2025年物理新高考備考2025年（版）物理《三維設計》一輪總復習（提升版）第1講　光電效應和波粒二象性

課標要求備考策略1.了解人類探索原子及其結構的歷史。知道原子的核式結構模型。通過對氫原子光譜的分析，了解原子的能級結構。2.了解原子核的組成和核力的性質。知道四種基本相互作用。能根據質量數守恒和電荷數守恒寫出核反應方程。3.了解放射性和原子核衰變。知道半衰期及其統(tǒng)計意義。了解放射性同位素的應用，知道射線的危害與防護。4.認識原子核的結合能，了解核裂變反應和核聚變反應。關注核技術應用對人類生活和社會發(fā)展的影響。5.通過實驗，了解光電效應現象。知道愛因斯坦光電效應方程及其意義。能根據實驗結論說明光的波粒二象性。6.知道實物粒子具有波動性，了解微觀世界的量子化特征。體會量子論的建立對人們認識物質世界的影響光電效應現象與光電效應方程的應用、原子核式結構、氫原子光譜規(guī)律、能級躍遷、核衰變與核反應方程、核能與愛因斯坦質能方程是近幾年高考的命題熱點。復習過程中加強對α粒子散射實驗的理解，深刻理解氫原子的能級結構及光電效應方程；加強對核反應方程特別是衰變的理解；強化對核能、質能方程的理解和應用第1講光電效應和波粒二象性考點一黑體輻射及實驗規(guī)律1.熱輻射（1）定義：周圍的一切物體都在輻射電磁波，這種輻射與物體的溫度有關，所以叫熱輻射。（2）特點：熱輻射強度按波長的分布情況隨物體溫度的不同而有所不同。2.黑體、黑體輻射的實驗規(guī)律（1）黑體：能夠完全吸收入射的各種波長的電磁波而不發(fā)生反射的物體。（2）黑體輻射的實驗規(guī)律：①對于一般材料的物體，輻射電磁波的情況除了與溫度有關，還與材料的種類及表面狀況有關；②黑體輻射電磁波的強度按波長的分布只與黑體的溫度有關。隨著溫度的升高，一方面，各種波長的輻射強度都有增加，另一方面，輻射強度的極大值向波長較短的方向移動，如圖。3.能量子（1）定義：普朗克認為，當帶電微粒輻射或吸收能量時，只能輻射或吸收某個最小能量值ε的整數倍，這個不可再分的最小能量值ε叫作能量子。（2）能量子大?。害牛絟ν，其中ν是帶電微粒吸收或輻射電磁波的頻率，h稱為普朗克常量。h＝6.626×10－34J·s（一般取h＝6.63×10－34J·s）。1.【黑體和黑體輻射】關于黑體與黑體輻射，下列說法正確的是（）A.一般物體輻射電磁波的情況與溫度無關，只與材料的種類及表面情況有關B.黑體能完全吸收入射的各種波長的電磁波而不發(fā)生反射，所以看起來是黑色的C.隨著溫度的升高，黑體輻射電磁波的輻射強度將會增加D.黑體輻射隨著溫度的升高，輻射強度的極大值向波長較長的方向移動解析：C一般物體輻射電磁波的情況與溫度有關，也與材料的種類及表面情況有關，故A錯誤；黑體能完全吸收入射的各種波長的電磁波而不發(fā)生反射，并不是看起來是黑色的，故B錯誤；隨著溫度的升高，黑體輻射電磁波的輻射強度將會增加，故C正確；黑體輻射隨著溫度的升高，輻射強度的極大值向波長較短的方向移動，故D錯誤。2.【黑體輻射的規(guī)律】下列關于在兩種不同溫度下某一定質量的氣體的分子速率分布圖像[縱坐標f（v）表示各速率區(qū)間的分子數占總分子數的百分比，橫坐標v表示分子的速率]和兩種不同溫度下黑體輻射的強度與波長的關系的圖像符合實驗規(guī)律的是（）解析：C兩種不同溫度下某一定質量的氣體的分子速率分布圖像與坐標軸圍成的面積應相等，且溫度較高的氣體分子速率大的占比更多，故A、B錯誤；黑體輻射的實驗規(guī)律表明，隨著溫度的升高，一方面各種波長的輻射強度都增加，另一方面輻射強度的極大值向波長較短的方向移動，故C正確，D錯誤。