光電效應(yīng)

能級躍遷、光子2022?廣東卷"52022?浙江6月選考T72022?北京卷E

的動量2022?重慶卷-T6202()?江蘇卷T12(2)2019?全國卷ITI4

黑體輻射、原子

核式結(jié)構(gòu)實驗、2022?浙江1月選考?天津卷?T12020?江蘇卷?T12(1)

物質(zhì)波

考情

2022?全國甲卷?T?山東卷?T12022?浙江6月選考?T14

分析

原子核的衰變、202,全國甲卷?T?全國乙卷丁?山東卷?TI

半衰期2021?廣東卷12021?湖南卷?T12021?河北卷?T1

2021?福建卷?T92021?重慶卷T22020?全國卷IILT19

2022?浙江1月選考T湖北卷-T12022?遼寧卷?T2

2021?浙江6月選考丁?北京卷2021?海南卷T5

核反應(yīng)、核能

2021?江蘇卷?T12020?全國卷I?T?全國卷H-T18

2020?浙江7月選考?T?全國卷IIT15

醫(yī)用放射性核素、霓虹燈、筑管、光譜儀、原子鐘、威耳遜云室、

生活實踐類射線測厚儀、原子彈、反應(yīng)堆與核電站、太陽、氫彈、環(huán)流器裝

試題置等

情境光電效應(yīng)現(xiàn)象、光的波粒二象性、原子的核式結(jié)構(gòu)模型、氫原子

學(xué)習(xí)探究類光譜、原子的能級結(jié)構(gòu)、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

第1講光電效應(yīng)波粒二象性

【目標(biāo)要求】1.了解黑體輻射的實驗規(guī)律2知道什么是光電效應(yīng)，理解光電效應(yīng)的實驗規(guī)律，

會利用光電效應(yīng)方程計算逸出功、截止頻率、最大初動能等物理量3了解實物粒子的波動性,

知道物質(zhì)波的概念.

考點一黑體輻射及實驗規(guī)律

1.熱輻射

⑴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(guān),所以叫熱輻射.

(2)特點：熱輻射強(qiáng)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(guān),還與材料的種類及表面狀況有

關(guān).

②黑體輻射電磁波的強(qiáng)度按波長的分布只與黑體的溫度有關(guān).隨著溫度的升高，一方面，各

種波長的輻射強(qiáng)度都有增加，另一方面，幅射強(qiáng)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(rèn)為，當(dāng)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￡的

整數(shù)倍,這個不可再分的最小能量值￡叫作能量子.

（2）能量子大?。骸?近，其中V是帶電微粒吸收或輻射電磁波的頻率，/?稱為普朗克常量.h

=6.626XIO-34J-s（一般取論=6.63XIO-34Js）.

1.黑體能夠反射各種波長的電磁波，但不會輻射電磁波.（X）

2.思體幅射電磁波的強(qiáng)度按波長的分布只與溫度有關(guān)，隨著溫度的升高，各種波長的梧射強(qiáng)

度都增加，輻射強(qiáng)度極大值向波長較短的方向移動.（J）

3.玻爾為得出黑體輻射的強(qiáng)度按波長分布的公式，提出了能量子的假說.（X）

【例1】（多選）關(guān)于黑體輻射的實驗規(guī)律如圖所示，下列說法正確的是（）

A.黑體能夠完全吸收照射到它上面的光波

B.隨著溫度的降低，各種波長的光輻射強(qiáng)度都有所增加

C.隨著溫度的升高，輻射強(qiáng)度極大值向波長較長的方向移動

D.黑體輻射的強(qiáng)度只與它的溫愎有關(guān)，與形狀和黑體材料無關(guān)

答案AD

解析能完全吸收照射到它上面的各種頻率的電磁波而不發(fā)生反射的物體稱為黑體，選項A

正確；由題圖可知，隨溫度的降低，各種波長的光輻射強(qiáng)度都有所減小，選項B錯誤；隨著

溫度的升高，黑體輻射強(qiáng)度的極大值向波長較短的方向移動，選項C錯誤：一般物體輻射電

磁波的情況除了與溫度有關(guān)，還與材料的種類及表面情況有關(guān)，但黑體輻射電磁波的情況只

與它的溫度有關(guān)，選項D正確.

【例21（2022?全國乙卷?17）一點光源以113W的功率向周圍所有方向均勻地輻射波長約為

6X10-7m的光，在離點光源距離為A處每秒垂直通過每平方米的光子數(shù)為3X10”個.普朗

克常量為〃=6.63X1（）-Xs.Rs.R約為（）

A.1X102mB.3X102m

C.6X102mD.9X102m

答案B

解析一個光子的能量為E=hvt

y為光的頻率，光的波長與頻率的關(guān)系為°=八),

光源每秒發(fā)出的光子的個數(shù)為〃=六=筋

。為光源的功率，光子以球面波的形式傳播，那么以光源為原點的球面上的光子數(shù)相同，此

時距光源的距離為R處，每秒垂直通過每平方米的光子數(shù)為3XIO］，個，那么此處的球面的

表面積為S=4TIR2,貝吟=3X10%

聯(lián)之以上各式解得R^3X102m,故選B.

考點二光電效應(yīng)

1.光電效應(yīng)及其規(guī)律

(1)光電效應(yīng)現(xiàn)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(xiàn)象稱為光電效應(yīng)，這種電子常

稱為光電子.

