高考物理一轮复习 第12章 量子论初步 原子核 第1节 课时提能练33 光电效应 氢原子光谱
高考物理一轮复习 第12章 量子论初步 原子核易错排查
第12章量子论初步原子核(限时：40分钟)易错点1 天然放射现象的理解易错角度1.α粒子、β粒子的产生机理．2．γ射线是一种电磁波，不是粒子．3．衰变次数分析错误.1．如图1纸面向外．已知放射源放出的射线有α、β、γ三种，下列判断正确的是( )图1A．甲是α射线，乙是γ射线，丙是β射线B．甲是β射线，乙是γ射线，丙是α射线C．甲是γ射线，乙是α射线，丙是β射线D．甲是α射线，乙是β射线，丙是γ射线B[γ射线不带电，在磁场中不发生偏转，C、D错．由左手定则可以判定甲带负电，丙带正电，由此可知．甲是β射线，丙是α射线，B对．]2．关于天然放射现象，下列说法正确的是( )A．放射性元素的原子核内的核子有半数发生变化所需的时间就是半衰期B．放射性物质放出的射线中，α粒子动能很大，因此贯穿物质的本领很强C．当放射性元素的原子的核外电子具有较高能量时，将发生β衰变D．放射性的原子核发生衰变后产生的新核从高能级向低能级跃迁时，辐射出γ射线D[ 放射性元素的半衰期是原子核数有半数发生衰变所用的时间，而非原子核内核子发生衰变，故A错；放射线中γ射线贯穿物质的本领最大，α粒子电离本领最强，故B错；因β衰变是原子核内一个中子(10n)变为一个质子(11H)同时释放一个电子(0-1e)，不涉及核外电子，故C错；原子核发生衰变后生成的新核由高能级向低能级跃迁时，辐射出γ射线，故D正确．]3．(多选)美国科研人员正在研制一种新型镍铜长效电池，它是采用半衰期长达100年的放射性同位素镍63(6328Ni)和铜两种金属作为长寿命电池的材料，利用镍63发生β衰变时释放电子给铜片，把镍63和铜片做电池两极给负载提供电能．下面有关该电池的说法正确的是( )A．β衰变所释放的电子是原子核内的中子转化成质子和电子所产生的B．镍63的衰变方程是6328Ni→0－1e＋6329CuC．提高温度，增大压强可以改变镍63的半衰期D．该电池内部电流方向是从镍到铜片AB[β衰变的实质10n→11H＋0-1e，则A对；镍63发生β衰变的方程为6328Ni→0-1e＋6329Cu，则B对；元素的半衰期只由元素本身决定，与外界压强、温度等无关，则C错；在电池内部电子从镍流向铜，则电流方向应是从铜流向镍，D错．]易错点2 核能的计算4.12核反应方程是411H→42He＋2X，这个核反应释放出大量核能．已知质子、氦核、X的质量分别为m1、m2、m3，真空中的光速为c.下列说法中正确的是( )A．方程中的X表示中子(10n)B．方程中的X表示电子(0－1e)C．这个核反应中质量亏损Δm＝4m1－m2D．这个核反应中释放的核能ΔE＝(4m1－m2－2m3)c2D[由核反应过程中质量数守恒、电荷数守恒可推断出X为0＋1e，A、B错；质量亏损为Δm＝4m1－m2－2m3，释放的核能为ΔE＝Δmc2＝(4m1－m2－2m3)c2，C错，D对．] 5．一个静止的铀核232 92U(原子质量为232.037 2 u)放出一个α粒子(粒子质量为4.002 6 u)后衰变成钍核228 90Th(原子质量为228.028 7 u)．(已知原子质量单位1 u＝1.67×10－27kg,1 uc2相当于931.5 MeV的能量)(1)写出铀核的衰变反应方程．(2)算出该衰变反应中释放出的核能．(3)若释放的核能全部转化为新核的动能，则α粒子的动能为多少？【解析】(1) 232 92U→228 90Th＋42He.(2)质量亏损Δm＝m U－mα－m Th＝0.005 9 uΔE＝Δmc2＝0.005 9×931.5 MeV＝5.50 MeV.(3)系统动量守恒，钍核和α粒子的动量大小相等，即p Th＋(－pα)＝0p Th＝pαE kTh ＝p 2Th2m ThE kα＝p 2α2m αE kTh ＋E kα＝ΔE所以钍核获得的动能E kTh ＝m αm α＋m Th ·ΔE ＝44＋228×5.5 MeV＝0.09 MeV解得E kα＝5.50 MeV －0.09 MeV ＝5.41 MeV. 【答案】 (1) 23292U→22890Th ＋42He. (2)5.50 MeV (3)5.41 MeV 易错点3 光电效应中的图象问题 易错 角度1.分不清坐标轴的物理意义．2．不会利用光电方程分析斜率、截距的意义． 3．不会分析相关的电路图.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2所示，其中ν0为极限频率．从图中可以确定的是( )图2A ．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D [由光电效应方程E km ＝hν－W 0、W 0＝hν0，与方程式y ＝kx ＋b 相对应可知只有D 项正确．]7．(多选)美国物理学家密立根利用图3甲所示的电路研究金属的遏止电压U C 与入射光频率ν的关系，描绘出图乙中的图象，由此算出普朗克常量h .电子电量用e 表示，下列说法正确的是( )【导学号：92492411】甲 乙图3A ．入射光的频率增大，为了测遏止电压，则滑动变阻器的滑片P 应向M 端移动B ．增大入射光的强度，光电子的最大初动能也增大C ．由U C ν图象可知，这种金属的截止频率为νCD ．由U C ν图象可求普朗克常量表达式为h ＝eU Cν1－νCCD [入射光的频率增大，光电子的最大初动能增大，则遏止电压增大，测遏制电压时，应使滑动变阻器的滑片P 向N 端移动，A 错误；根据光电效应方程E km ＝hν－W 0知，光电子的最大初动能与入射光的强度无关，B 错误；根据E km ＝hν－W 0＝eU C ，解得：U C ＝hν1e －hνCe，则h ＝eU Cν1－νC，当遏止电压为零时，ν＝v C ，C 、D 正确．]。
高考物理一轮复习第12章量子论初步原子核易错排查练
第12章量子论初步原子核(限时：40分钟)易错点1 天然放射现象的理解1．如图1纸面向外．已知放射源放出的射线有α、β、γ三种，下列判断正确的是( )图1A．甲是α射线，乙是γ射线，丙是β射线B．甲是β射线，乙是γ射线，丙是α射线C．甲是γ射线，乙是α射线，丙是β射线D．甲是α射线，乙是β射线，丙是γ射线B[γ射线不带电，在磁场中不发生偏转，C、D错．由左手定则可以判定甲带负电，丙带正电，由此可知．甲是β射线，丙是α射线，B对．]2．关于天然放射现象，下列说法正确的是( )A．放射性元素的原子核内的核子有半数发生变化所需的时间就是半衰期B．放射性物质放出的射线中，α粒子动能很大，因此贯穿物质的本领很强C．当放射性元素的原子的核外电子具有较高能量时，将发生β衰变D．放射性的原子核发生衰变后产生的新核从高能级向低能级跃迁时，辐射出γ射线D[ 放射性元素的半衰期是原子核数有半数发生衰变所用的时间，而非原子核内核子发生衰变，故A错；放射线中γ射线贯穿物质的本领最大，α粒子电离本领最强，故B错；因β衰变是原子核内一个中子(10n)变为一个质子(11H)同时释放一个电子(0-1e)，不涉及核外电子，故C错；原子核发生衰变后生成的新核由高能级向低能级跃迁时，辐射出γ射线，故D正确．]3．(多选)美国科研人员正在研制一种新型镍铜长效电池，它是采用半衰期长达100年的放射性同位素镍63(6328Ni)和铜两种金属作为长寿命电池的材料，利用镍63发生β衰变时释放电子给铜片，把镍63和铜片做电池两极给负载提供电能．下面有关该电池的说法正确的是( )A．β衰变所释放的电子是原子核内的中子转化成质子和电子所产生的B．镍63的衰变方程是6328Ni→0－1e＋6329CuC．提高温度，增大压强可以改变镍63的半衰期D．该电池内部电流方向是从镍到铜片AB[β衰变的实质10n→11H＋0-1e，则A对；镍63发生β衰变的方程为6328Ni→0-1e＋6329Cu，则B对；元素的半衰期只由元素本身决定，与外界压强、温度等无关，则C错；在电池内部电子从镍流向铜，则电流方向应是从铜流向镍，D错．]易错点2 核能的计算4.12核反应方程是411H→42He＋2X，这个核反应释放出大量核能．已知质子、氦核、X的质量分别为m1、m2、m3，真空中的光速为c.下列说法中正确的是( )A．方程中的X表示中子(10n)B．方程中的X表示电子(0－1e)C．这个核反应中质量亏损Δm＝4m1－m2D．这个核反应中释放的核能ΔE＝(4m1－m2－2m3)c2D[由核反应过程中质量数守恒、电荷数守恒可推断出X为0＋1e，A、B错；质量亏损为Δm＝4m1－m2－2m3，释放的核能为ΔE＝Δmc2＝(4m1－m2－2m3)c2，C错，D对．] 5．一个静止的铀核232 92U(原子质量为232.037 2 u)放出一个α粒子(粒子质量为4.002 6 u)后衰变成钍核228 90Th(原子质量为228.028 7 u)．(已知原子质量单位1 u＝1.67×10－27kg,1 uc2相当于931.5 MeV的能量)(1)写出铀核的衰变反应方程．(2)算出该衰变反应中释放出的核能．(3)若释放的核能全部转化为新核的动能，则α粒子的动能为多少？【解析】(1) 232 92U→228 90Th＋42He.(2)质量亏损Δm＝m U－mα－m Th＝0.005 9 uΔE＝Δmc2＝0.005 9×931.5 MeV＝5.50 MeV.(3)系统动量守恒，钍核和α粒子的动量大小相等，即p Th＋(－pα)＝0p Th＝pαE kTh＝p2Th2m ThE kα＝p2α2mαE kTh＋E kα＝ΔE所以钍核获得的动能E kTh ＝m αm α＋m Th ·ΔE ＝44＋228×5.5 MeV ＝0.09 MeV解得E kα＝5.50 MeV －0.09 MeV ＝5.41 MeV.【答案】 (1) 232 92U→228 90Th ＋42He.(2)5.50 MeV (3)5.41 MeV易错点3 光电效应中的图象问题理学奖．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2所示，其中ν0为极限频率．从图中可以确定的是( )图2A ．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D [由光电效应方程E km ＝hν－W 0、W 0＝hν0，与方程式y ＝kx ＋b 相对应可知只有D 项正确．]7．(多选)美国物理学家密立根利用图3甲所示的电路研究金属的遏止电压U C 与入射光频率ν的关系，描绘出图乙中的图象，由此算出普朗克常量h .电子电量用e 表示，下列说法正确的是( )【导学号：92492411】甲 乙图3A ．入射光的频率增大，为了测遏止电压，则滑动变阻器的滑片P 应向M 端移动B ．增大入射光的强度，光电子的最大初动能也增大C ．由U C ν图象可知，这种金属的截止频率为νCD ．由U C ν图象可求普朗克常量表达式为h ＝eU C ν1－νCCD [入射光的频率增大，光电子的最大初动能增大，则遏止电压增大，测遏制电压时，应使滑动变阻器的滑片P 向N 端移动，A 错误；根据光电效应方程E km ＝hν－W 0知，光电子的最大初动能与入射光的强度无关，B 错误；根据E km ＝hν－W 0＝eU C ，解得：U C ＝hν1e －hνC e，则h ＝eU C ν1－νC，当遏止电压为零时，ν＝v C ，C 、D 正确．]。
高考物理一轮复习 第12章 量子论初步 原子核 第2节 课时提能练34 核反应和核能
课时提能练(三十四) 核反应和核能(限时：40分钟)A级跨越本科线1．(多选)如图1221所示，使某放射性元素发出的射线垂直进入匀强电场，按图中标号判断( )图1221A．1的穿透本领最强B．2的速度最大C．3的电离本领最大D．1是由原子放出的，2、3不是BC[本题主要考查学生对α射线、β射线、γ射线的来源、带电性及特点的了解．由图可知，射线3带正电，是α射线，其电离作用大但穿透能力弱，速度小；射线1带负电，是β射线，是接近光速的电子流；射线2不带电，是γ射线，其穿透本领最强，而电离作用最弱，速度为光速．]2．原子核聚变可望给人类未来提供丰富的洁净能源．当氘等离子体被加热到适当高温时，氘核参与的几种聚变反应可能发生，放出能量．这几种反应的总效果可以表示为621H―→k42He＋d11H＋210n＋43.15 MeV由平衡条件可知( )A．k＝1，d＝4 B．k＝2，d＝2C．k＝1，d＝6 D．k＝2，d＝3B[核反应的基本规律是质量数和电荷数守恒，所以6×2＝4k＋d＋2,6×1＝2k＋d，解得k＝2，d＝2，因此B选项正确．]3．下列说法中正确的是( )A．质子与中子结合成氘核的过程中需要吸收能量B.22688Ra(镭)衰变为22286Rn(氡)要经过1次α衰变和1次β衰变C．β射线是原子核外电子挣脱原子核的束缚后而形成的电子流D．放射性元素的半衰期是指大量该元素的原子核中有半数发生衰变所需要的时间D[质子与中子结合成氘核，需放出能量，A错误．根据质量数、电荷数守恒判断，只发生一次α衰变，B 错误；β射线是原子核发生β衰变形成的，是原子核中放出的电子，C 错误；根据半衰期的概念，D 正确．]4．(多选)23290Th(钍)经过一系列α和β衰变，变成20882Pb(铅)，下列说法正确的是( ) A ．铅核比钍核少8个质子 B ．铅核比钍核少16个中子C ．共经过4次α衰变和6次β衰变D ．共经过6次α衰变和4次β衰变ABD [由于β衰变不会引起质量数的减少，故可先根据质量数的减少确定α衰变的次数为：x ＝232－2084＝6，再结合核电荷数的变化情况和衰变规律来判定β衰变的次数，y应满足：2x －y ＝90－82＝8，所以y ＝2x －8＝4，故A 、D 正确，C 错误；铅核此钍核少的中子数为232－208－8＝16，故B 正确．]5．一个氡核22286Rn 衰变成钋核21884Po 并放出一个粒子，其半衰期为3.8天，1 g 氡经过7.6天衰变掉氡的质量，以及22286 Rn 衰变成21884Po 的过程放出的粒子是( )【导学号：92492407】A ．0.25 g ，α粒子B ．0.75 g ，α粒子C ．0.25 g ，β粒子D ．0.75 g ，β粒子B [根据公式m 余＝m 原⎝ ⎛⎭⎪⎫12t τ其中m 原＝1 g ，t ＝7.6 天，τ＝3.8天，可求得m 余＝0.25g ，故衰变掉的氡的质量为0.75 g ．氡核衰变成钋核，电荷数减少2，质量数减少4，故22286Rn 衰变成21884Po 的过程放出的粒子是α粒子，综上所述，只有B 正确．]6．“超导托卡马克”(英名称：EAST ，俗称“人造太阳”)是我国自行研制的可控热核反应实验装置．设该实验反应前氘核(21H)的质量为m 1，氚核(31H)的质量为m 2，反应后氦核(42He)的质量为m 3，中子(10n)的质量为m 4，光速为c .下列说法中不正确的是( )A ．这种装置中发生的核反应方程式是21H ＋31H→42He ＋10n B ．由核反应过程质量守恒可知m 1＋m 2＝m 3＋m 4 C ．核反应放出的能量等于(m 1＋m 2－m 3－m 4)c 2D ．这种装置与我国大亚湾核电站所使用核装置的核反应原理不相同B [可控热核反应装置中发生的核反应方程式是21H ＋31H→42He ＋10n ，故A 正确；核反应过程中质量数守恒，但质量不守恒，核反应过程中存在质量亏损，因此m 1＋m 2≠m 3＋m 4，故B 错误；核反应过程中的质量亏损Δm ＝m 1＋m 2－m 3－m 4，释放的核能ΔE ＝Δmc 2＝(m 1＋m 2－m 3－m 4)c 2，故C 正确；这种装置的核反应是核聚变，我国大亚湾核电站所使用核装置是核裂变，它们的核反应原理不相同，故D 正确．]