第12章1波粒二象性x

（课标通用版）高考物理总复习第十二章01第1讲光电效应波粒二象性精练（含解析）第1讲光电效应波粒二象性A组基础过关1.关于光电效应,下列说法正确的是( )A.极限频率越大的金属材料,其逸出功越大B.只要光照射的时间足够长,任何金属都能产生光电效应C.从金属表面出来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 由W0=hνc可知A项正确;照射光的频率低于极限频率时不能发生光电效应,故项B错误;由E k=hν-W0可知C项错误;单位时间内逸出的光电子数与入射光的频率无关,取决于入射光的强度,故D项错误。

2.用一束紫外线照射某金属时不能产生光电效应,可能使该金属发生光电效应的措施是( )A.改用频率更小的紫外线照射B.改用X射线照射C.改用强度更大的原紫外线照射D.延长原紫外线的照射时间答案 B 每一种金属对应一个极限频率,低于极限频率的光,无论照射时间有多长,光的强度有多大,都不能使金属发生光电效应。

只要照射光的频率大于金属的极限频率,就能产生光电效应。

因为X射线的频率高于紫外线的频率,所以改用X射线照射可能发生光电效应,B选项正确。

3.(多选)1905年是爱因斯坦的“奇迹”之年,这一年他先后发表了三篇具有划时代意义的论文,其中关于光量子的理论成功的解释了光电效应现象。

关于光电效应,下列说法正确的是( )A.当入射光的频率低于极限频率时,不能发生光电效应B.光电子的最大初动能与入射光的频率成正比C.光电子的最大初动能与入射光的强度成正比D.某单色光照射一金属时不发生光电效应,改用波长较短的光照射该金属可能发生光电效应答案AD 根据光电效应现象的实验规律,只有入射光的频率大于极限频率才能发生光电效应,而波长越短频率越大,故A、D正确。

根据光电效应方程,光电子的最大初动能与入射光频率为线性关系,但非正比关系,B错误;根据光电效应现象的实验规律,光电子的最大初动能与入射光强度无关,C错误。

第十二章波粒二象性原子结构原子核第1讲波粒二象性【课程标准】1.通过实验，了解光电效应现象。

能根据实验结论说明光的波粒二象性。

知道爱因斯坦光电效应方程及其意义。

2．知道实物粒子具有波动性，了解微观世界的量子化现象。

体会量子论的建立对人们认识物质世界的影响。

【素养目标】物理观念：实物粒子具有波动性，光的波粒二象性；建立物质观。

科学思维：利用科学推理得出实物粒子也具有波粒二象性。

科学探究：通过实验探究光电效应现象的规律。

一、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金属表面逸出的现象，称为光电效应，发射出来的电子称为光电子。

2．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或等于这个极限频率才能产生光电效应。

(2)光子的最大初动能与入射光的强度无关，只随入射光的频率增大而增大。

(3)光照射到金属表面时，光电子的发射几乎是瞬时的。

(4)光电流的强度与入射光的强度成正比。

3．爱因斯坦光电效应方程：(1)光子说：空间传播的光的能量是不连续的，是一份一份的，每一份叫作一个光子。

光子的能量为ε＝hν，其中h是普朗克常量，其值为6.63×10－34J·s。

(2)光电效应方程：E k＝hν－W0。

其中hν为入射光的能量，E k为光电子的最大初动能，W0是金属的逸出功。

(3)发光功率与单个光子能量的关系：发光功率P＝n·ε，其中n为单位时间发出的光子数目，ε为单个光子的能量。

命题·科技情境智能手机的感光功能是通过光线传感器这一元件实现的。

光线传感器其实是根据光电效应的原理起作用的。

在光线照射下，电子能够从物质的内部向外发射而产生电力作用，以实现手机的感光调节。

如果仅降低光线的强度到一定程度，会不会可能没有电子从物质内部发射出来，从而无法实现感光调节？提示：不会；电子能否从物质内部飞出，取决于入射光的频率，与入射光的强度无关。

二、光的波粒二象性 1．光的波粒二象性：(1)光既具有波动性又具有粒子性，即光具有波粒二象性。

高考地位高考对本章的考查主要以选择题形式出现，经常结合经典物理理论和最新科技成果考查，难度不会太大，分值在6分左右。

考纲下载波粒二象性1.光电效应(Ⅰ)2．爱因斯坦光电效应方程(Ⅰ)考纲解读1.理解光电效应现象，掌握光电效应方程的应用。

高考中常以选择题形式呈现。

2．理解玻尔理论对氢原子光谱的解释，掌握氢原子的能级公式并能灵活应用，用氢原子能级图求解原子的能级跃迁问题是高考的热点。

3．原子核式结构的发现、原子核的组成、放射性、半衰期等仍会是高考命题的重点。

4．了解放射性同位素的应用，了解核力的特点。

5．书写核反应方程，区分核反应的种类并根据质能方程求解核能问题在高考中命题率较高。

6．裂变反应、聚变反应的应用，射线的危害和应用等知识与现代科技联系密切。

原子结构1.氢原子光谱(Ⅰ)2．氢原子的能级结构、能级公式(Ⅰ)原子核1.原子核的组成、放射性、原子核的衰变、半衰期(Ⅰ)2．放射性同位素(Ⅰ)3．核力、核反应方程(Ⅰ)4．结合能、质量亏损(Ⅰ)5．裂变反应和聚变反应、裂变反应堆(Ⅰ)6．射线的危害和防护(Ⅰ)第1讲光电效应波粒二象性主干梳理对点激活知识点光电效应及其规律Ⅰ1．定义照射到金属表面的光，能使金属中的01电子从表面逸出的现象。

