高三物理一轮复习第13章波粒二象性原子结构原子核第3节原子核课件

第2讲光电效应波粒二象性一、普朗克能量子假说黑体与黑体辐射1．黑体与黑体辐射（1)黑体:如果某种物质能够完全吸收入射的各种波长的电磁波而不发生反射，这种物体就是绝对黑体．(2）黑体辐射：辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的温度有关．2．普朗克能量子假说当带电微粒辐射或吸收能量时,是以最小能量值为单位一份一份地辐射或吸收的，这个最小能量值ε叫做能量子．ε＝hν。

二、光电效应及其规律1．光电效应现象在光的照射下,金属中的电子从表面逸出的现象，发射出来的电子叫光电子．2．光电效应的产生条件入射光的频率大于等于金属的极限频率．3．光电效应规律(1)每种金属都有一个极限频率，入射光的频率必须大于等于这个极限频率才能产生光电效应．(2)光电子的最大初动能与入射光的强度无关,只随入射光频率的增大而增大．(3)光电效应的发生几乎是瞬时的，一般不超过10－9 s.(4）当入射光的频率大于等于极限频率时,饱和光电流的大小与入射光的强度成正比．4．爱因斯坦光电效应方程(1)光子说:光的能量不是连续的，而是一份一份的，每一份叫做一个光子,光子的能量ε＝hν。

(2)逸出功W0:电子从金属中逸出所需做功的最小值．(3)最大初动能：发生光电效应时,金属表面上的电子吸收光子后克服原子核的引力逸出时所具有的动能的最大值．(4）光电效应方程①表达式：hν＝E k＋W0或E k＝hν－W0。

②物理意义：金属表面的电子吸收一个光子获得的能量是hν,这些能量的一部分用来克服金属的逸出功W0,剩下的表现为逸出后电子的最大初动能．三、光的波粒二象性物质波1．光的波粒二象性(1)波动性:光的干涉、衍射、偏振现象证明光具有波动性．(2）粒子性：光电效应、康普顿效应说明光具有粒子性．(3)光既具有波动性,又具有粒子性，称为光的波粒二象性．2．物质波（1)概率波光的干涉现象是大量光子的运动遵守波动规律的表现,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，因此光波又叫概率波．（2)物质波任何一个运动着的物体，小到微观粒子大到宏观物体都有一种波与它对应,其波长λ＝错误!，p为运动物体的动量，h为普朗克常量．1．判断下列说法是否正确．(1)任何频率的光照射到金属表面都可以发生光电效应．(×)(2)要使某金属发生光电效应,入射光子的能量必须大于金属的逸出功．(√）(3）光电子的最大初动能与入射光子的频率成正比．（×）（4）光的频率越高，光的粒子性越明显,但仍具有波动性．（√）(5）德国物理学家普朗克提出了量子假说，成功地解释了光电效应规律．(×）（6）美国物理学家康普顿发现了康普顿效应，证实了光的粒子性．(√)(7）法国物理学家德布罗意大胆预言了实物粒子具有波动性．(√）2．（多选）如图1所示，用导线把验电器与锌板相连接，当用紫外线照射锌板时，发生的现象是（)图1A．有光子从锌板逸出B．有电子从锌板逸出C．验电器指针张开一个角度D．锌板带负电答案BC3．（多选)在光电效应实验中，用频率为ν的光照射光电管阴极，发生了光电效应，下列说法正确的是()A．增大入射光的强度，光电流增大B．减小入射光的强度，光电效应现象消失C．改用频率小于ν的光照射，一定不发生光电效应D．改用频率大于ν的光照射,光电子的最大初动能变大答案AD解析增大入射光强度,单位时间内照射到单位面积的光子数增加，则光电流将增大，故选项A正确；光电效应是否发生取决于入射光的频率，而与入射光强度无关，故选项B错误．用频率为ν的光照射光电管阴极，发生光电效应，用频率较小的光照射时,若光的频率仍大于等于极限频率，则仍会发生光电效应,选项C错误；根据hν－W逸＝错误!mv2可知,增加入射光频率，光电子的最大初动能增大，故选项D正确．4．有关光的本性，下列说法正确的是(）A．光既具有波动性，又具有粒子性，两种性质是不相容的B．光的波动性类似于机械波，光的粒子性类似于质点C．大量光子才具有波动性，个别光子只具有粒子性D．由于光既具有波动性，又具有粒子性,无法只用其中一种性质去说明光的一切行为，只能认为光具有波粒二象性答案D5．黑体辐射的规律如图2所示，从中可以看出，随着温度的降低，各种波长的辐射强度都________（填“增大”“减小"或“不变)，辐射强度的极大值向波长________（填“较长"或“较短”）的方向移动．图2答案减少较长解析由题图可知,随着温度的降低，相同波长的光辐射强度都会减小;同时最大辐射强度向右侧移动,即向波长较长的方向移动。

