高考物理特訓(xùn)第十二章 近代物理初步

第十二章近代物理初步

第1講光電效應(yīng)波粒二象性

⑥目標(biāo)任務(wù)抓核心目標(biāo)清

目標(biāo)要求學(xué)科素養(yǎng)

1.知道什么是光電效應(yīng)，理解光電效應(yīng)的實(shí)

1.物理觀念：光電效應(yīng)、物質(zhì)波.

驗(yàn)規(guī)律.

2.科學(xué)思維：光電管.

2.能利用光電效應(yīng)方程計(jì)算逸出功、截止頻

3.科學(xué)探究：探究光電效應(yīng)的規(guī)律.

率、最大初動能等物理量.

4.科學(xué)態(tài)度與責(zé)任：波粒二象怪

3.知道光的波粒二象性，知道物質(zhì)波的概念

B)知識特訓(xùn)。知識必記課前預(yù)案

知識必記.....芬基礎(chǔ)構(gòu)體系

在光的照射下，金屬中的從表面逸出的現(xiàn)象，發(fā)射

，色"出的電子叫V光電子的本質(zhì)是電子，而不是光子

麗卜人射光的領(lǐng)率金屬的極限頻率

「每種金屬都有一個(gè)極限頻率

光

電?光電子的城大初動能隨人射光頻率的增大而

效殘率相同的光，光照強(qiáng)度越大，

波光電效應(yīng)的發(fā)生幾乎是瞬時(shí)的，一般不超過1吃

應(yīng)w)-*對頻率相同的光子,飽和光電流與人射光的強(qiáng)尼贏薩光子數(shù)目越多,光電效應(yīng)的飽和

光電流越大

粒光子說一空間傳播的光是不連續(xù)的，是一份一份的，年

fW|-“一份為一個(gè)光子，能fit彩=

?光電效應(yīng)方程-Ek=

光的、衍射和偏振現(xiàn)象證明光具有

象光

的現(xiàn)象

波、康普頓效應(yīng)說明光具有粒子性

粒

性二廣大方光子表現(xiàn)為波動性，個(gè)別光子表現(xiàn)為

象

性麗斗》波長越長,性越明顯

、頻率越高，性越明顯

必記答案

電子光電子大于等于增大hvhv-Wo干涉波動性光電效應(yīng)粒

子性波動粒子

篋魏必驗(yàn)1.........練基礎(chǔ)固知識

1.思考判斷

(1)德國物理學(xué)家普朗克提出了量子假說，成功地解釋了光電效應(yīng)規(guī)律.(X)

⑵美國物理學(xué)家康普頓發(fā)現(xiàn)了康普頓效應(yīng)，證實(shí)了光的粒子性.（V）

（3）光子和光電子都是實(shí)物粒子.（X）

⑷只要入射光的強(qiáng)度足夠強(qiáng)，就可以使金屬發(fā)生光電效應(yīng).（X）

⑸要想在光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)中測到光電流，入射光子的能量必須大于等于金屬的逸

出功.（V）

（6）光電子的最大初動能與入射光子的頻率成正比.（X）

（7）光的頻率越高，光的粒子性越明顯，但仍具有波動性.（V）

2.［光電效應(yīng)］（多選汝I圖所示，用導(dǎo)線把驗(yàn)電器與鋅板相連接，當(dāng)用紫外線照射

鋅板時(shí)，發(fā)生的現(xiàn)象是（）

艇紫外線燈

A.有光子從鋅板逸出

B.有電子從鋅板逸出

C.驗(yàn)電器指針張開一個(gè)角度

D.鋅板帶負(fù)電

答案：BC

解析：用紫外線照射鋅板，發(fā)生光也效應(yīng)，電子從鋅板逸出，鋅板將帶正電，臉

電器與鋅板相連接，所以也帶正電，因此驗(yàn)電器指針張開一個(gè)角度，B、C正確.

3.［光電效應(yīng)方程］用波長為300nm的光照射鋅板，電子逸出鋅板表面的最大初

動能為1.28X］0「9j.已知普朗克常量為6.63X］0-34J,真空中的光速為300x6

m?能使鋅發(fā)生光電效應(yīng)的單色光的最低頻率約為（）

A.1X1014HzB.8X1014Hz

C.2X1015HzD.8X1（）15Hz

答案：B

解析：由光電效應(yīng)方程得得Wb=/r*—Ekm,剛好發(fā)生光電效應(yīng)

A

的臨界頻率設(shè)為w,則%=/”（），代入數(shù)據(jù)可得PO=8X1OI4HZ,B正確.

4.［波粒二象性］用很弱的光做單縫衍射實(shí)驗(yàn)，改變曝光時(shí)間，在膠片上出現(xiàn)的

圖象如圖所示，該實(shí)驗(yàn)表明（）

時(shí)間較短時(shí)間稍長時(shí)間較長

A.光的本質(zhì)是波

B.光的本質(zhì)是粒子

C.光的能量在膠片上分布不均勻

D.光到達(dá)膠片上不同位置的概率相同

答案：C

解析：用很弱的光做單縫衍射實(shí)驗(yàn)，改變曝光時(shí)間，在膠片上出現(xiàn)題圖所示的圖

樣，說明光有波粒二象性，故A、B錯(cuò)誤；該實(shí)驗(yàn)說明光到達(dá)膠片上的不同位置

的概率是不一樣的，也就說明了光的能量在膠片上分布不均勻，故C正確、D

錯(cuò)誤.

