劉頂松 石建威
(英德市第一中學 廣東 清遠 513000)
高考新課標卷物理試題與教材、課程標準、考試大綱及說明和往年高考試題有千絲萬縷的聯系,值得物理教師思考、深入研究和總結.利用好往年真題進行思考與研究,可以有效促進物理教育教學和教研.下面以 2019年高考全國新課標理綜 Ⅰ卷第 14題為例拋磚引玉.
【例1】(2019年高考新課標Ⅰ卷第14題)氫原子能級示意圖如圖1所示.光子能量在1.63 eV~3.10 eV的光為可見光.要使處于基態(tài)(n=1)的氫原子被激發(fā)后可輻射出可見光光子,最少應給氫原子提供的能量為( )
A.12.09 e V B.10.20 eV
C.1.89 eV D.1.5l eV
圖1 例1題圖
考點分析:選修 3-5氫原子光譜(Ⅰ),氫原子的能級結構、能級公式(Ⅰ).
能力考查分析:分析綜合能力、應用數學處理物理問題的能力.
核心素養(yǎng)分析:
(1)物理觀念
物質觀——氫原子、光子.
運動觀——躍遷.
能量觀——光能、動能.
(2)科學思維
模型構建——能級圖(氫原子)、氫原子躍遷.
科學推理——給處于基態(tài)的氫原子用光照或高速電子碰撞的形式提供足夠的能量會激發(fā)至激發(fā)態(tài),激發(fā)態(tài)的氫原子不穩(wěn)定,在向低能級躍遷時會輻射出光子.
1)要使處于基態(tài)(n=1)的氫原子被激發(fā)后可輻射出光子,至少要激發(fā)到n=2的能級,最少應給氫原子提供的能量為
E=ΔEmin=
[-3.40-(-13.60)] eV=10.20 eV
2)n=3躍遷至n=2,有
ΔE= [-1.51-(-3.40)] eV=1.89 eV (可見光)
n=4躍遷至n=3,有
ΔE= [-0.85-(-1.51)] eV=0.66 eV
n=4躍遷至n=2,有
ΔE= [-0.85-(-3.40)] eV=2.55 eV(可見光)
3)要使處于基態(tài)(n=1)的氫原子被激發(fā)后可輻射出可見光光子至少要激發(fā)到n=3的能級,最少應給氫原子提供的能量為
E=ΔEmin=
[-1.51-(-13.60)] eV=12.09 eV
故選擇選項A[1].
(3)科學論證
探究氫原子光譜的實驗規(guī)律[2].從氫氣放電管(圖2)可以獲得氫原子光譜(圖3),光譜研究是探索原子結構的一條重要途徑.
圖2 氣體放電管
圖3 氫原子的光譜
(4)質疑創(chuàng)新
如何才能激發(fā)處于基態(tài)的氫原子?能級差如何計算?可見光的波長范圍是?氫原子的發(fā)射光譜是怎樣的光譜?不同原子的發(fā)射光譜是否相同?一個氫原子躍遷和一群氫原子躍遷有何不同?躍遷和電離有何不同?根據巴耳末公式,指出氫原子光譜在可見光范圍內波長最長的兩條譜線所對應的n,它們的波長各是多少?氫原子光譜有什么特點?光譜分析有什么用途?
內容要求:了解人類探索原子及其結構的歷史.知道原子的核式結構模型.通過對氫原子光譜的分析,了解原子的能級結構[3].
活動建議:
查閱資料,了解華人科學家在粒子物理領域中的杰出貢獻[3].
【例2】(題型示例)用頻率為ν0的光照射大量處于基態(tài)的氫原子,在所發(fā)射的光譜中僅能觀測到頻率分別為ν1,ν2,ν3的3條譜線,且ν3>ν2>ν1,則
A.ν0<ν1
B.ν3=ν2+ν1
C.ν0=ν3+ν2+ν1
點評:本題考查考生對能級躍遷規(guī)律的理解、將文字翻譯成圖像和數學表達式的遷移思維、分析綜合能力和應用數學解決物理問題的能力[4].
【例3】(人教版選修 3-5練習)如果大量氫原子處在n=3的能級,會輻射出幾種頻率的光?其中波長最短的光是在哪兩個能級之間躍遷時發(fā)出的[3]?
【例4】(2001年高考全國卷)圖4為氫原子能級圖的一部分,大量原子被激發(fā)到n=3的能級上,由于電子躍遷,氫原子將輻射出K種能量不同的光子,其中光子能量最大值為ε,由能級圖可知( )
A.K=2,ε=10.2 eV
B.K=2,ε=12.1 ev
C.K=3,ε=12.1 eV
D.K=3,ε=15.1 eV
圖4 例4題圖
A.可以吸收可見光(波長為 400~700 nm)的光子,而躍遷到較高的能態(tài)
B.可以在吸收 12.1 eV的能量以后,發(fā)射出可見光的光子
C.可以在吸收 12.1 eV的能量以后,發(fā)射出紅外光的光子
D.可能吸收大于 13.6 eV的能量
【例6】(2009年高考全國卷Ⅱ)氫原子的部分能級如圖5所示.已知可見光的光子能量在 1.62 eV到 3.11 eV之間.由此可推知,氫原子( )
圖5 例6題圖
A.從高能級向n=1能級躍遷時發(fā)出的光的波長比可見光的短
B.從高能級向n=2能級躍遷時發(fā)出的光均為可見光
C.從高能級向n=3能級躍遷時發(fā)出的光的頻率比可見光的高
D.從n=3能級向n=2能級躍遷時發(fā)出的光為可見光
綜上所述,以高考物理試題為案例,通過對比和研究,在科學推理分析的過程中可以幫助學生構建各類經典物理模型,結合教材和生產生活實踐與實驗也可以進行科學論證訓練,提高質疑創(chuàng)新能力,培養(yǎng)學生的物理科學思維.在此基礎上進行教材、試題資源的優(yōu)化整合,也促進教師課堂教學理念的更新、課堂教學的革新、核心素養(yǎng)的落實和物理教育教學教研能力的提升.