2023年高考物理第十二章　原子物理學

第十二章原子物理學

DISHIERZHANG

第1節(jié)光電效應(yīng)波粒二象性

7分基礎(chǔ):

比足“四;F清單?記牢?悟透

一'光電效應(yīng)

i.光電效應(yīng)現(xiàn)象：在光的照射下金屬中的蚯從金屬表面逸出的現(xiàn)象，稱為光電效應(yīng),

發(fā)射出來的電子稱為光電子。

2.光電效應(yīng)的四個規(guī)律

(1)每種金屬都有一個極限頻率。

(2)光照射到金屬表面時，光電子的發(fā)射幾乎是瞬時的。

(3)光電子的最大初動能與入射光的強度無關(guān)，只隨入射光的頻率增大而增大。

(4)光電流與入射光的強度成正比。

3.遏止電壓與截止頻率

(1)遏止電壓a：使光電流剛好減小到零的反向電壓。

(2)截止頻率vc：能使某種金屬發(fā)生光電效應(yīng)的最小頻率叫做該種金屬的截止頻率(又叫

極限頻率)。不同的金屬對應(yīng)著不同的極限頻率。

二、愛因斯坦光電效應(yīng)方程

i.光子說

在空間傳播的光是不連續(xù)的，而是一份一份的，每一份叫做一個光的能量子，簡稱光

子，光子的能量￡=近。其中〃=6.63X10-34J.S(稱為普朗克常量)。

2.逸出功Wo

使電子脫離某種金屬所做功的最小值。

3.最大初動能

發(fā)生光電效應(yīng)時，金屬表面上的蚯吸收光子后克服原子核的引力逸出時所具有的動

能的最大值。

4.愛因斯坦光電效應(yīng)方程

⑴表達式：Ek=/tv-Wno

(2)意義：金屬表面的電子吸收一個光子獲得的能量是〃v,這些能量的一部分用來克服

金屬的逸出功Wo,剩下的表現(xiàn)為逸出后光電子的最大初動能Ek=；,%"。

三、光的波粒二象性

1.光的干涉、衍射、偏振現(xiàn)象證明光具有波動性。

2.光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng)說明光具有粒壬性。

3.光既具有波動性，又具有粒子性，稱為光的波粒二象性。

n教材拾金

1.（多選）［人數(shù)版選修3-5P36T2改編］在光電效應(yīng)實驗中，用頻率為判的光照射光電管

陰極，發(fā)生了光電效應(yīng)，下列說法正確的是（）

A.增大入射光的強度，光電流增大

B.減小入射光的強度，光電效應(yīng)現(xiàn)象消失

C.改用頻率小于v的光照射，一定不發(fā)生光電效應(yīng)

D.改用頻率大于v的光照射，光電子的最大初動能變大

解析：AD在發(fā)生光電效應(yīng)的時候，如果我們增大入射光的強度，則光電流增大，選

項A正確；減小入射光的強度，光電效應(yīng)現(xiàn)象不會消失，選項B錯誤；改用頻率小于v的

光照射，只要入射光的能量大于逸出功，可能會發(fā)生光電效應(yīng)，選項C錯誤；改用頻率大

于v的光照射，根據(jù)愛因斯坦的光電效應(yīng)方程可知，光電子的最大初動能變大，選項D正

確。

2.（多選）［魯科版選擇性興修第三冊Pi38T3］利用金屬晶格（大小約l（n°m）作為障礙物

觀察電子的衍射圖樣，對應(yīng)的方法是讓電子通過電場加速后，形成電子束照射到金屬晶格

上，從而得到電子的衍射圖樣。如果加速電壓為U,則下列說法正確的是（）

A.該實驗說明了電子具有波動性

B.加速電壓。越大，物質(zhì)波波長越短

C.加速電壓U越大，電子的衍射現(xiàn)象越明顯

D.若用相同動能的質(zhì)子替代電子，衍射現(xiàn)象更明顯

解析：AB電子射到金屬晶格上觀察到電子的衍射圖樣，說明電子這種實物粒子具有

波動性，A正確；由2=",p=mv,可得，,=忑條/由此可知，加速電壓U

越大，電子德布羅意波的波長越短，電子的衍射現(xiàn)象越不明顯，B正確，C錯誤；由％=，=

可知，若用相同動能的質(zhì)子替代電子，因質(zhì)子的質(zhì)量比電子的質(zhì)量大得多，所以質(zhì)

