高考總復(fù)習(xí)優(yōu)化設(shè)計(jì)GAOKAOZONGFUXIYOUHUASHEJI第1節(jié)光電效應(yīng)波粒二象性第十五章2026內(nèi)容索引0102強(qiáng)基礎(chǔ)增分策略增素能精準(zhǔn)突破【課程標(biāo)準(zhǔn)】

1.通過實(shí)驗(yàn),了解光電效應(yīng)現(xiàn)象。能根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)論說明光的波粒二象性。知道愛因斯坦光電效應(yīng)方程及其意義。2.知道實(shí)物粒子具有波動(dòng)性,了解微觀世界的量子化現(xiàn)象。體會(huì)量子論的建立對(duì)人們認(rèn)識(shí)物質(zhì)世界的影響。3.了解人類探索原子結(jié)構(gòu)的歷史。知道原子核式結(jié)構(gòu)模型。通過對(duì)氫原子光譜的分析,了解原子的能級(jí)結(jié)構(gòu)。4.了解原子核的組成和核力的性質(zhì)。知道四種基本相互作用。能根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒寫出核反應(yīng)方程。5.了解放射性和原子核衰變。知道半衰期及其統(tǒng)計(jì)意義。了解放射性同位素的應(yīng)用,知道射線的危害與防護(hù)。6.認(rèn)識(shí)原子核的結(jié)合能,了解核裂變反應(yīng)和核聚變反應(yīng)。關(guān)注核技術(shù)應(yīng)用對(duì)人類生活和社會(huì)發(fā)展的影響【核心素養(yǎng)】

【試題情境】

生活實(shí)踐類霓虹燈、氖管、光譜儀、原子鐘、威耳遜云室、射線測(cè)厚儀、原子彈、反應(yīng)堆與核電站、太陽、氫彈、環(huán)流器裝置等學(xué)習(xí)探索類光電效應(yīng)現(xiàn)象、愛因斯坦光電效應(yīng)方程及其意義、光的波粒二象性、原子的核式結(jié)構(gòu)模型、氫原子光譜、原子的能級(jí)結(jié)構(gòu)、原子核的組成、核反應(yīng)方程、放射性和原子核衰變、半衰期及其統(tǒng)計(jì)意義、放射性同位素的應(yīng)用、射線的危害與防護(hù)、原子核的結(jié)合能、核裂變反應(yīng)和核聚變反應(yīng)等【考向預(yù)測(cè)】

本章內(nèi)容屬于高考考查的熱點(diǎn),題型以選擇題為主。

考查的具體內(nèi)容主要包括以下幾點(diǎn):①原子的能級(jí)躍遷;②原子核的衰變規(guī)律;③核反應(yīng)方程的書寫;④質(zhì)量虧損和核能的計(jì)算;⑤三種射線的特點(diǎn)及應(yīng)用;⑥光電效應(yīng)的規(guī)律及應(yīng)用等。

還要注意學(xué)科內(nèi)的綜合問題,比如光電效應(yīng)與帶電粒子在電場(chǎng)和磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的綜合,核反應(yīng)與動(dòng)量的綜合等強(qiáng)基礎(chǔ)增分策略一、光電效應(yīng)

不是特指可見光,也包括不可見光1.定義:在光的照射下,金屬中的

從表面逸出的現(xiàn)象(逸出的電子稱為光電子)。

2.產(chǎn)生條件:入射光的頻率

截止頻率。

電子大于或等于3.光電效應(yīng)規(guī)律(1)存在著飽和電流:對(duì)于一定顏色的光,入射光越強(qiáng),單位時(shí)間內(nèi)發(fā)射的光電子數(shù)

。

(2)存在著遏止電壓和截止頻率:光電子的能量只與入射光的

有關(guān),而與入射光的

無關(guān)。當(dāng)入射光的頻率低于截止頻率時(shí)不發(fā)生光電效應(yīng)。

(3)光電效應(yīng)具有瞬時(shí)性:當(dāng)頻率超過截止頻率時(shí),無論入射光怎樣微弱,在照到金屬時(shí)會(huì)立即產(chǎn)生光電流,即光電效應(yīng)幾乎是瞬時(shí)發(fā)生的。越多頻率強(qiáng)弱二、光子說及光電效應(yīng)方程1.光子說空間傳播的光是一份一份的,每一份叫一個(gè)光子,一個(gè)光子的能量為E=hν,其中h=6.63×10-34J·s,稱為普朗克常量。2.光電效應(yīng)方程(1)表達(dá)式:光電子的最大初動(dòng)能Ek與入射光光子的能量hν和逸出功W0之間的關(guān)系:Ek=

