原子與原子核第十四章

第1講光電效應波粒二象性(本講對應系統用書P301)核心素養新課程標準命題分析物理觀念(1)了解光子、光子說、光電效應規律、波粒二象性；(2)認識原子核的結構和特點；(3)理解原子核的衰變、裂變、聚變和放射現象1.考查方式：(1)近幾年高考對于光電效應、氫原子的能級結構、核反應方程、核能的計算等的考查比較頻繁，試題以對基礎知識的考查為主，題目難度不會太大；(2)對原子與原子核部分的考查多以選擇題的形式出現，主要通過原子物理的各個概念、規律和微觀結構的認識考查“物理觀念”素養.2.廣東命題趨勢：光電效應規律及光電效應方程，原子結構及氫原子的能級躍遷，核反應及核能的計算，能用光電效應規律解釋光電效應現象，能用氫原子能級結構和能級公式解釋氫原子躍遷現象，能用愛因斯坦質能方程求解核能問題，體會量子論的建立對人們認識物質世界的影響，關注核技術應用對人類生活和社會發展的影響科學思維對微觀世界的研究，提出了各種模型，如湯姆孫原子模型、原子的核式結構模型、玻爾的原子模型，使我們知道物理學的研究需要建構模型；能運用概率統計的方法理解半衰期，對天然放射性現象進行分析科學探究探究光電效應規律、α粒子散射實驗科學態度與責任了解近代物理知識在生活、生產和科學技術中的應用欄目導航01知識

梳理查漏02題點

各個擊破03配套訓練知識梳理查漏1知識一

光電效應1.光電效應在光的照射下物體發射電子的現象叫光電效應，發射出來的電子叫__________.如圖所示裝置中，用弧光燈照射鋅板，有電子從鋅板表面飛出，使原來不帶電的驗電器帶正電.

光電子

2.光電效應的規律(1)任何一種金屬都有一個________，入射光的頻率ν必須大于這個極限頻率(ν>ν0)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，只隨著入射光________的增大而增大.

(3)入射光照到金屬上時，光電子的發射幾乎是______的，一般不超過10-9s.

(4)當入射光的頻率大于極限頻率時，光電流的強度與入射光的________成正比.

極限頻率ν0

頻率瞬時強度3.愛因斯坦的光子說光的能量不是連續的，而是一份一份的，每一份叫作一個光子.光子的能量E跟光的頻率ν成正比：E=hν(h是普朗克常量).4.愛因斯坦光電效應方程(1)最大初動能和逸出功金屬表面的電子吸收光子后克服金屬原子核的引力做功.直接從金屬表面逸出的電子所具有的最大動能稱為最大初動能，克服金屬原子核的引力逃逸成為光電子所做功的________叫逸出功.

(2)光電效應方程：________________，hν極限=W0(Ek是光電子的最大初動能，W0是________功，即從金屬表面直接飛出的光電子克服原子核引力所做的功).

最小值Ek=hν-W0逸出【自測1】(多選)1905年是愛因斯坦的“奇跡”之年，這一年他先后發表了三篇具有劃時代意義的論文，其中關于光量子的理論成功解釋了光電效應現象.關于光電效應，下列說法正確的是()A.當入射光的頻率低于極限頻率時，不能發生光電效應B.光電子的最大初動能與入射光的頻率成正比C.光電子的最大初動能與入射光的強度成正比D.某單色光照射一金屬時不發生光電效應，改用波長較短的光照射該金屬可能發生光電效應AD【解析】根據光電效應現象的實驗規律，只有入射光頻率大于極限頻率才能產生光電效應，故A、D正確.根據光電效應方程，最大初動能與入射光頻率呈線性關系，但非正比關系，B錯誤.根據光電效應現象的實驗規律，光電子的最大初動能與入射光強度無關，C錯誤.知識二

光的波粒二象性1.光的波粒二象性(1)光的干涉、衍射、偏振現象證明光具有______性.

(2)光電效應說明光具有______性.

(3)光既具有波動性，又具有粒子性，稱為光的__________性.

波動粒子波粒二象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律的表現，亮條紋是光子到達概率_____的地方，暗條紋是光子到達概率______的地方，因此光波又叫概率波.

(2)物質波(德布羅意波)：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為運動物體的動量，h為普朗克常量.

大小

【自測2】下列關于光的波粒二象性的說法正確的是()A.有的光是波，有的光是粒子B.光子與電子是同樣的一種粒子C.光的波長越長，其波動性越顯著；波長越短，其粒子性越顯著D.大量光子產生的效果往往顯示粒子性C題點各個擊破2命題點一對光電效應規律的理解［自修掌握類］

1.光子說對光電效應的解釋

現象解釋存在極限頻率現象解釋光電子最大初動能的決定因素根據光電效應方程Ek=hν-W0可知，最大初動能與光子的頻率和物體的逸出功有關，光子的頻率越大，金屬的逸出功越小，逸出的光電子最大初動能越大光電效應的瞬時性電子一次性吸收光子的全部能量，不需要積累能量的時間，光電效應幾乎是瞬時發生的，一般不超過10-9s2.四點提醒(1)光電效應能否發生，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.3.兩條對應關系(1)光照強度大→光子數目多→發射光電子多→光電流大.(2)光子頻率高→光子能量大→光電子的最大初動能大.4.三個關系式(1)愛因斯坦光電效應方程：Ek=hν-W0.(2)最大初動能與遏止電壓的關系：Ek=eUc.(3)逸出功與極限頻率的關系：W0=hνc.例1