第1节波粒二象性（建议用时：40分钟）1.关于光子的能量，下列说法中正确的是（）A.光子的能虽跟它的频率成反比B.光子的能量跟它的频率成正比C.光子的能疑跟它的速度成正比D.光子的能疑跟它的速度成反比B [光子的能虽由此可知，光子的能量与光的频率成正比，B正确.]2.在光电效应的实验结果中，与光的波动理论不矛盾的是（）A.光电效应是瞬时发生的B.所有金属都存在极限频率C.光电流随着入射光增强而变大D.入射光频率越大，光电子最大初动能越大C [光具有波粒二象性，既具有波动性又具有粒子性，光电效应证实了光的粒子性.因为光子的能量是一份一份的，不能积累，所以光电效应具有瞬时性，这与光的波动性矛盾，A项错误；同理，因为光子的能量不能积累，所以只有当光子的频率大于金属的极限频率时，才会发生光电效应，B项错误；光强增大时，光子数量和能量都增大，所以光电流会增大，这与波动性无关，C项正确；一个光电子只能吸收一个光子，所以入射光的频率增大，光电子吸收的能量变大，所以最大初动能变大，D项错误.]3.（多选）在光电效应实验中，用频率为v的光照射光电管阴极，发生了光电效应，下列说法正确的是（）A.增大入射光的强度，光电流增大B.减小入射光的强度，光电效应现象消失C.改用频率小于v的光照射，一定不发生光电效应D.改用频率大于v的光照射，光电子的最大初动能变大AD [增大入射光的强度，单位时间内照射到单位而积的光子数增加，则光电流将增大, 故选项A正确：光电效应是否发生取决于入射光的频率，而与入射光的强度无关，故选项B 错误.用频率为》的光照射光电管阴极，发生光电效应，用频率较小的光照射时，若光的频率仍大于极限频率，则仍会发生光电效应，选项C错误；根据Q _戶討可知，增加入射光频率，光电子的最大初动能也增大，故选项D正确.]4.根据爱因斯坦光子说，光子能量厅等于（力为普朗克常量，c、人为真空中的光速和波长）（）【导学号:81370423]C. h AA [根据E=h v,“=+得：E=石,故A对.]5.用频率为》的光照射某金属表而时，逸岀的光电子的最大初动能为E：若改用频率为3 $的光照射该金属，则逸出的光电子的最大初动能为（）C. 3A v-ErD. 2h“+煤D [由爱因斯坦光电效应方程可知反=h・3#—届，所以E' =2h v +6.（多选）关于物质的波粒二象性，下列说法中正确的是（）A.不仅光子具有波粒二象性，一切运动的微粒都具有波粒二象性B.运动的微观粒子与光子一样，当它们通过一个小孔时，都没有特泄的运动轨道C.波动性和粒子性，在宏观现象中是矛盾的、对立的，但在微观高速运动的现象中是统一的D.实物的运动有特左的轨道，所以实物不具有波粒二彖性ABC [由徳布罗意波可知A、C对：运动的微观粒子，达到的位置具有随机性，而没有特定的运动轨道，B对：由徳布罗意理论知，宏观物体的徳布罗意波的波长太小，实际很难观察到波动性，不是不具有波粒二象性，D错.]7.（多选）根据物质波理论，以下说法中正确的是（）A.微观粒子有波动性，宏观物体没有波动性B.宏观物体和微观粒子都具有波动性C.宏观物体的波动性不易被人观察到是因为它的波长太长D.速度相同的质子和电子相比，电子的波动性更为明显BD [一切运动的物体都有一种物质波与它对应，所以宏观物体和微观粒子都具有波动性，A选项错误，B选项正确：宏观物体的物质波波长很短，不易观察到它的波动性，所以C选项错误：速度相同的质子与电子相比，电子质量小，物质波波长更长，所以电子波动性更明显，所以D选项正确.]8.（多选）在单缝衍射实验中，中央亮条纹的光强占从单缝射入的整个光强的95%以上, 假设现在只让一个光子通过单缝，那么该光子（）【导学号：81370424]A.一泄落在中央亮条纹处B.一泄落在亮条纹处C.可能落在暗条纹处D.落在中央亮条纹处的可能性最大CD [根据光波是概率波的概念，对于一个光子通过单缝落在何处，是不确龙的，但概率最大的是落在中央亮条纹处•当然也可能落在其他亮条纹处，还可能落在暗条纹处，不过, 落在暗条纹处的概率很小，故C、D选项正确.]9.（多选）如图13-1-4所示,电路中所有元件完好，但光照射到光电管上，灵敏电流计中没有电流通过，其原因可能是（）图13-1-4A.入射光太弱B.入射光波长太长C.光照时间短D.电源正、负极接反BD [入射光波长太长，入射光的频率低于截I匕频率时，不能发生光电效应，故选项B 正确：电路中电源反接，对光电管加了反向电压，若该电压超过了遏止电压，也没有光电流产生，故选项D正确.]10.研究光电效应的电路如图13-1-5所示.用频率相同、强度不同的光分别照射密封真空管的钠极板（阴极K）,钠极板发射出的光电子被阳极A吸收，在电路中形成光电流.下列光电流Z 与A、K之间的电压弘的关系图象中，正确的是（）图13-1-5C [由于光的频率相同，所以对应的反向遏止电压相同，选项A、B错误：发生光电效应时，在同样的加速电压下，光强度越大，逸岀的光电子数目越多，形成的光电流越大，所以C正确，D错误.]11.（多选）波粒二象性是微观世界的基本特征，以下说法正确的有（）【导学号：81370425]A.光电效应现彖揭示了光的粒子性B.热中子束射到晶体上产生衍射图样说明中子具有波动性C.黑体辎射的实验规律可用光的波动性解释D.动能相等的质子和电子，它们的徳布罗意波长也相等AB [光电效应说明光的粒子性，所以A正确：热中子束在晶体上产生衍射图样，即运动的实物粒子具有波的特性，即说明中子具有波动性，所以B正确；黑体辐射的实验规律说明电磁辐射具有量子化，即黑体辐射是不连续的、一份一份的，所以黑体辐射用光的粒子性解释，即C 错误；根据徳布罗意波长公式久=2产=2也，又质子的质捲大于电子的质量,P所以动能相等的质子和电子，质子的徳布罗意波波长较短，所以D错误.]12.