2025年高考物理大一轮复习第十六章　第二课时　波粒二象性　物质波　原子结构与玻尔理论（课件+讲义+练习）

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1、揣摩例题。课本上和老师讲解的例题，一般都具有一定的典型性和代表性。要认真研究，深刻理解，要透过“样板”，学会通过逻辑思维，灵活运用所学知识去分析问题和解决问题，特别是要学习分析问题的思路、解决问题的方法，并能总结出解题的规律。 2、精练习题。复习时不要搞“题海战术”，应在老师的指导下，选一些源于课本的变式题，或体现基本概念、基本方法的基本题，通过解题来提高思维能力和解题技巧，加深对所学知识的深入理解。在解题时，要独立思考，一题多思，一题多解，反复玩味，悟出道理。 3、加强审题的规范性。每每大考过后，总有同学抱怨没考好，纠其原因是考试时没有注意审题。审题决定了成功与否，不解决这个问题势必影响到高考的成败。那么怎么审题呢? 应找出题目中的已知条件 ;善于挖掘题目中的隐含条件 ;认真分析条件与目标的联系，确定解题思路 。 4、重视错题。“错误是最好的老师”，但更重要的是寻找错因，及时进行总结，三五个字，一两句话都行，言简意赅，切中要害，以利于吸取教训，力求相同的错误不犯第二次。
波粒二象性　物质波　原子结构与玻尔理论
考点一　光的波粒二象性与物质波
考点二　原子结构和氢原子光谱
考点三　玻尔原子理论　能级跃迁
光的波粒二象性与物质波
1.光的波粒二象性(1)光的干涉、衍射、偏振现象证明光具有_______。(2)光电效应和康普顿效应说明光具有_______。(3)光既具有波动性，又具有粒子性，称为光的___________。
思考　用很弱的光做双缝干涉实验，把入射光减弱到可以认为光源和感光胶片之间不可能同时有两个光子存在，如图所示是不同数量的光子照射到感光胶片上得到的照片。试从光的本性解释光的干涉现象产生的原因。
答案　大量光子的行为表现为波动性，少数光子的行为表现为粒子性；光在传播过程中表现为波动性，光在与物质作用时表现为粒子性。光的干涉现象是大量光子的运动遵循波动规律的表现。如果用比较弱的光曝光时间比较短，少量光子通过狭缝在屏的感光底片上显示出一个个光点，显示出粒子性；如果曝光时间比较长，很多光子的行为就显示出波动性，亮条纹是光子到达概率大的地方，暗条纹是光子到达概率小的地方。
2.物质波：_________认为，任何一个运动着的物体，小到电子、质子，大到行星、太阳都有一种波和它对应，波长λ＝____ ，其中p是运动物体的动量，h是普朗克常量，数值为6.626×10－34 J·s。人们把这种波称为___________，也叫物质波。
思考　一名运动员正以10 m/s的速度奔跑，已知他的质量为60 kg，普朗克常量h＝6.6×10－34 J·s，试估算他的德布罗意波长。为什么我们观察不到运动员的波动性？
例1　(2024·山东青岛市开学考)透射电子显微镜(TEM)使用高能电子作为光源，简称透射电镜。透射电镜工作时电子经过高压加速和强磁场聚焦后得到观察样品的像。已知显微镜的分辨率与使用光源(光子或电子)的波长成正比，普通光学显微镜分辨率为0.2 μm，透射电镜能清晰地观察到直径2 nm的金原子。若光学显微镜使用的可见光平均波长为600 nm，动量大小为1.1×10－27 N·s。关于高能电子，下列说法正确的是A.波长约为2 nmB.波长约为6×10－6 nmC.动量大小约为1.1×10－29 N·sD.动量大小约为1.1×10－25 N·s
显微镜的分辨率与使用光源(光子或电子)的波长成正比，则0.2 μm＝k600 nm,2 nm＝kλ，解得λ＝6 nm，故A、B错误；