(2023年廣東模擬)如圖所示的光電管，陰極和陽極密閉在真空玻璃管內部，用黃光照射時，發生了光電效應.則以下可以使光電子最大初動能增大的是()A.改用紅光照射光電管B.改用藍光照射光電管C.增強黃光的照射強度D.延長黃光的照射時間【解析】根據題意，由光電效應方程Ek=hν-W0可知光電子最大初動能與光照的頻率有關，與光照強度和光照時間無關.想增大光電子最大初動能，需要增大入射光的頻率，B正確.B

AC2.(2023年遼寧卷)原子處于磁場中，某些能級會發生劈裂.某種原子能級劈裂前后的部分能級圖如圖所示，相應能級躍遷放出的光子分別設為①②③④.若用①照射某金屬表面時能發生光電效應，且逸出光電子的最大初動能為Ek，則()A.①和③的能量相等B.②的頻率大于④的頻率C.用②照射該金屬一定能發生光電效應D.用④照射該金屬逸出光電子的最大初動能小于EkA【解析】由圖可知①和③對應的躍遷能級差相同，可知①和③的能量相等，A正確.因②對應的能級差小于④對應的能級差，可知②的能量小于④的能量.根據E=hν可知②的頻率小于④的頻率，B錯誤.因②對應的能級差小于①對應的能級差，可知②的能量小于①，②的頻率小于①.若用①照射某金屬表面時能發生光電效應，用②照射該金屬不一定能發生光電效應，C錯誤.因④對應的能級差大于①對應的能級差，可知④的能量大于①，即④的頻率大于①.因用①照射某金屬表面時能逸出光電子的最大初動能為Ek，根據Ekm=hν-W逸出功，則用④照射該金屬逸出光電子的最大初動能大于Ek，D錯誤.命題點二光電效應的方程和圖像［師生共研類］圖像名稱圖線形狀可求物理量最大初動能Ek與入射光頻率ν的關系圖線

①極限頻率νc：圖線與ν軸交點的橫坐標νc；②逸出功W0：圖線與Ek軸交點的縱坐標的絕對值W0=|-E|=E；③普朗克常量h：圖線的斜率k=h圖像名稱圖線形狀可求物理量顏色相同、強度不同的光，光電流與電壓的關系

①遏止電壓Uc：圖線與橫軸交點的橫坐標；②飽和光電流Im1，Im2：光電流的最大值；③最大初動能：Ek=eUc色光不同時，光電流與電壓的關系

①遏止電壓Uc1，Uc2；②飽和光電流；③最大初動能：Ek1=eUc1，Ek2=eUc2圖像名稱圖線形狀可求物理量遏止電壓Uc與入射光頻率ν的關系圖線

①極限頻率νc：圖線與橫軸交點的橫坐標；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)例2用如圖甲所示的裝置研究光電效應現象.閉合開關S，用頻率為ν的光照射光電管時發生了光電效應.圖乙是該光電管發生光電效應時光電子的最大初動能Ek與入射光頻率ν的關系圖像，圖線與橫軸的交點坐標為(a，0)，與縱軸的交點坐標為(0，-b).下列說法正確的是()

B

1.(2023年廣東模擬)某小組用a，b兩種單色光照射同一光電管探究光電效應，得到光電流I與光電管所加電壓U的關系如圖所示.下列說法正確的是()A.b光照射時逸出的光電子最大初動能更大B.增強a光的強度，遏止電壓Uca也增大C.a光的頻率大于b光的頻率D.a光的波長小于b光的波長A

2.(2022年河北卷)下圖是密立根于1916年發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，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h

D.遏止電壓Uc與入射光頻率ν成正比A

命題點三光的波粒二象性和物質波［自修掌握類］1.對光的粒子性和波動性的理解

項目內容光的粒子性(1)當光同物質發生作用時，這種作用是“一份一份”進行的，表現出粒子的性質(2)少量或個別光子容易顯示出光的粒子性光的波動性(1)足夠能量的光在傳播時，具有波動的性質(2)光是一種概率波，即光子在空間各點出現的可能性大小(概率)可用波動規律來描述2.物質波德布羅意波是概率波，衍射圖樣中的亮圓是電子落點概率大的地方，但概率的大小受波動規律支配.例3

(2022年湖南卷)關于原子結構和微觀粒子波粒二象性，下列說法正確的是()A.盧瑟福的核式結構模型解釋了原子光譜的分立特征B.玻爾的原子理論完全揭示了微觀粒子運動的規律C.光電效應揭示了光的粒子性D.電子束穿過鋁箔后的衍射圖樣揭示了電子的粒子性【解析】玻爾的量子化模型很好地解釋了原子光譜的分立特征，但不足之處是它保留了經典理論中的一些觀點，如電子軌道的概念，還不能完全揭示微觀粒子的運動規律，A、B錯誤.光電效應揭示了光的粒子性，C正確.電子束穿過鋁箔后的衍射圖樣證實了電子的波動性，質子、中子及原子、分子均具有波動性，D錯誤.C1.下列哪一組實驗能說明光具有波粒二象性()A.光的雙縫干涉和光的單縫衍射現象B.泊松亮斑和光電效應現象C.光的反射和光的薄膜干涉現象D.光電效應和光的直進現象B【解析】光的干涉和衍射是波特有的現象，能說明光具有波動性，但不能說明其具有粒子性，A錯誤.泊松亮斑是由于光的衍射形成的，說明光具有波動性.而光電效應說明光具有粒子性，B正確.光的薄膜干涉現象說明光具有波動性.而光的反射不能說明其具有粒子性，波也能反射，C錯誤.光電效應能說明光具有粒子性，而光的直進現象不能說明光的波動性，粒子也能直進，D錯誤.2.(多選