2024-2025學(xué)年人教高中物理同步講義練習(xí)選擇性必修三4.4 氫原子光譜和波爾的原子模型（含答案） （人教2019選擇性必修三）

2024-2025學(xué)年人教高中物理同步講義練習(xí)選擇性必修三4.4氫原子光譜和波爾的原子模型（含答案）（人教2019選擇性必修三）4.4氫原子光譜和波爾的原子模型基礎(chǔ)導(dǎo)學(xué)要點(diǎn)一、氫原子光譜和玻爾的原子模型（一）光譜1．定義：用棱鏡或光柵把物質(zhì)發(fā)出的光按波長(頻率)展開，獲得波長(頻率)和強(qiáng)度分布的記錄。2．分類(1)線狀譜：光譜是一條條的亮線；(2)連續(xù)譜：光譜是連在一起的光帶。3．特征譜線：氣體中中性原子的發(fā)光光譜都是線狀譜，說明原子只發(fā)出幾種特定頻率的光，不同原子的亮線位置不同，說明不同原子的發(fā)光頻率不一樣，光譜中的亮線稱為原子的特征譜線。（二）氫原子光譜的實(shí)驗(yàn)規(guī)律1．許多情況下光是由原子內(nèi)部電子的運(yùn)動產(chǎn)生的，因此光譜是探索原子結(jié)構(gòu)的一條重要途徑。2．氫原子光譜的實(shí)驗(yàn)規(guī)律滿足巴耳末公式：eq\f(1,λ)＝R∞(eq\f(1,22)－eq\f(1,n2))(n＝3,4,5，…)式中R為里德伯常量，R∞＝1.10×107m－1，n取整數(shù)。3．巴耳末公式的意義：以簡潔的形式反映了氫原子的線狀光譜的特征。（三）經(jīng)典理論的困難1．核式結(jié)構(gòu)模型的成就：正確地指出了原子核的存在，很好地解釋了α粒子散射實(shí)驗(yàn)。2．經(jīng)典理論的困難：經(jīng)典物理學(xué)既無法解釋原子的穩(wěn)定性，又無法解釋原子光譜的分立線狀譜。（四）玻爾原子理論的基本假設(shè)1．軌道量子化(1)原子中的電子在庫侖引力的作用下，繞原子核做圓周運(yùn)動；(2)電子運(yùn)行軌道的半徑不是任意的，也就是說電子的軌道是量子化的(填“連續(xù)變化”或“量子化”)；(3)電子在這些軌道上繞核的運(yùn)動是穩(wěn)定的，不產(chǎn)生電磁輻射；2．定態(tài)(1)當(dāng)電子在不同的軌道上運(yùn)動時(shí)，原子處于不同的狀態(tài)，具有不同的能量．電子只能在特定軌道上運(yùn)動，原子的能量只能取一系列特定的值．這些量子化的能量值叫作能級；(2)原子中這些具有確定能量的穩(wěn)定狀態(tài)，稱為定態(tài)．能量最低的狀態(tài)稱為基態(tài)，其他的狀態(tài)叫作激發(fā)態(tài)。3．頻率條件當(dāng)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，該光子的能量hν＝En－Em，該式稱為頻率條件，又稱輻射條件。要點(diǎn)二、玻爾理論對氫光譜的解釋氫原子能級躍遷（一）玻爾理論對氫光譜的解釋1．氫原子能級圖(如圖所示)2．解釋巴耳末公式巴耳末公式中的正整數(shù)n和2正好代表能級躍遷之前和躍遷之后所處的定態(tài)軌道的量子數(shù)n和2。3．解釋氣體導(dǎo)電發(fā)光：通常情況下，原子處于基態(tài)，非常穩(wěn)定，氣體放電管中的原子受到高速運(yùn)動的電子的撞擊，有可能向上躍遷到激發(fā)態(tài)，處于激發(fā)態(tài)的原子是不穩(wěn)定的，會自發(fā)地向能量較低的能級躍遷，放出光子，最終回到基態(tài)。4．解釋氫原子光譜的不連續(xù)性：原子從較高的能級向低能級躍遷時(shí)放出的光子的能量等于前后兩個(gè)能級之差，由于原子的能級是分立的，所以放出的光子的能量也是分立的，因此原子的發(fā)射光譜只有一些分立的亮線。5．解釋不同原子具有不同的特征譜線：不同的原子具有不同的結(jié)構(gòu)，能級各不相同，因此輻射(或吸收)的光子頻率也不相同。（二）玻爾理論的局限性1．成功之處：玻爾的原子理論第一次將量子觀念引入原子領(lǐng)域，提出了定態(tài)和躍遷的概念，成功解釋了氫原子光譜的實(shí)驗(yàn)規(guī)律；2．局限性：保留了經(jīng)典粒子的觀念，仍然把電子的運(yùn)動看作經(jīng)典力學(xué)描述下的軌道運(yùn)動；3．電子云：原子中的電子沒有確定的坐標(biāo)值，我們只能描述某時(shí)刻電子在某個(gè)位置出現(xiàn)概率的多少，把電子這種概率分布用疏密不同的點(diǎn)表示時(shí)，這種圖像就像云霧一樣分布在原子核周圍，故稱電子云。要點(diǎn)突破突破一：氫原子光譜和玻爾的原子模型1．光譜的分類2．太陽光譜特點(diǎn)在連續(xù)譜的背景上出現(xiàn)一些不連續(xù)的暗線，是一種吸收光譜產(chǎn)生原因陽光中含有各種顏色的光，但當(dāng)陽光透過太陽的高層大氣射向地球時(shí)，太陽高層大氣中含有的元素會吸收它自己特征譜線的光，然后再向四面八方發(fā)射出去，到達(dá)地球的這些譜線看起來就暗了，這就形成了明亮背景下的暗線3.光譜分析(1)優(yōu)點(diǎn)：靈敏度高，分析物質(zhì)的最低量達(dá)10－13kg；(2)應(yīng)用：a.發(fā)現(xiàn)新元素；b.鑒別物體的物質(zhì)成分；(3)用于光譜分析的光譜：線狀光譜和吸收光譜。4．氫原子光譜的特點(diǎn)：在氫原子光譜圖中的可見光區(qū)內(nèi)，由右向左，相鄰譜線間的距離越來越小，表現(xiàn)出明顯的規(guī)律性。5．巴耳末公式(1)巴耳末對氫原子光譜的譜線進(jìn)行研究得到公式：eq\f(1,λ)＝R∞(eq\f(1,22)－eq\f(1,n2))(n＝3,4,5，…)，該公式稱為巴耳末公式．式中R叫作里德伯常量，實(shí)驗(yàn)值為R∞＝1.10×107m－1。(2)公式中只能取n≥3的整數(shù)，不能連續(xù)取值，波長是分立的值。突破二：玻爾理論對氫光譜的解釋氫原子能級躍遷（一）自發(fā)躍遷與受激躍遷的比較1.自發(fā)躍遷：①由高能級到低能級，由遠(yuǎn)軌道到近軌道．②釋放能量，放出光子(發(fā)光)：hν＝E初－E末．③大量處于激發(fā)態(tài)為n能級的原子可能的光譜線條數(shù)：eq\f(nn－1,2).2.受激躍遷：①由低能級到高能級，由近軌道到遠(yuǎn)軌道；②吸收能量eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(a.光照射,b.實(shí)物粒子碰撞))（二）使原子能級躍遷的兩種粒子——光子與實(shí)物粒子1.原子若是吸收光子的能量而被激發(fā)，則光子的能量必須等于兩能級的能量差，否則不被吸收，不存在激發(fā)到n能級時(shí)能量有余，而激發(fā)到n＋1能級時(shí)能量不足，則可激發(fā)到n能級的問題．2.原子還可吸收外來實(shí)物粒子(例如，自由電子)的能量而被激發(fā)，由于實(shí)物粒子的動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兩能級的差值，就可使原子發(fā)生能級躍遷．（三）一個(gè)氫原子躍遷和一群氫原子躍遷的區(qū)別1.一個(gè)氫原子躍遷的情況分析①確定氫原子所處的能級，畫出能級圖。②根據(jù)躍遷原理，畫出氫原子向低能級躍遷的可能情況示意圖。2.一群氫原子躍遷問題的計(jì)算①確定氫原子所處激發(fā)態(tài)的能級，畫出躍遷示意圖；②運(yùn)用歸納法，根據(jù)數(shù)學(xué)公式N＝Ceq\o\al(2,n)＝eq\f(nn－1,2)確定躍遷時(shí)輻射出幾種不同頻率的光子；③根據(jù)躍遷能量公式hν＝Em－En(m>n)分別計(jì)算出各種光子的頻率。典例精析題型一：氫原子光譜和玻爾的原子模型例一．下列說法錯(cuò)誤的是（）A．到達(dá)地球表面處的太陽光的光譜是吸收光譜B．一個(gè)電子和一個(gè)質(zhì)子具有同樣的動量時(shí)，它們的德布羅意波波長也相同C．根據(jù)海森伯的不確定性關(guān)系可知，不可能同時(shí)準(zhǔn)確地測定微觀粒子的位置和動量D．