例2　(多选)(2022·浙江1月选考·16)电子双缝干涉实验是近代证实物质波存在的实验。如图所示，电子枪持续发射的电子动量为1.2×10－23 kg·m/s，然后让它们通过双缝打到屏上。已知电子质量取9.1×10－31 kg，普朗克常量取6.6×10－34 J·s，下列说法正确的是A.发射电子的动能约为8.0×10－15 JB.发射电子的物质波波长约为5.5×10－11 mC.只有成对电子分别同时通过双缝才能发生干涉D.如果电子是一个一个发射的，仍能得到干涉图样
物质波也具有波粒二象性，故电子的波动性是每个电子本身的性质，则每个电子依次通过双缝都能发生干涉现象，只是需要大量电子显示出干涉图样，故C错误，D正确。
例3　(2024·上海市师大附中月考)用极微弱的可见光做双缝干涉实验，随着时间的增加，在屏上先后出现如图(a)、(b)、(c)所示的图像，则A.图像(a)表明光具有波动性B.图像(c)表明光具有粒子性C.用紫外线观察不到类似的图像D.实验表明光既有波动性又有粒子性
题图(a)只有分散的亮点，表明光具有粒子性；题图(c)呈现干涉条纹，表明光具有波动性，A、B错误，D正确；紫外线也具有波粒二象性，也可以观察到类似的图像，C错误。
1.原子结构(1)电子的发现：物理学家__________发现了电子。(2)α粒子散射实验：1909年，物理学家_______和他的助手进行了用α粒子轰击金箔的实验，实验发现绝大多数α粒子穿过金箔后基本上仍沿_____方向前进，但有少数α粒子发生了大角度偏转，极少数α粒子偏转的角度甚至大于90°，也就是说它们几乎被“撞”了回来。(3)原子的核式结构模型：在原子中心有一个很小的核，原子全部的_______和几乎全部_____都集中在核里，带负电的电子在核外空间绕核旋转。
2.氢原子光谱(1)光谱：用棱镜或光栅可以把光按波长(频率)展开，获得光的______(频率)和强度分布的记录，即光谱。(2)光谱分类
(3)光谱分析：利用每种原子都有自己的________来鉴别物质和确定物质的组成成分，且灵敏度很高。在发现和鉴别化学元素上有着重大的意义。
例4　(多选)(2024·天津市模拟)如图甲所示是汤姆孙的原子模型，他认为原子是一个球体，正电荷弥漫性地分布在整个球体内，电子镶嵌在其中。甲图中的小圆点代表正电荷，大圆点代表电子。汤姆孙的原子模型无法解释α粒子散射实验。如图乙所示是卢瑟福为解释α粒子散射实验假设的情景：占原子质量绝大部分的带正电的那部分物质应集中在很小的空间范围。
下列说法中正确的是A.α粒子质量远大于电子质量，电子对α粒 子速度的影响可以忽略B.入射方向的延长线越接近原子核的α粒子 发生散射时的偏转角越大C.由不同元素原子核对α粒子散射的实验数据可以确定各种元素原子核的 质量D.由α粒子散射的实验数据可以估计出原子核半径的数量级是10－15 m
α粒子质量远大于电子质量，电子对α粒子速度的影响可以忽略，故A正确；入射方向的延长线越接近原子核的α粒子，所受库仑力就越大，发生散射时的偏转角越大，故B正确；α粒子散射类似于碰撞，根据实验数据无法确定各种元素原子核的质量，故C错误；由α粒子散射的实验数据可以估计出原子核半径的数量级是10－15 m，故D正确。
下列说法正确的是A.巴耳末公式表示的是电子从高能级向量子数为2的低能级跃迁时发出的 光谱线波长B.巴耳末公式表示的是电子从量子数为2的低能级向高能级跃迁时发出的 光谱线波长C.若把巴耳末公式中的2换成1则能够计算出紫外光区的谱线波长D.可以通过玻尔理论推导出巴耳末公式，计算得出里德伯常量R∞＝
若把巴耳末公式中的2换成1则计算所得的λ的值减小，即得到的是波长小于可见光的紫外光区的谱线波长，选项C正确；
玻尔原子理论　能级跃迁
1.玻尔原子理论的基本假设(1)轨道量子化与定态①轨道量子化：电子运行轨道半径不是任意的，而是_______的，电子在这些轨道上绕核的运动是稳定的，不产生电磁辐射。半径公式：rn＝_____(n＝1,2,3，…)，其中r1为基态轨道半径，r1＝0.53 ×10－10 m。
