2019届高考物理一轮复习第十二章波粒二象性、原子结构第1节光电效应、波粒二象性课件新人教版

第十二章波粒二象性原子结构和原子核第一讲波粒二象性考点一光电效应实验规律1、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2、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3、用频率为ν1的单色光照射某种金属表面，发生了光电效应现象，现改为频率为ν2的另一单色光照射该金属表面，下面说法正确的是（）A.如果ν2＞ν1，能够发生光电效应B.如果ν2＜ν1，不能够发生光电效应C.如果ν2＞ν1，逸出光电子的最大初动能增大D.如果ν2＞ν1，逸出光电子的最大初动能不受影响4、入射光照在金属表面上发生光电效应，若减弱入射光的强度，而保持频率不变，则A:从光照到金属表面上到发射出光电子的时间间隔明显增加B: 逸出的光电子的最大初动能将减小C: 单位时间内从金属表面逸出的光电子数目将减少D: 有可能不发生光电效应考点二光电效应方程和光电效应图像1、以往我们认识的光电效应是单光子光电效应，即一个电子在极短时间内能吸收到一个光子而从金属表面逸出。

强激光的出现丰富了人们对于光电效应的认识，用强激光照射金属，由于其光子密度极大，一个电子在极短时间内吸收多个光子成为可能，从而形成多光子光电效应，这已被实验证实。

光电效应实验装置示意如图。

用频率为v的普通光源照射阴极K，没有发生光电效应，换用同样频率为v的强激光照射阴极K，则发生了光电效应；此时，若加上反向电压U，即将阴极K接电源正极，阳极A接电源负极，在KA之间就形成了使光电子减速的电场，逐渐增大U，光电流会逐渐减小；当光电流恰好减小到零时，所加反向电压U可能是下列的（其中W为逸出功，h为普朗克常量，e为电子电量）（）。