光的雙縫干涉現(xiàn)象中，可以用光程差與波長的關(guān)系確定屏上某點(diǎn)是亮紋還是暗紋，所以光波不是概率波變式遷移1：如圖所示為氫原子的能級圖，巴耳末系是吸收光子能量的原子進(jìn)入激發(fā)態(tài)（）后返回的量子狀態(tài)時(shí)釋放出的譜線，下列說法正確的是（）A．巴耳末系中的最小頻率與最大頻率之比B．處于能級的氫原子可以吸收能量為的光子C．一個(gè)氫原子從能級向基態(tài)躍遷時(shí)，可發(fā)出6種不同頻率的光子D．氫原子由能級躍遷到能級時(shí)，原子的電勢能增加，產(chǎn)生的電磁波的波長最長題型二：玻爾理論對氫光譜的解釋氫原子能級躍遷例二．如圖所示是氫原子的能級圖，大量處于n=4激發(fā)態(tài)的氫原子向低能級躍遷時(shí)，可以輻射出多種不同頻率的光子，其中巴耳末系是指氫原子由高能級向n=2能級躍遷時(shí)釋放的光子。下列說法正確的是（）A．最多可放出6種頻率不同的光子，全部屬于巴耳末系B．放出的光子中波長最長的是n=4激發(fā)態(tài)躍遷到n=3激發(fā)態(tài)時(shí)產(chǎn)生的C．放出的光子可能使逸出功為13eV的金屬發(fā)生光電效應(yīng)D．用能量為2.56eV的光子照射處于n=2能級的氫原子，可以使它躍遷到n=4能級變式遷移2：如圖所示，為氫原子的能級示意圖：a表示從能級躍遷到時(shí)輻射的光子；b表示從能級躍遷到時(shí)輻射的光子；c表示從能級躍遷到時(shí)輻射的光子。則以下說法正確的是（）A．玻爾的原子能級模型可以解釋所有原子輻射光子的規(guī)律B．若b光可使某金屬發(fā)生光電效應(yīng)，則a光也一定可以C．若有一個(gè)處于能級的氫原子向低能級躍遷，則該氫原子只能發(fā)出a、b、c三種光子的其中一種D．若有一群處于能級的氫原子向低能級躍遷，則這些氫原子最多可輻射出10種不同頻率的光子強(qiáng)化訓(xùn)練選擇題1．目前世界上最準(zhǔn)確的計(jì)時(shí)工具就是原子鐘，它是20世紀(jì)50年代出現(xiàn)的，原子鐘是利用原子釋放能量時(shí)發(fā)出的電磁波來計(jì)時(shí)的。現(xiàn)在用在原子鐘里的元素有氫、絕、銣等，其中氫原子的能級圖如圖所示，現(xiàn)有大量的氫原子處于的激發(fā)態(tài)，向低能級躍遷時(shí)輻射出若干種不同頻率的光，下列說法正確的是（）A．由能級躍遷到能級產(chǎn)生的光頻率最小B．由能級躍遷到能級產(chǎn)生的光能使某金屬電離說明光是粒子C．由能級躍遷到能級產(chǎn)生的光最容易發(fā)生衍射現(xiàn)象D．最多可以輻射出6種不同頻率的光2．下列說法正確的是（）A．動能相同的質(zhì)子和電子，它們的德布羅意波的波長相同B．一個(gè)氫原子處在n=4的能級，當(dāng)它躍遷到較低能級時(shí)，最多能輻射出3種頻率的光子C．用相同頻率的光在相同的條件下先后照射鋅板和銀板時(shí)均有光電子逸出，逸出的光電子動能一定相同D．玻爾將量子觀念引入原子領(lǐng)域，成功地解釋了氫原子和其他原子光譜的實(shí)驗(yàn)規(guī)律3、氫原子的核外電子從距核較近的軌道躍遷到距核較遠(yuǎn)的軌道的過程中()A.原子要吸收光子,電子的動能增大,原子的電勢能增大B.原子要放出光子,電子的動能減小,原子的電勢能減小C.原子要吸收光子,電子的動能增大,原子的電勢能減小D.原子要吸收光子,電子的動能減小,原子的電勢能增大4、如圖所示為氫原子的能級示意圖，一群氫原子處于的激發(fā)態(tài)，在自發(fā)躍遷中放出一些光子，用這些光子照射逸出功為的鉀，下列說法正確的是（）A．這些氫原子最多可能發(fā)出4種不同頻率的光B．這些氫原子發(fā)出的所有光子均能使金屬鉀發(fā)生光電效應(yīng)C．用這些氫原子躍遷放出的光照射金屬鉀，逸出的光電子最大初動能一定不大于D．氫原子在由高能級向低能級躍遷過程中，核外電子的動能也隨之減小5、關(guān)于近代物理學(xué)史，下列說法正確的是（）A．盧瑟福的α粒子散射實(shí)驗(yàn)，使人們認(rèn)識到原子是可以分割的，是由更小的微粒組成的B．光電效應(yīng)和康普頓效應(yīng)深入地揭示了光的粒子性的一面C．愛因斯坦最先將能量子概念引入物理學(xué)，使得光電效應(yīng)的理論與實(shí)驗(yàn)的矛盾迎刃而解D．玻爾最先將能量子概念引入物理學(xué)，提出了定態(tài)和躍遷的概念，成功地解釋了氫原子光譜的實(shí)驗(yàn)規(guī)律6、在原子結(jié)構(gòu)的研究方面，科學(xué)家前赴后繼、不斷完善，以下說法錯(cuò)誤的是（）A．湯姆孫通過對陰極射線的研究發(fā)現(xiàn)了電子，使人們認(rèn)識到原子本身是有結(jié)構(gòu)的B．盧瑟福通過對α粒子散射實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的分析提出了原子的核式結(jié)構(gòu)模型，完全否定了湯姆孫的“棗糕模型”C．玻爾把微觀世界中物理量取分立值的觀念應(yīng)用到原子系統(tǒng)，提出了自己的原子結(jié)構(gòu)假說，完全否定了核式結(jié)構(gòu)模型D．玻爾的原子理論只成功解釋了氫原子光譜的實(shí)驗(yàn)規(guī)律，這說明了玻爾模型也是有局限性的7、以下物理量中，誰屬于“量子化”？（）A．溫度計(jì)測量的溫度 B．天平測量的質(zhì)量C．人所感受到的時(shí)間 D．油滴所帶電荷量8、如圖所示的α粒子散射實(shí)驗(yàn)中，少數(shù)α粒子發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)的原因是（）A．α粒子與原子中的電子發(fā)生碰撞B．正電荷在原子中均勻分布C．原子中帶正電的部分和絕大部分質(zhì)量集中在一個(gè)很小的核上D．原子只能處于一系列不連續(xù)的能量狀態(tài)中9、用a、b兩種可見光照射同一光電效應(yīng)裝置，測得的光電流和電壓的關(guān)系圖像如圖甲所示，圖乙為氫原子的能級圖。已知可見光的光子能量在到之間，下列說法正確的是（）A．a(chǎn)光的波長比b光的小B．單色光a的光子動量比單色光b的光子動量大C．用大量的光子去照射基態(tài)的氫原子可以得到兩種可見光D．若a光是氫原子從能級躍遷到能級時(shí)發(fā)出的光，則b光是氫原子從能級躍遷到能級時(shí)發(fā)出的光10、（多選）某原子在下列各能級間躍遷：（1）從到；（2）從到；（3）從到。在躍遷過程中輻射出三種顏色光分別為、、，下列說法正確的是（）A．通過同一雙縫裝置產(chǎn)生干涉，干涉條紋最密集，最稀疏B．、、三種顏色的復(fù)色光以某一角度從玻璃向空氣中入射，在界面處沒有光線透射出去，則減小入射角后先透射出去C．如果光能讓某種金屬恰好發(fā)生光電效應(yīng)，則、光也可以D．三種光在真空中傳播的速度相同11、（多選）根據(jù)玻爾理論，下列說法正確的是（）A．各種原子吸收光譜中的每一條暗線都跟這種原子的發(fā)射光譜中的一條亮線相對應(yīng)B．電子沿某一軌道繞核運(yùn)動，若其圓周運(yùn)動的頻率是ν，則其發(fā)出光子的頻率也是νC．若氫原子處于量子數(shù)為m（m>1）的定態(tài)，則氫原子是穩(wěn)定的，不輻射光子D．在巴耳末線系中，波長最長的譜線是從量子數(shù)n＝3的能級躍遷到n＝2的能級時(shí)發(fā)出的4.4氫原子光譜和波爾的原子模型基礎(chǔ)導(dǎo)學(xué)要點(diǎn)一、氫原子光譜和玻爾的原子模型（一）光譜1．定義：用棱鏡或光柵把物質(zhì)發(fā)出的光按波長(頻率)展開，獲得波長(頻率)和強(qiáng)度分布的記錄。2．分類(1)線狀譜：光譜是一條條的亮線；(2)連續(xù)譜：光譜是連在一起的光帶。3．特征譜線：氣體中中性原子的發(fā)光光譜都是線狀譜，說明原子只發(fā)出幾種特定頻率的光，不同原子的亮線位置不同，說明不同原子的發(fā)光頻率不一樣，光譜中的亮線稱為原子的特征譜線。