7．(多选)(2017·扬州模拟)科学家使用核反应获取氚，再利用氘和氚的核反应获得能量．核反应方程分别为：X ＋Y→42He ＋31H ＋4.9 MeV 和21H ＋31H→42He ＋X ＋17.6 MeV.下列表述正确的有( )A ．X 是中子B ．Y 的质子数是3，中子数是6C ．两个核反应都没有质量亏损D ．氘和氚的核反应是核聚变反应AD [在该核反应中，21H ＋31H→42He ＋X ＋17.6 MeV ，根据电荷数守恒、质量数守恒，则X 的电荷数为0，质量数为1，可知X 是中子，故A 正确．在X ＋Y→42He ＋31H ＋4.9 MeV 中，根据电荷数守恒、质量数守恒，Y 的电荷数为3，质量数为6，则Y 的质子数为3，中子数为3，故B 错误，两个核反应都释放能量，都有质量亏损，故C 错误．两核反应均为核聚变反应，故D 正确．]8．(2017·宜川联考)太阳和许多恒星发光是内部核聚变的结果，核反应方程11H ＋11H→ba X ＋01e ＋V e 是太阳内部的许多核反应中的一种，其中01e 为正电子，V e 为中微子(1)确定核反应方程中a 、b 的值；(2)在质子与质子达到核力作用范围完成核聚变前必须要克服强大的库仑斥力．设质子的质量为m ，电子质量相对很小可忽略，中微子质量为零，克服库仑力做功为W .若一个运动的质子与一个速度为零的质子发生上述反应，运动质子速度至少多大？【导学号：92492408】【解析】 (1)根据核反应的质量数及电荷数守恒可知a ＝1，b ＝2.(2)由动量守恒定律可知：mv 0＝2mv 由能量关系可知：－W ＝12(2m )v 2－12mv 20；解得v 0＝4Wm.【答案】 (1)a ＝1 b ＝2 (2)4WmB 级 名校必刷题9．(2017·恩施模拟)某科学家提出年轻热星体中核聚变的一种理论，其中的两个核反应方程为11H ＋126C→137N ＋Q 1；11H ＋157N→126C ＋X ＋Q 2，方程中Q 1、Q 2表示释放的能量，相关的原子核质量见下表，下列判断正确的是( )A.X是32He，Q2＞Q1B．X是42He，Q2＞Q1C．X是32He，Q2＜Q1D．X是42He，Q2＜Q1B[根据核反应方程的质量数和电荷数守恒可判断出X是哪种原子核，根据爱因斯坦质能方程可知质量亏损大的释放能量大，11H＋12 6C→137 N中质量亏损为：Δm1＝(1.007 8＋12.000 0－13.005 7) u＝0.002 1 u，根据电荷数守恒和质量数守恒可知：11H＋15 7N→12 6C＋X中X的电荷数为2、质量数为4，故X为α粒子，即42He，质量亏损为：Δm2＝(1.007 8＋15.000 1－12.000 0－4.002 6) u＝0.005 3 u．根据爱因斯坦的质能方程可知：Q1＝Δm1c2，Q2＝Δm2c2，则Q1＜Q2，故B正确，A、C、D错误；故选B.]10．一个静止的原子核a b X经α衰变放出一个α粒子并生成一个新核，α粒子的动能为E0.设衰变时产生的能量全部变成α粒子和新核的动能，则在此衰变过程中的质量亏损为( )A.E0c2B．E0a－4c2C.a－4E0c2D．aE0a－4c2D[衰变时放出的核能ΔE＝Δmc2，ΔE＝E0＋E k，而E k＝p22m新，衰变时由动量守恒有pα＝p新，故E k＝p2α2m新＝2mαE02m新＝4a－4E0，代入得ΔE＝E0＋4a－4E0＝aa－4E0，质量亏损Δm＝ΔEc2＝aE0a－4c2，D正确．]11．在匀强磁场中，一个原来静止的原子核，由于放出一个α粒子，结果得到一张两个相切圆的径迹照片，如图1222所示，今测得两个相切圆半径之比r1∶r2＝44∶1，求：图1222(1)这个原子核原来所含的质子数是多少？(2)图中哪一个是α粒子的径迹？【导学号：92492409】【解析】(1)设衰变后新核的带电荷量为q x，α粒子的带电荷量为qα＝2e，它们的质量分别为m x和mα，衰变后的速度分别为v x和vα，所以原来原子核的带电荷量(即质子数)q ＝q x＋qα(或Z＝Z x＋Zα) ①根据轨道半径公式r＝mvqB可知，在同一磁场中q∝mvq，所以q x∶qα＝(m x v xr x)∶(mαvαrα)②又由于衰变过程中遵循动量守恒定律，即m x v x＝mαvα③解②和③式，得：q x∶qα＝rα∶r xq x＝(rα∶r x)×qα＝88e，(只能是rα∶r x＝44∶1，否则q x＝e22无意义)．代入①式得：q＝90e，Z＝90.(2)由于轨道半径与粒子带电量(在本题中)成反比，所以圆轨道1是α粒子的径迹，圆轨道2是新核的径迹，两者电性相同，运动方向相反．【答案】(1)90 (2)1。
高考物理大一轮复习第12章原子结构原子核第1讲光电效应波粒二象性学案新人教版(2021年整理)
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第一讲光电效应波粒二象性考试内容要求高考命题统计命题规律卷Ⅰ卷Ⅱ卷Ⅲ光电效应Ⅰ高考对本部分内容考查形式比较固定，一般比较单一的考查某个知识点，且知识点相对比较单一，题型为选择题和填空题．由于本部分内容涉及点较多，且已经改为必考内容，今后的命题应该向着多个考点融合的方向发展.爱因斯坦光电效应方程ⅠT196分氢原子光谱Ⅰ氢原子的能级结构、能级公式Ⅰ原子核的组成、放射性、原子核的衰变、半衰期ⅠT156分放射性同位素Ⅰ核力、核反应方程Ⅰ结合能、质量亏损ⅠT176分裂变反应和聚变反应、裂变反应堆Ⅰ放射性的危害和防护Ⅰ一光电效应及其规律1．光电效应在光的照射下从金属中发射电子的现象叫做光电效应，发射出的电子叫光电子．2．光电效应的实验规律（1)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，只随着入射光频率的增大而增大．(3)入射光照射到金属上时，光电子的发射几乎是瞬时的，一般不超过10－9 s.（4)当入射光的频率大于极限频率时,光电流的大小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:光不仅在发射和吸收时能量是一份一份的,而且光本身就是由一个个不可分割的能量子组成的，这些能量子被称为光子,频率为ν的光的能量子为hν.(2）光电效应方程①表达式：hν＝E k＋W0或E k＝hν－W0。
高考物理一轮复习第十二章近代物理初步第1课时波粒二象性学案新人教版
第十二章近代物理初步[定标——核心素养]物理观念理解原子的能级结构,区分衰变类型,理解光电效应发生的条件、核反应的类型和特点以及原子核的结合能。
科学思维核反应方程的书写,核能的计算。
[定位——主干知识]1.光电效应2.爱因斯坦光电效应方程3．氢原子光谱 4.氢原子的能级结构、能级公式5．原子核的组成、放射性、原子核的衰变、半衰期6．放射性同位素 7.核力、核反应方程8．结合能、质量亏损 9.裂变反应和聚变反应、裂变反应堆10．射线的危害与防护第1课时波粒二象性基础自修课必备知识(一) 光电效应的理解1．[光电效应的产生条件]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．若增加电路中电源电压,电路中光电流一定增大B．若将电源极性反接,电路中一定没有光电流产生C．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D．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2．[光电效应现象的理解](多选)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[系统归纳]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。
高考物理一轮复习第十二章原子与原子核第一讲光电效应
4．光电效应的四个规律 (1)每种金属都有一个截止频率(或极限频率)，入射光的频率必须_大__于__ 截止频率才能产生光电效应．低于截止频率时不能发生光电效应． (2)光电子的最大初动能与入射光的 强度 无关，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 ．
Ⅰ卷T35(1)5分
考点内容
要求
2014
高考命题统计 2015
原子核的组成、放
射性、原子核的衰 Ⅰ Ⅰ卷T35(1)6分
变、半衰期
Ⅱ卷T35(1)5分
放射性同位素 Ⅰ
核力、核反应方程 Ⅰ
Ⅱ卷T35(1)5分 Ⅲ卷T35(1)5分
2016
考点内容
要求
结合能、质量亏损 Ⅰ 裂变反应和聚变反
Ⅰ 应、裂变反应堆 射线的危害和防护 Ⅰ
解析：曝光时间短时，光子到达底片的个数少，表现出光的粒子性，曝光 时间长，光子到达底片的个数多，则表现出光的波动性，干涉条纹中的明 条纹部分是光子到达机会较多的地方，但单个光子的落点是无法预测的， 综上所述，B、C 正确，A、D 错误． 答案：BC
考点一 光电效应现象和光电效应方程的应用 (自主学习) 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．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
人教版高考物理一轮复习 第12章 波粒二象性原子结构原子核 1波粒二象性
2.图像分析: 图像名称
最大初动能Ek与入 射光频率ν的关系 图线
图形形状
由图线直线(间接)得到的物 理量
(1)极限频率:ν0; (2)逸出功:W0=|-E|=E; (3)普朗克常量:图线的斜率 k=h
像名称
遏止电压Uc与入射光 频率ν的关系图线
频率相同、光强不同 时,光电流与电压的 关系
图形形状
由图线直线(间接)得到的物 理量 (1)截止(极限)频率ν0; (2)遏止电压Uc:随入射光频 率的增大而增大; (3)普朗克常量:h=ke(k为斜 率,e为电子电量)
(1)遏止电压:Uc; (2)饱和光电流:Im(电流的最 大值); (3)最大初动能:Ekm=eUc
图像名称
频率不同、光强相 同时,光电流与电压 的关系
【解析】选B、C。由爱因斯坦光电效应方程hν=Ekm+W0,由动能定理可得Ekm=eU, 故当νa>νb时,Ua>Ub,Eka>Ekb,故A错误,B正确;若Ua<Ub,则一定有Eka<Ekb,故C正 确;由光电效应方程可得:金属的逸出功W0=hνa-Eka=hνb-Ekb,故D错误。
光较强时 饱和电流大
光较强时,包含的光子数较多,照射金属时产生的光电子较 多,因而饱和电流较大
2.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。
高考物理一轮复习第12章量子论初步原子核第1节光电效应氢原子光谱教师用书
第1节 光电效应 氢原子光谱1．考纲变化：本章内容是模块3－5中的部分内容，考纲要求由原来的“选考内容”调至“必考内容”．2．考情总结：作为“选考内容”时，对原子和原子核的考查，以基础为主，难度不大，主要以选择题的形式出现．3．命题预测：调到“必考内容”以后，预计命题的热点不变，仍然集中在光电效应、氢原子能级结构、半衰期、核反应方程及核能的计算等方面，考查题型仍然是选择题．第1节 光电效应 氢原子光谱知识点1 光电效应 1．光电效应的实验规律(1)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．(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)大于极限频率的光照射金属时，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．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.知识点2 α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1211所示．α粒子散射实验的分析图图12112．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．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：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 ⎝ ⎛⎭⎪⎫122－1n 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h ν＝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．3.氢原子的能级、能级公式 (1)氢原子的能级图 能级图如图1212所示．图1212(2)氢原子的能级公式E n＝1n2E1(n＝1,2,3，…)，其中E1为基态能量，其数值为E1＝－13.6_eV.(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.1．正误判断(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)原子核集中了原子全部的正电荷和质量．(×)(4)在玻尔模型中，原子的状态是不连续的．(√)(5)发射光谱可能是连续光谱，也可能是线状谱．(√)2．[对α粒子散射实验的考查]从α粒子散射实验结果出发推出的结论有：①金原子内部大部分都是空的；②金原子是一个球体；③汤姆孙的原子模型不符合原子结构的实际情况；④原子核的半径约是10－15m，其中正确的是( )【导学号：92492400】A．①②③B．①③④C．①②④D．①②③④B[α粒子散射实验的结果表明，原子是由原子核和核外电子构成的，原子核体积很小，质量大，原子的质量主要集中在原子核上，原子核外有一个非常大的空间，核外电子围绕原子核做高速运动，则从α粒子散射实验结果出发推出的结论有金原子内部大部分都是空的，汤姆孙的原子模型不符合原子结构的实际情况，原子核的半径约是10－15m，不能说明金原子是球体，B正确．]3．[对光电效应的考查](多选)如图1213为用光照射锌板产生光电效应的装置示意图．光电子的最大初动能用E k表示、入射光的强度用C表示、入射光的波长用λ表示、入射光的照射时间用t表示、入射光的频率用ν表示．则下列说法正确的是( )图1213A．E k与C无关B ．E k 与λ成反比C ．E k 与t 成正比D ．E k 与ν成线性关系AD [由E k ＝h ν－W 0知，E k 与照射光的强度及照射时间无关，与ν成线性关系，A 、D 正确，C 错误；由E k ＝hcλ－W 0可知，E k 与λ不成反比，B 错误．]4．[对氢原子光谱的考查]如图1214所示，1、2、3、4为玻尔理论中氢原子最低的四个能级．用以下能量的光子照射基态的氢原子时，能使氢原子跃迁到激发态的是( )图1214A ．1.51 eVB ．3.4 eVC ．10.2 eVD ．10.3 eVC [入射光子的能量只有等于原子所处能级与某一较高能级的差值时，入射光的光子才能被吸收，原子才能被激发，选C.]1.(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．(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．