........................?能力特訓(xùn)「核心突破課堂學(xué)案

能力點(diǎn)1光電效應(yīng)的規(guī)律及應(yīng)用（自主沖關(guān)類）

［題組?沖關(guān)］

1.［愛因斯坦光子說的應(yīng)用］（2017.北京卷）2017年初，我國研制的“大連光

源”——極紫外自由電子激光裝置，發(fā)出了波長在100nm（lnm=10—9m）附近連

續(xù)可調(diào)的世界上最強(qiáng)的極紫外激光脈沖.“大連光源”因其光子的能量大、密度

高，可在能源利用、光刻技術(shù)、霧罐治理等領(lǐng)域的研究中發(fā)揮重要作用.?個(gè)處

于極紫外波段的光子所具有的能量可以電離一個(gè)分子，但又不會把分子打碎.據(jù)

此判斷，能夠電離一個(gè)分子的能量的數(shù)量級約為（取普朗克常量/?=6.6X1（）T

J?s,真空中的光速c=3X1（戶m/s）（）

A.10-21JB.10-18J

C.10-15JD.10-12J

答案：B

解析：光子的能量c=Ai/t聯(lián)立解得E七2X10-18j,B正確.

2.［光電效應(yīng)的判斷］光電管的原理圖如圖所示，已知當(dāng)有波長為弱的光照到陰

極K上時(shí)，電路中有光電流，貝女）

1.區(qū)分光電效應(yīng)中的五組概念

(1)光子與光電子：光子指光在空間傳播時(shí)的每一份能量，光子不帶電；光電子

是金屬表面受到光照射時(shí)發(fā)射出來的電子，其本質(zhì)是電子.光子是光電效應(yīng)的因，

光電子是果.

⑵光電子的初動能與光電子的最大初動能：光照射到金屬表面時(shí)，電子吸收光

子的全部能量，可能向各個(gè)方向運(yùn)動，需克服原子核和其他原子的阻礙而損失一

部分能量，剩余部分為光電子的初動能；只有金屬表面的電子直接向外飛出時(shí)，

只需克服原子核的引力做功，損失能量最少，剩余的動能最大，因而光電子從金

屬表面直接飛出時(shí)具有最大初動能.光電子的初動能小于等于光電子的最大初動

能.

(3)光電流和飽和光電流：金屬板飛出的光電子到達(dá)陽極，回路中便產(chǎn)生光電流,

隨著所加正向電壓的增大，光電子幾乎全部到達(dá)陽極，光電流趨于一個(gè)飽利值，

這個(gè)飽和值是飽和光電流.在一定的光照條件下，飽和光電流與所加電壓大小無

關(guān).

(4)入射光強(qiáng)度與光子能量：入射光強(qiáng)度指單位時(shí)間內(nèi)垂直照射到金屬表面單位

面積上的總能量.也就是說入射光的強(qiáng)度既與光子的頻率有關(guān)，也與光子的數(shù)目

有關(guān).

(5)光的強(qiáng)度與飽和光可流：飽和光電流與入射光強(qiáng)度成正比的規(guī)律是對頻率相

同的光照射金屬產(chǎn)生光電效應(yīng)而言的.對于不同撅率的光，每個(gè)光子的能量不同，

導(dǎo)致光子的數(shù)目不同，因而飽和光電流與入射光強(qiáng)度之間沒有簡單的正比關(guān)系.

2.光電效應(yīng)的研究思路

⑴兩條線索：

/強(qiáng)度一決定著每秒鐘光源發(fā)射的光子數(shù)"——I

［照射光(頻率—決定著每個(gè)光子的能量￡=h1--------

彳(每秒鐘逸出的光電子數(shù)——決定著光電流的大小」

I光電子逸出后的最大初動能＜------------

(2)兩條對應(yīng)關(guān)系：(頻率相同)光強(qiáng)大一光子數(shù)目多一單位時(shí)間發(fā)射光電子多一光

電流大；

光子頻率高一光子能量大一光電子的最大初動能大.

3.光電效應(yīng)中三個(gè)重要關(guān)系

(1)愛因斯坦光電效應(yīng)方程：Ek=6—Wo.

(2)光電子的最大初動能Ek與遏止電壓上的關(guān)系：Ek=eUc.

⑶逸出功1%與極限頻率a的關(guān)系：W0=hvc.

4.光電管上加正向與反向電壓情況分析

(1)光電管加正向電壓情況

①尸右移時(shí)，參與導(dǎo)電的光電子數(shù)增加；

②尸移到某一位置時(shí)，所有逸出的光電子恰好都參與了導(dǎo)電，光電流恰好達(dá)到最

大值；

③P再右移時(shí)，光電流不再增大.

(2)光電管加反向電壓情況

①。右移時(shí)，參與導(dǎo)電的光電子數(shù)減少；

②P移到杲一位置時(shí)，所有逸出的光電子恰好都不參與導(dǎo)電，光電流恰好為0,

此時(shí)光電管兩端加的電壓被稱為遏止電壓；

③尸再右移時(shí)，光電流始終為0.

能力點(diǎn)2光電效應(yīng)的圖象(綜合提升類)

光電效應(yīng)的四類圖象

圖象名稱圖線形狀由圖線直接(或間接)得到的物理量

①截止頻率：圖線與》軸交點(diǎn)的橫坐

最大初動能氏與標(biāo)人；

入射光頻率V的②逸出功：縱截距的絕對值，即胸

關(guān)系圖線=\-E\=E：

:③普朗克常量：圖線的斜率k=h

顏色相同、強(qiáng)度

―—強(qiáng)光①遏止電壓Uc：圖線與橫軸的交點(diǎn)；

不同的光，光電弱光②飽和光電流/m：電流的最大值；

流與電壓的關(guān)系-----------------------?③最大初動能：E^m=eUc

JaoU

顏色不同、強(qiáng)度----黃光①遏止電壓Ucl、Uc2；

二-----藍(lán)光

相同時(shí)，光電流②飽和光電流；

與電壓的關(guān)系③最大初動能：Eki=eUci,Ek?=eUc2

Ur電0U

①截止頻率%:圖線與橫軸的交點(diǎn)；

L②遏止電壓Ue：隨入射光頻率的增

遏止電壓a與入

大而增大；

射光頻率y的關(guān)

