光电效应和原子
高中人教物理选择性必修二专题16 光电效应和原子结构——教师版
专题16 光电效应和原子结构（教师版）一、目标要求目标要求 重、难点 光电效应 重难点 康普顿效应 原子的核式结构模型 重点 氢原子光谱与玻尔氢原子模型重点二、知识点解析1．光电效应(1)光电效应现象：光照射在金属板上，金属板表面有电子逸出的现象，把这种电子叫做光电子； (2)爱因斯坦光电效应方程爱因斯坦认为，光是由一个个不可分割的能量子组成，频率为ν的光的能量子为hν，h 为普朗克常量，这些能量子称为光子．光电效应中，金属中电子吸收一个光子获得能量，其中一部分用于克服金属原子引力做功，剩下的能量表现为光电子的初动能E k ：0E h W k ν=-其中W 0称为金属的逸出功，是使电子脱离金属原子束缚所需做功的最小值，不同金属的逸出功不相同．(3)光电效应的规律：如图1所示①饱和电流逐渐增大两板之间的电压，电流表示数开始时逐渐增大，后保持不变，说明单位时间从K 板逸出的电图1子个数是确定的；光电流的最大值称为饱和电流；入射光的光照强度越大，单位时间内发生光电效应的光电子数目越多，饱和光电流越大；②遏止电压设光电子逸出时的初速度为v 0，改变两极板的电性，使光电子逸出后做减速运动，当电流表示数恰好为零时，两极板间的电压称为遏止电压，用U c 表示：20012c e eU m v h W ν==-可见遏止电压与入射光的频率和金属种类有关，与入射光的光照强度无关； 光电流与电压的关系如图2所示：③截止频率（极限频率）只有入射光的频率超过某一极限值时才会发生光电效应，这个极限值称为入射光的截止频率ν0； 令E k =0，即0=hν0－W 0，解得00W hν=，可见截止频率与金属的种类有关； 若某频率的光照射金属板时不发生光电效应，则无论怎样增大光照强度都不能使金属逸出光电子；而若某频率的光能使金属发生光电效应，极微弱的光照强度也能产生光电子．④瞬时性：当入射光的频率超过截止频率，无论入射光光照强度如何，从照射到逸出光电子的时间不超过10-9s ，即光电效应几乎是瞬时的．2．康普顿效应(1)光的散射：光在介质中与物质微粒相互作用，从而使得传播方向发生变化，这种现象称为光的散射； (2)康普顿效应：美国物理学家康普顿在研究石墨对X 射线的散射作用时，发现部分散射光的波长变长了，经过大量的实验，康普顿提出，光子除了具有能量ε=hν外，同时具有动量p ，如图3所示；图2图3光子的动量为：h pλ=康普顿效应中，光子与晶体中的电子发生碰撞，将一部分动量转移给电子，从而光子的动量减小，对应的波长增大．3．原子结构(1)电子的发现：英国物理学家J．J．汤姆孙认为阴极射线是一种带电粒子流，并在1897年测定了组成阴极射线的粒子的比荷，并将其命名为电子．(2)原子核式结构①汤姆孙的“枣糕模型”：汤姆孙认为原子是一个实心球体，正电荷弥漫性地均匀分布在球体内部，电子镶嵌其中，如图4所示．但“枣糕”模型不能解释高速电子流能透过原子的现象．②卢瑟福的“核式结构”：1911年新西兰英籍物理学家卢瑟福在用α粒子轰击金箔时，发现大部分粒子都穿透金箔，少数粒子有偏转，极少数粒子有较大角度的偏转；卢瑟福认为：在原子内部，正电部分仅占很小的空间，通过计算，原子的直径大约为10-10m，但带正电的核的直径仅有10-15m，而电子充斥在原子空旷的内部中高速运动，如图5所示，这就是卢瑟福提出的原子核式结构．图4(3)质子的发现：1918年，提出原子核式结构的卢瑟福用α粒子轰击氮核得到质子；(4)中子的发现：自卢瑟福发现质子后，科学界认为原子核是由质子组成的，但这与原子的质量有较大的差异，因此卢瑟福预言，原子核内还应有一种不带电的粒子，这种粒子的质量与质子相近；1932年由英国物理学家查德威克利用α粒子轰击铍核得到了这种粒子，并命名为中子．4．玻尔的原子模型利用经典物理学解释原子结构仍然有一定的困难，丹麦物理学家玻尔提出了自己的原子结构假说．(1)轨道量子化电子的轨道半径不是连续的，而是有特定的半径，即电子的轨道是量子化的而不是连续的，原子核内存在分立的轨道；若电子绕原子运动的最小半径为r1，则第n条轨道的半径满足：r n=n2r1电子只能在这些特定的轨道中运动，不可能出现在任意相邻两条轨道之间．(2)能量量子化电子在不同轨道运动时，原子具有不同的能量，玻尔将这些不同的能量值称为能级，原子中具有确定能量的稳定状态称为定态；当电子在最低轨道中运动时，原子具有最小的能量，把原子处于最低能量的状态称为基态，其他能量状态称为激发态；以氢原子核为例，已知电子带电荷量为－e，氢原子核带电荷量为+e，相距为R的Q和q之间具有的电势能为p kQqER=，设电子的轨道半径为r n根据库仑力提供向心力：222nen nv ek mr r=可得电子的动能：22k122e nnkeE m vr==，以及电势能：2p2nkeEr=-故电子在第n条轨道上时，原子的能量为2k p2 nnke E E Er =+=-图5结合r n=n2r1，可知各能级之间的能量满足：12 nE En=氢原子中，E1=－13.6eV．(3)能级跃迁①跃迁：原子由一个能量状态变为另一个能量状态的过程叫做跃迁，对应内部电子轨道的变化，这个过程是不连续的；②频率条件：当电子从某高能级E n向低能级E m跃迁时，会放出能量为hν的光子，hν的大小由前后两个能级的能量差决定：hν=E n－E m，这个规律叫做频率条件；同样，电子从低能级向高能级跃迁时，需要吸收的光子的能量也由频率条件决定，若光子的能量不符合任意两能级的能量差值，电子不会吸收该光子．图6是氢原子的能级图，电子从n=3跃迁至n=1能级；③光子种类：大量电子从第n激发态向基态跃迁时，辐射出的光子种类为(1)2n nk-=种，即跃迁过程中会辐射k种频率的光．④电离：以氢原子为例，使电子彻底脱离原子核束缚的过程称为电离，恰好使电子脱离原子核所需要的能量称为电离能，电子处于不同能级所需要的电离能不相同，即E电=－E n三、考查方向题型1：光电效应的图像分析典例一：（2019高考理综天津卷）如图为a、b、c三种光在同一光电效应装置中测的光电流和电压的关系。
原子物理知识点
考点一光电效应1．与光电效应有关的五组概念(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。
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.对光电效应规律的理解1)光电效应中的“光”不是特指可见光,也包括不可见光。
2)能否发生光电效应,不取决于光的强度和光照时间而取决于光的频率。
任何一种金属都有一个截止频率,入射光的频率低于这个频率则不能使该金属发生光电效应。
3)光电效应的发生几乎是瞬时的。
4)五个关系：最大初动能与入射光频率的关系:E k=hν-W0（光电子的最大初动能与入射光的强度无关）．最大初动能与遏止电压U c的关系:E k=eU c,U c可以利用光电管实验的方法测得．逸出功W0与极限频率νc的关系:W0=hνc。
光子频率一定时光照强度与光电流的关系：光照强度大→光子数目多→发射光电子多→光电流大．光子频率与最大初动能的关系：光子频率高→光子能量大→产生光电子的最大初动能大．(5)逸出功的大小由金属本身决定,与入射光无关。
(6)若入射光子的能量恰等于金属的逸出功W0,则光电子的最大初动能为零,入射光的频率就是金属的截止频率。
此,可求出截止频率。
时有hνc=W0,即νc=W0h考点二光电效应的图像问题1.解答光电效应有关图像问题的三个“关键”1)明确图像的种类。
2023新教材高考物理二轮专题复习专题：光电效应能级跃迁原子核
专题十五光电效应能级跃迁原子核高频考点·能力突破考点一光电效应规律的应用1．光电效应两条对应关系(1)光子频率高→光子能量大→光电子的最大初动能大；(2)光照强度大(同种频率的光)→光子数目多→发射光电子多→光电流大．2．定量分析时应抓住三个关系式例1 [2022·河北卷]如图是密立根于1916年发表的钠金属光电效应的遏止电压U c与入射光频率ν的实验曲线，该实验直接证明了爱因斯坦光电效应方程，并且第一次利用光电效应实验测定了普朗克常量h.由图像可知( )A．钠的逸出功为hνcB．钠的截止频率为8.5×1014HzC．图中直线的斜率为普朗克常量hD．遏止电压U c与入射光频率ν成正比[解题心得]预测1 [2022·全国冲刺卷]胶片电影利用光电管把“声音的照片”还原成声音，原理如图所示，在电影放映机中用频率为ν、强度不变的一极窄光束照射声音轨道，由于影片上各处的声音轨道宽窄不同，在影片移动的过程中，通过声音轨道后的光强随之变化，射向光电管后，在电路中产生变化的电流，经放大电路放大后，通过喇叭就可以把声音放出来．则( )A．只减小光的频率，一定可以还原出声音B．只增大光的强度，一定可以还原出声音C．a端为电源正极D．a端为电源负极预测 2 [2022·湖南押题卷]某同学欲探测某种环境下是否有频率高于7.73×1014 Hz 的电磁波辐射，利用光电效应现象自制了一个探测器，如图所示．当环境中含有高于此频率的电磁波时灵敏电流表有示数．下表给出了几种金属的极限频率．则( )A.发生光电效应的金属板应该选用金属钙B．如果发生光电效应的金属板选择金属钠，则电流表有示数时，环境中一定含有频率高于7.73×1014 Hz的电磁波C．要想提高仪器的灵敏度，电流表选灵敏一些的，两板间距选适当大一些的D．如果在两板间加上“左正右负”的电压，效果会更好预测3 [2022·湖南押题卷](多选)用如图所示的装置研究光电效应现象，光电管阴极K与滑动变阻器的中心抽头c相连，光电管阳极与滑动变阻器的滑片P相连，初始时滑片P 与抽头c正对，电压表的示数为0(电压表0刻线在表盘中央)．在移动滑片P的过程中，光电流I随电压表示数U变化的图像如图所示，已知入射光的光子能量为1.6 eV.下列说法正确的是( )A．当滑片P与c正对时，电路中有光电流B．当U＝－0.6 V时，滑片P位于a、c之间C．阴极材料的逸出功为1.0 eVD．当U＝0.8 V时，到达阳极的光电子的最大动能为2.4 eV考点二玻尔理论和能级跃迁1．玻尔理论的三条假设2.解决氢原子能级跃迁问题的三点技巧(1)原子跃迁时，所吸收或辐射的光子能量只能等于两能级的能量差．(2)原子电离时，所吸收的能量可以大于或等于某一能级能量的绝对值，剩余能量为自由电子的动能．(3)一个氢原子跃迁发出的可能光谱线条数最多为(n－1)，而一群氢原子跃迁发出的可能光谱线条数可用N＝C n2＝n(n−1)求解．2例2 [2022·浙江6月]如图为氢原子的能级图．大量氢原子处于n＝3的激发态，在向低能级跃迁时放出光子，用这些光子照射逸出功为2.29 eV的金属钠．下列说法正确的是( )A．逸出光电子的最大初动能为10.80 eVB．n＝3跃迁到n＝1放出的光子动量最大C．有3种频率的光子能使金属钠产生光电效应D．用0.85 eV的光子照射，氢原子跃迁到n＝4激发态[解题心得]例4 [2022·东北三省四市联考]氦离子(He＋)和氢原子一样．原子核外只有一个电子，因此它们有着相似的能级图，如图所示为氢原子和氦离子的能级图．一群处于量子数n＝4的激发态的氦离子，能够自发地跃迁到较低的能量状态，并向外辐射光子．已知金属钨的逸出功为4.54 eV.则向外辐射多种频率的光子中( )A．最多有3种频率的光子B．能使金属钨发生光电效应的有3种频率的光子C.能够使处于基态的氢原子电离的有3种频率的光子D．能够使处于基态的氢原子跃迁的有4种频率的光子例5 [2022·山东押题卷]为了更形象地描述氢原子能级和氢原子轨道的关系，作出如图所示的能级轨道图，处于n＝4能级的氢原子向n＝2能级跃迁时辐射出可见光a，处于n ＝3能级的氢原子向n＝2能级跃迁时辐射出可见光b，则以下说法正确的是( )A．a光照射逸出功为2.14 eV的金属时，光电子的最大初动能为0.41 eVB．a光的波长比b光的波长长C．辐射出b光时，电子的动能和电势能都会变大D．一个处于n＝4能级的氢原子自发跃迁可释放6种频率的光考点三衰变、核反应与核能的计算1．核衰变问题(1)核衰变规律：m＝(12)tt1/2m0，N＝(12)tt1/2N0.(2)α衰变和β衰变次数的确定方法①方法一：由于β衰变不改变质量数，故可以先由质量数改变确定α衰变的次数，再根据电荷数守恒确定β衰变的次数．②方法二：设α衰变次数为x ，β衰变次数为y ，根据质量数和电荷数守恒列方程组求解．2．核能的计算方法(1)根据爱因斯坦质能方程，用核反应亏损的质量乘真空中光速c 的平方，即ΔE ＝Δmc 2(J)．