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第1讲光电效应板块一主干梳理·夯实基础【知识点1】光电效应Ⅰ1、定义照射到金属表面的光，能使金属中的电子从表面逸出的现象。
2、光电子光电效应中发射出来的电子。
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。
低于这个频率的光不能产生光电效应。
(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极限频率时，饱和光电流的强度与入射光的强度成正比。
【知识点2】爱因斯坦光电效应方程Ⅰ1、光子说在空间传播的光是不连续的，而是一份一份的，每一份叫做一个光的能量子，简称光子，光子的能量ε＝hν。
其中h＝6.63×10－34 J·s(称为普朗克常量)。
2、逸出功W0使电子脱离某种金属所做功的最小值。
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金属的逸出功后所具有的动能。
4、爱因斯坦光电效应方程(1)表达式：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光电子的最大初动能E k＝12m ev2。
5、对光电效应规律的解释【知识点3】光的波粒二象性物质波1、光的波粒二象性(1)光的干涉、衍射、偏振现象说明光具有波动性。
(2)光电效应和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，即光具有波粒二象性。
2、物质波(1)1924年，法国物理学家德布罗意提出：实物粒子也具有波动性，每一个运动着的粒子都有一个波和它对应，这种波叫做物质波，也叫德布罗意波。
(2)物质波的波长：λ＝hp＝hm v，其中h是普朗克常量。
物质波也是一种概率波。
板块二考点细研·悟法培优考点1光电效应规律的理解[深化理解]1、光子与光电子光子是指组成光本身的一个个不可分割的能量子，光子不带电；光电子是指金属表面受到光照射时发射出来的电子。
光电效应 原子的跃迁1.光电效应的实质光子照射到金属表面，某个电子吸收光子的能量后动能变大，当电子的动能增大到足以克服原子核的引力时，便飞出金属表面成为光电子．光电效应现象中，每个电子只能吸收一个光子的能量．2．对光电效应规律的解释(1)光照射金属时，电子吸收一个光子(形成光电子)的能量后，动能立即增大，不需要积累能量的过程．(2)电子从金属表面逸出，首先需克服金属表面原子核的引力做功(逸出功W 0)．要使照射光子的能量不小于W 0，对应频率νc ＝W 0h为极限频率． (3)光电子的最大初动能只随照射光频率的增大而增大．(4)照射光越强，单位时间内照射到金属表面的光子数越多，产生的光电子越多，射出的光电子做定向移动时形成的光电流越大．3．概念辨析4．用图像表示光电效应方程(1)最大初动能E k 与入射光频率ν的关系图线如图12-30-1所示．(2)由图线可以得到的物理量：①极限频率：图线与ν轴交点的横坐标νc .②逸出功：图线与E k 轴交点的纵坐标的绝对值W 0＝|－E|＝E.③普朗克常量：图线的斜率k ＝h.1.对光的波粒二象性的理解光既有波动性，又有粒子性，两者不是孤立的，而是有机的统一体，其表现规律为：(1)从数量上看：个别光子的作用效果往往表现为粒子性；大量光子的作用效果往往表现为波动性．(2)从频率上看：频率越低波动性越显著，越容易看到光的干涉和衍射现象；频率越高粒子性越显著，越不容易看到光的干涉和衍射现象，贯穿本领越强．2．概率波与物质波(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，因此光波是一种概率波．