/③普朗克常量〃：等于圖線的斜率與

系圖線

A電子電荷量的乘積,即〃=砥注：此

0VrV

時(shí)兩極之間接反向電壓）

教綱.....................研典例導(dǎo)解法

典例用如圖甲所示的電路研究光電效應(yīng)中光電流大小與照射光的強(qiáng)弱、頻率等

物理量的關(guān)系.圖甲中A、K兩極間的電壓大小可調(diào)，電源的正負(fù)極也可以對調(diào),

分別用〃、b、。三束單色光照射，調(diào)節(jié)A、K間的電壓U,得到光電流/與電壓

U的關(guān)系如圖乙所示，由圖可知（）

A.單色光。和c的頻率相同，但。更弱些

B.單色光。和的頻率相同，但。更強(qiáng)些

C.單色光。的頻率大于單色光c的頻率

D.單色光。的頻率小于單色光的頻率

［解法指導(dǎo)］

①審題關(guān)鍵點(diǎn)：①A、K兩極間的電壓大小可調(diào)，電源的正負(fù)極也可以對調(diào)；②

圖乙為光電流/與電壓U的關(guān)系圖象.

②解題切入點(diǎn)：電流/=0時(shí)對應(yīng)的電壓為遏止電壓；隨著電壓的增加，光電流/

不再增加時(shí)就意味著達(dá)到飽和光電流，根據(jù)光電效應(yīng)方程Ek=，w-Wo和動能定

理一cU=O-Ek解答即可.

答案：D

解析：。、c兩光照射后遏止電壓相同，則產(chǎn)生的光電子最大初動能相等，可知。、

c兩光的頻率相等，光子能量相等，由于。光的飽和光電流較大，則。光的強(qiáng)度

較大，A、C錯(cuò)誤；。光的遏止電壓小于。光的遏止電壓，所以產(chǎn)生的光電子最

大初動能反如根據(jù)愛因斯坦光電效應(yīng)方程&=加一%可知，v?<vh,B錯(cuò)

誤、D正確.

函a專練］....................練能力學(xué)方法

1.［光電效應(yīng)的反一;圖象］（2021?廣西桂林市、崇左市、賀州市二模）金屬鈉的

4

極限波長為540rlm,白光是由多種色光組成的，其波長范圍為400nm~760nm.

若用白光照射金屬鈉，則下面四幅表示逸出的光電子的最大初動能反與入射光

波長，或波長的倒數(shù);）的關(guān)系圖象中，可能正確的是（）

A

答案：c

che\

解析：根據(jù)光電效應(yīng)方程有&=加一做），其中v=—,Wo=—可得4=〃c?彳一

AAotX

勺，其中io=54Onm,故C正確，A^B、D錯(cuò)誤.

4o

2.［光電效應(yīng)的Uc-n圖象］（2019?海南卷）（多選）對于鈉和鈣兩種金屬，其遏止

電壓&與入射光頻率u的關(guān)系如圖所示.用/?、c分別表示普朗克常量和電子電

荷量的絕對值，則（）

A.鈉的逸出功小于鈣的逸出功

B.圖中直線的斜率為三

C.在得到這兩條直線時(shí)，必須保證入射光的光強(qiáng)相同

D.若這兩種金屬產(chǎn)生的光電子具有相同的最大初動能，則照射到鈉的光頻率較

局

答案：AB

解析：根據(jù)Uc6=）如nF=〃U-W送出功，即Uc=2P-則由圖象可知鈉的逸

4VV

出功小于鈣的逸出功，A

正確；圖中直線的斜率為4，B正確；這兩條直線的橫軸截距和斜率都與入射光

的強(qiáng)度無關(guān)，C錯(cuò)誤；根據(jù)57%=人，一卬通出功，若這兩種金屬產(chǎn)生的光電子具有

相同的最大初動能，則照射到鈉的光頻率較低，D錯(cuò)誤.

3.［光電效應(yīng)I-U圖象1（2021?長沙模擬）（多選）在圖甲所示的光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)中，

將〃、力、c三種色光照射同一光電管后得到三條光電流與電壓之間的關(guān)系曲線，

如圖乙所示.下列說法正確的是（）

窗口

光束

A.當(dāng)開關(guān)S扳向2時(shí)，可得到圖乙中U>0的圖線

B.。光的頻率低于方光的頻率

C.。光的強(qiáng)度大于c?光的強(qiáng)度

D.a光對應(yīng)的光電子最大初動能大于c光的光電子最大初動能

答案：BC

解析：開關(guān)S扳到1時(shí)，光電管兩端電壓為正向電壓，可得到圖乙中U>0的圖

線，S扳到2時(shí)，光電管兩端電壓為反向電壓，可得到圖乙中UVO的圖線，A錯(cuò)

誤；同一光電管的逸出功W相同，而b光對應(yīng)的遏止電壓最大，由一eUc=0一;

fHVm7,而;〃=W可知，b光的頻率最高，B正確；由題圖乙可知，a、C

光對應(yīng)的遏止電壓相等，故4、C光的頻率相同，由于。光對應(yīng)的飽和光電流較

大，說明。光的強(qiáng)度較大，C正確；由eUc=52*可知，。、c光對應(yīng)的遏止電壓

相等，對應(yīng)的光電子最大初動能也相等，D錯(cuò)誤.