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．(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，光电效应现象不会消失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ABD [增大入射光强度，单位时间内照射到单位面积的光电子数增加，则光电流将增大，故选项A 正确；光电效应是否发生取决于照射光的频率，而与照射强度无关，故选项B 正确；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，若光的频率仍大于极限频率，则仍会发生光电效应，选项C 错误；根据h ν－W 逸＝12mv 2可知，增加照射光频率，光电子的最大初动能也增大，故选项D 正确．]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( )【导学号：92492401】A ．光电子的最大初动能之比为2∶1B ．该金属的截止频率为c3λC ．该金属的截止频率为cλD ．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 ＝12mv 2可知，光电子的最大初动能之比为4∶1，A 错误；又由h ν＝W ＋E k 知，h c λ＝W ＋12mv 21，h c 2λ＝W ＋12mv 22，又v 1＝2v 2，解得W ＝hc 3λ，则该金属的截止频率为c3λ，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．]两点提醒1．能否发生光电效应取决于入射光的频率而不是入射光的强度．2．光电子的最大初动能随入射光子频率的增大而增大，但二者不是正比关系．(1)爱因斯坦光电效应方程E k ＝h ν－W 0.(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W 0为逸出功，它与极限频率νc 的关系是W 0＝h νc . 2．四类图象●考向1 光电效应方程的应用1．(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106m/s ，求该紫外线的波长λ.(电子质量M e ＝9.11×10－31kg ，普朗克常量h ＝6.63×10－34J·s,1 eV＝1.60×10－19J)【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 ＝h ν－W 0 ①光速、波长、频率之间关系：c ＝λν ② 联立①②得紫外线的波长为 λ＝hcW 0＋12mv 2m＝6.63×10－34×3×1083.34×1.6×10－19＋12×9.11×10－31×1012m≈2.009×10－7m【答案】 爱因斯坦的光子说很好地解释了光电效应 2．009×10－7m ●考向2 与光电效应有关的图象问题2．(多选)(2017·武威模拟)如图1215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( )图1215A ．该金属的逸出功等于EB ．该金属的逸出功等于h ν0C ．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E 2ABC [由爱因斯坦的光电效应方程：E k ＝h ν－W 0，对应图线可得，该金属的逸出功W 0＝E ＝h ν0，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 ＝2h ν0－W 0＝h ν0＝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．]3．研究光电效应规律的实验装置如图1216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1216反向电压U 和频率ν一定时，光电流i 与光强I 的关系 A 截止电压U C与频率ν的关系 B光强I 和频率ν一定时，光电流i 与反向电压U 的关系C光强I 和频率ν一定时，光电流i 与产生光电子的时间t 的关系 DB [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；从金属中打出的光电子，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：h ν＝h ν0＋E km ，而eU C ＝E km ，所以有h ν＝h ν0＋eU C ，由此可知，B 图象错误．]光电效应问题中的五个决定关系1．逸出功W 0一定时，入射光的频率决定着能否产生光电效应以及光电子的最大初动能． 2．入射光的频率一定时，入射光的强度决定着单位时间内发射出来的光电子数． 3．爱因斯坦光电效应方程：E k ＝h ν－W 0. 4．最大初动能与遏止电压的关系：E k ＝eU c . 5．逸出功与极限频率、极限波长的关系：W 0＝h νc ＝hcλc.1.(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h ν＝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：N ＝C2n ＝n n －2.②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]1．(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．]2．如图1217所示，氢原子从n >2的某一能级跃迁到n ＝2的能级，辐射出能量为2.55 eV 的光子，问：(1)最少要给基态的氢原子提供多少电子伏特的能量，才能使它辐射上述能量的光子？ (2)请在图中画出获得该能量后的氢原子可能的辐射跃迁图．图1217【解析】 (1)氢原子从n >2的某一能级跃迁到n ＝2的能级，辐射光子的频率应满足：h ν＝E n －E 2＝2.55 eV则E n ＝h ν＋E 2＝－0.85 eV 又有：E n ＝E 1n2， 所以：n ＝E 1E n ＝－13.6 eV－0.85 eV＝4基态氢原子要跃迁到n ＝4的能级，应该提供的能量为 ΔE ＝E 4－E 1＝－0.85 eV －(－13.6)eV ＝12.75 eV. (2)辐射跃迁图如图所示：【答案】 (1)12.75 eV (2)见解析1．一个区别：一个氢原子和一群氢原子能级跃迁的可能性． 2．两点提醒：(1)原子能级之间跃迁时吸收或放出的光子能量一定等于两能级之间的差值．(2)要使氢原子发生电离，原子吸收的能量可以是大于原子该能级值的任意值．11。
高考物理一轮复习 第十二章 原子与原子核 第1节 光电效应 波粒二象性教案
第十二章原子与原子核[全国卷考情分析]——供老师参考第1节光电效应波粒二象性一、黑体辐射与能量子1.黑体与黑体辐射(1)黑体:是指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①一般材料的物体,辐射的电磁波除与温度有关外,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.a.随着温度的升高,各种波长的辐射强度都增加.b.随着温度的升高,辐射强度的极大值向波长较短的方向移动.2.能量子(1)定义:普朗克认为,带电微粒辐射或者吸收能量时,只能辐射或吸收某个最小能量值的整数倍.即能量的辐射或者吸收只能是一份一份的.这个不可再分的最小能量值ε叫做能量子.(2)能量子的大小:ε=hν,其中ν是电磁波的频率,h称为普朗克常量.h=6.63×10-34J·s.二、光电效应1.定义:在物理学中,在光的照射下电子从物体表面逸出的现象称为光电效应.2.产生条件:入射光的频率大于或等于极限频率.3.光电效应规律(1)极限频率的存在:入射光的频率必须大于或等于极限频率ν0.才能发生光电效应,与入射光强度及照射时间无关.不同金属材料的极限频率不同.(2)当产生光电效应时,光电流大小随入射光强度的增大而增大.(3)光电子的最大初动能与入射光的频率成线性关系,如图所示.即光电子的最大初动能随着入射光频率的增加而增加,而与入射光强度无关.(4)光电效应具有瞬时性:只要光的频率大于极限频率,即使用极弱的入射光,光电子总能立刻(约10-9 s)发射出来.主探究答案:验电器指针张开.紫外线照射到锌板上,在锌板表面发射出光电子,使锌板带上了正电.三、光电效应方程1.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=6.63×10-34J·s(称为普朗克常量).2.逸出功W使电子脱离某种金属所做功的最小值.金属越活跃,逸出功越小,越容易发生光电效应.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.爱因斯坦光电效应方程(1)表达式:hν=W+1mv2.2(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W,剩下的表现为逸出后光电子的最大初动能1mv2.2四、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.思考判断(1)要想在光电效应实验中测到光电流,入射光子的能量必须大于金属的逸出功.( √)(2)光子和光电子都是实物粒子.( ×)(3)只要入射光的强度足够强,就可以使金属发生光电效应.( ×)(4)光的频率越高,光的粒子性越明显,但仍具有波动性.( √)(5)光电子的最大初动能与入射光子的频率成正比.( ×)2.(2019·贵州遵义检测)下表给出了一些金属材料的逸出功.现用波长为400 nm的单色光照射上述材料,能产生光电效应的材料最多有几种(普朗克常量h=6.63×10-34J·s,光速c=3.0×108 m/s)( A)A.2种B.3种C.4种D.5种解析:要发生光电效应,则入射光的能量必须大于金属的逸出功,而波长为400 nm的光的能量E=hν=h cλ=6.63×10-34×893.01040010-⨯⨯J≈4.97×10-19 J,大于铯和钙的逸出功,所以A项正确.3.(2019·河北保定月考)如图所示,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( D)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.证明了光具有波粒二象性解析: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,这是光的衍射,证明了光具有波动性,验电器铝箔有张角,说明锌板发生了光电效应,证明了光具有粒子性,所以该实验证明了光具有波粒二象性,D项正确.4.(2019·吉林长春一模)(多选)如图是某金属在光的照射下产生的光电子的最大初动能12mv 2与入射光频率ν的关系图象.由图象可知( ABC ) A.该金属的逸出功等于E B.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02ν时,产生的光电子的最大初动能为2E解析:根据光电效应方程得12mv 2=hν-W,故逸出功W=E,A 项正确;当12mv 2=0时,ν=ν0,故W=E=hν0,B 项正确;当ν=2ν0时,12mv 2=2hν0-hν0=hν0=E,C 项正确;当入射光的频率为02ν时,不发生光电效应,D 项错误.考点一 光电效应规律1.两条线索2.定量分析时应抓住三个关系式 (1)爱因斯坦光电效应方程:hν=W+12mv 2. (2)最大初动能与遏止电压的关系:12mv 2=eU 0. (3)逸出功与极限频率的关系:W=hν0. [例1](2019·安徽合肥二模)如图所示是光电管的原理图,已知当有波长为λ0的光照射到阴极K 上时,电路中有光电流,则( B )A.若换用波长为λ1(λ1>λ0)的光照射阴极K,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,电路中一定有光电流C.增加电路中电源两极电压,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:当用波长为λ0的光照射阴极K 时,电路中有光电流,只有换用频率更大,也就是用波长比λ0小的光照射阴极K 时才一定有光电流,换用波长比λ0大的光照射时情况不确定,A 项错误,B项正确;当光电流达到饱和时,增大两极电压,光电流不变,C项错误;若将电源极性反接,光电子做减速运动,若接近A极时还没有减速到零,电路中就可能有光电流产生,D项错误. [针对训练] 关于光电效应,下列说法正确的是( A)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.用频率不同的单色光照射同种金属表面都能发生光电效应,则频率越大的饱和电流越大解析:由金属材料的逸出功W=hν0,知极限频率越大,其逸出功越大,故A正确;发生光电效应的条件是入射光的频率大于金属材料的极限频率,与入射光的强度、照射时间无关,故B错误;金属材料的逸出功是材料本身的特性,与光电子的最大初动能无关,故C错误;饱和电流的大小与入射光的强度有关,与入射光的频率无关,故D错误.考点二光电效应的图象问题图象名称图线形状由图线直接(间接)得到的物理量最大初动能12mv2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ν0②逸出功:图线与12mv2轴交点的纵坐标的绝对值W=|-E|=E③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U0:图线与横轴的交点②饱和电流I m:电流的最大值③最大初动能:12mv2=eU0颜色不同时,光电流与电压的关系①遏止电压U01,U02②饱和电流③最大初动能12mv2=eU01,E k2=eU02遏止电压U0与入射光频率ν的关系图线①极限频率ν0:图线与横轴的交点②遏止电压U0: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)[例2] (多选)如图(甲)所示,在光电效应实验中,某同学用相同频率的单色光,分别照射阴极材料为锌和铜的两个不同的光电管,结果都能发生光电效应.图(乙)为其中一个光电管的遏止电压U 0随入射光频率ν变化的函数关系图象.对于这两个光电管,下列判断正确的是( ABC )A.因为材料不同逸出功不同,所以遏止电压U 0不同B.光电子的最大初动能不同C.因为光强不确定,所以单位时间逸出的光电子数可能相同,饱和电流也可能相同D.两个光电管的U 0ν图象的斜率可能不同解析:因为不同材料有不同逸出功,所以遏止电压U 0不同,A 项正确;根据光电效应方程hν=W+12mv 2,因为不同材料有不同逸出功,所以光电子的最大初动能不同,B 项正确;在入射光的频率大于极限频率的情况下,发射出的光电子数与入射光的强度成正比,光强不确定,所以单位时间逸出的光电子数可能相同,饱和电流也可能相同,C 项正确;由U 0=h e -We.可知,U 0ν的图象的斜率k=he是常数,D 项错误.求解光电效应问题应抓住的三个关系式(1)爱因斯坦光电效应方程hν=W+12mv 2.(2)光电子的最大初动能12mv 2.可以利用光电管用实验的方法测得,即12mv 2=eU 0,其中U 0是遏止电压.