（浙江专用版）2020版高考物理二轮复习 专题六 选修 第15讲 波粒二象性 原子与原子核课件

第一部分专题六选修3－4、3－5题型1光电效应波粒二象性内容索引NEIRONGSUOYIN题型2氢原子模型与原子结构题型3核反应与核能光电效应波粒二象性题型11.光电效应方程(1)光子：频率为ν的光子的能量为hν.(2)方程表达式：hν＝Ek＋W0或Ek＝hν－W0.2.光的波粒二象性(1)大量光子易显示出波动性，而少量光子易显示出粒子性.(2)波长长(频率低)的光波动性强，而波长短(频率高)的光粒子性强.相关知识链接1.三个关系式(1)爱因斯坦光电效应方程：Ek＝hν－W0(2)最大初动能与遏止电压：Ek＝eUc(3)逸出功与极限频率：W0＝hνc2.两个图象(1)光电流与电压的关系，如图所示.①Im为饱和电流，由光照强度决定.②Uc为遏止电压，对应光电子的最大初动能，由光的频率决定.规律方法提炼(2)用图象表示光电效应方程，如图所示.①极限频率：图线与ν轴的交点的横坐标νc；②逸出功：图线与Ek轴交点的纵坐标的绝对值W0；③普朗克常量：图线的斜率k＝h.3.两条线索(1)光强大→光子数目多→发射光电子数多→光电流大；(2)光子频率高→光子能量大→产生光电子的最大初动能大.例1(多选)(2019·嘉、丽3月联考)某同学用某一金属为阴极的光电管，观测光电效应现象，实验装置示意图如图甲所示.测得该金属的遏止电压Uc与入射光频率ν之间的关系如图乙所示，已知普朗克常量h＝6.63×10－34J·s.则A.图甲中电极A为光电管的阳极B.探究遏止电压Uc与入射光频率ν关系时，电源的左侧是正极C.该金属的截止频率νc为5.15×1014HzD.该金属的逸出功为3.41×10－19eV√√解析电子从金属板上射出后被电场加速，由此可知A板为正极即为阳极，故A正确；探究遏止电压Uc与入射光频率ν关系时，电源的左侧是阴极，故B错误；由Ek＝hν－W0和eUc＝Ek得：eUc＝hν－W0，因此当遏止电压为零时，hνc＝W0，由此，结合图中数据可知该金属的截止频率νc为5.15×1014Hz，故C正确；根据图象可知截止频率νc为5.15×1014Hz，则该金属的逸出功：W0＝hνc＝6.63×10－34×5.15×1014J≈3.41×10－19J≈2.13eV，故D错误.例2(多选)(2017·全国卷Ⅲ·19)在光电效应实验中，分别用频率为νa、νb的单色光a、b照射到同种金属上，测得相应的遏止电压分别为Ua和Ub，光电子的最大初动能分别为Eka和Ekb.h为普朗克常量.下列说法正确的是A.若νa＞νb，则一定有Ua＜UbB.若νa＞νb，则一定有Eka＞EkbC.若Ua＜Ub，则一定有Eka＜EkbD.若νa＞νb，则一定有hνa－Eka＞hνb－Ekb√解析由爱因斯坦光电效应方程得Ek＝hν－W0，由动能定理得Ek＝eU，若用a、b单色光照射同种金属时，逸出功W0相同.当νa＞νb时，一定有Eka＞Ekb，Ua＞Ub，故选项A错误，B正确；若Ua＜Ub，则一定有Eka＜Ekb，故选项C正确；因逸出功相同，有W0＝hνa－Eka＝hνb－Ekb，故选项D错误.√拓展训练1(2019·四川省综合能力提升卷)用一种红光照射某种金属，发生了光电效应.现改用紫色光照射该金属，下列说法正确的是A.若紫光强度较小，可能不会产生光电子B.用红光照射时，该金属的逸出功小，用紫光照射时该金属的逸出功大C.用紫光照射时，光电子的最大初动能更大D.两种光比较，用红光照射产生的光电子的动能都比用紫光照射产生的光电子的动能小√解析因为紫光的频率大于红光的频率，红光照射某种金属，发生了光电效应，则紫光一定发生光电效应，选项A错误；某种金属的逸出功与入射光的频率无关，选项B错误；照射在都能产生光电效应的同一种金属上，紫光的光子能量较大，则用紫光照射时，光电子的最大初动能更大，选项C正确；两种光比较，用红光照射产生的光电子的最大初动能比用紫光照射产生的光电子的最大初动能小，但不一定用红光照射产生的光电子的动能都比用紫光照射产生的光电子的动能小，选项D错误.