3.【能量子公式ε＝hν的應用】（2022·江蘇高考4題）上海光源通過電子—光子散射使光子能量增加，光子能量增加后 （）A.頻率減小 B.波長減小C.動量減小 D.速度減小解析：B根據ε＝hν可知光子的能量增加后，光子的頻率增大，又根據λ＝cν可知光子波長減小，故A錯誤，B正確；根據p＝?λ可知光子的動量增大，但光子的速度始終不變，故C、考點二光電效應1.光電效應及其規(guī)律（1）光電效應現象照射到金屬表面的光，能使金屬中的電子從表面逸出，這個現象稱為光電效應，這種電子常稱為光電子。（2）光電效應的產生條件入射光的頻率大于或等于金屬的截止頻率。（3）光電效應規(guī)律①每種金屬都有一個截止頻率νc，入射光的頻率必須大于或等于這個截止頻率才能產生光電效應。②光電子的最大初動能與入射光的強度無關，只隨入射光頻率的增大而增大。③光電效應的發(fā)生幾乎是瞬時的，一般不超過10－9s。④當入射光的頻率大于或等于截止頻率時，在光的顏色不變的情況下，入射光越強，飽和電流越大，逸出的光電子數越多，逸出光電子的數目與入射光的強度成正比，飽和電流的大小與入射光的強度成正比。2.愛因斯坦光電效應方程（1）光電效應方程①表達式：hν＝Ek＋W0或Ek＝hν－W0。②物理意義：金屬表面的電子吸收一個光子獲得的能量是hν，這些能量的一部分用來克服金屬的逸出功W0，剩下的表現為逸出后電子的最大初動能。（2）逸出功W0：電子從金屬中逸出所需做功的最小值，W0＝hνc＝hcλ（3）最大初動能：發(fā)生光電效應時，金屬表面上的電子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。?判斷小題1.光子和光電子都不是實物粒子。 （×）2.只要入射光的強度足夠大，就可以使金屬發(fā)生光電效應。 （×）3.要使某金屬發(fā)生光電效應，入射光子的能量必須大于或等于該金屬的逸出功。 （√）4.光電子的最大初動能與入射光子的頻率成正比。 （×）1.光電效應的兩條分析思路2.光電效應中三個重要關系式（1）愛因斯坦光電效應方程：Ek＝hν－W0。（2）光電子的最大初動能Ek與遏止電壓Uc的關系：Ek＝eUc。（3）逸出功W0與截止頻率νc的關系：W0＝hνc。3.四點提醒（1）能否發(fā)生光電效應，不取決于光的強度而取決于光的頻率。（2）光電效應中的“光”不是特指可見光，也包括不可見光。（3）逸出功的大小由金屬本身決定，與入射光無關。（4）光電子不是光子，而是電子?！纠?】（2024·山西太原模擬）如圖所示，在研究光電效應的實驗中，保持P的位置不變，用單色光a照射陰極K，電流計G的指針不發(fā)生偏轉；改用另一頻率的單色光b照射陰極K，電流計G的指針發(fā)生偏轉，那么 （）A.增加單色光a的強度一定能使電流計的指針發(fā)生偏轉B.用單色光b照射時通過電流計的電流由d到cC.只增加單色光b的強度一定能使通過電流計的電流增大D.單色光a的波長一定小于單色光b的波長答案：C解析：用單色光a照射陰極K，電流計的指針不發(fā)生偏轉，說明單色光a的頻率小于陰極K的截止頻率，增加單色光a的強度也無法使電流計的指針發(fā)生偏轉，故A錯誤；電子運動方向從d到c，電流方向從c到d，故B錯誤；只增加單色光b的強度可以使光電流增大，通過電流計的電流增大，故C正確；單色光b能使陰極K發(fā)生光電效應，說明單色光b的頻率大于陰極K的截止頻率，也就大于單色光a的頻率，單色光b的波長一定小于單色光a的波長，故D錯誤。1.