2017届高考物理二轮专题突破专题八波粒二象性原子和原子核导学案

波粒二象性导学案MicrosoftWord文档光的波粒二象性物质波【学习目标】1.根据事实说明光具有波粒二象性。

了解光在哪些不同情况下会表现出粒子性或波动性。

知道光是一种概率波。

2.了解德布罗意假说内容，知道德布罗意波长关系式。

知道实物粒子具有波动性。

3.知道电子云。

初步了解不确定性关系。

4.了解人类探索光本质所经历的曲折过程，知道人类对世界的探究是不断深入的。

【课前预习】1.物理学家做了一个有趣的实验:在光屏处放上照相用的底片.若减弱光的强度,使光子只能一个一个地通过狭缝.实验结果表明,如果曝光时间不太长,底片只能出现一些不规则的点子;如果曝光时间足够长,底片上就会出现规则的干涉条纹.对这个实验结果有下列认识,其中正确的是（）A.曝光时间不太长时,底片上只能出现一些不规则的点子,表现出光的波动性B.单个光子通过双缝后的落点可以预测C.只有大量光子的行为才能表现出光的粒子性D.干涉条纹中明亮的部分是光子到达机会较多的地方2.下列关于德布罗意波的认识,正确的解释是（）A.任何一个物体都有一种波和它对应,这就是物质波B.X光的衍射证实了物质波的假设是正确的C.电子的衍射证实了物质波的假设是正确的D.以上说法均不正确3.一个频率为ν的光子的德布罗意波长为λ= ,能量为ε,则光速可表示为（）A. B.pε C. D. 【讨论并回答】1.光具有波粒二象性,光子的能量E=hν,其中频率ν表示波的特性,在爱因斯坦提出光子说之后,法国物理学家德布罗意提出了光子动量p 与光波波长λ的关=60 W的功率发射波长为λ=663 nm的光波,试根据上系：p= .若某激光管以PW述理论计算：（1）该管在1 s内发射出多少个光子？（2）若光束全部被某黑体表面吸收,那么该黑体表面所受到光速对它的作用力F 为多大？【课堂练习】1.在实验室做了一个这样的光学实验,即在一个密闭的暗箱里依次放上小灯泡（紧靠暗箱的左内壁）、烟熏黑的玻璃、狭缝、针尖、感光胶片（紧靠暗箱的右内壁）,整个装置如图所示,小灯泡发出的光通过熏黑的玻璃后变得十分微弱,经过三个月的曝光,在感光胶片上针尖影子周围才出现非常清晰的衍射条纹.对感光胶片进行了光能量测量,得出每秒到达感光胶片的光能量是5×10-13 J.假如起作用的光波波长约为500 nm,且当时实验测得暗箱的长度为1.2 m,若光子依次通过狭缝,普朗克常量h=6.63×10-34 J·s.求：（1）每秒钟到达感光胶片的光子数目是多少？（2）光束中相邻两光子到达感光胶片相隔的时间和相邻两光子之间的平均距离分别为多大？（3）根据第（2）问的计算结果,能否找到支持光是概率波的证据？请简要说明理由.【课后作业】1．关于物质的波粒二象性,下列说法中正确的是（）A.不仅光子具有波粒二象性,一切运动的微粒也具有波粒二象性B.运动的微观粒子与光子一样,当它们通过一个小孔时,都没有特定的运动轨道C.波动性和粒子性,在宏观现象中是矛盾的、对立的,但在微观高速运动的现象中是统一的D.实物的运动有特定轨道,所以实物不具有波粒二象性2.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.这些照片说明（）A.光只有粒子性没有波动性B.光只有波动性没有粒子性C.少量光子的运动显示波动性,大量光子的运动显示粒子性D.少量光子的运动显示粒子性,大量光子的运动显示波动性3.为了观察晶体的原子排列,可以采用下列方法:（1）用分辨率比光学显微镜更高的电子显微镜成像直接观察;（2）利用X射线或中子束得到晶体的衍射图样,进而分析出晶体的原子排列.则下列分析中正确的是（）A.电子显微镜的分辨率比光学显微镜的分辨率高很多的原因是:电子的物质波波长比可见光的波长小的多,不容易发生衍射B.电子显微镜的分辨率比光学显微镜的分辨率高很多的原因是:电子的物质波波长比可见光的波长大的多,容易发生衍射C.要获得晶体的X衍射图样,所用X射线的波长一定要远小于晶体中原子的尺寸D.要获得晶体的X衍射图样,所用X射线的波长可以和晶体中原子的尺寸相当4.根据德布罗意的物质波理论可以证明:一个静止的自由电子如果完全吸收一个γ光子会发生下列情况:设光子的频率为ν,则ε=hν,p= ,被电子吸收后有=mv,hν= ,解得v=2c,即电子的速度为真空中光速的2倍.显然这是不可能的.e关于上述过程以下说法正确的是（）A.因在微观世界动量守恒定律不适用,上述论证错误,所以电子有可能完全吸收一个γ光子B.因在微观世界能量守恒定律不适用,上述论证错误,所以电子有可能完全吸收一个γ光子C.动量守恒定律和能量守恒定律是自然界中普遍适用的规律,所以唯一结论是电子不可能完全吸收一个γ光子D.若γ光子与一个静止的自由电子发生作用,则光子被电子散射后频率会减小5.如图所示,S是一个粒子源,可以不断产生某种粒子,MN是在其正前方安装的只有两条狭缝的挡板,PQ是荧光屏,粒子穿过狭缝S1、S2后打在荧光屏PQ上可使荧光屏发光.如果实验时间较长,可以在荧光屏上看到（）A.只有两条亮条纹B.有多条明暗相间的条纹C.没有亮纹D.只有一条亮纹6.下面列举的是人类对自然界认识的一些事件：①牛顿提出光的微粒说和惠更斯提出光的波动说②光的干涉、衍射现象证明波动说是正确的③光电效应现象的发现为爱因斯坦的光子说诞生奠定了基础④光波的传播问题是麦克斯韦电磁说诞生的基础⑤一切微观粒子都具有波粒二象性⑥光具有波粒二象性⑦微观世界波粒二象性的统一,使人们认识到光的波动性实际上是光子运动规律的概率波按照人类认识的发展进程正确的字母排列顺序是（）A.①②④③⑥⑤⑦B.①②③④⑥⑤⑦ C.①②③④⑥⑦⑤ D.①②③④⑦⑤⑥7.下列说法中正确的是（）A.光的波粒二象性学说就是由牛顿的微粒说与惠更斯的波动说合并而成的B.光的波粒二象性学说并没有否定光的电磁说,在光子能量公式ε=hν中,频率ν显示出波的特征,ε显示出粒子的特征C.德布罗意的物质波理论纯粹是他基于自然科学中的对称思想而提出的,并没有得到实验的证实D.只有微观粒子才有波动性,宏观物体是没有波动性的8.在中子衍射技术中,常利用热中子研究晶体的结构,因为热中子的德布罗意波长与晶体中原子间距相近,已知中子质量m=1.67×10-27 kg,普朗克常量h=6.63×10-34 J·s,可以估算德布罗意波长等于1.82×10-10 m的热中子动能的数量级为（）A.10-17 JB.10-19J C.10-31 J D.10-21 J9.利用金属晶格（大小约10-10 m）作为障碍物观察电子的衍射图样,方法是让电子通过电场加速,然后让电子束射到金属晶格上,从而得到电子的衍射图样.已知电子质量为m,电荷量为e,初速度为零,加速电压为U,普朗克常量为h,则下述说法中正确的是（）A.该实验说明了电子具有波动性B.实验中电子束的德布罗意波的波长为λ=C.加速电压U越大,电子的衍射现象越明显D.若用具有相同动能的质子替代电子,衍射现象将更加明显10.现在用电子显微镜观测线度为d的某生物大分子的结构.为满足测量要求,将显微镜工作时电子的德布罗意波长设定为,其中n>1.已知普朗克常量h、电子质量m和电子电荷量e,电子的初速度不计,则显微镜工作时电子的加速电压应为多少?11．金属晶体中晶格大小的数量级是10-10 m.电子经加速电场加速,形成一电子束,电子束照射该金属晶体时,获得明显的衍射图样.问这个加速电场的电压约为多少?参考答案【课前预习】1．D2．C3．C【讨论并回答】1. 答案（1）2×1020 个（2）2×10-7 N 【课堂练习】1. 答案（1）1.25×106个（2）8×10-7 s 2.4×102 m（3）两光子间距2.4×102 m,而小灯泡到感光胶片之间的距离只有1.2 m,所以装置里一般不可能有两个光子同时、同向在运动.因此,衍射图样的出现是许多光子各自独立行为积累的结果,支持了光波是概率波的观点.【课后作业】1答案 ABC2答案 D3答案 AD4答案 CD5答案 B6答案 A7答案 B8答案 D9答案 AB10答案11答案1.5×102 V。

