2024年高中物理新教材同步 選擇性必修第三冊 第4章 章末素養(yǎng)提升

章末素養(yǎng)提升物理觀念普朗克黑體輻射理論(1)隨著溫度增加各種波長的輻射強(qiáng)度都有所增加；輻射強(qiáng)度的極大值向波長較短的方向移動(dòng)(2)能量子ε＝hν光電效應(yīng)本質(zhì)：電子eq\o(→,\s\up7(吸收光子))光電子規(guī)律：(1)存在飽和電流(2)存在遏止電壓(最大初動(dòng)能)(3)存在截止頻率(4)瞬時(shí)性愛因斯坦光電效應(yīng)方程：Ek＝hν－W0W0只取決于金屬本身光子說光子的能量ε＝hν康普頓效應(yīng)光子的動(dòng)量p＝eq\f(h,λ)原子的核式結(jié)構(gòu)模型陰極射線→電子的發(fā)現(xiàn)α粒子散射實(shí)驗(yàn)及現(xiàn)象盧瑟福的核式結(jié)構(gòu)模型氫原子光譜和玻爾的原子模型光譜發(fā)射光譜、吸收光譜、原子特征譜線光譜分析氫原子光譜的實(shí)驗(yàn)規(guī)律玻爾的原子模型三個(gè)基本假設(shè)：(1)軌道量子化(2)能量量子化(3)能級(jí)躍遷：hν＝En－Em(m<n)玻爾理論對氫原子光譜的解釋粒子的波動(dòng)性、物質(zhì)波物質(zhì)波的頻率ν＝eq\f(ε,h)波長λ＝eq\f(h,p)科學(xué)思維1.能用愛因斯坦光電效應(yīng)方程解釋光電效應(yīng)現(xiàn)象2．能用玻爾原子理論解釋氫原子能級(jí)圖及光譜3．能夠用愛因斯坦光電效應(yīng)方程、玻爾氫原子理論、波粒二象性解釋與解決有關(guān)問題科學(xué)態(tài)度與責(zé)任1.認(rèn)識(shí)玻爾的原子理論和盧瑟福的原子核式結(jié)構(gòu)模型之間的繼承和發(fā)展關(guān)系，了解玻爾模型的不足之處及原因2．領(lǐng)會(huì)量子力學(xué)的建立對人們認(rèn)識(shí)物質(zhì)世界的影響例1(2022·西安市高二期末)α粒子散射實(shí)驗(yàn)被評為世界十大經(jīng)典物理實(shí)驗(yàn)之一，此實(shí)驗(yàn)開創(chuàng)了原子結(jié)構(gòu)研究的先河，為建立現(xiàn)代原子核理論打下了基礎(chǔ)，關(guān)于α粒子散射實(shí)驗(yàn)，下列說法正確的是()A．湯姆孫的α粒子散射實(shí)驗(yàn)，證明了原子核是可以再分的B．該實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)否定了盧瑟福的“西瓜模型”，并估算了原子的大小C．該實(shí)驗(yàn)表明原子中心有一個(gè)極大的核，它占有原子體積的極大部分D．該實(shí)驗(yàn)表明占原子質(zhì)量絕大部分的帶正電的物質(zhì)集中在很小的空間范圍內(nèi)答案D解析盧瑟福α粒子散射實(shí)驗(yàn)，證明了原子的核式結(jié)構(gòu)，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；盧瑟福用α粒子散射實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)否定了湯姆孫的“西瓜模型”，并估算了原子核的大小，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；從絕大多數(shù)粒子幾乎不發(fā)生偏轉(zhuǎn)，可以推測使粒子受到排斥力的核體積極小，實(shí)驗(yàn)表明：原子中心有一個(gè)極小的核，它占有原子體積的極小部分，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；該實(shí)驗(yàn)表明原子中心的核帶有原子的全部正電和絕大部分質(zhì)量，選項(xiàng)D正確。例2(多選)下列說法正確的是()A．速度相同的質(zhì)子和電子相比，電子的波動(dòng)性更為明顯B．用E和p分別表示X射線每個(gè)光子的能量和動(dòng)量，則E＝eq\f(hc,λ)，p＝eq\f(h,λ)C．D．康普頓效應(yīng)表明光子除了具有能量之外還有動(dòng)量答案ABD解析根據(jù)德布羅意波長公式λ＝eq\f(h,p)，速度相同的質(zhì)子和電子相比，電子的動(dòng)量小，波長長，波動(dòng)性明顯，故A正確；根據(jù)E＝hν，且λ＝eq\f(h,p)，c＝λν，可得X射線每個(gè)光子的能量為E＝eq\f(hc,λ)，每個(gè)光子的動(dòng)量為p＝eq\f(h,λ)，故B正確；由愛因斯坦的光電效應(yīng)方程Ek＝hν－W0可知，光電子的最大初動(dòng)能Ek與入射光的頻率ν是線性關(guān)系，但不成正比，故C錯(cuò)誤；康普頓效應(yīng)表明光子除了具有能量之外還有動(dòng)量，揭示了光的粒子性，故D正確。例3的光子照射到光電管上時(shí)，電流表示數(shù)不為零。移動(dòng)滑動(dòng)變阻器的滑片c，當(dāng)電壓表的示數(shù)大于或等于0.7V時(shí)，電流表示數(shù)為0，則()A．