（二）氫原子光譜的實(shí)驗(yàn)規(guī)律1．許多情況下光是由原子內(nèi)部電子的運(yùn)動產(chǎn)生的，因此光譜是探索原子結(jié)構(gòu)的一條重要途徑。2．氫原子光譜的實(shí)驗(yàn)規(guī)律滿足巴耳末公式：eq\f(1,λ)＝R∞(eq\f(1,22)－eq\f(1,n2))(n＝3,4,5，…)式中R為里德伯常量，R∞＝1.10×107m－1，n取整數(shù)。3．巴耳末公式的意義：以簡潔的形式反映了氫原子的線狀光譜的特征。（三）經(jīng)典理論的困難1．核式結(jié)構(gòu)模型的成就：正確地指出了原子核的存在，很好地解釋了α粒子散射實(shí)驗(yàn)。2．經(jīng)典理論的困難：經(jīng)典物理學(xué)既無法解釋原子的穩(wěn)定性，又無法解釋原子光譜的分立線狀譜。（四）玻爾原子理論的基本假設(shè)1．軌道量子化(1)原子中的電子在庫侖引力的作用下，繞原子核做圓周運(yùn)動；(2)電子運(yùn)行軌道的半徑不是任意的，也就是說電子的軌道是量子化的(填“連續(xù)變化”或“量子化”)；(3)電子在這些軌道上繞核的運(yùn)動是穩(wěn)定的，不產(chǎn)生電磁輻射；2．定態(tài)(1)當(dāng)電子在不同的軌道上運(yùn)動時(shí)，原子處于不同的狀態(tài)，具有不同的能量．電子只能在特定軌道上運(yùn)動，原子的能量只能取一系列特定的值．這些量子化的能量值叫作能級；(2)原子中這些具有確定能量的穩(wěn)定狀態(tài)，稱為定態(tài)．能量最低的狀態(tài)稱為基態(tài)，其他的狀態(tài)叫作激發(fā)態(tài)。3．頻率條件當(dāng)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，該光子的能量hν＝En－Em，該式稱為頻率條件，又稱輻射條件。要點(diǎn)二、玻爾理論對氫光譜的解釋氫原子能級躍遷（一）玻爾理論對氫光譜的解釋1．氫原子能級圖(如圖所示)2．解釋巴耳末公式巴耳末公式中的正整數(shù)n和2正好代表能級躍遷之前和躍遷之后所處的定態(tài)軌道的量子數(shù)n和2。3．解釋氣體導(dǎo)電發(fā)光：通常情況下，原子處于基態(tài)，非常穩(wěn)定，氣體放電管中的原子受到高速運(yùn)動的電子的撞擊，有可能向上躍遷到激發(fā)態(tài)，處于激發(fā)態(tài)的原子是不穩(wěn)定的，會自發(fā)地向能量較低的能級躍遷，放出光子，最終回到基態(tài)。4．解釋氫原子光譜的不連續(xù)性：原子從較高的能級向低能級躍遷時(shí)放出的光子的能量等于前后兩個(gè)能級之差，由于原子的能級是分立的，所以放出的光子的能量也是分立的，因此原子的發(fā)射光譜只有一些分立的亮線。5．解釋不同原子具有不同的特征譜線：不同的原子具有不同的結(jié)構(gòu)，能級各不相同，因此輻射(或吸收)的光子頻率也不相同。（二）玻爾理論的局限性1．成功之處：玻爾的原子理論第一次將量子觀念引入原子領(lǐng)域，提出了定態(tài)和躍遷的概念，成功解釋了氫原子光譜的實(shí)驗(yàn)規(guī)律；2．局限性：保留了經(jīng)典粒子的觀念，仍然把電子的運(yùn)動看作經(jīng)典力學(xué)描述下的軌道運(yùn)動；3．電子云：原子中的電子沒有確定的坐標(biāo)值，我們只能描述某時(shí)刻電子在某個(gè)位置出現(xiàn)概率的多少，把電子這種概率分布用疏密不同的點(diǎn)表示時(shí)，這種圖像就像云霧一樣分布在原子核周圍，故稱電子云。要點(diǎn)突破突破一：氫原子光譜和玻爾的原子模型1．光譜的分類2．太陽光譜特點(diǎn)在連續(xù)譜的背景上出現(xiàn)一些不連續(xù)的暗線，是一種吸收光譜產(chǎn)生原因陽光中含有各種顏色的光，但當(dāng)陽光透過太陽的高層大氣射向地球時(shí)，太陽高層大氣中含有的元素會吸收它自己特征譜線的光，然后再向四面八方發(fā)射出去，到達(dá)地球的這些譜線看起來就暗了，這就形成了明亮背景下的暗線3.光譜分析(1)優(yōu)點(diǎn)：靈敏度高，分析物質(zhì)的最低量達(dá)10－13kg；(2)應(yīng)用：a.發(fā)現(xiàn)新元素；b.鑒別物體的物質(zhì)成分；(3)用于光譜分析的光譜：線狀光譜和吸收光譜。4．氫原子光譜的特點(diǎn)：在氫原子光譜圖中的可見光區(qū)內(nèi)，由右向左，相鄰譜線間的距離越來越小，表現(xiàn)出明顯的規(guī)律性。5．巴耳末公式(1)巴耳末對氫原子光譜的譜線進(jìn)行研究得到公式：eq\f(1,λ)＝R∞(eq\f(1,22)－eq\f(1,n2))(n＝3,4,5，…)，該公式稱為巴耳末公式．式中R叫作里德伯常量，實(shí)驗(yàn)值為R∞＝1.10×107m－1。(2)公式中只能取n≥3的整數(shù)，不能連續(xù)取值，波長是分立的值。突破二：玻爾理論對氫光譜的解釋氫原子能級躍遷（一）自發(fā)躍遷與受激躍遷的比較1.自發(fā)躍遷：①由高能級到低能級，由遠(yuǎn)軌道到近軌道．②釋放能量，放出光子(發(fā)光)：hν＝E初－E末．③大量處于激發(fā)態(tài)為n能級的原子可能的光譜線條數(shù)：eq\f(nn－1,2).2.受激躍遷：①由低能級到高能級，由近軌道到遠(yuǎn)軌道；②吸收能量eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(a.光照射,b.實(shí)物粒子碰撞))（二）使原子能級躍遷的兩種粒子——光子與實(shí)物粒子1.原子若是吸收光子的能量而被激發(fā)，則光子的能量必須等于兩能級的能量差，否則不被吸收，不存在激發(fā)到n能級時(shí)能量有余，而激發(fā)到n＋1能級時(shí)能量不足，則可激發(fā)到n能級的問題．2.原子還可吸收外來實(shí)物粒子(例如，自由電子)的能量而被激發(fā)，由于實(shí)物粒子的動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兩能級的差值，就可使原子發(fā)生能級躍遷．（三）一個(gè)氫原子躍遷和一群氫原子躍遷的區(qū)別1.一個(gè)氫原子躍遷的情況分析①確定氫原子所處的能級，畫出能級圖。②根據(jù)躍遷原理，畫出氫原子向低能級躍遷的可能情況示意圖。2.一群氫原子躍遷問題的計(jì)算①確定氫原子所處激發(fā)態(tài)的能級，畫出躍遷示意圖；②運(yùn)用歸納法，根據(jù)數(shù)學(xué)公式N＝Ceq\o\al(2,n)＝eq\f(nn－1,2)確定躍遷時(shí)輻射出幾種不同頻率的光子；③根據(jù)躍遷能量公式hν＝Em－En(m>n)分別計(jì)算出各種光子的頻率。典例精析題型一：氫原子光譜和玻爾的原子模型例一．下列說法錯(cuò)誤的是（）A．到達(dá)地球表面處的太陽光的光譜是吸收光譜B．一個(gè)電子和一個(gè)質(zhì)子具有同樣的動量時(shí)，它們的德布羅意波波長也相同C．根據(jù)海森伯的不確定性關(guān)系可知，不可能同時(shí)準(zhǔn)確地測定微觀粒子的位置和動量D．光的雙縫干涉現(xiàn)象中，可以用光程差與波長的關(guān)系確定屏上某點(diǎn)是亮紋還是暗紋，所以光波不是概率波【答案】D【分析】A．到達(dá)地面的太陽光譜是吸收光譜，故A正確，不符合題意；B．由，可知?jiǎng)恿肯嗤碾娮雍唾|(zhì)子的德布羅意波長相等，故B正確，不符合題意；C．由不確定性關(guān)系可知，微觀粒子沒有準(zhǔn)確的位置和動量，故C正確，不符合題意；D．光波是概率波，故D錯(cuò)誤，符合題意。故選D。變式遷移1：如圖所示為氫原子的能級圖，巴耳末系是吸收光子能量的原子進(jìn)入激發(fā)態(tài)（）后返回的量子狀態(tài)時(shí)釋放出的譜線，下列說法正確的是（）A．巴耳末系中的最小頻率與最大頻率之比B．處于能級的氫原子可以吸收能量為的光子C．一個(gè)氫原子從能級向基態(tài)躍遷時(shí)，可發(fā)出6種不同頻率的光子D．