yJZrnEk

子的德布羅意波的波長遠小于電子的德布羅意波的波長，其衍射現(xiàn)象越不明顯，D錯誤。

探考點題型?規(guī)律?方法

考點一光電效應(yīng)規(guī)律的理解及應(yīng)用［素養(yǎng)自修類］

1.［光電管電路的分析］

如圖所示是光電管的原理圖，已知當有波長為7.0的光照到陰極K上

時，電路中有光電流，貝!!（）

A.若僅增大光照強度，電路中光電流一定增大_____匚J二

B.若僅將電源極性反接，電路中一定沒有光電流匕直流電源二］

C.若僅換用波長為小（九>九）的光照射陰極K時，電路中一定沒有光電流

D.若僅將電路中滑動變阻器的滑片向右滑動，電路中光電流一定增大

解析：A題圖中光電管加的是正向電壓，若僅增大光照強度，電路中光電流一定增大,

故A正確。若將電源極性反接，其電壓值小于截止電壓時仍有電流，故B錯誤。由題意,

入射光的波長為”時，能發(fā)生光電效應(yīng)，若換用波長為九（九>九）的光照射陰極K時，入射

光的頻率減小，仍然可能發(fā)生光電效應(yīng)，電路中可能有光電流，故C錯誤。若僅將電路中

滑動變阻器的滑片向右滑動，光電管兩端電壓增大，如果已經(jīng)達到飽和光電流，則光電流

不會增大，故D錯誤。

2.［愛因斯坦光電效應(yīng)方程的應(yīng)用］

（多選）在光電效應(yīng)實驗中，分別用頻率為方、W的單色光4、b照射到同種金屬上，測

得相應(yīng)的遏止電壓分別為，和Ih、光電子的最大初動能分別為&“和E阪h為普朗克常

量。下列說法正確的是（）

A.若Va>Vb,則一定有

B.若Va>Vb,則一定有Eka>Eu,

C.若Ua<Ub,則一定有Ek“<Ek〃

D.若va>Vb,則一定有hva—Eka>hvb—Ekb

解析：BC設(shè)該金屬的逸出功為Wo,根據(jù)愛因斯坦光電效應(yīng)方程有Ek=/，v-Wo,同

種金屬的Wo不變，則逸出光電子的最大初動能隨丫的增大而增大，B項正確；又Ek=eUc,

則最大初動能與遏止電壓成正比，C

項正確；根據(jù)上述有eUc=/“一Wo,遏止電壓，隨v增大而增大，A項錯誤；又有的

-Ek=Wo,Wo相同，則D項錯誤。

3.［極限頻率的求解］

用波長為300nm的光照射鋅板，電子逸出鋅板表面的最大初動能為1.28XUF”上

已知普朗克常量為6.63X10-34Js,真空中的光速為3.00X10*m-s-|o能使鋅產(chǎn)生光電

效應(yīng)的單色光的最低頻率約為（）

A.lX10,4HzB.8X1014Hz

C.2X10”做D.8X1015Hz

解析：B設(shè)單色光的最低頻率為外,由愛因斯坦光電效應(yīng)方程得Ek=/，v—Wo=/，v-

hvc,又y=］,整理得%=］一號，代入數(shù)據(jù)解得Vc^XIO"Hz。

AAtT

考亙?歸納

1.研究光電效應(yīng)的兩條思路

⑴兩條線索

J強度一決定光源每秒發(fā)射的光子數(shù)-~

'照射光｛頻率一決定每個光子的能量64V.--------

j每秒逸出的光電子數(shù)一決定光電流的大小」

I光電子《光電子逸出后的最大初動能--------

(2)兩條對應(yīng)關(guān)系

入射光強度大一光子數(shù)目多一發(fā)射光電子多一光電流大；

光子頻率高一光子能量大一光電子的最大初動能大。

2.光電效應(yīng)中三個重要關(guān)系

(1)愛因斯坦光電效應(yīng)方程：Ek=hv-W0o

(2)光電子的最大初動能及與遏止電壓&的關(guān)系：Ek=eUc。

(3)逸出功用)與極限頻率先的關(guān)系：W0=hvc.

考點二光電效應(yīng)圖像的理解和應(yīng)用［互動共研類］

光電效應(yīng)的三類圖像

圖像名稱圖線形狀獲取的信息

最大初動能E.(1)截止頻率(極限頻率)％:橫軸截距。

Ek與入射光L/⑵逸出功Wo：縱軸截距的絕對值Wo=\~

頻率V的關(guān)E\=E.

系圖像k(3)普朗克常量：圖像的斜率

(1)截止頻率％:橫軸截距。

遏止電壓Uc

(2)遏止電壓“：隨入射光頻率的增大而增

與入射光頻

1大。

率V的關(guān)系

⑶普朗克常量G：等于圖像的斜率與電子電

圖像

01V

荷量的乘積，即人=履

光電流/與(1)遏止電壓“：橫軸截距。

(1)顏色(頻率V)