专题八波粒二象性原子和原子核专题定位高考对本专题内容考查的重点和热点有：①原子能级跃迁和原子核的衰变规律；②核反应方程的书写、质量亏损和核能的计算；③原子物理部分的物理学史和α、β、γ三种射线的特点及应用等.应考策略由于本专题内容琐碎，考查点多，因此复习时应抓住主干知识，梳理出知识点，进行理解性记忆.1.氢原子能级图(1)能级图如图1所示.图1(2)一群氢原子处于量子数为n的激发态时，可能辐射出的光谱线条数：N＝C2n＝n n－12.2.原子核的衰变衰变类型α衰变β`衰变衰变方程A Z X→A－4Z－2Y＋42HeAZ X→AZ＋1Y＋－1e衰变实质2个质子和2个中子结合成一整体射出中子转化为质子和电子211H＋210n→42He10n→11H＋0－1e衰变规律电荷数守恒、质量数守恒3.核能(1)原子核的结合能：克服核力做功，使原子核分解为单个核子时吸收的能量，或若干单个核子在核力的作用下结合成原子核时放出的能量.(2)质量亏损：组成原子核的核子的质量与原子核的质量之差，注意质量数与质量是两个不同的概念.(3)质能方程：E＝mc2，即一定的能量和一定的质量相联系，物体的总能量与它的质量成正比.4.光电效应的实验规律(1)任何一种金属都有一个极限频率，入射光的频率必须大于这个频率，才能产生光电效应.(2)光电子的最大初动能与入射光的强度无关，只随入射光的频率增大而增大. (3)入射光照射到金属板上时，光电子的发射几乎是瞬时的，一般不会超过10－9s. (4)当入射光的频率大于极限频率时，光电流的强度与入射光的强度成正比. 5.光电效应方程(1)光电子的最大初动能跟入射光子的能量hν和逸出功W 0的关系为：12mv 2＝hν－W 0.(2)极限频率νc ＝W 0h.解题方略1.处理光电效应问题的两条线索一是光的频率，二是光的强度，两条线索对应的关系是：(1)光子频率高→光子能量大→产生光电子的最大初动能大.(2)光强→光子数目多→发射光电子数多→光电流大.2.爱因斯坦光电效应方程E k ＝hν－W 0的研究对象是金属表面的电子，光电子的最大初动能随入射光频率的增大而增大(如图2所示)，直线的斜率为h ，直线与ν轴的交点的物理意义是极限频率νc ，直线与E k 轴交点的物理意义是逸出功的负值.图2例1 (多选)(2016·全国乙卷·35(1)改编)现用某一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.下列说法正确的是( ) A.保持入射光的频率不变，入射光的光强变大，饱和光电流变大 B.入射光的频率变高，饱和光电流变大 C.入射光的频率变高，光电子的最大初动能变大D.保持入射光的光强不变，不断减小入射光的频率，始终有光电流产生解析 在发生光电效应时，饱和光电流大小由光照强度来决定，与频率无关，光照强度越大饱和光电流越大，因此A 正确，B 错误；根据E k ＝hν－W 0可知，对于同一光电管，逸出功W 0不变，当频率变高时，最大初动能E k 变大，因此C 正确；由光电效应规律可知，当频率低于截止频率时无论光照强度多大，都不会有光电流产生，因此D 错误. 答案 AC预测1 (多选)在光电效应实验中，用同一种单色光，先后照射锌和银的表面，都能产生光电效应.对于这两个过程，下列四个物理量中，一定不同的是( ) A.遏制电压B.饱和光电流C.光电子的最大初动能D.逸出功答案 ACD解析 不同的金属具有不同的逸出功，遏制电压为U c ＝hν－W 0e，光电子的最大初动能为E k＝hν－W 0，饱和光电流由单位时间内入射光子数决定，综上可知A 、C 、D 正确.预测2 (多选)用如图3所示的装置研究光电效应现象.当用光子能量为2.75 eV 的光照射到光电管上时发生了光电效应，电流表G 的示数不为零；移动变阻器的触头c ，发现当电压表的示数大于或等于1.7 V 时，电流表示数为0，则下列说法正确的是( )图3A.光电子的最大初动能始终为1.05 eVB.光电管阴极的逸出功为1.05 eVC.当滑动触头向a 端滑动时，反向电压增大，电流增大D.改用能量为2.5 eV 的光子照射，移动变阻器的触头c ，电流表G 中也可能有电流 答案 BD解析 由爱因斯坦光电效应方程E k ＝hν－W 0可知，同种金属的逸出功相同，所以光电子逸出后的初动能取决于获得的能量，A 错误.当电压表示数大于或等于1.7 V 时，电流表无示数，说明遏止电压为1.7 V ，由eU ＝12mv 2，可求得光电管的逸出功为1.05 eV ，B 正确.若光的频率不变，反向电压大于遏止电压后电路中就不再有电流，C 错误.当入射光频率超过截止频率，且反向电压小于遏止电压，电路中就会有电流，D 正确.预测3 (多选)用某单色光照射金属钛表面，发生光电效应.从钛表面放出光电子的最大初动能与入射光频率的关系图线如图4所示.则下列说法正确的是( )图4A.钛的逸出功为6.63×10－19JB.钛的极限频率为1.0×1015Hz C.光电子的最大初动能为1.0×10－18JD.光电子的最大初动能与入射光的频率成正比 答案 AB解析 当最大初动能为零时，入射光的频率等于金属的极限频率，则νc ＝1.0×1015Hz ，可知逸出功W 0＝hνc ≈6.63×10－19J ，故A 、B 正确.入射光的频率越大，光电子的最大初动能越大，根据该图无法得出光电子的最大初动能，故C 错误.由图可知，光电子的最大初动能与入射光的频率成一次函数关系，不是正比关系，故D 错误.解题方略1.汤姆孙发现了电子，密立根测出了电子的电荷量，卢瑟福根据α粒子散射实验构建了原子的核式结构模型.玻尔提出的原子模型很好地解释了氢原子光谱的规律.卢瑟福用α粒子轰击氮核实验发现了质子，查德威克用α粒子轰击铍核发现了中子.贝可勒尔发现了天然放射现象，揭示了原子核是有结构的.居里夫妇首次发现了放射性同位素.2.原子的核式结构模型(1)在原子的中心有一个体积很小、带正电荷的核，叫做原子核，而电子在核外绕核运动； (2)原子的全部正电荷和几乎全部的质量都集中在原子核上，带负电的电子在核外空间绕核旋转.3.能级和能级跃迁： (1)轨道量子化核外电子只能在一些分立的轨道上运动r n ＝n 2r 1(n ＝1,2,3，…)(2)能量量子化原子只能处于一系列不连续的能量状态E n ＝E 1n2(n ＝1,2,3，…)(3)吸收或辐射能量量子化原子在两个能级之间跃迁时只能吸收或辐射一定频率的光子，该光子的能量由前后两个能级的能量差决定，即hν＝E m －E n (m >n ).例2 (多选)如图5所示为氢原子的能级图.用光子能量为13.06 eV 的光照射一群处于基态的氢原子，下列说法正确的是( )图5A.氢原子可以辐射出连续的各种波长的光B.氢原子可能辐射出10种不同波长的光C.氢原子从n＝4的能级向n＝3的能级跃迁时辐射光的波长最短D.辐射光中，光子能量为0.31 eV的光波长最长解析氢原子只能辐射出不连续的几种波长的光.故A错误；因为(－13.6＋13.06) eV＝－0.54 eV，知氢原子能够跃迁到第5能级，根据C25＝10知可能观测到氢原子辐射的不同波长的光有10种.故B正确；从n＝5能级跃迁到n＝1能级辐射的光子能量最大，波长最短.故C 错误；从n＝5能级跃迁到n＝4能级辐射的光子能量最小，波长最长.光子能量为E5－E4＝[－0.54－(－0.85)] eV＝0.31 eV.故D正确.答案BD预测4 (多选) 1913年丹麦物理学家玻尔把微观世界中的物理量取分立值的观念应用到原子系统，提出了新的原子结构，下列有关玻尔的原子结构的说法正确的是( )A.原子核外电子的运行轨道半径只能是一些特定的值B.电子在定态轨道上运动时会向外辐射电磁波C.玻尔的原子模型能解释氢原子光谱，但不能解释氦原子光谱D.玻尔的原子模型否定了卢瑟福的原子模型答案AC预测5 (多选)下列的若干叙述中，正确的是( )A.黑体辐射电磁波的强度只与黑体的温度有关B.对于同种金属产生光电效应时，逸出光电子的最大初动能与照射光的频率成线性关系C.一块纯净的放射性元素的矿石，经过一个半衰期以后，它的总质量仅剩下一半D.按照玻尔理论，氢原子核外电子从半径较小的轨道跃迁到半径较大的轨道时，电子的动能减小，原子的能量也减小了答案AB解析由黑体辐射规律可知，辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的温度有关，故A正确；根据光电效应方程E k＝hν－W0可知，逸出光电子的最大初动能E k与照射光的频率成线性关系，故B正确；经过一个半衰期以后，有一半的质量发生衰变，但产生新核，故C错误；氢原子核外电子从半径较小的轨道跃迁到半径较大的轨道时，库仑力对电子做负功，所以动能变小，电势能变大(动能转为电势能)，而因为吸收了光子，总能量变大.故D错误.预测6 (多选)氢原子能级如图6所示，当氢原子从n＝3能级跃迁到n＝2能级时，辐射光的波长为656 nm.以下判断正确的是( )图6A.氢原子从n＝2能级跃迁到n＝1能级时，辐射光的波长大于656 nmB.用波长为325 nm的光照射，可使氢原子从n＝1能级跃迁到n＝2能级C.一群处于n＝3能级上的氢原子向低能级跃迁时最多产生3种谱线D.用波长为633 nm的光照射，不能使氢原子从n＝2能级跃迁到n＝3能级答案CD解析能级间跃迁辐射的光子能量等于两能级间的能级差，能级差越大，辐射的光子频率越大，波长越小，A错误；由E m－E n＝hν可知，B错误，D正确；根据C23＝3可知，C正确.解题方略1.α射线、β射线、γ射线之间的区别名称α射线β射线γ射线实质氦核流电子流光子速度约为光速的110约为光速的99%光速电离作用很强较弱很弱贯穿能力很弱较强最强2.(1)在物理学中，原子核在其他粒子的轰击下产生新原子核的过程，称为核反应.核反应方程遵循质量数守恒和电荷数守恒的规律.(2)质能方程：一定的能量和一定的质量相联系，物体的总能量和它的质量成正比，即E＝mc2或ΔE＝Δmc2.(3)把重核分裂成质量较小的核，释放出核能的反应，称为裂变；把轻核结合成质量较大的核，释放出核能的反应，称为聚变.(4)核能的计算：①ΔE ＝Δmc 2，其中Δm 为核反应方程中的质量亏损；②ΔE ＝Δm ×931.5 MeV ，其中质量亏损Δm 以原子质量单位u 为单位. (5)原子核的人工转变卢瑟福发现质子的核反应方程为：14 7N ＋42He→17 8O ＋11H查德威克发现中子的核反应方程为：94Be ＋42He→12 6C ＋10n约里奥·居里夫妇发现放射性同位素和正电子的核反应方程为：2713Al ＋42He→3015P ＋10n ，3015P→3014Si ＋01e例3 (2016·全国甲卷·35(1))在下列描述核过程的方程中，属于α衰变的是________，属于β衰变的是________，属于裂变的是________，属于聚变的是________.(填正确答案标号)A.146C→147N ＋ 0－1e B.3215P→3216S ＋ 0－1e C.23892U→23490Th ＋42He D.147N ＋42He→178O ＋11HE.23592U ＋10n→14054Xe ＋9438Sr ＋210n F.31H ＋21H→42He ＋10n解析 衰变的反应物只有一个，生成物有42He 或 0－1e ；重核裂变的反应物是重核和中子，生成中等质量的核并再次放出多个中子；轻核聚变是轻核合成为中等质量的核，故属于α衰变的是C ；属于β衰变的是A 、B ；属于裂变的是E ；属于聚变的是F. 