氫原子由能級躍遷到能級時(shí)，原子的電勢能增加，產(chǎn)生的電磁波的波長最長【答案】B【分析】A．由巴耳末公式當(dāng)時(shí)，有最小波長λ1當(dāng)n=3時(shí)，有最長波長λ2則根據(jù)則巴耳末系中的最小頻率與最大頻率之比，A錯(cuò)誤；B．氫原子的能級中能量值最小為-13.6eV，處于n=1能級的氫原子可以吸收能量為的電子的能量，從而發(fā)生電離現(xiàn)象，B正確；C．一個(gè)處于n=4能級的氫原子向低能級躍遷時(shí)，最多能發(fā)出3種不同頻率的光，即為n=4→n=3，n=3→n=2，n=2→n=1，C錯(cuò)誤；D．氫原子由n=2能級躍遷到n=1能級后，其軌道半徑減小，電勢能減小，能級差最小，放出光子的能量最小，根據(jù)產(chǎn)生的電磁波的波長最長，D錯(cuò)誤。故選B。題型二：玻爾理論對氫光譜的解釋氫原子能級躍遷例二．如圖所示是氫原子的能級圖，大量處于n=4激發(fā)態(tài)的氫原子向低能級躍遷時(shí)，可以輻射出多種不同頻率的光子，其中巴耳末系是指氫原子由高能級向n=2能級躍遷時(shí)釋放的光子。下列說法正確的是（）A．最多可放出6種頻率不同的光子，全部屬于巴耳末系B．放出的光子中波長最長的是n=4激發(fā)態(tài)躍遷到n=3激發(fā)態(tài)時(shí)產(chǎn)生的C．放出的光子可能使逸出功為13eV的金屬發(fā)生光電效應(yīng)D．用能量為2.56eV的光子照射處于n=2能級的氫原子，可以使它躍遷到n=4能級【答案】B【分析】A．最多可放出6種頻率不同的光子，屬于巴爾末系的只有兩種。A錯(cuò)誤；B．光子波長最長時(shí)，其頻率最小，即光子能量最小，所以放出的光子中波長最長的是n=4激發(fā)態(tài)躍遷到n=3激發(fā)態(tài)時(shí)產(chǎn)生的。B正確；C．放出的光子能量最大的是12.75eV，故不能使逸出功為13eV的金屬發(fā)生光電效應(yīng)。C錯(cuò)誤；D．處于n=2能級的氫原子，躍遷到n=4能級需要吸收2.55eV能量的光子，D錯(cuò)誤。故選B。變式遷移2：如圖所示，為氫原子的能級示意圖：a表示從能級躍遷到時(shí)輻射的光子；b表示從能級躍遷到時(shí)輻射的光子；c表示從能級躍遷到時(shí)輻射的光子。則以下說法正確的是（）A．玻爾的原子能級模型可以解釋所有原子輻射光子的規(guī)律B．若b光可使某金屬發(fā)生光電效應(yīng)，則a光也一定可以C．若有一個(gè)處于能級的氫原子向低能級躍遷，則該氫原子只能發(fā)出a、b、c三種光子的其中一種D．若有一群處于能級的氫原子向低能級躍遷，則這些氫原子最多可輻射出10種不同頻率的光子【答案】D【分析】A．玻爾的原子能級模型只能解釋氫原子的光譜規(guī)律，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；B．a(chǎn)光的能量比b光的能量小，不一定能使該金屬發(fā)生光電效應(yīng)，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；C．一個(gè)能級的氫原子向低能級躍遷，最多能輻射出4種光子，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；D．從躍遷到，最多可輻射出10種不同頻率的光子，選項(xiàng)D正確。故選D。強(qiáng)化訓(xùn)練選擇題1．目前世界上最準(zhǔn)確的計(jì)時(shí)工具就是原子鐘，它是20世紀(jì)50年代出現(xiàn)的，原子鐘是利用原子釋放能量時(shí)發(fā)出的電磁波來計(jì)時(shí)的。現(xiàn)在用在原子鐘里的元素有氫、絕、銣等，其中氫原子的能級圖如圖所示，現(xiàn)有大量的氫原子處于的激發(fā)態(tài)，向低能級躍遷時(shí)輻射出若干種不同頻率的光，下列說法正確的是（）A．由能級躍遷到能級產(chǎn)生的光頻率最小B．由能級躍遷到能級產(chǎn)生的光能使某金屬電離說明光是粒子C．由能級躍遷到能級產(chǎn)生的光最容易發(fā)生衍射現(xiàn)象D．最多可以輻射出6種不同頻率的光【答案】D【解析】A．由能級躍遷到能級差最大，產(chǎn)生的光子能量最高，根據(jù)可得頻率最大，故A錯(cuò)誤；B．光使金屬電離的現(xiàn)象說明光具有能量，具有粒子性，但并不能說明光是粒子，故B錯(cuò)誤；C．波長越長越容易發(fā)生衍射現(xiàn)象，根據(jù)A項(xiàng)可知由能級躍遷到能級產(chǎn)生的光頻率最大，則波長最小，最不容易發(fā)生衍射現(xiàn)象，故C錯(cuò)誤；D．由可知，大量處于能級的氫原子最多可以輻射出6種不同頻率的光，故D正確。故選D。2．下列說法正確的是（）A．動能相同的質(zhì)子和電子，它們的德布羅意波的波長相同B．一個(gè)氫原子處在n=4的能級，當(dāng)它躍遷到較低能級時(shí)，最多能輻射出3種頻率的光子C．用相同頻率的光在相同的條件下先后照射鋅板和銀板時(shí)均有光電子逸出，逸出的光電子動能一定相同D．玻爾將量子觀念引入原子領(lǐng)域，成功地解釋了氫原子和其他原子光譜的實(shí)驗(yàn)規(guī)律【答案】B【解析】A．根據(jù)公式，動能相同時(shí)，因?yàn)橘|(zhì)子與電子質(zhì)量不同，所以波長也不同，A錯(cuò)誤；B．單個(gè)氫原子在能級時(shí)，最多可以從到，再到，,輻射3種頻率的光子，B正確；C．相同頻率的光照射，因?yàn)閮煞N材質(zhì)的逸出功并不相同，所以逸出的光電子動能并不一定相同，C錯(cuò)誤；D．波爾原子理論只是解釋了氫原子光譜，D錯(cuò)誤。故選B。3、氫原子的核外電子從距核較近的軌道躍遷到距核較遠(yuǎn)的軌道的過程中()A.原子要吸收光子,電子的動能增大,原子的電勢能增大B.原子要放出光子,電子的動能減小,原子的電勢能減小C.原子要吸收光子,電子的動能增大,原子的電勢能減小D.原子要吸收光子,電子的動能減小,原子的電勢能增大答案：D解析：電子從距核較近的軌道躍遷到距核較遠(yuǎn)的軌道過程中，原子要吸收光子，能級增大，總能量增大，根據(jù)ke4、如圖所示為氫原子的能級示意圖，一群氫原子處于的激發(fā)態(tài)，在自發(fā)躍遷中放出一些光子，用這些光子照射逸出功為的鉀，下列說法正確的是（）A．這些氫原子最多可能發(fā)出4種不同頻率的光B．這些氫原子發(fā)出的所有光子均能使金屬鉀發(fā)生光電效應(yīng)C．用這些氫原子躍遷放出的光照射金屬鉀，逸出的光電子最大初動能一定不大于D．氫原子在由高能級向低能級躍遷過程中，核外電子的動能也隨之減小【答案】C【分析】A．一群處在能級的氫原子，自發(fā)向低能級躍遷，放出光子的種類為種﹐A錯(cuò)誤；B．由于鉀金屬的逸出功為，故并不是這6種顏色的光照射鉀都會發(fā)生光電效應(yīng)，例如從4能級向3能級躍遷釋放的光子能量為B錯(cuò)誤；C．這6種顏色的光中，能量最高的光是由4能級向1能級躍遷時(shí)產(chǎn)生的，能量為用這種顏色的光照射在金屬鉀上，由愛因斯坦光電效應(yīng)方程可知，最大初動能為，C正確；D．氫原子在由高能級向低能級躍遷過程中，核外電子的動能可以類比天體運(yùn)動中環(huán)繞天體的高度降低，線速度變大，動能變大進(jìn)行判斷，D錯(cuò)誤。故選C。5、關(guān)于近代物理學(xué)史，下列說法正確的是（）A．盧瑟福的α粒子散射實(shí)驗(yàn)，使人們認(rèn)識到原子是可以分割的，是由更小的微粒組成的B．光電效應(yīng)和康普頓效應(yīng)深入地揭示了光的粒子性的一面C．愛因斯坦最先將能量子概念引入物理學(xué)，使得光電效應(yīng)的理論與實(shí)驗(yàn)的矛盾迎刃而解D．玻爾最先將能量子概念引入物理學(xué)，提出了定態(tài)和躍遷的概念，成功地解釋了氫原子光譜的實(shí)驗(yàn)規(guī)律【答案】B【分析】A．