電壓。的關(guān)⑵飽和光電流/m：光電流的最大值；而且

相同：

系圖像照射光越強，/m越大。

1

⑶最大初動能：Ek=eUc

產(chǎn)一弱光（黃）

UQU

⑵顏￡巴（頻率V）

F同⑴遏止電壓:Ucl>〃2（頻率v越高，".越大）。

）一'黃光（2）飽和光電流。

.—一?藍光

（3）最大初動能Eki=et/ci，Ek2=eUC2

51Z-2CU

■El?精折

［例i］（多選）如圖甲所示的是研究光電效應(yīng)的電路圖。某同學利用該裝置在不同實驗

條件下得到了三條光電流/與A、K兩極之間的電壓UAK的關(guān)系曲線（甲光、乙光、丙光），

如圖乙所示。則下列說法正確的是（）

A.甲光照射光電管發(fā)出光電子的最大初動能一定小于丙光照射光電管發(fā)出光電子的最

大初動能

B.單位時間內(nèi)甲光照射光電管發(fā)出光電子比乙光的少

C.用強度相同的甲、丙光照射該光電管，則單位時間內(nèi)逸出的光電子數(shù)相等

D.對于不同種金屬，若照射光頻率不變，則逸出光電子的最大初動能與金屬的逸出功

為線性關(guān)系

［解析］由題圖乙可知&2乂如，則根據(jù)Ek=eUc可知，甲光照射光電管發(fā)出光電子的

最大初動能小于丙光照射光電管發(fā)出光電子的最大初動能，A正確。對于甲、乙兩束頻率

相同的光來說，入射光越強，單位時間內(nèi)發(fā)射的光電子數(shù)越多，所以B錯誤。對甲、丙兩

束不同頻率的光來說，光強相同是單位時間內(nèi)照射到光電管單位面積上的光子的總能量相

等，由于丙光的光子頻率較高，每個光子的能量較大，所以單位時間內(nèi)照射到光電管單位

面積上的光子數(shù)就較少，所以單位時間內(nèi)發(fā)出的光電子數(shù)就較少，因此C錯誤。對于不同

金屬，若照射光頻率不變，根據(jù)愛因斯坦光電效應(yīng)方程Ek=hv-Wn,知&與金屬的逸出

功為線性關(guān)系，D正確。

［答案］AD

n拓展延仲

（i）例題中若僅增大電源的電動勢，則電流表的示數(shù)一定增大嗎？

（2）例題中若僅將電源的正、負極對調(diào)，則電流表的示數(shù)一定為零嗎？

解析：（1）不一定。當電流達到飽和電流時，電流表的示數(shù)就不再增大。

（2）不一定。正、負極對調(diào)后，光電子做減速運動，電子若不能到達A極，則電流表的

示數(shù)為零，否則就不為零。

答案：（1）不一定（2）不一定

對點?訓練

1.［光電效應(yīng)的Ek-v圖像］

（多選）如圖所示是用光照射某種金屬時逸出的光電子的最大初動能隨入射光頻率的變

化圖線（直線與橫軸的交點坐標為4.27,與縱軸交點坐標為0.5）o由圖可知（）

l.OfEjeV

0.8

0.6

4.04.55.05.56.06.57.0v/(X1014Hz)

