高考物理一輪復習-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考向考點要求2007年2008年2009年光電效應(yīng)、光子、愛因斯坦光電效應(yīng)方程Ⅱ重慶理綜(T14·選擇)全國卷Ⅱ(T18·選擇)全國卷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)全國卷Ⅰ(T16·選擇)全國卷Ⅱ(T18·選擇)四川卷(T18·選擇)廣東卷(T4·選擇)光電效應(yīng)及氫原子的能級躍遷是高考的兩個重點，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世紀初，

提出了光子說，重新強調(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： 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

，與光的強度無關(guān)． ③瞬時性：

的產(chǎn)生都是瞬時的，不超過10－9s.愛因斯坦不連續(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)最大初動能 發(fā)生光電效應(yīng)時，金屬

的電子吸收光子后克服原子核的引力逸出時所具有動能的

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

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

.hv－W能量光子說對光電效應(yīng)是如何解釋的？1．當光照射到金屬上時，它的能量可能被金屬中的某個電子全部吸收，電子吸收能量后動能增加，當它的動能足夠大時，它能克服金屬內(nèi)部原子對它的吸引而離開金屬表面逃逸出來，成為光電子，這一過程時間很短，不需要時間的積累．2．電子吸收光子的能量后可能向各個方向運動，有的向金屬內(nèi)部運動，有的向金屬外部運動，由于路程不同，電子逃逸出來時損失的能量不同，因而它們離開金屬表面時的初動能不同，只有直接從金屬表面逃逸出來的電子的初動能最大，這時電子克服引力所做的功叫這種金屬的逸出功W.3．對于某一金屬，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選項正確．答案：B1．光的波粒二象性：光是一種波，同時也是一種粒子，光具有

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

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

，也稱為

．物質(zhì)波是一種

．運動德布羅意波粒子性概率波光的波動性與粒子性的比較項目內(nèi)容說明光的粒子性(1)“當光同物質(zhì)發(fā)生作用時”，這種作用是“一份一份”進行的，表現(xiàn)出粒子的性質(zhì)(2)少量或個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性(1)“足夠能量的光在傳播時”，表現(xiàn)出波的性質(zhì)(2)光是一種概率波，即光子在空間各點出現(xiàn)的可能性大小(概率)可用波動規(guī)律來描述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．光的波動性不同于宏觀的波波和粒子的對立、統(tǒng)一宏觀世界：波和粒子是相互對立的微觀世界：波和粒子是統(tǒng)一的光子說并未否定波動性，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，下列四個實驗中(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有電子逸出但被可見光照射時沒有電子逸出C．轟擊金箔的α粒子中有少數(shù)運動方向發(fā)生較大偏轉(zhuǎn)A．光通過雙縫后在屏上出現(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，說明光具有波動性，A項錯；對于任何一種金屬都存在一個“極限頻率”，入射光的頻率必須大于這個頻率，才能產(chǎn)生光電效應(yīng)，故選項B對；選項C說明原子的核式結(jié)構(gòu)；選項D說明氫原子的能量是不連續(xù)的，故選B項．答案：B1．1913年丹麥物理學家

提出了原子結(jié)構(gòu)的

量子化和

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

也是不連續(xù)的， 能級就是原子各狀態(tài)對應(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

出光子，由基態(tài)向激發(fā)態(tài)躍遷時要

光子．光子的頻率與能級的關(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，電子雖做加速運動，但并不向外輻射能量能級原子從一種定態(tài)(Em)躍遷到另一種定態(tài)(En)時，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)原子能級躍遷的規(guī)律躍遷是指電子從某一軌道躍遷到另一軌道，對應(yīng)著原子從一個能量狀態(tài)(定態(tài))躍遷到另一個能量狀態(tài)(定態(tài))．①躍遷時電子動能、電勢能與原子能量的變化a．當軌道半徑減小時，庫侖力做正功，電勢能Ep減小，電子動能增大，原子能量減?。粗?，軌道半徑增大時，電勢能增大，電子動能減小，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

確定電子的動能．②原子的能級躍遷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的能量差，否則不被吸收，不存在激發(fā)到n＝2時能量有余，而激發(fā)到n＝3時能量不足，則可激發(fā)到n＝2的問題．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．氫原子的能級圖及應(yīng)用 (1)氫原子能級圖(如圖16－3所示)：(2)氫原子能級圖的應(yīng)用：①能級圖中的橫線表示氫原子可能的能量狀態(tài)——定態(tài)．氫原子可以有無窮多個定態(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)．量子數(shù)n＝1的定態(tài)能量值最小，這個狀態(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，表示相鄰的能級差不等，量子數(shù)越大，相鄰的能級差越?。輲Ъ^的豎線表示原子由較高能級向較低能級的躍遷．原子在各能級間躍遷時，所吸收或輻射的光子的能量只能等于兩能級間的能級差．原子電離時所吸收光子的能量可以大于或等于某一能級的能量絕對值，即ΔE≥E∞－En.3．如圖16－4所示為氫原子的四個能級，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E4D．原子B能夠吸收原子A發(fā)出的光子并躍遷到能級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．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．由原子能級躍遷理論可知，原子A可能吸收原子B由E3躍遷到E2時放出的光子并躍遷到E3，但不能躍遷到E4，C錯．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E4，D錯．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(其極限波長分別為λ1和λ2)制成，板面積為S，間距為d.現(xiàn)用波長為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．根據(jù)光電效應(yīng)方程確定最大初動能．根據(jù)動能定理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)必須使極限波長大于入射光的波長，所以鉀能發(fā)生光電效應(yīng)，而且光電子的最大初動能為

于是電容器充電，當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能與入射光的頻率無關(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才能發(fā)生光電效應(yīng)，故B、D錯誤；根據(jù)愛因斯坦光電效應(yīng)方程hν－W＝Ek可知，在發(fā)生光電效應(yīng)的情況下，光電子的最大初動能Ek與入射光的頻率ν有關(guān)，故C項錯誤．答案：A【例2】如圖16－5所示，氫原子從n>2的某一能級躍遷到n＝2的能級，輻射出能量為2.55eV的光子．問： (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)請在圖中畫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的某一能級躍遷到n＝2的能級，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，應(yīng)提供：ΔE＝E4－E1＝12.75eV.(2)輻射躍遷圖