（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。

第一节 光电效应 光的波粒二象性第一课时班别 姓名 学号一、学习目标1.知道光电效应现象相关的基本概念及光电效应发生的条件.2.掌握爱因斯坦光电效应方程,并能利用光电效应图像分析相关问题.3.知道光的波粒二象性及物质波的概念.二、知识梳理考点一 光电效应的实验规律 1.光电效应—⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪—概念—在光的照射下，金属中的 电子 从表面逸出的现象，发射出的电子叫 光电子—条件—入射光的频率 大于 金属的极限频率—规律—⎪⎪⎪⎪⎪—每种金属都有一个极限频率—光电子的最大初动能随入射光频率的增大 而 增大 —光电效应的发生几乎是瞬时的，一般不超 过10－9s—饱和光电流与入射光的强度成正比—解释—⎪⎪⎪—光子说→空间传播的光是不连续的，一份一份的，每一份为一个光子，能量ε＝hν—光电效应方程→E k ＝ hν－W 02．光电效应的研究思路(1)两条线索：(2)两条对应关系：光强大→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【例1】（多选）（2016·课标卷Ⅰ，35(1))现用某一光电管进行光电效应实验，当用某一频率的光入射时，有光电流产生．下列说法正确的是________.A ．保持入射光的频率不变，入射光的光强变大，饱和光电流变大B ．入射光的频率变高，饱和光电流变大C．入射光的频率变高，光电子的最大初动能变大D．保持入射光的光强不变，不断减小入射光的频率，始终有光电流产生E．遏止电压的大小与入射光的频率有关，与入射光的光强无关【例2】（多选）所示为光电管的工作电路图，分别用波长为λ0、λ1、λ2的单色光做实验，已知λ1＞λ0＞λ2.当开关闭合后，用波长为λ0的单色光照射光电管的阴极K时，电流表有示数，则下列说法正确的是() A．光电管阴极材料的逸出功与入射光无关B．若用波长为λ1的单色光进行实验，则电流表的示数一定为零C．若仅增大电源的电动势，则电流表的示数一定增大D．若仅将电源的正负极对调，则电流表的示数可能为零考点二光电效应方程及光电效应图象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【例3】（多选）(2017·课标卷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【例4】（多选）(2017·海南卷，7)三束单色光1、2和3的波长分别为λ1、λ2和λ3(λ1>λ2>λ3)．分别用这三束光照射同一种金属．已知用光束2照射时，恰能产生光电子，下列说法正确的是( )A ．用光束1照射时，不能产生光电子B ．用光束3照射时，不能产生光电子C ．用光束2照射时，光越强，单位时间内产生的光电子数目越多D ．用光束2照射时，光越强，产生的光电子最大初动能越大【例5】(2015·课标卷Ⅰ，35(1))在某次光电效应实验中，得到的遏止电压U c 与入射光的频率ν的关系如图所示．若该直线的斜率和截距分别为k 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 ________.【例6】利用图甲所示的实验装置观测光电效应，已知实验中测得某种金属的遏止电压U c 与入射频率ν之间的关系如图乙所示，电子的电荷量为e ＝1.6×10－19 C ，则( )A ．普朗克常量为eν1U 1B ．该金属的逸出功为eU 1C ．电源的右端为正极D ．若电流表的示数为10 μA ，则每秒内从阴极发出的光电子数的最小值为6.25×1012【例7】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．某种金属逸出光电子的最大初动能E k 与入射光频率ν的关系如图所示，其中νc 为极限频率．从图中可以确定的是( )A ．逸出功与ν有关B ．E k 与入射光强度成正比C ．当ν＜νc 时，会逸出光电子D ．图中直线的斜率与普朗克常量有关【例8】如图所示为用某金属研究光电效应规律得到的光电流随电压变化关系的图象，用单色光1和单色光2分别照射该金属时，逸出的光电子的最大初动能分别为E k1和E k2，普朗克常量为h ，则下列说法正确的是( )A ．E k1>E k2B ．单色光1的频率比单色光2的频率高C ．增大单色光1的强度，其遏止电压会增大D ．单色光1和单色光2的频率之差为E k1－E k2h考点三 光的波粒二象性 物质波(高频64) 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．3．光既具有粒子性，又具有波动性，对光的波粒二象性的理解【例9】（多选）(2015·课标卷Ⅱ，35(1))实物粒子和光都具有波粒二象性．下列事实中突出体现波动性的是 ________ .A ．电子束通过双缝实验装置后可以形成干涉图样B ．β射线在云室中穿过会留下清晰的径迹C ．人们利用慢中子衍射来研究晶体的结构D ．人们利用电子显微镜观测物质的微观结构E ．光电效应实验中，光电子的最大初动能与入射光的频率有关，与入射光的强度无关第一节光电效应光的波粒二象性第二课时班别姓名学号【例10】对光的认识，下列说法错误的是()A．个别光子的行为表现出粒子性，大量光子的行为表现出波动性B．光的波动是光子本身的一种属性，不是光子之间的相互作用引起的C．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D．光的波动二象性应理解为：在某种场合下光的波动性表现得明显，在另外的某种场合下，光的粒子性表现得明显【例11】（多选）(2015·江苏卷，12C(1))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【小结】波粒二象性的“三个易错”(1)光子表现为波动性，并不否认光子具有粒子性．(2)宏观物体也具有波动性．(3)微观粒子的波动性与机械波不同，微观粒子的波是概率波.三、针对训练1．(2015·上海卷，11)某光源发出的光由不同波长的光组成，不同波长的光的强度如图所示，表中给出了一些材料的极限波长，用该光源发出的光照射表中材料()A.仅钠能产生光电子B．仅钠、铜能产生光电子C．仅铜、铂能产生光电子D．都能产生光电子2．（多选）(2014·海南卷，17(1))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3．研究光电效应的电路如图所示．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I 与A 、K 之间的电压U AK 的关系图象中，正确的是( )4．如图所示为研究光电效应现象的装置，阴极K 与滑动变阻器的中心抽头c 相连，当滑动触头P 从a 移到c 的过程中，光电流始终为零，为了产生光电流，可采取的措施是( )A ．增大入射光的强度B ．增大入射光的频率C ．将P 从c 向a 移动D ．将P 从c 向b 移动5．如图所示，当弧光灯发出的光经一狭缝后，在锌板上形成明暗相间的条纹，同时与锌板相连的验电器铝箔有张角，则该实验( )A ．只能证明光具有波动性B ．只能证明光具有粒子性C ．只能证明光能够发生衍射D ．证明光具有波粒二象性四、课后训练1．根据爱因斯坦光子说，光子能量E 等于(h 为普朗克常量，c 、λ为真空中的光速和波长)( )A ．h c λB ．h λcC.hλ D ．hλ2．在光电效应实验中，用单色光照射某种金属表面，有光电子逸出，则光电子的最大初动能取决于入射光的( )A ．频率B ．强度C ．照射时间D ．光子数目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 4．（多选）三种不同的入射光A 、B 、C 分别射在三种不同的金属a 、b 、c 表面，均恰能使金属中逸出光电子，若三种入射光的波长λA >λB >λC ，则( )A ．用入射光A 照射金属b 和c ，金属b 和c 均可发生光电效应现象B ．用入射光A 和B 照射金属c ，均可使金属c 发生光电效应现象C ．用入射光C 照射金属a 和b ，金属a 、b 均可发生光电效应现象D ．用入射光B 和C 照射金属a ，均可使金属a 发生光电效应现象5.某金属在光的照射下发生光电效应，光电子的最大初动能E k 与入射光频率ν的关系如图所示，则( )A ．普朗克常量为νcEB ．入射光的频率为3νc 时，逸出的光电子的最大初动能为2EC ．频率大于2νc 的入射光照射该金属时才会发生光电效应D ．若光在真空中的速度为c ，则波长大于cνc的光照射该金属时才会发生光电效应6．如图甲所示为某实验小组成员研究某金属发生光电效应的遏止电压随照射光频率变化关系的实验装置，图乙为实验得到的遏止电压随照射光频率变化的关系图象，电子的电荷量e ＝1.6×10－19 C ，则下列说法正确的是( )A ．图甲中滑动变阻器的滑片移到最左端，电流计G 的示数为零B ．由图乙得普朗克常量为6.4×10－33 J·sC ．由图乙可知，该金属的极限频率为5.0×1014 HzD ．当照射光的频率为17.5×1014 Hz 时，逸出的光电子的最大初动能为3.2×10－19 J 7．（多选）如图为一真空光电管的应用电路，其阴极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8．（多选）如图所示是某金属在光的照射下，光电子的最大初动能E k 与入射光的波长的倒数(1λ)的关系图象，由图象可知( )A ．图象中的λ0是产生光电效应的最小波长B ．普朗克常量和光速的乘积hc ＝Eλ0C ．该金属的逸出功等于－ED ．若入射光的波长为λ03，产生的光电子的最大初动能为2E9．（多选）某半导体激光器发射波长为1.5×10－6 m ，功率为5.0×10－3 W 的连续激光．已知可见光波长的数量级为10－7m ，普朗克常量h ＝6.63×10－34 J·s ，该激光器发出的( )A ．是紫外线B ．是红外线C ．光子能量约为1.3×10－18 J D ．光子数约为每秒3.8×1016个10．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。

