第四章 原子结构和波粒二象性（复习课件）-2025-2026学年高中物理选择性必修第三册（人教版2019）

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第四章 原子结构和波粒二象性人教版（2019）选择性必修 第三册单元复习单元学习目标理解黑体辐射的实验规律与普朗克能量子假说，能解释光电效应现象，掌握光电效应方程，理解光子说及光的波粒二象性。掌握康普顿效应的实验现象与物理意义，能结合动量守恒和能量守恒分析相关问题，深化对光的粒子性的理解。了解原子结构模型的演变过程（汤姆孙 “枣糕模型”、卢瑟福核式结构模型），理解 α 粒子散射实验的现象、分析及核式结构模型的核心内容。理解玻尔原子理论的基本假设（定态、跃迁、轨道量子化），能运用玻尔模型分析氢原子的能级结构、跃迁问题，解释氢原子光谱的形成规律。单元学习目标理解实物粒子的德布罗意波假说，掌握德布罗意波长公式，了解电子衍射实验对物质波假说的验证，进一步理解物质的波粒二象性。了解不确定性关系的内容与物理意义，能认识宏观与微观世界的差异，理解量子化思想在微观世界中的体现。能综合运用本章知识，分析原子能级跃迁、光电效应、物质波等相关问题，建立微观世界的物理图景，体会量子理论对经典物理学的突破与发展。1. 本章思维导图2. 各节知识清单3. 题型剖析及针对训练4. 课堂巩固5. 课堂总结一、本章思维导图第四章 原子结构和波粒二象性本章思维导图第四章 原子结构和波粒二象性本章思维导图第四章 原子结构和波粒二象性二、各节知识清单第三章 热力学定律第1节 普朗克黑体辐射理论一、黑体与黑体辐射1.黑体：某种物体能够 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.黑体辐射(1)定义：黑体虽然不 电磁波，却可以向外 电磁波，这样的辐射叫作黑体辐射。(2)黑体辐射特点：黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的______有关。完全吸收反射反射辐射温度第1节 普朗克黑体辐射理论二、黑体辐射的实验规律如图所示为黑体辐射电磁波的强度按波长分布的情况，从图中可以看出。1.随着温度的升高，各种波长的辐射强度都有 。2.随着温度的升高，辐射强度的极大值向波长_______的方向移动。3.温度一定时，黑体辐射强度随波长的分布有一个极大值。增加较短第1节 普朗克黑体辐射理论三、能量子1.定义：组成黑体的振动着的带电微粒的能量只能是某一最小能量值ε的 ，这个不可再分的 叫作能量子。2.表达式：ε= 。其中ν是带电微粒的 ，即带电微粒吸收或辐射电磁波的频率。h被称为 ，h=6.626 070 15×10-34 J·s。3.能量的量子化：微观粒子的能量是 的，或者说微观粒子的能量是 的。整数倍最小能量值εhν振动频率普朗克常量量子化分立第2节 光电效应一、光电效应的实验规律1.光电效应现象(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 。2.光电效应的实验规律(1)存在 或极限频率νc：当入射光的频率 截止频率νc时不发生光电效应。实验表明，不同金属的截止频率 。截止频率与金属 有关。电子电子截止频率低于不同自身的性质第2节 光电效应 饱和电流越大遏止电压0初速度瞬时性立即一、光电效应的实验规律第2节 光电效应一、光电效应的实验规律3.光电效应经典解释中的疑难(1)逸出功：使电子脱离某种金属，外界对它做功的 值，用W0表示。不同种类的金属，其逸出功的大小 (填“相同”或“不相同”)。(2)光电效应经典解释①不应存在 频率。