②定态：电子在不同轨道上运动时，具有不同的能量，原子的能量也只能取一系列特定的值，这些_______的能量值叫能级，具有确定能量的_________，称为定态。能级公式：En＝_______________，其中E1为基态能量，对于氢原子来说，E1＝_________。
(2)跃迁——频率条件①跃迁：原子由一个能量态变为另一个能量态的过程称为跃迁。②频率条件自发跃迁：高能级→低能级，释放能量，发射光子。释放光子的频率满足hν＝ΔE＝E高－E低。受激跃迁：低能级→高能级，吸收能量。吸收光子的能量必须恰好等于能级差hν＝ΔE＝E高－E低。
注意：若实物粒子与原子碰撞，使原子受激跃迁，实物粒子能量大于能级的能量差。
2.电离(1)电离态：n＝∞，E＝0。(2)电离能：指原子从基态或某一激发态跃迁到电离态所需要吸收的最小能量。(3)若吸收能量足够大，克服电离能后，获得自由的电子还具有动能。
思考　一群氢原子处于n＝5的激发态，试在能级图上画出它们从n＝5激发态向基态跃迁时的可能辐射情况示意图，最多能辐射出______种不同频率的光子，公式为_____________。
1.处于基态的氢原子可以吸收能量为11 eV的光子而跃迁到高能级。(　　)2.一个氢原子处于n＝5激发态，向基态跃迁时，可能辐射出10种不同频率的光子。(　　)3.氢原子吸收或辐射光子的频率条件是hν＝En－Em(mEk1B.电子可以在r1和r2之间的任意轨道上稳定运动C.处于该激发态的原子向基态跃迁时释放的光子频率　为D.氢原子的上述能级跃迁释放能量的方式和氢弹释放能量的方式相同
由于r1Ek2，故A错误；根据玻尔的电子轨道量子化假设，可知电子不可以在r1和r2之间的任意轨道上稳定运动，故B错误；处于该激发态的原子向基态跃迁时释放的光子能量为hν＝E2－E1
氢原子的上述能级跃迁释放能量的方式和氢弹释放能量的方式不相同，氢弹是通过轻核聚变释放能量，故D错误。
11.(2024·山东省模拟)为了研究大量处于n＝3能级的氢原子跃迁时的发光特点，现利用氢原子跃迁时产生的三种单色光照射同一个光电管，如图甲所示，移动滑动变阻器的滑片调节光电管两端电压，分别得到三种光照射时光电流与光电管两端电压的关系，如图乙所示，则对于a、b、c三种光，下列说法正确的是A.a、b、c光子的动量大小关系为paUa，根据eUc＝hν－W0，
单缝衍射时，a光中央亮条纹最宽，D错误；
若这三种光是原子从能级n＝3跃迁到较低能级时发出的光，
a光的遏止电压最小，根据eUc＝Ek可知，a光照射时逸出的光电子最大初动能最小，故C正确。
12.(2024·江苏南通市海安中学开学考)光电效应中，原子的内、外层电子都可能被激发而发生光电效应。多电子原子核外电子的分布可以分为若干壳层，由内到外依次是1s、2s、2p、…。相比于外层电子，内层电子离原子核更近，电离能更大，如果要激发内层电子，需要更大能量的高能粒子流或者高能光子。实验中用能量为20 keV的高能光子照射某原子，致使1s能级上的一个电子被击出，该能级中出现一个空穴(如图甲)，来自2s能级上的电子跃迁到1s能级填充空穴，
相应地将能量转移给2p能级上的电子，使这个电子脱离原子束缚跑到真空中去，这个电子被称为俄歇电子。已知该元素1s、2s和2p能级电子的电离能分别为5.60 keV、0.70 keV和0.58 keV，假设2p能级上电子的初动能为0，那么成为俄歇电子后其动能为 keV keV keV
俄歇电子的总能量来自于2s上的电子跃迁到1s上所释放的能量，则有5.60 keV－0.70 keV＝4.9 keV，则成为俄歇电子后其动能为Ek＝4.9 keV－0.58 keV＝4.32 keV，故选A。
13.(多选)(2023·浙江6月选考·15)有一种新型光电效应量子材料，其逸出功为W0。当紫外光照射该材料时，只产生动能和动量单一的相干光电子束。用该电子束照射间距为d的双缝，在与缝相距为L的观测屏上形成干涉条纹，测得条纹间距为Δx。已知电子质量为m，普朗克常量为h，光速为c，则