答案 C AB E F预测7 (多选)下列说法中正确的是( ) A.质子与中子结合成氘核的过程中需要吸收能量 B.22688Ra(镭)衰变为22286Rn(氡)要经过1次α衰变C.β射线是原子核外电子挣脱原子核的束缚后而形成的电子流D.放射性元素的半衰期是指大量该元素的原子核中有半数发生衰变所需要的时间 答案 BD解析 质子与中子结合成氘核有质量亏损，释放能量，故A 错误；核反应方程遵循质量数守恒和电荷数守恒，故B正确；β射线是原子核中的中子转化为质子时产生的，故C 错误；放射性元素的半衰期是指大量该元素的原子核中有半数发生衰变所需要的时间，故D 正确.预测8 (多选) 238 92U是一种放射性元素，能够自发地进行一系列放射性衰变，如图7所示，下列说法正确的是( )图7A.图中a是84，b是206B.206 82Pb比238 92U的比结合能大C.Y是β衰变，放出电子，电子是由中子转变成质子时产生的D.Y和Z是同一种衰变答案ABD解析210a Po→206 82Pb，质量数少4，知发生了一次α衰变，则电荷数少2，所以a＝84，210 83Bi→b81 Ti，知发生了一次α衰变，则b＝206.故A、D正确，C错误.比结合能小的原子核结合或分解成比结合能大的原子核时会出现质量亏损，根据爱因斯坦质能方程得知，一定释放核能.因此核反应放出能量，则206 82Pb比238 92U的比结合能大，选项B正确.预测9 在某些恒星内部，3个氦核(42He)结合成1个碳核(126C).已知1个氦核的质量为m1、1个碳核的质量为m2,1个质子的质量为m p,1个中子的质量为m n，真空中的光速为c.(1)核反应方程为________；(2)核反应的质量亏损为________；(3)碳核的比结合能为______________.答案(1)342He→12 6C (2)3m1－m2(3)6m p＋6m n－m2c212专题强化练1.不能用卢瑟福原子核式结构模型得出的结论是( )A.原子中心有一个很小的原子核B.原子核是由质子和中子组成的C.原子质量几乎全部集中在原子核内D.原子的正电荷全部集中在原子核内答案 B解析卢瑟福原子核式结构模型是原子全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子内部一个很小的核上，带负电的电子绕原子核高速旋转，质量几乎忽略不计，可知选项A、C、D正确.对于原子核是由质子和中子组成的结论是涉及原子核的结构，与核式结构无关，核式结构说的是原子结构，不是原子核结构，选项B 错. 2.(多选)下列说法正确的是( )A.爱因斯坦在光的粒子性的基础上，建立了光电效应方程B.康普顿效应表明光子只具有能量，不具有动量C.玻尔的原子理论成功地解释了氢原子光谱的实验规律D.卢瑟福根据α粒子散射实验提出了原子的核式结构模型 答案 ACD解析 爱因斯坦提出了光子假说，建立了光电效应方程，故选项A 正确；康普顿效应表明光不仅具有能量，还具有动量，故选项B 错误；玻尔的原子理论成功地解释了氢原子光谱的实验规律，故C 正确；卢瑟福根据α粒子散射实验提出了原子的核式结构模型，故D 正确. 3.用很弱的光做单缝衍射实验，改变曝光时间，在胶片上出现的图象如图1所示，该实验表明( )图1A.光的本质是波B.光的本质是粒子C.光的能量在胶片上分布不均匀D.光到达胶片上不同位置的概率相同 答案 C4.(多选)在光电效应实验中，用频率为ν的光照射光电管阴极，发生了光电效应，下列说法正确的是( )A.增大入射光的强度，光电流增大B.减小入射光的强度，光电效应现象消失C.改用频率小于ν的光照射，一定不发生光电效应D.改用频率大于ν的光照射，光电子的最大初动能变大 答案 AD解析 增大入射光强度，单位时间内照射到单位面积的光子数增加，则光电流增大，故选项A 正确；光电效应是否发生取决于照射光的频率，而与照射强度无关，故选项B 错误.用频率为ν的光照射光电管阴极，发生光电效应，用频率较小的光照射时，若光的频率仍大于极限频率，则仍会发生光电效应，选项C 错误；根据hν－W 0＝12mv 2可知，增大照射光频率，光电子的最大初动能也增大，故选项D 正确.5.(多选)关于近代物理学，下列说法正确的是( )A.α射线、β射线和γ射线是三种波长不同的电磁波B.一群处于n＝4能级的氢原子向低能级跃迁时能辐射出6种不同频率的光C.重核裂变过程生成中等质量的核，反应前后质量数守恒，但质量一定减少D.10个放射性元素的原子核在经一个半衰期后，一定有5个原子核发生衰变答案BC解析γ射线是电磁波，而α射线、β射线不是电磁波，故A错误；根据数学组合C24＝6，故B正确；核子结合成原子核时一定有质量亏损，释放出能量，故C正确；半衰期是大量原子核显现出来的统计规律，对少数的原子核没有意义，故D错误.6.(2015·北京理综·14)下列核反应方程中，属于α衰变的是( )A.14 7N＋42He→17 8O＋11HB.238 92U→234 90Th＋42HeC.21H＋31H→42He＋10nD.234 90Th→234 91Pa＋0－1e答案 B解析α衰变是重核自发的发出α粒子的天然放射现象，其中α粒子是42He，所以B正确；A为原子核的人工转变，C为轻核的聚变，D是β衰变，故A、C、D皆错误.7.(多选)(2016·惠州市二调)下列说法正确的是( )A.卢瑟福通过α粒子散射实验建立了原子的核式结构模型B.β衰变中产生的β射线实际上是原子的核外电子挣脱原子核的束缚而形成的C.任何金属都存在一个“极限频率”，入射光的频率大于这个频率，才能产生光电效应D.入射光的强度增大，从金属表面逸出的光电子的最大初动能也会增大答案AC解析卢瑟福通过α粒子散射实验否定了汤姆孙的枣糕模型，建立了原子的核式结构模型，故A正确；β衰变中产生的β射线实际上是原子核中的中子转变为一个质子和一个电子，电子释放出来，故B错误；任何金属都存在一个“极限频率”，当入射光的频率大于金属的极限频率，才能发生光电效应，故C正确；发生光电效应时，光电子的最大初动能与入射光的强度无关，与入射光的频率有关，故D错误.8.(多选)下列说法中正确的是( )A.玻尔理论完美的解释了氮原子光谱B.按照玻尔理论，氢原子的核外电子从半径较小的轨道跃迁到半径较大的轨道时，电子的动能减小，但原子的能量增大C.电子云说明电子并非在一个特定的圆轨道上运动D.光电子的最大初动能随入射光频率的增大而增大答案BCD9.(多选)下列说法正确的是 ( )A.德布罗意第一次将量子观念引入原子领域，玻尔预言了实物粒子的波动性B.原子核内部某个中子转变为质子和电子，产生的电子从原子核中发射出来，这就是β衰变C.氢原子吸收一个光子跃迁到激发态后，在向低能级跃迁时放出光子的频率不一定等于入射光的频率D.铀核裂变的核反应方程为：235 92U→141 56Ba＋9236Kr＋10n答案BC解析玻尔原子理论第一次将量子观念引入原子领域，提出了定态和跃迁的概念，成功地解释了氢原子光谱实验规律，但局限性是只能解释氢原子光谱，而德布罗意预言了实物粒子的波动性，故A错误；由β衰变知识知B正确；氢原子在向低能级跃迁过程中可能放出多种频率的光子，因此放出光子的频率不一定等于入射光的频率，故C正确；所谓核裂变是指重核俘获一个中子后分裂为几个中等质量的核的反应过程，故D错误.10. (多选)如图2所示是氢原子的能级图，对于一群处于n＝4能级的氢原子，下列说法中正确的是( )图2A.这群氢原子能够吸收任意能量的光子后向更高能级跃迁B.这群氢原子能够发出6种不同频率的光子C.这群氢原子发出的光子中，能量最大为10.2 eVD.从n＝4能级跃迁到n＝3能级发出的光的波长最长答案BD解析氢原子发生跃迁，吸收的能量必须等于两能级的能级差.故A错误；根据C24＝6知，这群氢原子能够发出6种不同频率的光子.故B正确；一群处于n＝4能级的氢原子，由n＝4能级跃迁到n＝1能级，辐射的光子能量最大，ΔE＝(13.6－0.85) eV＝12.75 eV.故C错误；从n＝4能级跃迁到n＝3能级辐射的光子能量最小，频率最小，则波长最长.故D正确.11.(多选)关于原子和原子核的说法中正确的是( )A.电子的发现说明原子是可分的B.氢原子吸收光子能量后，核外电子由一个轨道跃迁到另一轨道时，原子的电势能增加C.氡的半衰期为3.8天，若有四个氡原子核，经过7.6天就只剩下一个D.放射性元素所放出的β射线是原子核外的内层电子答案AB解析半衰期具有统计规律，对于大量的原子核适用，对于少数原子核不适用，故C错误；放射性元素所放出的β射线是原子核中的一个中子转变为一个质子和一个电子，电子释放出来，不是来自核外电子，故D错误.12.(多选)关于原子结构及原子核的知识，下列判断正确的是( )A.每一种原子都有自己的特征谱线B.处于n＝3能级的一个氢原子回到基态时一定会辐射三种频率的光子C.β衰变中的电子来自原子的内层电子D.放射性元素的半衰期与压力、温度无关答案AD解析每种原子都有自己的特征谱线，故可以根据原子光谱来鉴别物质.故A正确；处于n＝3能级的一个氢原子回到基态时可能会辐射一种频率，或两种不同频率的光子，处于n＝3能级的“一群”氢原子回到基态时可能会辐射三种不同频率的光子.故B错误；β衰变的本质是原子内部的一个中子转化为一个质子同时释放出一个电子.故C错误；放射性元素的半衰期与压力、温度无关，故D正确.13.(多选)(2016·全国丙卷·35(1)改编)一静止的铝原子核2713Al俘获一速度为1.0×107 m/s 的质子p后，变为处于激发态的硅原子核2814Si*.下列说法正确的是( )A.核反应方程为p＋2713Al→2814Si*B.核反应过程中系统能量不守恒C.核反应前后核子数相等，所以生成物的质量等于反应物的质量之和D.硅原子核速度的数量级为105 m/s，方向与质子初速度的方向一致答案AD解析根据质量数和电荷数守恒可得，核反应方程为p＋2713Al→2814Si*，A正确；核反应过程中系统能量守恒，B错误；由于反应过程中，要释放大量的能量，并伴随着质量亏损，所以生成物的质量小于反应物的质量之和，C错误；由动量守恒可知，mv＝28mv′，解得v′≈3.6×105 m/s，硅原子核速度的数量级为105 m/s，方向与质子初速度的方向一致，故D正确.14.(多选)如图3甲是光电效应的实验装置图，图乙是光电流与加在阴极K和阳极A上的电压的关系图象，下列说法正确的是( )图3A.由图线①、③可知在光的颜色不变的情况下，入射光越强，饱和电流越大B.由图线①、②、③可知对某种确定的金属来说，其遏止电压只由入射光的频率决定C.只要增大电压，光电流就会一直增大D.不论哪种颜色的入射光，只要光足够强，就能发生光电效应答案AB解析由图线①、③可知在光的颜色不变的情况下，入射光越强，饱和电流越大，故A正确；根据光电效应方程知，E k＝hν－W0＝eU c，可知入射光频率越大，最大初动能越大，遏止电压越大，对于确定的金属，遏止电压与入射光的频率有关，故B正确；当电压增大到一定值，电流达到饱和电流，不再增大，故C错误；发生光电效应的条件是入射光的频率大于截止频率，与入射光的强度无关，故D错误.15.图4是某金属发生光电效应时光电子的最大初动能E k与入射光频率ν的关系图象，可知该金属的逸出功为________.若入射光的频率为2ν0，则产生的光电子最大初动能为________.(已知普朗克常量为h)图4答案hν0hν0解析从图象上可知，逸出功W0＝hν0.根据光电效应方程，E k＝hν－W0＝hν－hν0.若入射光的频率为2ν0，则产生的光电子的最大初动能为hν0.。