(3)光电效应方程中的W 为逸出功,它与极限频率ν0(或极限波长)的关系是W=hν0=h . 1.(12mv 2-ν图象)(多选)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变化的图线(直线与横轴的交点的刻线为 4.27,与纵轴交点的刻线为0.5).由图可知(普朗克常量h=6.63×10-34J·s)( AC )A.该金属的极限频率为4.27×1014Hz B.该金属的极限频率为5.5×1014Hz C.该图线的斜率表示普朗克常量 D.该金属的逸出功为0.5 eV解析:由光电效应方程hν=W+12mv 2,可知在12mv 2ν图象中,图线在横轴上的截距为极限频率,图线的斜率为普朗克常量,故A,C 正确,B 错误;当12mv 2=hν-W=0时,金属的逸出功W=hν0=3414196.6310 4.27101.610--⨯⨯⨯⨯ eV≈1.77 eV,D 项错误.2.(I U 图象)(多选)用甲、乙两种单色光照射同一金属做光电效应实验,发现光电流与电压的关系如图所示.已知普朗克常量为h,被照射金属的逸出功为W,遏止电压为U 0,电子的电荷量为e.下列说法正确的是( AD ) A.甲光的强度大于乙光的强度 B.甲光的频率大于乙光的频率C.甲光照射时产生的光电子初动能均为eU 0D.乙光的频率为W eU h+ 解析:根据光的强度越强,光电子数目越多,对应的光电流越大,即可判定甲光的强度较大,选项A 正确;由题图可知,甲、乙两光的遏止电压相同,根据光电效应方程hν=W+12mv 2,可知甲、乙两光的频率相同,选项B 错误;甲光照射时产生的光电子的最大初动能为eU 0,选项C 错误;根据12mv 2=hν-W 及12mv 2=eU 0,可得ν=0WeU h+,选项D 正确. 考点三 光的波粒二象性 物质波1.对光的波粒二象性的进一步理解 表现说明二者关系波动性— 干涉①光是一种概率波,即光子在空间各点出现的可能性大小(概率)①光的波动性是光本身的属性,不是光子之间相互作用产生的①光子说并未否定波动说,E=hν=hcλ中,ν和λ就是2.物质波(1)定义:任何运动着的物体都有一种波与之对应,这种波也叫德布罗意波. (2)波长或频率:λ=h p ,ν=h,h 是普朗克常量. [例3] (2019·北京海淀适应性练习)对光的认识,下列说法不正确的是( C ) 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C.大量光子表现出波动性时,就不具有粒子性,少量光子表现出粒子性时,就不再具有波动性D.光的波粒二象性应理解为:在某种情况下光的波动性表现明显,在另外某种情况下,光的粒子性表现明显解析:个别光子的行为往往表现出来的是粒子性,而大量光子表现出来的是波动性,A 项正确;光的波动性是光子本身特有的属性,并不是光子之间的相互作用引起的,B 项正确;光的波粒二象性是指光在某种情况下光的波动性表现明显,但不是没有粒子性,只是粒子性不明显;反之,在另外某种情况下,光的粒子性表现明显,波动性不明显,故C 项错误,D 项正确.[针对训练] (多选)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( ACD )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解析:干涉是波具有的特性,电子束通过双缝实验装置后可以形成干涉图样,说明电子具有波动性,故A 正确;β粒子在云室中受洛伦兹力的作用,做的是圆周运动,与波动性无关,故B 错误;利用慢中子衍射来研究晶体的结构说明中子可以产生衍射现象,说明中子具有波动性,故C 正确;电子显微镜利用了电子衍射,电子的物质波的波长比可见光的波长短得多,所以分辨率也高得多,故D 正确.1.(2018·全国Ⅱ卷,17)用波长为300 nm 的光照射锌板,电子逸出锌板表面的最大初动能为1.28×10-19 J.已知普朗克常量为6.63×10-34 J·s,真空中的光速为3.00×108 m·s -1.能使锌产生光电效应的单色光的最低频率约为( B )A.1×1014 HzB.8×1014 HzC.2×1015 HzD.8×1015 Hz 解析:设单色光的最低频率为ν0,由h ν=W+12mv 2知12mv 2=h ν1-W,0=h ν0-W,又知ν1=c λ,整理得ν0=cλ-21m 2v h ,解得ν0≈8×1014 Hz,选项B 正确. 2.(2019·江西瑞金二模)(多选)用波长为λ和2λ的光照射同一种金属,分别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别用h 和c 表示,那么下列说法正确的有( AD )A.该种金属的逸出功为3hc λ B.该种金属的逸出功为hc λC.波长超过2λ的光都不能使该金属发生光电效应D.波长超过4λ的光都不能使该金属发生光电效应解析:由hν=W+12mv2知,h cλ=W+12m21v,h2cλ=W+12m22v,又v1=2v2,所以W=3hcλ,光的波长小于或等于3λ时方能发生光电效应,故A,D正确.3.(2019·山东青岛模拟)(多选)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( AC)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,逸出功只取决于金属本身的性质,A项正确;根据光电效应方程hν=W+12mv2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,B项错误;只增大照射光的频率,光电子的最大初动能将增大,C项正确;光电子逸出所经历的时间不超过10-9s,与光的频率无关,D项错误.4.(2015·全国Ⅰ卷,35)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.解析:根据爱因斯坦光电效应方程得12mv2=hν-W,又因为12mv2=eU c,得到U c=he ν-We,所以he =k,h=ek;-We=b,W=-eb.答案:ek -eb。
高考物理一轮总复习第十二章第1讲光电效应波粒二象性讲义(含解析)新人教版
全国卷 3 年考情剖析考纲三年考题考点内容要求2016 2017 2018 光电效应Ⅰ爱因斯坦光电效应方程Ⅰ氢原子光谱Ⅰ卷Ⅰ T17，质量亏氢原子的能级构造、能级公式Ⅰ卷Ⅰ T35(1) ，光卷Ⅱ T17，损与核能的计算原子核的构成、放射性、原子电效应考察了光Ⅰ卷Ⅱ T15，动量守核的衰变、半衰期卷Ⅱ T35(1) ，核电效应恒、衰变、质量放射性同位素Ⅰ反响卷Ⅲ T14，损失卷Ⅲ T35(1) ，核考察了核核力、核反响方程Ⅰ卷Ⅲ T19，光电效联合能、质量损失Ⅰ反响和质能关系反响方程应方程裂变反响和聚变反响、裂变反Ⅰ应堆射线的危害和防备Ⅰ第 1 讲光电效应波粒二象性[ 基础知识·填一填][ 知识点 1]光电效应1．定义：在光的照耀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：入射光的频次大于极限频次．3．光电效应规律(1)存在着饱和电流：对于必定颜色的光，入射光越强，单位时间内发射的光电子数越多．(2)存在着制止电压和截止频次：光电子的能量只与入射光的频次相关，而与入射光的强弱没关．当入射光的频次低于截止频次时不发生光电效应．(3)光电效应拥有刹时性：当频次超出截止频次时，不论入射光如何轻微，几乎在照到金属时立刻产生光电流，时间不超出10－9 s.判断正误，正确的划“√”，错误的划“×”．(1)光电效应中的“光”指的是可见光．( ×)(2)只需光照耀的时间足够长，任何金属都能产生光电效应．( × )(3)光子和光电子都是实物粒子． ( × )[ 知识点 2]光电效应方程1．基本物理量(1)光子的能量ε＝ hν，此中 h＝6.626×10－34J·s(称为普朗克常量)．(2) 逸出功：使电子离开某种金属所做功的最小值.(3)最大初动能：发生光电效应时，金属表面上的电子汲取光子后战胜原子核的引力逸出时所拥有动能的最大值.2．光电效应方程：E k＝hν －W0 .判断正误，正确的划“√”，错误的划“×”．(1)入射光的强度同样，则入射光的频次必定同样．( × )(2)极限频次越大的金属其逸出功越大．( √)(3) 从金属表面逸出的光电子的最大初动能越大，这类金属的逸出功越小．( × )(4) 入射光的频次越大，则金属的逸出功越大．( × )[ 知识点 3]光的波粒二象性与物质波1．光的波粒二象性(1) 光的干预、衍射、偏振现象证明光拥有颠簸性．(2) 光电效应说明光拥有粒子性．(3) 光既拥有颠簸性，又拥有粒子性，称为光的波粒二象性．2．物质波(1)概率波：光的干预现象是大批光子的运动恪守颠簸规律的表现，亮条纹是光子抵达概率大的地方，暗条纹是光子抵达概率小的地方，所以光波又叫概率波．(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＝hh 为普朗克常量．， p 为运动物体的动量，p判断正误，正确的划“√”，错误的划“×”．(1)光的频次越高，光的粒子性越显然，但仍拥有颠簸性．( √ )(2) 德国物理学家普朗克提出了量子假说，成功地解说了光电效应规律．( × )(3) 美国物理学家康普顿发现了康普顿效应，证明了光的粒子性．( √ )(4) 法国物理学家德布罗意勇敢预知了实物粒子拥有颠簸性．( √ ), [教材发掘·做一做]1． ( 人教版选修3－ 5 P30 演示实验改编)( 多项选择 ) 如下图，用导线把验电器与锌板相连结，当用紫外线照耀锌板时，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．锌板带负电答案： BC2． ( 人教版选修3－ 5 P36 第 2 题改编 )( 多项选择 ) 在光电效应实验中，用频次为ν 的光照射光电管阴极，发生了光电效应，以下说法正确的选项是()A．增大入射光的强度，光电流增大B．减少入射光的强度，光电效应现象消逝C．改用频次小于ν 的光照耀，必定不发生光电效应D．改用频次大于ν 的光照耀，光电子的最大初动能变大分析： AD [ 增大入射光强度，单位时间内照耀到单位面积上的光子数增添，则光电流将增大，应选项 A 正确；光电效应能否发生取决于入射光的频次，而与入射光强度没关，应选项 B 错误．用频次为ν 的光照耀光电管阴极，发生光电效应，用频次较小的光照耀时，若光的频次仍大于极限频次，则仍会发生光电效应，选项 C 错误；依据hν － W ＝1 22mv 可逸知，增大入射光频次，光电子的最大初动能也增大，应选项D正确． ]3． ( 人教版选修 3－ 5 P38 图 17.3 － 1 改编 )( 多项选择 )1927 年戴维逊和革末达成了电子衍射实验，该实验是荣获诺贝尔奖的重要近代物理实验之一．如下图的是该实验装置的简化图，以下说法正确的选项是()A．亮条纹是电子抵达概率大的地方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拥有颠簸性D．该实验说明实物粒子拥有颠簸性分析： ABD [ 电子属于实物粒子，电子衍射实验说明电子拥有颠簸性，说明物质波理论是正确的，与光的颠簸性没关，B、 D 正确， C 错误；物质波也是概率波，亮条纹是电子抵达概率大的地方，A正确． ]考点一对光电效应的理解[ 考点解读 ]1．与光电效应相关的五组观点对照(1)光子与光电子：光子指光在空间流传时的每一份能量，光子不带电；光电子是金属表面遇到光照耀时发射出来的电子，其实质是电子．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，电子汲取光子的所有能量，可能向各个方向运动，需战胜原子核和其余原子的阻挡而损失一部分能量，节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，只需战胜原子核的引力做功的状况，才拥有最大初动能．光电子的初动能小于或等于光电子的最大初动能．(3)光电流与饱和光电流：金属板飞出的光电子抵达阳极，回路中便产生光电流，跟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，在必定的光照条件下，饱和光电流与所加电压大小没关．(4)入射光强度与光子能量：入射光强度指单位时间内照耀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次同样的光照耀金属产生光电效应而言的，对于不一样频次的光，因为每个光子的能量不一样，饱和光电流与入射光强度之间没有简单的正比关系．2．光电效应的研究思路(1)两条线索(2)两条对应关系光强盛→ 光子数目多→ 发射光电子多→ 光电流大光子频次高→ 光子能量大→ 光电子的最大初动能大(3)三点提示①可否发生光电效应，不取决于光的强度而取决于光的频次．②光电效应中的“光”不是特指可见光，也包含不行见光．③逸出功的大小由金属自己决定，与入射光没关．[ 典例赏析 ][ 典例1] (2016 ·全国卷Ⅰ改编)( 多项选择 ) 现用某一光电管进行光电效应实验，当用某一频次的光入射时，有光电流产生．以下说法正确的选项是()A．保持入射光的频次不变，入射光的光强变大，饱和光电流变大B．入射光的频次变高，饱和光电流变大C．入射光的频次变高，光电子的最大初动能变大D．保持入射光的光强不变，不停减小入射光的频次，一直有光电流产生[分析] AC [ 保持入射光的频次不变，入射光的光强变大，单位时间内光电子变多，饱和光电流变大，1 2A 对；据爱因斯坦光电效应方程m＝ν － 0 可知，入射光的频次变高，2mv hW光电子的最大初动能变大，饱和光电流不变， B 错， C 对；当hν＜W0时没有光电流产生，D错． ][ 题组稳固 ]1． ( 多项选择 )1905年是爱因斯坦的“奇观”之年，这一年他先后发布了三篇拥有划时代意义的论文，此中对于光量子的理论成功的解说了光电效应现象．对于光电效应，以下说法正确的选项是 ()A．当入射光的频次低于极限频次时，不可以发生光电效应B．光电子的最大初动能与入射光的频次成正比C．光电子的最大初动能与入射光的强度成正比D．某单色光照耀一金属时不发生光电效应，改用波长较短的光照耀该金属可能发生光电效应分析： AD [ 依据光电效应现象的实验规律，只有入射光频次大于极限频次才能发生光电效应，故A、D 正确．依据光电效应方程，最大初动能与入射光频次为线性关系，但非正比关系， B 错误；依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没关，C错误．]2． ( 多项选择 ) 用如下图的光电管研究光电效应的实验中，用某种频次的单色光 a 照耀光电管阴极K，电流计G 的指针发生偏转．而用另一频次的单色光 b 照耀光电管阴极K 时，电流计G的指针不发生偏转，那么( )A．a光的频次必定大于 b 光的频次B．只增添 a 光的强度可使经过电流计G的电流增大C．