高中物理-原子结构全章 课件

能量恰好等于两能级差,如果不等于,则光子不能被吸收,基态与第3能级的
能级差为12.09 eV,与第4能级的能级差为12.75 eV,所以12.5 eV的光子不会
被吸收,故A正确;氢原子被外来自由电子撞击俘获能量被激发,电子的能量
为12.5 eV,氢原子最高可跃迁到第3能级,剩余能量可以以动能形式存在,所
11.(2024安徽卷)大连相干光源是我国第一台高增益自由电子激光用户装
置,其激光辐射所应用的玻尔原子理论很好地解释了氢原子的光谱特征。
图为氢原子的能级示意图,已知紫外光的光子能量大于3.11 eV,当大量处于
n=3能级的氢原子向低能级跃迁时,辐射不同频率的紫外光有( B )
A.1种 B.2种
C.3种 D.4种
解析 由跃迁条件可知,处于基态的氢原子吸收光子能量而使氢原子发生跃
迁,则吸收的光子能量应满足hν=Em-E1(m>1),由能级图可知,E2-E1=10.2
eV,E3-E1=12.09 eV,E4-E1=12.75 eV,E5-E1=13.06 eV,故A正确,B、C错误;由
于14.0 eV>13.6 eV,氢原子被电离,故D正确。
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8.(2024陕西西安高二联考)元宵灯会上各类霓虹灯悉数登场,多姿多彩的
霓虹灯使人们在元宵花灯节上感受着浓浓的节日气息。霓虹灯发光原理
是不同气体原子从高能级向低能级跃迁时发出能量各异的光子而呈现五
颜六色,氢原子的能级图如图所示,氢原子处于n=5能级上,已知可见光的光
级跃迁到n=4能级辐射的光子的能量小于电子从n=3能级跃迁到n=4能级
吸收的光子的能量,D错误。
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得出结论：电荷量是量子化的，电荷的电荷量都是元电荷 e 的 整数倍．
答案：电荷量是量子化的，电荷的电荷量都是元电荷 e 的整数 倍
对 α 粒子散射实验的理解 1．装置：放射源、金箔、荧光屏等，如图所示．
2．现象 (1)绝大多数的 α 粒子穿过金箔后仍沿原来的方向前进． (2)少数 α 粒子发生较大的偏转． (3)极少数 α 粒子偏转角度超过 90° ，有的几乎达到 180° . 3．注意事项 (1)整个实验过程在真空中进行． (2)α 粒子是氦原子核，体积很小，金箔需要做得很薄，α 粒子才 能穿过． 4．汤姆孙的原子模型不能解释 α 粒子大角度散射的实验结果．
做一做
关于原子结构，汤姆孙提出“葡萄干蛋糕模型”、 )
卢瑟福提出“行星模型”，如图甲和乙所示，都采用了类比推 理的方法．下列事实中，主要采用类比推理的是(
A．人们为便于研究物体的运动而建立质点模型 B．伽利略从教堂吊灯的摆动中发现摆的等时性规律 C．库仑根据牛顿的万有引力定律提出库仑定律 D．托马斯· 杨通过双缝干涉实验证实光是一种波
电子比荷的测定 1910 年美国物理学家密立根通过著名的“油滴实验”，简练而 又精确地测定了电子的电荷量．更重要的是密立根实验发现电 荷是量子化的， 即任何电荷的电荷量只能是元电荷 e 的整数倍， 并求得了元电荷即电子所带的电荷量 e.
密立根实验的原理 (1)如图所示， 两块平行放置的水平金属板 A、 B 与电源相连接， 使 A 板带正电，B 板带负电，从喷雾器喷嘴喷出的小油滴经上 面金属板中间的小孔，落到两板之间的匀强电场中．
(1)英国物理学家汤姆孙认为阴极射线是一种电磁
(2)组成阴极射线的粒子是电子．( √ ) (3)电子是原子的组成部分， 电子电荷量可以取任意数值． ( × ) (4)α 粒子散射实验证明了汤姆孙的原子模型是符合事实的． ( × ) (5)α 粒子散射实验中大多数 α 粒子发生了大角度偏转或反弹． ( × ) (6)α 粒子大角度的偏转是电子造成的．( × )