(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＝h p，p 为运动物体的动量，h 为普朗克常量． 2．氢原子跃迁条件原子跃迁条件hν＝E m －E n 只适用于光子和原子作用而使原子在各定态之间跃迁的情况．对于光子和原子作用而使氢原子电离时，只要入射光的能量E ≥13.6 eV ，氢原子就能吸收光子的能量，对于实物粒子与原子作用使氢原子激发时，实物粒子的能量大于或等于能级差即可．3．光谱线条数(1)一群氢原子跃迁发出可能的光谱线条数为N ＝C 2n ＝n （n －1）2. (2)一个氢原子跃迁发出可能的光谱线条数最多为(n －1)．1896年法国物理学家贝可勒尔用铀盐样品进行实验时发现了天然放射性1897年英国物理学家汤姆孙从阴极射线的研究中证实了电子的存在．1898年居里夫妇证明含有铀元素的化合物都具有放射性，并由此发现了“镭”1911年卢瑟福公开α粒子散射实验结论，建立原子核式结构模型．1919年卢瑟福首次实现人工核反应，用α粒子轰击氮核结果打出了质子．1932年英国物理学家查德威克从α粒子轰击铍的核反应过程中发现了“中子”．2.关于核反应的三点说明(1)核反应过程一般都是不可逆的，所以核反应方程只能用单向箭头表示反应方向，不能用等号连接．(3)核反应遵循电荷数守恒和质量数守恒(而不是质量守恒)，核反应过程中反应前后的总质量一般会发生变化(质量亏损)且释放出核能．说明：γ射线是伴随着α衰变或β衰变产生的，γ射线不改变原子核的电荷数和质量数，其实质是放射性原子核在发生α衰变或β衰变时，产生的某些新核由于具有过多的能量(核处于激发态)而辐射出光子．1.对质能方程的理解(1)质能方程E＝mc2给出了物体的能量和质量之间的关系，质量为m的物体具有的总能量为mc2，质量和能量不能互相转化．(2)“质量与能量间存在着简单的正比关系”，即物体的质量(这里指动质量)越大，能量越多，反之物体的质量越小，能量也越少；当物体放出能量时，满足ΔE＝Δmc2.2．求核能的三种方法：(1)根据ΔE＝Δmc2计算．若Δm的单位是kg，计算时，c的单位是m/s，ΔE的单位是J；若Δm的单位是原子质量单位u，利用1 u相当于931.5 MeV，用ΔE＝Δm×931.5 MeV进行计算，ΔE的单位是MeV，1 MeV＝1.6×10－13 J.(2)根据比结合能计算．原子核的结合能＝比结合能×核子数．[温馨提示] 利用质能方程计算核能时，不能用质量数代替质量进行计算．核反应中的动量守恒问题1.核反应过程遵循能量守恒定律：在无光子辐射的情况下，核反应中释放的核能将转化为生成的新核和新粒子的动能；有光子辐射的情况下，核反应中释放的核能将转化为生成的新核和新粒子的动能及光子的能量．一般认为核反应放出的能量与反应前原子核的动能之和等于反应后原子核的总动能．2．核反应过程遵循动量守恒定律：即反应前原子核的总动量等于反应后原子核的总动量．3．解决核反应与动量及能量守恒定律综合的问题时，首先应用质能方程求出核反应释放出的核能，其次根据动量守恒定律和能量守恒定律列出相应的方程，最后联立求解．。
光电效应波粒二象性考点1 光电效应现象和光电效应方程的应用1．对光电效应的四点提醒(1)能否发生光电效应，不取决于光的强度而取决于光的频率。
(2)光电效应中的“光”不是特指可见光，也包括不可见光。
(3)逸出功的大小由金属本身决定，与入射光无关。
(4)光电子不是光子，而是电子。
2．两条对应关系(1)光强大→光子数目多→发射光电子多→光电流大；(2)光子频率高→光子能量大→光电子的最大初动能大。
3．定量分析时应抓住三个关系式(1)爱因斯坦光电效应方程：E k＝hν－W0。
(2)最大初动能与遏止电压的关系：E k＝eU c。