拓展训练2(2019·山东泰安市3月第一轮模拟)如图，用光电管进行光电效应实验，当用某一频率的光入射时，有光电流产生.则饱和光电流A.与照射时间成正比B.与入射光的强度无关C.与入射光的强度成正比D.与两极间的电压成正比√解析当某种频率的光入射到金属上能发生光电效应时，饱和光电流的大小只与入射光的强度有关，且与入射光的强度成正比，与光照时间以及光电管两极间的电压无关，故选C.拓展训练3(多选)如图所示，在光电效应实验中，某实验小组用同一光电管在不同实验条件下得到了三条光电流与电压之间的关系曲线(甲光、乙光、丙光).甲光、乙光、丙光对应的具有最大初动能的光电子德布罗意波波长分别记为λ甲、λ乙、λ丙.则A.乙光的波长小于丙光的波长B.甲、乙为同一频率的光，但甲光的强度比乙光大C.甲光对应的光电子最大初动能大于丙光对应的光电子最大初动能D.λ甲λ丙√√解析根据eUc＝Ek＝hν－W0，入射光的频率越高，对应的遏止电压Uc越大.甲光、乙光的遏止电压相等，所以甲光、乙光的频率相等，甲光的光电流比乙光大，则甲光的光照强度比乙光大；丙光的遏止电压大于乙光的遏止电压，所以丙光的频率大于乙光的频率，则乙光的波长大于丙光的波长；同一种金属，截止频率是相同的；丙光的遏止电压大于甲光的遏止电压，根据Ek＝eUc知甲光对应的光电子最大初动能小于丙光的光电子最大初动能.氢原子模型与原子结构题型21.玻尔理论的基本内容(1)能级假设：氢原子En＝E1n2(n为量子数).(2)跃迁假设：吸收或释放的能量hν＝Em－En(mn).(3)轨道假设：氢原子rn＝n2r1(n为量子数).2.两类能级跃迁(1)自发跃迁：高能级→低能级，释放能量，发出光子.(2)受激跃迁：低能级→高能级，吸收能量.①光照(吸收光子)：光子的能量必须恰好等于能级差ΔE.②碰撞：只要入射粒子能量大于或等于能级差即可，E外≥ΔE.③大于电离能的光子被吸收，原子被电离.光子的频率ν＝ΔEh＝E高－E低h.3.能级跃迁分析(1)原子跃迁时，所吸收或释放的光子能量只能等于两能级之间的能量差.(2)原子电离时，所吸收的能量可以大于或等于某一能级的绝对值.(3)一群氢原子处于量子数为n的激发态时，可能辐射光子的种类N＝C2n＝nn－12.(4)计算能级能量时应注意：因一般取无穷远处为零电势参考面，故各个能级的能量值均为负值.例3(2019·山东日照市3月模拟)氢原子能级如图所示，一群氢原子处于n＝4能级上.当氢原子从n＝4能级跃迁到n＝3能级时，辐射光的波长为1884nm，下列判断正确的是A.氢原子向低能级跃迁时，最多产生4种谱线B.从高能级向低能级跃迁时，氢原子核一定向外放出能量C.氢原子从n＝3能级跃迁到n＝2能级时，辐射光的波长大于1884nmD.用从能级n＝2跃迁到n＝1辐射的光照射W逸＝6.34eV的铂，能发生光电效应√解析根据＝6知，一群处于n＝4能级上的氢原子向低能级跃迁时最多产生6种谱线，故A错误；从高能级向低能级跃迁时，氢原子向外辐射能量，不是原子核辐射能量，故B错误；C24从n＝3能级跃迁到n＝2能级时的能级差大于n＝4能级跃迁到n＝3能级时的能级差，则从n＝3能级跃迁到n＝2能级比从n＝4能级跃迁到n＝3能级辐射出电磁波的频率大，波长短，即辐射光的波长小于1884nm，故C错误；从n＝2能级跃迁到n＝1能级辐射出的光子的能量为：E＝E2－E1＝－3.4eV－(－13.6)eV＝10.2eV＞6.34eV，而使金属发生光电效应的条件是光子的能量大于电子的逸出功，故可以发生光电效应，故D正确.拓展训练4(多选)以下说法中，属于玻尔所提出的原子模型理论的是A.原子处在具有一定能量的定态中，虽然电子做圆周运动，但不向外辐射能量B.原子的不同能量状态与电子沿不同的圆轨道绕核运动相对应，而电子的可能轨道的分布是不连续的C.电子从一个轨道跃迁到另一个轨道时，辐射(或吸收)一定频率的光子D.