2．光电子02光电效应中发射出来的电子。

3．光电效应规律(1)存在饱和光电流：光照条件不变，当正向电压增大时，光电流趋于一个饱和值，即一定的光照条件下单位时间发出的光电子数目是一定的。

实验表明，光的频率一定时，入射光越强，饱和光电流03越大，单位时间内发射的光电子数04越多。

(2)存在遏止电压：使光电流减小到0的反向电压U c称为遏止电压。

遏止电压的存在意味着光电子的初动能有最大值E km＝12m e v2c＝eU c，称为光电子的最大初动能。

实验表明，遏止电压(或光电子的最大初动能)与入射光的05强度无关，只随入射光频率的增大而06增大。

(3)存在截止频率：每种金属都有一个极限频率或截止频率νc，入射光的频率必须07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。

第12章 量子论初步 原子核第一节 光电效应 氢原子光谱知识点1 光电效应和波粒二象性1．光电效应的实验规律(1)存在着饱和电流：对于一定颜色的光，入射光越强，单位时间内发射的光电子数越多，饱和光电流越大．(2)存在着遏止电压和截止频率：光电子的能量只与入射光的频率有关，而与入射光的强弱无关．当入射光的频率低于截止频率时不发生光电效应．使光电流减小到零的反向电压叫遏止电压．(3)光电效应具有瞬时性：当频率超过截止频率时，无论入射光怎样微弱，几乎在照到金属时立即产生光电流，时间不超过10－9 s.2．光子说爱因斯坦提出：空间传播的光不是连续的，而是一份一份的，每一份称为一个光子，光子具有的能量ε＝hν，其中h ＝6.63×10－34 J·s.3．光电效应方程(1)表达式：hν＝E k ＋W 0或E k ＝hν－W 0.(2)物理意义：金属中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W 0，剩下的表现为逸出后电子的最大初动能E k ＝12m v 2. 4．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．5．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．易错判断(1)光子说中的光子，指的是光电子．(×)(2)只要光足够强，照射时间足够长，就一定能发生光电效应．(×)(3)极限频率越大的金属材料逸出功越大．(√)知识点2α粒子散射实验与核式结构模型1．实验现象绝大多数α粒子穿过金箔后，基本上仍沿原来的方向前进，但少数α粒子发生了大角度偏转，极少数α粒子甚至被撞了回来．如图所示．α粒子散射实验的分析图2．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．易错判断(1)原子核集中了原子全部的正电荷和质量．(×)(2)原子中绝大部分是空的，原子核很小．(√)(3)核式结构学说是卢瑟福在α粒子散射实验的基础上提出的．(√)知识点3氢原子光谱和玻尔理论1．光谱(1)光谱：用光栅或棱镜可以把光按波长展开，获得光的波长(频率)和强度分布的记录，即光谱．(2)光谱分类：①线状谱光谱是一条条的亮线． ②连续谱光谱是连在一起的光带．(3)氢原子光谱的实验规律：巴耳末线系是氢原子光谱在可见光区的谱线，其波长公式1λ＝R ⎝ ⎛⎭⎪⎫122－1n 2(n ＝3,4,5，…)，R 是里德伯常量，R ＝1.10×107 m －1，n 为量子数．2．玻尔理论(1)定态：原子只能处于一系列不连续的能量状态中，在这些能量状态中原子是稳定的，电子虽然绕核运动，但并不向外辐射能量．(2)跃迁：原子从一种定态跃迁到另一种定态时，它辐射或吸收一定频率的光子，光子的能量由这两个定态的能量差决定，即hν＝E m －E n (h 是普朗克常量，h ＝6.63×10－34 J·s)．(3)轨道：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．3．氢原子的能级、能级公式(1)氢原子的能级图能级图如图所示．(2)氢原子的能级公式E n ＝1n 2E 1(n ＝1,2,3，…)，其中E 1为基态能量，其数值为E 1＝－13.6_eV.(3)氢原子的半径公式r n＝n2r1(n＝1,2,3，…)，其中r1为基态半径，又称玻尔半径，其数值为r1＝0.53×10－10 m.易错判断(1)在玻尔模型中，原子的状态是不连续的．(√)(2)发射光谱可能是连续光谱，也可能是线状谱．(√)(3)玻尔理论成功地解释了氢原子光谱，也成功地解释了氦原子光谱．(×)[教材习题回访]考查点：光的波粒二象性1．(粤教版选修3－5P40T2改编)(多选)下列说法中正确的是()A．光的波粒二象性学说彻底推翻了麦克斯韦的光的电磁说B．在光的双缝干涉实验中，暗条纹的地方是光子永远不能到达的地方C．光的双缝干涉实验中，大量光子打在光屏上的落点是有规律的，暗纹处落下光子的概率小D．单个光子具有粒子性，大量光子具有波动性[答案]CD考查点：光电效应规律2．(人教版选修3－5P36T2改编)(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考查点：玻尔理论3．(粤教版选修3－5P65T2)氢原子由n＝1的状态激发到n＝4的状态，在它回到n＝1的状态的过程中，有以下说法：①可能激发的能量不同的光子只有3种②可能发出6种不同频率的光子③可能发出的光子的最大能量为12.75 eV④可能发出光子的最小能量为0.85 eV其中正确的说法是()A．①③B．②④C．①④ D．②③[答案]D考查点：α粒子散射实验4．(沪科版选修3－5P63T2)(多选)在α粒子散射实验中，如果两个具有相同能量的α粒子以不同的角度散射出来，则散射角度大的这个α粒子() A．更接近原子核B．更远离原子核C．受到一个以上的原子核作用D．受到原子核较大的冲量作用[答案]AD1．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射时发射出来的电子，其本质是电子．光子是因，光电子是果．(2)光电子的动能与光电子的最大初动能：只有金属表面的电子直接向外飞出时，只需克服原子核的引力做功的情况，才具有最大初动能．(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．(5)光的强度与饱和光电流：频率相同的光照射金属产生光电效应，入射光越强，饱和光电流越大，但不是简单的正比关系．2．光电效应的研究思路(1)两条线索：(2)两条对应关系：入射光强度大→光子数目多→发射光电子多→光电流大；光子频率高→光子能量大→光电子的最大初动能大．[题组通关]1．