A.該金屬的截止頻率為4.27X1014Hz

B.該金屬的截止頻率為5.5X11）14

C.該圖線的斜率表示普朗克常量

D.該金屬的逸出功為0.5eV

解析：AC題中圖線在橫軸上的截距為截止頻率，A正確，B錯誤；由光電效應(yīng)方程

Ek=〃v-Wo可知題圖中圖線的斜率為普朗克常量，C正確；金屬的逸出功為W0=hvc=

6.63X10-34X4.27X1014

1.6X10-19eV&l.77eV,D錯誤。

2.［光電效應(yīng)的UcW圖像］

（多選）（2019?海南高專）對于鈉和鈣兩種金屬，其遏止電壓〃與入

射光頻率v的關(guān)系如圖所示。用力、e分別表示普朗克常量和電子電荷

量，則（）

A.鈉的逸出功小于鈣的逸出功

B.圖中直線的斜率為

C.在得到這兩條直線時，必須保證入射光的光強相同

D.若這兩種金屬產(chǎn)生的光電子具有相同的最大初動能，則照射到鈉的光頻率較高

hw（,

解析：AB根據(jù)光電效應(yīng)方程得Ek=hv-wo=hv-hv）:,又Ek=eUc,解得Uc=~v—f

=%—華。當遏止電壓為0時，對應(yīng)的頻率為金屬的極限頻率，結(jié)合題圖可知鈉的極限頻

率小，則鈉的逸出功小，故選項A正確；由&=%—牛，知圖像的斜率左=與，故選

項B正確；由〃=多一等，知圖像的特點與光的強度無關(guān)，故選項C錯誤；鈉的逸

出功小，結(jié)合&=的一亞0可知，若這兩種金屬產(chǎn)生的光電子具有相同的最大初動能，則照

射到鈉的光頻率較小，故選項D錯誤。

考點三對波粒二象性、物質(zhì)波的理解［素養(yǎng)自修類］

1.［波粒二象性的理解］

關(guān)于光的波粒二象性，下列描述正確的是（）

A.光具有波粒二象性，大量光子表現(xiàn)出光的波動性

B.光的波動性是大量光子之間的相互作用引起的

C.單個光子沒有波動性

D.大量光子表現(xiàn)出光具有粒子性

解析：A光具有波粒二象性，大量光子表現(xiàn)出光的波動性，故A正確，D錯誤；光

的波粒二象性是光的內(nèi)在屬性，即使是單個光子也有波動性，跟光子的數(shù)量和光子之間是

否有相互作用無關(guān)，故B、C錯誤。

2.［康普頓效應(yīng)］

美國物理學家康普頓在研究石墨對X射線的散射時，用X光心電子組/

對靜止的電子進行照射，照射后電子獲得速度的同時，x光的運

動方向也會發(fā)生相應(yīng)的改變。x射線的散射示意圖如圖所示，下碰撞前碰撞后

列說法中正確的是（）

A.在康普頓效應(yīng)中，當入射光子與晶體中的電子碰撞時，把部分動量轉(zhuǎn)移給電子，因

此光子散射后頻率變大

B.康普頓效應(yīng)揭示了光的粒子性，表明光子除了具有能量之外還具有動量

C.X光散射后與散射前相比，速度將會變小

D.散射后的光子雖然改變原來的運動方向，但頻率保持不變

解析：B在康普頓效應(yīng)中，當入射光子與晶體中的電子碰撞時，把部分動量轉(zhuǎn)移給電

子，因此光子散射后能量減小，頻率變小，選項A錯誤；康普頓效應(yīng)揭示了光的粒子性，

表明光子除了具有能量之外還具有動量，選項B正確；X光散射后與散射前相比速度不變，

均為c,選項C錯誤；散射后的光子改變原來的運動方向，能量減小，則頻率減小，選項D

錯誤。

3.［物質(zhì)波的理解］

已知普朗克常量/i=6.63X10-34j.s,電子的質(zhì)量為9.11X10-31kg,一個電子和一

滴直徑約為4jim,密度約為0.8XU)3kg?m-3的油滴具有相同動能，則電子與油滴的德布

羅意波長之比的數(shù)量級為()

A.10-8B.106

C.108D.1016

解析：C根據(jù)德布羅意波長公式2=勺，由。=而瓦，解得義=不與。由題意可知，

Pyl2mEk

電子與油滴的動能相同，則其波長與質(zhì)量的二次方根成反比，所以有勺=在，=〃4兀3

2油71n電6

=0.8X103X^X3.14X(4X10-6)3kg^2,7X10-14kg,代入數(shù)據(jù)解得勺=尚含黑T

ox?油y.iiAiu

七1.7X108,所以c正確，A、B、D錯誤。

考點?歸納

1.對光的波粒二象性的理解

個別光子的作用效果往往表現(xiàn)為粒子性；大量光子的作用效果往往表現(xiàn)為波

從數(shù)量上看

動性

頻率越低，波動性越顯著，越容易看到光的干涉和衍射現(xiàn)象；頻率越高，粒

從頻率上看

子性越顯著，越不容易看到光的干涉和衍射現(xiàn)象，貫穿本領(lǐng)越強

從傳播與作

光在傳播過程中往往表現(xiàn)出波動性；在與物質(zhì)發(fā)生作用時往往表現(xiàn)出粒子性

用上看

由光子的能量￡=觸、光子的動量表達式也可以看出，光的波動性和粒

波動性與粒

子性的統(tǒng)一子性并不矛盾，表示粒子性的能量和動量的計算式中都含有表示波的特征的

物理量頻率v和波長2

2.物質(zhì)波

(1)定義：任何運動著的物體都有一種波與之對應(yīng)，這種波叫做物質(zhì)波，也叫德布羅意

波。

(2)物質(zhì)波的波長：芭=總,人是普朗克常量。

聚短苴恭”提能力巧學?妙解?應(yīng)用

STSE問題巧遷移——生產(chǎn)、生活中的近代物理應(yīng)用問題

熱輻射、光子說、光電效應(yīng)等近代物理知識在人們的日常生活、生產(chǎn)中有廣泛的應(yīng)用，

對于該部分知識的考查也是近幾年高考的熱點。

n素能訓練

-r‘測溫槍”]

（2020?江蘇高考）“測溫槍”（學名“紅外線輻射測溫儀”）具有響應(yīng)快、非接觸和操作方

便等優(yōu)點。它是根據(jù)黑體輻射規(guī)律設(shè)計出來的，能將接收到的人體熱輻射轉(zhuǎn)換成溫度顯示。

若人體溫度升高，則人體熱輻射強度/及其極大值對應(yīng)的波長2的變化情況是（）

A./增大，2增大B./增大，2減小

C.1減小，2增大D.1減小，2減小

解析：B根據(jù)黑體輻射規(guī)律，可知隨溫度升高，各種波長的輻射強度都增大，輻射強

度的極大值向波長較短的方向移動，故人體熱輻射強度/隨人體溫度的升高而增大，其極大

值對應(yīng)的波長減小，B項正確。

2.[“大連光源”]

2017年年初，我國研制的“大連光源”——極紫外自由電子激光裝置，發(fā)出了波長在

100nm（lnm=10-9m）附近連續(xù)可調(diào)的世界上最強的極紫外激光脈沖?！按筮B光源”因其光

子的能量大、密度高，可在能源利用、光刻技術(shù)、霧霾治理等領(lǐng)域的研究中發(fā)揮重要作用。

一個處于極紫外波段的光子所具有的能量可以電離一個分子，但又不會把分子打碎。據(jù)此

判斷，能夠電離一個分子的能量約為（取普朗克常量九=6.6X10-"J』真空光速c=3X

108m/s）（）

A.IO"】JB.10-8J

C.IO-15JD.IO-'2J

解析：B光子的能量E=/nsc=：.v,聯(lián)立解得B項正確。

3.[光電管]