《光的波粒二象性》导学案一、康普顿效应1．光的散射光在介质中与物体微粒的相互作用，使光的传播方向发生改变的现象。

2．康普顿效应在光的散射中，光经物质散射后波长变长的现象。

3．康普顿效应的意义康普顿效应表明光子除了具有能量之外，还具有动量，深入揭示了光的粒子性的一面。

二、光的波粒二象性1．光的本性光的干涉、衍射、偏振现象表明光具有波动性，光电效应和康普顿效应表明光具有粒子性，即光具有波粒二象性。

2．光子的能量和动量关系式(1)关系式：ε＝hν，p＝h λ。

(2)意义：能量ε和动量p是描述物质的粒子性的重要物理量；波长λ和频率ν是描述物质的波动性的典型物理量。

因此ε＝hν和p＝hλ揭示了光的波动性和粒子性之间的密切关系。

[特别提醒]普朗克常量h架起了粒子性与波动性的桥梁。

三、光是一种概率波1．不同强弱下光的干涉图样(1)大量光子表现出光的波动性。

(2)少量光子表现出光的粒子性。

2．光是概率波干涉条纹是光子在感光片上各点的概率分布的反映。

这种概率分布就好像波的强度的分布，称光波是一种概率波。

即，光波在某处的强度代表着光子在该处出现概率的大小。

1.康普顿效应的经典解释单色电磁波作用于比波长尺寸小的带电粒子上时，引起受迫振动，向各方向辐射同频率的电磁波。

经典理论解释频率不变的一般散射可以，但对康普顿效应不能作出合理解释。

2．利用光子说解释康普顿效应假定X射线光子与电子发生弹性碰撞，这种碰撞跟台球比赛中的两球碰撞很相似。

按照爱因斯坦的光子说，一个X射线光子不仅具有能量E＝hν，而且还有动量。

如图所示。

这个光子与静止的电子发生弹性斜碰，光子把部分能量转移给了电子，能量由hν减小为hν′，因此频率减小，波长增大。

同时，光子还使电子获得一定的动量。

这样就圆满地解释了康普顿效应。

1．科学研究证明，光子有能量也有动量，当光子与电子碰撞时，光子的一些能量转移给了电子。

假设光子与电子碰撞前的波长为λ，碰撞后的波长为λ′，则碰撞过程中()A．能量守恒，动量守恒，且λ＝λ′B．能量不守恒，动量不守恒，且λ＝λ′C．能量守恒，动量守恒，且λ＜λ′D．能量守恒，动量守恒，且λ＞λ′解析：选C能量守恒和动量守恒是自然界的普遍规律，适用于宏观世界也适用于微观世界。