▪ 一些叫作光子的粒子上，光子所携带的能量为 ε = hν
光电效应
▪ 1) 材料逸出功为常数，因此电子的动能完全由频率决定——截止电压仅由频率决定； ▪ 2的) 存Ek 在> 0；恒成立，因此当 hν < W 时，不会出现电子溢出——解释了图(d)中截止电压 ▪ 3) 光的强度由光子的数目决定——解释了饱和光电流的存在以及饱和光电流仅有光
▪ 这些值是某一最小能量单元 ε0 = hν 的整数倍， 其中 ν 为谐振子的频率。
电子的发现
▪ 电子的发现—Thomson 阴极射线实验 ▪ 阴极射线的本质——电磁辐射？带电微粒？ ▪ 汤姆孙实验(在电磁场中偏转) ——阴极射
线是带电粒子流 ▪ 汤姆孙实验(不同材料的阴极，不同的气
体) ——射线粒子的电荷与氢离子一样
玻尔模型的局限性
▪ 玻尔理论成功地解释了氢原子光谱的实验规律。 但对于稍微复杂一点的原子如氦原子，玻尔理 论就无法解释它的光谱现象。
2 光电效应方程与光的波粒二象性
实验结果
▪ 1. 当电压大于一定数值后，光电流达到饱和值 Im ，不随电压的增加而增加 → 从阴极逸出的光电子全部达到了阳极 C；
强决定； ▪ 4) 光强一定，频率变化，饱和光电流就不变，只有截止电压改变——解释了图(b)中
的现象； ▪ 5) 光强变化，频率一定，截止电压就不变，只有饱和光电流改变——解释了图(c)中
的现象； ▪ 6) 电子吸收一个光子后，马上就会有光电子的发射——光电流的响应无时间延迟； ▪ 7) 根据光电方程我们得到了另一种有别于黑体辐射的，测量普朗克常数的方法。
▪ 3.量子理论：玻尔提出的定态和在定态之间跃迁的概念都被保留下来，而不 正确的经典轨道概念就被抛弃了。
1 原子的能级结构

• 2．能量量子化
• (1)电子在可能轨道上运动时，尽管是变速运 动，但它并不释放能量，原子是稳定的，这样的 状态也称之为定态．
• (2)由于原子的可能状态(定态)是不连续的， 具有的能量也是不连续的．这样的能量值，称为 能级，能量最低的状态称为基态，其他的状态叫 作激发态，对氢原子，以无穷远处为势能零点时，
[先填空]
• 1．成功之处 • 玻尔理论第一次将___量_子_观_念___引入原子领域， 提出了___定_态_和_跃__迁___的概念，成功解释了__氢_原_子__光 谱的实验规律．
• 2．局限性 • 保留了___经_典__粒_子___的观念，把电子的运动仍 然看做经典力学描述下的__轨_道__运动．
• 【提示】 不同．玻尔的原子模型的电子轨 道是量子化的，只有当半径的大小符合一定条件 时才有可能．卢瑟福的行星模型的电子轨道是任 意的，是可以连续变化的．
• 2．电子由高能量状态跃迁到低能量状态时， 释放出的光子的频率可以是任意值吗？
• 【提示】 不可以．因各定态轨道的能量是 固定的，由hν＝Em－En可知，跃迁时释放出的光 子的频率，也是一系列固定值．
• 其能级公式En＝E1(n＝1，2，3…)其中E1代表 氢原子的基态的能级，即电子在离核最近的可能 轨道上运动时原子的能量值，E1＝－13.6 eV.n是 正整数，称为量子数．量子数n越大，表示能级越 高．
• (3)原子的能量包括：原子的原子核与电子所 具有的电势能和电子运动的动能．
• 3．跃迁
• 【解析】 根据玻尔理论，核外电子运动的 轨道半径是确定的值，而不是任意值，A错误； 氢原子中的电子离原子核越远，能级越高，能量 越大，B正确；由跃迁规律可知C正确；氢原子从 激发态向基态跃迁的过程中，应辐射能量，D错 误．