（2019?北京高考）光電管是一種利用光照射產(chǎn)生電流的裝置，當入射光照在管中金屬板

上時，可能形成光電流。表中給出了6次實驗的結(jié)果。

入射光子的相對光電流大逸出光電子的

組次

能量/eV光強小/mA最大動能/eV

14.0弱290.9

第一組24.0中430.9

34.0強600.9

46.0弱272.9

第二組56.0中402.9

66.0強552.9

由表中數(shù)據(jù)得出的論斷中不正確的是（）

A.兩組實驗采用了不同頻率的入射光

B.兩組實驗所用的金屬板材質(zhì)不同

C.若入射光子的能量為5.OeV,逸出光電子的最大動能為1.9eV

D.若入射光子的能量為5.（）eV,相對光強越強，光電流越大

解析：B光子的能量入射光子的能量不同，故入射光子的頻率不同，A正確。

由愛因斯坦的光電效應(yīng)方程成=Wo+Ek,可求出兩組實驗的逸出功Wo均為3.leV,故兩

組實驗所用的金屬板材質(zhì)相同，B錯誤。由/”=W?+Ek,Wo=3.1eV,當〃v=5.0eV

時，Ek=L9eV,C正確。光強越強，單位時間內(nèi)射出的光子數(shù)越多，單位時間內(nèi)逸出的

光電子數(shù)越多，形成的光電流越大，D正確。本題選不正確的，故選B。

4.［煙霧探測器］

某同學設(shè)計了一個煙霧探測器，如圖所示，S為光源，當有煙霧進入探測器時，S發(fā)出

的光被煙霧散射進入光電管C.光射到光電管中的鈉表面產(chǎn)生光電子，當光電流大于或等

于/時，探測器觸發(fā)報警系統(tǒng)報警。真空中光速為c,鈉的極限頻率為外。要使該探測器正

常工作，光源S發(fā)出的光波長應(yīng)小于。若入射光子中能激發(fā)出光電子的光子數(shù)占比

為“，電子的電荷量為e,報警時，，時間內(nèi)射向光電管鈉表面的光子數(shù)至少是個。

解析：根據(jù)。=彳=加那么光源S發(fā)出的光波最大波長為晶x=S

即要使該探測器正常工作，光源s發(fā)出的光波波長小于3；

光電流等于/時，f秒產(chǎn)生的光電子的個數(shù)為〃=，，

t秒射向光電管鈉表面的光子最少數(shù)目為

田gCIt

答案：工而

［課時跟蹤檢測1

1.普朗克在研究黑體輻射的基礎(chǔ)上，提出了量子理論。下列關(guān)于黑體輻射強度與波長

關(guān)系的圖中，符合黑體輻射實驗規(guī)律的是（）

1300K

-1700K

1700K

X1300K

A

解析：D溫度升高，黑體輻射強度增大，黑體輻射強度峰值隨溫度的升高向短波段移

動，所以符合黑體輻射實驗規(guī)律的是圖D。

2.人眼對綠光最為敏感，正常人的眼睛接收到波長為530nm的綠光時，只要所接收

到的功率不低于2.3X10-18w,眼睛就能察覺。已知普朗克常量為6.63X1O-MJ3光

速為3X108m/s,人眼能察覺到綠光時，每秒至少接收到的綠光光子數(shù)為（）

A.6B.60

C.600D.6000

Pt

解析：A綠光光子能量E=hv=^c3.8X10-19j,所以每秒內(nèi)最少接收光子數(shù)

2.3X10-18X1

=工父一19個26個,A正確，B、C、D錯慶。

□.OZX1U

3.（2019?天津高考）如圖為。、從c三種光在同一光電效應(yīng)裝置中測—a

得的光電流和電壓的關(guān)系。由。、b、c組成的復色光通過三棱鏡時，下“二二勺

解析：C由愛因斯坦光電效應(yīng)方程反=加一Wo和動能定理一eUc=0一心得eL4=/"

一W（,知，遏止電壓大，則光的頻率大，vh>vc>va,由光的色散現(xiàn)象知頻率越大，折射率越大,

光的偏折角越大。選項C正確。

4.（2020?浙江7月選號）下列說法正確的是（）

A.質(zhì)子的德布羅意波長與其動能成正比

B.天然放射的三種射線中穿透能力最強的是a射線

C.光電效應(yīng)實驗中的截止頻率與入射光的頻率有關(guān)

D.電子束穿過鋁箔后的衍射圖樣說明電子具有波動性

解析：D由德布羅意波長公式可知，質(zhì)子的波長與動量成反比，而動量與動能

關(guān)系為p=gG瓦，所以A項錯誤；天然放射的三種射線中穿透能力最強的是y射線，B

項錯誤；光電效應(yīng)實驗中的截止頻率是指使金屬恰好發(fā)生光電效應(yīng)時入射光的頻率，即

=W0,只與金屬的逸出功Wo有關(guān)，C項錯誤；衍射是波的特性，所以電子束穿過鋁箔的衍

射圖樣說明電子具有波動性，D項正確。

5.（多選）關(guān)于物質(zhì)的波粒二象性，下列說法正確的是（）

A.不僅光子具有波粒二象性，一切運動的微粒都具有波粒二象性

B.運動的微觀粒子與光子一樣，當它們通過一個小孔時，都沒有特定的運動軌道

C.波動性和粒子性，在宏觀現(xiàn)象中是矛盾的、對立的，但在微觀高速運動的現(xiàn)象中是

統(tǒng)一的

D.實物的運動有特定的軌道，所以實物不具有波粒二象性

解析：ABC德布羅意在愛因斯坦光子說的基礎(chǔ)上提出了物質(zhì)波的概念，認為一切運

動的物體都具有波粒二象性，故A正確；運動的微觀粒子與光子一樣，當它們通過一個小

孔時，沒有特定的運動軌道，故B正確；波動性和粒子性，在宏觀現(xiàn)象中是矛盾的、對立

的，但在微觀高速運動的現(xiàn)象中是統(tǒng)一的，故C正確；宏觀物體的德布羅意波的波長太小,

實際很難觀察到波動性，不是不具有波粒二象性，故D錯誤。

6.一個德布羅意波波長為九的中子和另一個德布羅意波波長為的笊核同向正碰后結(jié)