关于光电效应和康普顿效应的规律，下列说法正确的是()A．光电效应中，金属板向外发射的光电子又可以叫作光子B．康普顿效应说明光具有波动性C．对于同种金属而言，遏止电压与入射光的频率无关D．石墨对X射线散射时，部分X射线的散射光波长会变长，这个现象称为康普顿效应D[光电效应中，金属板向外发射的电子叫光电子，光子是光量子的简称，A错误；根据光电效应方程hν＝W0＋eU c可知，对于同种金属而言(逸出功一样)，入射光的频率越大，遏止电压也越大，即遏止电压与入射光的频率有关，C错误；在石墨对X射线散射时，部分X射线的散射光波长会变长的现象称为康普顿效应，康普顿效应说明光具有粒子性，B错误，D正确．]2．(多选)光电效应的实验结论是：对某种金属()A．无论光强多强，只要光的频率小于极限频率就不能产生光电效应B．无论光的频率多低，只要光照时间足够长就能产生光电效应C．超过极限频率的入射光强度越弱，所产生的光电子的最大初动能就越小D．超过极限频率的入射光频率越高，所产生的光电子的最大初动能就越大AD[每种金属都有它的极限频率ν0，只有入射光子的频率大于极限频率ν0时，才会发生光电效应，选项A正确，B错误；光电子的初动能与入射光的强度无关，随入射光频率的增加而增大，选项D正确，C错误．]爱因斯坦的光电效应方程及应用1．三个关系(1)爱因斯坦光电效应方程E k＝hν－W0.(2)光电子的最大初动能E k可以利用光电管用实验的方法测得，即E k＝eU c，其中U c是遏止电压．(3)光电效应方程中的W0为逸出功，它与极限频率νc的关系是W0＝hνc. 2．四类图象[多维探究]考向1光电效应方程的应用1．(多选)(2017·全国Ⅲ卷)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[题眼点拨]①“照射同种金属”，说明两种情况下的逸出功相同；②用E k＝hν－W0分析E k的大小，用qU＝E k分析遏止电压的大小．BC[光电效应中遏止电压与最大初动能之间的关系为eU＝E k，根据光电效应方程可知E k＝hν－W0，若νa＞νb，则E k a＞E k b，U a＞U b，选项A错误，选项B正确；若U a＜U b，则E k a＜E k b，选项C正确；由光电效应方程可得W0＝hν－E k，则hνa－E k a＝hνb－E k b，选项D错误．] 2．(多选)在探究光电效应现象时，某小组的同学分别用波长为λ、2λ的单色光照射某金属，逸出的光电子最大速度之比为2∶1，普朗克常量用h表示，光在真空中的速度用c表示．则()A．光电子的最大初动能之比为2∶1B ．该金属的截止频率为c 3λC ．该金属的截止频率为c λD ．用波长为52λ的单色光照射该金属时能发生光电效应BD [由于两种单色光照射下，逸出的光电子的最大速度之比为2∶1，由E k ＝12m v 2可知，光电子的最大初动能之比为4∶1，A 错误；又由hν＝W＋E k 知，h c λ＝W ＋12m v 21，h c 2λ＝W ＋12m v 22，又v 1＝2v 2，解得W ＝h c 3λ，则该金属的截止频率为c 3λ，B 正确，C 错误；光的波长小于或等于3λ时才能发生光电效应，D 正确．] 即(2017·抚州模拟)人们发现光电效应具有瞬时性和对各种金属都存在极限频率的规律．请问谁提出了何种学说很好地解释了上述规律？已知锌的逸出功为3.34 eV ，用某单色紫外线照射锌板时，逸出光电子的最大速度为106 m/s ，求该紫外线的波长λ.(电子质量M e ＝9.11×10－31 kg ，普朗克常量h ＝6.63×10－34 J·s,1 eV ＝1.60×10－19 J)[解析] 爱因斯坦提出的光子说很好地解释了光电效应现象．由爱因斯坦光电效应方程：E k ＝hν－W 0 ①光速、波长、频率之间关系：c ＝λν②联立①②得紫外线的波长为λ＝hc W 0＋12m v 2m＝ 6.63×10－34×3×1083.34×1.6×10－19＋12×9.11×10－31×1012 m ≈2.009×10－7 m.[答案] 爱因斯坦的光子说很好地解释了光电效应2．009×10－7 m考向2 与光电效应有关的图象问题3．(2018·南昌模拟)如图甲所示是研究光电效应的电路图．某同学利用该装置在不同实验条件下得到了三条光电流I 与A 、K 两极之间的电压U AK 的关系曲线(甲光、乙光、丙光)，如图乙所示．则下列说法正确的是( )甲 乙A ．甲光照射光电管发出光电子的初动能一定小于丙光照射光电管发出光电子的初动能B ．单位时间内甲光照射光电管发出光电子比乙光的少C ．用强度相同的甲、丙光照射该光电管，则单位时间内逸出的光电子数相等D ．对于不同种金属，若照射光频率不变，则逸出光电子的最大初动能与金属的逸出功为线性关系【自主思考】(1)在题图乙中，U c1和U c2的意义是什么？由此能否得出，甲、乙、丙三种光的频率关系？[提示]U c表示光电流为零时的反向电压，也就是遏止电压．此时eU c＝1 2m e v2c，又因12m ev2c＝hν－W.由以上两式得U c大的光的ν大，所以甲、乙、丙三种光的频率关系为ν丙>ν甲＝ν乙(2)光强相同的两种色光，如何比较单位时间内照射到单位面积上的光子数的多少？[提示]频率大的光子能量大，在光强相同时，单位时间内照射到单位面积上的光子数就少．D[当光照射到K极时，如果入射光的频率足够大(大于K极金属的极限频率)，就会从K极发出光电子．当反向电压增加到某一值时，电流表A中电流就会变为零，此时12m ev2c＝eU c，式中v c表示光电子的最大初速度，e为电子的电荷量，U c为遏止电压，根据爱因斯坦光电效应方程可知丙光的最大初动能较大，故丙光的频率较大，但丙光照射光电管发出光电子的初动能不一定比甲光照射光电管发出光电子的初动能大，所以A错误．对于甲、乙两束频率相同的光来说，入射光越强，单位时间内发射的光电子数越多，所以B错误．对甲、丙两束不同频率的光来说，光强相同是单位时间内照射到光电管单位面积上的光子的总能量相等，由于丙光的光子频率较高，每个光子的能量较大，所以单位时间内照射到光电管单位面积上的光子数就较少，所以单位时间内发出的光电子数就较少，因此C错误．对于不同金属，若照射光频率不变，根据爱因斯坦光电效应方程E k ＝hν－W，知E k与金属的逸出功为线性关系，D正确．]在T3中，(1)若仅增大电源的电动势则电流表的示数一定增大吗？提示：不一定．当电流达到饱和电流时，电流表的示数就不再增大．(2)若仅将电源的正、负极对调，则电流表的示数一定为零吗？提示：不一定．正负极对调后，光电子做减速运动，电子若不能到达A 极，则电流表的示数为零，否则就不为零．4. 研究光电效应规律的实验装置如图12-1-4所示，用频率为ν的光照射光电管阴极K时，有光电子产生．