(2)根据1 u(原子质量单位)相当于931.5 MeV 的能量，用核反应的质量亏损的原子质量单位数乘931.5 MeV ，即ΔE ＝Δm ×931.5 (MeV)．3．常见的核反应 (1)衰变 (2)重核裂变 (3)轻核聚变 (4)人工转变例3 [2022·全国甲卷]两种放射性元素的半衰期分别为t 0和2t 0，在t ＝0时刻这两种元素的原子核总数为N ，在t ＝2t 0时刻，尚未衰变的原子核总数为N3，则在t ＝4t 0时刻，尚未衰变的原子核总数为( )A ．N12B ．N9C ．N8D ．N6[解题心得]预测6 [2022·历城二中测评]2021年12月30日，中国“人造太阳”——全超导托卡马克核聚变实验装置(EAST)再次创造新的世界纪录，实现1 056秒的长脉冲高参数等离子体运行．大科学工程“人造太阳”通过核反应释放的能量用来发电，其主要的核反应过程可表示为( )A.t 12+12H―→23He +01tB . 714t +24He―→ 817t +11tC . 92235t +01n―→ 56141tt +3692tt +301tD . 92235U―→ 90234Th +24tt预测7 [2022·辽宁卷]2022年1月，中国锦屏深地实验室发表了首个核天体物理研究实验成果．表明我国核天体物理研究已经跻身国际先进行列．实验中所用核反应方程为Mg 2312―→A t 2613，已知X 、Mg 1223、Al 1326的质量分别为m 1、m 2、m 3，真空中的光速为c ，该反应中释放的能量为E .下列说法正确的是( )A ．X 为氘核H 12B ．X 为氚核H 13C ．E ＝(m 1＋m 2＋m 3)c 2D ．E ＝(m 1＋m 2－m 3)c 2预测8 (多选)2021年9月，在甘肃省武威市全球首台钍基熔盐核反应堆进行试运行放电，也标志着我国成为世界上第一个对第四代核电技术进行商业化试验运营的国家．反应堆工作原理如图所示，钍232(Th 23290)吸收一个中子后会变成钍233，钍233 不稳定，会变成易裂变核素铀233(U 23392)．下列说法正确的是( )A ．钍233变成铀233的核反应方程式是：t 90232t―→tt 91233+t −10，tt 91233―→U 92233+t −10B ．中间产生的新核镤233(tt 91233)从高能级向低能级跃迁时，会伴随γ辐射C ．新核铀233(U 92233)的结合能小于钍233(t 90232t )D ．核反应堆是通过核裂变把核能直接转化为电能发电预测9 [2022·辽宁押题卷]碳14是宇宙射线撞击空气中的氮14原子所产生，具有放射性，碳14原子发生β衰变转变为氮14.生物存活期间需要呼吸，其体内的碳14含量大致不变；生物停止呼吸后，体内的碳14开始减少．可以根据死亡生物体内残余碳14含量来推断它的死亡时间．碳14各个半衰期所剩原子比例如图所示，某古木样品中14C 的比例正好是现代植物所制样品的三分之一．下列说法正确的是( )A ．碳14的衰变方程式为C 614―→N 714+t −10B ．该古木的年代距今大于11 460年C ．14C 和14N 中含有的中子个数相等D ．如果古木处于高温、高压下测量结果可能有较大误差素养培优·情境命题 与近代物理相关的生活、科技问题与近代物理相关的科技问题相对较多，与我们生活接近的有：放射治疗、辐照保鲜、烟雾报警器等，与生产科技有关的有：射线测厚装置、示踪原子、光伏发电、核电站等．要解决科技发展问题必须要了解科技问题背后的原理．放射治疗、辐照保鲜、射线测厚装置、示踪原子等是利用了放射性同位素的射线，烟雾报警器、光伏发电利用了光电效应，核电站利用了核裂变．情境1 [2022·浙江6卷](多选)秦山核电站生产C 614的核反应方程为N 714+t 01―→C 614＋X ，其产物C 614的衰变方程为C 614―→t 714+t −10.下列说法正确的是( )A ．X 是H 11B ．C 614可以用作示踪原子 C ．t −10来自原子核外D ．经过一个半衰期，10个C 614将剩下5个[解题心得]情境2 (多选)2021年4月13日日本政府宣布将向太平洋倾倒逾125万吨福岛核电站内储存的核废水，消息一出举世哗然．福岛核电站的裂变材料是铀235，核废水含有大量的氚以及钡141、氪92、锶90、钴60、碘129、钉106等放射性核素．由于含氚的水和普通的水具有相同的化学性质，物理性质也相近，因而现有的废水处理技术很难去除，铀235的半衰期大约为12.5年．针对这一事件，下列同学的观点正确的是( )A ．为了保护海洋环境，日本政府应在12.5年后再排放经过处理的核废水B ．比较铀235、钡141、氪92、锶90的原子核，铀235的平均核子质量最大C ．比较铀235、钡141、氪92、锶90的原子核，铀235的比结合能最大D ．核反应方程：t 92235+t 01―→tt 56141+tt 3692＋3X 中的X 是中子n 01[解题心得]情境3 (多选)红外测温具有响应时间快、非接触、安全准确的优点，在新冠疫情防控中发挥了重要作用．红外测温仪捕捉被测物体电磁辐射中的红外线部分，将其转变成电信号．图甲为红外线光谱的三个区域，图乙为氢原子能级示意图．已知普朗克常量h ＝6.63×10－34J·s，光在真空中的速度c ＝3.0×108m/s ，下列说法正确的是( )A ．红外线光子能量的最大值约为1.64 eVB ．氢原子从n ＝3能级向n ＝2能级跃迁时释放出的光子能被红外测温仪捕捉C．大量氢原子从n＝4能级向低能级跃迁时，红外测温仪可捕捉到2种频率的红外线D．大量处于n＝2激发态的氢原子吸收能量为2.86 eV的光子后，辐射出的光子可能被红外测温仪捕捉[解题心得]情境4 [2022·山东青岛二模](多选)如图为某同学设计的一个光电烟雾探测器，光源S发出一束波长为0.8 μm的红外线，当有烟雾进入探测器时，来自S的红外线会被烟雾散射进入光电管C，当红外线射到光电管中的金属表面时发生光电效应，当光电流大于8×10－9A时，便会触发报警系统．已知元电荷e＝1.6×10－19C，光在真空中的传播速度为3×108 m/s.下列说法正确的是( )A．光电流的大小与光照强度无关B．若光源发出的是可见光，则该装置将会失去报警功能C．该金属的极限频率小于3.75×1014 HzD．若射向光电管C的光子中有10%会产生光电子，当报警器报警时，每秒射向该金属表面的光子数最少为5×1011个[解题心得]专题十五 光电效应 能级跃迁 原子核高频考点·能力突破考点一例1 解析：根据遏止电压与最大初动能的关系有eU c ＝E kmax ，根据爱因斯坦光电效应方程有E kmax ＝hν－W 0，结合图像可知，当U c 为0时，解得W 0＝hνc ，A 正确；钠的截止频率为νc ，根据图像可知，截止频率约为5.5×1014Hz ，B 错误；结合遏止电压与光电效应方程可解得U c ＝h e ν－W 0e ，对比遏止电压U c 与入射光频率ν的实验曲线可知，图中直线的斜率表示h e ，C 错误；根据遏止电压与入射光的频率关系式可知，遏止电压U c 与入射光频率ν成线性关系，不是成正比，D 错误．答案：A预测1 解析：只增大光的频率，肯定有光电子从光电管的阴极到达阳极，从而使电路导通，一定可以还原出声音，反之则不一定发生光电效应现象使电路导通，故A 、B 错误；光照射部分为阴极材料，光电子到达另一侧，在电场力作用下到达电源正极，故a 端为电源正极，故C 正确，D 错误．答案：C预测2 解析：根据题表数据可知金属钙的极限频率为7.73×1014Hz ，只有当环境中有高于7.73×1014 Hz 的电磁波辐射时，才能使光电子从钙板中逸出，从而使灵敏电流表有示数，所以发生光电效应的金属板应该选用金属钙，故A 正确；根据题表数据可知金属钠的极限频率为5.53×1014 Hz ，如果发生光电效应的金属板选择金属钠，则电流表有示数时，环境中一定含有频率高于5.53×1014 Hz 的电磁波，不一定含有频率高于7.73×1014 Hz 的电磁波，故B 错误；要想提高仪器的灵敏度，电流表选灵敏一些的，且为了能够使光电子能够更易到达阳极，两板间距应选适当小一些的，故C 错误；如果在两板间加上“左负右正”的电压，光电子受到向右的电场力，更易到达阳极，效果会更好，故D 错误．答案：A预测3 解析：当滑片P 与c 正对时，光电管两端无电压，由题中右图可以看出光电流不为零，故A 正确；由图可知，当U ＝－0.6 V 时，光电流为0即为遏止电压，即光电管两端接反向电压，则阴极电势应更高，滑片P位于b、c之间，故B错误；由光电效应方程有E k＝hν－W0，由图可知，当U＝0.6 V时，光电流为0即为遏止电压，则有－0.6 eV＝0－E k 联立解得W0＝1.0 eV，故C正确；光电子逸出时的最大初动能为E k0＝hν－W0＝0.6 eV，当U＝0.8 V时由动能定理得eU＝E k－E k0，得E k＝eU＋E k0＝(0.8＋0.6)eV＝1.4 eV，故D错误．答案：AC考点二例2 解析：氢原子从n＝3能级跃迁到n＝1能级时释放的光子能量最大，频率也最大，能量为E1＝(－1.51 eV)－(－13.6 eV)＝12.09 eV，照射逸出功为2.29 eV的金属钠，光电子的最大初动能为E km＝E1－W＝9.8 eV，频率大的光子波长小，根据p＝h可知频率大的光子λ动量大，A错误，B正确；氢原子从n＝3能级跃迁到n＝2能级时释放的光子能量为E2＝(－1.51 eV)－(－3.4 eV)＝1.89 eV<W，该光子不能使金属钠发生光电效应，可知有2种频率的光子能使金属钠产生光电效应，C错误；－1.51 eV＋0.85 eV＝－0.66 eV，可知氢原子不能吸收该光子从n＝3能级跃迁到n＝4能级，D错误．答案：B预测4 解析：一群氦离子从n＝4能级向低能级跃迁时可以辐射出6种频率的光子，A 选项错误；其中只有从n＝4能级向n＝3能级跃迁时所辐射出的光子能量小于4.54 eV，不能使金属钨发生光电效应，故共有5种频率的光子能使金属钨发生光电效应，故B选项错误；因为要使处于基态的氢原子发生电离，所需要的光子能量只要达到13.6 eV就可以，根据辐射光子能量等于氦离子能级跃迁前后两能级的能量差可得，有3种频率的光子能使处于基态的氢原子电离，故C选项正确；氦离子只有从n＝4能级向n＝2能级跃迁时辐射出的光子能量，等于氢原子n＝1能级与n＝2能级之间的能量差，可使处于基态的氢原子跃迁，故D 选项错误．答案：C预测5 解析：a光的光子能量E a＝E4－E2＝2.55 eV，b光的光子能量E b＝E3－E2＝1.89 ，可知λb>λa，B错误；a光照射逸出功W0＝2.14 eV的金属时，由于E a>W0 eV，根据E＝h cλ能发生光电效应，光电子的最大初动能E k＝E a－W0＝0.41 eV，A正确；辐射出b光时，电子做圆周运动的半径减小，动能增加，电场力做正功，电势能减小，C错误；一个处于n＝4能级的氢原子自发跃迁时，释放出不同频率光的种类最多的情况为n＝4→n＝3→n＝2→n＝1，即最多能释放3种频率的光，D错误．考点三例3 解析：设两种放射性元素的原子核原来总数分别为N 1和N 2，则N ＝N 1＋N 2，因为N 余＝(12)t T ·N 原，所以t ＝2t 0时刻，N 3＝N 1(12)2＋N 2(12)1，联立解得N 1＝23N ，N 2＝13N ，故t ＝4t 0时刻，N 1(12)4＋N 2(12)2＝N 8，C 项正确． 答案：C预测 6 解析：根据题意，实验装置为核聚变装置，核反应方程H 12+H 12―→23 He＋01n ，属于核聚变，故A 正确；核反应方程t 714+H 24e―→ 817O +H 11，属于原子核的人工转变，故B 错误；核反应方程t 92235+t 01―→ 56141tt +3692 tt ＋301n ，属于裂变，故C 错误；核反应方程U 92235―→tt 90234+He 24，属于衰变，故D 错误．答案：A预测7 解析：根据核反应遵循的质量数守恒和电荷数守恒可知，X 的质量数为3，电荷数为1，为氚核H 13，A 错误，B 正确；因该反应为人工转变，反应前两种粒子都有动能(总动能设为E k1)，反应后的生成物也有动能E k2，根据质能方程可知，由于质量亏损反应放出的能量为ΔE ＝Δmc 2＝(m 1＋m 2－m 3)c 2，则反应释放的能量为E ＝E k1＋ΔE －E k2＝E k1－E k2＋(m 1＋m 2－m 3)c 2，C 、D 错误．