能力點(diǎn)3光的波粒二象性物質(zhì)波（自主沖關(guān)類）

［題組?沖關(guān)］

1.［波粒二象性］（多選）關(guān)于物質(zhì)的波粒二象性，下列說法中正確的是（）

A.不僅光子具有波粒二象性，一切運(yùn)動的微粒都具有波粒二象性

B.運(yùn)動的微觀粒子與光子一樣，當(dāng)它們通過一個(gè)小孔時(shí)，都沒有特定的運(yùn)動軌

道

C.波動性和粒子性，在宏觀現(xiàn)象中是矛盾的、對立的，但在微觀、高速運(yùn)動的

現(xiàn)象中是統(tǒng)?的

D.實(shí)物的運(yùn)動有特定的軌道，所以實(shí)物不具有波粒二象性

答案：ABC

解析：波粒二象性是微觀世界具有的特殊規(guī)律，大量光子運(yùn)動的規(guī)律表現(xiàn)出光的

波動性，而單個(gè)光子的運(yùn)動表現(xiàn)出光的粒子性.光的波長越長，波動性越明顯，

光的頻率越高，粒子性越明顯.而宏觀物體的德布羅意波的波長太小，實(shí)際很難

觀察到波動性，不是不具有波粒二象性，A、B、C正確，D錯(cuò)誤.

2.1光電效應(yīng)與康普頓效應(yīng)］（多選）關(guān)于光電效應(yīng)和康普頓效應(yīng)的規(guī)律，下列說法

正確的是（）

A.光電效應(yīng)中，金屬板向外發(fā)射的光電子又可以叫作光子

B.用光照射金屬不能發(fā)生光電效應(yīng)是因?yàn)樵撊肷涔獾念l率小于金屬的截止頻率

C.對于同種金屬而言，遏止電壓與入射光的頻率無關(guān)

D.石墨對X射線散射時(shí)，部分X射線的散射光波長會變長，這個(gè)現(xiàn)象稱為康

普頓效應(yīng)

答案：BD

解析：光電效應(yīng)中，金屬板向外發(fā)射的電子叫光電子，光子是光量子的簡稱，A

錯(cuò)誤；用光照射金屬不能發(fā)生光電效應(yīng)是因?yàn)樵撊松涔獾念l率小于金屬的截止頻

率，B正確；根據(jù)光電效應(yīng)方程的=I%+e”可知，對于同種金屬而言（逸出功

一樣），入射光的頻率越大，遏止電壓也越大，即遏止電壓與入射光的頻率有關(guān)，

C錯(cuò)誤；在石墨對X射線散射時(shí)，部分X射線的散射光波長會變長的現(xiàn)象稱為

康普頓效應(yīng)，D正確.

3.［物質(zhì)波］（2021.浙江卷）己知普朗克常量〃=6.63乂10-34j.電子的質(zhì)量為

9.11X1031kg,一個(gè)電子和一滴直徑約為4um的油滴具有相同動能，已知油

滴密度〃=0.8X103kg/n?,則電子與油滴的德布羅意波的波長之比的數(shù)量級為

（）

A.10-8B.106C.108D.1016

答案：C

KL

解析：根據(jù)德布羅意波的波長公式而〃=、/赤瓦，解得/=高區(qū).由題意

，

X卡

可知，電子與油滴的動能相同，則其波長與質(zhì)量的二次方根成反比，所以有一二=

33-6-14

-7=,/W;b=p^nJ=0.8X10X-X3.14X（4X10）kg=2.7X10kg,代

?A/27XIO-14

入數(shù)據(jù)解得黃='/Q“x=1.7X10\c正確.

［錦囊?妙法］

1.對光的波動性和粒子性的進(jìn)一步理解

項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)表現(xiàn)說明

①光是一種概率波，即光子在①光的波動性是光子本

空間各點(diǎn)出現(xiàn)的可能性大小身的一種屬性，不是光子

光的波動干涉和衍

（概率）可用波動規(guī)律來描述之間相互作用產(chǎn)生的

性射

②大量的光子在傳播時(shí)，表現(xiàn)②光的波動性不同于宏

出波的性質(zhì)觀觀念的波

①當(dāng)光與物質(zhì)發(fā)生作用時(shí)，這

①粒子的含義是“不連

光電效種作用是“一份一份”進(jìn)行

光的粒子續(xù)”“一份一份”的

應(yīng)、康普的，表現(xiàn)出粒子的性質(zhì)

性②光子不同于宏觀觀念

頓效應(yīng)②少量或個(gè)別光子清楚地顯

的粒子

示出光的粒子性

①光子說并未否定波動

①大量光子易顯示出波動性，

波動性和說，E=中，u和

而少量光子易顯示出粒子性

粒子性的

②波長長（頻率低）的光波動性A就是波的概念

對立、統(tǒng)

強(qiáng)，而波長短（頻率高）的光粒②波和粒子在宏觀世界

—-1

子性強(qiáng)是不能統(tǒng)一的，而在微觀

世界卻是統(tǒng)一的

2.物質(zhì)波

（1）定義：任何運(yùn)動著的物體都有一種波與之對應(yīng)，這種波叫物質(zhì)波，也叫德布

羅意波.

（2）物質(zhì)波的波長：2=奈=上，〃是普朗克常量.

⑶德布羅意波也是概率波，衍射圖樣中的亮圓是電子落點(diǎn)概率大的地方，但概

率的大小受波動規(guī)律的支配.

(b課時(shí)訓(xùn)練?■訓(xùn)練分層鞏固提升

A級（練考點(diǎn)過基礎(chǔ)）

題組一光電效應(yīng)的規(guī)律及應(yīng)用

1.（多選）光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)電路圖如圖所示，關(guān)于光電效應(yīng)規(guī)律，下列說法中正確

的是（）

發(fā)射極集電極

光電子

AAA/

光

?