由于光电管K、A间加的是反向电压，光电子从阴极K发射后将向阳极A做减速运动．光电流i由图中电流计G测出，反向电压U由电压表V测出．当电流计的示数恰好为零时，电压表的示数称为反向截止电压U c，在下列表示光电效应实验规律的图象中，错误的是()图12-1-4B[由光电效应规律可知，光电流的强度与光强成正比，光射到金属上时，光电子的发射是瞬时的，不需要时间积累，故A、D图象正确；从金属中发出的光电子，在反向电压作用下做减速运动，随着反向电压的增大，到达阳极的光电子数减少，故C图象正确；由光电效应方程可知：hν＝hν0＋E km，而eU c＝E km，所以有hν＝hν0＋eU c，由此可知，B图象错误．](多选)(2017·武威模拟)如图是某金属在光的照射下产生的光电子的最大初动能E k与入射光频率ν的关系图象．由图象可知()A．该金属的逸出功等于EB．该金属的逸出功等于hν0C．入射光的频率为2ν0时，产生的光电子的最大初动能为ED．入射光的频率为ν02时，产生的光电子的最大初动能为E2ABC[由爱因斯坦的光电效应方程：E k＝hν－W0，对应图线可得，该金属的逸出功W0＝E＝hν0，A、B均正确；若入射光的频率为2ν0，则产生的光电子的最大初动能E k＝2hν0－W0＝hν0＝E，故C正确；入射光的频率为ν02时，该金属不发生光电效应，D错误．]1．(1)大量光子易显示出波动性，而少量光子易显示出粒子性．(2)波长长(频率低)的光波动性强，而波长短(频率高)的光粒子性强．(3)光子说并未否定波动说，E＝hν＝hcλ中，ν和λ就是波的概念．(4)波和粒子在宏观世界是不能统一的，而在微观世界却是统一的．[题组通关]3．(2018·济南模拟)关于波粒二象性，下列说法中正确的是()甲乙丙丁图12-1-5A．图甲中紫光照射到锌板上可以发生光电效应，则其他可见光照射到锌板上也一定可以发生光电效应B．图乙中入射光的强度越大，则在阴极板上产生的光电子的最大初动能越大C．图丙说明光子既有粒子性也有波动性D．戴维孙和汤姆孙利用图丁证明了电子具有波动性D[在可见光中，紫光的频率最大，故紫光光子的能量最大，紫光照射到锌板上可以发生光电效应，但其他可见光照射到锌板上不一定发生光电效应，A错误；入射光的强度只能改变单位时间内逸出光电子的数量，但不能增大逸出光电子的最大初动能，B错误；光的散射揭示了光的粒子性，没有揭示光的波动性，C错误；衍射是波特有的现象，故电子束衍射实验证明了电子具有波动性，D正确．]4．(2017·北京高考)2017年年初，我国研制的“大连光源”——极紫外自由电子激光装置，发出了波长在100 nm(1 nm＝10－9 m)附近连续可调的世界上最强的极紫外激光脉冲，“大连光源”因其光子的能量大、密度高，可在能源利用、光刻技术、雾霾治理等领域的研究中发挥重要作用．一个处于极紫外波段的光子所具有的能量可以电离一个分子，但又不会把分子打碎．据此判断，能够电离一个分子的能量约为(取普朗克常量h ＝6.6×10－34 J·s ，真空光速c ＝3×108 m/s)( )A ．10－21 JB ．10－18 JC ．10－15 JD ．10－12 JB [一个处于极紫外波段的光子所具有的能量E ＝hν＝h c λ＝6.6×10－34×3×10810－7J ≈10－18 J ，选项B 正确．]1．两类能级跃迁(1)自发跃迁：高能级→低能级，释放能量，发出光子．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．①光照(吸收光子)：光子的能量必须恰等于能级差hν＝ΔE .②碰撞、加热等：只要入射粒子能量大于或等于能级差即可，E 外≥ΔE .③大于电离能的光子被吸收，将原子电离．2．电离电离态与电离能电离态：n ＝∞，E ＝0基态→电离态：E 吸＝0－(－13.6 eV)＝13.6 eV 电离能．n ＝2→电离态：E 吸＝0－E 2＝3.4 eV如吸收能量足够大，克服电离能后，获得自由的电子还携带动能．3．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的两种求解方法．①用数学中的组合知识求解：.②利用能级图求解：在氢原子能级图中将氢原子跃迁的各种可能情况一一画出，然后相加．[题组通关]5．(多选)氢原子光谱在可见光部分只有四条谱线，它们分别是从n为3、4、5、6的能级直接向n＝2能级跃迁时产生的．四条谱线中，一条红色、一条蓝色、两条紫色，则下列说法正确的是()A．红色光谱是氢原子从n＝3能级向n＝2能级跃迁时产生的B．蓝色光谱是氢原子从n＝6能级或n＝5能级直接向n＝2能级跃迁时产生的C．若氢原子从n＝6能级直接向n＝1能级跃迁，则能够产生红外线D．若氢原子从n＝6能级直接向n＝3能级跃迁时辐射的光子不能使某金属发生光电效应，则氢原子从n＝6能级直接向n＝2能级跃迁时辐射的光子将可能使该金属发生光电效应AD[从n为3、4、5、6的能级直接向n＝2能级跃迁时，从n＝3跃迁到n＝2能级辐射的光子频率最小，波长最大，可知为红色光谱，A正确；蓝光光子频率大于红光光子频率，小于紫光光子频率，可知是从n＝4跃迁到n＝2能级辐射的光子，B错误；氢原子从n＝6能级直接向n＝1能级跃迁，辐射的光子频率大于从n＝6跃迁到n＝2能级时辐射的紫光光子频率，即产生紫外线，C错误；从n＝6跃迁到n＝2能级辐射的光子频率大于从n＝6跃迁到n＝3能级辐射的光子频率，由氢原子从n＝6能级直接向n＝3能级跃迁时辐射的光子不能使某金属发生光电效应，但从n＝6跃迁到n ＝2能级跃迁时辐射的光子可能使该金属发生光电效应，D正确．]6. (2018·海口模拟)如图12-1-6所示为氢原子能级图，氢原子中的电子从n＝4能级跃迁到n＝1能级可产生a光；从n＝3能级跃迁到n＝1能级可产生b光，a光和b光的波长分别为λa和λb，a、b两光照射逸出功为4.5 eV的金属钨表面均可产生光电效应，遏止电压分别为U a和U b，则()图12-1-6A．λa>λb B．U a<U bC．a光的光子能量为12.55 eVD．b光照射金属钨产生的光电子的最大初动能E k b＝7.59 eVD[氢原子中的电子从n＝4能级跃迁到n＝1能级产生a光，a光的光子能量hνa＝E a＝E4－E1＝12.75 eV，氢原子中的电子从n＝3能级跃迁到n ＝1能级产生b光，b光的光子能量hνb＝E b＝E3－E1＝12.09 eV，a光的光子能量高，则a光的频率大，波长小，即λa<λb，A、C项错误；由光电效应方程E k＝hν－W0和E k＝eU c可知，频率越大，对应遏止电压U c越大，即U a>U b，B项错误；E k b＝hνb－W0＝7.59 eV，D项正确．]。