高中物理-波粒二象性学案1物理学的新纪元：能量量子化·学案·【学习目标】1．了解黑体辐射,感悟科学探究方法。

2．了解能量子的概念及提出过程,领会科学家的思想。

3．通过观察辐射图象培养观察能力。

4．了解宏观物体与微观粒子的能量变化特点,体会量子论的建立深化了人们对物质世界的认识。

【重点难点】1．黑体辐射能量在不同温度下与波长的关系。

2．理解能量量子化假设。

【课前预习】1．黑体与黑体辐射（1）如果某种物体在任何温度下能够________吸收入射的各种波长的电磁波而不发生________,这种物体就是绝对黑体,简称黑体。

（2）物体在任何温度下,都会发射________,温度不同,所发射的电磁波的频率、强度也不同,物理学中把这种现象叫做热辐射。

黑体热辐射也叫做黑体辐射。

（3）黑体辐射的实验规律：随着温度的升高,一方面各种波长的辐射强度都增加；另一方面辐射强度的极大值向较短波长的方向移动。

1.（1）完全,反射；（2）电磁波；2．（1）整数信,辐射,吸收,频率,普朗克；2．能量子（1）振动着的带点微粒的能量只能是某一最小能量值ε的________。

例如,可能是ε或2ε、3ε……当带电微粒________或________能量时,也是以这个最小能量为单位一份一份地辐射或吸收的,这个不可再分的最小能量值ε叫做能量子。

能量子公式ε=hν,ν是电磁波的________,h是一个常量,后被称为________常量,其值为h=6.626×10-34J·s。

（2）普朗克提出了能量子假说后,又推出了黑体辐射的强度按波长分布的公式,与实验结果相符合。

【预习检测】1．下列关于黑体的说法中正确的是（ ）A ．黑体能部分吸收入射的电磁波B ．黑体能全部吸收入射的电磁波C ．黑体能辐射电磁波D ．黑体不能辐射电磁波2．可见光的波长的大致范围是400nm~700nm.400nm 、700nm 电磁辐射的能量子ε的值分别是多少？参考答案【课前预习】1.（1）完全,反射； （2）电磁波； 2．（1）整数信,辐射,吸收,频率,普朗克；【预习检测】1．BC, 2．195.010J -⨯、192.8410J -⨯▲堂中互动▲ 【典题探究】【例1】如图所示画出了两种温度下黑体辐射的强度与波长的关系。