[核心点击] 1．对阴极射线的认识 (1)现象：真空玻璃管两极加上高电压，玻璃管壁上发出荧光及管中物体在 玻璃壁上的影． (2)命名：德国物理学家戈德斯坦将阴极发出的射线命名为阴极射线． (3)猜想 ①阴极射线是一种电磁辐射． ②阴极射线是带电微粒．
(4)验证：英国物理学家汤姆孙让阴极射线在电场和磁场中偏转，发现阴极 射线带负电并测出了粒子的比荷进而发现电子．
(3)由以上两式确定粒子的比荷表达式：mq ＝BE2r.
1．(多选)如图 2-1-2 所示，一只阴极射线管，左侧不断有电子射出，若在管 的正下方放一通电直导线 AB 时，发现射线径迹向下偏转，则( )
【导学号：64772023】
图 2-1-2
A．导线中的电流由 A 流向 B B．若要使电子束的径迹往上偏转，可以通过改变 AB 中的电流方向来实现 C．电子束的径迹与 AB 中的电流方向无关 D．若将直导线 AB 放在管的正上方，电流方向不变，则电子束的径迹将向 上偏
(5)实验：密立根通过“油滴实验”精确测定了电子的电荷量和电子的质量．
2．电子比荷的测定方法 (1)让带电粒子通过相互垂直的电场和磁场(如图 2-1-1 甲)，让其做匀速直线 运动，根据二力平衡，即 F 洛＝F 电(Bqv＝qE)，得到粒子的运动速度 v＝EB.
甲
乙
图 2-1-1
(2)撤去电场(如图乙)，保留磁场，让粒子单纯地在磁场中运动，由洛伦兹力 提供向心力，即 Bqv＝mvr2，根据轨迹偏转情况，由几何知识求出其半径 r.
【解析】 步骤 B 中电子在 M1、M2 两极板间做类平抛运动，当增大两极板 间电压时，电子在两极板间的偏转位移增大．
当在荧光屏上看不到亮点时，电子刚好打在下极板 M2 靠近荧光屏端的边缘， 则d2＝2UdqmLv2，mq ＝dU2Lv22.

(2)饱和电流与正向电压的关系。
从金属板飞出的光电子到达阳极,回路中便产生光电流,随着
所加正向电压的增大,光电流趋于一个饱和值,这个饱和值是
饱和电流,在一定的光照条件下,饱和电流与所加正向电压大
小无关。
(3)饱和电流与光的强弱的关系。
实验表明,在光的频率不变的情况下,入射光越强,饱和电流越
大。这说明,对于一定频率(颜色)的光,入射光越强,单位时间
效应说明了光的粒子性。
课堂•重难突破
一 光电效应中的几组概念的理解
重难归纳
1.光子与光电子。
(1)光子指光在空间传播时的每一份能量,光子不带电;光电子
是金属表面受到光照射时发射出来的电子,其本质是电子。
光子是光电效应的因,光电子是果。
(2)对于同一种金属,光电子的能量只与入射光的频率有关,而
与入射光的强弱无关。
图像名称 图线形状
颜色相同的
光,光电流与
电压的关系
图线
颜色不同时,
光电流与电
压的关系图
线
由图线直接(间接)得到的物理量
①遏止电压Uc:图线与横轴的交
点
②饱和光电流Im:电流的最大值
③最大初动能:Ek=eUc
①遏止电压Uc1、Uc2
②饱和光电流
③最大初动能Ek1=eUc1,Ek2=eUc2
图像名称 图线形状
(2)最大初动能与遏止电压的关系:Ek=eUc。
(3)逸出功与极限频率的关系W0=hνc。
3.四类图像。
图像名称 图线形状
最大初动
能Ek与入
射光频率
ν的关系
图线
由图线直接(间接)得到的物理量
①极限频率:图线与ν轴交点的横