。其

中逸出功是指使某種金屬原子中的電子脫離金屬所做功的

。

(2)物理意義:金屬中電子吸收一個(gè)光子獲得的能量是hν,這些能量一部分用于克服金屬的

,剩下的表現(xiàn)為逸出電子的

。

由金屬本身決定,與入射光無關(guān)

hν-W0

最小值逸出功初動(dòng)能三、光的波粒二象性與物質(zhì)波1.光的波粒二象性(1)光的干涉、衍射、偏振現(xiàn)象證明光具有

性。

(2)光電效應(yīng)說明光具有

性。

(3)光既具有波動(dòng)性,又具有粒子性,稱為光的

性。

2.物質(zhì)波(1)概率波:光的干涉現(xiàn)象是大量光子的運(yùn)動(dòng)遵守波動(dòng)規(guī)律的表現(xiàn),亮條紋是光子到達(dá)概率

的地方,暗條紋是光子到達(dá)概率

的地方,因此光波又叫概率波。

(2)物質(zhì)波:任何一個(gè)運(yùn)動(dòng)著的物體,小到微觀粒子大到宏觀物體都有一種波與它對(duì)應(yīng),其波長(zhǎng)λ=

,p為運(yùn)動(dòng)物體的動(dòng)量,h為普朗克常量。

波動(dòng)粒子波粒二象大小易錯(cuò)辨析

(1)只要光照射的時(shí)間足夠長(zhǎng),任何金屬都能發(fā)生光電效應(yīng)。(

)(2)光電子就是光子。(

)(3)截止頻率越大的金屬材料逸出功越大。(

)(4)從金屬表面出來的光電子的最大初動(dòng)能越大,這種金屬的逸出功越小。(

)(5)入射光的頻率越大,逸出功越大。(

)××√××應(yīng)用提升1.從古代的微粒說到托馬斯·楊和菲涅耳的光的波動(dòng)說,從麥克斯韋的光的電磁理論到愛因斯坦的光子理論,人類對(duì)光的認(rèn)識(shí)構(gòu)成了一部科學(xué)史詩。已知普朗克常量為h,光在真空中的速度、頻率和波長(zhǎng)分別為c、ν和λ。根據(jù)愛因斯坦的光子理論,光子能量E等于(

)答案

B

2.光電管的原理圖如圖所示,已知當(dāng)有波長(zhǎng)為λ0的光照到陰極K上時(shí),電路中有光電流,則(

)A.若減小入射光強(qiáng)度,電路中可能沒有光電流B.若增加電路中電源電壓,電路中光電流可能先增大后不變C.若將電源極性反接,電路中一定沒有光電流產(chǎn)生D.若換用波長(zhǎng)為λ1(λ1>λ0)的光照射陰極K,電路中一定沒有光電流答案

B解析

題目中說明已經(jīng)發(fā)生了光電效應(yīng),減小入射光強(qiáng)度,光電流減小,不可能沒有,選項(xiàng)A錯(cuò)誤;增加電路中電源電壓,電路中光電流增大,當(dāng)達(dá)到飽和電流時(shí)光電流不再變化,選項(xiàng)B正確;若將電源極性反接,電路中不一定沒有光電流,只有當(dāng)U>Uc時(shí)才遏止住最大初動(dòng)能的光電子,沒有電流產(chǎn)生,所以C錯(cuò)誤;當(dāng)λ1>λ0時(shí),可能入射光頻率仍然大于截止頻率,還可以發(fā)生光電效應(yīng),所以D錯(cuò)誤。3.(多選)如圖所示,用導(dǎo)線把驗(yàn)電器與鋅板相連接,已知紫外線的頻率大于鋅的截止頻率,當(dāng)用紫外線照射鋅板時(shí),發(fā)生的現(xiàn)象是(