盧瑟福通過α粒子散射實(shí)驗(yàn)提出了原子的核式結(jié)構(gòu)模型，湯姆孫通過研究陰極射線發(fā)現(xiàn)了電子，使人們認(rèn)識到原子是可以分割的，是由更小的微粒組成的，故A錯(cuò)誤；B．光電效應(yīng)和康普頓效應(yīng)深入地揭示了光的粒子性的一面，前者表明光子具有能量，后者表明光子除了具有能量之外還具有動量，故B正確；CD．普朗克最先將能量子概念引入物理學(xué)；愛因斯坦將光子概念引入物理學(xué)，使得光電效應(yīng)的理論與實(shí)驗(yàn)的矛盾迎刃而解；玻爾建立了量子化軌道的原子模型，提出了定態(tài)和躍遷的概念，成功地解釋了氫原子光譜的實(shí)驗(yàn)規(guī)律，故CD錯(cuò)誤。故選B。6、在原子結(jié)構(gòu)的研究方面，科學(xué)家前赴后繼、不斷完善，以下說法錯(cuò)誤的是（）A．湯姆孫通過對陰極射線的研究發(fā)現(xiàn)了電子，使人們認(rèn)識到原子本身是有結(jié)構(gòu)的B．盧瑟福通過對α粒子散射實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的分析提出了原子的核式結(jié)構(gòu)模型，完全否定了湯姆孫的“棗糕模型”C．玻爾把微觀世界中物理量取分立值的觀念應(yīng)用到原子系統(tǒng)，提出了自己的原子結(jié)構(gòu)假說，完全否定了核式結(jié)構(gòu)模型D．玻爾的原子理論只成功解釋了氫原子光譜的實(shí)驗(yàn)規(guī)律，這說明了玻爾模型也是有局限性的【答案】C【分析】A．湯姆孫通過對陰極射線的研究發(fā)現(xiàn)了電子，使人們認(rèn)識到原子本身是有結(jié)構(gòu)的，故A正確；B．盧瑟福通過對α粒子散射實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的分析提出了原子的核式結(jié)構(gòu)模型，完全否定了湯姆孫的“棗糕模型”，故B正確；C．玻爾在原子核式結(jié)構(gòu)模型的基礎(chǔ)上把微觀世界中物理量取分立值的觀念應(yīng)用到原子系統(tǒng)中，提出了自己的原子結(jié)構(gòu)假說。故C錯(cuò)誤；D．玻爾的原子理論只成功解釋了氫原子光譜的實(shí)驗(yàn)規(guī)律，無法解釋更復(fù)雜的原子光譜，這說明了玻爾模型也是有局限性的。故D正確。故選C。7、以下物理量中，誰屬于“量子化”？（）A．溫度計(jì)測量的溫度 B．天平測量的質(zhì)量C．人所感受到的時(shí)間 D．油滴所帶電荷量【答案】D【分析】所謂量子化就是指數(shù)據(jù)是分立的不連續(xù)的，即一份一份的，故選D。8、如圖所示的α粒子散射實(shí)驗(yàn)中，少數(shù)α粒子發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)的原因是（）A．α粒子與原子中的電子發(fā)生碰撞B．正電荷在原子中均勻分布C．原子中帶正電的部分和絕大部分質(zhì)量集中在一個(gè)很小的核上D．原子只能處于一系列不連續(xù)的能量狀態(tài)中【答案】C【分析】A．α粒子與原子中的電子發(fā)生碰撞，不會發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)，因?yàn)殡娮拥馁|(zhì)量電荷量太小，所以A錯(cuò)誤；BC．少數(shù)α粒子發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)，大多數(shù)沒有發(fā)生偏轉(zhuǎn)說明了原子的內(nèi)部是很空闊的，原子中帶正電的部分和絕大部分質(zhì)量集中在一個(gè)很小的核上，所以C正確；B錯(cuò)誤；D．原子的光譜線現(xiàn)象說明了原子只能處于一系列不連續(xù)的能量狀態(tài)中，在散射中體現(xiàn)不出來，所以D錯(cuò)誤；故選C。9、用a、b兩種可見光照射同一光電效應(yīng)裝置，測得的光電流和電壓的關(guān)系圖像如圖甲所示，圖乙為氫原子的能級圖。已知可見光的光子能量在到之間，下列說法正確的是（）A．a(chǎn)光的波長比b光的小B．單色光a的光子動量比單色光b的光子動量大C．用大量的光子去照射基態(tài)的氫原子可以得到兩種可見光D．若a光是氫原子從能級躍遷到能級時(shí)發(fā)出的光，則b光是氫原子從能級躍遷到能級時(shí)發(fā)出的光【答案】C【解析】A．根據(jù)可知，頻率越大的截止電壓越大，所以a光的頻率比b光的小，根據(jù)可知，頻率越大時(shí)波長越小，所以a光的波長比b光的大，A錯(cuò)誤；B．根據(jù)可知，單色光a的光子動量比單色光b的光子動量小，B錯(cuò)誤；C．用大量的光子去照射基態(tài)的氫原子，則有可知n=4，即可以躍遷到第四個(gè)能級，所以能得到兩種可見光，即躍遷到，躍遷到，C正確；D．根據(jù)因?yàn)閍光的頻率比b光的小，則a光是從躍遷到能級時(shí)發(fā)出的光，則b光不可能是從躍遷到能級時(shí)發(fā)出的光，D錯(cuò)誤。故選C。10、（多選）某原子在下列各能級間躍遷：（1）從到；（2）從到；（3）從到。在躍遷過程中輻射出三種顏色光分別為、、，下列說法正確的是（）A．通過同一雙縫裝置產(chǎn)生干涉，干涉條紋最密集，最稀疏B．、、三種顏色的復(fù)色光以某一角度從玻璃向空氣中入射，在界面處沒有光線透射出去，則減小入射角后先透射出去C．如果光能讓某種金屬恰好發(fā)生光電效應(yīng)，則、光也可以D．三種光在真空中傳播的速度相同【答案】BCD【解析】A．由圖可以看出、、三者的頻率高低由知雙縫干涉條紋間距正比于光的波長，所以雙縫干涉條紋最密集，最稀疏，A錯(cuò)誤；B．由折射率與光的頻率的關(guān)系可知，頻率越高，介質(zhì)對其折射率就越大，所以有光從光密介質(zhì)到光疏介質(zhì)的臨界角公式為所以臨界角b的最大，先透射出去，B正確；C．的頻率為極限頻率，由知、的頻率都超過金屬的極限頻率，所以都可以發(fā)生光電效應(yīng)，故C正確；D．所有頻率的光在真空中光速都為c，故D正確。故選BCD。11、（多選）根據(jù)玻爾理論，下列說法正確的是（）A．各種原子吸收光譜中的每一條暗線都跟這種原子的發(fā)射光譜中的一條亮線相對應(yīng)B．電子沿某一軌道繞核運(yùn)動，若其圓周運(yùn)動的頻率是ν，則其發(fā)出光子的頻率也是νC．若氫原子處于量子數(shù)為m（m>1）的定態(tài)，則氫原子是穩(wěn)定的，不輻射光子D．在巴耳末線系中，波長最長的譜線是從量子數(shù)n＝3的能級躍遷到n＝2的能級時(shí)發(fā)出的【答案】AD【解析】A．根據(jù)光譜分析可知，各種原子吸收光譜中的每一條暗線都跟這種原子的發(fā)射光譜中的一條亮線相對應(yīng)，故A正確；B．當(dāng)電子沿某一軌道繞核運(yùn)動時(shí)，并不向外輻射能量，其狀態(tài)是穩(wěn)定的，故B錯(cuò)誤；C．若氫原子處于量子數(shù)為m（m>1）的定態(tài)，是不穩(wěn)定的，會發(fā)生躍遷向外輻射光子，故C錯(cuò)誤；D．根據(jù)巴耳末公式則當(dāng)波長最長時(shí)，則從量子數(shù)n＝3的能級躍遷到n＝2的能級時(shí)輻射的光子波長最長，故D正確。故選AD。4.5粒子的波動性和量子力學(xué)的建立基礎(chǔ)導(dǎo)學(xué)要點(diǎn)一、粒子的波動性與物質(zhì)波的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證（一）粒子的波動性1．德布羅意波：每一個(gè)運(yùn)動的粒子都與一個(gè)對應(yīng)的波相聯(lián)系，這種與實(shí)物粒子相聯(lián)系的波稱為德布羅意波，也叫物質(zhì)波。2．粒子的能量ε和動量p跟它所對應(yīng)的波的頻率ν和波長λ之間的關(guān)系：ν＝eq\f(ε,h)，λ＝eq\f(h,p)。（二）物質(zhì)波的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證1．