(3)逸出功与极限频率的关系：W0＝hν0。
4．区分光电效应中的四组概念(1)光子与光电子：光子指光在空间传播时的每一份能量，光子不带电；光电子是金属表面受到光照射时发射出来的电子，其本质是电子。
(2)光电子的动能与光电子的最大初动能。
(3)光电流和饱和光电流：金属板飞出的光电子到达阳极，回路中便产生光电流，随着所加正向电压的增大，光电流趋于一个饱和值，这个饱和值是饱和光电流，在一定的光照条件下，饱和光电流与所加电压大小无关。
(4)入射光强度与光子能量：入射光强度指单位时间内照射到金属表面单位面积上的总能量。
1．[光电效应现象](多选)如图所示，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( )A ．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2．[光电效应规律]关于光电效应的规律，下列说法中正确的是( ) A ．只有入射光的波长大于该金属的极限波长，光电效应才能产生 B ．光电子的最大初动能跟入射光强度成正比 C ．发生光电效应的反应时间一般都大于10－7sD ．发生光电效应时，单位时间内从金属内逸出的光电子数目与入射光强度成正比 3．[光电管](多选)图为一真空光电管的应用电路，其金属材料的极限频率为4.5×1014 Hz ，则以下判断中正确的是()A ．发生光电效应时，电路中光电流的饱和值取决于入射光的频率B ．发生光电效应时，电路中光电流的饱和值取决于入射光的强度C 用λ＝0.5 μm 的光照射光电管时，电路中有光电流产生D ．光照射时间越长，电路中的电流越大考点2 光电效应的四类图象分析1．[E k －ν图象]爱因斯坦因提出了光量子概念并成功地解释光电效应的规律而获得1921年诺贝尔物理学奖。
042光电效应能级的跃迁一、考纲展示学问点要求考情把握考试预料光电效应Ⅰ2024年全国ⅢT19 本专题的主要考点有经典物理理论、原子和原子核部分的最新科技成果。
爱因斯坦光电效应方程Ⅰ氢原子光谱、氢原子的能级结构、能级公式Ⅰ二、课程标准（1）知道光电效应现象，会用光电效应方程说明光电效应现象;理解能级跃迁的规律。
三、重点难点突破重点1、光电效应方程;2、能级的跃迁。
难点1、光电效应方程;2、能级的跃迁。
四、学问框架构建梳理4.1对光电效应的理解[典例1]用如图所示的光电管探讨光电效应的试验中，用某种频率的单色光a照耀光电管阴极K，电流计G的指针发生偏转。
而用另一频率的单色光b照耀光电管阴极K时，电流计G的指针不发生偏转，那么(AB)A．a光的频率肯定大于b光的频率B．只增加a光的强度可使通过电流计G的电流增大C．增加b光的强度可能使电流计G的指针发生偏转D．用a光照耀光电管阴极K时通过电流计G的电流是由d到c跟踪练习1在光电效应试验中，用频率为ν的光照耀光电管阴极，发生了光电效应。
下列说法正确的是(AD)A．增大入射光的强度，光电流增大B．减小入射光的强度，光电效应现象消逝C．改用频率小于ν的光照耀，肯定不发生光电效应D．改用频率大于ν的光照耀，光电子的最大初动能变大反思总结1．与光电效应有关的五组概念对比(1)光子与光电子：光子指光在空间传播时的每一份能量，光子不带电；光电子是金属表面受到光照耀时放射出来的电子，其本质是电子。
光子是光电效应的因，光电子是果。
(2)光电子的动能与光电子的最大初动能：光照耀到金属表面时，电子汲取光子的全部能量，可能向各个方向运动，需克服原子核和其他原子的阻碍而损失一部分能量，剩余部分为光电子的初动能；只有金属表面的电子干脆向外飞出时，只需克服原子核的引力做功的状况，才具有最大初动能。
光电子的初动能小于等于光电子的最大初动能。