)A.有光子從鋅板逸出

B.有電子從鋅板逸出C.驗(yàn)電器指針張開一個(gè)角度

D.鋅板帶負(fù)電BC4.下列實(shí)驗(yàn)中,深入地揭示了光的粒子性的是(

)答案

A

解析

X射線被石墨散射后部分波長(zhǎng)變長(zhǎng)(即康普頓效應(yīng)),說明光子具有動(dòng)量,深入地揭示了光的粒子性,故A正確;陰極射線通過多晶薄膜后得到的衍射圖樣,說明電子具有波動(dòng)性,故B錯(cuò)誤;轟擊金箔的α粒子中有少數(shù)發(fā)生較大偏轉(zhuǎn),說明占原子質(zhì)量絕大部分的帶正電的那部分物質(zhì)集中在很小的空間范圍,進(jìn)而揭示了原子具有核式結(jié)構(gòu),故C錯(cuò)誤;氫原子發(fā)射的光經(jīng)三棱鏡分光后,呈現(xiàn)線狀譜,揭示了氫原子具有分立能級(jí)的特征,故D錯(cuò)誤。增素能精準(zhǔn)突破考點(diǎn)一光電效應(yīng)規(guī)律的理解及應(yīng)用[師生共研]一、與光電效應(yīng)有關(guān)的概念對(duì)比1.光子與光電子:光子不帶電;光電子是光電效應(yīng)時(shí)發(fā)射出來的電子,其本質(zhì)是電子。2.光電子的初動(dòng)能與光電子的最大初動(dòng)能:光電子的初動(dòng)能小于等于光電子的最大初動(dòng)能。3.光電流和飽和光電流:金屬板飛出的光電子到達(dá)陽極,回路中便產(chǎn)生光電流,隨著所加正向電壓的增大,光電流趨于一個(gè)飽和值,這個(gè)飽和值是飽和光電流。在一定的光照條件下,飽和光電流與所加電壓大小無關(guān)。4.入射光強(qiáng)度與光子能量:入射光強(qiáng)度是指單位時(shí)間內(nèi)照射到單位面積上的總能量,與光子的能量和單位時(shí)間內(nèi)光子的數(shù)目有關(guān)。5.光的強(qiáng)度與飽和光電流:頻率相同的光照射金屬產(chǎn)生光電效應(yīng),入射光越強(qiáng),飽和光電流越大。二、對(duì)光電效應(yīng)規(guī)律的解釋

實(shí)驗(yàn)規(guī)律理解存在截止頻率νc電子從金屬表面逸出,首先需要克服金屬原子核的引力做功W0,要使入射光子能量不小于W0,對(duì)應(yīng)的頻率νc=,即截止頻率光電子的最大初動(dòng)能隨著入射光頻率的增大而增大,與入射光強(qiáng)度無關(guān)電子吸收光子能量后,一部分克服阻礙作用做功,剩余部分轉(zhuǎn)化為光電子的初動(dòng)能,只有直接從金屬表面飛出的光電子才具有最大初動(dòng)能,對(duì)于確定的金屬,W0是一定的,故光電子的最大初動(dòng)能只隨入射光頻率的增大而增大具有瞬時(shí)性光照射金屬時(shí),電子吸收一個(gè)光子的能量后,動(dòng)能立即增大,不需要能量積累的過程入射光越強(qiáng),飽和光電流越大入射光越強(qiáng),單位時(shí)間內(nèi)發(fā)射的光電子數(shù)越多,因而飽和光電流越大三、光電管上加正向與反向電壓情況分析(1)光電管加正向電壓時(shí)的情況①P右移時(shí),參與導(dǎo)電的光電子數(shù)增加;②P移到某一位置時(shí),所有逸出的光電子恰好都參與了導(dǎo)電,光電流恰好達(dá)到最大值;③P再右移時(shí),光電流不再增大。(2)光電管加反向電壓時(shí)的情況①P右移時(shí),參與導(dǎo)電的光電子數(shù)減少;②P移到某一位置時(shí),所有逸出的光電子恰好都不參與導(dǎo)電,光電流恰好為0,此時(shí)光電管兩端加的電壓為遏止電壓;③P再右移時(shí),光電流始終為0?！镜淅黄啤康淅?.如圖所示為研究光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)的電路圖。初始時(shí)刻,滑片P在O點(diǎn)左側(cè)靠近a點(diǎn)某位置。用一定強(qiáng)度的綠光照射光電管K極,當(dāng)閉合開關(guān)后,微安表的示數(shù)不為0,則在P向b端移動(dòng)的過程中(

)A.微安表的示數(shù)不斷增大B.微安表的示數(shù)可能為零C.到達(dá)A極的光電子動(dòng)能不斷增大D.K極逸出的光電子的最大初動(dòng)能不斷增大C解析