（多选）在光电效应实验中，用同一种单色光，先后照射锌和银的表面，都能产生光电效应.对于这两个过程，下列四个物理量中，一定不同的是（）A.遏止电压B.饱和光电流C.光电子的最大初动能D.逸出功ACD [同一束光照射不同的金属，一泄相同的是入射光的光子能量，不同的金属，逸出 功不同，根据光电效应方程冬=力”一屁知，最大初动能不同，则遏止电压不同：同一束光 照射，光中的光子数目相等，所以饱和光电流是相同的.]13. （多选）分别用波长为人和2久的光照射同一种金属，产生的速度最快的光电子速 度之比为2 ： 1,普朗克常量和真空中光速分別用力和c 表示，那么下列说法正确的是（）A. 该种金属的逸出功为养B. 该种金属的逸出功为芋C. 波长超过2久的光都不能使该金属发生光电效应D. 波长超过4久的光都不能使该金属发生光电效应~ =05+3201^, 乂 Vi =2v*,得爲=—,A il". 确，B 错误.光的波长小于或等于3人时都能发生光电效应，C 错误.]14. 在某次光电效应实验中，得到的遏止电压Q 与入射光的频率a 的关系如图13-1-6所示.若该直线的斜率和截距分别为&和b 电子电荷量的绝对值为e,则普朗克常量可表 示为 ，所用材料的逸出功可表示为 _______________________ •图 13-1-6【解析】 根据光电效应方程E a =hv-W.及艮=虫得良=丄一匹,故占=厶6=--> e e ee得 h=ek, %= — eb.[>■】ek — eb15. 在光电效应实验中，某金属的截止频率相应的波长为 九，该金属的逸出功为______ •若用波长为人（久<人。

第34讲 波粒二象性教学目标1. 理解光子说及对光电效应的解释.2. 理解爱因斯坦光电效应方程并会用来解决简单问题． 重点：光电效应现象,光电效应规律,光子说. 难点：光电效应方程的应用知识梳理一、光电效应1. 光照使物体发射电子的现象叫光电效应现象；所发射的电子叫光电子；光电子定向移动所形成的电流叫光电流。

2. 光电效应现象所遵循的基本规律。

物体在光照的条件下发射电子而发生光电效应现象时遵循如下规律：（1）对于任何一种金属，入射光的频率必须大于某一极限频率才能产生光电效应，低于这个极限频率，无论强度如何，无论照射时间多长，也不能产生光电效应；（2）在单位时间里从金属极板中发射出的光电子数跟入射光的强度成正比；（3）发射出的光电子的最大初动能与入射光强度无关，只随入射光频率的增大而增大；（4）只要入射光的频率高于金属极板的极限频率，无论其强度如何，光电子的产生都几乎是瞬时的，不超过10—9s.二、光子说 1.光子说⑴光子：在空间传播的光是不连续的，而是一份一份的，每一份叫做一个光量子，简称光子。

⑵光子的能量：ν=h Eh 为普朗克常量。

h=6.63×10-34J ·s 每个光子的能量只决定于光的频率。

⑶光强同样频率的光，光的强弱的不同则反映了单位时间内射到单位面积的光子数的多少． 2. 光子说对光电效应的解释光子照射到金属上时，光子一次只能将其全部能量传递给一个电子，一个电子一次只能获取一个光子的能量，它们之间存在着一对一的关系．电子吸收光子后，能量增加，如果能量足够大，就能摆脱金属中正电荷对其的束缚，从金属表面逸出，成为光电子．如果光子的能量较小(频率较低)，电子吸收光子后的能量不足以克服金属中正电荷对其的束缚，则立即会将其转化为系统的内能，而不能从金属中逸出，这就是入射光的频率较低时，尽管照射时间足够长，也不能发生光电效应的原因．每一种金属，正电荷对电子的束缚能力都不同，因此，电子逸出所需做的最小功也不一样．光子频率小于该频率，无论如何都不会发生光电效应，这就是每一种金属都存在极限频率的原因．金属中的电子对于光子的吸收是十分迅速的，电子一次性获得的能量足够时，逸出也是十分迅速的，这就是光电效应具有瞬时效应的原因．三、光电效应方程 1. 金属的逸出功光电效应中，金属中的电子在飞出金属表面时要克服原子核对它的吸引而做功。

自主命题卷全国卷考情分析2021·广东卷·T1原子核的衰变2021·全国甲卷·T17原子核的衰变2021·湖南卷·T1衰变、半衰期2021·全国乙卷·T17半衰期2021·河北卷·T1衰变、半衰期2020·全国卷Ⅰ·T19核反应2021·浙江6月选考·T14核反应2020·全国卷Ⅱ·T18核能2020·天津卷·T1原子核式结构实验2020·全国卷Ⅲ·T19原子核的衰变2020·江苏卷·T12(1)(2)黑体辐射、能级跃迁、光子的动量2019·全国卷Ⅰ·T14能级跃迁2020·浙江7月选考·T14核聚变、核能2019·全国卷Ⅱ·T15核能2019·天津卷·T5光电效应2018·全国卷Ⅱ·T17光电效应试题情境生活实践类医用放射性核素、霓虹灯、氖管、光谱仪、原子钟、威耳逊云室、射线测厚仪、原子弹、反应堆与核电站、太阳、氢弹、环流器装置等学习探究类光电效应现象、光的波粒二象性、原子的核式结构模型、氢原子光谱、原子的能级结构、射线的危害与防护、原子核的结合能、核裂变反应和核聚变反应等第1讲原子结构和波粒二象性目标要求 1.