可變電源

A.改用頻率為原來2倍的入射光，光電子的最大初動能變?yōu)樵瓉淼?倍

B.光的頻率越高，遏止電壓越大

C.只增加入射光的強(qiáng)度，光電流不變

D.當(dāng)電源的正負(fù)極交換時(shí)，發(fā)射極的逸出功不變

答案：BD

解析：根據(jù)光電效應(yīng)方程，可得Ekm=〃V—取），易知入射光的頻率與最大初動能

不是成正比關(guān)系，所以改用頻率為原來2倍的入射光，光電子的最大初動能不是

原來的2倍，A錯(cuò)誤；由eUc=Ekm,可得—做，則光的頻率越高，遏止

電壓越大，故B正確；增加入射光的強(qiáng)度，可以增大光電流.故C錯(cuò)誤；發(fā)射

極的逸出功決定于反射極的材料，所以當(dāng)電源的正負(fù)極交換時(shí)，其逸出功不變，

D正確.

2.用圖示裝置研究光電效應(yīng)現(xiàn)象，陰極K與滑動變阻器的中心觸頭在c點(diǎn)相連,

當(dāng)滑片尸移到。點(diǎn)時(shí).，用可見光照射陰極K,光電流為零.下列說法正確的是（）

A.用紫外線照射陰極K時(shí)，電流表中一定有電流通過

B.用紅外線照射陰極K時(shí);電流表中可能有電流通過

C.增大可見光的強(qiáng)度，電流表中可能有電流通過

D.用紫外線照射陰極K,將P向。移動，電流表中電流可能增大

答案：D

解析：當(dāng)滑片尸移到c點(diǎn)時(shí)，用可見光照射陰極K,光電流為零，說明沒有發(fā)生

光也效應(yīng)現(xiàn)象，當(dāng)用頻率高于可見光的紫外線照射，當(dāng)入射光的頻率大于等于金

屬的極限頻率時(shí)，才能發(fā)生光電效應(yīng)，因此有可能會發(fā)生光電效應(yīng)，電流表中可

能有電流通過，但不是肯定有，A錯(cuò)誤；當(dāng)用頻率低于可見光的紅外線照射，一

定不會發(fā)生光電效應(yīng)，電流表中肯定沒有電流通迂，B錯(cuò)誤；增大可見光的強(qiáng)度，

由于入射光的頻率不變，不會發(fā)生光電效應(yīng)，金屬沒有光電子發(fā)出，電流表中肯

定沒有電流通過，C錯(cuò)誤；當(dāng)用紫外線照射陰極K,將P向a移動,則增大正向

電壓，只有在發(fā)生光電效應(yīng)現(xiàn)象時(shí)，電流表中電流才可能增大，D正確.

題組二光電效應(yīng)的圖象

3.用不同頻率的紫外線分別照射鋁和鋅的表面而產(chǎn)生光電效應(yīng)，可得到光電子

的最大初動能Ek隨入射光頻率v變化的Ek-v圖象.已知鴇的逸出功是3.28eV,

鋅的逸出功是3.34eV,若將二者的圖線畫在同一個(gè)Ek-v坐標(biāo)系中，用實(shí)線表

示鐺、虛線表示鋅，則下列正確反映這一過程的圖是（）

cD

答案：A

解析：依據(jù)光電效應(yīng)方程&=加一的可知，Ek—u圖線的斜率代表普朗克常量/?,

因此鴇和鋅的Ek-v圖線應(yīng)該平行；圖線的橫軸截距代表截止頻率vo,而vo=-^,

因此錫的截止頻率小些，綜上所述，A正確.

4.（多選）1905年，愛因斯坦把普朗克的量子化概念進(jìn)一步推廣，成功地解釋了

光電效應(yīng)現(xiàn)象，提出了光子說.在給出與光電效應(yīng)有關(guān)的四個(gè)圖象中，下列說法

正確的是（

光電流與電壓的關(guān)系

圖2

金屬的遏止電壓U與光電子最大初動能優(yōu)與

入射光頻率的關(guān)系入射光頻率v的關(guān)系

圖3圖4

A.圖1中，當(dāng)用紫外線照射鋅板時(shí)，發(fā)現(xiàn)驗(yàn)電器指針發(fā)生了偏轉(zhuǎn)，說明鋅板帶

正電，驗(yàn)電器帶負(fù)電

B.圖2中，從光電流與電壓的關(guān)系圖象中可以看出，電壓相同時(shí)，光照越強(qiáng)，

光電流越大，說明遏止電壓和光的強(qiáng)度有關(guān)

C.圖3中，若電子電荷量用e表示，口、心、幼己知，由“一^圖象可求得普

朗克常量的表達(dá)式為h=T^-

白一火

D.圖4中，由光電子的最大初動能a與入射光頻率y的關(guān)系圖象可知該金屬的

逸出功為E或"％（人為普朗克常量）

答案：CD

解析：用紫外線燈發(fā)出的紫外線照射鋅板，鋅板失去電子帶正電，驗(yàn)電器與鋅板

相連，則驗(yàn)電器的金屬球和金屬指針帶正電，A錯(cuò)誤；由題圖可知電壓相同時(shí)，

光照越強(qiáng)，光電流越大，只能說明光電流強(qiáng)度與光的強(qiáng)度有關(guān)，而遏止電壓只與

入射光的頻率有關(guān)，與入射光的強(qiáng)度無關(guān)，B錯(cuò)誤；根據(jù)愛因斯坦光電效應(yīng)方程

Uce=hv—Wof可知U：="?一地，3一丫圖象的斜率表示“，即"=——一,解

CC€CV\—Vc

Uie

得力=—!—,C正確：根據(jù)光電效應(yīng)方程Ek=加-1%知&一口圖線的縱軸曲距

VLVc

的絕對值表示逸出功，則逸出功為E,當(dāng)最大初動能為零時(shí)，入射光的頻率等于

金屬的極限頻率，則金屬的逸出功等于〃%,D正確.