增添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 时经过电流计 G的电流是由d到c分析： AB [ 因为用单色光 a 照耀光电管阴极K，电流计G的指针发生偏转，说明发生了光电效应，而用另一频次的单色光 b 照耀光电管阴极K 时，电流计 G 的指针不发生偏转，说明 b 光不可以发生光电效应，即 a 光的频次必定大于 b 光的频次，A正确；增添 a 光的强度可使单位时间内逸出光电子的数目增添，则经过电流计G 的电流增大，因为 b 光不可以发生光电效应，所以即便增添 b 光的强度也不行能使电流计G的指针发生偏转，B正确， C错误；用 a 光照耀光电管阴极K 时，经过电流计 G 的电子的方向是由d到c，所以电流方向是由c 到，选项 D错误，应选 A、 B.]d考点二光电效应方程及图象的理解[ 考点解读 ]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能够利用光电管实验的方法测得，即E k＝ eU c，此中U c是遏止电压．(3)光电效应方程中的 W0为逸出功，它与极限频次νc的关系是 W0＝ hνc.2．四类图象图象名称图线形状读守信息最大初动能 E 与入①截止频次 ( 极限频次 ) ：横k射光频次ν 的关系轴截距②逸出功：纵轴截距的绝对值 W0＝|－ E|＝ E③普图线朗克常量：图线的斜率k＝h①截止频次ν c ：横轴截距②制止电压 U c与入射制止电压 U c：随入射光频次光频次ν 的关系图的增大而增大③普朗克常量线h：等于图线的斜率与电子电荷量的乘积，即h＝ ke.颜色同样、强度不①制止电压 U：横轴截距②c同的光，光电流与饱和光电流 I m：电流的最大电压的关系值③最大初动能：km＝ cE eU①制止电压c1、 c2②饱和光颜色不一样时，光电U U电流③最大初动能E k1＝流与电压的关系eU ， E ＝ eUc1 k2 c2[ 典例赏析 ][典例 2] (2017 ·全国卷Ⅲ )( 多项选择 ) 在光电效应实验中，分别用频次为ν 、ν的单a b色光 a、 b 照耀到同种金属上，测得相应的制止电压分别为U a和 U b、光电子的最大初动能分别为 E 和 E . h 为普朗克常量．以下说法正确的选项是( )ka kbA．若νa＞νb，则必定有U a＜U bB．若νa＞νb，则必定有k a＞ k bE EC．若U＜U，则必定有E＜Ea b kakbD．若ν＞ν，则必定有hν － E ＞ hν －Ea b a kab k b[分析] BC [ 光照耀到同种金属上，同种金属的逸出功同样．若ν a＞ν b，据ν －hW0＝E k，得 E ka＞E kb，则B项正确．由hν － W0＝ E k＝ eU，可知当νa＞νb时 U a＞ U b，则A项错误．若 U＜ U，说明 E ＜ E ，则C项正确．由 hν－ E ＝ W，而同一种金属W同样，故Da b k a kb k 0 0 项错误． ]应用光电效应方程时的注意事项1．每种金属都有一个截止频次，入射光频次大于这个截止频次时才能发生光电效应．2．截止频次是发生光电效应的最小频次，对应着光的极限波长和金属的逸出功，即c chν＝ hλc＝ W.3．应用光电效应方程k ＝ν － 0 时，注意能量单位电子伏和焦耳的换算(1 eV ＝E h W1.6 ×10 －19 J) ．[ 题组稳固 ]1．(2018 ·全国卷Ⅱ ) 用波长为300 nm 的光照耀锌板，电子逸出锌板表面的最大初动能为 1.28 ×10－19 J. 已知普朗克常量为 6.63 ×10 － 34 J·s，真空中的光速为 3.0 ×10 8 m·s－1，能使锌产生光电效应的单色光的最低频次约为( )A．1×10 14 Hz B．8×10 14 HzC．2×10 15 Hz D．8×10 15 Hz分析： B [ 由光电效应方程式得：km＝ν －0①E h WW＝ hν②0 0E c E 14联立①②得：νkm km Hz.]＝ν －h＝λ－h＝8×102． ( 多项选择 )1905年，爱因斯坦把普朗克的量子化观点进一步推行，成功地解说了光电效应现象，提出了光子说．在给出与光电效应相关的四个图象中，以下说法正确的选项是()A ．图 1 中，当紫外线照耀锌板时，发现验电器指针发生了偏转，说明锌板带正电，验电器带负电B ．图 2 中，从光电流与电压的关系图象中能够看出，电压同样时，光照越强，光电流越大，说明制止电压和光的强度相关C ．图 3 中，若电子电荷量用e表示， ν 1、 ν c 、 1 已知，由c－ ν 图象可求得普朗克U U常量的表达式为h ＝U 1eν 1－ ν cD ．图 4 中，由光电子最大初动能E k 与入射光频次 ν 的关系图象可知该金属的逸出功为 E 或 h ν 0分析： CD [ 用紫外线灯发出的紫外线照耀锌板，锌板失掉电子带正电，验电器与锌板相连，则验电器的金属球和金属指针带正电，应选项A 错误；由题图可知电压同样时，光照越强，光电流越大，只好说明光电流强度与光的强度相关，制止电压只与入射光的频次相关，与入射光的强度没关，应选项B 错误；依据爱因斯坦光电效应方程Ue ＝h ν － W ，cchW ch hU Ue可知 U ＝ ν － 0，图象 U － ν 的斜率表示 ，即 ＝ 11e ，解得 h ＝，应选项 Cee e ν 1－ ν cν 1－ ν c正确；依据光电效应方程E ＝ h ν － W ， E －ν 图线的纵轴截距的绝对值表示逸出功，则逸k0k出功为 E ，当最大初动能为零，入射光的频次等于金属的极限频次，则金属的逸出功等于h ν 0，应选项 D 正确． ]考点三 光的波粒二象性物质波[ 考点解读 ]光既有颠簸性，又有粒子性，二者不是孤立的，而是有机的一致体，其表现规律为：(1) 从数目上看：个别光子的作用成效常常表现为粒子性；大批光子的作用成效常常表现为颠簸性．(2) 从频次上看：频次越低颠簸性越明显，越简单看到光的干预和衍射现象；频次越高粒子性越明显，贯串本事越强，越不简单看到光的干预和衍射现象．(3) 从流传与作用上看：光在流传过程中常常表现出颠簸性；在与物质发生作用时常常表现为粒子性．h(4) 颠簸性与粒子性的一致：由光子的能量E ＝ h ν 、光子的动量表达式 p ＝ λ 也能够看出，光的颠簸性和粒子性其实不矛盾：表示粒子性的能量和动量的计算式中都含有表示波的特点的物理量——频次ν 和波长 λ .(5) 理解光的波粒二象性时不行把光当作宏观观点中的波，也不行把光当作宏观观点中的粒子．[ 典例赏析 ][ 典例 3] ( 多项选择 ) 实物粒子和光都拥有波粒二象性．以下事实中突出表现颠簸性的是()A．电子束经过双缝实验装置后能够形成干预图样B．β射线在云室中穿过会留下清楚的径迹C．人们利用慢中子衍射来研究晶体的构造D．人们利用电子显微镜观察物质的微观构造分析： ACD [ 电子束经过双缝实验装置后能够形成干预图样，能够说明电子是一种波，故 A 正确；β射线在云室中穿过会留下清楚的径迹，能够说明β射线是一种粒子，故 B 错误；人们利用慢中子衍射来研究晶体的构造，中子衍射说明中子是一种波，故 C 正确；人们利用电子显微镜观察物质的微观构造，利用了电子束的衍射现象，说明电子束是一种波，故 D 正确． ][ 题组稳固 ]1．以下说法中正确的选项是()A．实物的运动有特定的轨道，所以实物不拥有波粒二象性B．康普顿效应说明光子既有能量又有动量C．光是高速运动的微观粒子，单个光子不拥有波粒二象性D．宏观物体的物质波波长特别小，极易察看到它的颠簸分析： B[ 由德布罗意理论知，宏观物体的德布罗意波的波长太小，实质很难察看到颠簸性，但仍拥有波粒二象性，A、 D 错误；康普顿效应说明光子除了拥有能量以外还有动量， B 正确；波粒二象性是光子的特征，单个光子也拥有波粒二象性，C错误． ] 2． ( 多项选择 ) 波粒二象性是微观世界的基本特点，以下说法正确的有()A．光电效应现象揭露了光的粒子性B．热衷子束射到晶体上产生衍射图样说明中子拥有颠簸性C．黑体辐射的实验规律可用光的颠簸性解说D．动能相等的质子和电子，它们的德布罗意波长也相等分析： AB [ 光电效应现象说明光拥有粒子性， A 对；衍射是波独有的特点， B 对；黑C 错；由德布罗意波长公式h h体辐射可用光的粒子性解说，λ ＝p可知λ ＝k ，因电子和2mE质子的质量不一样，它们的波长也就不一样，D错． ]。
高考物理一轮复习第12章量子论初步原子核第1节课时提能练33光电效应氢原子光谱
课时提能练(三十三) 光电效应 氢原子光谱(限时：40分钟) A 级 跨越本科线1．(多选)卢瑟福和他的学生用α粒子轰击不同的金属，并同时进行观测，经过大量的实验，最终确定了原子的核式结构．如图1218为该实验的装置，其中荧光屏能随显微镜在图中的圆面内转动．当用α粒子轰击金箔时，在不同位置进行观测，如果观测的时间相同，则下列说法正确的是( )图1218A ．在1处看到的闪光次数最多B ．2处的闪光次数比4处多C ．3和4处没有闪光D ．4处有闪光但次数极少ABD [卢瑟福和他的学生做α粒子散射实验时，得到以下结论：绝大多数α粒子直接穿过金箔，少数发生偏转，极少数发生大角度的偏转，偏转的角度甚至大于90°，A 、B 、D 正确．]2．下列关于原子光谱的说法不正确的是( )A ．原子光谱是由物质的原子从高能级向低能级跃迁时辐射光子形成的B ．不同的谱线分布对应不同的元素C ．不同的谱线对应不同的发光频率D ．利用光谱分析不可以准确确定元素的种类D [原子光谱即线状谱，是由物质的原子从高能级向低能级跃迁时辐射光子形成的；每种原子都有自己的特征谱线，可以利用它来鉴别物质或确定物质的组成部分．故D 不正确，选D.]3．(多选)光电效应的实验结论是：对于某种金属( )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 [根据光电效应规律可知A 正确，B 、C 错误．根据光电效应方程12mv 2m ＝hν－W 0，频率ν越高，初动能就越大，D 正确．]4．(多选)(2017·泰州摸底)下列说法正确的是( )A ．普朗克通过研究黑体辐射提出能量子的概念，成为量子力学的奠基人之一B．玻尔原子理论第一次将量子观念引入原子领域，提出了定态和跃迁的概念，成功地解释了各种原子光谱的实验规律C．一束光照射到某种金属上不能发生光电效应，可能是因为这束光的光强太小D．德布罗意在爱因斯坦光子说的基础上提出物质波的猜想，而电子的衍射实验证实了他的猜想AD[普朗克通过研究黑体辐射提出能量子的概念，成为量子力学的奠基人之一，A正确；玻尔原子理论第一次将量子观念引入原子领域，提出了定态和跃迁的概念，成功地解释了氢原子光谱的实验规律，B错误；一束光照射到某种金属上不能发生光电效应，是因为这束光的频率太小，故C错误；德布罗意在爱因斯坦光子说的基础上提出物质波的猜想，而电子的衍射实验证实了他的猜想，D正确．]5．(2017·湖南师大附中摸底)有关氢原子光谱的说法正确的是( )A．氢原子的发射光谱是连续谱B．氢原子光谱说明氢原子只发出特定频率的光C．氢原子光谱说明氢原子能量是连续的D．氢原子光谱线的频率与氢原子能级的能级差无关B[由于氢原子的轨道是不连续的，而氢原子在不同的轨道上的能级E n＝1n2E1，故氢原子的能级是不连续的，即是分立的，故C错误；当氢原子从较高能级轨道第n能级跃迁到较低能级轨道第m能级时，发射的光子的能量为E＝E n－E m＝1n2E1－1m2E1＝m2－n2n2m2E1＝hν，显然n、m的取值不同，发射光子的频率就不同，故氢原子光谱线的频率与氢原子能级的能级差有关，故D错误；由于氢原子发射的光子的能量：E＝E n－E m＝1n2E1－1m2E1＝m2－n2n2m2E1，所以发射的光子的能量值E是不连续的，只能是一些特殊频率的谱线，故A错误，B正确．] 6．(2017·枣庄模拟)如图1219所示为氢原子能级的示意图，现有大量的氢原子处于n＝4的激发态，当向低能级跃迁时辐射出若干不同颜色的光．关于这些光下列说法正确的是( )图1219A．由n＝4能级跃迁到n＝1能级产生的光子波长最长B．由n＝2能级跃迁到n＝1能级产生的光子频率最小C．这些氢原子总共可辐射出3种不同频率的光D．用n＝2能级跃迁到n＝1能级辐射出的光照射逸出功为6.34 eV的金属铂能发生光电效应D[根据E m－E n＝h cλ，由n＝4能级跃迁到n＝3能级产生的光，能量最小，波长最长，故A 错误；由n ＝4能级跃迁到n ＝3能级产生的光子能量最小，频率最小，故B 错误；大量的氢原子处于n ＝4的激发态，可能发出光子频率的种数n ＝C 24＝6，故C 错误；从n ＝2能级跃迁到n ＝1能级辐射出的光子的能量E ＝E 2－E 1＝－3.4eV －(－13.6)eV ＝10.2eV ＞6.34eV ，而使金属发生光电效应的条件是光子的能量大于电子的逸出功，故可以发生光电效应，故D 正确．]7．(多选)如图12110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( )【导学号：92492402】图12110A ．该金属的极限频率为4.27×1014Hz B ．该金属的极限频率为5.5×1014Hz C ．该图线的斜率表示普朗克常量 D ．该金属的逸出功为0.5 eVAC [由光电效应方程E km ＝hν－W 0知图线与横轴交点为金属的极限频率，即ν0＝4.30×1014Hz ，A 对，B 错；该图线的斜率为普朗克常量，C 对；金属的逸出功W ＝hν0＝6.63×10－34×4.30×1014/1.6×10－19eV≈1.8 eV，D 错．]8．某光电管的阴极是用金属钾制成的，它的逸出功为2.21 eV ，用波长为2.5×10－7m 的紫外线照射阴极．已知真空中光速为3.0×108m/s ，元电荷为1.6×10－19C ，普朗克常量为 6.63×10－34J·s，求得钾的极限频率和该光电管发射的光电子的最大初动能应分别是( )A ．5.3×1014 Hz,2.2 JB ．5.3×1014Hz,4.4×10－19JC ．3.3×1033 Hz,2.2 JD ．3.3×1033Hz,4.4×10－19JB [由W ＝hν0得极限频率ν0＝W 0h ＝2.21×1.6×10－196.63×10－34Hz ＝5.3×1014Hz 由光电效应方程hν＝W 0＋E km 得E km ＝hν－W 0＝h cλ－W 0＝⎝ ⎛⎭⎪⎫6.63×10－34×3.0×1082.5×10－7－2.21×1.6×10－19 J ＝4.4×10－19J]B 级 名校必刷题9．(多选)(2017·恩施模拟)用如图12111所示的装置演示光电效应现象．当用某种频率的光照射到光电管上时，电流表G 的读数为i .若改用更高频率的光照射，此时( )【导学号：92492403】图12111A ．将电池正的极性反转，则光电管中没有光电子产生B ．将开关S 断开，则有电流流过电流表GC ．将变阻器的触点c 向b 移动，光电子到达阳极时的速度可能变小D ．只要电源的电动势足够大，将变阻器的触点c 向a 端移动，电流表G 的读数必将变大BC [电流表有示数说明发生了光电效应，有光电子产生，光电管左侧是正极右侧是负极，电场线向右，产生的光电子受向左的电场力，逸出后做加速运动，将电池正的极性反转，光电子逸出后做减速运动，也可能到达左极板，选项A 错误；将开关S 断开，产生的光电子匀速运动到左侧，有电流流过电流表G ，选项B 正确；将变阻器的触点c 向b 移动，光电管两侧电压减小，光电子到达阳极时的速度可能变小，选项C 正确；当光强一定，光电流达到饱和时，即使再增大光电管两端的电压，光电流也不会再增加，故即使电源的电动势足够大，将变阻器的触点c 向a 端移动，电流表G 的读数不一定变大，选项D 错误；故选B 、C.]10．(2017·保定模拟)可见光光子的能量在1.61 eV ～3.10 eV 范围内．如图12112所示，氢原子从第4能级跃迁到低能级的过程中，根据氢原子能级图可判断( )图12112A ．从第4能级跃迁到第3能级将释放出紫外线B ．