【光電效應的分析】1887年赫茲發(fā)現了光電效應現象；1905年愛因斯坦用光量子理論對光電效應進行了全面的解釋?，F在利用光電效應原理制成的光電器件已經被廣泛應用于生產、生活、軍事等領域。用如圖所示電路圖研究光電效應，用頻率為ν的單色光照射光電管，能發(fā)生光電效應現象，則 （）A.此電路可用于研究光電管的飽和電流B.用頻率小于ν的單色光照射陰極K時，金屬的截止頻率不同C.增加入射光的強度，遏止電壓Uc不變D.滑動變阻器滑片P從左端緩慢向右移動時，電流表示數逐漸增大解析：C此電路研究的是光電管的遏止電壓，不可用于研究光電管的飽和電流，故A錯誤；金屬的截止頻率只與自身有關，與外界光照條件無關，故B錯誤；遏止電壓的大小與入射光的頻率有關，與入射光的強度無關，故C正確；因光電管所加電壓為反向電壓，則滑片從左向右移動，電壓變大，射到A極的電子變少，電流變小，電流表示數變小，故D錯誤。2.【光電效應方程的應用】某金屬在一束單色光的照射下發(fā)生光電效應，光電子的最大初動能為Ek，已知該金屬的逸出功為W0，普朗克常量為h。根據愛因斯坦的光電效應理論，該單色光的頻率ν為 （）A.Ek? C.Ek－W解析：D根據愛因斯坦的光電效應方程可知hν＝W0＋Ek，解得該單色光的頻率為ν＝W0＋Ek3.【光電效應規(guī)律的綜合】如圖所示，分別用波長為λ、2λ的光照射光電管的陰極K，對應的遏止電壓之比為3∶1，則光電管的極限波長是 （）A.2λ B.3λC.4λ D.6λ解析：C根據eUc＝12mvm2＝?cλ－?cλ0，則eUc1＝?cλ－?cλ0，eUc2＝?c2λ－?cλ0，其中考點三光電效應中常見的四類圖像圖像名稱圖線形狀獲取信息最大初動能Ek與入射光頻率ν的關系①截止頻率νc：圖線與ν軸交點的橫坐標②逸出功W0：圖線與Ek軸交點的縱坐標的絕對值W0＝｜－E｜＝E③普朗克常量h：圖線的斜率k＝h圖像名稱圖線形狀獲取信息遏止電壓Uc與入射光頻率ν的關系①截止頻率νc：圖線與橫軸的交點的橫坐標②遏止電壓Uc：隨入射光頻率的增大而增大③普朗克常量h：等于圖線的斜率與電子電荷量的乘積，即h＝ke（注：此時兩極之間接反向電壓）圖像名稱圖線形狀獲取信息顏色相同、強度不同的光，光電流與電壓的關系①遏止電壓Uc：圖線與橫軸的交點的橫坐標②飽和電流：電流的最大值③最大初動能：Ek＝eUc顏色不同時，光電流與電壓的關系①遏止電壓Uc1、Uc2②飽和電流③最大初動能Ek1＝eUc1，Ek2＝eUc2Uc－ν圖像【例2】密立根于1916年發(fā)表的鈉金屬光電效應的遏止電壓Uc與入射光頻率ν的實驗曲線，如圖所示該實驗直接證明了愛因斯坦光電效應方程，并且第一次利用光電效應實驗測定了普朗克常量h。由圖像可知 （）A.鈉的逸出功為hνcB.鈉的截止頻率為8.5×1014HzC.圖中直線的斜率為普朗克常量hD.遏止電壓Uc與入射光頻率ν成正比答案：A解析：根據遏止電壓與最大初動能的關系有eUc＝Ekm，根據光電效應方程有Ekm＝hν－W0，當Uc為0時，解得W0＝hνc，A正確；鈉的截止頻率為νc，根據題圖可知，截止頻率小于8.5×1014Hz，B錯誤；結合遏止電壓與光電效應方程可解得Uc＝?eν－W0e，可知圖中直線的斜率表示?e，C錯誤；根據遏止電壓與入射光的頻率關系式可知，遏止電壓Uc與入射光頻率ν成線性關系，Ekm－U圖像【例3】如圖所示，分別用1、2兩種材料作K極進行光電效應探究，其截止頻率ν1＜ν2，保持入射光不變，則光電子到達A極時動能的最大值Ekm隨電壓U變化關系的圖像是（）答案：C解析：光電管所加電壓為正向電壓，則根據愛因斯坦光電效應方程可知光電子到達A極時動能的最大值Ekm＝Ue＋hν－h(huán)ν截止，可知Ekm－U圖像的斜率相同，均為e；截止頻率越大，則圖像在縱軸上的截距越小，因ν1＜ν2，則圖像C正確，A、B、D錯誤。