②遏止电压Uc应该与光的强弱 关。③电子获得逸出表面所需的能量需要的时间应 实验中产生光电流的时间。最小不相同截止有远远大于第2节 光电效应二、爱因斯坦的光电效应理论1.光子：光本身就是由一个个不可分割的能量子组成的，频率为ν的光的能量子为 ，其中h为普朗克常量。这些能量子后来称为 。2.爱因斯坦光电效应方程(1)表达式：hν= 或Ek= 。(2)物理意义：金属中电子吸收一个光子获得的能量是 ，在这些能量中，一部分大小为W0的能量被电子用来脱离金属，剩下的是逸出后电子的 。其中Ek为光电子的 初动能。hν光子Ek+W0hν-W0hν初动能最大第2节 光电效应二、爱因斯坦的光电效应理论3.光电效应方程对光电效应实验现象的解释(1)只有当hν W0时，才有光电子逸出，νc= 就是光电效应的截止频率。(2)光电子的最大初动能Ek与 有关，而与光的 无关。这就解释了遏止电压和光强无关。(3)电子 吸收光子的全部能量，不需要积累能量的时间，光电流自然几乎是瞬时产生的。(4)对于同种颜色(频率ν相同)的光，光较强时，包含的光子数较多，照射金属时产生的 较多，因而饱和电流较 (选填“大”或“小”)。> 入射光的频率ν强弱一次性光电子大第2节 光电效应三、康普顿效应和光子的动量1.康普顿效应：在研究石墨对X射线的散射时，发现在散射的X射线中，除了与入射波长λ0相同的成分外，还有波长 λ0的成分，这个现象称为康普顿效应。2.康普顿效应的意义：康普顿效应表明光子不仅具有能量而且具有 。进一步揭示了光的 ，也再次证明了爱因斯坦光子说的正确性。大于动量粒子性第2节 光电效应三、康普顿效应和光子的动量3.光子的动量(1)表达式：p= 。(2)说明：在康普顿效应中，当入射的光子与晶体中的电子碰撞时，要把一部分动量转移给电子，因而光子的动量可能变小。因此，有些光子散射后波长 。 变大第3节 原子的核式结构模型一、电子的发现 1.6×10-19 C9.1×10-31 kge1 836第3节 原子的核式结构模型二、原子的核式结构模型1.汤姆孙原子模型：汤姆孙于1898年提出了原子模型，他认为原子是一个球体，正电荷弥漫性地均匀分布在整个球体内，电子镶嵌其中，有人形象地把汤姆孙模型称为“西瓜模型”或“ 模型”，如图。枣糕第3节 原子的核式结构模型二、原子的核式结构模型2.α粒子散射实验：(1)α粒子散射实验装置由α粒子源、 、显微镜等几部分组成，实验时从α粒子源到荧光屏这段路程应处于 中。(2)实验现象① α粒子穿过金箔后，基本上仍沿 的方向前进；② α粒子发生了 偏转；极少数偏转的角度甚至 ，它们几乎被“ ”。(3)实验意义：卢瑟福通过α粒子散射实验，否定了汤姆孙的原子模型，建立了 模型。金箔真空绝大多数原来少数大角度大于90°撞了回来核式结构第3节 原子的核式结构模型二、原子的核式结构模型3.核式结构模型：原子中带 电部分的体积很小，但几乎占有全部质量，电子在正电体的外面运动。正第3节 原子的核式结构模型三、原子核的电荷与尺度1.原子核的电荷数：各种元素的原子核的电荷数，即原子内的电子数，非常接近它们的原子序数，这说明元素周期表中的各种元素是按原子中的电子数来排列的。2.原子核的组成：原子核是由 和 组成的，原子核的电荷数就是核中的 。3.原子核的大小：用核半径描述核的大小。一般的原子核，实验确定的核半径的数量级为 m，而整个原子半径的数量级是 m，两者相差十万倍之多。质子中子质子数10-1510-10第4节 氢原子光谱和玻尔的原子模型一、光谱1.光谱的定义：用棱镜或光栅把物质发出的光按 (频率)展开，获得波长(频率)和 分布的记录。2.分类(1)发射光谱①线状谱：光谱是一条条的 。②连续谱：光谱是 的光带。