題組三光的波粒二象性物質(zhì)波

5.康普頓效應(yīng)深入地解釋了光的粒子性，表明光子除了具有能量之外還具有動

量.用2表示光的波長，P表示光的頻率，力表示普朗克常量，c表示光速.下

列關(guān)于光子的動量表達(dá)式，正確的是（）

hvhv

13丁

C.hvD.-y

答案：BD

Ch11V

解析：根據(jù)質(zhì)能方程有E=md,又因?yàn)镋=hv=h,p=mc得p=~^~=,

A,JLfAc

B、D正確.

6.康普頓效應(yīng)揭示了光既有能量也有動量.X射線中的光子與晶體中的電子在

碰撞前、后的示意圖如圖所示，c為光在真空中的傳播速度.則碰撞后（）

hv電子

O\

-o\

碰撞前碰撞后

A.光子的動量大小不變

B.光子的速度減小

C.光子的波長變長

hv

D.電子的動量增加了三

答案：C

h

解析：光子和電子碰撞過程動量守恒，則光子的動量會減小，由2=-,可知光

子的波長變長，C正確，A錯(cuò)誤；由光速不變原理可知，光子的速度不變，B錯(cuò)

/?v

誤；由動量守恒定律結(jié)合題意可知，電子的動量常加量小于一1，D錯(cuò)誤.

7.（多選）兩種單色光〃、〃的頻率分別為3%,1=k,下列說法正確的是（）

vb

A.八人光子動量之比為

Ph

B.4、b光在真空中傳播的速度之比為華=:

UbK

C.若4、b光都能使某種金屬發(fā)生光電效應(yīng)，光電子的最大初動能之差七匕一反力

=hvb（k~\）

\y

D.若〃、光射到同一干涉裝置上，則相鄰條紋的間距之比為/=%

?Xb

答案：AC

hchv

解析：光子的動量表達(dá)式為〃=7，又/=一，則〃=—,因此4、b光子的動

AVC

量之比為"=匕=冗A正確；不同頻率的光在真空中傳播的速度都是相同的，

PbVb

都是光速c,B錯(cuò)誤；根據(jù)愛因斯坦的光電效應(yīng)方程反=/”一版，其中對于同種

金屬，逸出功的是相同的，所以若4、〃光都能使某種金屬發(fā)生光電效應(yīng)，光電

—=

子的最大初動能之差￡k?E^,hvu—hvb—hvb（k-\）,C正確；若。、b光射到

同一干涉裝置上，由干涉條紋間距公式其中d和/都相同，又7=

可得相鄰條紋的間距之比為#=」"=）,所以D錯(cuò)誤.

>XbVaK

B級（練能力過素養(yǎng)）

8.從1907年起，美國物理學(xué)家密立根開始以精湛的技術(shù)測量光電效應(yīng)中幾個(gè)重

要的物理量.他通過如圖甲所示的實(shí)驗(yàn)裝置測量某金屬的遏止電壓外與入射光

頻率也作出Uc-u的圖象，由此算出普朗克常量〃，并與普朗克根據(jù)黑體輻射

測出的人相比較以檢驗(yàn)愛因斯坦光電效應(yīng)方程的正確性.圖乙中頻率必、血、遏

止電壓d2及電子的電荷量e均為已知，求：

⑴普朗克常量/?.

（2）該金屬的截止頻率vo.

e（伉21%）UclV}-Uc\?2

答案:（）（）Uc2-Uci

1V2-V\

解析：（i）根據(jù)愛因斯坦光電效應(yīng)方程a=/?v-wo

根據(jù)動能定理有一eUc=（）—Ek

解得Uc=gv一4

人人同a%，hUc2-UclUc\

結(jié)合圖象如后=-=-------=----

ei/2—viv?—

故普朗克常量h?（。>一?。?

Uc2v|—UclP2

（2）截止頻率1句=

Ug-Uci

第2講原子與原子核氫原子光譜

⑥目I標(biāo)任I務(wù)抓核心目標(biāo)清

目標(biāo)要求學(xué)科素養(yǎng)

1.理解兩種原子結(jié)構(gòu)模型，能用玻爾理

1.物理觀念：氫原子光譜、原子躍遷、

論解釋氫原子光譜.

核能、質(zhì)能方程.

2.掌握氫原子的能級公式并能結(jié)合能級

2.科學(xué)思維：核能的計(jì)算.

圖求解氫原子的躍遷問題.

3.科學(xué)探究：a粒子散射實(shí)驗(yàn).

3.掌握原子核的衰變、半衰期等知識.

4.科學(xué)態(tài)度與責(zé)任：光譜分析、射淺的

4.掌握四種核反應(yīng)并能寫出核反應(yīng)方

應(yīng)用、核電站

程，能根據(jù)質(zhì)能方程求解核能問題

知識特訓(xùn)）知識必記課前預(yù)案

知識必記;夯基成構(gòu)體系

原

子

結(jié)

構(gòu)

酷軌道假設(shè)一I

玻爾模型）-f定態(tài)假設(shè)氫原子

躍遷假設(shè)一1

「由_____和中子組成

。恒j?核電荷數(shù)等于核內(nèi)質(zhì)子數(shù)，也等于核外數(shù)

L核質(zhì)址數(shù)等于核內(nèi)數(shù)與中子數(shù)之和

a衰變f宓核（:He）J磁場中的衰變：外切圓是a

B衰變一電子（?乙衰變，內(nèi)切圓是B衰變

原y改變一高頻電磁波

子定義一原子核半數(shù)發(fā)生衰變所用

核的時(shí)間

相關(guān)因素-由核因索決定，與

半衰期是針對大量原子核

物理化學(xué)狀態(tài)無關(guān)