I－U圖像【例4】研究光電效應的電路如圖甲所示，用藍光、較強的黃光和較弱的黃光分別照射密封真空管中的金屬極板K，極板發(fā)射出的光電子在電路中形成的光電流I與A、K之間的電壓U的關系圖像如圖乙所示。關于1、2、3三條曲線，下列說法正確的是（）A.2、3為用黃光照射時得到的曲線，曲線2對應的黃光較強B.1、3為用黃光照射時得到的曲線，曲線1對應的黃光較強C.當滑動變阻器的滑片在最左端時，電流表示數一定為零D.電壓表示數越大，則光電流越大，截止頻率越小答案：B解析：藍光比黃光頻率高，根據光電效應方程Ek＝hν－W0，對逸出的光電子，根據動能定理可知Ek＝eUc，聯立解得Uc＝?νe－W0e，因此藍光的截止電壓更高，2號曲線對應藍光，1、3曲線對應黃光，而曲線1飽和電流較大，因此對應較強的黃光，曲線3對應較弱的黃光，故A錯誤，B正確；當滑動變阻器在最左端時，外接電壓為零，此時光電效應產生的光電流不為零，電流表示數不為零，故C錯誤；當光電流達到飽和時，光電流的大小和光的強度有關，與外接電壓無關，外接電壓再增大時，光電流大小不變，考點四光的波粒二象性與物質波1.光的波粒二象性（1）光的干涉、衍射、偏振現象證明光具有波動性。（2）光電效應說明光具有粒子性。（3）光既具有波動性，又具有粒子性，稱為光的波粒二象性。2.物質波（1）概率波：光的干涉現象是大量光子的運動遵守波動規(guī)律的表現，亮條紋是光子到達概率大的地方，暗條紋是光子到達概率小的地方，因此光波又叫概率波。（2）物質波：任何一個運動著的物體，小到微觀粒子，大到宏觀物體，都有一種波與它對應，其波長λ＝?p，p為運動物體的動量，h?判斷小題1.光的頻率越高，光的粒子性越明顯，但仍具有波動性。 （√）2.法國物理學家德布羅意大膽預言了實物粒子在一定條件下會表現為波動性。 （√）1.【光和實物粒子的波粒二象性】圖甲是用很弱的光做雙縫干涉實驗得到的不同數量的光子照射到感光膠片上的照片。圖乙是1927年戴維森和G.P.湯姆孫分別完成的電子衍射實驗簡化圖，該實驗是榮獲諾貝爾獎的重大近代物理實驗之一。關于這兩個圖片，下列說法中正確的是（）A.圖甲這些照片說明光只有粒子性沒有波動性B.圖甲這些照片說明光只有波動性沒有粒子性C.圖乙中該實驗再次說明光子具有波動性D.圖乙中該實驗說明實物粒子具有波動性解析：D光具有波粒二象性，題圖甲說明少量光子粒子性表現明顯，大量光子波動性表現明顯，故A、B錯誤；題圖乙是電子束的衍射實驗，證明實物粒子具有波動性，而不是光子具有波動性，故C錯誤，D正確。2.【物質波】已知普朗克常量h＝6.63×10－34J·s，電子的質量為9.11×10－31kg，一個電子和一滴直徑約為4μm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量級為（已知油的密度ρ＝0.8×103kg/m3） （）A.10－8 B.106C.108 D.1016解析：C根據德布羅意波長公式λ＝?p，由p＝2mEk，解得λ＝?2mEk。由題意可知，電子與油滴的動能相同，則其波長與質量的二次方根成反比，所以有λ電λ油＝m油m電，m油＝ρ·16πd3＝0.8×103×16×3.14×（4×10－6）3kg≈2.7×10－14kg，代入數據解得λ電λ3.【實物粒子的波粒二象性】（多選）電子雙縫干涉實驗是近代證實物質波存在的實驗。