高考物理一轮复习第15章第1节原子结构波粒二象性课时学案

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第1节 原子结构 波粒二象性
一、光电效应
1．光电效应现象
(1)定义：在光的照射下金属中的电子从表面逸出的现象，叫作光电效应，发射出来的电子叫作光电子。
(2)几个名词解释
①遏止电压：使光电流减小到0的反向电压，用Uc表示。
②截止频率：能使某种金属发生光电效应的最小频率叫作该种金属的截止频率(又叫极限频率)，用νc表示，不同的金属对应着不同的截止频率。
③最大初动能：发生光电效应时，金属表面的电子吸收光子后克服原子核的引力逸出时所具有的动能的最大值。
2．光电效应规律
(1)每种金属都有一个截止频率，入射光的频率低于截止频率时不发生光电效应。
(2)光电子的最大初动能与入射光的强度无关，只随入射光频率的增大而增大。
(3)只要入射光的频率大于金属的截止频率，照到金属表面时，光电子的发射几乎是瞬时的，一般不超过10－9 s，与光的强度无关。
(4)当入射光的频率大于金属的截止频率时，饱和光电流的强度与入射光的强度成正比。
二、爱因斯坦光电效应方程
1．光子说：在空间传播的光不是连续的，而是一份一份的，每一份叫作一个光子，光子的能量ε＝hν。
2．逸出功W0：电子从金属中逸出所需外界对它做功的最小值。
3．爱因斯坦光电效应方程
(1)表达式：hν＝Ek＋W0或Ek＝hν－W0。
(2)物理意义：金属表面的电子吸收一个光子获得的能量是hν，这些能量的一部分用来克服金属的逸出功W0，剩下的表现为逸出后电子的最大初动能。
三、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波动性。
(2)光电效应说明光具有粒子性。
(3)光既具有波动性，又具有粒子性，称为光的波粒二象性。
2．物质波
(1)概率波：光的干涉现象是大量光子的运动遵守波动规律的表现，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，因此光波又叫概率波。
(2)物质波：任何一个运动着的物体，小到微观粒子，大到宏观物体，都有一种波与它对应，其波长λ＝eq \f(h,p)，p为运动物体的动量，h为普朗克常量。
四、原子的核式结构
1．电子的发现：英国物理学家汤姆孙发现了电子。
2．原子的核式结构
(1)α粒子散射实验：1909～1911年，英国物理学家卢瑟福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原来方向前进，但有极少数α粒子发生了大角度偏转，偏转的角度甚至大于90°，也就是说它们几乎被“撞”了回来。
(2)原子的核式结构模型：在原子中心有一个很小的核，原子全部的正电荷和几乎全部质量都集中在核里，带负电的电子在核外空间绕核旋转。
五、氢原子光谱
1．光谱：用光栅或棱镜可以把各种颜色的光按波长频率展开，获得光的波长(频率)和强度分布的记录，即光谱。
2．光谱分类
3．氢原子光谱的实验规律：巴耳末系是氢光谱在可见光区的谱线，其波长公式eq \f(1,λ)＝R∞eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(1,22)－\f(1,n2)))，(n＝3，4，5，…，R是里德伯常量，R∞＝1.10×107 m－1)。
六、氢原子的能级、能级公式
1．玻尔理论
(1)定态：原子只能处于一系列不连续的能量状态中，在这些能量状态中原子是稳定的，电子虽然绕核运动，但并不向外辐射能量。
(2)跃迁：原子从一种定态跃迁到另一种定态时，它辐射或吸收一定频率的光子，光子的能量由这两个定态的能量差决定，即hν＝Em－En。(h是普朗克常量，h＝6.63×10－34 J·s)
(3)轨道：原子的不同能量状态跟电子在不同的圆周轨道绕核运动相对应。原子的定态是不连续的，因此电子的可能轨道也是不连续的。
2．氢原子的能级、能级公式
(1)氢原子的能级
能级图如图所示
(2)氢原子的能级和轨道半径
①氢原子的能级公式：
En＝eq \f(1,n2)E1(n＝1，2，3，…)，其中E1为基态能量，其数值为E1＝－13.6 eV。
②氢原子的半径公式：rn＝n2r1(n＝1，2，3，…)，其中r1为基态半径，又称玻尔半径，其数值为r1＝0.53×10－10m。
一、易错易混辨析(正确的打“√”，错误的打“×”)
(1)要想在光电效应实验中测到光电流，入射光子的能量必须大于金属的逸出功。(√)
(2)只要入射光的强度足够强，就可以使金属发生光电效应。(×)
(3)光电子的最大初动能与入射光子的频率成正比。(×)
(4)核式结构模型是卢瑟福在α粒子散射实验的基础上提出的。(√)
(5)氢原子吸收或辐射光子的频率条件是hν＝En－Em(m