第十六章　第二课时　波粒二象性　物质波　原子结构与玻尔理论2025版高考物理一轮复习课件+测试（教师版）+测试（学生版）

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波粒二象性　物质波　原子结构与玻尔理论
考点一　　光的波粒二象性与物质波
考点二　　原子结构和氢原子光谱
考点三　　玻尔原子理论　能级跃迁
光的波粒二象性与物质波
1.光的波粒二象性(1)光的干涉、衍射、偏振现象证明光具有 。(2)光电效应和康普顿效应说明光具有 。(3)光既具有波动性，又具有粒子性，称为光的 。
思考　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。试从光的本性解释光的干涉现象产生的原因。
答案　大量光子的行为表现为波动性，少数光子的行为表现为粒子性；光在传播过程中表现为波动性，光在与物质作用时表现为粒子性。光的干涉现象是大量光子的运动遵循波动规律的表现。如果用比较弱的光曝光时间比较短，少量光子通过狭缝在屏的感光底片上显示出一个个光点，显示出粒子性；如果曝光时间比较长，很多光子的行为就显示出波动性，亮条纹是光子到达概率大的地方，暗条纹是光子到达概率小的地方。
2.物质波： 认为，任何一个运动着的物体，小到电子、质子，大到行星、太阳都有一种波和它对应，波长λ＝___，其中p是运动物体的动量，h是普朗克常量，数值为6.626×10－34 J·s。人们把这种波称为___________，也叫物质波。
思考　一名运动员正以10 m/s的速度奔跑，已知他的质量为60 kg，普朗克常量h＝6.6×10－34 J·s，试估算他的德布罗意波长。为什么我们观察不到运动员的波动性？
例1　(2023·江苏省扬州中学模拟)初速度为0的电子束通过电场加速后，照射到金属晶格上，得到如图所示的电子衍射图样。已知电子质量为m，电荷量为e，加速电压为U，普朗克常量为h，则A.该实验说明电子具有粒子性B.电子离开电场时的物质波波长为C.加速电压U越小，电子的衍射现象越不明显D.若用相同动能的质子替代电子，衍射现象将更加明显
衍射是波的特性，电子衍射实验说明电子具有波动性，故A错误；
波长越大，衍射现象越明显，由电子的物质波波长可得，U越大，波长越小，衍射现象越不明显，故C错误；若用相同动能的质子替代电子，质量增大，物质波波长减小，衍射现象越不明显，故D错误。
例2　(2022·浙江1月选考·16改编)电子双缝干涉实验是近代证实物质波存在的实验。如图所示，电子枪持续发射的电子动量为1.2×10－23 kg·m/s，然后让它们通过双缝打到屏上。已知电子质量取9.1×10－31 kg，普朗克常量取6.6×10－34 J·s，下列说法正确的是A.发射电子的动能约为8.0×10－15 JB.发射电子的物质波波长约为5.5×10－10 mC.只有成对电子分别同时通过双缝才能发生干涉D.如果电子是一个一个发射的，仍能得到干涉图样
电子具有波粒二象性，故电子的波动性是每个电子本身的性质，则每个电子依次通过双缝都能发生干涉现象，只是需要大量电子显示出干涉图样，故C错误，D正确。
例3　用极微弱的可见光做双缝干涉实验，随着时间的增加，在屏上先后出现如图(a)、(b)、(c)所示的图像，则A.图像(a)表明光具有波动性B.图像(c)表明光具有粒子性C.用紫外线观察不到类似的图像D.实验表明光既有波动性又有粒子性
题图(a)只有分散的亮点，表明光具有粒子性；题图(c)呈现干涉条纹，表明光具有波动性，A、B错误，D正确；紫外线也具有波粒二象性，也可以观察到类似的图像，C错误。
1.原子结构(1)电子的发现：物理学家 发现了电子。(2)α粒子散射实验：1909年，物理学家 和他的助手进行了用α粒子轰击金箔的实验，实验发现绝大多数α粒子穿过金箔后基本上仍沿_____方向前进，但有少数α粒子发生了大角度偏转，极少数α粒子偏转的角度甚至大于90°，也就是说它们几乎被“撞”了回来。(3)原子的核式结构模型：在原子中心有一个很小的核，原子全部的_______和几乎全部 都集中在核里，带负电的电子在核外空间绕核旋转。
2.氢原子光谱(1)光谱：用棱镜或光栅可以把光按波长(频率)展开，获得光的 (频率)和强度分布的记录，即光谱。(2)光谱分类
(3)光谱分析：利用每种原子都有自己的 来鉴别物质和确定物质的组成成分，且灵敏度很高。在发现和鉴别化学元素上有着重大的意义。
例4　(2024·江苏南通市统考)如图所示，α粒子散射实验中，移动显微镜M分别在a、b、c、d四个位置观察，则A.在a处观察到的是金原子核B.在b处观察到的是电子C.在c处能观察到α粒子D.在d处不能观察到任何粒子
四个位置观察到的均为α粒子。故选C。
A.巴耳末公式表示的是电子从高能级向量子数为2的低能级跃迁时发出的　光谱线波长B.巴耳末公式表示的是电子从量子数为2的低能级向高能级跃迁时发出的　光谱线波长C.若把巴耳末公式中的2换成1则能够计算出红外光区的谱线波长D.可以通过玻尔理论推导出巴耳末公式，计算得出里德伯常量R∞＝
若把巴耳末公式中的2换成1则计算所得的λ的值减小，即得到的是波长小于可见光的紫外光区的谱线波长，选项C错误；
玻尔原子理论　能级跃迁
1.玻尔原子理论的基本假设(1)轨道量子化与定态①轨道量子化：电子运行轨道半径不是任意的，而是 的，电子在这些轨道上绕核的运动是稳定的，不产生电磁辐射。半径公式：rn＝ (n＝1,2,3，…)，其中r1为基态轨道半径，r1＝0.53×10－10 m。
②定态：电子在不同轨道上运动时，具有不同的能量，原子的能量也只能取一系列特定的值，这些 的能量值叫能级，具有确定能量的_________，称为定态。能级公式：En＝_______________，其中E1为基态能量，对于氢原子来说，E1＝ 。
(2)跃迁——频率条件①跃迁：原子由一个能量态变为另一个能量态的过程称为跃迁。②频率条件自发跃迁：高能级→低能级，释放能量，发射光子。释放光子的频率满足hν＝ΔE＝E高－E低。受激跃迁：低能级→高能级，吸收能量。吸收光子的能量必须恰好等于能级差hν＝ΔE＝E高－E低。
注意：若实物粒子与原子碰撞，使原子受激跃迁，实物粒子能量大于能级的能量差。2.电离(1)电离态：n＝∞，E＝0。(2)电离能：指原子从基态或某一激发态跃迁到电离态所需要吸收的最小能量。(3)若吸收能量足够大，克服电离能后，获得自由的电子还具有动能。
思考　一群氢原子处于n＝5的激发态，试在能级图上画出它们从n＝5激发态向基态跃迁时的可能辐射情况示意图，最多能辐射出____种不同频率的光子，公式为____________。
1.处于基态的氢原子可以吸收能量为11 eV的光子而跃迁到高能级。(　　)2.一个氢原子处于n＝5激发态，向基态跃迁时，可能辐射出10种不同频率的光子。(　　)3.氢原子吸收或辐射光子的频率条件是hν＝En－Em(m