第十七章波粒二象性[自我校对]①hν②h λ③hν－W0④截止⑤遏止⑥饱和⑦瞬时⑧ΔxΔp光电效应规律及其应用应方程进行计算．求解光电效应问题的关键在于掌握光电效应规律，明确各概念之间的决定关系，准确把握它们的内在联系．1．决定关系及联系2．“光电子的动能”可以是介于0～E km的任意值，只有从金属表面逸出的光电子才具有最大初动能，且随入射光频率增大而增大．3．光电效应是单个光子和单个电子之间的相互作用产生的，金属中的某个电子只能吸收一个光子的能量，只有当电子吸收的能量足够克服原子核的引力而逸出时，才能产生光电效应．4．入射光强度指的是单位时间内入射到金属表面单位面积上的光子的总能量，在入射光频率ν不变时，光强正比于单位时间内照到金属表面单位面积上的光子数，但若入射光频率不同，即使光强相同，单位时间内照到金属表面单位面积上的光子数也不相同，因而从金属表面逸出的光电子数也不相同(形成的光电流也不相同)．如图17­1所示是现代化工业生产中部分光电控制设备用到的光控继电器的示意图，它由电源、光电管、放大器等几部分组成．当用绿光照射图中光电管阴极K时，可发生光电效应，则以下说法中正确的是 ( )图17­1A．增大绿光的照射强度，光电子的最大初动能增大B．增大绿光的照射强度，电路中的光电流增大C．改用比绿光波长大的光照射光电管阴极K时，电路中一定有光电流D．改用比绿光频率大的光照射光电管阴极K时，电路中一定有光电流E．改用比绿光频率小的光照射光电管阴极K时，电路可能有光电流【解析】光电子的最大初动能由入射光的频率决定，选项A错误；增大绿光的照射强度，单位时间内入射的光子数增多，所以光电流增大，选项B正确；改用比绿光波长更大的光照射时，该光的频率不一定满足发生光电效应的条件，故选项C错误，E正确；若改用频率比绿光大的光照射，一定能发生光电效应，故选项D正确．【答案】BDE1某种色光强度的改变决定单位时间入射光子数目改变，光子能量不变.2光电效应中光电子的最大初动能与入射光频率和金属材料有关，与光的强度无关.光的波粒二象性的进一步理解1.是相互对立的，都企图用一种观点去说明光的各种“行为”，这是由于传统观念的影响，这些传统观念是人们观察周围的宏观物体形成的．2．波动性和粒子性在宏观现象中是相互对立的、矛盾的，但对于光子这样的微观粒子却只有从波粒二象性的角度出发，才能统一说明光的各种“行为”．3．光子说并不否认光的电磁说，按光子说，光子的能量ε＝hν，其中ν表示光的频率，即表示了波的特征，而且从光子说或电磁说推导电子的动量都得到一致的结论．可见，光的确具有波动性，也具有粒子性．从光的波粒二象性出发，下列说法正确的是( )A．光是高速运动的微观粒子，每个光子都具有波粒二象性B．光的频率越高，光子的能量越大C．在光的干涉中，暗条纹的地方是光子不会到达的地方D．在光的干涉中，亮条纹的地方是光子到达概率最大的地方E．在光的干涉中，暗条纹的地方是光子到达概率小的地方【解析】一个光子谈不上波动性，A错误；暗条纹是光子到达概率小的地方，C错误E正确；光的频率越高，光子的能量E＝hν越大，在光的干涉现象中，光子到达的概率大小决定光屏上出现明、暗条纹，故B、D选项正确．【答案】BDE(教师用书独具)1．(2016·郑州一中检测)以下说法中正确的是( )A．光波和物质波都是概率波B．实物粒子不具有波动性C．实物粒子也具有波动性，只是不明显D．光的波动性是光子之间相互作用引起的E．光通过狭缝后在屏上形成明暗相间的条纹，光子在空间出现的概率可以通过波动规律确定【解析】光波和物质波都是概率波，可通过波动规律来确定，故A、C、E正确，B错误；光的波动性是光的属性，不是光子间相互作用引起的，D错误．【答案】ACE2．(2016·全国乙卷)现用某一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．下列说法正确的是( )A．保持入射光的频率不变，入射光的光强变大，饱和光电流变大B．入射光的频率变高，饱和光电流变大C．入射光的频率变高，光电子的最大初动能变大D．保持入射光的光强不变，不断减小入射光的频率，始终有光电流产生E．遏止电压的大小与入射光的频率有关，与入射光的光强无关【解析】产生光电效应时，光的强度越大，单位时间内逸出的光电子数越多，饱和光电流越大，说法A正确．饱和光电流大小与入射光的频率无关，说法B错误．光电子的最大初动能随入射光频率的增加而增加，与入射光的强度无关，说法C正确．减小入射光的频率，如低于极限频率，则不能发生光电效应，没有光电流产生，说法D错误．遏止电压的大小与入射光的频率有关，与光的强度无关，说法E正确．【答案】ACE3．(2016·江苏高考)已知光速为c，普朗克常数为h，则频率为ν的光子的动量为________．用该频率的光垂直照射平面镜，光被镜面全部垂直反射回去，则光子在反射前后动量改变量的大小为________．【解析】光速为c，频率为ν的光子的波长λ＝cν，光子的动量p＝hλ＝hνc.用该频率的光垂直照射平面镜，光被垂直反射，则光子在反射前后动量方向相反，取反射后的方向为正方向，则反射前后动量改变量Δp ＝p 2－p 1＝2hνc . 【答案】 hνc 2hνc4．(2015·全国卷Ⅰ)在某次光电效应实验中，得到的遏止电压U c 与入射光的频率ν的关系如图所示．若该直线的斜率和截距分别为k 和b ，电子电荷量的绝对值为e ，则普朗克常量可表示为________，所用材料的逸出功可表示为________．图 【解析】 根据光电效应方程E km ＝hν－W 0及E km ＝eU c 得U c ＝hνe －W 0e ，故h e ＝k ，b ＝－W 0e ，得h ＝ek ，W 0＝－eb .【答案】 ek －eb5．(2016·江苏高考)几种金属的逸出功W 0见下表： 金属 钨钙 钠 钾 铷 W 0(×10－19J)7.26 5.12 3.66 3.60 3.14 已知该可见光的波长范围为4.0×10－7～7.6×10－7m ，普朗克常数h ＝6.63×10－34J·s. 【解析】 光子的能量E ＝hc λ 取λ＝4.0×10－7m ，则E ≈5.0×10－19 J根据E ＞W 0判断，钠、钾、铷能发生光电效应．【答案】 钠、钾、铷能发生光电效应．章末综合测评(时间：60分钟 满分：100分)一、选择题(本题共6小题，每小题6分，共36分，在每题给出的5个选项中有3项符合题目要求，选对1个得2分，选对2个得4分，选对3个得6分．每选错1个扣3分，最低得分为0分)1．一个光子和一个电子具有相同的波长，则( )A ．光子具有较大的动量B ．光子具有较大的能量C ．电子与光子的动量相等D ．电子和光子的动量不确定E ．电子和光子都满足不确定性关系式Δx Δp ≥h 4π 【解析】 根据λ＝h p 可知，相同的波长具有相同的动量．【答案】 BCE2．光电效应实验中，下列表述正确的是( )A ．光照时间越长光电流越大B ．入射光足够强就可以有光电流C ．遏止电压与入射光的频率有关D ．入射光频率大于极限频率才能产生光电子E ．只要满足频率条件，光电效应几乎是瞬时发生的【解析】 在光电效应中，若照射光的频率小于极限频率，无论光照时间多长，光照强度多大，都无光电流，当照射光的频率大于极限频率时，立刻有光电子产生，故A 、B 错误，D 、E 正确．由－eU ＝0－E k ，E k ＝hν－W ，可知U ＝(hν－W )/e ，即遏止电压与入射光频率ν，有关，C 正确．【答案】 CDE3．在光电效应实验中，用频率为ν的光照射光电管阴极，发生了光电效应，下列说法正确的是( )A ．增大入射光的强度，光电流增大B ．减小入射光的强度，光电效应现象消失C ．改用频率小于ν的光照射，一定不发生光电效应D ．改用频率大于ν的光照射，光电子的最大初动能变大E ．光电效应的发生与照射光的强度无关【解析】 增大入射光强度，单位时间内照射到单位面积的光电子数增加，则光电流将增大，故选项A 正确；光电效应是否发生取决于照射光的频率，而与照射强度无关，故选项B 错误，E 正确．用频率为ν的光照射光电管阴极，发生光电效应，用频率较小的光照射时，若光的频率仍大于极限频率，则仍会发生光电效应，选项C 错误；根据hν－W 逸＝12mv 2可知，增加照射光频率，光电子的最大初动能也增大，故选项D 正确．【答案】 ADE4．下列叙述的情况中正确的是 ( )A ．光的粒子性说明每个光子就像一个极小的球体一样B ．光是波，与橡皮绳上的波类似C ．光是波，但与宏观概念的波有本质的区别D．光是一种粒子，它和物质作用是“一份一份”进行的E．光子在空间各点出现的可能性大小(概率)可以用波动的规律来描述【解析】光的粒子性说明光是一种粒子，但到达空间某位置的概率遵守波动规律，与宏观概念的粒子和波有着本质的不同，所以选项A、B错误，C、E正确．根据光电效应可知，光是一种粒子，光子与电子的作用是一对一的关系，所以选项D正确．【答案】CDE5．在单缝衍射实验中，中央亮纹的光强占从单缝射入的整个光强的95%以上．假设现在只让一个光子能通过单缝，那么该光子( )A．一定落在中央亮纹处B．一定落在亮纹处C．可能落在亮纹处D．可能落在暗纹处E．落在中央亮纹处的可能性最大【解析】根据光的概率波的概念，对于一个光子通过单缝落在何处，是不可确定的，但概率最大的是落在中央亮纹处，可达95%以上．当然也可能落在其他亮纹处，还可能落在暗纹处，只不过落在暗处的概率很小而已，故只有C、D、E正确．【答案】CDE6．电子的运动受波动性的支配，对于氢原子的核外电子，下列说法正确的是( ) A．氢原子的核外电子可以用确定的坐标描述它们在原子中的位置B．电子绕核运动时，可以运用牛顿运动定律确定它的轨道C．电子绕核运动时，不遵从牛顿运动定律D．电子绕核运动的“轨道”其实是没有意义的E．电子轨道只不过是电子出现的概率比较大的位置【解析】微观粒子的波动性是一种概率波，对于微观粒子的运动，牛顿运动定律已经不适用了，所以氢原子的核外电子不能用确定的坐标描述它们在原子中的位置，电子的“轨道”其实是没有意义的，电子轨道只不过是电子出现的概率比较大的位置，综上所述，C、D、E正确．【答案】CDE二、非选择题(本题共7小题，共64分．按题目要求作答．)7．(6分)(2016·江苏高考)已知光速为c，普朗克常数为h，则频率为ν的光子的动量为________．用该频率的光垂直照射平面镜，光被镜面全部垂直反射回去，则光子在反射前后动量改变量的大小为________．【解析】光速为c，频率为ν的光子的波长λ＝cν，光子的动量p＝hλ＝hνc.用该频率的光垂直照射平面镜，光被垂直反射，则光子在反射前后动量方向相反，取反射后的方向为正方向，则反射前后动量改变量Δp ＝p 2－p 1＝2hνc . 【答案】 hνc 2hνc8．(6分)经150 V 电压加速的电子束，沿同一方向射出，穿过铝箔后射到其后的屏上，电子到达屏上的位置受________规律支配，无法用确定的________来描述它的位置．【解析】 电子被加速后其德布罗意波波长λ＝hp ＝1×10－10 m ，穿过铝箔时发生衍射，电子的运动不再遵守牛顿运动定律，不可能用“轨迹”来描述电子的运动，只能通过概率波来描述．【答案】 波动 坐标9．(6分)某光电管的阴极是用金属钾制成的，它的逸出功为2.21 eV ，用波长为2.5×10－7 m 的紫外线照射阴极，已知真空中光速为3.0×108 m/s ，元电荷为1.6×10－19 C ，普朗克常量为6.63×10－34 J·s.钾的极限频率为________，该光电管发射的光电子的最大初动能是________． 【解析】 由W 0＝hνc 得，极限频率νc ＝W 0h ≈5.3×1014 Hz ；由光电效应方程E k ＝hν－W 0得，光电子的最大初动能E k ＝h c λ－W 0≈4.4×10－19 J. 【答案】 5.3×1014 Hz,4.4×10－19 J10．(10分)太阳能直接转换的基本原理是利用光电效应，将太阳能转换成电能．如图1所示是测定光电流的电路简图，光电管加正向电压．图1(1)标出电源和电流表的正负极；(2)入射光应照在________极上．(3)电流表读数是10 μA，则每秒钟从光电管阴极发射出的光电子至少是________个．【解析】 (1)加正向电压，应该是在电子管中电子由B 向A 运动，即电流是由左向右．因此电源左端是正极，右端是负极，电流表上端是正极，下端是负极．(2)光应照在B 极上．(3)设电子个数为n ，则I ＝ne ，所以n ＝10×10－61.6×10－19＝6.25×1013(个)． 【答案】 (1)电源左端是正极，右端是负极；电流表上端是正极，下端是负极 (2)B(3)6.25×101311．(12分)深沉的夜色中，在大海上航行的船舶依靠航标灯指引航道．如图2所示是一个航标灯自动控制电路的示意图．电路中的光电管阴极K涂有可发生光电效应的金属．下表反映的是各种金属发生光电效应的极限频率和极限波长，又知可见光的波长在400～770 nm(1 nm＝10－9m)．图2各种金属发生光电效应的极限频率和极限波长：金属铯钠锌银铂极限频率(Hz)4.545×10146.000×10148.065×10141.153×10151.529×1015极限波长(μm)0.660 00.500 00.372 00.260 00.196 2(1)光电管阴极K上应涂有金属________；(2)控制电路中的开关S应和________(填“a”和“b”)接触；(3)工人在锻压机、冲床、钻床等机器上劳动时，稍有不慎就会把手压在里面，造成工伤事故．如果将上述控制电路中的电灯换成驱动这些机器工作的电机，这时电路中开关S 应和________接触，这样，当工人不慎将手伸入危险区域时，由于遮住了光线，光控继电器衔铁立即动作，使机床停止工作，避免事故发生．【导学号：66390025】【解析】(1)依题意知，可见光的波长范围为400×10－9～770×10－9m而金属铯的极限波长为λ＝0.660 0×10－6m＝660×10－9m，因此，光电管阴极K上应涂金属铯．(2)深沉的夜色中，线圈中无电流，衔铁与b接触，船舶依靠航标灯指引航道，所以控制电路中的开关S应和b接触．(3)若将上述控制电路中的电灯换成电机，在手遮住光线之前，电机应是正常工作的，此时衔铁与a接触，所以电路中的开关S应和a接触．【答案】 (1)铯 (2)b (3)a12．(12分)德布罗意认为：任何一个运动着的物体，都有着一种波与它对应，波长是λ＝hp，式中p 是运动着的物体的动量，h 是普朗克常量．已知某种紫光的波长是440 nm ，若将电子加速，使它的德布罗意波长是这种紫光波长的10－4倍，求：(1)电子的动量的大小；(2)试推导加速电压跟德布罗意波波长的关系，并计算加速电压的大小．电子质量m ＝9.1×10－31kg ，电子电荷量e ＝1.6×10－19C ，普朗克常量h ＝6.6×10－34J·s，加速电压的计算结果取一位有效数字．【导学号：66390026】【解析】 (1)由λ＝h p知电子的动量p ＝hλ＝1.5×10－23 kg·m/s. (2)电子在电场中加速，有eU ＝12mv 2又12mv 2＝p 22m解得U ＝mv 22e ＝h 22meλ2≈8×102 V.【答案】 (1)1.5×10－23kg·m/s (2)U ＝h 22meλ28×102V13．(12分)如图3所示，相距为d 的两平行金属板A 、B 足够大，板间电压恒为U ，有一波长为λ的细激光束照射到B 板中央，使B 板发生光电效应，已知普朗克常量为h ，金属板B 的逸出功为W 0，电子质量为m ，电荷量为e .求：图3(1)从B 板运动到A 板所需时间最短的光电子，到达A 板时的动能； (2)光电子从B 板运动到A 板时所需的最长时间．【导学号：66390027】【解析】 (1)根据爱因斯坦光电效应方程得E k ＝hν－W 0 光子的频率为ν＝c λ所以光电子的最大初动能为E k ＝hcλ－W 0能以最短时间到达A 板的光电子，是初动能最大且垂直于板面离开B 板的电子，设到达A 板的动能为E k1，由动能定理，得eU ＝E k1－E k所以E k1＝eU ＋hc λ－W 0.(2)能以最长时间到达A 板的光电子，是离开B 板时的初速度为零或运动方向平行于B 板的光电子．则d ＝12at 2＝Uet 22dm解得t ＝d2mUe.【答案】 (1)eU ＋hc λ－W 0 (2)d2m Ue（注：可编辑下载，若有不当之处，请指正，谢谢!）。