如圖所示，電子槍持續(xù)發(fā)射的電子動量為1.2×10－23kg·m/s，然后讓它們通過雙縫打到屏上。已知電子質量取9.1×10－31kg，普朗克常量取6.6×10－34J·s，下列說法正確的是（）A.發(fā)射電子的動能約為8.0×10－15JB.發(fā)射電子的物質波波長約為5.5×10－11mC.只有成對電子分別同時通過雙縫才能發(fā)生干涉D.如果電子是一個一個發(fā)射的，仍能得到干涉圖樣解析：BD根據動量的大小與動能的關系可知發(fā)射電子的動能約為Ek＝p22m＝（1.2×10－23）22×9.1×10－31J≈8.0×10－17J，故A錯誤；發(fā)射電子的物質波波長約為λ＝?p＝6.6×10－341.2×10跟蹤訓練·鞏固提升1.赫茲在研究電磁波的實驗中偶然發(fā)現，接收電路的電極如果受到光照，就更容易產生電火花。此后許多物理學家相繼證實了這一現象，即照射到金屬表面的光，能使金屬中的電子從表面逸出。最初用量子觀點對該現象給予合理解釋的科學家是 （）A.玻爾 B.康普頓C.愛因斯坦 D.德布羅意解析：C玻爾引入量子化的觀念解釋了氫原子光譜，與題意不符，A錯誤；康普頓提出康普頓效應，發(fā)現了光子不僅具有能量，還具有動量，證明了光具有粒子性，與題意不符，B錯誤；愛因斯坦提出光子說，從理論上解釋了光電效應的實驗現象，符合題意，C正確；德布羅意提出一切物質都具有波粒二象性，與題意不符，D錯誤。2.關于光的波粒二象性，下列說法正確的是 （）A.光既具有波動性，又具有粒子性，這是互相矛盾和對立的B.光的波動性類似于機械波，光的粒子性類似于質點C.大量光子才具有波動性，個別光子只具有粒子性D.由于光既具有波動性，又具有粒子性，無法只用其中一種去說明光的一切行為，只能認為光具有波粒二象性解析：D光既具有粒子性，又具有波動性，大量的光子波動性比較明顯，個別光子粒子性比較明顯，并不矛盾和對立，故A、C錯誤；光是概率波，不同于機械波，光的粒子性也不同于質點，故B錯誤；由于光既具有波動性，又具有粒子性，即光的波動性與粒子性是光子本身的一種屬性，故無法只用其中一種去說明光的一切行為，只能認為光具有波粒二象性，故D正確。3.圖示為黑體輻射的實驗規(guī)律，關于黑體輻射以下敘述正確的是（）A.隨溫度升高，各種波長的輻射強度都有增加B.隨溫度降低，各種波長的輻射強度都有增加C.隨溫度升高，輻射強度的極大值向波長較長的方向移動D.黑體輻射電磁波的情況除與溫度有關外還與材料的種類及表面狀況有關解析：A根據題圖可知，隨溫度升高，各種波長的輻射強度都有增加，故A正確，B錯誤；隨溫度升高，輻射強度的極大值向波長較短的方向移動，故C錯誤；黑體輻射電磁波的情況只與溫度有關，故D錯誤。4.被譽為“中國天眼”的大口徑球面射電望遠鏡已發(fā)現660余顆新脈沖星，領先世界。天眼對距地球為L的天體進行觀測，其接收光子的橫截面半徑為R。若天體射向天眼的輻射光子中，有η（η＜1）倍被天眼接收，天眼每秒接收到該天體發(fā)出的頻率為ν的N個光子。普朗克常量為h，則該天體發(fā)射頻率為ν光子的功率為（）A.4NL2C.ηL2?ν解析：A設天體發(fā)射頻率為ν的光子功率為P，由題意可知Pt×πR24πL2×η＝Nhν，其中t＝1s，解得P5.（多選）在光電效應實驗中，分別用頻率為νa、νb的單色光a、b照射到同種金屬上，測得相應的遏止電壓分別為Ua和Ub，光電子的最大初動能分別為Eka和Ekb，h為普朗克常量。下列說法正確的是 （）A.若νa＞νb，則一定有Ua＜UbB.若νa＞νb，則一定有Eka＞EkbC.