答案：B预测8 解析：根据核反应的电荷数和质量数守恒可知，钍233变成铀233的核反应方程式是tt 90232―→t 91233t +−10t ，tt 91233―→ 92233t +t −10，选项A 正确；中间产生的新核镤233( 91233Pa)从高能级向低能级跃迁时，放出能量，会伴随γ辐射，选项B 正确；整个过程中释放能量，则生成的新核铀233( 92233U)更加稳定，则新核铀233( 92233U)的结合能大于钍233(Th 90232)，选项C 错误；在核电站的核反应堆内部，核燃料具有的核能通过核裂变反应转化为内能，然后通过发电机转化为电能，故D 错误．答案：AB预测9 解析：根据质量数守恒和电荷数守恒，又因为碳14发生β衰变，所以衰变方程为t 614―→t 714+t －10，故A 正确；根据图像可知，剩余三分之一，时间应该大于5 730年小于11 460年，故B 错误；由元素序数知碳14中子数为8，氮14中子数为7，故C 错误；半衰期与温度、压强无关，故D 错误．素养培优·情境命题情境1 解析：根据核反应方程遵循质量数守恒和电荷数守恒，可知X 为质子 H 11，A 正确；由于t 614具有放射性，且C 是构成生物体的主要元素之一，所以t 614可以用作示踪原子，B 正确；β衰变放出的电子t －10来自原子核，C 错误；由于半衰期是大量原子核衰变的统计规律，对少量原子核不适用，所以经过一个半衰期，10个t 614不一定剩下5个，D 错误．答案：AB情境2 解析：为了保护海洋环境，日本政府在12.5年后还是不能排放经过处理的核废水，因为经过一个半衰期只是有半数发生衰变，还有半数的没有衰变，所以废水还是具有放射性的，所以不能排放，则A 错误；比较铀235、钡141、氪92、锶90的原子核，铀235的平均核子质量最大，所以B 正确；比较铀235、钡141、氪92、锶90的原子核，铀235的比结合能最小，因为比结合能越大原子越稳定，所以C 错误；根据核反应过程中，遵循电荷数，质量数守恒定律，所以核反应方程t 92235+t 01―→ 56141tt + Kr 3692＋3X 中的X 是中子n 01，则D 正确．答案：BD情境3 解析：红外线最短波长和最长波长分别为λmin ＝0.76 μm，λmax ＝1 000 μm，根据光子能量E ＝hν＝h c λ，代入数据可得光子最大和最小能量分别为E max ＝1.64 eV ，E min ＝1.24×10－3eV ，A 正确；氢原子从n ＝3能级向n ＝2能级跃迁时释放出的光子能量E ＝－1.51－(－3.4)＝1.89 eV>E max ，因此不会被红外测温仪捕捉到，B 错误；大量氢原子从n ＝4能级向低能级跃迁时，放出的能量为E 43＝－0.85－(－1.51)＝0.66 eV ，E 32＝－1.51－(3.4)＝1.89 eV ，只有从n ＝4向n ＝3轨道跃迁时放出的光子能量在红外区，因此红外测温仪可捕捉到1种频率的红外线，C 错误；大量处于n ＝2激发态的氢原子吸收能量为2.86 eV 的光子后跃迁到n ＝5的能级，再从该能级向回跃迁时，放出的能量有E 54＝－0.54－(－0.85)＝0.31 eV ，E 43＝－0.85－(－1.51)＝0.66 eV ，因此，辐射出的光子可能被红外测温仪捕捉，D 正确．答案：AD情境4 解析：在达到饱和电流之前，光照强度越大，光电流越大，光电流的大小与光照强度有关，故A 错误；根据报警器的工作原理，可见光的光子能量大于红外线的光子能量，所以若光源发出的是可见光，则该装置不会失去报警功能，故B 错误；根据波长与频率的关系式有c ＝λν，代入数据，可得ν＝3.75×1014 Hz ，根据光电效应原理，可知该金属的极限频率小于3.75×1014 Hz ，故C 正确；当光电流等于8×10－9 A 时，每秒产生的光电子的数目为N ＝8×10−91.60×10−19个＝5×1010个，若射向光电管C 的光子中有10%会产生光电子，故每秒射向金属表面的光子数最少为5×101010%个＝5×1011个，故D 正确． 答案：CD。
第2讲光电效应氢原子光谱
第2讲 光电效应 氢原子光谱知识一 光电效应现象1．光电效应的实验规律(1)每种金属都有一个极限频率，入射光的频率必须大于这个极限频率才能发生光电效应．(2)光电子的最大初动能与入射光的强度无关，其随入射光频率的增大而增大． (3)光电流强度(反映单位时间内发射出的光电子数的多少)与入射光强度成正比． (4)光电效应的发生几乎是瞬时的，一般不超过10－9s.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，光子具有的能量与光的频率成正比，即：ε＝h ν，其中h ＝6.63×10－34J ·s.3．光电效应方程(1)表达式：h ν＝E k ＋W 0或E k ＝h ν－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h ν，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 ＝12mv 2.(3)任何一种金属都有一个极限频率，入射光的频率必须大于这个极限频率才能发生光电效应，低于这个极限频率则不能发生光电效应．知识二 α粒子散射实验与核式结构模型1．卢瑟福的α粒子散射实验装置(如图13－2－1所示)图13－2－12．α粒子散射实验的现象绝大多数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13－2－2所示．α粒子散射实验的分析图图13－2－23．卢瑟福的原子核式结构模型在原子的中心有一个很小的核，叫原子核，原子的所有正电荷和几乎所有质量都集中在原子核里，带负电的电子在核外绕核旋转．知识三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)光谱分类有些光谱是一条条的亮线，这样的光谱叫做线状谱．有的光谱是连在一起的光带，这样的光谱叫做连续谱．(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(122－1n2)(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)轨道：原子中的电子在库仑引力的作用下，绕原子核做圆周运动，电子绕核运动的轨道是不连续的．(2)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．(3)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)(1)一群氢原子跃迁发出可能的光谱线数为N＝C2n＝n n－12，一个氢原子跃迁发出可能的光谱线数最多为(n－1)．(2)由能级图可知，由于电子的轨道半径不同，氢原子的能级不连续，这种现象叫能量量子化.考点一对光电效应规律的理解一、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使其动能变大，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．二、极限频率的实质光子的能量和频率有关，而金属中电子克服原子核引力需要的能量是一定的，光子的能量必须大于金属的逸出功才能发生光电效应．这个能量的最小值等于这种金属对应的逸出功，所以每种金属都有一定的极限频率．三、对光电效应瞬时性的理解光照射到金属上时，电子吸收光子的能量不需要积累，吸收的能量立即转化为电子的能量，因此电子对光子的吸收十分迅速．四、图13－2－3光电效应方程电子吸收光子能量后从金属表面逸出，其中只有直接从金属表面飞出的光电子才具有最大初动能，根据能量守恒定律，E k＝hν－W0.如图13－2－3所示．五、用光电管研究光电效应1．常见电路(如图13－2－4所示)图13－2－42．两条线索(1)通过频率分析：光子频率高→光子能量大→产生光电子的最大初动能大． (2)通过光的强度分析：入射光强度大→光子数目多→产生的光电子多→光电流大． 3．常见概念辨析⎩⎪⎨⎪⎧照射光⎩⎪⎨⎪⎧ 强度——决定着每秒钟光源发射的光子数频率——决定着每个光子的能量ε＝h ν光电子⎩⎪⎨⎪⎧每秒钟逸出的光电子数——决定着光电流的强度光电子逸出后的最大初动能12mv2m——————[1个示范例]——————(2013·浙江高考)小明用金属铷为阴极的光电管，观测光电效应现象，实验装置示意图如图13－2－5甲所示．已知普朗克常量h ＝6.63×10－34J ·s.图13－2－5(1)图甲中电极A 为光电管的________(填“阴极”或“阳极”)；(2)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，则铷的截止频率νc ＝________Hz ，逸出功W 0＝________J ；(3)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E k ＝________J.【解析】 (1)在光电效应中，电子向A 极运动，故电极A 为光电管的阳极． (2)由题图可知，铷的截止频率νc为 5.15×1014 Hz ，逸出功W 0＝h νc ＝6.63×10－34×5.15×1014 J ≈3.41×10－19J.(3)当入射光的频率为ν＝7.00×1014Hz 时，由E k ＝h ν－h νc 得，光电子的最大初动能为E k ＝6.63×10－34×(7.00－5.15)×1014 J ≈1.23×10－19J.【答案】 (1)阳极 (2)5.15×1014 3.41×10－19(3)1.23×10－19——————[1个预测例]——————A 、B 两种光子的能量之比为2∶1，它们都能使某种金属发生光电效应，且所产生的光电子最大初动能分别为E A 、E B .求A 、B 两种光子的动量之比和该金属的逸出功．【解析】 光子能量ε＝h ν，动量p ＝h λ，且ν＝cλ得p ＝εc，则p A ∶p B ＝2∶1A 照射时，光电子的最大初动能E A ＝εA －W 0.同理，EB ＝εB －W 0 解得W 0＝E A －2E B .【答案】 2∶1 W 0＝E A －2E B考点二 氢原子能级和能级跃迁一、氢原子的能级图 能级图如图13－2－6所示．图13－2－6二、能级图中相关量意义的说明1．一群氢原子跃迁发出可能的光谱线条数为N ＝C 2n ＝nn －12. 2．一个氢原子跃迁发出可能的光谱线条数最多为(n －1)．——————[1个示范例]——————(2012·四川高考)如图13－2－7所示为氢原子能级示意图的一部分，则氢原子()图13－2－7A ．从n ＝4能级跃迁到n ＝3能级比从n ＝3能级跃迁到n ＝2能级辐射出电磁波的波长长B ．从n ＝5能级跃迁到n ＝1能级比从n ＝5能级跃迁到n ＝4能级辐射出电磁波的速度大C ．处于不同能级时，核外电子在各处出现的概率是一样的D ．从高能级向低能级跃迁时，氢原子核一定向外放出能量【解析】 因为E 4－E 3＝0.66 eV ＜E 3－E 2＝1.89 eV ，根据c ＝λν和h ν＝E n －E m 得从n ＝4能级跃迁到n ＝3能级比从n ＝3能级跃迁到n ＝2能级辐射出电磁波的波长长，选项A 正确；电磁波在真空中的传播速度都相等，与光子的频率无关，选项B 错误；氢原子的核外电子处于不同能级时在各处出现的概率是不同的，能级越低，在靠近原子核较近的地方出现的概率越大，选项C 错误；氢原子从高能级跃迁到低能级时，是氢原子核外的电子从高能级跃迁到了低能级向外放出能量，选项D 错误．【答案】 A——————[1个预测例]——————氢原子部分能级的示意图如图13－2－8所示．不同色光的光子能量如下表所示．图13－2－8处于某激发态的氢原子，发射的光的谱线在可见光范围内仅有2条，其颜色分别为( ) A ．红、蓝－靛B ．黄、绿C．红、紫D．蓝－靛、紫【解析】原子发光时放出的光子的能量等于原子能级差，先分别计算各相邻的能级差，再由小到大排序．结合可见光的光子能量表可知，有两个能量分别为1.89 eV和2.55 eV的光子属于可见光，分别属于红光和蓝－靛光的范围，故答案为A.【答案】 A1．(多选)(2011·广东高考)光电效应实验中，下列表述正确的是()A．光照时间越长光电流越大B．入射光足够强就可以有光电流C．遏止电压与入射光的频率有关D．入射光频率大于极限频率才能产生光电子【解析】在光电效应中，若照射光的频率小于极限频率，无论光照时间多长，光照强度多大，都无光电流，当照射光的频率大于极限频率时，立刻有光电子产生，故A、B错误，D正确．