从第4能级跃迁到第3能级放出的光子，比从第4能级直接跃迁到第2能级放出的光子频率更高C ．从第4能级跃迁到第3能级放出的光子，比从第4能级直接跃迁到第1能级放出的光子波长更长D ．氢原子从第4能级跃迁到第3能级时，原子要吸收一定频率的光子，原子的能量增加C [从n ＝4能级跃迁到n ＝3能级时辐射的光子能量ΔE 43＝－0.85 eV －(－1.51 eV)＝0.66 eV ，不在可见光光子能量范围之内，属于红外线，故A 错误；从n ＝4能级跃迁到n ＝2能级时辐射的光子能量ΔE 42＝－0.85 eV －(－3.40 eV)＝2.55 eV ＞ΔE 43，光子的频率ν＝ΔEh，所以ν43＜ν42，故B 错误；从n ＝4能级跃迁到n ＝1能级时辐射的光子能量ΔE 41＝－0.85 eV －(－13.60 eV)＝12.75 eV ＞ΔE 43，光子的波长λ＝hcΔE，所以λ43＞λ41，故C 正确；从第4能级跃迁到第3能级时，原子要辐射一定频率的光子，原子的能量减少，故D 错误．]11．氢原子在基态时轨道半径r 1＝0.53×10－10m ，能量E 1＝－13.6 eV.求氢原子处于基态时：(1)电子的动能； (2)原子的电势能；(3)用波长是多少的光照射可使其电离？【解析】 (1)设处于基态的氢原子核外电子速度为v 1，则：k ·e 2r 21＝mv 21r 1电子动能E k1＝12mv 21＝ke22r 1＝9×109× 1.6×10－1922×0.53×10－10×1.6×10－19eV ＝13.6 eV. (2)E 1＝E k1＋E p1E p1＝E 1－E k1＝－13.6 eV －13.6 eV ＝－27.2 eV.(3)设用波长λ的光照射可使氢原子电离：hcλ＝0－E 1 λ＝－hc E 1＝－6.63×10－34×3×108－13.6×1.6×10－19m＝0.914 1×10－7m.【答案】 (1)13.6 eV (2)－27.2 eV (3)0.914 1×10－7 m12．氢原子处于基态时，原子能量E 1＝－13.6 eV ，已知电子电量e ＝1.6×10－19C ，电子质量m ＝0.91×10－30kg ，氢的核外电子的第一条可能轨道的半径为r 1＝0.53×10－10m.(1)若要使处于n ＝2能级的氢原子电离，至少要用频率为多大的电磁波照射该氢原子？ (2)氢原子核外电子的绕核运动可等效为一环形电流，则氢原子处于n ＝2的激发态时，核外电子运动的等效电流为多大？(3)若已知钠的极限频率为6.00×1014Hz ，今用一群处于n ＝4的激发态的氢原子发射的光谱照射钠，试通过计算说明有几条谱线可使钠发生光电效应？【导学号：92492404】【解析】 (1)要使处于n ＝2能级的氢原子电离，照射光光子的能量应能使电子从n ＝2能级跃迁到无限远处，最小频率的电磁波的光子能量应为：hν＝0－E 14得ν＝8.21×1014Hz.(2)氢原子核外电子绕核做匀速圆周运动，库仑力提供向心力，有ke 2r 22＝4π2mr 2T 2其中r 2＝4r 1.根据电流强度的定义I ＝e T由以上两式得I ＝e 216πr 1k mr 1将数据代入得I ＝1.3×10－4A.(3)由于钠的极限频率为6.00×1014Hz ，则使钠发生光电效应的光子的能量至少为 E 0＝hν＝6.63×10－34×6.00×10141.6×10－19eV ＝2.486 eV 一群处于n ＝4能级的激发态的氢原子发射的光子，要使钠发生光电效应，应使跃迁时两能级的差ΔE ≥E 0，所以在6条光谱线中有E 41、E 31、E 21、E 42这4条谱线可使钠发生光电效应．【答案】 (1)8.21×1014Hz (2)1.3×10－4A (3)4条。
高考物理一轮复习 第12章 量子论初步 原子核章末专题复习
第12章 量子论初步 原子核高考热点1|半衰期的计算半衰期的计算方法(1)半衰期是指原子核有半数发生衰变所经历的时间，它是由原子核内部因素决定的，与外界环境无关，由n ＝N ⎝⎛⎭⎪⎫12t τ，m ＝M ⎝ ⎛⎭⎪⎫12t τ可进行有关计算．(2)半衰期是原子核有半数发生衰变，变成新核，并不是原子核的数量、质量减少一半．(3)要理解半衰期公式中各物理量的含义，在公式n ＝N ⎝ ⎛⎭⎪⎫12t τ，m ＝M ⎝ ⎛⎭⎪⎫12tτ中，n 、m 分别表示衰变后尚未发生衰变的放射性元素的原子核数量和质量．测得某矿石中铀、铅质量比为1.16∶1，假设开始时矿石只含有铀238，发生衰变的铀238都变成了铅206.已知铀238的半衰期是4.5×109年，求矿石的年龄．【解析】 设开始时矿石中铀238的质量为m 0，经n 个半衰期后，剩余铀的质量为m 余，则m 余＝m 0⎝ ⎛⎭⎪⎫12n ，衰变掉的铀为m 0－m 余＝m 0⎣⎢⎡⎦⎥⎤1－⎝ ⎛⎭⎪⎫12n ，一个铀核衰变成一个铅核，设生成铅的质量为m ，则m 0⎣⎢⎢⎡⎦⎥⎥⎤1－⎝ ⎛⎭⎪⎫12n m ＝238206，得m ＝206238m 0⎣⎢⎡⎦⎥⎤1－⎝ ⎛⎭⎪⎫12n，根据题意有m 余m ＝1.161，即m 0⎝ ⎛⎭⎪⎫12n206238m 0⎣⎢⎡⎦⎥⎤1－⎝ ⎛⎭⎪⎫12n ＝1.161解得n ＝1，即t ＝τ＝4.5×109年． 【答案】 4.5×109年 [突破训练]1．约里奥·居里夫妇因发现人工放射性而获得了1935年的诺贝尔化学奖，他们发现的放射性元素3015P 衰变成3014Si 的同时放出另一种粒子，这种粒子是________，3215P 是3015P 的同位素，被广泛应用于生物示踪技术，1 mg 3215P 随时间衰变的关系如图121所示，请估算4 mg 的3215P 经多少天的衰变后还剩0.25 mg?图121【解析】 (1)由质量数守恒、电荷数守恒，可得：3015P ―→3014Si ＋0＋1e ，所以这种粒子是正电子0＋1e.(2)由3215P 随时间衰变的关系图可得，其半衰期τ＝14天由m 剩＝⎝ ⎛⎭⎪⎫12n m 0，且⎩⎪⎨⎪⎧m 剩＝0.25 mg m 0＝4 mg得n ＝4所以t ＝nτ＝56天． 【答案】＋1e 56天高考热点2|核反应方程的理解和种类1．核反应方程应注意以下几点：(1)必须遵守电荷数守恒、质量数守恒规律，有的还要考虑能量守恒规律(如裂变和聚变方程常含能量项)(2)核反应方程中的箭头(→)表示反应进行的方向，不能把箭头写成等号． (3)写核反应方程必须要有实验依据，决不能毫无根据地编造． 2．核反应类型有：衰变、人工转变、裂变、轻核聚变用中子轰击氧原子核的核反应方程式为168O ＋10n ―→a 7N ＋0b X ，对式中X 、a 、b 的判断正确的是( )A ．X 代表中子，a ＝17，b ＝1B ．X 代表正电子，a ＝17，b ＝－1C ．X 代表正电子，a ＝17，b ＝1D ．X 代表质子，a ＝17，b ＝1C [根据质量数、电荷数守恒可知a ＝17，b ＝8＋0－7＝1，因此X 可表示为0＋1e ，即正电子，故C 项正确，A 、B 、D 项错．][突破训练]2．现有三个核反应： ①2411Na→2412Mg ＋0－1e②23592U ＋10n ―→14156Ba ＋9236Kr ＋310n ③21H ＋31H→42He ＋10n 下列说法正确的是( )A ．①是裂变，②是β衰变，③是聚变B ．①是聚变，②是裂变，③是β衰变C ．①是β衰变，②是裂变，③是聚变D ．①是β衰变，②是聚变，③是裂变C [原子核的变化通常包括衰变、人工转变、裂变和聚变．衰变是指原子核放出α粒子和β粒子后，变成新的原子核的变化，像本题中的核反应①；原子核的人工转变是指在其它粒子的轰击下变成新的原子核的变化；裂变是重核分裂成质量较小的核，像核反应②；聚变是轻核结合成质量较大的核，像核反应③；综上所述，C 项正确．]高考热点3|氢原子跃迁的分析1．氢原子的能级公式和轨道公式设基态轨道的半径为r 1，量子数为n 的激发态轨道半径为r n ，则有：r n ＝n 2r 1(n ＝1,2,3…) 设基态能量为E 1，量子数为n 的激发态能量为E n ，则有：E n ＝E 1n2(n ＝1,2,3…) 对于氢原子而言，r 1＝0.53×10－10m ，E 1＝－13.6 eV2．量子数为n 的氢原子辐射光子数的判定方法如果是一个氢原子，向低能级跃迁时最多发出的光子数为(n －1)种；如果是一群氢原子，向低能级跃迁时最多发出的光子数为C 2n 种．(多选)氢原子能级如图122所示，当氢原子从n ＝3跃迁到n ＝2的能级时，辐射光的波长为656 nm.以下判断正确的是( )图122A ．氢原子从n ＝2跃迁到n ＝1的能级时，辐射光的波长大于656 nmB ．用波长为325 nm 的光照射，可使氢原子从n ＝1跃迁到n ＝2的能级C ．一群处于n ＝3能级上的氢原子向低能级跃迁时最多产生3种谱线D ．用波长为633 nm 的光照射，不能使氢原子从n ＝2跃迁到n ＝3的能级CD [氢原子从n ＝2能级跃迁到n ＝1能级时，辐射光的波长小于656 nm ，选项A 错误．一群处于n ＝3能级的氢原子向低能级跃迁时，可能辐射出的光谱线条数为3条，C 选项正确．根据当原子跃迁时，其光子能量必须等于两个能级的能量差可知，B 选项错误，D 选项正确．][突破训练]3．如图123中画出了氢原子的5个能级，并注明了相应的能量E n ，处在n ＝4的能级的一群氢原子向低能级跃迁时，能够发出若干种不同频率的光波．已知金属钾的逸出功为2.22 eV.在这些光波中，能够从金属钾的表面打出光电子的总共有( )【导学号：92492410】图123A．二种B．三种C．四种D．五种C[由题意和能级图知，能够发出6种不同频率的光波．当逸出功W＝hν0＜E n－E m时可产生光电子．代入数据E4－E3＝0.66 eV E3－E2＝1.89 eVE4－E2＝2.55 eV E3－E1＝12.09 eVE4－E1＝12.75 eV E2－E1＝10.20 eV显然总共有4种．]。
高考物理(大纲版)第一轮复习课时作业-量子论初步原子核(1)
第1单元量子论初步一、选择题1.现代物理学认为，光和实物粒子都具有波粒二象性.下列事实中突出体现粒子性的是()A.一定频率的光照射到锌板上，光的强度越大，单位时间内锌板上发射的光电子就越多B.肥皂液是无色的，吹出的肥皂泡却是彩色的C.知道小球的质量和速度可以计算其波长，不过我们能清晰地观测到小球运动的轨迹D.人们常利用热中子研究晶体的结构，因为热中子的德布罗意波长与晶体中原子间距大致相同2.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，则下列说法正确的是( )A.从光照到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3.对爱因斯坦光电效应方程E k=hν-W,下面的理解正确的是()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ν0之间应满足关系式W=hν0D.光电子的最大初动能和入射光的频率成正比4.太赫兹辐射是指频率为0.3 T H z到10 T H z(1 T H z=1012 H z)，波长介于无线电波中的毫米波与红外线之间的电磁辐射，辐射所产生的T射线在物体成像、医疗诊断、环境检测、通讯等方面具有广阔的应用前景.最近，科学家终于研制出以红外线激光器为基础的首台可产生4.4 T H z的T射线激光器，从而使T射线的有效利用成为现实.关于4.4 T H z的T射线下列说法中正确的是( )A.它的波长比可见光短B.它是原子内层电子受激发产生的C.与红外线相比，T射线更容易发生衍射现象D.与X射线相比，T射线更容易表现出粒子性5.研究光电效应规律的实验装置如图甲所示，以频率为ν1和ν2的两种光分别照射光电管阴极K时，都有光电子产生.在光电管的两极K、A之间加反向电压时，光电子从阴极K发射出来后向阳极A做减速运动.当电流表G读数为零时，电压表V的读数称为反向截止电压.在光电管K、A之间加正向电压时，光电子从阴极K发射出来向阳极A做加速运动，当电流表G的读数为最大时，称为饱和光电流.由电压表V和电流表G的读数，可画出两种光照射时光电管的伏安特性曲线如图乙所示.以下说法正确的是( )A .两种光分别照射光电管时，阴极K 的极限频率不同B .两种光分别照射光电管时，光电子从阴极K 表面逸出时间的长短不同C .两种光的频率不同D .两种光的强度不同6.（2008年广东高考）有关氢原子光谱的说法正确的是()A .氢原子的发射光谱是连续谱B .氢原子光谱说明氢原子只发出特定频率的光C .氢原子光谱说明氢原子能级是分立的D .氢原子光谱线的频率与氢原子能级的能量差无关7.用大量具有一定能量的电子轰击大量处于基态的氢原子，观测到了一定数目的光谱线.调高电子的能量再次进行观测，发现光谱线的数目比原来增加了5条.用Δn 表示两次观测中最高激发态的量子数n 之差，E表示调高后电子的能量.根据氢原子的能级图可以判断，Δn和E 的可能值为()A .Δn =1,13.22 eV <E <13. 32 eVB .Δn =2,13.22 eV <E <13.32 eVC .Δn =1,12.75 eV <E <13.06 eVD .Δn =2,12.75 eV <E <13.06 eV8.氢原子在某三个相邻能级之间跃迁时，可发出三种不同波长的光.已知其中的两个波长分别为λ1和λ2，且λ1>λ2，则另一个波长可能是()A .λ1+λ2B .λ1-λ2C .1212λλλλ+D .1212λλλλ- 9.下列说法正确的是( )A .太阳辐射的能量主要来自太阳内部的核裂变反应B .汤姆生发现电子，表明原子具有核式结构C .一束光照射到某种金属上不能发生光电效应，是因为该束光的波长太短D .按照玻尔理论，氢原子核外电子从半径较小的轨道跃迁到半径较大的轨道时，电子的动能减小，原子总能量增大10.如图为氢原子能级的示意图，现有大量的氢原子处于n =4的激发态，当向低能级跃迁时辐射出若干不同频率的光.关于这些光下列说法正确的是( )A .最容易表现出衍射现象的光是由n =4能级跃迁到n =1能级产生的B .频率最小的光是由n =2能级跃迁到n =1能级产生的C .这些氢原子总共可辐射出3种不同频率的光D .用n =2能级跃迁到n =1能级辐射出的光照射逸出功为6.34 eV 的金属铂能发生光电效应二、非选择题11.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W0=3.34 eV,用某种紫外线照射锌板时，逸出光电子的最大速度为106 m/s，求该紫外线的波长λ(光电子质量me=9.11×10-31k g,普朗克常量h=6.63×10-34 J·s,1 eV=1.6×10-19 J，光速c=3.0×108m/s).12.科学家设想未来的宇航事业中利用太阳帆来加速星际飞船.“神舟”五号载人飞船在轨道上运行期间，成功实施了飞船上太阳帆的展开试验.设该飞船所在地每秒每单位面积（m2）接收的光子数为n，光子平均波长为λ，太阳帆面积为S，反射率为100%,光子动量p=h .设太阳光垂直射到太阳帆上，飞船总质量为m，求飞船加速度的表达式.参考解答一、选择题1.解析:吹出的肥皂泡是彩色的，是光的干涉现象，体现了光的波动性，故B错误；容易发生衍射现象，也体现了实物粒子的波动性，故D错误.答案:AC2.解析:光电效应的发生几乎是瞬时的，一般不超过10-9秒，A错误；入射光强度减弱，而频率保持不变，所以逸出的光电子的最大初动能不变，B错误；入射光强度减弱，频率保持不变，即单位时间内射到金属表面的光子数目较小，所以单位时间内从金属表面逸出的光电子数目将减小，C正确；入射光频率保持不变，所以仍能发生光电效应，D错误.