014Hz，逸出功為2.29eV）。圖乙為氫原子能級圖，氫原子光譜中有四種可見光，分別是從n=6、5、4、3能級躍遷到n=2能級產(chǎn)生的。下列說法正確的是（）A．大量處于n=5能級的氫原子最多能輻射出4種不同頻率的光B．氫原子光譜中有三種可見光能夠讓圖甲K極金屬發(fā)生光電效應(yīng)C．僅將P向右滑動，電流計(jì)示數(shù)一定變大D．將自感系數(shù)為30SKIPIF1<0的電感線圈和電容為1.2pF電容器組成LC振蕩電路，用該電路產(chǎn)生的電磁波照射K極，可以發(fā)生光電效應(yīng)8．（2022·天津·模擬預(yù)測）如圖所示為氫原子的能級圖?，F(xiàn)有兩束光，SKIPIF1<0光由圖中躍遷①發(fā)出的光子組成，SKIPIF1<0光由圖中躍遷②發(fā)出的光子組成，已知SKIPIF1<0光照射SKIPIF1<0金屬時(shí)剛好能發(fā)生光電效應(yīng)，則下列說法正確的是（）A．氫原子發(fā)生躍遷①后，原子的能量將減小SKIPIF1<0B．SKIPIF1<0光的頻率大于SKIPIF1<0光的頻率C．SKIPIF1<0金屬的逸出功為SKIPIF1<0D．用SKIPIF1<0光照射SKIPIF1<0金屬，發(fā)出的光電子的最大初動能為SKIPIF1<09．（2022·吉林·長春十一高模擬預(yù)測）光子能量為E的一束光照射容器中的氫（設(shè)所有氫原子處于n＝3的能級），氫原子吸收光子后，最多能發(fā)出頻率為ν1、ν2、ν3、ν4、ν5、ν6、ν7、ν8、ν9、ν10、的十種光譜線，且ν1＜ν2＜ν3＜ν4＜ν5＜ν6＜ν7＜ν8＜ν9＜ν10，已知朗克常量為h，則E的數(shù)值可能等于（）A．h（ν1+ν2） B．h（ν4—ν1） C．h（ν10－ν7） D．hν1010．（2022·海南?？凇つM預(yù)測）關(guān)于原子物理知識，下列說法正確的是（）A．氫原子從SKIPIF1<0躍遷到SKIPIF1<0的激發(fā)態(tài)時(shí)，能級值和核外電子動能都減小B．元素發(fā)生SKIPIF1<0衰變時(shí)，一定會釋放出電子，并伴隨著SKIPIF1<0射線產(chǎn)生C．SKIPIF1<0俘獲一個SKIPIF1<0粒子，產(chǎn)生SKIPIF1<0并放出一個中子D．微觀世界中不可能準(zhǔn)確地知道單個粒子的運(yùn)動情況，但是可以準(zhǔn)確地知道大量粒子運(yùn)動時(shí)的統(tǒng)計(jì)規(guī)律二、填空題11．（2022·上海浦東新·模擬預(yù)測）如圖，將一個光電管正確連接到電路中，電源的a端是__________（選填“正”或“負(fù)”）極。若在光電管正常工作時(shí)，增大照射光強(qiáng)度，電路中電流將__________（選填“變大”、“變小”或“不變”）12．（2022·福建龍巖·三模）氫原子由SKIPIF1<0的激發(fā)態(tài)向SKIPIF1<0激發(fā)態(tài)躍遷放出A光子，由SKIPIF1<0的激發(fā)態(tài)向基態(tài)躍遷放出B光子。A光子照射逸出功為W的金屬表面時(shí)，該金屬恰好能發(fā)生光電效應(yīng)。則用B光子照射同一金屬表面時(shí)，該金屬________（填“能”或“不能”）發(fā)生光電效應(yīng)；已知普朗克常量為h，則A光子的頻率SKIPIF1<0______。13．（2022·福建·模擬預(yù)測）如圖甲所示，某同學(xué)探究光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)中遏止電壓Uc隨入射光頻率SKIPIF1<0變化的關(guān)系?，F(xiàn)用單色光照射光電管的陰極K，發(fā)生了光電效應(yīng)。圖乙為測得的遏止電壓Uc隨入射光頻率SKIPIF1<0變化的關(guān)系圖像。已知圖線的橫坐標(biāo)截距為SKIPIF1<0，斜率為k，普朗克常量為h，則該光電管陰極材料的逸出功為____________，若換用不同陰極材料制成的光電管，SKIPIF1<0圖像的斜率____________（選填“不變”或“改變”）。14．（2021·全國·高三專題練習(xí)）如圖甲所示為氫原子的能級圖，大量處于n=4激發(fā)態(tài)的氫原子躍遷時(shí)，發(fā)出頻率不同的大量光子，其中頻率最高的光子照射到圖乙電路陰極K上時(shí)，電路中電流隨電壓變化的圖象如圖丙，則金屬的逸出功W=_____eV；將上述各種頻率的光分別照射到電路陰極K上，共有________種頻率的光能產(chǎn)生光電流.三、解答題15．（2022·江蘇南京·三模）氦原子被電離一個核外電子后，形成類氫結(jié)構(gòu)的氦離子He+，其能級躍遷遵循玻爾原子結(jié)構(gòu)理論，能級圖如甲圖所示，已知普朗克常量h=6.63×10-34J?s。若大量處于n=3能級的氦離子躍遷并釋放光子。用釋放的光子照射光電管陰極，如圖乙，K極板的逸出功為4.54eV。調(diào)節(jié)滑片P使微安表示數(shù)恰好為0。求：（1）輻射光子的最長波長；（2）此時(shí)電壓表的讀數(shù)。16．（2021·江蘇·淮安市淮安區(qū)教師發(fā)展中心學(xué)科研訓(xùn)處高三期中）我國中微子探測實(shí)驗(yàn)利用光電管把光信號轉(zhuǎn)換為電信號。如圖所示，SKIPIF1<0和SKIPIF1<0分別是光電管的陽極和陰極，在SKIPIF1<0、SKIPIF1<0之間加上一可調(diào)電壓?，F(xiàn)用一束頻率為SKIPIF1<0的紫外線照射在SKIPIF1<0上，并在回路中形成電流。已