在P向b端移動(dòng)的過程中,在到達(dá)O點(diǎn)之前,A極電勢(shì)低于K極電勢(shì),隨著P靠近O,靜電力對(duì)光電子做的負(fù)功越來越少,微安表的示數(shù)增大;過了O點(diǎn)之后,A極電勢(shì)高于K極電勢(shì),靜電力對(duì)光電子做正功,微安表的示數(shù)增大,當(dāng)達(dá)到飽和電流后微安表的示數(shù)不再增大,A、B錯(cuò)誤;A極電勢(shì)逐漸升高,P到達(dá)O點(diǎn)前靜電力對(duì)光電子做的負(fù)功減小,過了O點(diǎn)后靜電力對(duì)光電子做的正功逐漸增大,根據(jù)動(dòng)能定理可知到達(dá)A極的光電子動(dòng)能不斷增大,C正確;根據(jù)愛因斯坦光電效應(yīng)方程Ek=hν-W0,可知K極逸出的光電子的最大初動(dòng)能不變,D錯(cuò)誤?？碱}點(diǎn)睛

考點(diǎn)考向點(diǎn)睛光電效應(yīng)光電效應(yīng)方程規(guī)律:正確理解光電效應(yīng)中的能量關(guān)系和光子、截止頻率、逸出功等概念是解決問題的關(guān)鍵方法:據(jù)光電效應(yīng)方程hν=W0+Ek及動(dòng)能定理列方程分析【對(duì)點(diǎn)演練】1.(多選)(2024遼寧卷)X射線光電子能譜儀是利用X光照射材料表面激發(fā)出光電子,并對(duì)光電子進(jìn)行分析的科研儀器。用某一頻率的X光照射某種金屬表面,逸出了光電子,若增加此X光的強(qiáng)度,則(

)A.該金屬的逸出功增大B.X光的光子能量不變C.逸出的光電子最大初動(dòng)能增大D.單位時(shí)間逸出的光電子數(shù)增多BD解析

金屬的逸出功僅與金屬自身有關(guān),增加此X光的強(qiáng)度,該金屬的逸出功不變,故A錯(cuò)誤;根據(jù)光子能量公式ε=hν可知增加此X光的強(qiáng)度,X光的光子能量不變,故B正確;根據(jù)愛因斯坦光電效應(yīng)方程知Ekm=hν-W0,可知逸出的光電子最大初動(dòng)能不變,故C錯(cuò)誤;增加此X光的強(qiáng)度,單位時(shí)間照射到金屬表面的光子變多,則單位時(shí)間逸出的光電子數(shù)增多,故D正確。2.如圖所示,用一單色光照射光電管的陰極K,金屬材料K的逸出功為W0。調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器的滑片P,當(dāng)靈敏電流計(jì)的示數(shù)恰好為零時(shí),電壓表的示數(shù)為U。已知電子電荷量為e,普朗克常量為h,光在真空中的傳播速度為c,則該單色光的波長(zhǎng)為(

)答案

A

解析

由愛因斯坦光電效應(yīng)方程得Ekm=hν-W0,又Ekm=eU,c=νλ,3.(2024湖南聯(lián)考)表中給出了鋁和鈣的截止頻率和逸出功,已知普朗克常量與光速的乘積為1240eV·nm,若用200nm的光分別照射兩種金屬,下列選項(xiàng)正確的是(

)金屬鋁鈣νc/(1014Hz)10.17.73W0/eV4.23.2CA.只有金屬鈣能發(fā)生光電效應(yīng)B.若增大入射光的波長(zhǎng),則兩種金屬的截止頻率減小C.金屬鋁和鈣對(duì)應(yīng)遏止電壓之比為2∶3D.金屬鋁和鈣對(duì)應(yīng)遏止電壓之比為21∶16

考點(diǎn)二光電效應(yīng)四類圖像問題[名師破題]四類圖像

【典例突破】典例2.如圖甲所示是研究光電效應(yīng)的電路圖。某同學(xué)利用該裝置在不同實(shí)驗(yàn)條件下得到了三條光電流I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)出光電子的初動(dòng)能一定小于丙光照射光電管發(fā)出光電子的初動(dòng)能B.單位時(shí)間內(nèi)甲光照射光電管發(fā)出的光電子數(shù)比乙光的少C.用強(qiáng)度相同的甲、丙光照射該光電管,則單位時(shí)間內(nèi)逸出的光電子數(shù)相等D.對(duì)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(dòng)能與金屬的逸出功為線性關(guān)系審題指導(dǎo)