答案:C3.解析:爱因斯坦光电效应方程E k=hν-W中的W表示从金属表面直接逸出的光电子克服金属中正电荷引力做的功，因此是所有逸出的光电子中克服引力做功的最小值，对应的光电子的初动能是所有光电子中最大的，其他光电子的初动能都小于这个值.若入射光的频率恰好是极限频率，即刚好能有光电子逸出,可理解为逸出的光电子的最大初动能是0，因此有W=h ν0.由E k=hν-W可知E k和ν之间是一次函数关系，但不是成正比关系.答案:C4.解析:电磁波中波长从长到短依次是：无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线.由已知条件，T射线介于无线电波和红外线之间，可见它的波长比可见光长，A错误；原子内层电子受激发产生的是X射线，B错误；波长越长的电磁波，越容易表现出波动性，所以C正确，D错误.答案:C5.解析:阴极K的极限频率由其材料决定，与入射光无关，A错；光电效应发生的时间极短，且时间的长短与入射光无关，B错；由图乙可知，两种光照射时，光电管的反向截止电压相同，则光电子的最大初动能全部用来克服电场力做功，由e U=12mv20,12mv20=hν-W可知，这两种光实际是同频率的光，C错；频率相同的两种光照射，光的强度大则饱和光电流大，图乙显示饱和光电流不同，表示入射光强度不同，D正确.答案:D6.解析:原子的发射光谱是原子跃迁时形成的，由于原子的能级是分立的，所以氢原子的发射光谱不是连续谱，原子发出的光子的能量正好等于原子跃迁时的能级差，故氢原子只能发出特定频率的光，综上所述，选项A、D错，B、C对.答案:BC7.解析:由原子在某一能级跃迁最多发射谱线数C2n可知C22=1，C23=3，C24=6，C25=10，C26=15. 由题意可知比原来增加5条光谱线，则调高电子能量前后，最高激发态的量子数分别可能为2和4，5和6……Δn=2和Δn=1.当Δn=2时：原子吸收了实物粒子（电子）的能量，则调高后电子的能量E≥E4-E1,E<E5-E1所以E≥［-0.85-(-13.60)］eV=12.75 eVE<［-0.54-(-13.06)］eV=13.06 eV所以12.75 eV≤E<13.06 eV故D正确.同理当Δn=1时，使调高后电子的能量满足E6-E1≤E<E7-E1［-0.38-(-13.60)］eV≤E<［-0.28-(-13.60)］eV13.22 eV≤E<13.32 eV故A正确.答案:AD8.解析:设另一个波长可能是λ3,当λ1>λ2>λ3时，氢原子在三个相邻的能级之间发生跃迁，辐射光子的能量关系为 ,可得λ3=1212λλλλ+,C 选项正确.当λ1>λ3>λ2或λ3>λ1>λ2时，同理可得 ，得λ3=1212λλλλ-，D 选项正确. 答案:CD 9.解析:太阳辐射的能量主要来自太阳内部的核聚变反应，故A 错.卢瑟福的α粒子散射实验表明原子具有核式结构，B 错.只有频率达到极限值才能发生光电效应，又因为λ=c /ν，故C 错.据玻尔理论知D 正确.答案:D10.解析:最容易发生衍射的应是波长最长而频率、能量最低的光波，h ν=hc /λ=E n -E m ，对应跃迁中能级差最小的应为n =4到n =3，故A 、B 错.由C 2n 可知处于n =4能级上的氢原子共可辐射出C 24=6种不同频率的光，故C 错.根据h ν=E 2-E 1及发生光电效应的条件h ν≥W 可知D 正确.答案:D二、非选择题11.解析:爱因斯坦提出的光子说很好地解释了光电效应现象；由爱因斯坦的光电效应方程，h ν=W 0+12m e v 2m ,又c =λν,联立解得:λ=201 2e m hc W m v + =2.0×10-7 m . 答案:爱因斯坦光子说2.0×10-7 m12.解析:动量为p 的光子垂直射到太阳帆上再反射，其动量改变量Δp 1=2p由动量定理F Δt =Δp 可得太阳帆上受到的光压力 F=p t =n SΔp 1=2nhS λ由牛顿第二定律F=m a 可得飞船的加速度为a= F m =2nhS m λ.答案:2nhSm[文档可能无法思考全面，请浏览后下载，另外祝您生活愉快，工作顺利，万事如意!]。
高考物理一轮复习 第12章 量子论初步 原子核 第1节 光电效 氢原子光谱
取夺市安慰阳光实验学校第1节光电效应氢原子光谱1．考纲变化：本章内容是模块3－5中的部分内容，考纲要求由原来的“选考内容”调至“必考内容”．2．考情总结：作为“选考内容”时，对原子和原子核的考查，以基础为主，难度不大，主要以选择题的形式出现．第1节光电效应氢原子光谱知识点1 光电效应1．光电效应的实验规律(1)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．(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)大于极限频率的光照射金属时，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．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＝hν，其中h＝6.63×10－34J·s.3．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W0，剩下的表现为逸出后电子的最大初动能E k＝12 mv2.知识点2 α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1211所示．α粒子散射实验的分析图图12112．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．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：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＝1.10×107m－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＝6.63×10－34J·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．3.氢原子的能级、能级公式(1)氢原子的能级图能级图如图1212所示．图1212(2)氢原子的能级公式E n＝1n2E1(n＝1,2,3，…)，其中E1为基态能量，其数值为E1＝－13.6_eV.(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.1．正误判断(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)原子核集中了原子全部的正电荷和质量．(×)(4)在玻尔模型中，原子的状态是不连续的．(√)(5)发射光谱可能是连续光谱，也可能是线状谱．(√)2．[对α粒子散射实验的考查]从α粒子散射实验结果出发推出的结论有：①金原子内部大部分都是空的；②金原子是一个球体；③汤姆孙的原子模型不符合原子结构的实际情况；④原子核的半径约是10－15m，其中正确的是( )【：92492400】A．①②③B．①③④C ．①②④D ．①②③④ B [α粒子散射实验的结果表明，原子是由原子核和核外电子构成的，原子核体积很小，质量大，原子的质量主要集中在原子核上，原子核外有一个非常大的空间，核外电子围绕原子核做高速运动，则从α粒子散射实验结果出发推出的结论有金原子内部大部分都是空的，汤姆孙的原子模型不符合原子结构的实际情况，原子核的半径约是10－15m ，不能说明金原子是球体，B 正确．]3．[对光电效应的考查](多选)如图1213为用光照射锌板产生光电效应的装置示意图．光电子的最大初动能用E k 表示、入射光的强度用C 表示、入射光的波长用λ表示、入射光的照射时间用t 表示、入射光的频率用ν表示．则下列说法正确的是( )图1213 A ．E k 与C 无关 B ．E k 与λ成反比 C ．E k 与t 成正比 D ．E k 与ν成线性关系AD [由E k ＝hν－W 0知，E k 与照射光的强度及照射时间无关，与ν成线性关系，A 、D 正确，C 错误；由E k ＝hcλ－W 0可知，E k 与λ不成反比，B 错误．]4．[对氢原子光谱的考查]如图1214所示，1、2、3、4为玻尔理论中氢原子最低的四个能级．用以下能量的光子照射基态的氢原子时，能使氢原子跃迁到激发态的是( )图1214 A ．1.51 eV B ．3.4 eV C ．10.2 eV D ．10.3 eVC [入射光子的能量只有等于原子所处能级与某一较高能级的差值时，入射光的光子才能被吸收，原子才能被激发，选C.]对光电效应的理解1.(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．(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．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．(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，光电效应现象不会消失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ABD[增大入射光强度，单位时间内照射到单位面积的光电子数增加，则光电流将增大，故选项A正确；光电效应是否发生取决于照射光的频率，而与照射强度无关，故选项B正确；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，若光的频率仍大于极限频率，则仍会发生光电效应，选项C错误；根据hν－W逸＝12mv2可知，增加照射光频率，光电子的最大初动能也增大，故选项D正确．]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( )【：92492401】A．光电子的最大初动能之比为2∶1B．该金属的截止频率为c3λC．该金属的截止频率为cλD．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＝12mv2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 cλ＝W＋12mv21，hc2λ＝W＋12mv22，又v1＝2v2，解得W＝hc3λ，则该金属的截止频率为c3λ，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．]两点提醒1．能否发生光电效应取决于入射光的频率而不是入射光的强度．2．光电子的最大初动能随入射光子频率的增大而增大，但二者不是正比关系．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.2．四类图象图象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νc②逸出功：图线与E k轴交点的纵坐标的值W0＝|－E|＝E③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图线①遏止电压U c：图线与横轴的交点②饱和光电流I m：电流的最大值③最大初动能：E km＝eU c颜色不同时，光电流与电压的关系图线①遏止电压U c1、U c2②饱和光电流③最大初动能E k1＝eU c1，E k2＝eU c2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量的乘积，即h＝ke.(注：此时两极之间接反向电压)●考向1 光电效应方程的应用1．(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106m/s，求该紫外线的波长λ.(电子质量M e＝9.11×10－31kg，普朗克常量h＝6.63×10－34J·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－W0 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＋12mv 2m ＝ 6.63×10－34×3×1083.34×1.6×10－19＋12×9.11×10－31×1012m≈2.009×10－7m【答案】 爱因斯坦的光子说很好地解释了光电效应 2．009×10－7m ●考向2 与光电效应有关的图象问题2．(多选)(2017·武威模拟)如图1215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( )图1215A ．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－W 0，对应图线可得，该金属的逸出功W 0＝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－W 0＝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．]3．研究光电效应规律的实验装置如图1216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1216反向电压U 和频率ν一定时，光电流i 与光强I 的关系 A 截止电压U C与频率ν的关系 B光强I 和频率ν一定时，光电流i 与反向电压U 的关系C光强I 和频率ν一定时，光电流i 与产生光电子的时间t 的关系 DB [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；从金属中打出的光电子，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．]光电效应问题中的五个决定关系1．逸出功W 0一定时，入射光的频率决定着能否产生光电效应以及光电子的最大初动能．2．入射光的频率一定时，入射光的强度决定着单位时间内发射出来的光电子数．3．爱因斯坦光电效应方程：E k ＝hν－W 0.4．最大初动能与遏止电压的关系：E k ＝eU c . 5．逸出功与极限频率、极限波长的关系：W 0＝hνc ＝h cλc.氢原子能级和能级跃迁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：N ＝C2n ＝n n －12.②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]1．(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．]2．如图1217所示，氢原子从n >2的某一能级跃迁到n ＝2的能级，辐射出能量为2.55 eV 的光子，问：(1)最少要给基态的氢原子提供多少电子伏特的能量，才能使它辐射上述能量的光子？(2)请在图中画出获得该能量后的氢原子可能的辐射跃迁图．图1217【解析】 (1)氢原子从n >2的某一能级跃迁到n ＝2的能级，辐射光子的频率应满足：hν＝E n －E 2＝2.55 eV则E n ＝hν＋E 2＝－0.85 eV又有：E n ＝E 1n2，所以：n ＝E 1E n ＝－13.6 eV－0.85 eV＝4基态氢原子要跃迁到n ＝4的能级，应该提供的能量为ΔE ＝E 4－E 1＝－0.85 eV －(－13.6)eV ＝12.75 eV.(2)辐射跃迁图如图所示：【答案】 (1)12.75 eV (2)见解析1．一个区别：一个氢原子和一群氢原子能级跃迁的可能性．2．两点提醒：(1)原子能级之间跃迁时吸收或放出的光子能量一定等于两能级之间的差值．(2)要使氢原子发生电离，原子吸收的能量可以是大于原子该能级值的任意值．。