而言的，少量原子核不加

公式：N=M=用半衰期公式求余量

_____L?質(zhì)能方程-2

°便直HI獲取途E徑=mc_裂變、聚變

必記答案

盧瑟福線狀rrr\今質(zhì)子電子質(zhì)子內(nèi)部Nog）（：機(jī)。8）5重核

輕核

篋璃必驗(yàn)〕...................練基礎(chǔ)固知識

1.思考判斷

⑴人們認(rèn)識原子具有復(fù)雜的結(jié)構(gòu)是從物理學(xué)家盧瑟福研究陰極射線發(fā)現(xiàn)電子開

始的.（X）

（2）人們認(rèn)識原子核具有復(fù)雜的結(jié)構(gòu)是從查德威克發(fā)現(xiàn)質(zhì)子開始的.（X）

⑶原子中絕大部分是空的，原子核很小.（V）

（4）按照玻爾理論，核外電子均勻分布在各個(gè)不連續(xù)的軌道上.（X）

（5）原子的能量量子化現(xiàn)象是指原子在不同狀態(tài)中具有不同的能量.（J）

（6）熾熱的固體、液體和高壓氣體發(fā)出的光譜是連續(xù)光譜.（V）

⑺根據(jù)玻爾理論，氫原子的核外電子由較高能級躍遷到較低能級時(shí)，輻射一定

頻率的光子，同時(shí)電子的動能增大，電勢能減小.（V）

⑻如果某放射性元素的原子核有100個(gè)，經(jīng)過一個(gè)半衰期后一定還剩50個(gè)原子

核沒有衰變.（X）

（9）質(zhì)能方程表明在一定條件下，質(zhì)量可以轉(zhuǎn)化為能量.（X）

2.［a粒子散射］（多選）英國物理學(xué)家盧瑟福用a粒子轟擊金箔后，根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果

提出了原子的核式結(jié)構(gòu)學(xué)說.如圖所示，。表示金原子核的位置，曲線"和cd

分別表示經(jīng)過金原子核附近的Q粒子的運(yùn)動軌跡，其中能正確反映實(shí)驗(yàn)結(jié)果的是

()

答案：BD

解析：曲線運(yùn)動的枕跡總是彎向受力的一側(cè)，A錯(cuò)誤、B正確；a粒子和原子核

都帶正電，a粒子離核越近所受斥力越大，偏轉(zhuǎn)前度越大，C錯(cuò)誤、D正確.

3.［能級躍遷］（多選）如圖所示，這是氫原子的能級圖，一群氫原子處于〃=3能

級，下列說法正確的是（）

〃EkV

8................()

4二-0.85

3--------------1.51

2--------------3.40

1--------------13.60

A.這群氫原子躍遷時(shí)能夠發(fā)出3種不同頻率的光子

B.這群氫原子發(fā)出的光子中，能量最大為10.2eV

C.氫原子從〃=3能級躍遷到〃=2能級時(shí)發(fā)出的光的波長最長

D.這群氫原子能夠吸收任意光子的能量而向更高能級躍遷

答案：AC

解析：根據(jù)c3=3知，這群氫原子能夠發(fā)出3種不同頻率的光子，A正確；氫原

子由〃=3能級躍遷到n=\能級輻射的光子能量最大，△￡=（13.6—L51）eV=

12.09eV,B錯(cuò)誤；氫原子從〃=3能級躍遷到〃=2能級輻射的光子能量最小，

頻率最小，波長最長，C正確：一群處于〃=3能級的氫原子向更高能級躍遷，

吸收的能量必須等于兩能級之差，D錯(cuò)誤.

4.［三種射線］下面說法正確的是（）

①8射線和電子是兩種不同的粒子②紅外線的波長比X射線的波長長③Q

粒子不同于氫原子核④丫射線的貫穿本領(lǐng)比立子的強(qiáng)

A.①②B.①③

C.②④D.?@

答案：C

解析：19世紀(jì)末20世紀(jì)初，人們發(fā)現(xiàn)了X、a、0、y射線，經(jīng)研究知道X、丫

射線均為電磁波，只是波長不同.可見光、紅外線也是電磁波，由電磁波譜知紅

外線的波長比X射線波長要長.另外，B射線是電子流，a粒子是氮核，對a、

。、y射線的穿透本領(lǐng)而言，Y射線最強(qiáng)，a粒子最弱，C正確.

5.［核反應(yīng)方程］（2021?浙江卷）（多選）對四個(gè)核反應(yīng)方程⑴鑼U-鉗Th+犯e；（2）鉗

Th-鉀pa+一怛（3）,/N+4He^,s7O+lH；（4"H+iHf犯e+An+17.6MeV.下列說

法正確的是（）

A.⑴⑵式核反應(yīng)沒有釋放能量

B.(1)(2)(3)式均是原子核衰變方程

C.(3)式是人類第一次實(shí)現(xiàn)原子核轉(zhuǎn)變的方程

D.利用激光引發(fā)可控的(4)式核聚變是正在嘗試的技術(shù)之一

答案：CD

解析：(1)式為a衰變，(2)式為B衰變，均有能量放出，A錯(cuò)誤；(3)式為人工

核轉(zhuǎn)變，B錯(cuò)誤；(3)式為人類第一次實(shí)現(xiàn)原子核轉(zhuǎn)變的方程，C正確；利用激光

引發(fā)可控的(4)式核聚變是正在嘗試的技術(shù)之一，D正確.