關(guān)鍵詞句獲取信息甲光、乙光對(duì)應(yīng)的遏止電壓Uc1相同,與丙光對(duì)應(yīng)的遏止電壓Uc2不同,說明甲、乙光對(duì)應(yīng)光電子最大初動(dòng)能相同,而丙光對(duì)應(yīng)光電子最大初動(dòng)能與甲、乙光不同;甲、乙光對(duì)應(yīng)飽和光電流不同,說明入射光強(qiáng)度不同用強(qiáng)度相同的甲、丙光照射該光電管光強(qiáng)度相同是單位時(shí)間內(nèi)照射到光電管單位面積上的光子的總能量相等,不同頻率的光單位時(shí)間內(nèi)照射到光電管單位面積上的光子數(shù)不同對(duì)于不同種金屬,若照射光頻率不變不同金屬的逸出功不同;若照射光頻率不變,則光子的能量hν不變答案

D解析

當(dāng)光照射到K極時(shí),如果入射光的頻率足夠大(大于K極金屬的截止頻率),就會(huì)從K極發(fā)出光電子。當(dāng)反向電壓增加到某一值時(shí),電流表A中電流就會(huì)變?yōu)榱?此時(shí)

,式中vc表示光電子的最大初速度,e為電子的電荷量,Uc為遏止電壓,由題圖乙可知丙光的最大初動(dòng)能較大,故丙光的頻率較大,但丙光照射光電管發(fā)出光電子的初動(dòng)能不一定比甲光照射光電管發(fā)出光電子的初動(dòng)能大,所以A錯(cuò)誤。對(duì)于甲、乙兩束頻率相同的光來說,入射光越強(qiáng),單位時(shí)間內(nèi)發(fā)射的光電子數(shù)越多,所以B錯(cuò)誤。對(duì)甲、丙兩束不同頻率的光來說,光強(qiáng)度相同是單位時(shí)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(gè)光子的能量較大,所以單位時(shí)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(shí)間內(nèi)發(fā)出的光電子數(shù)就較少,因此C錯(cuò)誤。對(duì)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=hν-W0,知Ek與金屬的逸出功為線性關(guān)系,D正確?！緦?duì)點(diǎn)演練】4.(2023廣東潮州期末)小明用如圖甲所示的電路研究光電效應(yīng)的規(guī)律,分別用a、b、c三束單色光照射同一光電管,得到光電流I與電壓U的關(guān)系如圖乙所示,由圖可知a、b、c三束單色光中(

)A.a光頻率最大B.b光頻率最大C.c光波長(zhǎng)最短D.b光所產(chǎn)生的光電子最大初動(dòng)能最小

B解析

當(dāng)光電流為零時(shí),光電管兩端加的電壓為遏止電壓,對(duì)應(yīng)的光的頻率為截止頻率,根據(jù)光電效應(yīng)方程和動(dòng)能定理可得eUc=hν-W0,入射光的頻率越高,對(duì)應(yīng)的遏止電壓Uc越大,a光、c光的遏止電壓相等,所以a光、c光的頻率相等,b光的頻率大,能量大,且對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)最小,故B正確,A、C錯(cuò)誤。由光電效應(yīng)方程可得Ek=hν-W0,可知b光所產(chǎn)生的光電子最大初動(dòng)能最大,故D錯(cuò)誤。

BD解析

由光電效應(yīng)方程Ek=hν-W0可知,直線①②的斜率均為h,故A錯(cuò)誤;由光電效應(yīng)方程Ek=hν-W0可知,圖線與縱軸的截距的絕對(duì)值表示金屬的逸出功,則金屬a的逸出功小于金屬b的逸出功,若產(chǎn)生的光電子具有相同的最大初動(dòng)能,則照射到金屬b的光頻率較高,故B、D正確;由光電效應(yīng)方程Ek=hν-W0可知,在得到這兩條直線時(shí),與入射光的光強(qiáng)無關(guān),故C錯(cuò)誤。6.(2022河北卷)下圖是密立根于1916年發(fā)表的鈉金屬光電效應(yīng)的遏止電壓Uc與入射光頻率ν的實(shí)驗(yàn)曲線,該實(shí)驗(yàn)直接證明了愛因斯坦光電效應(yīng)方程,并且第一次利用