(2)吸收光谱①定义：连续谱中，某些波长的光被物质吸收后产生的光谱。②产生条件：炽热物体发出的白光通过温度较低的气体后，再色散形成的。波长强度亮线连在一起第4节 氢原子光谱和玻尔的原子模型一、光谱3.特征谱线：气体中中性原子的发光光谱都是 ，说明原子只发出几种 的光，不同原子的亮线位置不同，说明不同原子的______ 不一样，光谱中的亮线称为原子的 。4.光谱分析的应用：利用原子的特征谱线，可以鉴别物质和确定物质的组成成分，这种方法称为 ，它的优点是灵敏度高，样本中一种元素的含量达到10-13 kg时就可以被检测到。线状谱特定频率发光频率特征谱线光谱分析第4节 氢原子光谱和玻尔的原子模型二、氢原子光谱的实验规律 光谱里德伯常量线状红外紫外第4节 氢原子光谱和玻尔的原子模型三、经典理论的困难　玻尔原子理论的基本假设1.经典理论的困难(1)核式结构模型的成就：正确地指出了 的存在，很好地解释了 。(2)经典理论的困难：经典物理学既无法解释原子的 ，又无法解释原子光谱的 线状谱。原子核α粒子散射实验稳定性分立第4节 氢原子光谱和玻尔的原子模型三、经典理论的困难　玻尔原子理论的基本假设2.玻尔原子理论的基本假设(1)轨道量子化①电子绕原子核做圆周运动的轨道的半径不是任意的，也就是说电子的轨道是 (填“连续变化”或“量子化”)的。②电子在这些轨道上绕核的运动是 的，不产生 。量子化稳定电磁辐射第4节 氢原子光谱和玻尔的原子模型三、经典理论的困难　玻尔原子理论的基本假设(2)定态①当电子在不同的轨道上运动时，原子处于不同的状态，具有不同的能量。电子只能在特定轨道上运动，原子的能量只能取一系列 的值。这些 的能量值叫作能级。②原子中这些具有确定能量的稳定状态，称为 。能量最低的状态叫作 ，其他的状态叫作 。特定量子化定态基态激发态第4节 氢原子光谱和玻尔的原子模型三、经典理论的困难　玻尔原子理论的基本假设(3)频率条件当电子从能量较高的定态轨道(其能量记为En)跃迁到能量较低的定态轨道(能量记为Em，m0－En＝|En|。 若吸收能量足够大，克服电离能后，获得自由的电子还携带动能。 题型五：玻尔理论与能级跃迁　氢原子光谱 题型五：玻尔理论与能级跃迁　氢原子光谱题型五：玻尔理论与能级跃迁　氢原子光谱 题型五：玻尔理论与能级跃迁　氢原子光谱题型五：玻尔理论与能级跃迁　氢原子光谱 题型五：玻尔理论与能级跃迁　氢原子光谱四、课堂巩固第四章 原子结构和波粒二象性四、课堂巩固四、课堂巩固 四、课堂巩固四、课堂巩固 四、课堂巩固四、课堂巩固 四、课堂巩固四、课堂巩固 四、课堂巩固四、课堂巩固 五、课堂总结第四章 原子结构和波粒二象性五、课堂总结你是否了解汤姆孙的 “枣糕模型” 与卢瑟福的 α 粒子散射实验，能说出该实验现象对原子结构模型建立的关键作用？你是否理解卢瑟福原子核式结构模型的核心内容，以及它在解释原子稳定性上的困境？你是否掌握玻尔原子理论的三个基本假设（定态假设、跃迁假设、轨道量子化假设），并能用其解释氢原子光谱的成因？你是否能根据氢原子能级公式，分析氢原子的能级结构、跃迁条件，并计算光子的吸收与发射？你是否了解光电效应的实验规律，以及经典电磁理论无法解释光电效应的矛盾点？五、课堂总结你是否理解爱因斯坦的光电效应方程，并能应用该方程分析光电子的最大初动能、遏止电压与入射光频率的关系？你是否掌握光子说的核心观点，理解光的波粒二象性，能区分光的波动性与粒子性的典型实验证据？你是否了解德布罗意物质波的假说内容，理解实物粒子的波粒二象性，并知道物质波波长的计算方法？你是否了解不确定性关系的物理意义，能说出它对经典粒子轨道概念的冲击？你是否能梳理从经典物理到量子物理的发展脉络，理解原子结构模型与波粒二象性的建立过程对物理学发展的影响？同学们 再见