(3)光电流和饱和光电流：金属板飞出的光电子到达阳极，回路中便产生光电流，随着所加正向电压的增大，光电流趋于一个饱和值，这个饱和值是饱和光电流，在肯定的光照条件下，饱和光电流与所加电压大小无关。
一．知识回顾1．光电效应是金属中的自由电子吸收了光子的能量后，其动能大到足以克服金属离子对其的引力而逃逸出金属表面，成为光电子的现象．2．每个电子只能吸收一个光子的能量．3．光子说成功地解释了光电效应现象，光电效应现象表明光具有粒子性．4．逸出功W 0与极限频率ν0的关系为：W 0＝hν0.知识要点：1.光子的能量E 、动量p 、波的频率ν、波长λ,则:(1)光传播速度c=λν=3×108m/s(2)—个光子能量E=h ν=hc/λ(3)—个光子动量p=E/c=h/λ2.光子的能量是无法分割的,当物质放出光或吸收光的能量时,是以整个光子的能量转移,因此能量的变化是不连续的。
3.光的强度一般是指单位时间内入射到单位面积上光子的总能量。
若用n 表示每秒钟射到每平方米上的光子数，每个光子的能量为hv ，则光强可写作： E 光强=n ·hv(J/s ·m 2)由公式可以看出光强是由光的频率和光子的发射率两个因素决定的,单色光愈强表示通过光子的数目愈多。
4..光电效应: 1916年光电效应实验装置:(1904一1914年发表)如图,但将电池两极倒接,使由P 到C 之间,对电子为一反向电压,阻止其奔向C 板。
(1)光电效应的原因:能量为h ν的光子人射到金属板,一个光子的能量全部转给一个电子,电子的能量一部分用来克服金属的束缚,其余能量成为电子的动能221mv E K =。
(2)电子脱离离子束缚逸出金属表面时克服引力所做的功称为逸出功，用符号W 表示 ,不同金属的逸出功并不相同。
(3)光子能量必须至少等于逸出功,才能将电子打出金属表面,此特定的频率称为极限频率,其对应的波长为极限波长λo 。
00hc h W υλ== (4)只要照射光的频率大于ν0 ,不管光强度(单位时间、单位面积内入射的光子数)多微弱,都可立即产生光电子。
(5)调整外加电压为负值时,反向电压会阻止光电子的运动,使光电流减小,若少若电流降低至零时,此时的电压--U 称为逆向遏止电压。
光电效应原子的跃迁基础巩固1．(多选)对光的认识，下列说法正确的是( )A．个别光子的行为表现出粒子性B．大量光子的行为表现出粒子性C．光的波动性是光子本身的一种属性，不是光子之间的相互作用引起的D．光表现出波动性时，就不具有粒子性了，光表现出粒子性时，就不再具有波动性了2．1927年戴维孙和汤姆孙分别完成了电子衍射实验，该实验是荣获诺贝尔物理学奖的近代重大物理实验之一．如图K301所示是该实验装置的简化图和衍射图样，下列说法错误的是( )图K301A．亮条纹是电子到达概率大的地方B．该实验说明物质波理论是正确的C．该实验再次说明光子具有波动性D．该实验说明实物粒子具有波动性3．(多选)[2016·江西六校联考] 一单色光照到某金属表面时，有光电子从金属表面逸出，下列说法中正确的是( )A．无论增大照射光的频率还是增加照射光的强度，金属的逸出功都不变B．只延长照射光照射时间，光电子的最大初动能将增加C．只增大照射光的频率，光电子的最大初动能将增大D．只增大照射光的频率，光电子逸出所经历的时间将缩短4．关于光电效应现象，下列说法中错误的是( )A．在光电效应现象中，只增大照射光的强度，单位时间内逸出的光电子数增多B．在光电效应现象中，光电子的最大初动能随照射光的频率增大而增大C．对于任何一种金属都存在一个“最大波长”，照射光的波长必须小于此波长，才能产生光电效应D．对于某种金属，只要照射光的强度足够大，就会发生光电效应5．如图K302所示为氢原子的能级图，已知可见光的光子能量范围约为1.62～3.11 eV，镁的逸出功为5.9 eV，以下说法错误的是( )图K302A．