由－eU＝0－E k，E k＝hν－W，可知U＝(hν－W)/e，即遏止电压与入射光频率ν有关，C正确．【答案】CD2．卢瑟福和他的助手做α粒子轰击金箔实验，获得了重要发现，关于α粒子散射实验的结果，下列说法正确的是()A．证明了质子的存在B．证明了原子核是由质子和中子组成的C．证明了原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在一个很小的核里D．说明了原子中的电子只能在某些轨道上运动【解析】α粒子散射实验发现了原子内存在一个集中了全部正电荷和几乎全部质量的核．数年后卢瑟福发现核内有质子并预测核内存在中子，所以C对，A、B错；玻尔发现了电子轨道量子化，D错．【答案】 C图13－2－93．(多选)如图13－2－9所示给出了氢原子的6种可能的跃迁，则它们发出的光() A．a的波长最长B．d的波长最长C．f的光子比d的光子能量大D．a的频率最小【解析】由玻尔理论知，原子跃迁时，h cλ＝ΔE，从能级图知ΔE a最小，a的波长最长，频率最小，则B错误，A、D正确；hνd＝ΔE d＝(132－122)E1＝－536E1，hνf＝ΔE f＝(122－112)E1＝－34E1，因此，f的光子的能量比d的光子的能量大，C正确．【答案】ACD4．(2012·北京高考)一个氢原子从n＝3能级跃迁到n＝2能级，该氢原子()A．放出光子，能量增加B．放出光子，能量减少C．吸收光子，能量增加D．吸收光子，能量减少【解析】氢原子从高能级向低能级跃迁时，放出光子，能量减少，故选项B正确，选项A、C、D错误．【答案】 B5．(2011·福建高考)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 km与入射光频率ν的关系如图13－2－10所示，其中ν0为极限频率．从图中可以确定的是()图13－2－10A．逸出功与ν有关B．E km与入射光强度成正比C．当ν<ν0时，会逸出光电子D．图中直线的斜率与普朗克常量有关【解析】由光电效应方程E km＝hν－W、W＝hν0，与y＝kx＋b相对应可知只有D 项正确．【答案】 D6．(2011·四川高考)氢原子从能级m跃迁到能级n时辐射红光的频率为ν1，从能级n 跃迁到能级k时吸收紫光的频率为ν2，已知普朗克常量为h，若氢原子从能级k跃迁到能级m，则()A．吸收光子的能量为hν1＋hν2B．辐射光子的能量为hν1＋hν2C．吸收光子的能量为hν2－hν1D．辐射光子的能量为hν2－hν1【解析】由题意可知：E m－E n＝hν1，E k－E n＝hν2.因为紫光的频率大于红光的频率，所以ν2>ν1，即k能级的能量大于m能级的能量，氢原子从能级k跃迁到能级m时向外辐射能量，其值为E k－E m＝hν2－hν1，故只有D项正确．【答案】 D7．(2013·福建高考)在卢瑟福α粒子散射实验中，金箔中的原子核可以看作静止不动，下列各图画出的是其中两个α粒子经历金箔散射过程的径迹，其中正确的是________．(填选图下方的字母)【解析】理解α粒子散射实验现象，关键是弄清α粒子遇到金原子核时受到强大的斥力作用，才能发生大角度散射，选项C正确．【答案】 C8．(2013·江苏高考)根据玻尔原子结构理论，氦离子(He＋)的能级图如图13－2－11所示．电子处在n＝3轨道上比处在n＝5轨道上离氦核的距离________(选填“近”或“远”)．当大量He＋处在n＝4的激发态时，由于跃迁所发射的谱线有________条．图13－2－11【解析】根据玻尔理论r n＝n2r1可知电子处在n＝3的轨道上比处在n＝5的轨道上离氦核的距离近．大量He＋处在n＝4的激发态时，发射的谱线有6条．【答案】近 69．(2011·新课标全国高考)在光电效应实验中，某金属的截止频率相应的波长为λ0，该金属的逸出功为________．若用波长为λ(λ<λ0)的单色光做该实验，则其遏止电压为________．已知电子的电荷量、真空中的光速和普朗克常量分别为e、c和h.【解析】 设金属的截止频率为ν0，则该金属的逸出功W 0＝h ν0＝h cλ0；对光电子，由动能定理得eU 0＝h cλ－W 0，解得U 0＝hc λ0－λe λλ0.【答案】hc λ0 hc λ0－λe λλ010．(2012·山东高考)氢原子第n 能级的能量为E n ＝E 1n 2，其中E 1为基态能量．当氢原子由第4能级跃迁到第2能级时，发出光子的频率为ν1；若氢原子由第2能级跃迁到基态，发出光子的频率为ν2，则ν1ν2＝________.【解析】 根据氢原子的能级公式，h ν1＝E 4－E 2＝E 142－E 122＝－316E 1h ν2＝E 2－E 1＝E 122－E 112＝－34E 1所以ν1ν2＝31634＝14.【答案】 14。
高二物理辅导 光电效应玻尔原子模型
1. 光电效应（1）产生条件：入射光频率大于被照射金属的极限频率（2）入射光频率决定每个光子能量，决定光电子逸出后最大初动能（3）入射光强度决定每秒钟逸出的光电子数，决定光电流大小（4）爱因斯坦光电效应方程：W0表示金属的逸出功，νc表示金属的极限频率，则例1：对爱因斯坦光电效应方程，下面的理解正确的有（）A. 只要是用同种频率的光照射同一种金属，那么从金属中逸出的所有光电子都会具有同样的初动能E KB. 式中的W表示每个光电子从金属中飞出过程中克服金属中正电荷引力所做的功C. 逸出功W和极限频率νc之间应满足关系式W= hνcD. 光电子的最大初动能和入射光的频率成正比例2：用某种频率的紫外线分别照射铯、锌、铂三种金属，从铯中发射出的光电子的最大初动能是2.9eV，从锌中发射出的光电子的最大初动能是1.4eV，铂没有光电子射出，则对这三种金属逸出功大小的判断，下列结论正确的是（）A. 铯的逸出功最大，铂的逸出功最小B. 锌的逸出功最大，铂的逸出功最小C. 铂的逸出功最大，铯的逸出功最小D. 铂的逸出功最大，锌的逸出功最小例3：如图，当电键S断开时，用光子能量为2.5eV的一束光照射阴极K，发现电流表读数不为零。
合上电键，调节滑线变阻器，发现当电压表读数小于0.60V时，电流表读数仍不为零；当电压表读数大于或等于0.60V时，电流表读数为零。
由此可知阴极材料的逸出功为（）A. 1.9eVB. 0.6eVC. 2.5eVD.3.1eV巩固训练1. 下列关于光电效应的说法正确的是（）A. 若某材料的逸出功是W，则它的极限频率B. 光电子的初速度和照射光的频率成正比C. 光电子的最大初动能和照射光的频率成正比D. 光电子的最大初动能随照射光频率的增大而增大2. 在下列各组所说的两个现象中，都表现出光具有粒子性的是（）A. 光的折射现象、偏振现象B. 光的反射现象、干涉现象C. 光的衍射现象、色散现象D. 光电效应现象、康普顿效应3. 关于光的波粒二象性的理解正确的是（）A. 大量光子的效果往往表现出波动性，个别光子的行为往往表现出粒子性B. 光在传播时是波，而与物质相互作用时就转变成粒子C. 高频光是粒子，低频光是波D. 波粒二象性是光的根本属性，有时它的波动性显著，有时它的粒子性显著4. 当具有5.0eV能量的光子照射到某金属表面后，从金属表面逸出的电子具有最大的初动能是1.5eV。
必考点20 光电效应和波尔原子模型(人教版2019)(解析版)
必考点20 光电效应和波尔原子模型题型一 光电效应例题1 某实验小组的同学为了研究光电效应现象，设计了如图甲所示的电路，现用强度一定的某种色光照射K 板，反复移动滑动变阻器的滑动触头，记录多组电压表（电压表的0刻度在表盘的正中央位置）以及电流表的示数，将得到的数据描绘在I U -图中，得到的图像如图乙所示，则下列说法正确的是（ ）A ．欲测量饱和光电流大小应使滑动触头向左移动B ．K 板的逸出功为0.6eVC ．光电子的最大初动能为0.6eVD ．如果仅增加光的强度，则图像与横轴的交点向左移动 【答案】C【详解】A ．欲测出与饱和光电流相对的电压值，应在光电管两端接正向电压，即应使滑动触头向右移动，A 错误；BC ．由爱因斯坦的光电效应方程km 0c E h W eU ν=-=可得光电子的最大初动能为c 0.6eV U =，K 板的逸出功不一定为0.6eV ，B 错误，C 正确；D ．保持入射光的频率不变仅增加入射光的强度，光电子最大初动能不变，遏止电压不变，测I U -图线与横轴的交点位置不变，D 错误。
故选C 。
【解题技巧提炼】1.光电效应方程E k=ℎν−W0的理解（1）方程中的E k是光电子的最大初动能，就某个光电子而言，其离开金属时剩余动能大小可以是0∼E k范围内的任何数值。
（2）光电效应方程实质上是能量守恒方程。
能量为E=ℎν的光子被电子吸收，电子把这些能量的一部分用来克服金属表面对它的吸引，另一部分就是电子离开金属表面时的动能。
如果克服吸引力做功最少为W0，则电子离开金属表面时动能最大为E k，根据能量守恒定律可知：E k=ℎν−W0。
（3）光电效应方程包含了产生光电效应的条件。
若发生光电效应，则光电子的最大初动能必须大于零，即E k=ℎν−W0>0，亦即ℎν>W0，ν>W0ℎ=νc，而νc=W0ℎ恰好是光电效应的截止频率。
2.光电效应几种图像的对比图像名称图线形状由图线直接（间接）得到的物理量最大初动能E k与入射光频率ν的关系图线①极限频率：图线与ν轴交点的横坐标νc①逸出功：图线与E k轴交点的纵坐标的绝对值W0= |−E|=E①普朗克常量：图线的斜率k=ℎ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①饱和电流：电流的最大值①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 c 1、U c 2①饱和电流①最大初动能E k 1=eU c 1，E k 2=eU c 2遏止电压U c 与入射光频率ν的关系图线①极限频率νc ：图线与横轴的交点①遏止电压U c ：随入射光频率的增大而增大 ①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） 3.光电效应规律中的两条线索、两个关系 （1）两条线索（2）两个关系光强→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→产生光电子的最大初动能大。
新高考2021届高考物理小题必练28光电效应原子结构与原子核20210421170
(1)光电效应现象与光电效应方程的应用；(2)原子核式结构；(3)氢原子光谱规律、能级跃迁；(4)核衰变与核反应方程；(5)核能与爱因斯坦质能方程。
例1．(2019∙全国I 卷∙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 eVB ．10.20 eVC ．1.89 eVD ．1.5l eV【解析】因为可见光光子的能量范围是1.63～3.10 eV ，所以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 ，即选项A 正确。
【答案】A【点睛】本题考查原子的能级跃迁问题，体现了模型建构的核心素养。
例2．(2020∙山东卷∙2)氚核H 发生β衰变成为氦核He 。
假设含氚材料中H 发生β衰变产生的电子可以全部定向移动，在3.2×104 s 时间内形成的平均电流为5.0×10-8 A 。
已知电子电荷量为1.6×10-19 C ，在这段时间内发生β衰变的氚核H 的个数为( )A ．5×1014B ．1.0×1016C ．2.0×1016D ．1.0×1018【答案】B【解析】根据qI t ==8416195.010 3.210101.610Itn e --⨯⨯⨯===⨯个，因在β衰变中，一个氚核产生一个电子，可知氚核的个数为1.0×1016个。
【点睛】本题考查衰变方程及电流定义式的综合应用，体现了新高考学科核心素养的能力立意。
1．下列几种说法中有一种是错误的，它是( )A．大如太阳、地球等这些宏观的运动物体也具有波动性，这种波是物质波B．光子与物质微粒发生相互作用时，不仅遵循能量守恒，还遵循动量守恒C．光子与光电子是同一种粒子，它们对应的波也都是概率波D．核力是一种强相互作用力，热核反应中库仑力做功与核力做功相比能忽略【答案】C【解析】大如太阳、地球等这些宏观的运动物体也具有波动性，这种波是物质波，故A正确；光子与物质微粒发生相互作用时，不仅遵循能量守恒，还遵循动量守恒，故B正确；光子是光的组成部分，而光电子是电子，故二者不相同，故C错误；根据核力的特点可知，核力是一种强相互作用力，热核反应中库仑力做功与核力做功相比能忽略，故D正确。