合成一個晁核，該瓶核的德布羅意波波長為（）

九+七

21+22>-l-X2

C.—

2

解析：A中子的動量笊核的動量P2=g,同向正碰后形成的鼠核的動量P3=

P2+P”所以笊核的德布羅意波波長為音=施,A正確。

7.如圖所示，分別用頻率為v,2v的光照射某光電管，對應(yīng)的

遏止電壓之比為1:3,普朗克常量用h表示，貝4（）

A.用頻率曷v的光照射該光電管時有光電子逸出

B.該光電管的逸出功為5V

C.用方的光照射時逸出光電子的初動能一定大

D.加正向電壓時，用2V的光照射時飽和光電流一定大

解析：B根據(jù)光電效應(yīng)方程eU.=hv-W0,eU^2v-W0,臺君聯(lián)立解得胸

=\hv,頻率為%的單色光光子能量h-{v<W0,故用頻率為目的光照射該光電管時不能發(fā)

/3JJ

生光電效應(yīng)，則無光電子逸出，故A錯誤，B正確；根據(jù)光電效應(yīng)方程瓦=加一Wo可知,

光子頻率越大，光電子的最大初動能越大，但是逸出光電子的初動能小于等于最大初動能,

所以用2V的光照射時逸出光電子的最大初動能一定大，但初動能不一定大，故C錯誤；在

發(fā)生光電效應(yīng)的前提下，飽和光電流的強度只與光照強度有關(guān)，電壓只是增加光電子的動

能，增大電流，到達一定程度之后肯定要受到光電子數(shù)量的約束，電流不再增大，故D錯

誤。

8.如圖所示，有一束單色光入射到極限頻率為先的金屬板K上，

具有最大初動能的某出射電子，沿垂直于平行板電容器極板的方向，從

左側(cè)極板上的小孔入射到兩極板間的勻強電場后，到達右側(cè)極板時速度Q〃

剛好為零。已知電容器的電容為C,帶電荷量為Q,極板間距為d,普八弋一|1

朗克常量為心電子電荷量的絕對值為e,不計電子的重力。關(guān)于電容器右側(cè)極板的帶電情

況和入射光的頻率v,以下判斷正確的是（）

QeQe

A.帶正電，%+而B.帶正電，％+《商

QeQe

C.帶負電，D.帶負電，

解析：C電子在電容器里做減速運動，所以受到向左的電場力的作用，所以場強方向

向右，電容器右側(cè)極板帶負電。一束單色光入射到極限頻率為外的金屬板K上，射出電子

的最大初動能為Ek,則初一Wo=&,/ivc=W0,電子在電容器中減速運動，由動能定理得

QQe

-eU=O-Ek,電容器兩極板間的電勢差為17=彳，根據(jù)以上各式，解得□=%+而，故選

項C正確，A、B、D錯誤。

-==-

9.（多選）如圖甲所示，在光電效應(yīng)實驗中，某同學用相同頻率的單色光，分別照射陰

極材料為鋅和銅的兩個不同的光電管，結(jié)果都能發(fā)生光電效應(yīng)。圖乙為其中一個光電管的

遏止電壓以隨入射光頻率v變化的函數(shù)關(guān)系圖像。對于這兩個光電管，下列判斷正確的是

（）

A.因為材料不同，逸出功不同，所以遏止電壓q不同

B.光電子的最大初動能不同

C.因為光強不確定，所以單位時間逸出的光電子數(shù)可能相同，飽和光電流也可能相同

D.兩個光電管的Uc-v圖線的斜率可能不同

解析：ABC單色光頻率相同，陰極材料的逸出功不同，根據(jù)光電效應(yīng)方程&=/*-

Wo和e“=Ek得出，遏止電壓不同，光電子的最大初動能也不同，A,B正確；雖然光的

頻率相同，但光強不確定，所以單位時間逸出的光電子數(shù)可能相同，飽和光電流可能相同，

C正確；由a=9一號知圖線的斜率為與，即只與/?和e有關(guān)，為常數(shù)，一定相同，D錯

誤。

10.（多選）圖甲是光電效應(yīng)的實驗裝置圖，圖乙是通過改變電源極性得到的光電流與加

在陰極K和陽極A上的電壓的關(guān)系圖像，下列說法正確的有（）

A.由圖甲可知，閉合開關(guān)，電子飛到陽極A的動能比其逸出陰極K表面時的動能小

B.由圖甲可知，閉合開關(guān)，向右移動滑動變阻器滑片，當電壓表示數(shù)增大到某一值后,

電流表的讀數(shù)將不再增大

C.由圖乙可知，③光子的頻率小于①光子的頻率

D.由圖乙可知，①②是同種顏色的光，①的光強比②的大

解析：BD題圖甲所示光電管中的電場方向水平向右，電子從金屬板逸出后，受到的

電場力水平向左，電子做加速運動，所以電子飛到陽極A的動能比其逸出陰極K表面時的

動能大，A錯誤；向右移動滑動變阻器滑片，光電管中電壓增大，當光電管中的電流達到