第1讲 光电效应 波粒二象性[A 组 基础题组]一、单项选择题1．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。

这些照片说明( )A ．光只有粒子性没有波动性B ．光只有波动性没有粒子性C ．少量光子的运动显示波动性，大量光子的运动显示粒子性D ．少量光子的运动显示粒子性，大量光子的运动显示波动性解析：光具有波粒二象性，这些照片说明少量光子的运动显示粒子性，大量光子的运动显示波动性，故D 正确。

答案：D2．下列说法不正确的是( )A ．动量相同的电子和质子，其德布罗意波长相同B ．光电效应现象说明光具有粒子性，光子具有能量C ．康普顿效应说明光具有粒子性，光子具有动量D ．黑体辐射的实验规律说明在宏观世界里能量是连续的解析：根据物质波波长公式λ＝hp 可知，当质子和电子动量相同时，其德布罗意波长相同，A 正确；光电效应现象说明光具有粒子性，光子具有能量，B 正确；康普顿效应说明光具有粒子性，光子具有动量，C 正确；黑体辐射的实验规律说明在微观世界里能量是分立的，D 错误。

答案：D3．用光照射某种金属，有光电子从金属表面逸出，如果光的频率不变，而减弱光的强度，则( ) A ．逸出的光电子数减少，光电子的最大初动能不变 B ．逸出的光电子数减少，光电子的最大初动能减小 C ．逸出的光电子数不变，光电子的最大初动能减小 D ．光的强度减弱到某一数值，就没有光电子逸出了解析：光的频率不变，表示光子能量不变，光的强度减弱，仍会有光电子从该金属表面逸出，逸出的光电子的最大初动能也不变；而减弱光的强度，逸出的光电子数就会减少，故A 正确。

答案：A4．已知钙和钾的截止频率分别为7.73×1014Hz 和5.44×1014Hz ，在某种单色光的照射下两种金属均发生光电效应，比较它们表面逸出的具有最大初动能的光电子，钙逸出的光电子具有较大的( ) A ．波长 B ．频率 C ．能量D ．动量解析：根据爱因斯坦光电效应方程：E k ＝h ν－h ν0，因为钙的ν0大，所以从钙表面逸出的光电子的最大初动能E km 较小，由p ＝2mE km 知，该光电子的动量较小，根据λ＝hp 可知，波长较大，根据ε＝h ν及c ＝λν可知，频率和能量较小，B 、C 、D 错误，A 正确。