高考物理思维导图之近代物理(光电效应、原子结构和原子核)
光电效应说明光具有粒子子性
光的波粒二二象性
光既有波动性，也具有粒子子性，称为光的波粒二二象性
光的干干涉现象是大大量量光子子的运动遵守波动规律律的表现 亮条纹是光子子到达概率大大的地方方，暗条纹是光子子到达概率小小的地方方，因此光波又又叫做概率波
概率波
任何一一个运动着的物体，无无论宏观还是微观都有一一种波与之对应
内容
由于原子子核很小小，绝大大部分α粒子子穿过金金金箔时都离 核很远，它们的运动几几乎不不受影响
只有少数的α粒子子从原子子核附近⻜飞过，受到很强的 斥力力力，发生生大大⻆角度散射
模型对实验的解释
卢瑟福 核式结构模型
原子子核的电荷数与核外电子子数相等 原子子核由质子子和中子子组成，核电荷数等于质子子数
υ₀＝W0/h
截止止频率υ₀
表达式 物理理意义
方方程
电子子一一次性吸收光子子的全部能量量，不不需要积累能量量 的时间，光电流几几乎是瞬时产生生的
光强较大大时包含光子子数多，照射金金金属时产生生的光电 子子多，因而而饱和光电流大大（与光强成正比比）
图像与υ轴的交点的横坐标υc
极限频率
瞬时性 饱和光电流
跃迁假设
原子子从一一种定态Em跃迁到另一一种定态En时，要辐射（或吸收）一一 定频率的光子子，光子子的能量量等于这两定态的能量量差hυ＝|Em－En|
特点 产生生
线状谱
由一一系列列的光谱带组成 由分子子辐射产生生
特点 产生生
带状谱
高高温物体发出的白白光经过某种物质后，某些波⻓长的光被物质吸收后形成的光谱
概念 分为 概念
发射光谱
分类
连续光谱的背景上出现一一些暗线
光电效应及其应用
光电效应及其应用光电效应是指当光照射到某些物质表面时，光子与物质中的电子相互作用，导致电子从原子或者分子中被激发出来的现象。
这一现象的发现不仅为光物理学和量子物理学的发展做出了重要贡献，还在各个领域中找到了广泛的应用。
本文将介绍光电效应的原理和特点，以及其在科学、工业和日常生活中的应用。
一、光电效应的原理和特点光电效应的基本原理是当光子能量大于或等于物质表面的逸出功时，光子会将其中的电子激发出来，使其脱离束缚，并形成电流。
光子的能量与其频率成正比，光子的能量越大，激发出的电子能量越高，电流也越大。
光电效应具有以下几个显著特点：1. 光电效应与光的强度成正比：对于给定的光频率，光的强度越大，激发出的电流越强。
2. 光电效应与光的频率有关：对于给定的光强度，光的频率越高，激发出的电流越强。
3. 光电效应与物质的特性有关：不同物质对于光电效应的响应具有差异，常用的光电材料包括金属、半导体以及光敏物质等。
二、光电效应的应用1. 光电池光电池是利用光电效应将光能转换为电能的器件。
光电池广泛应用于太阳能领域，将太阳光转化为电能，为人们提供清洁的能源。
在光电池的工作中，光子被光敏物质吸收，将光能转化为电能，从而产生电流。
2. 光电传感器光电传感器是一种能够通过光的吸收和发射来检测和测量某些物理量的传感器。
光电传感器常用于自动控制系统中，例如在光电开关中，当光线被遮挡时，会产生电信号从而触发其他设备的操作。
3. 光电显微镜光电显微镜结合了光学显微镜和光电效应的原理，可以观察微小样品。
光电显微镜通过探测光子与样品表面产生的电流，得到高分辨率的显微图像。
该技术在生物学、材料科学和纳米技术等领域具有重要应用价值。
4. X射线照相机X射线照相机利用光电效应将X射线转化为电信号，并通过放大电信号得到X射线图像。
X射线照相机在医学诊断和工业探测中起到了关键作用，可以对内部结构进行无损检查。
5. 光电导飞系统光电导飞系统广泛应用于导航和自动控制系统中。
完整版)高中物理光电效应知识点
完整版)高中物理光电效应知识点光电效应和氢原子光谱光电效应现象光电效应是指金属受到光照射后，会释放出电子的现象。
实验发现，金属有一个极限频率，只有入射光的频率大于这个极限频率才能发生光电效应。
而光电子的最大初动能与入射光的强度无关，而是随着入射光频率的增大而增大。
同时，大于极限频率的光照射金属时，光电流强度与入射光强度成正比。
但金属受到光照射时，光电子的发射一般不超过10^9/s。
光子说XXX提出了光子说，即空间传播的光不是连续的，而是由一个个光子组成。
光子的能量与光的频率成正比，可以用公式ε=hν来表示，其中h为普朗克常量，约为6.63×10^-34 XXX。
光电效应方程光电效应方程可以用hν=E_k+W或E_k=hν-W来表示。
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，剩下的表现为逸出后电子的最大初动能E_k=mv^2/2.α粒子散射实验与核式结构模型XXX的α粒子散射实验装置可以用来研究原子的结构。
实验发现，绝大多数α粒子穿过金箔后仍然沿原来的方向前进，但少数α粒子发生了大角度偏转，极少数甚至被撞了回来。
这表明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。
氢原子光谱和玻尔理论光谱是用光栅或棱镜把光按波长展开，获得光的波长(频率)和强度分布的记录。
氢原子光谱的实验规律是巴耳末线系，其波长公式为λ=R(1/2^2-1/n^2)，其中R为XXX常量，n为量子数。
玻尔理论认为原子只能处于一系列不连续的能量状态中，这些状态称为定态。
在定态中，原子是稳定的，电子虽然绕核运动，但并不向外辐射能量。
当原子从一种定态跃迁到另一种定态时，会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。
的说明如下：n：主量子数，表示电子所处的能级，n越大，能级越高，电子离核越远。
l：角量子数，表示电子轨道的角动量大小，l取值为0到n-1.m：磁量子数，表示电子轨道在空间中的方向，取值为-l到l。
高考物理思维导图之近代物理(光电效应、原子结构和原子核)
公式
En＝E1/n2（ E1：基态能量量，值为－13.6eV ）
基态和激发态
原子子能量量最低的状态叫基态， 起其他能量量（相对于基态）较高高的状态叫激发态
量量子子数 轨道半径
现代物理理学认为原子子的可能状态是不不连续的，各状态 可用用正整数1,2,3,…表示，叫作量量子子数，一一般用用n 表示
rn＝n2r1
1. 质能方方程 2. 平均结合能
参与核反应的粒子子所组成的系统，在核反应中的动 量量和能量量是守恒的
在题设条件没有涉及到质量量亏损或者核反应释放的核能 完全转变为新生生成的粒子子的动能而而无无光子子辐射的情况 下，根据动量量守恒和能量量守恒可以计算出核能的变化
说明
电荷数守恒、质量量数守恒
用用箭头→表示核反应进行行行的方方向
Z：核电荷数（原子子序数）
原子子核的组成
两个等式
电荷数（Z）＝质子子数＝核电荷数＝核外电子子数 质量量数（A）＝质子子数＋中子子数
同位素
概念 放射性同位素
具有相同质子子数，不不同中子子数的原子子核，在元素周期表中处于同一一位置，因而而互称同 位素
分为天然放射性同位素和人人工工放射性同位素 放射性同位素的化学性质相同
规律律：电荷数守 恒，质量量数守恒
β衰变
分类
原子子核的衰变
反应
列列式
计算
结果
天然放射现象
放射性
概念
放射性元素 天然放射现象
应用用
应用用与防护
防护
物质发射射线的性质 具有放射性的元素 放射性元素自自发地发出射线的现象 消除静电、工工业探伤、做示踪原子子等 防止止放射性对人人体组织的伤害
天然放射现象的发现
核电荷数原?子序数两个等式电荷数z质?子数核电荷数核外电?子数质量?数a质?子数中?子数同位素概念具有相同质?子数不?同中?子数的原?子核在元素周期表中处于同?一位置因?而互称同位素放射性同位素分为天然放射性同位素和?人?工放射性同位素放射性同位素的化学性质相同原?子核的衰变定义原?子核放出粒?子或粒?子变成另?一种原?子核的变化称为原?子核的衰变分类衰变?方程实质举例?衰变?方程实质举例?计算反应列?式结果三种射线射线实质氦核流速率01c穿透能?力?最弱能?用纸挡住电离作?用很强射线实质?高速电?子流速率099c穿透能?力?较强能穿透?几毫?米厚的铝板电离作?用较弱射线实质光?子?高频电磁波光速穿透能?力?最强能穿透?几厘?米厚的铅板电离作?用很弱半衰期定义放射性元素有半数的原?子核发?生衰变需要的时间叫做这种元素的半衰期特点半衰期是由原?子核本身的因素决定的跟原?子所处的物理?状态或化学状态?无关半衰期只对?大量?原?子核衰变才有意义因为该规律?为统计规律?对少数或单个?无意义计算题设设有质量?为m0的某种放射性元素其个数为n0半衰期为t经过n个半衰期的时间tnt剩余未衰变的质量?剩余未衰变的个数2014年?福建卷核反应核?力?与结合能核?力?定义在原?子核内核?子间存在着?一种将核?子紧紧束缚在内的作?用?力?称为核?力?特点核?力?是短程?力?作?用范围在151015m之内核?力?是?一种强相互作?用每个核?子只跟它相邻的核?子间才有?力?的作?用结合能结合能核?子结合成原?子核时放出的能量?或原?子核分解成核?子时吸收的能量?都叫做原?子核的结合能?比结合能结合能与核?子数之?比叫?比结合能或平均结合能?比结合能越?大表示原?子核中核?子结合得越牢固原?子核越稳定?比结合能随质量?数变化的图像质量?亏损概念原?子核的质量??小于组成它的核?子的质量?之和这个现象叫质量?亏损质能?方程emc2或?e?mc2重核裂变定义重核分裂成两个中等质量?的核释放出核能的反应叫做核裂变铀核裂变链式反应定义铀核裂变时同时放出若?干个中?子如果这些中?子再引起其他铀核的裂变就可以使裂变反应不?断地进?行?下去这种反应叫链式反应条件铀块的体积临界体积临界体积是裂变物质能够发?生链式反应的最?小体积或者裂变时的质量?临界质量?有?足够数量?的慢中?子应?用原?子弹和原?子反应堆轻核聚变定义两轻核结合成质量?较?大的核的反应过程
光电效应原子的跃迁知识点
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．。
光电效应与原子结构
光电效应与原子结构在物理学中，光电效应是一个经典而重要的现象。
它揭示了光与物质相互作用的本质，同时也为原子结构研究开辟了一个重要的途径。
本文将探讨光电效应与原子结构之间的关系和互动。
首先，我们来回顾一下光电效应的基本原理。
光电效应是指当光照射到某些金属表面时，光子会将金属表面的电子激发到足够的能级，使其脱离金属而成为自由电子。
这一现象在19世纪末被发现，并为量子力学的发展奠定了基础。
根据爱因斯坦关于光电效应的理论，光子携带着离散的能量，与电子相互作用时，能量的传递是以粒子的形式进行的。
光电效应的发现不仅证实了光具有粒子性，也证明了电子的存在。
光子与电子之间的相互作用进一步揭示了原子结构的本质。
爱因斯坦发现，光电效应的光子能量与电子的解离能有关，这启示了我们可以通过测量光电子的动能来研究原子的电离能。
这种方法被称为光电子能谱，是研究原子结构的重要工具之一。
接下来，我们来探讨光电效应在原子结构研究中的应用。
光电子能谱可以提供有关原子内部电子结构的重要信息。
通过测量光电子的能谱可以确定原子的电子能级和电子云分布。
这可以进一步帮助我们了解原子的能级结构、元素的性质以及化学反应的机理。
不仅如此，光电子能谱也为超快光谱学提供了一个非常重要的技术手段。
超快光谱学是研究原子和分子在时间尺度上的动态过程的前沿领域。
通过激光脉冲激发样品，测量光电子的能谱变化，我们可以了解光子在物质中的动力学行为，从而揭示分子和原子内部的过程，如化学反应、电子转移等。
此外，在光电子能谱研究中，我们还能发现一些关于原子核结构的重要信息。
例如，通过测量光电子在不同能级下的散射方向和动能，我们可以了解原子核附近的电子云密度分布和电子云的形状。
这对于研究原子核的形状和核内部的粒子分布具有重要意义。
光电效应的研究不仅在理论物理学中取得了重要突破，也在实际应用中有着广泛的应用。
例如，在太阳能电池中，光电效应被用于将太阳光转化为电能。
通过利用材料的光电发射特性，太阳能电池可以将光子能量转化为电子动能，并进一步转化为电流，从而实现电能的产生。
光电效应与原子光谱学
光电效应与原子光谱学光电效应与原子光谱学是物理学中两个重要的领域。
光电效应是指当光照射到金属或其他物质表面时，会引发电子的发射现象。
而原子光谱学研究的是原子在光的作用下产生的光谱现象。
这两个领域虽然在研究对象和方法上有所不同，但它们都为我们揭示了光与物质相互作用的奥秘。