提示:(1)阴极射线向下偏转,与电场线方向相反,说明阴极射线带负电。 (2)由左手定则可得,在金属板D1、D2之间单独加垂直纸面向外的磁场, 可以(kěyǐ)让阴极射线向上偏转。
第二十七页，共46页。
【归纳总结】
1.让带电粒子通过相互(xiānghù)垂直的电场和磁场(如图),让其做匀速直线
运动,根据二力平衡,即F洛=F电(Bqv=qE),得到粒子的运动速度v=
第十五页，共46页。
【解题探究】 (1)射线的轨迹向下偏说明了什么? 提示:粒子受到了磁场对它向下的作用力。 (2)如何确定射线所在处磁场的方向? 提示:应根据左手定则(dìnɡ zé)判断。
第十六页，共46页。
【正确解答】选B、C。阴极射线是高速电子流,由左手定则判断可知,磁场 垂直纸面向里,由安培定则可知,导线(dǎoxiàn)AB中的电流由B流向A,且 改变AB中的电流方向时可以使电子束的轨迹往上偏。故选项B、C正确。
第十二页，共46页。
【归纳总结】 1.现象:真空玻璃管两极加上高电压,玻璃管壁上发出荧光及管中物体在玻璃壁上 的影。 2.命名(mìng míng):德国物理学家戈德斯坦将阴极发出的射线命名(mìng míng)为 阴极射线。 3.猜想: (1)阴极射线是一种电磁辐射。 (2)阴极射线是带电微粒。
【判一判】 (1)英国物理学家汤姆孙认为阴极射线是一种电磁辐射。( ) (2)组成阴极射线的粒子(lìzǐ)是电子。 ( ) (3)电子是原子的组成部分,电子电荷量可以取任意数值。( ) 提示:(1)×。英国物理学家汤姆孙认为阴极射线是一种带电粒子(lìzǐ) 流。 (2)√。组成阴极射线的粒子(lìzǐ)被称为电子。 (3)×。电子电荷量是量子化的,只能是e的整数倍。
第十九页，共46页。

子的质量 mα=4.002 6 u,且 1 u 相当于 931.5 MeV 的能量。
(1)通过计算判断p是谁的运动轨迹。
239
(2)求一个 94 Pu 原子核发生衰变放出的能量。(结果保
留三位有效数字)
答案 (1)轨迹p为α粒子的运动轨迹。
(2)5.22 MeV
解析 (1)由于衰变过程动量守恒,则mUvU-mαvα=0
D.k=2,X为质子
238
解析 在核反应方程 92 U+12 H
Np+01 n 中,由电荷数守恒和质量数守恒
238
可得 238+2=238+k,解得 k=2,在核反应方程 93 Np
X+238
94 Pu 中,由电荷数
守恒和质量数守恒可得 93=Z+94,238=A+238,解得 Z=-1,A=0,所以 X 为电子,
故 B 正确,A、C、D 错误。
突破点二
衰变与轨道
原来静止的原子核衰变发出射线,同时生成新核,若它们处在同一个匀强磁
场中,运动轨迹(圆)就会出现内切圆和外切圆的图像。
1.判断内切、外切的理论依据
(1)动量守恒定律:新核与粒子的动量大小相等、方向相反。
(2)带电粒子在磁场中的偏转:带电粒子以某一初速度垂直进入匀强磁场,
238
92
234
90
U
Th+42 He
产生条件
所有原子序数
大于83的元素
及个别小于或
Th
意义
揭开了人
类研究原
应用
利用放射
性元素的
半衰期进
Pa+-1 0 e 等于83的元素 子核结构 行文物年

1.了解光电效应及其实验规律,以及光电效应与电磁理论的矛盾。
(物理观念)
学习 2.知道爱因斯坦光电效应方程及应用。(科学思维)
目标 3.了解康普顿效应及其意义,了解光子的动量。(物理观念)
4.理解光的波粒二象性及其对立统一的关系,会用光的波粒二象性
分析有关现象。(物理观念)
目录索引
基础落实·必备知识全过关
(1)金属表面是否发生光电效应与入射光的强弱有关。( × )
提示金属表面是否发生光电效应,取决于光的频率,与光的强弱无关。
(2)在发生光电效应的条件下,同种频率的入射光强度越大,饱和光电流越
大。( √ )
(3)不同金属的逸出功不同,因此金属对应的截止频率也不同。( √ )
(4)入射光若能使某金属发生光电效应,则入射光的强度越大,照射出的光
成分,这个现象称为康普顿效应。
λ0的
3.康普顿效应的解释
(1)光子模型:光子不仅具有能量,而且具有动量p=
ℎ

。
(2)解释:在康普顿效应中,入射光子与晶体中电子碰撞时,把一部分动量转
移给电子,光子的动量可能会变小。由p=
ℎ

可知波长λ变大,因此,这些光
子散射后波长变大。
4.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
重难探究·能力素养全提升
学以致用·随堂检测全达标
基础落实·必备知识全过关
一、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
象。
电子 从表面逸出的现
本质还是电子
2.光电子:光电效应中发射出来的 电子
。
3.光电效应的实验规律
发生光电效应是有条件的
(1)截止频率:当入射光的频率 减小