.........................?能力特訓(xùn)「核心突破課堂學(xué)案

能力點(diǎn)1原子的核式結(jié)構(gòu)(自主沖關(guān)類)

［題組?沖關(guān)］

1.［a粒子散射實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象］盧瑟福的a粒子散射實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示，在一個(gè)小鉛

盒里放有少量的放射性元素針，它發(fā)出的Q粒了從鋁盒的小孔射出，形成很細(xì)的

一束射線，射到金箔上，最后打在熒光屏上產(chǎn)生閃爍的光點(diǎn).下列說法正確的是

()

a粒子源

A.該實(shí)驗(yàn)是盧瑟福建立原子核式結(jié)構(gòu)模型的重要依據(jù)

B.該實(shí)驗(yàn)證實(shí)了湯姆孫原子模型的正確性

C.。粒子與原子中的電子碰撞會發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)

D.絕大多數(shù)的Q粒子發(fā)牛大角度偏轉(zhuǎn)

答案：A

解析：盧瑟福根據(jù)a粒子散射實(shí)驗(yàn)，提出了原子核式結(jié)構(gòu)模型，A正確；盧瑟福

提出了原子核式結(jié)構(gòu)模型的假設(shè)，從而否定了湯姆孫原子模型的正確性，B錯(cuò)誤；

電子質(zhì)量太小，對a粒子的運(yùn)動影響不大，a粒子發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)是受原子核的

斥力影響，C錯(cuò)誤：絕大多數(shù)a粒子穿過金箔后，幾乎仍沿原方向前進(jìn)，D錯(cuò)誤.

2.1a粒子散射實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的解釋］不?能?用盧瑟福原子核式結(jié)構(gòu)模型得出的結(jié)論是

A.原子中心有一個(gè)很小的原子核

B.原子核是由質(zhì)子和中子組成的

C.原子質(zhì)量兒乎全部集中在原子核內(nèi)

D.原子的正電荷全部集中在原子核內(nèi)

答案：B

解析：盧瑟福通過Q粒子散射實(shí)臉，發(fā)現(xiàn)絕大多數(shù)粒子發(fā)生了偏轉(zhuǎn)，少數(shù)發(fā)生了

大角度的偏轉(zhuǎn)，極少數(shù)反向運(yùn)動，說明原子質(zhì)量幾乎全部集中在核內(nèi)；因?yàn)榻鹪?/p>

子核和a粒子間存在斥力，所以正電荷集中在核內(nèi)；因?yàn)橹挥袠O少數(shù)a粒子反向

運(yùn)動，說明原子核很??；該模型并不能說明原子核是由質(zhì)子和中子組成的，B正

確.

3.［a粒子散射的分析］a粒子（氮原子核）被重金屬原子核散射的運(yùn)動軌跡如圖所

示，M、N、P、。是軌跡上的四點(diǎn)，在散射過程中可以認(rèn)為重金屬原子核靜止.圖

中所標(biāo)出的a粒子在各點(diǎn)處的加速度方向正確的是（）

A.M點(diǎn)、B.N點(diǎn)

C.P點(diǎn)、D.。點(diǎn)

解析：a粒子（氯原子核）和重金屬原子核都帶正電，互相排斥，加速度方向與其

所受斥力方向相同，所以a粒子的加速度方向沿相應(yīng)點(diǎn)與重金屬原子核連線且指

向曲線的凹側(cè)，故只有C正確.

答案：C

［錦曩?妙法1

1.a粒子散射實(shí)驗(yàn)

1909-1911年，英國物理學(xué)家盧瑟福和他的助手進(jìn)行了用a粒子轟擊金箔的實(shí)

驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)絕大多數(shù)。粒子穿過金箔后基本上仍沿原來方向前進(jìn)，但有少數(shù)a

粒子發(fā)生了大角度偏轉(zhuǎn)，偏轉(zhuǎn)的角度甚至大于90',也就是說它們幾乎被“撞”

了回來.

2.原子的核式結(jié)構(gòu)模型

在原子中心有一個(gè)很小的核，原子全部的正電荷和幾乎全部質(zhì)量都集中在核里,

帶負(fù)電的電子在核外空間繞核旋轉(zhuǎn).

能力點(diǎn)2玻爾理論的理解與計(jì)算(綜合提升類)

1.對氫原子能級圖的理解

(1)氫原子的能級圖如圖所示.

2

(2)能級圖中相關(guān)量意義的說明:

相關(guān)量意義

能級圖中的橫線表示氫原子可能的能量狀態(tài)——定態(tài)

橫線左端的數(shù)字“1,2,3,…”表示量子數(shù)

橫線右端的數(shù)字“一13.6,—3.4,…”表示氫原子的能量

表示相鄰能級的能量差，量子數(shù)越大，

相鄰橫線間的距離

相鄰的能量差越小，距離越小

表示原子由較高能級向較低能級躍遷，

帶箭頭的豎線

原子躍遷的條件為hv=Em—Etl

2.兩類能級躍遷

(1)自發(fā)躍遷：高能級一低能級，釋放能量，發(fā)出光子.

光子的頻率y=-=殳聲.

(2)受激躍遷：低能級f高能級，吸收能量.

①光照(吸收光子)：光子的能量必須恰等于能級差hr=A￡.

②碰撞、加熱等：只要入射粒子的能量大于或等于能級差即可，E外2△￡

③大于電離能的光子被吸收，將原子電離.

3.電離

(1)電離態(tài)：〃=8,E=0.

(2)電離能：指原子從基態(tài)或某一激發(fā)態(tài)躍遷到電離態(tài)所需要吸收的最小能量.

例如：對于氫原子①基態(tài)一電離態(tài)：E^=0-(-13.6eV)=13.6eV,即為基態(tài)的

電離能.

②〃=2一電離態(tài)：E吸=0—E2=3.4eV,即為〃=2激發(fā)態(tài)的電離能.

如吸收能量足夠大，克服電離能后，電離出的自由電子還具有動能.

4.譜線條數(shù)的確定方法

(1)一個(gè)氫原子躍遷時(shí)，可能發(fā)出的光譜線條數(shù)最多為(〃一1).

(2)一群氫原子躍遷發(fā)出可能的光譜線條數(shù)的兩種求解方法：

>7(n―1)

①用數(shù)學(xué)中的組合知識求解：一；

②利用能級圖求解：在氫原子能級圖中將氫原子躍