了解黑体辐射的实验规律.2.知道什么是光电效应，理解光电效应的实验规律．会利用光电效应方程计算逸出功、截止频率、最大初动能等物理量.3.知道原子的核式结构，掌握玻尔理论及能级跃迁规律.4.了解实物粒子的波动性，知道物质波的概念．考点一黑体辐射及实验规律1．热辐射(1)定义：周围的一切物体都在辐射电磁波，这种辐射与物体的温度有关，所以叫热辐射．(2)特点：热辐射强度按波长的分布情况随物体温度的不同而有所不同．2．黑体、黑体辐射的实验规律(1)黑体：能够完全吸收入射的各种波长的电磁波而不发生反射的物体．(2)黑体辐射的实验规律①对于一般材料的物体，辐射电磁波的情况除与温度有关外，还与材料的种类及表面状况有关．②黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的温度有关．随着温度的升高，一方面，各种波长的辐射强度都有增加，另一方面，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动，如图．3．能量子(1)定义：普朗克认为，当带电微粒辐射或吸收能量时，只能辐射或吸收某个最小能量值ε的整数倍，这个不可再分的最小能量值ε叫作能量子．(2)能量子大小：ε＝hν，其中ν是带电微粒吸收或辐射电磁波的频率，h称为普朗克常量．h ＝6.626×10－34 J·s(一般取h＝6.63×10－34 J·s)．1．黑体能够反射各种波长的电磁波，但不会辐射电磁波．(×)2．黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与温度有关，随着温度的升高，各种波长的辐射强度都增加，辐射强度极大值向波长较短的方向移动．(√)3．玻尔为得出黑体辐射的强度按波长分布的公式，提出了能量子的假说．(×)例1(多选)关于黑体辐射的实验规律如图所示，下列说法正确的是()A．黑体能够完全吸收照射到它上面的光波B ．随着温度的降低，各种波长的光辐射强度都有所增加C ．随着温度的升高，辐射强度极大值向波长较长的方向移动D ．黑体辐射的强度只与它的温度有关，与形状和黑体材料无关 答案 AD解析 能完全吸收照射到它上面的各种频率的电磁辐射的物体称为黑体，A 正确；由题图可知，随温度的降低，各种波长的光辐射强度都有所减小，选项B 错误；随着温度的升高，黑体辐射强度的极大值向波长较短的方向移动，选项C 错误；一般物体辐射电磁波的情况与温度有关，还与材料的种类及表面情况有关，但黑体辐射电磁波的情况只与它的温度有关，选项D 正确．例2 在“焊接”视网膜的眼科手术中，所用激光的波长λ＝6.4×10－7 m ，每个激光脉冲的能量E ＝1.5×10－2 J ．求每个脉冲中的光子数目．(已知普朗克常量h ＝6.63×10－34J·s ，光速c ＝3×108 m/s.计算结果保留一位有效数字) 答案 5×1016解析 每个光子的能量为E 0＝hν＝h cλ，每个激光脉冲的能量为E ，所以每个脉冲中的光子数目为：N ＝EE 0，联立且代入数据解得：N ＝5×1016个．考点二 光电效应1．光电效应及其规律 (1)光电效应现象照射到金属表面的光，能使金属中的电子从表面逸出，这个现象称为光电效应，这种电子常称为光电子．(2)光电效应的产生条件入射光的频率大于或等于金属的截止频率． (3)光电效应规律①每种金属都有一个截止频率νc ，入射光的频率必须大于或等于这个截止频率才能产生光电效应．②光电子的最大初动能与入射光的强度无关，只随入射光频率的增大而增大． ③光电效应的发生几乎是瞬时的，一般不超过10－9 s.④当入射光的频率大于或等于截止频率时，在光的颜色不变的情况下，入射光越强，饱和电流越大，逸出的光电子数越多，逸出光电子的数目与入射光的强度成正比，饱和电流的大小与入射光的强度成正比．2．爱因斯坦光电效应方程(1)光电效应方程①表达式：hν＝E k＋W0或E k＝hν－W0.②物理意义：金属表面的电子吸收一个光子获得的能量是hν，这些能量的一部分用来克服金属的逸出功W0，剩下的表现为逸出后电子的最大初动能．(2)逸出功W0：电子从金属中逸出所需做功的最小值，W0＝hνc＝h cλc.(3)最大初动能：发生光电效应时，金属表面上的电子吸收光子后克服原子核的引力逸出时所具有的动能的最大值．1．光子和光电子都不是实物粒子．(×)2．只要入射光的强度足够大，就可以使金属发生光电效应．(×)3．要使某金属发生光电效应，入射光子的能量必须大于或等于金属的逸出功．(√) 4．光电子的最大初动能与入射光子的频率成正比．(×)1．光电效应的分析思路2．