从实质上来说，光电效应是通过光子与电子之间相互作用的结果。
在经典物理学中，电子被认为是带负电的粒子，而光是一种电磁波。
光照射到物质表面时，光子与电子发生相互作用，能量被传递给电子，使得电子获得足够的能量跨越束缚能，从而被释放出来。
这种现象可以简单理解为光子将能量转化为了电子的动能。
然而，光电效应的实验结果却挑战了传统的经典物理学观点。
根据经典理论，当光照射到物质表面时，只要光的强度足够大，电子就应该被发射出来。
然而，实验结果却表明，只有在光的频率高于某个临界值时，才会观察到光电效应。
这个频率与光的强度无关，却与光子的能量有关。
这个发现迫使物理学家重新审视一个看似稳定的物理学理论，为量子力学的诞生奠定了基础。
原子光谱学则研究的是原子在受到光的作用下产生的光谱现象。
光谱是将光按照波长进行分解后得到的一系列特征峰，通过分析这些特征峰的位置和强度可以了解物质的组成、结构和性质。
原子光谱学主要包括三类谱线：连续谱线、发射谱线和吸收谱线。
连续谱线是指光谱中没有明显的谱线，能够呈现连续的光谱分布。
发射谱线是指原子处于激发态时，光子被辐射出来，形成离散的谱线。
而吸收谱线则是原子在经历一系列辐射吸收过程之后发出的谱线。
通过研究原子光谱，科学家可以获得关于原子结构和能级的重要信息。
例如，根据各个原子的光谱线的位置和强度，可以推断出原子的电子能级结构。
而通过研究原子的发射谱线和吸收谱线，不仅能够分析物质的组成，还可以探索物质的温度、浓度和化学键强度等性质。
光电效应和原子光谱学不仅在科学研究中起着重要作用，还有许多实际应用。
光电效应的应用之一是光电池。
光电池是一种将太阳能直接转化为电能的装置，利用光电效应原理可以将光子的能量转化为电子动能，从而产生电流。
光电效应的研究高中原子物理实验
医学成像技术： 光电效应也应用 于医学成像技术 中，如光电共振 成像，能够实现 高分辨率、高灵 敏度的医学检测。
太阳能电池：利用光电效应将太阳 能转化为电能
激光雷达：利用光电效应产生高精 度、高分辨率的激光雷达图像
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光电传感器：检测光信号，实现自 动化控制和测量
高速摄影：利用光电效应捕捉高速 运动物体的瞬间状态
实验过程中应保持注意力集中， 避免分心或离开实验区域。
光电效应的实验结 论
光电效应的发生与光的频率有关，与光的强度无关。
光电效应的发生需要一定的光照时间，时间过长或过短都无法产生效应。
光电效应产生的光电流与入射光的强度成正比，与电极间的电压无关。
通过实验可以得出结论：光电子的能量只与入射光的频率有关，与入射光的强度无 关。
光电效应实验的 结论是光电子的 发射与入射光的 频率有关，与光 的强度无关。
实验结果证明了 爱因斯坦的光电 效应公式，并推 翻了牛顿的微粒 说。
通过实验，我们 发现光电效应的 产生与光的波动 性质有关，进一 步证实了光的波 粒二象性。
实验结论对于现 代光学、光电子 学等领域的发展 具有重要的意义 和应用价值。
光电效应的研究高中 原子物理实验
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光电效应的实验原 理
光电效应的应用
光电效应的实验注 意事项
光电效应的实验结 论
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光电效应的实验原 理
光电效应是指光子照射在物质 上，使物质发射电子的现象。
光电效应的发生与光的频率有 关，与光的强度无关。
光电效应分为外光电效应和内 光电效应两种类型。
光电效应的应用广泛，如太阳 能电池、光电倍增管等。
光电效应有效原子序数的四次方
光电效应有效原子序数的四次方光电效应是指当金属或其他物质表面受到光照射时，电子从物质中被释放出来的现象。
而有效原子序数则是描述材料中原子的有效序数。
在光电效应中，有效原子序数的四次方是一个重要概念。
在本文中，我们将深入探讨光电效应和有效原子序数的四次方，以及它们在物理学中的重要性。
1. 光电效应的基本原理在光电效应中，光子照射金属表面时，能量传递到金属中的自由电子上，使其获得足够的能量以克服金属表面的束缚力，并逸出金属表面。
这一过程中，光子的能量必须大于金属表面的功函数才能导致光电发射。
这一过程的发现为物质中的能量转换提供了重要的实例，并为后来的量子力学理论的建立奠定了基础。
2. 有效原子序数的概念在材料科学中，有效原子序数是指描述材料中原子的有效序数。
它考虑了不同原子之间的屏蔽效应和核电荷的吸引效应。
有效原子序数的计算对于理解材料的物理和化学性质具有重要意义。
3. 光电效应和有效原子序数的关系在光电效应中，有效原子序数的四次方起到重要作用。
实验表明，金属的光电发射截止频率与光的波长成反比。
而这一关系正是由有效原子序数的四次方所决定的。
我们可以通过这一关系来进一步理解材料中的光电效应。
4. 光电效应和有效原子序数四次方的意义光电效应和有效原子序数四次方的关系深刻地揭示了光子和物质之间的相互作用。
通过对这一关系的研究，我们可以更加深入地理解物质对光的吸收和发射。
对于材料科学和半导体器件的研究也具有重要的指导意义。
5. 个人观点和总结光电效应和有效原子序数四次方的研究是现代物理学和材料科学的重要内容之一。
对于我个人而言，通过深入理解这一关系，我不仅对于光电效应有了更深刻的认识，同时也对材料的物理和化学性质有了更加全面的了解。
光电效应和有效原子序数四次方的研究将会在未来的科学研究和工程应用中发挥越来越重要的作用。
在本文中，我们对光电效应和有效原子序数的四次方进行了全面的探讨，并分析了它们在物理学和材料科学中的重要性。
氢原子光电效应原理
氢原子光电效应原理
光电效应是当光子照射到金属或其他材料时，材料中释放出电子的现象。
阿伯特·爱因斯坦于1905年提出了光电效应的解释，该解释基于普朗克的量子化光理论。
在氢原子中，光电效应表现为当入射光照射到氢原子时，氢原子中的电子吸收光子能量并从原子中逸出，成为自由电子。
根据爱因斯坦的光电效应方程：
```
KE = hf - ϕ
```
其中：
KE 是光电子的动能
h 是普朗克常数
f 是入射光的频率
ϕ是材料的逸出功（将电子从材料中逸出的所需最小能量）
对于氢原子，逸出功为 13.6 eV。
这意味着入射光的频率必须
大于 91.2 THz 才能引起氢原子的光电效应。
光电效应中发射电子的最大动能与入射光的频率成正比，与入
射光的强度无关。
这意味着入射光的强度不会影响电子发射的数量，而是影响电子发射的速率。
氢原子光电效应的实验测量表明爱因斯坦的光电效应方程是正
确的。
这一方程的发现对理解光的本质和物质与辐射之间的相互作
用具有重大意义。
此外，氢原子光电效应还与光伏电池和光电探测器等光电器件
的原理有关。
在光伏电池中，光电效应用于将光能转化为电能。
在
光电探测器中，光电效应用于检测光信号。
光电效应的能量守恒
光电效应的能量守恒光电效应是指光子与物质相互作用，使得物质从光能转化为电能的过程。
这一现象的发现对物理学领域产生了深远的影响，也为量子理论的发展提供了重要依据。
而在这一过程中，能量守恒定律被广泛应用和验证。
首先，让我们来看看光电效应的基本原理。
根据经典物理学的观点，光对物质的作用是通过光子的吸收和发射来实现的。
当光子与物质表面的原子相互作用时，光子的能量可以传递给物质的电子。
如果传递的能量大于物质中的电子束缚能，那么电子就能够被从原子中解放出来，产生自由电子。
这些自由电子在物质中运动，可以形成电流和电压，从而实现光能到电能的转化。
在光电效应中，能量守恒定律扮演着至关重要的角色。
根据能量守恒定律，能量既不能被创造也不能被销毁，只能在不同形式之间转化。
因此，在光电效应中，光能的消失必然伴随着电能的增加。
这意味着被发射出来的电子所具有的动能必须与原先光子的能量相等。
换句话说，光子携带的能量必须全部转移到电子身上。
这种能量转移的过程可以通过一个简单的方程来描述：光子的能量等于所发射电子的动能加上电子的解离能。
用数学公式表示，即E(光子) = E(动能) + E(解离能)。
这个方程说明了光子能量的分配，也反映了能量守恒定律在光电效应中的重要性。
只有当这个方程成立时，才能保证能量的守恒。
这种能量守恒的重要性还可以从实验数据中得到证实。
实验结果表明，光电效应中，光子的能量与发射电子的动能成正比。
当光子的能量增加时，发射电子的动能也随之增加，二者之间存在着一一对应的关系。
这进一步验证了能量守恒定律在光电效应中的适用性。
然而，并非所有的实验结果都能够完全符合光电效应的能量守恒定律。
有时，一部分光子的能量在与物质相互作用时被散射或损耗，无法完全传递给电子。
这种情况下，能量的守恒存在一定的偏差，无法完全满足理论预期。
这可能是由于实验中的一些误差或未考虑的因素导致的。
然而，这些偏差并不影响光电效应和能量守恒定律的基本原理。
描述光电效应产生的过程及产物
描述光电效应产生的过程及产物光电效应指的是当一束光照射到某些金属表面时，使金属发射出电子的现象。
这一现象的发现对后来的量子理论的发展起到了重要的推动作用。
光电效应的产生过程可以分为以下几个步骤：激发、释放、离子化、导电。
首先，光电效应的产生需要有激发的过程。
激发是指当光照射到金属表面时，光子与金属表面的电子发生相互作用，使得金属表面的电子获得能量。
当光子的能量大于金属的束缚能时，电子得到足够的能量可以从原子的束缚状态跃迁到自由电子带。
接着，在激发的过程中，释放过程随即发生。
光子的能量转移给了金属表面的电子，使其脱离金属表面的束缚，达到自由电子状态。
释放的电子往往具有与光子入射能量相对应的动能。
然后，离子化的过程开始发生。
当自由电子受到光子的激发，脱离金属表面后，金属表面就失去了一个负电的自由电子，同时光子的能量也转移给了处于束缚状态下的金属离子，使其离子化。
这一过程可以通过金属表面的电离能来判别，如果金属表面的电离能很低，就容易发生离子化。
最后，导电的过程发生。
光电效应产生的自由电子具有动能，可以导致金属表面的电子在金属内部发生运动，从而形成电流。
这就是光电效应的产物之一。
导电的过程是指电子在金属中自由移动，碰撞其他电子或原子核，形成电流。
除了导电，光电效应还产生了其他的现象和产物。
例如，当有一定电势差时，自由电子可以被吸引到电场中形成电流。
另外，光电效应还常被用于光电二极管和光电倍增管等器件中。
参考内容：1. Griffiths, D. J. (2004). Introduction to Quantum Mechanics (2nd ed.). Pearson Education. (《量子力学引论》第2版)2. Hecht, E. (2001). Optics (4th ed.). Pearson Education. (《光学》第4版)3. Eisberg, R., & Resnick, R. (1985). Quantum Physics of Atoms, Molecules, Solids, Nuclei, and Particles (2nd ed.). John Wiley & Sons. (《原子、分子、固体、核、粒子的量子物理学》第2版)。
阐述x射线与物质的相互作用
阐述x射线与物质的相互作用X射线是一种高能量的电磁辐射，具有很强的穿透力。
它在与物质相互作用时，能够产生一系列有趣的现象和效应。
本文将以阐述X 射线与物质的相互作用为主题，探讨X射线在不同物质中的传播、吸收和散射等现象。
X射线在物质中的传播是一个复杂的过程。
当X射线进入物质后，它会与物质内的原子相互作用。
X射线与物质内原子的相互作用主要包括康普顿散射、光电效应和电子对效应等。
康普顿散射是指X 射线与物质内的自由电子相互作用，使X射线发生散射。
光电效应是指X射线与物质内的原子发生相互作用，使原子内的电子被击出。
电子对效应是指X射线的能量足够高时，它能够产生电子和正电子对。
这些相互作用使得X射线在物质中的传播路径发生改变，从而产生各种现象。
X射线在物质中的吸收也是一个重要的现象。
当X射线通过物质时，它会被物质吸收部分能量。
物质对X射线的吸收能力与物质的密度和原子序数有关。
一般来说，高密度和高原子序数的物质对X射线的吸收能力较强。
例如，铅是一种常见的用于阻挡X射线的材料，因为它的密度和原子序数较高，能够有效地吸收X射线。
而低密度和低原子序数的物质对X射线的吸收能力较弱。
因此，X射线在不同物质中的吸收程度不同，这也为X射线的应用提供了一定的便利。