飽和光電流時，電流表示數(shù)將不再增大，B正確；根據(jù)光電效應(yīng)方程/w=Wo+Ek,結(jié)合遏

止電壓eU,=Ek,整理得〃=%一學，③遏止電壓大于①的遏止電壓，所以③光子的頻率

大于①光子的頻率，C錯誤；①②遏止電壓相同，①②光的頻率相同，所以①②是同種顏

色的光，①的飽和光電流大于②的飽和光電流，①的光強比②的大，D正確。

n.（多選）某同學在研究某金屬的光電效應(yīng)現(xiàn)象時，發(fā)現(xiàn)該金屬逸出光!￡k

電子的最大初動能Ek與入射光頻率V的關(guān)系如圖所示。若圖線在橫、縱坐J/

標軸上的截距分別為a和一人已知電子所帶電荷量為e,由圖線可以得到

A.該金屬的逸出功為零

B.普朗克常量為單位為J?Hz

C.當入射光的頻率為2a時，逸出光電子的最大初動能為b

D.當入射光的頻率為3a時，遏止電壓葉

解析：CD根據(jù)光電效應(yīng)方程Ek=hv-W0,橫截距表示該金屬的截止頻率，縱軸截

距的絕對值表示金屬的逸出功，可知該金屬的逸出功不為零，故A錯誤；題中圖線的

斜率左=:表示普朗克常量，單位為J/Hz,故B錯誤；由題圖可知W0=b,ha=Wn,則

當入射光的頻率為2a時，逸出光電子的最大初動能為&=加2“一版=6,故C正確；當入

射光的頻率為3a時，貝!|Ek=^3a-Wo=2瓦由6次=及可得故D正確。

12.（多選）研究光電效應(yīng)規(guī)律的實驗裝置如圖所示，用頻率為v的光照

射光電管陰極K時，有光電子產(chǎn)生。由于光電管K、A間加的是反向電壓，及

光電子從陰極K發(fā)射后將向陽極A做減速運動。光電流i由圖中電流計G

勺光！電需目

測出，反向電壓U由電壓表V測出，當電流計的示數(shù)恰好為零時，電壓表_____@一

的示數(shù)為遏止電壓“，在下列表示光電效應(yīng)實驗規(guī)律的圖像中，正確的是r

0lTcU-Hio_*s|+

反向電壓u遏止電壓U,光強/和頻率光強/和頻率

和頻率V—與頻率V的V一定時，光電V一定時，光電

定時，光電關(guān)系流i與反向電流i與產(chǎn)生光

流i與光強

/的關(guān)系

解析：ACD當反向電壓。和入射光頻率丫一定時，發(fā)生光電效應(yīng)產(chǎn)生的光電子數(shù)與

光強成正比，則單位時間到達陽極A的光電子數(shù)與光強也成正比，故光電流i與光強/成正

比，選項A正確；由動能定理得一e，=0—Ek,又因為Ek=/“一Wo,所以“=/v—學，

可知遏止電壓〃與頻率y是線性關(guān)系，但不是正比例關(guān)系，選項B錯誤；當光強與入射光

頻率一定時，單位時間內(nèi)逸出的光電子數(shù)及其最大初動能是一定的，所形成的光電流強度

會隨反向電壓的增大而減小，選項C正確；根據(jù)光電效應(yīng)的瞬時性規(guī)律，選項D正確。

第2節(jié)原子結(jié)構(gòu)原子核

或足“四層”

清單?記牢?悟透

一、原子結(jié)構(gòu)

1.電子的發(fā)現(xiàn)：英國物理學家湯姆孫發(fā)現(xiàn)了電子。

2.原子的核式結(jié)構(gòu)

(l)a粒子散射實驗：1909?1911年，英國物理學家盧瑟福和他的乂目原子核

助手進行了用a粒子轟擊金箔的實驗，實驗發(fā)現(xiàn)絕大多數(shù)a粒子穿過

金箔后基本上仍沿原來方向前進，但有少數(shù)a粒子發(fā)生了大角度偏轉(zhuǎn)，偏轉(zhuǎn)的角度甚至大

于90。，也就是說它們幾乎被“撞”了回來，如圖所示。

(2)原子的核式結(jié)構(gòu)模型：在原子中心有一個很小的核，原子全部的正電荷和幾乎全部

質(zhì)量都集中在核里,帶負電的電子在核外空間繞核旋轉(zhuǎn)。

3.氫原子光譜

(1)光譜：用光柵或棱鏡可以把各種顏色的光按波長展開，獲得光的波長(頻率)和強度分

布的記錄，即光譜。

(2)光譜分類

⑶氫原子光譜的實驗規(guī)律：巴耳末系是氫光譜在可見光區(qū)的譜線，其波長公式;=

7-1

心一§("=3,4,5,…，R是里德伯常量，/?=1.10X10m)o

(4)光譜分析：利用每種原子都有自己的轉(zhuǎn)證置線可以用來鑒別物質(zhì)和確定物質(zhì)的組成

成分，且靈敏度很高。在發(fā)現(xiàn)和鑒別化學元素上有著重大的意義。

說明：線狀譜和吸收光譜都對應(yīng)某種元素，都可以用于光譜分析。

4.玻爾理論的三條假設(shè)