[课时作业]单独成册方便使用[基础题组]一、单项选择题1．下列有关光的波粒二象性的说法中正确的是()A．有的光是波，有的光是粒子B．光子与电子是同样的一种粒子C．光的波长越长，其波动性越显著，波长越短，其粒子性越显著D．大量光子的行为往往显示出粒子性解析：一切光都具有波粒二象性，光的有些行为(如干涉、衍射)表现出波动性，有些行为(如光电效应)表现出粒子性，光子不是实物粒子，没有静止质量，电子是以实物形式存在的物质，光子是以场形式存在的物质，A、B错误；光的波粒二象性表明，大量光子的行为表现出波动性，个别光子的行为表现出粒子性．光的波长越长，衍射性越好，即波动性越显著，光的波长越短，其光子能量越大，个别或少数光子的作用就足以引起光接收装置的反应，所以其粒子性就很显著，C正确，D错误．答案：C2．用一束紫外线照射某金属时不能产生光电效应，可能使该金属发生光电效应的措施是() A．改用频率更小的紫外线照射B．改用X射线照射C．改用强度更大的原紫外线照射D．延长原紫外线的照射时间解析：某种金属能否发生光电效应取决于入射光的频率，与入射光的强度和照射时间无关．不能发生光电效应，说明入射光的频率小于金属的极限频率，所以要使金属发生光电效应，应增大入射光的频率，X射线的频率比紫外线频率高，所以本题答案为B.答案：B3．关于光电效应，下列说法正确的是()A．极限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，任何金属都能产生光电效应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解析：逸出功W ＝hν0，W ∝ν0，A 正确；只有照射光的频率ν大于金属极限频率ν0，才能产生光电效应现象，B 错误；某金属的逸出功只与该金属的极限频率有关，与从金属表面逸出的光电子的最大初动能无关，C 错误；光强E ＝nhν，ν越大，E 一定，则光子数n 越小，单位时间内逸出的光电子数就越少，D 错误． 答案：A4．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 －hν B ．2E km C ．E km ＋hνD ．E km ＋2hν解析：根据爱因斯坦光电效应方程得E km ＝hν－W ，若入射光频率变为2ν，则E km ′＝h ·2ν－W ＝2hν－(hν－E km )＝hν＋E km ，故选C. 答案：C5．用不同频率的紫外线分别照射钨和锌的表面而产生光电效应，可得到光电子最大初动能E k 随入射光频率ν变化的E k -ν图象．已知钨的逸出功是3.28 eV ，锌的逸出功是3.34 eV ，若将二者的图线画在同一个E k -ν坐标系中，如图所示，用实线表示钨，虚线表示锌，则正确反映这一过程的是( )解析：依据光电效应方程E k ＝hν－W 可知，E k -ν图线的斜率代表普朗克常量h ，因此钨和锌的E k -ν图线应该平行．图线的横轴截距代表截止频率ν0，而ν0＝Wh ，因此钨的截止频率小些，综上所述，A 图正确． 答案：A 二、多项选择题6．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，它们的德布罗意波长也相等解析：光电效应说明光具有粒子性，A 正确．衍射是波的特点，说明中子具有波动性，B 正确．黑体辐射的实验规律说明光具有粒子性，C 错误．动能相等的质子和电子，二者质量不同，动量不同，德布罗意波长不相等，D 错误． 答案：AB7．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)所示的图象，则( )A ．图象(a)表明光具有粒子性B ．图象(c)表明光具有波动性C ．用紫外线观察不到类似的图象D ．实验表明光是一种概率波解析：图象(a)曝光时间短，通过的光子数很少，呈现粒子性，A 正确．图象(c)曝光时间长，通过了大量光子，呈现波动性，B 正确．该实验表明光是一种概率波，D 正确．紫外线本质和可见光本质相同，也可以发生上述现象，C 错误． 答案：ABD8．在探究光电效应现象时，某小组的同学分别用波长为λ、2λ的单色光照射某金属，逸出的光电子最大速度之比为2∶1，普朗克常量用h 表示，光在真空中的速度用c 表示，则( ) A ．光电子的最大初动能之比为2∶1 B ．该金属的截止频率为cλC ．用波长为52λ的单色光照射该金属时能发生光电效应 D ．用波长为4λ的单色光照射该金属时不能发生光电效应解析：在两种单色光照射下，逸出的光电子的最大速度之比为2∶1，由E k ＝12m v 2可知，光电子的最大初动能之比为4∶1，A 错误；又由hν＝W ＋E k 知，h c λ＝W ＋12m v 21 ，h c 2λ＝W ＋12m v 22，又v 1＝2v 2，解得W ＝h c 3λ，则该金属的截止频率为c3λ，B 错误；光的波长小于或等于3λ时才能发生光电效应，C 、D 正确． 答案：CD[能力题组]一、选择题9．用光照射某种金属，有光电子从金属表面逸出，如果光的频率不变，而减弱光的强度，则() A．逸出的光电子数减少，光电子的最大初动能不变B．