X射线在物质中的散射现象也十分重要。
当X射线通过物质时，它会与物质内的原子发生散射。
散射是指X射线的传播方向发生改变，但不改变其能量。
散射现象使得X射线在物质中传播的路径变得复杂。
根据散射的角度和能量，可以将散射分为弹性散射和非弹性散射。
弹性散射是指X射线与物质内的原子发生碰撞后，仅改变传播方向而不改变能量。
非弹性散射是指X射线与物质内的原子发生碰撞后，除了改变传播方向外，还发生能量转移。
散射现象使得X射线在物质中的传播路径变得曲折，同时也为X射线的成像提供了一定的信息。
X射线与物质的相互作用是一个复杂而丰富的过程。
它在物质中的传播、吸收和散射等现象使得X射线在医学、材料科学等领域有着广泛的应用。
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一、光电效应1．定义：在光的照射下从物体发射出电子的现象(发射出的电子称为光电子)． 2．产生条件：入射光的频率大于极限频率． 3．光电效应规律 (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． (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．(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.二、光电效应方程 1．基本物理量(1)光子的能量ε＝hν，其中h ＝6.626×10－34 J·s(称为普朗克常量)． (2)逸出功：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原子核的引力逸出时所具有动能的最大值．2．光电效应方程：E k ＝hν－W 0. 三、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． 四、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.光电效应实验中，下列表述正确的是( )A ．光照时间越长光电流越大B ．入射光足够强就可以有光电流C ．遏止电压与入射光的频率有关D ．入射光频率大于极限频率才能产生光电子2．用波长为2.0×10－7m 的紫外线照射钨的表面，释放出来的光电子中最大初动能是4.7×10－19J.由此可知，钨的极限频率是(普朗克常量h ＝6.63×10－34 J·s ，光速c ＝3.0×108 m/s ，结果取两位有效数字)( )A ．5.5×1014HzB ．7.9×1014HzC ．9.8×1014HzD ．1.2×1015Hz3．有关光的本性的说法正确的是( )A ．关于光的本性，牛顿提出了“微粒说”，惠更斯提出了“波动说”，爱因斯坦提出了“光子说”，它们都圆满地说明了光的本性B ．光具有波粒二象性是指：既可以把光看成宏观概念上的波，也可以看成宏观概念上的粒子C ．光的干涉、衍射现象说明光具有波动性，光电效应说明光具有粒子性D ．在光的双缝干涉实验中，如果光通过双缝时显出波动性，如果光只通过一个缝时显出粒子性4．(2013·高考江苏卷)如果一个电子的德布罗意波长和一个中子的相等，则它们的________也相等．()A．速度B．动能C．动量D．总能量自我校对：1.CD2.B3.C4.C学生用书[P248～P249]光电效应规律的理解区分光电效应中的五组概念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．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射到金属表面时，电子吸收光子的全部能量，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．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饱和光电流与入射光强度成正比的规律是对频率相同的光照射金属产生光电效应而言的，对于不同频率的光，由于每个光子的能量不同，饱和光电流与入射光强度之间没有简单的正比关系．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[解析]根据光电效应现象的实验规律，只有入射光频率大于极限频率才能发生光电效应，故A、D正确．根据光电效应方程，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．[答案]AD1．入射光照射到某金属表面上发生光电效应，若入射光的强度减弱，而频率保持不变，则( )A ．从光照至金属表面上到发射出光电子之间的时间间隔将明显增加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小D ．有可能不发生光电效应 答案：C光电效应方程及图象问题1．爱因斯坦光电效应方程 E k ＝hν－W 0hν：光电子的能量．W 0：逸出功，即从金属表面直接飞出的光电子克服正电荷引力所做的功． E k ：光电子的最大初动能．ν①极限频率：③普朗克常量：的①截止止电压量：频率相同、光强不同时，光电①遏止电压：流：频率不同，光强相同时，光电①遏止电压：和光电流：大初动能eU c2(2013·高考浙江自选模块)小明用金属铷为阴极的光电管，观测光电效应现象，实验装置示意图如图甲所示．已知普朗克常量h ＝6.63×10－34J·s.(1)图甲中电极A为光电管的________(填“阴极”或“阳极”)；(2)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，则铷的截止频率νc＝________Hz，逸出功W0＝________J；(3)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E k＝________J.[解析](1)在光电效应中，电子向A极运动，故电极A为光电管的阳极．(2)由题图可知，铷的截止频率νc为 5.15×1014Hz，逸出功W0＝hνc＝6.63×10－34×5.15×1014J≈3.41×10－19J.(3)当入射光的频率为ν＝7.00×1014Hz时，由E k＝hν－hνc得，光电子的最大初动能为E k＝6.63×10－34×(7.00－5.15)×1014J≈1.23×10－19J.[答案](1)阳极(2)5.15×1014[(5.12～5.18)×1014均视为正确] 3.41×10－19[(3.39～3.43)×10－19均视为正确](3)1.23×10－19[(1.21～1.25)×10－19均视为正确]2．在光电效应实验中，某同学用同一光电管在不同实验条件下得到三条光电流与电压之间的关系曲线(甲光、乙光、丙光)，如图所示．则可判断出()A．甲光的频率大于乙光的频率B．乙光的波长大于丙光的波长C．乙光对应的截止频率大于丙光的截止频率D．甲光对应的光电子最大初动能大于丙光的光电子最大初动能解析：选B.由图象知，甲、乙光对应的遏止电压相等，由eU c＝E k和hν＝W0＋E k得甲、乙光频率相等，A错误；丙光的频率大于乙光的频率，则丙光的波长小于乙光的波长，B正确；由hνc＝W0得甲、乙、丙光对应的截止频率相同，C错误；由光电效应方程知，甲光对应的光电子最大初动能小于丙光对应的光电子最大初动能，D错误．学生用书[P249]对波粒二象性理解不透彻造成错误范例物理学家做了一个有趣的实验：在双缝干涉实验中，在光屏处放上照相底片，若减弱光的强度，使光子只能一个一个地通过狭缝．实验结果表明，如果曝光时间不太长，底片上只能出现一些不规则的点子；如果曝光时间足够长，底片上就会出现规则的干涉条纹．对这个实验结果下列认识正确的是()A ．曝光时间不长时，光的能量太小，底片上的条纹看不清楚，故出现不规则的点子B ．单个光子的运动没有确定的轨道C ．干涉条纹中明亮的部分是光子到达机会较多的地方D ．只有大量光子的行为才表现出波动性[错因分析] 此题易错选A ，主要原因是对光是一种概率波理解不透彻造成的．[解析] 单个光子通过双缝后的落点无法预测，大量光子的落点出现一定的规律性，落在某些区域的可能性较大，这些区域正是波通过双缝后发生干涉时振幅加强的区域．光具有波粒二象性，少数光子的行为表现为粒子性，大量光子的行为表现为波动性．所以正确选项为B 、C 、D.[答案] BCD[真知灼见] 微观粒子中的粒子性与宏观概念中的粒子性不同，通俗地讲，宏观粒子运动有确定的轨道，能预测，遵守经典物理学理论，而微观粒子运动轨道具有随机性，不能预测，也不遵守经典物理学理论；微观粒子的波动性与机械波也不相同，微观粒子波动性是指粒子到达不同位置的机会不同，遵守统计规律，所以这种波叫概率波．学生用书[P 249～P 250]一 高考题组 1．(2013·高考上海卷)当用一束紫外线照射锌板时，产生了光电效应，这时( ) A ．锌板带负电 B ．有正离子从锌板逸出 C ．有电子从锌板逸出 D ．锌板会吸附空气中的正离子解析：选C.锌板在紫外线的照射下产生了光电效应，说明锌板上有光电子飞出，所以锌板带正电，C 正确，A 、B 、D 错误．2. (2010·高考天津卷)用同一光电管研究a 、b 两种单色光产生的光电效应，得到光电流I 与光电管两极间所加电压U 的关系如图．则这两种光( )A ．照射该光电管时a 光使其逸出的光电子最大初动能大B ．从同种玻璃射入空气发生全反射时，a 光的临界角大C ．通过同一装置发生双缝干涉，a 光的相邻条纹间距大D ．通过同一玻璃三棱镜时，a 光的偏折程度大解析：选BC.由图可知b 光照射时对应遏止电压U c2大于a 光照射时的遏止电压U c1.因qU ＝12m v 2，而hν＝W 0＋12m v 2，所以b 光照射时光电子最大初动能大，A 错，且可得νb >νa ，λb <λa ，故D 错，C 对．b 光折射率大于a 光折射率，所以a 光临界角大，B 对．3. (2013·高考北京卷)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只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图如图所示．用频率为ν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ν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)( )A ．U ＝hνe －WeB ．U ＝2hνe －WeC ．U ＝2hν－WD ．U ＝5hν2e －We解析：选B.以从阴极K 逸出的且具有最大初动能的光电子为研究对象，由动能定理得：－Ue ＝0－12m v 2m①由光电效应方程得：nhν＝12m v 2m＋W (n ＝2,3,4…)②由①②式解得：U ＝nhνe －We(n ＝2,3,4…)，故选项B 正确．二 模拟题组 4．(2014·太原质检)关于物质的波粒二象性，下列说法中不正确的是( ) 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，都没有特定的运动轨道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 ．实物的运动有特定的轨道，所以实物不具有波粒二象性解析：选D.光具有波粒二象性是微观世界具有的特殊规律，大量光子运动的规律表现出光的波动性，而单个光子的运动表现出光的粒子性．光的波长越长，波动性越明显，光的频率越高，粒子性越明显．而宏观物体的德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 项不正确．5．(2014·揭阳模拟)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，电子到达阳极时的最大动能为( )A ．0.6 eVB ．1.9 eVC ．2.6 eVD ．4.5 eV解析：选C.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，由光电效应方程hν＝12m v 2m＋W ，当电压表读数大于等于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 v 2m 知，最大初动能12m v 2m ＝eU ＝0.6 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 k ＝12m v 2m＋eU ′＝0.6 eV ＋2 eV ＝2.6 eV ，故C 正确．