用氢原子从高能级向基态跃迁时发射的光照射镁板一定能发生光电效应现象B．用能量为11.0 eV的自由电子轰击处于基态的氢原子，可使其跃迁到激发态C ．处于n ＝2能级的氢原子可以吸收任意频率的紫外线，并且使氢原子电离D ．处于n ＝4能级的氢原子可以吸收任意频率的紫外线，并且使氢原子电离 技能提升6．(多选)[2016·河北唐山二模] 19世纪初，爱因斯坦提出光子理论，使得光电效应现象得以完美解释，玻尔的氢原子模型也是在光子概念的启发下提出的．关于光电效应和氢原子模型，下列说法正确的是( )A ．光电效应实验中，入射光足够强就可以有光电流B ．若某金属的逸出功为W 0，该金属的截止频率为W 0hC ．保持入射光强度不变，增大入射光频率，金属在单位时间内逸出的光电子数将减少D ．一群处于n ＝4能级的氢原子向基态跃迁时，最多将向外辐射六种不同频率的光 7．按照玻尔原子理论，氢原子中的电子离原子核越远，氢原子的能量________(选填“越大”或“越小”)．已知氢原子的基态能量为E 1(E 1<0)，电子质量为m ，基态氢原子中的电子吸收一频率为ν的光子被电离后，电子速度大小为________．(普朗克常量为h )8．[2016·南京、盐城二模] 用图K303甲所示的装置研究光电效应现象，当用光子能量为5 eV 的光照射到光电管上时，测得电流计上的示数随电压变化的图像如图乙所示．则光电子的最大初动能为________ J ，金属的逸出功为________ J.图K3039．[2016·河南焦作一模] 美国物理学家密立根以精湛的技术测出了光电效应中几个重要的物理量．若某次实验中，他用光照射某种金属时发现其发生了光电效应，且得到从该金属逸出的光电子的最大初动能随入射光频率的变化图像如图K304所示，经准确测量发现图像与横轴的交点坐标为4.77，与纵轴交点坐标为0.5.已知电子的电荷量为1.6×10－19C ，由图中数据可知普朗克常量为________ J ·s ，金属的极限频率为________ Hz.(均保留两位有效数字)图K30410．[2016·石家庄模拟] 氢原子能级图如图K305所示，氢原子质量为m H ＝1.67×10－27kg.设原来处于静止状态的大量激发态氢原子处于n ＝5的能级．(1)求氢原子由高能级向低能级跃迁时，最多可能辐射出多少种不同频率的光；(2)若跃迁后光子沿某一方向飞出，且光子的动量可以用p ＝h νc表示(h 为普朗克常量，ν为光子频率，c 为真空中光速)，求跃迁后氢原子的最大反冲速率．(保留三位有效数字)图K305挑战自我11．原子可以从原子间的碰撞中获得能量，从而发生能级跃迁(在碰撞中，动能损失最大的是完全非弹性碰撞)．一个具有13.6 eV动能、处于基态的氢原子与另一个静止的、也处于基态的氢原子发生对心正碰．(1)能否使基态氢原子发生能级跃迁(氢原子能级图如图K306所示)?(2)若上述碰撞中可以使基态氢原子发生电离，则氢原子的初动能至少为多少？图K306课时作业(三十)1．AC [解析] 光是一种概率波，少量光子的行为易显示出粒子性，而大量光子的行为往往显示出波动性，A 正确，B 错误；光的波动性不是光子之间的相互作用引起的，而是光子本身的一种属性，这已被弱光照射双缝后在胶片上的感光实验所证实，C 正确；粒子性和波动性是光同时具备的两种属性，D 错误．2．C [解析] 亮条纹是电子到达概率大的地方，该实验说明物质波理论是正确的，说明实物粒子具有波动性，但该实验不能说明光子具有波动性，选项C 错误，A 、B 、D 正确．3．AC [解析] 增大照射光的频率，或增加照射光的强度，金属逸出功都将不变，它只与极限频率有关，选项A 正确；根据光电效应方程E km ＝h ν－W 0可知，光电子的最大初动能由照射光的频率和逸出功决定，只延长照射光照射时间，光电子的最大初动能将不变，选项B 错误；只增大照射光的频率，光电子的最大初动能将增大，选项C 正确；发生光电效应的条件是照射光的频率大于截止频率，光电子逸出所经历的时间几乎是同时的，选项D 错误．