實(shí)驗(yàn)探究思路：干涉、衍射是波特有的現(xiàn)象，如果實(shí)物粒子具有波動性，則在一定條件下，也應(yīng)該發(fā)生干涉或衍射現(xiàn)象。2．實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證：1927年戴維孫和湯姆孫分別用單晶和多晶晶體做了電子束衍射的實(shí)驗(yàn)，得到了電子的衍射圖樣，證實(shí)了電子的波動性。3．說明：除了電子以外，人們陸續(xù)證實(shí)了中子、質(zhì)子以及原子、分子的波動性，對于這些粒子，德布羅意給出的ν＝eq\f(ε,h)和λ＝eq\f(h,p)關(guān)系同樣正確。4．電子、質(zhì)子、原子等粒子和光一樣，也具有波粒二象性。要點(diǎn)二、量子力學(xué)的建立與應(yīng)用（一）量子力學(xué)的建立（二）量子力學(xué)的應(yīng)用借助量子力學(xué)，人們深入認(rèn)識了微觀(填“宏觀”或“微觀”)世界的組成、結(jié)構(gòu)和屬性。1．推動了核物理和粒子物理的發(fā)展．人們認(rèn)識了原子、原子核、基本粒子等各個(gè)微觀(填“宏觀”或“微觀”)層次的物質(zhì)結(jié)構(gòu)，又促進(jìn)了天文學(xué)和宇宙學(xué)的研究。2．推動了原子、分子物理和光學(xué)的發(fā)展人們認(rèn)識了原子的結(jié)構(gòu)，以及原子、分子和電磁場相互作用的方式，發(fā)展了各式各樣的對原子和電磁場進(jìn)行精確操控和測量的技術(shù)。3．推動了固體物理的發(fā)展：人們了解了固體中電子運(yùn)行的規(guī)律，并弄清了為什么固體有導(dǎo)體、絕緣體和半導(dǎo)體之分。要點(diǎn)突破突破一：粒子的波動性與物質(zhì)波的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證1．對光的本性認(rèn)識史人類對光的認(rèn)識經(jīng)歷了漫長的歷程，從牛頓的光的微粒說到托馬斯·楊和菲涅耳的波動說，從麥克斯韋的光的電磁說到愛因斯坦的光子說。直到20世紀(jì)初，對于光的本性的認(rèn)識才提升到一個(gè)更高層次，即光具有波粒二象性。對于光的本性認(rèn)識史，列表如下：學(xué)說名稱微粒說波動說電磁說光子說波粒二象性內(nèi)容要點(diǎn)光是一群彈性粒子光是一種機(jī)械波光是一種電磁波光是由一份一份光子組成的光是具有電磁本性的物質(zhì)，既有波動性又有粒子性理論領(lǐng)域宏觀世界宏觀世界微觀世界微觀世界微觀世界2.對光的波粒二象性的理解項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)表現(xiàn)說明光的波動性干涉和衍射(1)光子在空間各點(diǎn)出現(xiàn)的可能性大小可用波動規(guī)律來描述(2)足夠能量的光在傳播時(shí)，表現(xiàn)出波的性質(zhì)(1)光的波動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(2)光的波動性不同于宏觀觀念的波光的粒子性光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng)(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(1)粒子的含義是“不連續(xù)”“一份一份”的(2)光子不同于宏觀觀念的粒子[特別提醒]大量光子表現(xiàn)出波動性，個(gè)別光子表現(xiàn)出粒子性，光具有波粒二象性。典例精析題型一：粒子的波動性與物質(zhì)波的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證例一．從光的波粒二象性出發(fā)，下列說法正確的是（）A．光是高速運(yùn)動的微觀粒子，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)亮條紋的地方變式遷移1：影響顯微鏡分辨率本領(lǐng)的一個(gè)因素是衍射，衍射現(xiàn)象越明顯，分辨本領(lǐng)越低。使用電子束工作的電子顯微鏡與傳統(tǒng)的光學(xué)顯微鏡相比有更高的分辨本領(lǐng)，它利用高壓對電子束加速，最后打在感光膠片上來觀察顯微圖像，以下說法正確的是（）A．加速電壓越高，電子的波長越短，衍射現(xiàn)象越明顯B．加速電壓越高，電子的波長越長，分辨本領(lǐng)越強(qiáng)C．如果加速電壓相同，則用質(zhì)子流工作的顯微鏡比用電子流工作的顯微鏡分辨本領(lǐng)弱D．如果加速電壓相同，則用質(zhì)子流工作的顯微鏡比用電子流工作的顯微鏡分辨本領(lǐng)強(qiáng)題型二：量子力學(xué)的建立與應(yīng)用例二．太陽帆（英文名：Solarsails）是利用太陽光的光壓進(jìn)行宇宙航行的一種航天器?？茖W(xué)家設(shè)想未來的宇航事業(yè)中，可以在沒有空氣阻力存在的太空利用太陽帆，為星際飛船提供加速度。假設(shè)該飛船所在地，太陽光垂直射到太陽帆上，太陽光子會連續(xù)撞擊太陽帆并以原速率反射。若太陽帆面積為S，每秒鐘每單位面積接收到的光子數(shù)為n，光子的平均波長為。飛船總質(zhì)量為m，光速為c。則下列說法中正確的是（）A．每個(gè)光子被反射前后動量的變化量為B．飛船加速度的大小為C．飛船加速度的大小為D．每秒鐘太陽帆接收到的光子所具有的總平均能量為變式遷移2：下列說法正確的是（）A．兩支相同的激光筆發(fā)射出來的光可以產(chǎn)生干涉現(xiàn)象B．光的偏振現(xiàn)象說明光是縱波C．盧瑟福核式結(jié)構(gòu)模型可以很好的解釋原子光譜是線狀的D．電子顯微鏡分辨本領(lǐng)比光學(xué)顯微鏡分辨高主要是因?yàn)殡娮拥奈镔|(zhì)波波長比可見光更短強(qiáng)化訓(xùn)練選擇題1、用三種不同的單色光照射同一金屬做光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)，得到的光電流與電壓的關(guān)系如圖所示，則下列說法正確的是（）A．單色光A和B是顏色相同、強(qiáng)度不同的光B．單色光A的頻率大于單色光C的頻率C．單色光A的遏止電壓大于單色光C的遏止電壓D．A光對應(yīng)的光電子德布羅意波長大于C光對應(yīng)的德布羅意波長2、波粒二象性是微觀世界的基本特征，以下說法正確的有（）A．光電效應(yīng)現(xiàn)象揭示了光的波動性B．熱中子束射到晶體上產(chǎn)生衍射圖樣說明運(yùn)動的中子具有波動性C．黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律可用光的波動性解釋D．動能相等的質(zhì)子和電子，它們的德布羅意波長也相等3、在科學(xué)研究中，常利用熱中子衍射研究晶體的結(jié)構(gòu)，因?yàn)闊嶂凶拥牡虏剂_意波長與晶體中原子間距（約）相近。已知中子質(zhì)量，普朗克常量，可以估算熱中子動能的數(shù)量級為（）A． B． C． D．4、下表是幾種金屬的截止頻率和逸出功，用頻率為的光照射這些金屬，哪種金屬能產(chǎn)生光電效應(yīng)，且從該金屬表面逸出的具有最大初動能的光電子對應(yīng)的德布羅意波長最長（）金屬鎢鈣鈉銣截止頻率（×1014Hz）10.957.735.535.15逸出功（eV）4.543.202.292.13A．鎢 B．鈣 C．鈉 D．銣5、如圖為氫原子光譜在可見光區(qū)域內(nèi)的四條譜線Hα、Hβ、Hγ和，都是氫原子中電子從量子數(shù)n＞2的能級躍遷到n=2的能級發(fā)出的光，根據(jù)此圖判定錯(cuò)誤的是（）A．Hα對應(yīng)的原子前后能級之差最小B．同一介質(zhì)對Hα的傳播速度最大C．光子的動量最大D．用Hγ照射某一金屬能發(fā)生光電效應(yīng)，則用Hβ照射同一金屬一定不能產(chǎn)生光電效應(yīng)6、關(guān)于下列四幅圖說法正確的是（）A．