逸出的光电子数减少，光电子的最大初动能减小C．逸出的光电子数不变，光电子的最大初动能减小D．光的强度减弱到某一数值，就没有光电子逸出了解析：光的频率不变，表示光子能量不变，仍会有光电子从该金属表面逸出，逸出的光电子的最大初动能也不变；而减弱光的强度，逸出的光电子数就会减少，选项A正确．答案：A10．如图甲所示，合上开关，用光子能量为2.5 eV的一束光照射阴极K，发现电流表读数不为零．调节滑动变阻器，发现当电压表读数小于0.60 V时，电流表读数仍不为零，当电压表读数大于或等于0.60 V时，电流表读数为零．把电路改为图乙，当电压表读数为2 V时，则逸出功及电子到达阳极时的最大动能为()A．1.5 eV,0.6 eV B．1.7 eV,1.9 eVC．1.9 eV,2.6 eV D．3.1 eV,4.5 eV解析：光子能量hν＝2.5 eV的光照射阴极，电流表读数不为零，则能发生光电效应，当电压表读数大于或等于0.6 V时，电流表读数为零，则电子不能到达阳极，由动能定理eU＝12m v2m知，最大初动能E km＝eU＝0.6 eV，由光电效应方程hν＝E km＋W知W＝1.9 eV，对图乙，当电压表读数为2 V时，电子到达阳极的最大动能E km′＝E km＋eU′＝0.6 eV＋2 eV＝2.6 eV.故C正确．答案：C11.(多选)(2018·重庆万州二中模拟)某金属在光的照射下产生光电效应，其遏止电压U c与入射光频率ν的关系图象如图所示，则由图象可知()A．若已知电子电荷量e，就可以求出普朗克常量hB．遏止电压是确定的，与照射光的频率无关C ．入射光的频率为2ν0时，产生的光电子的最大初动能为hν0D ．入射光的频率为3ν0时，产生的光电子的最大初动能为hν0解析：根据光电效应方程E k ＝hν－W 和－eU c ＝0－E k 得，U c ＝h e ν－We ，可知当入射光的频率大于极限频率时，遏止电压与入射光的频率呈线性关系，B 错误；因为U c ＝h e ν－W e ，知图线的斜率等于he ，从图象上可以得出斜率的大小，若已知电子电荷量e ，可以求出普朗克常量h ，A 正确；从图象上可知逸出功W ＝hν0，根据光电效应方程得E k ＝h ·2ν0－W ＝h ν0，C 正确；E k ＝h ·3ν0－W ＝2hν0，D 错误． 答案：AC12．(多选)产生光电效应时，关于逸出光电子的最大初动能E k ，下列说法正确的是( ) A ．对于同种金属，E k 与照射光的强度无关 B ．对于同种金属，E k 与照射光的时间成正比 C ．对于同种金属，E k 与照射光的频率成线性关系D ．对于不同种金属，若照射光频率不变，E k 与金属的逸出功成线性关系解析：发生光电效应，一个电子获得一个光子的能量，E k ＝hν－W ，所以E k 与照射光的强度无关，与光照射的时间无关，A 正确，B 错误；由E k ＝hν－W 可知，对同种金属，E k 与照射光的频率成线性关系，若频率不变，对不同金属，E k 与W 成线性关系，C 、D 正确． 答案：ACD 二、非选择题13．如图甲所示是研究光电效应规律的光电管．用波长λ＝0.50 μm 的绿光照射阴极K ，实验测得流过电流表G 的电流I 与AK 之间的电势差U AK 满足如图乙所示规律，取h ＝6.63×10－34 J·s.结合图象，求：(结果保留两位有效数字)(1)每秒钟阴极发射的光电子数和光电子飞出阴极K 时的最大动能． (2)该阴极材料的极限波长．解析：(1)光电流达到饱和时，阴极发射的光电子全部到达阳极A ，阴极每秒钟发射的光电子的个数n ＝I m e ＝0.64×10－61.6×10－19(个)＝4.0×1012(个)光电子的最大初动能为E km ＝eU 0＝1.6×10－19C ×0.6 V ＝9.6×10－20J.(2)设阴极材料的极限波长为λ0，根据爱因斯坦光电效应方程得E km ＝h c λ－h cλ0，代入数据得λ0＝0.66 μm. 答案：(1)4.0×1012个 9.6×10－20 J (2)0.66 μm14．用功率P 0＝1 W 的光源照射离光源r ＝3 m 处的某块金属的薄片，已知光源发出的是波长λ＝663 nm 的单色光，试计算：(1)1 s 内打到金属板1 m 2面积上的光子数；(2)若取该金属原子半径r 1＝0.5×10－10 m ，则金属表面上每个原子平均需隔多少时间才能接收到一个光子？解析：(1)离光源r ＝3 m 处的金属板1 m 2面积上1 s 内接收的光能 E 0＝P 0t4πr 2＝8.85×10－3 J每个光子的能量E ＝h cλ＝3×10－19 J 所以每秒接收的光子数 n ＝8.85×10－33×10－19＝2.95×1016个． (2)每个原子的截面积为 S 1＝πr 21＝7.85×10－21m 2把金属板看成由原子密集排列组成的，则面积S 1上接收的光的功率 P ′＝8.85×10－3×7.85×10－21 W ＝6.95×10－23 W 每两个光子落在原子上的时间间隔 Δt ＝E P ′＝3×10－196.95×10－23 s ＝4 317 s.答案：(1)2.95×1016个 (2)4 317 s。