2022版高考物理一轮复习 第十二章 近代物理初步 第1讲 光电效应 波粒二象性学案 新人教版
第1讲光电效应波粒二象性[目标要求]的建立对人们认识物质世界的影响。
第1讲光电效应波粒二象性授课提示：对应学生用书第229页一、光电效应1．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．研究光电效应的电路图(如图)其中A是阳极，K是阴极。
4．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。
二、爱因斯坦光电效应方程1．光子说在空间传播的光是不连续的，而是一份一份的，每一份叫作一个光的能量子，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W 0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的动能的最大值。
4．遏止电压与截止频率(1)遏止电压：使光电流减小到零的反向电压U c 。
(2)截止频率：能使某种金属发生光电效应的最小频率叫作该种金属的截止频率(又叫极限频率)。
不同的金属对应着不同的极限频率。
5．爱因斯坦光电效应方程 (1)表达式：E k ＝hν－W 0。
(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W 0，剩下的表现为逸出后光电子的最大初动能E k ＝12m e v 2。
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。
2021年高考物理一轮复习 第十二章 近代物理初步 第1讲 光电效应
2021年高考物理一轮复习第十二章近代物理初步第1讲光电效应2021年高考物理一轮复习第十二章近代物理初步第1讲光电效应第一讲光电效应原子结构氢原子光谱微知识1原子结构1．电子的发现汤姆森发现了电子，这证明了原子是可分离的。
2.核结构(1)卢瑟福通过α粒子散射实验，提出了原子的核式结构，实验装置如图所示。
（2）实验结果表明，绝大多数α粒子通过金箔后仍沿原方向运动，少数α粒子偏转较大，只有少数α粒子偏转角度超过90°，甚至反弹回来。
(3)原子的核式结构模型：在原子中心有个很小的核，叫做原子核，原子的全部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转动。
(4)原子直径的数量级约为10微知识2玻尔的氢原子理论1．能级：原子只能处于一系列不连续的能量状态中，具有确定能量的稳定状态称为定态，也称为能级，原子处于最低能级的状态叫做基态，其他的状态作激发态。
2.跃迁：当一个原子从一个能级（将能量设置为EM）跃迁到另一个能级（将能量设置为EN）时，它会辐射或吸收一定频率的光子，光子的能量为e=|EM EN |=Hν（H称为普朗克常数，H=6.63）×10js）。
轨道：原子的不同能量状态对应于电子的不同运行轨道。
因为原子的能量状态是不连续的，所以电子的轨道也是不连续的，也就是说，电子不能在任何半径的轨道上运动。
4．局限性：虽然它能很好地解释氢原子光谱，但与其他原子的光谱不符合。
原因在于它一方面引入了量子假设，另一方面又应用了经典理论计算电子轨道半径和能量，因此，玻尔理论在解释复杂的微观现象时遇到困难是必然的。
微知识3氢原子光谱1．氢原子的能级公式－34－10m，原子核直径的数量级约为10－15m。
e1en＝2(其中基态能量e1＝－13.6ev)N2．电子的半径公式rn＝n2r1（n＝1,2,3…）(其中r1＝0.53×103．特征谱线不同原子的亮线位置不同，说明不同原子的发射频率不同。
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课时提能练(三十三) 光电效应氢原子光谱(限时：40分钟)A级跨越本科线1．(多选)卢瑟福和他的学生用α粒子轰击不同的金属，并同时进行观测，经过大量的实验，最终确定了原子的核式结构．如图1218为该实验的装置，其中荧光屏能随显微镜在图中的圆面内转动．当用α粒子轰击金箔时，在不同位置进行观测，如果观测的时间相同，则下列说法正确的是( )图1218A．在1处看到的闪光次数最多B．2处的闪光次数比4处多C．3和4处没有闪光D．4处有闪光但次数极少ABD[卢瑟福和他的学生做α粒子散射实验时，得到以下结论：绝大多数α粒子直接穿过金箔，少数发生偏转，极少数发生大角度的偏转，偏转的角度甚至大于90°，A、B、D 正确．]2．下列关于原子光谱的说法不正确的是( )A．原子光谱是由物质的原子从高能级向低能级跃迁时辐射光子形成的B．不同的谱线分布对应不同的元素C．不同的谱线对应不同的发光频率D．利用光谱分析不可以准确确定元素的种类D[原子光谱即线状谱，是由物质的原子从高能级向低能级跃迁时辐射光子形成的；每种原子都有自己的特征谱线，可以利用它来鉴别物质或确定物质的组成部分．故D不正确，选D.]3．(多选)光电效应的实验结论是：对于某种金属( )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 [根据光电效应规律可知A 正确，B 、C 错误．根据光电效应方程12mv 2m ＝hν－W 0，频率ν越高，初动能就越大，D 正确．]4．(多选)(2017·泰州摸底)下列说法正确的是( )A ．普朗克通过研究黑体辐射提出能量子的概念，成为量子力学的奠基人之一B ．玻尔原子理论第一次将量子观念引入原子领域，提出了定态和跃迁的概念，成功地解释了各种原子光谱的实验规律C ．一束光照射到某种金属上不能发生光电效应，可能是因为这束光的光强太小D ．德布罗意在爱因斯坦光子说的基础上提出物质波的猜想，而电子的衍射实验证实了他的猜想AD [普朗克通过研究黑体辐射提出能量子的概念，成为量子力学的奠基人之一，A 正确；玻尔原子理论第一次将量子观念引入原子领域，提出了定态和跃迁的概念，成功地解释了氢原子光谱的实验规律，B 错误；一束光照射到某种金属上不能发生光电效应，是因为这束光的频率太小，故C 错误；德布罗意在爱因斯坦光子说的基础上提出物质波的猜想，而电子的衍射实验证实了他的猜想，D 正确．]5．(2017·湖南师大附中摸底)有关氢原子光谱的说法正确的是( ) A ．氢原子的发射光谱是连续谱B ．氢原子光谱说明氢原子只发出特定频率的光C ．氢原子光谱说明氢原子能量是连续的D ．氢原子光谱线的频率与氢原子能级的能级差无关B [由于氢原子的轨道是不连续的，而氢原子在不同的轨道上的能级E n ＝1n2E 1，故氢原子的能级是不连续的，即是分立的，故C 错误；当氢原子从较高能级轨道第n 能级跃迁到较低能级轨道第m 能级时，发射的光子的能量为E ＝E n －E m ＝1n 2E 1－1m 2E 1＝m 2－n 2n 2m2E 1＝hν，显然n 、m 的取值不同，发射光子的频率就不同，故氢原子光谱线的频率与氢原子能级的能级差有关，故D 错误；由于氢原子发射的光子的能量：E ＝E n －E m ＝1n 2E 1－1m 2E 1＝m 2－n 2n 2m2E 1，所以发射的光子的能量值E 是不连续的，只能是一些特殊频率的谱线，故A 错误，B 正确．]6．(2017·枣庄模拟)如图1219所示为氢原子能级的示意图，现有大量的氢原子处于n ＝4的激发态，当向低能级跃迁时辐射出若干不同颜色的光．关于这些光下列说法正确的是( )图1219A．由n＝4能级跃迁到n＝1能级产生的光子波长最长B．由n＝2能级跃迁到n＝1能级产生的光子频率最小C．这些氢原子总共可辐射出3种不同频率的光D．用n＝2能级跃迁到n＝1能级辐射出的光照射逸出功为6.34 eV的金属铂能发生光电效应D[根据E m－E n＝h cλ，由n＝4能级跃迁到n＝3能级产生的光，能量最小，波长最长，故A错误；由n＝4能级跃迁到n＝3能级产生的光子能量最小，频率最小，故B错误；大量的氢原子处于n＝4的激发态，可能发出光子频率的种数n＝C24＝6，故C错误；从n＝2能级跃迁到n＝1能级辐射出的光子的能量E＝E2－E1＝－3.4eV－(－13.6)eV＝10.2eV＞6.34eV，而使金属发生光电效应的条件是光子的能量大于电子的逸出功，故可以发生光电效应，故D 正确．]7．(多选)如图12110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( )【导学号：92492402】图12110A．该金属的极限频率为4.27×1014HzB．该金属的极限频率为5.5×1014HzC．该图线的斜率表示普朗克常量D．该金属的逸出功为0.5 eVAC[由光电效应方程E km＝hν－W0知图线与横轴交点为金属的极限频率，即ν0＝4.30×1014Hz，A对，B错；该图线的斜率为普朗克常量，C对；金属的逸出功W＝hν0＝6.63×10－34×4.30×1014/1.6×10－19eV≈1.8 eV，D错．]8．某光电管的阴极是用金属钾制成的，它的逸出功为2.21 eV，用波长为2.5×10－7 m 的紫外线照射阴极．已知真空中光速为3.0×108m/s，元电荷为1.6×10－19C，普朗克常量为 6.63×10－34J·s，求得钾的极限频率和该光电管发射的光电子的最大初动能应分别是( )A．5.3×1014 Hz,2.2 JB．5.3×1014Hz,4.4×10－19 JC．3.3×1033 Hz,2.2 JD ．3.3×1033 Hz,4.4×10－19JB [由W ＝hν0得极限频率ν0＝W 0h ＝2.21×1.6×10－196.63×10－34Hz ＝5.3×1014Hz 由光电效应方程hν＝W 0＋E km 得E km ＝hν－W 0＝h cλ－W 0＝⎝ ⎛⎭⎪⎫6.63×10－34×3.0×1082.5×10－7－2.21×1.6×10－19 J ＝4.4×10－19J]B 级 名校必刷题9．(多选)(2017·恩施模拟)用如图12111所示的装置演示光电效应现象．当用某种频率的光照射到光电管上时，电流表G 的读数为i .若改用更高频率的光照射，此时( )【导学号：92492403】图12111A ．将电池正的极性反转，则光电管中没有光电子产生B ．将开关S 断开，则有电流流过电流表GC ．将变阻器的触点c 向b 移动，光电子到达阳极时的速度可能变小D ．只要电源的电动势足够大，将变阻器的触点c 向a 端移动，电流表G 的读数必将变大BC [电流表有示数说明发生了光电效应，有光电子产生，光电管左侧是正极右侧是负极，电场线向右，产生的光电子受向左的电场力，逸出后做加速运动，将电池正的极性反转，光电子逸出后做减速运动，也可能到达左极板，选项A 错误；将开关S 断开，产生的光电子匀速运动到左侧，有电流流过电流表G ，选项B 正确；将变阻器的触点c 向b 移动，光电管两侧电压减小，光电子到达阳极时的速度可能变小，选项C 正确；当光强一定，光电流达到饱和时，即使再增大光电管两端的电压，光电流也不会再增加，故即使电源的电动势足够大，将变阻器的触点c 向a 端移动，电流表G 的读数不一定变大，选项D 错误；故选B 、C.]10．(2017·保定模拟)可见光光子的能量在1.61 eV ～3.10 eV 范围内．如图12112所示，氢原子从第4能级跃迁到低能级的过程中，根据氢原子能级图可判断( )图12112A ．从第4能级跃迁到第3能级将释放出紫外线B ．从第4能级跃迁到第3能级放出的光子，比从第4能级直接跃迁到第2能级放出的光子频率更高C ．从第4能级跃迁到第3能级放出的光子，比从第4能级直接跃迁到第1能级放出的光子波长更长D ．氢原子从第4能级跃迁到第3能级时，原子要吸收一定频率的光子，原子的能量增加C [从n ＝4能级跃迁到n ＝3能级时辐射的光子能量ΔE 43＝－0.85 eV －(－1.51 eV)＝0.66 eV ，不在可见光光子能量范围之内，属于红外线，故A 错误；从n ＝4能级跃迁到n ＝2能级时辐射的光子能量ΔE 42＝－0.85 eV －(－3.40 eV)＝2.55 eV ＞ΔE 43，光子的频率ν＝ΔEh，所以ν43＜ν42，故B 错误；从n ＝4能级跃迁到n ＝1能级时辐射的光子能量ΔE 41＝－0.85 eV －(－13.60 eV)＝12.75 eV ＞ΔE 43，光子的波长λ＝hcΔE ，所以λ43＞λ41，故C 正确；从第4能级跃迁到第3能级时，原子要辐射一定频率的光子，原子的能量减少，故D 错误．]11．氢原子在基态时轨道半径r 1＝0.53×10－10m ，能量E 1＝－13.6 eV.求氢原子处于基态时：(1)电子的动能； (2)原子的电势能；(3)用波长是多少的光照射可使其电离？【解析】 (1)设处于基态的氢原子核外电子速度为v 1，则：k ·e 2r 21＝mv 21r 1电子动能E k1＝12mv 21＝ke22r 1＝9×109× 1.6×10－1922×0.53×10－10×1.6×10－19eV ＝13.6 eV. (2)E 1＝E k1＋E p1E p1＝E 1－E k1＝－13.6 eV －13.6 eV ＝－27.2 eV.(3)设用波长λ的光照射可使氢原子电离：hcλ＝0－E 1 λ＝－hc E 1＝－6.63×10－34×3×108－13.6×1.6×10－19m＝0.914 1×10－7m.【答案】 (1)13.6 eV (2)－27.2 eV (3)0.914 1×10－7 m12．氢原子处于基态时，原子能量E 1＝－13.6 eV ，已知电子电量e ＝1.6×10－19C ，电子质量m ＝0.91×10－30kg ，氢的核外电子的第一条可能轨道的半径为r 1＝0.53×10－10m.(1)若要使处于n ＝2能级的氢原子电离，至少要用频率为多大的电磁波照射该氢原子？ (2)氢原子核外电子的绕核运动可等效为一环形电流，则氢原子处于n ＝2的激发态时，核外电子运动的等效电流为多大？(3)若已知钠的极限频率为6.00×1014Hz ，今用一群处于n ＝4的激发态的氢原子发射的光谱照射钠，试通过计算说明有几条谱线可使钠发生光电效应？【导学号：92492404】【解析】 (1)要使处于n ＝2能级的氢原子电离，照射光光子的能量应能使电子从n ＝2能级跃迁到无限远处，最小频率的电磁波的光子能量应为：hν＝0－E 14得ν＝8.21×1014Hz.(2)氢原子核外电子绕核做匀速圆周运动，库仑力提供向心力，有ke 2r 22＝4π2mr 2T 2其中r 2＝4r 1.根据电流强度的定义I ＝e T由以上两式得I ＝e 216πr 1k mr 1将数据代入得I ＝1.3×10－4A.(3)由于钠的极限频率为6.00×1014Hz ，则使钠发生光电效应的光子的能量至少为 E 0＝hν＝6.63×10－34×6.00×10141.6×10－19eV ＝2.486 eV 一群处于n ＝4能级的激发态的氢原子发射的光子，要使钠发生光电效应，应使跃迁时两能级的差ΔE ≥E 0，所以在6条光谱线中有E 41、E 31、E 21、E 42这4条谱线可使钠发生光电效应．【答案】(1)8.21×1014 Hz (2)1.3×10－4 A (3)4条。