光电效应图像图像名称图线形状获取信息最大初动能E k与入射光频率ν的关系图线①截止频率(极限频率)νc：图线与ν轴交点的横坐标②逸出功W0：图线与E k轴交点的纵坐标的绝对值W0＝|－E|＝E③普朗克常量h：图线的斜率k＝h遏止电压U c 与入射光频率ν的关系图线①截止频率νc：图线与横轴的交点的横坐标②遏止电压U c：随入射光频率的增大而增大③普朗克常量h：等于图线的斜率与电子电荷量的乘积，即h＝ke(注：此时两极之间接反向电压)颜色相同、强度不同的光，光电流与电压的关系①遏止电压U c：图线与横轴的交点的横坐标②饱和电流：电流的最大值；③最大初动能：E k＝eU c颜色不同时，光电流与电压的关系①遏止电压U c1、U c2②饱和电流③最大初动能E k1＝eU c1，E k2＝eU c2考向1光电效应的规律例3研究光电效应的电路图如图所示，关于光电效应，下列说法正确的是()A．任何一种频率的光，只要照射时间足够长，电流表就会有示数B．若电源电动势足够大，滑动变阻器滑片向右滑，电流表的示数能一直增大C．调换电源的正负极，调节滑动变阻器的滑片，电流表的示数可能变为零D．光电效应反映了光具有波动性答案 C解析能否发生光电效应取决于光的频率，与照射时间长短无关，A错误；增加极板间电压，会出现饱和电流，电流表示数不会一直增大，B错误；调换电源正负极，若反向电压达到遏止电压，则电流表示数变为零，C正确；光电效应反映了光具有粒子性，D错误．考向2光电效应的图像例4 (多选)如图所示，甲、乙、丙、丁是关于光电效应的四个图像，以下说法正确的是( )A ．由图甲可求得普朗克常量h ＝be aB ．由图乙可知虚线对应金属的逸出功比实线对应金属的逸出功小C ．由图丙可知在光的颜色不变的情况下，入射光越强，饱和电流越大D ．由图丁可知电压越高，则光电流越大 答案 BC解析 根据光电效应方程，结合动能定理可知eU c ＝E k ＝hν－W 0＝hν－hνc ，变式可得U c ＝he ν－h e νc ，斜率k ＝b 2a ＝h e ，解得普朗克常量为h ＝be2a ，故A 错误；根据爱因斯坦光电效应方程E k ＝hν－W 0可知，纵轴截距的绝对值表示逸出功，则实线对应金属的逸出功比虚线对应金属的逸出功大，故B 正确；入射光频率一定，饱和电流由入射光的强度决定，即光的颜色不变的情况下，入射光越强，光子数越多，饱和电流越大，故C 正确；分析题图丁可知，当达到饱和电流以后，增加光电管两端的电压，光电流不变，故D 错误．例5 (多选)一定强度的激光(含有三种频率的复色光)沿半径方向入射到半圆形玻璃砖的圆心O 点，如图甲所示．现让经过玻璃砖后的A 、B 、C 三束光分别照射相同的光电管的阴极(如图乙所示)，其中C 光照射时恰好有光电流产生，则( )A ．若用B 光照射光电管的阴极，一定有光电子逸出B ．若用A 光和C 光分别照射光电管的阴极，A 光照射时逸出的光电子的最大初动能较大 C ．若入射光的入射角从0开始增大，C 光比B 光先消失D ．若是激发态的氢原子直接跃迁到基态辐射出B 光、C 光，则C 光对应的能级较低 答案 BC解析 由题图甲可得，B 光和C 光为单色光，C 光的折射率大，频率高；A 光除了B 、C 光的反射光线外，还含有第三种频率的光，为三种光的复合光．C 光照射光电管恰好有光电流产生，用B 光照射同一光电管，不能发生光电效应，故A 错误；A 光为三种频率的复合光，但A 光中某频率的光发生了全反射，其临界角最小，折射率最大，频率最高，则A 光和C 光分别照射光电管的阴极时，A 光照射时逸出的光电子的最大初动能较大，故B 正确；根据sin C ＝1n 可知，C 光的临界角比B 光小，若入射光的入射角从0开始增大，C 光比B 光先消失，故C 正确；C 光的频率比B 光高，根据能级跃迁规律可知，若是激发态的氢原子直接跃迁到基态辐射出B 光、C 光，则C 光对应的能级较高，故D 错误．考点三 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波动性． (2)光电效应说明光具有粒子性．(3)光既具有波动性，又具有粒子性，称为光的波粒二象性． 2．物质波(1)概率波：光的干涉现象是大量光子的运动遵守波动规律的表现，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，因此光波又叫概率波．(2)物质波：任何一个运动着的物体，小到微观粒子，大到宏观物体，都有一种波与它对应，其波长λ＝hp，p 为运动物体的动量，h 为普朗克常量．1．光的频率越高，光的粒子性越明显，但仍具有波动性．( √ )2．法国物理学家德布罗意大胆预言了实物粒子在一定条件下会表现为波动性．( √ )例6(2022·上海师大附中高三学业考试)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．实验表明光是一种概率波答案 D解析题图(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；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；实验表明光是一种概率波，D正确．