专题八 波粒二象性 原子和原子核一、学习目标1、掌握光电效应与光的粒子性2、掌握原子能级跃迁和原子核的衰变规律3、学会核反应方程的书写、质量亏损和核能的计算 二、课时安排 2课时 三、教学过程 （一）知识梳理 1.氢原子能级图 (1)能级图如图1所示.图1(2)一群氢原子处于量子数为n 的激发态时，可能辐射出的光谱线条数：N ＝C 2n ＝n n －2.2.原子核的衰变3.核能(1)原子核的结合能：克服核力做功，使原子核分解为单个核子时吸收的能量，或若干单个核子在核力的作用下结合成原子核时放出的能量.(2)质量亏损：组成原子核的核子的质量与原子核的质量之差，注意质量数与质量是两个不同的概念.(3)质能方程：E ＝mc 2，即一定的能量和一定的质量相联系，物体的总能量与它的质量成正比. 4.光电效应的实验规律(1)任何一种金属都有一个极限频率，入射光的频率必须大于这个频率，才能产生光电效应. (2)光电子的最大初动能与入射光的强度无关，只随入射光的频率增大而增大. (3)入射光照射到金属板上时，光电子的发射几乎是瞬时的，一般不会超过10－9s. (4)当入射光的频率大于极限频率时，光电流的强度与入射光的强度成正比. 5.光电效应方程(1)光电子的最大初动能跟入射光子的能量h ν和逸出功W 0的关系为：12mv 2＝h ν－W 0.(2)极限频率νc ＝W 0h. （二）典例精讲高考题型一 光电效应与光的粒子性【例1】(多选)(2016·全国乙卷·35(1)改编)现用某一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.下列说法正确的是( )A.保持入射光的频率不变，入射光的光强变大，饱和光电流变大B.入射光的频率变高，饱和光电流变大C.入射光的频率变高，光电子的最大初动能变大D.保持入射光的光强不变，不断减小入射光的频率，始终有光电流产生解析 在发生光电效应时，饱和光电流大小由光照强度来决定，与频率无关，光照强度越大饱和光电流越大，因此A 正确，B 错误；根据E k ＝h ν－W 0可知，对于同一光电管，逸出功W 0不变，当频率变高时，最大初动能E k 变大，因此C 正确；由光电效应规律可知，当频率低于截止频率时无论光照强度多大，都不会有光电流产生，因此D 错误.答案 AC 归纳小结1.处理光电效应问题的两条线索一是光的频率，二是光的强度，两条线索对应的关系是：(1)光子频率高→光子能量大→产生光电子的最大初动能大.(2)光强→光子数目多→发射光电子数多→光电流大.2.爱因斯坦光电效应方程E k ＝h ν－W 0的研究对象是金属表面的电子，光电子的最大初动能随入射光频率的增大而增大(如图2所示)，直线的斜率为h ，直线与ν轴的交点的物理意义是极限频率νc，直线与E k轴交点的物理意义是逸出功的负值.图2高考题型二原子结构和能级跃迁【例2】 (多选)如图3所示为氢原子的能级图.用光子能量为13.06eV的光照射一群处于基态的氢原子，下列说法正确的是( )图3A.氢原子可以辐射出连续的各种波长的光B.氢原子可能辐射出10种不同波长的光C.氢原子从n＝4的能级向n＝3的能级跃迁时辐射光的波长最短D.辐射光中，光子能量为0.31eV的光波长最长解析氢原子只能辐射出不连续的几种波长的光.故A错误；因为(－13.6＋13.06) eV＝－0.54eV，知氢原子能够跃迁到第5能级，根据C25＝10知可能观测到氢原子辐射的不同波长的光有10种.故B正确；从n＝5能级跃迁到n＝1能级辐射的光子能量最大，波长最短.故C错误；从n＝5能级跃迁到n＝4能级辐射的光子能量最小，波长最长.光子能量为E5－E4＝[－0.54－(－0.85)]eV＝0.31eV.故D正确.答案BD归纳小结1.汤姆孙发现了电子，密立根测出了电子的电荷量，卢瑟福根据α粒子散射实验构建了原子的核式结构模型.玻尔提出的原子模型很好地解释了氢原子光谱的规律.卢瑟福用α粒子轰击氮核实验发现了质子，查德威克用α粒子轰击铍核发现了中子.贝可勒尔发现了天然放射现象，揭示了原子核是有结构的.居里夫妇首次发现了放射性同位素.2.原子的核式结构模型(1)在原子的中心有一个体积很小、带正电荷的核，叫做原子核，而电子在核外绕核运动； (2)原子的全部正电荷和几乎全部的质量都集中在原子核上，带负电的电子在核外空间绕核旋转.3.能级和能级跃迁： (1)轨道量子化核外电子只能在一些分立的轨道上运动r n ＝n 2r 1(n ＝1,2,3，…) (2)能量量子化原子只能处于一系列不连续的能量状态E n ＝E 1n2(n ＝1,2,3，…) (3)吸收或辐射能量量子化原子在两个能级之间跃迁时只能吸收或辐射一定频率的光子，该光子的能量由前后两个能级的能量差决定，即h ν＝E m －E n (m >n ).高考题型三 核反应和核能的计算【例3】(2016·全国甲卷·35(1))在下列描述核过程的方程中，属于α衰变的是________，属于β衰变的是________，属于裂变的是________，属于聚变的是________.(填正确答案标号)A.146C→147N ＋ 0－1e B.3215P→3216S ＋ 0－1e C.23892U→23490Th ＋42He D.147N ＋42He→178O ＋11H E.23592U ＋10n→14054Xe ＋9438Sr ＋210n F.31H ＋21H→42He ＋10n解析 衰变的反应物只有一个，生成物有42He 或 0－1e ；重核裂变的反应物是重核和中子，生成中等质量的核并再次放出多个中子；轻核聚变是轻核合成为中等质量的核，故属于α衰变的是C ；属于β衰变的是A 、B ；属于裂变的是E ；属于聚变的是F.答案 C AB E F 归纳小结1.α射线、β射线、γ射线之间的区别线2.核反应、核能、裂变、轻核的聚变(1)在物理学中，原子核在其他粒子的轰击下产生新原子核的过程，称为核反应.核反应方程遵循质量数守恒和电荷数守恒的规律.(2)质能方程：一定的能量和一定的质量相联系，物体的总能量和它的质量成正比，即E ＝mc 2或ΔE ＝Δmc 2.(3)把重核分裂成质量较小的核，释放出核能的反应，称为裂变；把轻核结合成质量较大的核，释放出核能的反应，称为聚变.(4)核能的计算：①ΔE ＝Δmc 2，其中Δm 为核反应方程中的质量亏损；②ΔE ＝Δm ×931.5MeV，其中质量亏损Δm 以原子质量单位u 为单位.(5)原子核的人工转变卢瑟福发现质子的核反应方程为：147N ＋42He→178O ＋11H查德威克发现中子的核反应方程为：94Be ＋42He→126C ＋10n约里奥·居里夫妇发现放射性同位素和正电子的核反应方程为：2713Al ＋42He→3015P ＋10n ，3015P→3014Si ＋01e四、板书设计1、光电效应与光的粒子性2、原子能级跃迁和原子核的衰变规律3、核反应方程的书写、质量亏损和核能的计算 五、作业布置完成波粒二象性 原子和原子核的课时作业 六、教学反思借助多媒体形式，使同学们能直观感受本模块内容，以促进学生对所学知识的充分理解与掌握。