若Ua＜Ub，則一定有Eka＜EkbD.若νa＞νb，則一定有hνa－Eka＞hνb－Ekb解析：BC由愛因斯坦光電效應方程得Ek＝hν－W0，由動能定理得Ek＝eU，用單色光a、b照射同種金屬時，逸出功W0相同。當νa＞νb時，一定有Eka＞Ekb，Ua＞Ub，故選項A錯誤，B正確；若Ua＜Ub，則一定有Eka＜Ekb，故選項C正確；因逸出功相同，有W0＝hνa－Eka＝hνb－Ekb，故選項D錯誤。6.（多選）（2023·海南高考10題）已知一個激光發(fā)射器功率為P，發(fā)射波長為λ的光，光速為c，普朗克常量為h，則 （）A.光的頻率為cB.光子的能量為?C.光子的動量為?D.在時間t內激光器發(fā)射的光子數為Ptc解析：AC光的頻率ν＝cλ，A正確；光子的能量E＝hν＝?cλ，B錯誤；光子的動量p＝?λ，C正確；在時間t內激光器發(fā)射的光子數n＝PtE＝7.（2024·山東威海模擬）某種金屬發(fā)生光電效應時逸出光電子的最大初動能Ek與入射光頻率ν的關系圖像如圖所示，圖線與橫軸的交點為ν0，圖線的延長線與縱軸的交點為－E，下列說法正確的是（）A.若入射光的頻率為ν02，則光電子的最大初動能為B.普朗克常量為EC.該金屬的逸出功隨入射光的頻率的增大而減小D.入射光的頻率越高，單位時間內逸出的光電子數越多解析：B由題圖可知，只有當入射光的頻率大于截止頻率ν0時，才會發(fā)生光電效應現象，故A錯誤；將光電效應方程Ek＝hν－W0與Ek－ν圖像相結合，可知Ek－ν圖像的斜率為普朗克常量h，即有h＝Eν0，故B正確；金屬的逸出功是由金屬本身決定的，與入射光頻率無關，故C錯誤；入射光的頻率與單位時間內逸出的光電子數無關，故8.（2024·江蘇南通模擬）利用圖甲所示的實驗裝置測量遏止電壓U與入射光頻率ν的關系。若某次實驗中得到如圖乙所示的U－ν圖像。已知普朗克常量為h，則 （）A.電源的左端為正極B.K極金屬的逸出功為hν1C.增大入射光的強度，遏止電壓增大D.滑動變阻器滑片移至最左端，電流表示數為零解析：B測量遏止電壓U與入射光頻率ν的關系時，A、K之間應加反向電壓，使光電子受到的電場力指向陰極，則A應與電源負極相連，所以電源的左端為負極，故A錯誤；由題圖乙可知K極金屬的截止頻率為ν1，所以逸出功為W0＝hν1，故B正確；根據愛因斯坦光電效應方程和動能定理可得eUc＝Ek＝hν－W0，由上式可知遏止電壓與入射光強度無關，與入射光頻率有關，只有增大入射光頻率時遏止電壓才增大，故C錯誤；滑動變阻器滑片移至最左端，反向電壓為零，光電子可以到達陽極形成光電流，電流表示數不為零，故D錯誤。9.用如圖所示的實驗裝置研究光電效應現象。閉合開關S，用光子能量為2.75eV的光照射到光電管上時發(fā)生了光電效應，電流表G的示數不為零，移動滑動變阻器的觸頭c，發(fā)現當電壓表的示數大于或等于1.7V時，電流表示數為零，則在該實驗中 （）A.光電子的最大初動能為1.05eVB.光電管陰極的逸出功為1.7eVC.開關S斷開，電流表G示數為零D.當滑動變阻器的觸頭向a端滑動時，電壓表示數增大解析：D由題意可知，遏止電壓Uc＝1.7V，最大初動能Ek＝eUc＝1.7eV，故A錯誤；根據光電效應方程可知，逸出功W0＝E－Ek＝1.05eV，故B錯誤；斷開開關S，光電效應依然發(fā)生，有光電流，光電管、電流表、滑動變阻器構成閉合回路，電流表中電流不為零，故C錯誤；電源電壓為反向電壓，當滑動變阻器的觸頭向a端滑動時，反向電壓增大，電壓表示數增大，電流表中電流減小，故D正確。10.一點光源以113W的功率向周圍所有方向均勻地輻射波