考点四原子结构1．电子的发现：英国物理学家汤姆孙发现了电子．2．α粒子散射实验：1909年，英国物理学家卢瑟福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原来方向前进，但有少数α粒子发生了大角度偏转，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，原子全部的正电荷和几乎全部质量都集中在核里，带负电的电子在核外空间绕核旋转．1．在α粒子散射实验中，少数α粒子发生大角度偏转是由于它跟金原子中的电子发生了碰撞．(×)2．原子中绝大部分是空的，原子核很小．(√)3．核式结构模型是卢瑟福在α粒子散射实验的基础上提出的．(√)例7关于α粒子散射实验的下述说法中正确的是()A．在实验中观察到的现象是绝大多数α粒子穿过金箔后，仍沿原来方向前进，少数发生了较大偏转，极少数偏转超过90°，有的甚至被弹回接近180°B．使α粒子发生明显偏转的力来自带正电的核及核外电子，当α粒子接近核时是核的排斥力使α粒子发生明显偏转，当α粒子接近电子时，是电子的吸引力使之发生明显偏转C．实验表明原子中心有一个极小的核，它占有原子体积的极小部分，实验事实肯定了汤姆孙的原子结构模型D．实验表明原子中心的核带有原子的全部正电及全部质量答案 A解析在实验中观察到的现象是绝大多数α粒子穿过金箔后，仍沿原来方向前进，少数发生了较大偏转，极少数偏转超过90°，有的甚至被弹回接近180°，所以A正确；使α粒子发生明显偏转的力是来自带正电的核，当α粒子接近核时，核的排斥力使α粒子发生明显偏转，电子对α粒子的影响忽略不计，所以B错误；实验表明原子中心有一个极小的核，它占有原子体积的极小部分，实验事实否定了汤姆孙的原子结构模型，所以C错误；实验表明原子中心的核带有原子的全部正电及绝大部分质量，所以D错误．考点五玻尔理论能级跃迁1．玻尔理论(1)定态假设：电子只能处于一系列不连续的能量状态中，在这些能量状态中电子绕核的运动是稳定的，电子虽然绕核运动，但并不产生电磁辐射．(2)跃迁假设：电子从能量较高的定态轨道(其能量记为E n)跃迁到能量较低的定态轨道(能量记为E m，m<n)时，会放出能量为hν的光子，这个光子的能量由前后两个能级的能量差决定，即hν＝E n－E m.(h是普朗克常量，h＝6.63×10－34 J·s)(3)轨道量子化假设：原子的不同能量状态跟电子在不同的圆周轨道绕核运动相对应．原子的定态是不连续的，因此电子的可能轨道也是不连续的．2．氢原子的能量和能级跃迁(1)能级和半径公式：①能级公式：E n＝1n2E1(n＝1,2,3，…)，其中E1为基态能量，其数值为E1＝－13.6 eV.②半径公式：r n＝n2r1(n＝1,2,3，…)，其中r1为基态轨道半径，其数值为r1＝0.53×10－10 m.(2)氢原子的能级图，如图所示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．氢原子吸收或辐射光子的频率条件是hν＝E n －E m (m <n )．( √ ) 3．氢原子各能级的能量指电子绕核运动的动能．( × ) 4．玻尔理论能解释所有元素的原子光谱．( × )1．两类能级跃迁(1)自发跃迁：高能级→低能级，释放能量，发射光子． 光子的频率ν＝ΔE h ＝E 高－E 低h.(2)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 . 2．光谱线条数的确定方法(1)一个氢原子跃迁发出可能的光谱线条数最多为n －1. (2)一群氢原子跃迁发出可能的光谱线条数N ＝C 2n ＝n (n －1)2. 3．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． 例如：氢原子从基态→电离态： E 吸＝0－(－13.6 eV)＝13.6 eV(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．例8 (2019·全国卷Ⅰ·14)氢原子能级示意图如图所示．光子能量在1.63 eV ～3.10 eV 的光为可见光．要使处于基态(n ＝1)的氢原子被激发后可辐射出可见光光子，最少应给氢原子提供的能量为()A．12.09 eV B．10.20 eVC．1.89 eV D．1.51 eV答案 A解析因为可见光光子的能量范围是1.63 eV～3.10 eV，所以处于基态的氢原子至少要被激发到n＝3能级，要给氢原子提供的能量最少为E＝(－1.51＋13.60) eV＝12.09 eV，故选项A 正确．例9氢原子的能级图如图所示．用氢原子从n＝4能级跃迁到n＝1能级辐射的光照射逸出功为6.34 eV的金属铂，下列说法正确的是()A．产生的光电子的最大初动能为6.41 eVB．产生的光电子的最大初动能为12.75 eVC．氢原子从n＝2能级向n＝1能级跃迁时辐射的光不能使金属铂发生光电效应D．