玻爾原子理論的基本假設(shè)認(rèn)為，電子繞核運(yùn)行軌道的半徑是任意的B．光電效應(yīng)產(chǎn)生的條件為：光照強(qiáng)度大于臨界值C．電子束通過鋁箔時(shí)的衍射圖樣證實(shí)了運(yùn)動電子具有波動性D．發(fā)現(xiàn)少數(shù)粒子發(fā)生了較大偏轉(zhuǎn)，說明金原子質(zhì)量大而且很堅(jiān)硬7、．如圖所示，、、、分別是不同的單色光通過相同的雙縫或單縫形成的干涉或衍射圖樣，分析各圖樣的特點(diǎn)，可以得出的正確結(jié)論是（）A．、是光的衍射圖樣，、d是光的干涉圖樣B．形成圖樣光的光子能量比形成圖樣光的光子能量小C．形成圖樣光的光子動量比形成圖樣光的光子動量大D．形成圖樣的光在同一種玻璃介質(zhì)中傳播的速度比形成圖樣的光大8、下列關(guān)于光的本性說法正確的是（）A．在其他條件相同時(shí)，光的頻率越高，衍射現(xiàn)象越明顯B．頻率越低的光粒子性越明顯C．大量光子往往表現(xiàn)波動性，少量光子往往表現(xiàn)粒子性D．若讓光子一個(gè)一個(gè)地通過狹縫，它們將嚴(yán)格按照相同的軌道做極有規(guī)律的勻速直線運(yùn)動9、波粒二象性是微觀世界的基本特征，以下說法正確的是（）A．粒子的動量越小，其波動性越易觀察B．速率相同的質(zhì)子和電子，質(zhì)子的德布羅意波長比電子長C．康普頓效應(yīng)進(jìn)一步證實(shí)了光的波動說的正確性D．電子的衍射現(xiàn)象可以證明光具有粒子性10、．Li（鋰核）是不穩(wěn)定的，一個(gè)靜止的Li分裂時(shí)的核反應(yīng)方程為Li―→He＋X＋γ，其中X的動量大小為p1，He的動量大小為p2，γ光子與He運(yùn)動方向相同，普朗克常量為h，則（）A．X是中子B．X是電子C．γ光子的波長為D．γ光子的波長為11、如圖所示為研究光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)裝置圖，若用能量為的光子照射到光電管陰極后，電流計(jì)中有電流；調(diào)節(jié)滑動變阻器觸頭，當(dāng)電壓表讀數(shù)為時(shí)，電流計(jì)示數(shù)恰好為零。已知電子的質(zhì)量、電荷量，普朗克常量。求：（1）該光電管陰極逸出功；（2）光電子的物質(zhì)波的最小波長。12、科學(xué)家設(shè)想未來的宇航事業(yè)中利用太陽帆來加速星際飛船，設(shè)該飛船所在地每秒每單位面積接收到的光子數(shù)為n，光子平均波長為λ，太陽帆面積為S，反射率100%，設(shè)太陽光垂直射到太陽帆上，飛船總質(zhì)量為m。(1)求飛船加速度的表達(dá)式（光子動量p=）；(2)若太陽帆是黑色的，飛船的加速度又為多少？4.5粒子的波動性和量子力學(xué)的建立基礎(chǔ)導(dǎo)學(xué)要點(diǎn)一、粒子的波動性與物質(zhì)波的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證（一）粒子的波動性1．德布羅意波：每一個(gè)運(yùn)動的粒子都與一個(gè)對應(yīng)的波相聯(lián)系，這種與實(shí)物粒子相聯(lián)系的波稱為德布羅意波，也叫物質(zhì)波。2．粒子的能量ε和動量p跟它所對應(yīng)的波的頻率ν和波長λ之間的關(guān)系：ν＝eq\f(ε,h)，λ＝eq\f(h,p)。（二）物質(zhì)波的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證1．實(shí)驗(yàn)探究思路：干涉、衍射是波特有的現(xiàn)象，如果實(shí)物粒子具有波動性，則在一定條件下，也應(yīng)該發(fā)生干涉或衍射現(xiàn)象。2．實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證：1927年戴維孫和湯姆孫分別用單晶和多晶晶體做了電子束衍射的實(shí)驗(yàn)，得到了電子的衍射圖樣，證實(shí)了電子的波動性。3．說明：除了電子以外，人們陸續(xù)證實(shí)了中子、質(zhì)子以及原子、分子的波動性，對于這些粒子，德布羅意給出的ν＝eq\f(ε,h)和λ＝eq\f(h,p)關(guān)系同樣正確。4．電子、質(zhì)子、原子等粒子和光一樣，也具有波粒二象性。要點(diǎn)二、量子力學(xué)的建立與應(yīng)用（一）量子力學(xué)的建立（二）量子力學(xué)的應(yīng)用借助量子力學(xué)，人們深入認(rèn)識了微觀(填“宏觀”或“微觀”)世界的組成、結(jié)構(gòu)和屬性。1．推動了核物理和粒子物理的發(fā)展．人們認(rèn)識了原子、原子核、基本粒子等各個(gè)微觀(填“宏觀”或“微觀”)層次的物質(zhì)結(jié)構(gòu)，又促進(jìn)了天文學(xué)和宇宙學(xué)的研究。2．推動了原子、分子物理和光學(xué)的發(fā)展人們認(rèn)識了原子的結(jié)構(gòu)，以及原子、分子和電磁場相互作用的方式，發(fā)展了各式各樣的對原子和電磁場進(jìn)行精確操控和測量的技術(shù)。3．推動了固體物理的發(fā)展：人們了解了固體中電子運(yùn)行的規(guī)律，并弄清了為什么固體有導(dǎo)體、絕緣體和半導(dǎo)體之分。要點(diǎn)突破突破一：粒子的波動性與物質(zhì)波的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證1．對光的本性認(rèn)識史人類對光的認(rèn)識經(jīng)歷了漫長的歷程，從牛頓的光的微粒說到托馬斯·楊和菲涅耳的波動說，從麥克斯韋的光的電磁說到愛因斯坦的光子說。直到20世紀(jì)初，對于光的本性的認(rèn)識才提升到一個(gè)更高層次，即光具有波粒二象性。對于光的本性認(rèn)識史，列表如下：學(xué)說名稱微粒說波動說電磁說光子說波粒二象性內(nèi)容要點(diǎn)光是一群彈性粒子光是一種機(jī)械波光是一種電磁波光是由一份一份光子組成的光是具有電磁本性的物質(zhì)，既有波動性又有粒子性理論領(lǐng)域宏觀世界宏觀世界微觀世界微觀世界微觀世界2.對光的波粒二象性的理解項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)表現(xiàn)說明光的波動性干涉和衍射(1)光子在空間各點(diǎn)出現(xiàn)的可能性大小可用波動規(guī)律來描述(2)足夠能量的光在傳播時(shí)，表現(xiàn)出波的性質(zhì)(1)光的波動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(2)光的波動性不同于宏觀觀念的波光的粒子性光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng)(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(1)粒子的含義是“不連續(xù)”“一份一份”的(2)光子不同于宏觀觀念的粒子[特別提醒]大量光子表現(xiàn)出波動性，個(gè)別光子表現(xiàn)出粒子性，光具有波粒二象性。典例精析題型一：粒子的波動性與物質(zhì)波的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證例一．從光的波粒二象性出發(fā)，下列說法正確的是（）A．光是高速運(yùn)動的微觀粒子，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【答案】B【分析】A．光是高速運(yùn)動的微觀粒子，光的波動性是對大量光子集體行為的一種描述，所以不能說每個(gè)光子都具有波粒二象性，故A錯(cuò)誤；B．光的頻率越高，光子的能量越大，故B正確；CD．在光的干涉中，亮條紋是光子出現(xiàn)概率高的位置，暗條紋是光子出現(xiàn)概率低的位置，光子并不是一定到達(dá)亮條紋的地方，也并不一定就不出現(xiàn)在暗條紋的地方，故CD錯(cuò)誤。