(1)定態(tài)假設(shè)：原子只能處于一系列丕連續(xù)的能量狀態(tài)中，在這些能量狀態(tài)中原子是穩(wěn)

定的，電子雖然繞核運動，但并不向外輻射能量。

(2)躍遷假設(shè)：原子從一種定態(tài)躍遷到另一種定態(tài)時，它輻射或吸收一定頻率的光子，

光子的能量由這兩個定態(tài)的能量差決定，即hv=E"「E"。(/?是普朗克常量，/i=6.63X10~

34J-s)

(3)軌道假設(shè)：原子的不同能量狀態(tài)跟電子在不同的圓周軌道繞核運動相對應(yīng)。原子的

定態(tài)是不連續(xù)的,因此電子的可能軌道也是丕連續(xù)的。

5.氫原子的能級、能級公式

(1)氫原子的能級

氫原子的能級圖如圖所示。

nE/eV

-0.54激發(fā)態(tài)原子

-0.85

釋

-1.51吸

放

收

能

能

量

-3.4量

基態(tài)原子

基態(tài)1-13.6

⑵氫原子的能級公式和軌道半徑公式

①能級公式：&=：?("=1,2,3,…)，其中基態(tài)能量?最低，其數(shù)值為a=T3.6eV。

②軌道半徑公式：r“=〃2ri(〃=1,2,3,…)，其中n為基態(tài)半徑，又稱玻爾半徑，其數(shù)值

為ri=0.53X10-??m。

二、原子核

1.天然放射現(xiàn)象

元素自發(fā)地放出射線的現(xiàn)象，首先由貝克勒爾發(fā)現(xiàn)。天然放射現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)，說明原子

核具有復雜的結(jié)構(gòu)。

2.原子核的組成：原子核是由質(zhì)壬和中子組成的，原子核的電荷數(shù)等于核內(nèi)的質(zhì)子數(shù)。

3.原子核的衰變

(1)衰變：原子核放出a粒子或p粒子，變成另一種原子核的變化。

⑵分類

a衰變：鄉(xiāng)NY+扭e,如贊U-＞鎘*Th+?He

P衰變：2Xfz，iY+土，如翎Thf鉀Pa+-Ye

(3)半衰期：放射性元素的原子核有半數(shù)發(fā)生衰變所需的時間。

注意：半衰期由原子核內(nèi)部的因素決定，與原子所處的物理、化學狀態(tài)無關(guān)。

4.放射性同位素的應(yīng)用與防護

(1)放射性同位素：有天然放射性同位素和△工放射性同位素兩類，放射性同位素的化

學性質(zhì)相同。

(2)應(yīng)用：消除靜電、工業(yè)探傷、做示蹤原子等。

(3)防護：防止放射性對人體組織的傷害。

5.核力和核能

(1)核力：原子核內(nèi)部，核子間所特有的相互作用力。

注意：核力是短程力，只存在于相鄰的核子(質(zhì)子與質(zhì)子、質(zhì)子與中子、中子與中子)

間。

(2)核能

①核子在結(jié)合成原子核時出現(xiàn)質(zhì)量虧損\m,其對應(yīng)的能量\E=\mc\

②原子核分解成核子時要吸收一定的能量，相應(yīng)的質(zhì)量增加Am,吸收的能量為\E=

A/nc2o

6.裂變反應(yīng)和聚變反應(yīng)

(1)重核裂變

①定義：質(zhì)量數(shù)較大的原子核受到高能粒子的轟擊而分裂成幾個質(zhì)量數(shù)較小的原子核

的過程。

②典型的裂變反應(yīng)方程：避U+An-瑞Kr+嶷Ba+3An。

③鏈式反應(yīng)：重核裂變產(chǎn)生的蚯使裂變反應(yīng)一代接一代繼續(xù)下去的過程。

④臨界體積和臨界質(zhì)量：裂變物質(zhì)能夠發(fā)生鏈式反應(yīng)的最小體積及其相應(yīng)的質(zhì)量。

⑤裂變的應(yīng)用：原子彈、核電站。

⑥反應(yīng)堆構(gòu)造：核燃料、減速劑、鎘棒、防護層。

(2)輕核聚變

①定義：兩個輕核結(jié)合成質(zhì)量較大的核的反應(yīng)過程。輕核聚變反應(yīng)必須在高溫下進行,

因此又叫熱核反應(yīng)。

②典型的聚變反應(yīng)方程：汨+tHf?He+An+17.6MeV。

口教材拾金

1.［粵數(shù)版選修3-5P65T2改編］大量氫原子由n=l的狀態(tài)躍遷到n=4的狀態(tài)，在它

們再回到?=1的狀態(tài)的過程中，有以下說法：

①可能發(fā)出的能量不同的光子只有3種

②可能發(fā)出6種不同頻率的光子

③可能發(fā)出的光子的最大能量為12.75eV

④可能發(fā)出光子的最小能量為0.85eV

其中正確的說法是()

A.①@B.②④

C.D.②③

解析：D氫原子處于"=4的激發(fā)態(tài)，可能的輻射的光子頻率種數(shù)〃=儀=6種，故①

錯誤，②正確；從"=4躍遷到"=1能級輻射的光子