氢原子从n＝4能级向n＝2能级跃迁时辐射的光也能使金属铂发生光电效应答案 A解析从n＝4能级跃迁到n＝1能级辐射的光子能量为－0.85 eV－(－13.6 eV)＝12.75 eV，产生的光电子的最大初动能为E k＝hν－W0＝12.75 eV－6.34 eV＝6.41 eV，故A正确，B错误；氢原子从n＝2能级向n＝1能级跃迁时辐射的光子能量为10.2 eV，能使金属铂发生光电效应，故C错误；氢原子从n＝4能级向n＝2能级跃迁时辐射的光子能量小于金属铂的逸出功，故不能使金属铂发生光电效应，故D错误．课时精练1．(多选)波粒二象性是微观世界的基本特征，以下说法正确的有()A．光电效应现象揭示了光的粒子性B．热中子束射到晶体上产生衍射图样说明中子具有波动性C．黑体辐射的实验规律可用光的波动性解释D．动能相等的质子和电子，它们的德布罗意波的波长也相等答案AB2．关于光电效应，下列说法正确的是()A．截止频率越大的金属材料逸出功越大B．只要光照射的时间足够长，任何金属都能发生光电效应C．从金属表面逸出的光电子的最大初动能越大，这种金属的逸出功越小D．入射光的光强一定时，频率越高，单位时间内逸出的光电子数就越多答案 A解析逸出功W0＝hνc，W0∝νc，A正确；只有照射光的频率ν大于或等于金属截止频率νc，才能发生光电效应，B错误；由光电效应方程E k＝hν－W0知，入射光频率ν不确定时，无法确定E k与W0的关系，C错误；频率一定，入射光的光强越大，单位时间内逸出的光电子数越多，D错误．3．频率为ν的光照射某金属时，产生光电子的最大初动能为E km.改为频率为2ν的光照射同一金属，所产生光电子的最大初动能为(h为普朗克常量)()A．E km－hνB．2E kmC．E km＋hνD．E km＋2hν答案 C解析根据爱因斯坦光电效应方程得E km＝hν－W0，若入射光频率变为2ν，则E km′＝h·2ν－W0＝2hν－(hν－E km)＝hν＋E km，故选项C正确．4.如图所示为氢原子的能级图，下列说法正确的是()A．用能量为9.0 eV的电子激发n＝1能级的大量氢原子，可以使氢原子跃迁到高能级B．n＝2能级的氢原子可以吸收能量为3.3 eV的光子而发生电离C．大量处于n＝4能级的氢原子跃迁到基态放出的所有光子中，n＝4能级跃迁到n＝1能级释放的光子的粒子性最显著D．大量处于基态的氢原子吸收12.09 eV的光子后，只可以放出两种频率的光子答案 C解析n＝1能级与n＝2能级的能量差为10.2 eV，由于9.0 eV<10.2 eV，因此用能量为9.0 eV 的电子激发n＝1能级的大量氢原子，不能使氢原子跃迁到高能级，故A错误；n＝2能级的氢原子的能量为－3.40 eV，因此欲使其发生电离，吸收的能量至少为3.40 eV，故B错误；光子的波长越长波动性越显著，光子的频率越高，粒子性越显著，由玻尔理论可知，从n＝4能级跃迁到n＝1能级释放的光子能量最大，由E＝hν可知，该光子的频率最高，该光子的粒子性最显著，故C正确；大量处于基态的氢原子吸收12.09 eV的光子后，由跃迁规律可知，大量的氢原子可以跃迁到n＝3能级，则放出C23＝3种频率的光子，故D错误．5．(多选)(2017·全国卷Ⅲ·19)在光电效应实验中，分别用频率为νa、νb的单色光a、b照射到同种金属上，测得相应的遏止电压分别为U a和U b，光电子的最大初动能分别为E k a和E k b.h 为普朗克常量．下列说法正确的是()A．若νa＞νb，则一定有U a＜U bB．若νa＞νb，则一定有E k a＞E k bC．若U a＜U b，则一定有E k a＜E k bD．若νa＞νb，则一定有hνa－E k a＞hνb－E k b答案BC解析由爱因斯坦光电效应方程得，E k＝hν－W0，由动能定理得，E k＝eU，用a、b单色光照射同种金属时，逸出功W0相同．当νa＞νb时，一定有E k a＞E k b，U a＞U b，故选项A错误，B正确；若U a＜U b，则一定有E k a＜E k b，故选项C正确；因逸出功相同，有W0＝hνa－E k a ＝hνb－E k b，故选项D错误．6．(2020·江苏卷·12(1)(2))(1)“测温枪”(学名“红外线辐射测温仪”)具有响应快、非接触和操作方便等优点．它是根据黑体辐射规律设计出来的，能将接收到的人体热辐射转换成温度显示．若人体温度升高，则人体热辐射强度I及其极大值对应的波长λ的变化情况是________．A．I增大，λ增大B．I增大，λ减小C．I减小，λ增大D．I减小，λ减小(2)大量处于某激发态的氢原子辐射出多条谱线，其中最长和最短波长分别为λ1和λ2，则该激发态与基态的能量差为________，波长为λ1的光子的动量为________．(已知普朗克常量为h，光速为c)答案 (1)B (2)h c λ2 h λ1解析 (1)若人体温度升高，则人体的热辐射强度I 增大，由ε＝hν，故对应的频率ν变大，由c ＝λν知对应的波长λ变小，选项B 正确．(2)该激发态与基态的能量差ΔE 对应着辐射最短波长的光子，故能量差为ΔE ＝hν＝h c λ2；波长为λ1的光子的动量p ＝h λ1.7.