第十二章波粒二象性原子结构和原子核第一讲光电效应波粒二象性考点一光电效应规律和光电效应方程的应用例1、多维练透1、2、3、考点二光电效应的图像分析例2、多维练透1、2、如图为密立根研究某金属的遏制电压和入射光频率的关系图象,则下列说法正确的是()A、图象的斜率为普朗克常量B、该金属的截止频率约为C、由图象可得该金属的逸出功为D、由图象可知,光电子的最大初动能与入射光的频率成一次函数关系考点三光的波粒二象性物质波例3、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多维练透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2、下列对光的波粒二象性的说法错误的是（）A.光子不仅具有能量,也具有动量B.光的波粒二象性指光有时表现为波动性,有时表现为粒子性C.运动的实物粒子也有波动性,波长与粒子动量的关系为λ=p/hD.光波和物质波,本质上都是概率波第二讲原子结构原子核考点一氢原子的能级及能级跃迁例1、（多选）如图为氢原子的能级示意图,锌的逸出功是,那么对氢原子在能级跃迁过程中发射或吸收光子的特征认识正确的是()A、用氢原子从高能级向基态跃迁时发射的光照射锌板一定不能产生光电效应B、一群处于n=3能级的氢原子向基态跃迁时,能放出3种不同频率的光C、一群处于n=3能级的氢原子向基态跃迁时,发出的光照射锌板,锌板表面所发出的光电子的最大初动能为8.75eVD、用能量为14.0eV的光子照射,可使处于基态的氢原子电离多维练透2、3、如图所示,是汞原子的能级图,一个自由电子的总能量为8.0,与处于基态的汞原子碰撞后(不计汞原子的动量变化),则电子剩余的能量可能为(碰撞无能量损失)( )A.0.3B.3.1C.4.9D.8.8考点二原子核的衰变半衰期例2、多维练透1、（多选）日本福岛核电站泄漏事故中释放出大量的碘131,碘131是放射性同位素,衰变时会发出射线与射线,碘131被人摄人后,会危害身体健康,由此引起了全世界的关注.下面关于核辐射的相关知识,说法正确的是()A.人类无法通过改变外部环境来改变碘131衰变的快慢B. 碘131的半衰期为8.3天,则4个碘原子核经16.6天后就一定剩下一个原子核C.射线与射线都是电磁波,但射线穿透本领比射线强D. 碘131发生衰变时所释放的电子是原子核内的中子转化为质子时产生的2、3、考点三核反应方程与核反应类型例3、多维练透考点四核能的理解与计算例4、多维练透1、2、3、核反应堆是利用中子轰击重核发生裂变反应,释放出大量核能.核反应方程式是反应堆中发生的许多核反应中的一种,X是某种粒子,是X粒子的个数,用,,分别表示,,核的质量,表示X粒子的质量,c为光在真空中的光速,以下说法正确的是()A、x为中子,B、上述核反应中放出的核能C、上述核反应中放出的核能D、只有铀块体积达到临界体积才可能发生链式反应4、一个静止的氡核,放出一个粒子后衰变为钋核,同时放出能量为E=0.09MeV的光子.假设放出的核能完全转变为钋核与粒子的动能,不计光子的动量.已知M氡、、M钋,1u相当于的能量.(1)写出上述核反应方程;(2)求出发生上述核反应放出的能量;(3)确定钋核与粒子的动能.。

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。