单独成册一、选择题1．下列说法正确的是( ) 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 ．γ射线具有显著的粒子性，而不具有波动性 答案：C2．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.hλ解析：选A.根据E ＝hν、ν＝c λ得：E ＝h cλ，故A 对．3．(2012·高考上海卷)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 答案：A 4．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甲、乙、丙所示的图象，则( )A ．图象甲表明光具有粒子性B ．图象乙表明光具有波动性C 用紫外光观察不到类似的图象D ．实验表明光是一种概率波 解析：选ABD.图象甲曝光时间短，通过光子数很少，呈现粒子性．图象乙曝光时间长，通过了大量光子，呈现波动性，故A 、B 正确；同时也表明光波是一种概率波，故D 也正确；紫外光本质和可见光本质相同，也可以发生上述现象，故C 错误．5．如图所示，一验电器与锌板相连，现用一紫外线灯照射锌板，关灯后指针仍保持一定偏角，下列判断中正确的是( )A ．用一带负电(带电量较少)的金属小球与锌板接触，则验电器指针偏角将增大B ．用一带负电(带电量较少)的金属小球与锌板接触，则验电器指针偏角将减小C ．使验电器指针回到零后，改用强度更大的紫外线灯照射锌板，验电器指针偏角将比原来大D ．使验电器指针回到零后，改用强度更大的红外线灯照射锌板，验电器指针一定偏转解析：选BC.根据光电效应的原理可知锌板带正电，用带负电的小球与锌板接触会中和一部分锌板上的电荷，使锌板上的电荷量减少，同时验电器上的电荷量也减少，所以验电器指针偏角将减小，B 正确，A 错误；使验电器的指针回到零后，改用强度更大的紫外线灯照射锌板，会有更多的电子从锌板逸出，锌板带的电荷量更多，验电器张角更大，C 正确；改用红外线照射，不发生光电效应，D 错．6. (2014·郑州模拟)甲、乙两种金属发生光电效应时，光电子的最大初动能与入射光频率间的函数关系分别如图中的Ⅰ、Ⅱ所示．下列判断正确的是( )A ．Ⅰ与Ⅱ不一定平行B ．乙金属的极限频率大C ．图象纵轴截距由入射光强度判定D ．Ⅰ、Ⅱ的斜率是定值，与入射光和金属材料均无关系 答案：BD 7．(2012·高考北京卷)“约瑟夫森结”由超导体和绝缘体制成．若在结两端加恒定电压U ，则它会辐射频率为ν的电磁波，且ν与U 成正比，即ν＝kU .已知比例系数k 仅与元电荷e 的2倍和普朗克常量h 有关．你可能不了解此现象的机理，但仍可运用物理学中常用的方法，在下列选项中，推理判断比例系数k 的值可能为( )A.h 2eB.2e hC ．2he D.12he解析：选B.由ν＝kU ，又题目中提到元电荷e 和普朗克常量h ，可联想到能量，即列出相关等式qU ＝hν，进而比较ν＝kU ，得出k ＝q /h ，再结合题意可知，k ＝2e /h ，故选项B 对．8．如图所示是光电管的原理图，已知当有波长为λ0的光照到阴极K 上时，电路中有光电流，则( )A ．若换用波长为λ1(λ1>λ0)的光照射阴极K 时，电路中一定没有光电流B ．若换用波长为λ2(λ2<λ0)的光照射阴极K 时，电路中一定有光电流C ．增加电路中电源电压，电路中光电流一定增大D ．若将电源极性反接，电路中一定没有光电流产生解析：选B.用波长为λ0的光照射阴极K ，电路中有光电流，说明入射光的频率ν＝cλ0大于金属的极限频率，换用波长为λ1的光照射阴极K ，因为λ1>λ0，根据ν＝cλ可知，波长为λ1的光的频率不一定大于金属的极限频率，因此不一定能发生光电效应现象，A 错误；同理可以判断，B 正确；光电流的大小与入射光的强度有关，在一定频率与强度的光照射下，光电流与电压之间的关系为：开始时，光电流随电压U 的增加而增大，当U 增大到一定程度时，光电流达到饱和值，这时即使再增大U ，在单位时间内也不可能有更多的光电子定向移动，光电流也就不会再增加，即饱和光电流是在一定频率与强度的光照射下的最大光电流，增大电源电压，若光电流达到饱和值，则光电流也不会增大，C 错误；将电源极性反接，若光电子的最大初动能大于光电管两极间电场力做的功，电路中仍有光电流产生，D 错误．9. 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( )解析：选C.由爱因斯坦光电效应方程E k ＝hν－W 0和动能定理－eU c ＝0－E k 可得U c ＝he ν－W 0e，遏止电压U c 与入射光的频率有关，与光强无关．由发生光电效应的规律可知，光电流与光的强度有关，光越强，光电流越强，所以选项C 正确．☆10.如图所示是用光照射某种金属时逸出的光电子的最大初动能随入射光频率的变化图线，普朗克常量h ＝6.63×10－34J·s ，由图可知( )A ．该金属的极限频率为4.3×1014HzB ．该金属的极限频率为5.5×1014HzC ．该金属的逸出功为2.85×10－19J D ．该图线斜率的倒数表示普朗克常量解析：选AC.由光电效应方程E km ＝hν－W 0知该图线的斜率为普朗克常量，图线与横轴交点的横坐标为金属的极限频率ν0，即ν0＝4.3×1014Hz ，A 选项正确，B 、D 选项均错误；金属的逸出功W 0＝hν0＝6.63×10－34×4.3×1014J ≈2.85×10－19J ，C 选项正确．二、非选择题11．紫光在真空中的波长为4.5×10－7 m ，问： (1)紫光光子的能量是多少？(2)用它照射极限频率为ν0＝4.62×1014 Hz 的金属钾能否产生光电效应？若能产生，则光电子的最大初动能为多少？(h ＝6.63×10－34 J·s)解析：(1)E ＝hν＝h c λ＝4.42×10－19 J.(2)ν＝cλ＝6.67×1014 Hz ，因为ν>ν0，所以能产生光电效应．光电子的最大初动能为E km ＝hν－W 0＝h (ν－ν0)＝1.36×10－19 J.答案：(1)4.42×10－19 J (2)能 1.36×10－19 J ☆12.如图所示，当开关S断开时，用光子能量为2.5 eV的一束光照射阴极P，发现电流表读数不为零．合上开关，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．(1)求此时光电子的最大初动能的大小；(2)求该阴极材料的逸出功．解析：设用光子能量为2.5 eV的光照射时，光电子的最大初动能为E km，阴极材料逸出功为W0当反向电压达到U0＝0.60 V以后，具有最大初动能的光电子达不到阳极，因此eU0＝E km由光电效应方程知E km＝hν－W0由以上二式得E km＝0.6 eV，W0＝1.9 eV.答案：(1)0.6 eV(2)1.9 eV第三节原子与原子核学生用书[P250～P251]一、原子的核式结构1．α粒子散射实验的结果绝大多数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粒子的偏转超过了90°，有的甚至被撞了回来，如图所示．2．原子的核式结构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．二、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＝6.626×10－34 J·s) 3．轨道：是不连续的，因此电子的可能轨道也是不连续的．4．氢原子的能级、能级公式(1)氢原子的能级图(如图所示)(2)氢原子的能级和轨道半径①氢原子的能级公式：E n ＝1n2E 1(n ＝1,2,3，…)，其中E 1为基态能量，其数值式为E 1＝－13.6 eV.②氢原子的半径公式：r n ＝n 2r 1(n ＝1,2,3，…)，其中r 1为基态半径，又称玻尔半径，其数值为r 1＝0.53×10－10 m.三、天然放射现象、原子核的组成 1．天然放射现象 (1)天然放射现象元素自发地放出射线的现象，首先由贝克勒尔发现．天然放射现象的发现，说明原子核具有复杂的结构．(2)放射性和放射性元素：物质发射某种看不见的射线的性质叫放射性．具有放射性的元素叫放射性元素．(3)三种射线：放射性元素放射出的射线共有三种，分别是α射线、β射线、γ射线． 2．原子核(1)原子核的组成①原子核由质子和中子组成，质子和中子统称为核子．②原子核的核电荷数＝质子数，原子核的质量数＝质子数＋中子数．(2)同位素：具有相同质子数、不同中子数的原子，在元素周期表中的位置相同，同位素具有相同的化学性质．四、原子核的衰变和半衰期 1．原子核的衰变(1)原子核放出α粒子或β粒子，变成另一种原子核的变化称为原子核的衰变． (2)分类α衰变：A Z X →A －4Z －2Y ＋42Heβ衰变：A Z X → A Z ＋1Y ＋ 0－1e 2．半衰期(1)定义：放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间．(2)衰变规律：N ＝N 0⎝⎛⎭⎫12t /τ、m ＝m 0⎝⎛⎭⎫12t /τ (3)影响因素：由原子核内部因素决定，跟原子所处的物理化学状态无关． 五、核力、结合能、质量亏损、核反应 1．核力(1)定义：原子核内部，核子间所特有的相互作用力． (2)特点：①核力是强相互作用的一种表现；②核力是短程力，作用范围在1.5×10－15 m 之内； ③每个核子只跟它的相邻核子间才有核力作用． 2．核能 (1)结合能核子结合为原子核时放出的能量或原子核分解为核子时吸收的能量，叫做原子核的结合能，亦称核能．(2)比结合能①定义：原子核的结合能与核子数之比，称做比结合能，也叫平均结合能．②特点：不同原子核的比结合能不同，原子核的比结合能越大，表示原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定．3．质能方程、质量亏损爱因斯坦质能方程E＝mc2，原子核的质量必然比组成它的核子的质量和要小Δm，这就是质量亏损．由质量亏损可求出释放的核能ΔE＝Δmc2.4．获得核能的途径(1)重核裂变；(2)轻核聚变．5．核反应(1)遵守的规律：电荷数守恒、质量数守恒．(2)反应类型：衰变、人工转变、重核裂变、轻核聚变．,1.下列说法正确的是()A．汤姆孙首先发现了电子，并测定了电子电荷量，且提出了“枣糕”式原子模型B．卢瑟福做α粒子散射实验时发现绝大多数α粒子穿过金箔后基本上仍沿原来的方向前进，只有少数α粒子发生大角度偏转C．α粒子散射实验说明了原子的正电荷和绝大部分质量集中在一个很小的核上D．卢瑟福提出了原子“核式结构”模型，并解释了α粒子发生大角度偏转的原因2．(1)氢原子的部分能级如图所示，已知可见光的光子能量在1.62 eV到3.11 eV之间．由此可推知，氢原子()A．从高能级向n＝1能级跃迁时发出的光的波长比可见光的短B．从高能级向n＝2能级跃迁时发出的光均为可见光C．从高能级向n＝3能级跃迁时发出的光的频率比可见光的高D．从n＝3能级向n＝2能级跃迁时发出的光为可见光(2)大量氢原子处于不同能量激发态，发生跃迁时放出三种不同能量的光子，其能量值分别是：1.89 eV,10.2 eV,12.09 eV.跃迁发生前这些原子分布在________个激发态能级上，其中最高能级的能量值是________eV(基态能量为－13.6 eV)．3．天然放射性元素放出的三种射线的穿透能力实验结果如图所示，由此可推知()A．②来自于原子核外的电子B．①的电离作用最强，是一种电磁波C．③的电离作用较强，是一种电磁波D．③的电离作用最弱，属于原子核内释放的光子4－1.核电站泄漏的污染物中含有碘131和铯137.碘131的半衰期约为8天，会释放β射线；铯137是铯133的同位素，半衰期约为30年，发生衰变时会辐射γ射线．下列说法正确的是()A．碘131释放的β射线由氦核组成B．铯137衰变时辐射出的γ光子能量小于可见光光子能量C．与铯137相比，碘131衰变更慢D．铯133和铯137含有相同的质子数4－2.一块含铀的矿石质量为M，其中铀元素的质量为m，铀发生一系列衰变，最终生成物为铅，已知铀的半衰期为T，那么下列说法中正确的是()A．经过2个半衰期后，这块矿石中基本不再含有铀。