光電管陰極的逸出功為1.8eVB．S斷開后，沒有電流流過電流表C．光電子的最大初動(dòng)能為1.8eVD．用能量為1.7eV的光子照射，電流表有電流答案A解析該裝置所加的電壓為反向電壓，當(dāng)電壓表的示數(shù)大于或等于0.7V時(shí)，電流表示數(shù)為0，知光電子的最大初動(dòng)能為0.7eV，根據(jù)光電效應(yīng)方程有Ekm＝hν－W0，W0＝1.8eV，故選項(xiàng)A正確，C錯(cuò)誤。S斷開后，用能量為2.5eV的光子照射到光電管上時(shí)發(fā)生了光電效應(yīng)，有光電子逸出，則有電流流過電流表，故選項(xiàng)B錯(cuò)誤；改用能量為1.7eV的光子照射，由于光電子的能量小于逸出功，不能發(fā)生光電效應(yīng)，無光電流，故選項(xiàng)D錯(cuò)誤。例4(2022·濟(jì)南市高二期中)某興趣小組用如圖甲所示的電路探究光電效應(yīng)的規(guī)律。根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，小剛同學(xué)作出了光電子的最大初動(dòng)能與入射光頻率的關(guān)系圖線如圖乙所示，小明同學(xué)作出了遏止電壓與入射光頻率的關(guān)系圖線如圖丙所示。已知光電子的電荷量為e，則下列說法正確的是()A．如果圖乙、圖丙中研究的是同一金屬的光電效應(yīng)規(guī)律，則a＝eq\f(c,e)B．如果研究不同金屬光電效應(yīng)的規(guī)律，在圖乙中將得到經(jīng)過(b,0)點(diǎn)的一系列直線C．如果研究不同金屬光電效應(yīng)的規(guī)律，在圖丙中將得到不平行的傾斜直線D．普朗克常量h＝eq\f(a,b)＝eq\f(ce,d)答案D解析如果題圖乙、題圖丙中研究的是同一金屬的光電效應(yīng)規(guī)律，則由題圖乙可得該金屬的逸出功W0＝a，由題圖丙可得該金屬的逸出功W0＝ec，故有a＝ec，故A錯(cuò)誤；如果研究不同金屬光電效應(yīng)的規(guī)律，則根據(jù)Ek＝hν－W0，可判斷不同金屬的逸出功不同，故當(dāng)Ek＝0時(shí)，對應(yīng)的ν不同，故在題圖乙中得不到經(jīng)過(b,0)點(diǎn)的一系列直線，故B錯(cuò)誤；如果研究不同金屬光電效應(yīng)的規(guī)律，則根據(jù)eUc＝hν－W0，可判斷直線的斜率為k＝eq\f(h,e)，故在題圖丙中將得到一系列平行的傾斜直線，故C錯(cuò)誤；由題圖乙可得普朗克常量h＝k＝eq\f(a,b)，由題圖丙可得，直線斜率為k＝eq\f(c,d)＝eq\f(h,e)，得h＝eq\f(ec,d)，故D正確。例5(2022·浙江6月選考)如圖為氫原子的能級(jí)圖。大量氫原子處于n＝3的激發(fā)態(tài)，在向低能級(jí)躍遷時(shí)放出光子，用這些光子照射逸出功為2.29eV的金屬鈉。下列說法正確的是()A．逸出光電子的最大初動(dòng)能為10.80eVB．n＝3躍遷到n＝1放出的光電子動(dòng)量最大C．有3種頻率的光子能使金屬鈉產(chǎn)生光電效應(yīng)D．用0.85eV的光子照射，氫原子躍遷到n＝4激發(fā)態(tài)答案B解析從n＝3躍遷到n＝1放出的光電子能量最大，根據(jù)Ek＝E－W0，可得此時(shí)最大初動(dòng)能為Ek＝9.8eV，故A錯(cuò)誤；從n＝3躍遷到n＝1放出的光電子能量最大，根據(jù)p＝eq\f(h,λ)＝eq\f(hν,c)，E＝hν，可知?jiǎng)恿恳沧畲?，故B正確；大量氫原子從n＝3的激發(fā)態(tài)躍遷到基態(tài)能放出Ceq\o\ar(2,3)＝3頻率的光子，其中從n＝3躍遷到n＝2放出的光子能量為ΔE1＝－1.51eV－(－3.4eV)＝1.89eV<2.29eV，不能使金屬鈉發(fā)生光電效應(yīng)，其他兩種均可以，故C錯(cuò)誤；由于從n＝3躍遷到n＝4需要吸收的光子能量為ΔE2＝1.51eV－0.85eV＝0.66eV，所以用0.85eV的光子照射，不能使氫原子躍遷到n＝4激發(fā)態(tài)，故D錯(cuò)誤。例6(多選)(2023·浙江1月選考)氫原子從高能級(jí)向低能級(jí)躍遷時(shí)，會(huì)產(chǎn)生四種頻率的可見光，其光譜如圖甲所示。氫原子從能級(jí)6躍遷到能級(jí)2產(chǎn)生可見光Ⅰ，從能級(jí)3躍遷到能級(jí)2產(chǎn)生可見光Ⅱ。用同一雙縫干涉裝置研究兩種光的干涉現(xiàn)象，得到如圖乙和圖丙所示的干A．圖甲中的Hα對應(yīng)的是ⅠB．圖乙中的干涉條紋對應(yīng)的是ⅡC．Ⅰ的光子動(dòng)量大于Ⅱ的光子動(dòng)量D．P向a移動(dòng)，電流表示數(shù)為零時(shí)Ⅰ對應(yīng)的電壓表示數(shù)比Ⅱ的大答案CD解析根據(jù)題意，氫原子發(fā)生能級(jí)躍遷時(shí)，由公式可得Em－En＝hν＝eq\f(hc,λ)，可知可見光Ⅰ的頻率大，波長小，可見光Ⅱ的頻率小，波長大。題圖甲中的Hα對應(yīng)的是可見光Ⅱ，故A錯(cuò)誤；由公式有干涉條紋間距為Δx＝λeq\f(l,d)，題