(多选)对于钠和钙两种金属，其遏止电压U c 与入射光频率ν的关系如图所示．用h 、e 分别表示普朗克常量和电子电荷量，则( )A ．钠的逸出功小于钙的逸出功B ．图中直线的斜率为h eC ．在得到这两条直线时，必须保证入射光的光强相同D ．若这两种金属产生的光电子具有相同的最大初动能，则照射到钠的光频率较高 答案 AB解析 根据U c e ＝E k ＝hν－W 0，即U c ＝h e ν－W 0e，则由题图可知钠的逸出功小于钙的逸出功，选项A 正确；题图中直线的斜率为h e，选项B 正确；在得到这两条直线时，与入射光的光强无关，选项C 错误；根据E k ＝hν－W 0，若这两种金属产生的光电子具有相同的最大初动能，则照射到钠的光频率较低，选项D 错误．8．用金属铷为阴极的光电管，观测光电效应现象，实验装置示意如图甲所示，实验中测得铷的遏止电压U c 与入射光频率ν之间的关系如图乙所示，图线与横轴交点的横坐标为5.15× 1014 Hz.已知普朗克常量h ＝6.63×10－34 J·s.则下列说法中正确的是( )A．欲测遏止电压，应选择电源左端为正极B．当电源左端为正极时，滑动变阻器的滑片向右滑动，电流表的示数持续增大C．增大照射光的强度，产生的光电子的最大初动能一定增大D．如果实验中入射光的频率ν＝7.00×1014Hz，则产生的光电子的最大初动能约为E k＝1.2×10－19 J答案 D解析遏止电压产生的电场对电子起阻碍作用，则电源的右端为正极，故A错误；当电源左端为正极时，滑动变阻器的滑片向右滑动，加速电场增强，电流增加但增加到一定值后不再增加，故B错误；由E k＝hν－W0可知，最大初动能与光的强度无关，故C错误；E k＝hν－W0＝hν－hνc，νc＝5.15×1014 Hz，代入数值求得E k≈1.2×10－19 J，故D正确．9．(多选)(2020·浙江1月选考·14)由玻尔原子模型求得氢原子能级如图所示，已知可见光的光子能量在1.62 eV到3.11 eV之间，则()A．氢原子从高能级向低能级跃迁时可能辐射出γ射线B．氢原子从n＝3能级向n＝2能级跃迁时会辐射出红外线C．处于n＝3能级的氢原子可以吸收任意频率的紫外线并发生电离D．大量氢原子从n＝4能级向低能级跃迁时可辐射出2种频率的可见光答案CD解析γ射线是放射性元素的原子核从高能级向低能级跃迁时辐射出来的，氢不是放射性元素，A错误；氢原子从n＝3能级向n＝2能级跃迁时辐射出的光子的能量E＝E3－E2＝－1.51 eV－(－3.4 eV)＝1.89 eV,1.62 eV<1.89 eV<3.11 eV，故氢原子从n＝3能级向n＝2能级跃迁时辐射出的光为可见光，B错误；根据E＝hν及题给条件可知，紫外线光子的能量大于3.11 eV，要使处于n＝3能级的氢原子发生电离，需要的能量至少为1.51 eV，故C正确；大量氢原子从n＝4能级向低能级跃迁时辐射出的光子能量有0.66 eV、2.55 eV、12.75 eV、1.89 eV、12.09 eV、10.2 eV，故大量氢原子从n＝4能级向低能级跃迁时可辐射出2种频率的可见光，D正确．10.如图所示为氢原子的能级示意图，则关于氢原子在能级跃迁过程中辐射或吸收光子的特征，下列说法中正确的是()A．一群处于n＝4能级的氢原子向基态跃迁时，能辐射出5种不同频率的光子B．一群处于n＝3能级的氢原子吸收能量为0.9 eV的光子可以跃迁到n＝4能级C．处于基态的氢原子吸收能量为13.8 eV的光子可以发生电离D．若氢原子从n＝3能级跃迁到n＝1能级辐射出的光照在某种金属表面上能发生光电效应，则从n＝5能级跃迁到n＝2能级辐射出的光也一定能使该金属发生光电效应答案 C解析一群处于n＝4能级的氢原子向基态跃迁时，能辐射出C24＝6种不同频率的光子，故A 错误；一群处于n＝3能级的氢原子吸收能量为0.9 eV的光子后的能量为E＝－1.51 eV＋0.9 eV＝－0.61 eV，0.9 eV不等于能级间的能量差，该光子不能被吸收，故B错误；处于基态的氢原子吸收能量为13.8 eV的光子可以发生电离，剩余的能量变为光电子的初动能，故C 正确；氢原子从n＝3能级跃迁到n＝1能级辐射出的光子能量为ΔE1＝E3－E1＝12.09 eV，从n＝5能级跃迁到n＝2能级辐射出的光子能量为ΔE2＝E5－E2＝2.86 eV，所以若氢原子从n ＝3能级跃迁到n＝1能级辐射出的光照在某种金属表面上能发生光电效应，则从n＝5能级跃迁到n＝2能级辐射出的光不一定能使该金属发生光电效应，故D错误．11．(多选)为了解决光信号长距离传输中的衰减问题，常常在光纤中掺入铒元素．如图所示是铒离子的能级示意图，标识为4I13/2的铒离子处在亚稳态，不会立即向下跃迁：如果用光子能量约为2.03×10－19J的激光把处于基态能级4I15/2的铒离子激发到4I11/2能级，再通过“无辐射跃迁”跃迁到能级4I13/2，从而使该能级积聚的离子数远超过处于基态的离子数．当光纤中传输某波长的光波时，能使处在亚稳态能级的离子向基态跃迁，产生大量能量约为1.28×。