故選B。變式遷移1：影響顯微鏡分辨率本領(lǐng)的一個(gè)因素是衍射，衍射現(xiàn)象越明顯，分辨本領(lǐng)越低。使用電子束工作的電子顯微鏡與傳統(tǒng)的光學(xué)顯微鏡相比有更高的分辨本領(lǐng)，它利用高壓對電子束加速，最后打在感光膠片上來觀察顯微圖像，以下說法正確的是（）A．加速電壓越高，電子的波長越短，衍射現(xiàn)象越明顯B．加速電壓越高，電子的波長越長，分辨本領(lǐng)越強(qiáng)C．如果加速電壓相同，則用質(zhì)子流工作的顯微鏡比用電子流工作的顯微鏡分辨本領(lǐng)弱D．如果加速電壓相同，則用質(zhì)子流工作的顯微鏡比用電子流工作的顯微鏡分辨本領(lǐng)強(qiáng)【答案】D【分析】AB．光的波長越大，則波動性越強(qiáng)，越容易發(fā)生明顯衍射；根據(jù)知加速電壓越大，電子束的速度越大，電子的波長越小，越不容易發(fā)生明顯的衍射，顯微鏡的分辨本領(lǐng)越強(qiáng)，AB錯(cuò)誤；CD．根據(jù)得由于質(zhì)子和電子的電荷量的絕對值相等，而質(zhì)子的質(zhì)量遠(yuǎn)大于電子的質(zhì)量，故經(jīng)相同電壓加速后的質(zhì)子動量更大，波長更小，更不容易發(fā)生明顯的衍射，顯微鏡的分辨本領(lǐng)更強(qiáng)，C錯(cuò)誤D正確。故選D。題型二：量子力學(xué)的建立與應(yīng)用例二．太陽帆（英文名：Solarsails）是利用太陽光的光壓進(jìn)行宇宙航行的一種航天器?？茖W(xué)家設(shè)想未來的宇航事業(yè)中，可以在沒有空氣阻力存在的太空利用太陽帆，為星際飛船提供加速度。假設(shè)該飛船所在地，太陽光垂直射到太陽帆上，太陽光子會連續(xù)撞擊太陽帆并以原速率反射。若太陽帆面積為S，每秒鐘每單位面積接收到的光子數(shù)為n，光子的平均波長為。飛船總質(zhì)量為m，光速為c。則下列說法中正確的是（）A．每個(gè)光子被反射前后動量的變化量為B．飛船加速度的大小為C．飛船加速度的大小為D．每秒鐘太陽帆接收到的光子所具有的總平均能量為【答案】B【分析】A．每個(gè)光子被反射前后動量的變化量為選項(xiàng)A錯(cuò)誤；BC．對飛船由動量定理解得飛船加速度的大小為選項(xiàng)B正確，C錯(cuò)誤；D．每秒鐘太陽帆接收到的光子所具有的總平均能量為選項(xiàng)D錯(cuò)誤。故選B。變式遷移2：下列說法正確的是（）A．兩支相同的激光筆發(fā)射出來的光可以產(chǎn)生干涉現(xiàn)象B．光的偏振現(xiàn)象說明光是縱波C．盧瑟福核式結(jié)構(gòu)模型可以很好的解釋原子光譜是線狀的D．電子顯微鏡分辨本領(lǐng)比光學(xué)顯微鏡分辨高主要是因?yàn)殡娮拥奈镔|(zhì)波波長比可見光更短【答案】D【分析】A．兩支相同的激光筆發(fā)射出來的光頻率也不可能相同，不一定產(chǎn)生干涉現(xiàn)象，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；B．光的偏振現(xiàn)象說明光是橫波，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；C．盧瑟福核式結(jié)構(gòu)模型不能解釋原子光譜是線狀的，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；D．電子顯微鏡分辨率比光學(xué)顯微鏡更高，是因?yàn)樗昧穗娮游镔|(zhì)波的波長比可見光短，因此不容易發(fā)生明顯衍射。故D正確。故選D。強(qiáng)化訓(xùn)練選擇題1、用三種不同的單色光照射同一金屬做光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)，得到的光電流與電壓的關(guān)系如圖所示，則下列說法正確的是（）A．單色光A和B是顏色相同、強(qiáng)度不同的光B．單色光A的頻率大于單色光C的頻率C．單色光A的遏止電壓大于單色光C的遏止電壓D．A光對應(yīng)的光電子德布羅意波長大于C光對應(yīng)的德布羅意波長【答案】A【解析】A．由圖可知，單色光A和單色光B的遏止電壓相同，因此它們是同一種色光，而飽和電流不同，可知這兩束光的強(qiáng)度不同，A正確；BC．根據(jù)同種金屬，逸出功W相同，單色光A的遏止電壓小于于單色光C的遏止電壓，遏止電壓越大，入射光的頻率越高，因此單色光A的頻率小于單色光C的頻率，BC錯(cuò)誤；D．A光對應(yīng)的光電子的最大初動能小于C光對應(yīng)光電子的最大初動能，但C光對應(yīng)的光電子中，大量光子不一定具有最大初動能，也可能有些光電子動能小于A光對應(yīng)的光電子的動能，也就是可能出現(xiàn)A光對應(yīng)的光電子的動量大于C光對應(yīng)光電子的動量，根據(jù)德布羅意波長A光對應(yīng)的光電子德布羅意波長可能小于C光對應(yīng)的德布羅意波長，D錯(cuò)誤。故選A。2、波粒二象性是微觀世界的基本特征，以下說法正確的有（）A．光電效應(yīng)現(xiàn)象揭示了光的波動性B．熱中子束射到晶體上產(chǎn)生衍射圖樣說明運(yùn)動的中子具有波動性C．黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律可用光的波動性解釋D．動能相等的質(zhì)子和電子，它們的德布羅意波長也相等【答案】B【解析】A．光電效應(yīng)無法用波動性解釋，愛因斯坦引入了光量子，成功解釋了光電效應(yīng)，因此光電效應(yīng)現(xiàn)象揭示了光的粒子性，故A錯(cuò)誤；B．衍射和干涉是波特有的現(xiàn)象，熱中子束射到晶體上產(chǎn)生衍射圖樣說明中子具有波動性，故B正確；C．黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律無法用光的波動性解釋為了解釋黑體輻射規(guī)律，普朗克建立了量子理論成功解釋了黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律，故C錯(cuò)誤；D．根據(jù)因?yàn)橘|(zhì)子質(zhì)量大于電子質(zhì)量，質(zhì)子動量大于電子的動量，由知質(zhì)子的德布羅意波長比電子的小。故D錯(cuò)誤。故選B。3、在科學(xué)研究中，常利用熱中子衍射研究晶體的結(jié)構(gòu)，因?yàn)闊嶂凶拥牡虏剂_意波長與晶體中原子間距（約）相近。已知中子質(zhì)量，普朗克常量，可以估算熱中子動能的數(shù)量級為（）A． B． C． D．【答案】C【解析】根據(jù)德布羅意波理論，中子動量為中子動能為聯(lián)立代入數(shù)據(jù)可估算出中子動能的數(shù)量級為或，故C正確，ABD錯(cuò)誤。故選C。4、下表是幾種金屬的截止頻率和逸出功，用頻率為的光照射這些金屬，哪種金屬能產(chǎn)生光電效應(yīng)，且從該金屬表面逸出的具有最大初動能的光電子對應(yīng)的德布羅意波長最長（）金屬鎢鈣鈉銣截止頻率（×1014Hz）10.957.735.535.15逸出功（eV）4.543.202.292.13A．鎢 B．鈣 C．鈉 D．銣【答案】B【解析】由題意知，僅有鈣、鈉和銣三種金屬能發(fā)生光電效應(yīng)，根據(jù)以及德布羅意波公式根據(jù)動量和動能的關(guān)系聯(lián)立可得鈣代入數(shù)據(jù)從鈣金屬表面逸出的具有最大初動能的光電子對應(yīng)的德布羅意波長最長，故B正確，ACD錯(cuò)誤。故選B。5、如圖為氫原子光譜在可見光區(qū)域內(nèi)的四條譜線Hα、Hβ、Hγ和，都是氫原子中電子從量子數(shù)n＞2的能級躍遷到n=2的能級發(fā)出的光，根據(jù)此圖判定錯(cuò)誤的是（）A．Hα對應(yīng)的原子前后能級之差最小B．同一介質(zhì)對Hα的傳播速度最大C．光子的動量最大D．用Hγ照射某一金屬能發(fā)