第3讲原子结构原子核知识排查原子结构1.电子的发现：英国物理学家汤姆孙发现了电子。

2.美国物理学家密立根测出了电子的电荷量。

3.汤姆孙原子模型汤姆孙于1898年提出了原子模型，他认为原子是一个球体，正电荷弥漫性地均匀分布在整个球体内，电子镶嵌其中。

4.α粒子散射实验（1）实验装置：α粒子源、金箔、放大镜和荧光屏。

（2）实验现象①绝大多数的α粒子穿过金箔后，基本上仍沿原来的方向前进；②少数α粒子发生了大角度偏转；③极少数α粒子的偏转角度大于90°，甚至有极个别α粒子几乎被“撞了回来”。

（3）实验意义：卢瑟福通过α粒子散射实验，否定了汤姆孙的原子模型，建立了核式结构模型。

5.核式结构模型1911年由卢瑟福提出，在原子中心有一个很小的核，叫原子核。

它集中了原子全部的正电荷和几乎全部的质量，电子在核外空间运动。

6.原子核的电荷与尺度氢原子光谱1.光谱：用光栅或棱镜可以把各种颜色的光按波长展开，获得光的波长(频率)和强度分布的记录，即光谱。

2.光谱分类3.氢原子光谱的实验规律：巴耳末系是氢光谱在可见光区的谱线，其波长公式1λ＝R⎝⎛⎭⎪⎫122－1n2，(n＝3，4，5，…，R是里德伯常量，R＝1.10×107 m－1)。

4.光谱分析：利用每种原子都有自己的特征谱线可以用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。

5.理尔理论(1)定态：原子只能处于一系列不连续的能量状态中，在这些能量状态中原子是稳定的，电子虽然绕核运动，但并不向外辐射能量。

(2)跃迁：原子从一种定态跃迁到另一种定态时，它辐射或吸收一定频率的光子，光子的能量由这两个定态的能量差决定，即hν＝E m－E n。

(h是普朗克常量，h＝6.63×10－34J·s) (3)轨道：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。

第12章动量守恒定律波粒二象性原子结构与原子核 [考纲要求]第1课时动量定理动量守恒定律及其应用考点一动量和动量定理(－/c)[基础过关]1．动量(1)定义：运动物体的质量和速度的乘积叫做物体的动量，通常用p来表示。

(2)表达式：p＝mv。

(3)单位：kg·m/s。

(4)标矢性：动量是矢量，其方向和速度方向相同。

(5)动量的变化量：是矢量，其表达式Δp＝p2－p1为矢量式，当p2、p1在同一条直线上时，可规定正方向，将矢量运算转化为代数运算。

(6)与动能的区别与联系：①区别：动量是矢量，动能是标量。

②联系：动量和动能都是描述物体运动状态的物理量，大小关系为E k＝p22m或p＝2mE k。

2．冲量(1)定义：力和力的作用时间的乘积叫做力的冲量。

(2)表达式：I＝Ft。

单位：N·s。

(3)标矢性：冲量是矢量，它的方向由力的方向决定。

3．动量定理1．(多选)(2016·浙江镇海中学选考模拟)当我们从高处跳到低处时，都有这样的生活常识：为了安全，一般都是让脚尖先着地。

从力的动量的角度来看，这样做的目的是( )A．减小动量B．减小动量的变化量C．延长和地面的冲击时间，从而减小支持力D．增大人对地的压强，起到安全作用解析根据动量定理分析，延长时间的目的是减小合力，从而减小支持力。

答案 C2．如图所示，运动员挥拍将质量为m的网球击出。

如果网球被拍子击打前、后瞬间速度的大分别为v1，v2，v1与v2方向相反，且v2>v1。

忽略重力，则此过程中拍子对网球作用力的冲量( )A ．大小为m (v 2－v 1)，方向与v 1方向相同B ．大小为m (v 2＋v 1)，方向与v 1方向相同C ．大小为m (v 2－v 1)，方向与v 2方向相同D ．大小为m (v 2＋v 1)，方向与v 2方向相同解析 在球拍击打网球的过程中，选取v 2方向为正方向，对网球运用动量定理有I ＝mv 2－(－mv 1)＝m (v 2＋v 1)，即拍子对网球作用力的冲量大小为m (v 2＋v 1)，方向与v 2方向相同。