4．D [解析] 对确定的某种光而言，照射光的强度越大，单位时间内逸出的光电子数越多，光电子的最大初动能E km ＝h ν－W 0，光电子的最大初动能越大，照射光的频率越大，选项A 、B 正确；根据c ＝λν，照射光的频率必须大于发生光电效应的截止频率，波长必须小于最大波长，选项C 正确；发生光电效应的条件是照射光的频率大于截止频率，选项D 错误．5．C [解析] 氢原子从高能级向基态跃迁放出的光子能量E ≥10.2 eV>5.9 eV ，选项A 正确；因为11.0 eV>10.2 eV ，故通过碰撞的方式可使基态氢原子跃迁，选项B 正确；使n ＝2能级的氢原子电离所需最小能量为3.4 eV ，但有的紫外线光子能量小于3.4 eV ，选项C 错误；使n ＝4能级的氢原子电离所需最小能量为0.85 eV ，紫外线光子能量大于3.11 eV ，选项D 正确．6．BCD [解析] 发生光电效应的条件是照射光频率大于截止频率，并不是光足够强，就能发生光电效应，选项A 错误；金属的逸出功W 0＝h ν，得：ν＝W 0h，选项B 正确；强度一定的光照射某金属发生光电效应时，照射光的频率越高，单个光子的能量值越大，光子的个数越少，单位时间内逸出的光电子数就越少，选项C 正确；一群处于n ＝4能级的氢原子向基态跃迁的过程中，根据N ＝C 24＝6知，最多将向外辐射六种不同频率的光子，选项D 正确．7．越大2（h ν＋E 1）m[解析] 电子离原子核越远电势能越大，原子能量也就越大；根据动能定理有，h ν＋E 1＝12mv 2，所以电离后电子速度为2（h ν＋E 1）m.8．3.2×10－194.8×10－19[解析] 由题图乙可知，遏止电压是－2 V 时，电流表示数为0，可知光电子的最大初动能为：2 eV ＝3.2×10－19 J ，根据光电效应方程E km ＝h ν－W 0，W 0＝3 eV ＝4.8×10－19J.9．6.5×10－34 4.8×1014[解析] 根据爱因斯坦光电效应方程E k ＝h ν－W 0，可知E k ν图像的横轴的截距大小等于截止频率，由图知该金属的截止频率为νc ＝4.77×1014 Hz ≈4.8×1014Hz ，又W 0＝h νc ，结合图像联立两式解得：h ＝6.5×10－34J ·s.10．(1)10种 (2)4.17 m/s[解析] (1)不同频率的光的种类最多有N ＝C 25＝5×42＝10(种)． (2)由动量守恒定律有0＝m H v H －p 光子p 光子＝h νc当ν最大时，反冲速率v H 最大．又h νm ＝E 5－E 1＝－0.54 eV －(－13.6) eV ＝13.06 eV ＝2.09×10－18J.故v Hm ＝h νm cm H ＝ 2.09×10－183.0×108×1.67×10－27m/s ＝4.17 m/s.11．(1)不能 (2)27.2 eV[解析] (1)设运动氢原子的速度为v 0，完全非弹性碰撞后两者的速度为v ，损失的动能ΔE 被基态氢原子吸收．若ΔE ＝10.2 eV ，则基态氢原子可由n ＝1能级跃迁到n ＝2能级．由动量守恒定律和能量守恒定律有 mv 0＝2mv12mv 20＝12mv 2＋12mv 2＋ΔE 12mv 20＝E k E k ＝13.6 eV解以上各式得ΔE ＝12×12mv 20＝6.8 eV因为ΔE ＝6.8 eV<10.2 eV ，所以不能使基态氢原子发生能级跃迁．(2)若要使基态氢原子电离，则ΔE ≥13.6 eV ，代入(1)中得E k ≥27.2 eV.。