电子跃迁时辐射的光子的频率等于电子绕核做圆周运动的频率√√√解析原子处于称为定态的能量状态时，虽然电子做圆周运动，但并不向外辐射能量，故A正确；原子的不同能量状态与电子沿不同的圆轨道绕核运动相对应，而电子的可能轨道的分布是不连续的，故B正确；电子从一个轨道跃迁到另一轨道时，辐射(或吸收)一定频率的光子，故C正确；电子跃迁时辐射的光子的频率等于能级差值，与电子绕核做圆周运动的频率无关，故D错误.拓展训练5(2019·四川宜宾市第二次诊断)玻尔首先提出能级跃迁.如图所示为氢原子的能级图，现有大量处于n＝3能级的氢原子向低能级跃迁.下列说法正确的是A.这些氢原子总共可辐射出三种不同频率的光B.氢原子由n＝3能级跃迁到n＝2能级产生的光频率最大C.氢原子由n＝3能级跃迁到n＝1能级产生的光波长最长D.这些氢原子跃迁时辐射出光子能量的最大值为10.2eV√拓展训练6(2019·山东临沂市2月质检)氢原子的能级图如图所示，不同色光的光子能量如下表所示.色光红橙黄绿蓝－靛紫光子能量范围(eV)1.61～2.002.00～2.072.07～2.142.14～2.532.53～2.762.76～3.10一群处于某激发态的氢原子，发射的光的谱线在可见光范围内只有1条，其颜色为A.红色B.黄色C.绿色D.蓝－靛√解析如果激发态的氢原子处于第二能级，能够发出10.2eV的光子，不属于可见光；如果激发态的氢原子处于第三能级，能够发出12.09eV、10.2eV、1.89eV的三种光子，只有1.89eV属于红色可见光；如果激发态的氢原子处于第四能级，能够发出12.75eV、12.09eV、10.2eV、2.55eV、1.89eV、0.66eV的六种光子，1.89eV和2.55eV属于可见光，1.89eV的光子为红光，2.55eV的光子为蓝－靛.则由题意，由于一群处于某激发态的氢原子，发射的光的谱线在可见光范围内只有1条，则一定对应着从第三能级到低能级的跃迁，其可见光的颜色为红光，故选A.拓展训练7(多选)(2019·新高考研究联盟联考)氢原子能级图如图甲所示，一束光子能量为12.75eV的单色光照射处于基态的一群氢原子上，这群氢原子吸收光子后处于激发态，并能发出一系列的光子，发出的光子束照到逸出功为3.7eV的金属镁表面，部分入射光使镁发生了光电效应，若能使镁发生光电效应的其中一种频率的光为a光，不能使镁发生光电效应的其中一种频率的光为b光，则下列有关说法中正确的有A.氢原子吸收光子后所发出的光子频率有6种B.有三种不同频率的光子可使镁发生光电效应C.a光和b光同时入射到同一平行玻璃砖中，如乙图所示，a光有可能在B界面处发生全反射，b光不可能D.a、b光用同一装置进行双缝干涉实验，b光的明暗相间的条纹间距更小√√解析用能量为12.75eV的光子去照射大量处于基态的氢原子，氢原子能从基态跃迁到n＝4的激发态上去，向低能级跃迁时，共发射＝6种波长不同的光，故A正确；从n＝4跃迁到n＝3辐射的光子能量为0.66eV，n＝3跃迁到n＝2辐射的光子能量为1.89eV，n＝4跃迁到n＝2辐射的光子能量为2.55eV，均小于3.7eV，不能使金属钾发生光电效应，其他三种光子能量都大于3.7eV，故B正确；根据光的可逆性可知，在B界面处入射角不可能大于或等于临界角，故不满足光的全反射条件，a光不可能在B界面处发生全反射，b光也不可能，故C错误；根据光的干涉条纹间距公式Δx＝，b光的明暗相间的条纹间距更大，故D错误.C24Ldλ核反应与核能题型31.核反应的四种类型相关知识链接类型可控性核反应方程典例衰变α衰变自发β衰变自发人工转变人工控制(卢瑟福发现质子)(查德威克发现中子)约里奥—居里夫妇发现放射性同位素，同时发现正电子23490Th→23491Pa＋0－1e23892U→23490Th＋42He147N＋42He→178O＋11H2713Al＋42He→3015P＋10n42He＋94Be→126C＋10n3015P→30