高中物理第十七章（波粒二象性）教案设计与知识点解析新课标要求1、内容标准（1）了解微观世界中的量子化现象。

比较宏观物体和微观粒子的能量变化特点。

体会量子论的建立深化了人们对于物质世界的认识。

（2）通过实验了解光电效应。

知道爱因斯坦光电效应方程以及意义。

（3）了解康普顿效应。

（4）根据实验说明光的波粒二象性。

知道光是一种概率波。

（5）知道实物粒子具有波动性。

知道电子云。

初步了解不确定性关系。

（6）通过典型事例了解人类直接经验的局限性。

体会人类对世界的探究是不断深入的。

例1：通过电子衍射实验，初步了解微观粒子的波粒二象性，体会人类对于物质世界认识的不断深入。

2、活动建议：阅读有关微观世界的科普读物，写出读书体会。

17.1 能量量子化：物理学的新纪元三维教学目标1、知识与技能（1）了解什么是热辐射及热辐射的特性，了解黑体与黑体辐射。

（2）了解黑体辐射的实验规律，了解黑体热辐射的强度与波长的关系。

（3）了解能量子的概念。

2、过程与方法（1）了解微观世界中的量子化现象。

比较宏观物体和微观粒子的能量变化特点。

（2）体会量子论的建立深化了人们对于物质世界的认识。

3、情感、态度与价值观：领略自然界的奇妙与和谐，发展对科学的好奇心与求知欲，乐于探究自然界的奥秘，能体验探索自然规律的艰辛与喜悦。

教学重点：能量子的概念教学难点：黑体辐射的实验规律教学方法：教师启发、引导，学生讨论、交流。

教学用具：投影片，多媒体辅助教学设备教学过程：第一节能量量子化：物理学的新纪元（一）引入新课介绍能量量子化发现的背景：（多媒体投影，见课件。

）19世纪末页，牛顿定律在各个领域里都取得了很大的成功：在机械运动方面不用说，在分子物理方面，成功地解释了温度、压强、气体的内能。

在电磁学方面，建立了一个能推断一切电磁现象的 Maxwell方程。

另外还找到了力、电、光、声----等都遵循的规律---能量转化与守恒定律。

当时许多物理学家都沉醉于这些成绩和胜利之中。

第十七章第一、二节一、黑体与黑体辐射1.热辐射:我们周围的一切物体都在辐射_______,这种辐射与物体的_____有关。

2.黑体:指能够_____吸收入射的各种波长的电磁波而不发生反射的物体。

3.一般材料物体的辐射规律:辐射电磁波的情况除与_____有关外,还与材料的_____及_________有关。

4.黑体辐射的实验规律:黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的_____有关,如图所示。

(1)随着温度的升高,各种波长的辐射强度_____。

(2)随着温度的升高,辐射强度的极大值向波长____的方向移动。

【判一判】(1)只有高温物体才能辐射电磁波。

( )(2)能吸收各种电磁波而不反射电磁波的物体叫黑体。

( )(3)温度越高,黑体辐射电磁波的强度越大。

( )二、能量子1.定义:普朗克认为,振动着的带电微粒的能量只能是某一最小能量值ε的_______,当带电微粒辐射或吸收能量时,也是以这个最小能量值为单位_________地辐射或吸收的,这个不可再分的最小能量值ε叫作_______。

2.能量子大小:ε=hν,其中ν是电磁波的频率,h称为_______常量。

h=6.626×10-34J·s(一般取h=6.63×10-34J·s)。

3.能量的量子化:在微观世界中能量是_______的,或者说微观粒子的能量是_____的。

【判一判】(1)微观粒子的能量只能是能量子的整数倍。

( )(2)能量子的能量不是任意的,其大小与电磁波的频率成正比。

( )三、光电效应的实验规律1.光电效应:照射到金属表面的光,能使金属中的___从表面逸出的现象。

2.光电子:光电效应中发射出来的_____。

3.光电效应的实验规律:(1)存在着_____光电流:在光的颜色不变的情况下,入射光越强,饱和电流越大。

这表明对于一定颜色的光,入射光越强,单位时间内发射的光电子数越多。

(2)存在着遏止电压和_____频率:光电子的最大初动能与入射光的频率有关,而与入射光的强弱无关。

1原子核式结构模型1、阴极射线——1897年英国物理学家汤姆孙，对阴极射线进行了一系列的研究，测出了该射线的比荷及电性，从而发现了电子。

2、汤姆孙发现电子的研究过程3、电子电荷的精确测定是由密立根通过著名的“油滴实验”做出的。

并由此得出重要结论：电荷是量子化的，任何带电体的电量都等于元电荷e 的整数倍。

4、汤姆孙原子模型设想—— “枣糕模型”5、卢瑟福的α粒子散射实验① 绝大多数α粒子穿过金箔后，仍沿原来方向运动，不发生偏转。

②有少数α粒子发生较大角度的偏转③有极少数α粒子的偏转角超过了90度，有的几乎达到180度，即被反向弹回。

6、原子核所带正电荷数与质子数相等；原子核的半径数量级为10-15m （该数量级可由α粒子散射实验得到）（而原子半径大小的数量级为10-10m ）。

考点97、氢原子光谱（P54~56）考点98、原子的能级（P57~63）1、光谱定义：光按波长或频率成份和强度的分布记录；2、分类：光谱分为发射光谱和吸收光谱，发射光谱又分为连续谱和线状谱。

a .炽热的固体、液体和高压气体的发射光谱是连续谱，其光谱特点是连在一起的光带。

b.稀薄气体或金属蒸汽的发射光谱是线状谱，其光谱特点是不连续的亮线的光谱；不同元素的线状谱是不同的，因此线状谱是这种元素的特征谱线，可以通过光谱分析鉴别物质。

c.连续谱通过温度较低的气体后产生的吸收光谱，其光谱特点是连续谱背景上的若干暗线；因此吸收光谱也是这种元素的特征谱线，可以通过光谱分析鉴别物质。

原子特征谱线：不同原子的发射光谱是不同的，线状光谱与原子是一一对应的，它能反映原子的特征，故线状光谱也称之为特征谱线。

可用于鉴别物质和确定物质的组成，这种方法称为光谱分析，其灵敏度可达10－10g 。

3、氢原子光谱（线状光谱）的实验规律①实验：利用气体放电管放电使稀薄氢气发光。

（看课本P55图18.3－4、18.3－5）2）实验规律（巴耳末公式——由可见光范围内所观测到的氢光谱总结而得）λ1＝R （221－2n1） n ＝3、4、5、6、……为里德伯常量，R=1.10×107m －1 这个公式表明，该光谱的波长分布具有分立的特点。

波粒二象性教案21、教学目标（1）了解波粒二象性的基本概念和实验观测现象。

（2）理解波粒二象性的量子本质和物理意义。

（3）熟悉波粒二象性模型和数学表达。

（4）掌握波粒二象性的理论和实验应用。

2、教学内容（1）波粒二象性概念和实验观测现象（2）波粒二象性的量子本质和物理意义（3）波粒二象性的模型和数学表达（4）波粒二象性的实验应用和理论解释3、教学重点（1）理解波粒二象性的量子本质和物理意义。

（2）掌握波粒二象性的模型和数学表达。

（3）了解波粒二象性的实验应用和理论解释。

4、教学方法（1）讲授法（2）案例教学法（3）合作学习法（4）互动式探究法5、教学过程（1）引入引导学生了解波粒二象性的概念和历史发展。

（2）概念讲解解释波粒二象性的概念及其基本特征。

（3）实验观测现象介绍实验观测现象，包括双缝干涉、单缝衍射、光电效应等实验。

（4）总结量子本质和物理意义通过实验现象对波粒二象性的量子本质和物理意义进行总结。

（5）模型和数学表达介绍波粒二象性的模型和数学表达方法。

（6）实验应用和理论解释介绍波粒二象性在实验应用和理论解释中的具体应用。

（7）案例教学通过光电效应、量子纠缠、原子自旋等案例进行深入学习和讨论。

（8）合作学习进行合作式探究学习，探究存在与否的神秘的波粒二象性背后的真相。

（9）课堂表现教师进行课堂表现评价，鼓励和表扬教学优秀学生，并加强对其他学生的指导。

6、教学评估使用期中和期末考试、课堂练习、小组讨论和作业等方式进行考核和教学评估。

7、教学资源PPT、多媒体设备、实验设备、教学视频和案例等。

8、教学总结（1）波粒二象性是量子力学的基本原理，是现代物理学研究的重要课题之一。

（2）掌握波粒二象性的理论和实验应用，对于深入理解量子力学及其应用具有重要意义。

（3）在教学实践中，结合案例教学、合作式学习等多种教学方法，可以提高学生的主动性和创造性，促进知识的深入理解和应用。