(2)光電效應(yīng)的產(chǎn)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(yīng)規(guī)律

①每種金屬都有一個截止頻率Vc，入射光的頻率必須大子或等卜這個截止頻率才能產(chǎn)生光電

效應(yīng).

②光電子的最大初動能與人射光的強(qiáng)度無差，只隨入射光維的增大而增大.

③光電效應(yīng)的發(fā)生兒乎是瞬時的，一般不超過1。一9，

④當(dāng)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(qiáng)，飽和電

流越大，逸出的光電了?數(shù)越箜，逸出光電了?的數(shù)目與入射光的強(qiáng)度成正比，飽和電流的大小

與入射光的強(qiáng)度成正比.

2.愛因斯坦光電效應(yīng)方程

(1)光電效應(yīng)方程

①表達(dá)式：hv=Ek+用＞或反=加，一卬o.

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

屬的逸出功W。，剩下的表現(xiàn)為逸出后電子的最大初動能.

(2)逸出功死：電子從金屬中逸出所需做功的量生值，d=岐.

(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.

1.光子和光電子都不是實物粒子.(X)

2.只要入射光的強(qiáng)度足夠大，就可以使金屬發(fā)生無電效應(yīng).(X)

考點三光電效應(yīng)中常見的四類圖像

圖像名稱圖線形狀獲取信息

Ek一①截止頻率%:圖線與V軸交點的橫坐標(biāo)

最大初動能反與入②逸出功卬0：圖線與反軸交點的縱坐標(biāo)的絕

射光頻率V的關(guān)系V對值W0=\-E\=E

③普朗克常量小圖線的斜率k=〃

①截止頻率打：圖線與橫軸的交點的橫坐標(biāo)

②遏止電壓心：隨入射光頻率的增大而增大

遏止電壓&與入射

③普朗克常量小等于圖線的斜率與電子電荷

光頻率V的關(guān)系

cv量的乘積，即〃=既（注：此時兩極之間接反

向電壓）

顏色相同、強(qiáng)度不1①遏止電壓口:圖線與橫軸的交點的橫坐標(biāo)

-7---------強(qiáng)光（黃）

同的光，光電流與夕----弱光（黃）②飽和電流：電流的最大值

電壓的關(guān)系③最大初動能：E=eU

usoUkc

1一黃光①遏止電壓Uci、Uc2

顏色不同時，光電

7----藍(lán)光②飽和電流

流與電壓的關(guān)系

U&OU③最大初動能Eki=eUci，Ek2=eUc2

【例5】（2023?山東日照市模擬）在研究光電效應(yīng)現(xiàn)象時，先后用單色光。、b、c照射同一光電

管，所得到的光電流/與光電管兩端所加電壓U間的關(guān)系曲線如圖所示，下列說法正確的是

（）

A.b、c兩種單色光的顏色相同

B.4、8兩種單色光的光照強(qiáng)度相同

C.增大c?光的光照強(qiáng)度，電路中的飽和電流將增大

D.增大力光的光照強(qiáng)度，射出的光電子的最大初動能增大

答案C

解析根據(jù)題圖可知單色光c?的遏止電壓小于單色光方的遏止電壓，根據(jù)6"=反=八一Wo

可知，b、c兩種單色光頻率不同，所以顏色不同，故A錯誤；由題圖可知單色光〃、6的遏

止電壓相同，則單色光4、Z?的頻率相同，在光的頻率相同的情況下，入射光越強(qiáng)，飽和電流

越大，單色光。的飽和電流大于單色光人的飽和電流，則單色光。的光照強(qiáng)度大于單色光人

的光照強(qiáng)度，故B錯誤；也路中的飽和電流與光照強(qiáng)度有關(guān)，在其他條件相同的情況下，光

照強(qiáng)度越大，光電流越大，故增大c光的光照強(qiáng)度，電路中的飽和電流將增大，故C正確：

射出的光電子的最大初動能與光照強(qiáng)度無關(guān)，故D錯誤.

【例6】（2021?江蘇卷⑻如圖所示，分別用1、2兩種材料作K極進(jìn)行光電效應(yīng)探究，其截止

頻率V|<V2,保持入射光不變，則光電子到達(dá)A極時動能的最大值Ekm隨電壓U變化關(guān)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(jù)愛因斯坦光電效應(yīng)方程可知光電子到達(dá)A極時動

能的最大值Ei<m=Ue+/7iL/w栽止，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viV也，則圖像C正確，A、B、D錯誤.

考點四光的波粒二象性與物質(zhì)波

1.光的波粒二象性

（I）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)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(zhì)波

（1）概率波：光的干涉現(xiàn)象是大量光子的運動遵守波動規(guī)律的表現(xiàn)，亮條紋是光子到達(dá)概率大

的地方，暗條紋是光子到達(dá)概率小的地方，因此光波又叫概率波.

（2）物質(zhì)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(yīng)，

其波長入=去〃為運動物體的動量，人為普朗克常量.

1.光的頻率越高，光的粒子性越明顯，但仍具有波動性.（V）

2.法國物理學(xué)家德布羅意大膽預(yù)言了實物粒子在一定條件下會表現(xiàn)為波動性.（V）

m7］（多選）（2022?浙江1月選考?16）電子雙縫干涉實驗是近代證實物質(zhì)波存在的實驗.如圖

所示，電子槍持續(xù)發(fā)射的阻子動量為1.2X10T3kg.in/s,然后讓它們通過雙縫打到屏上.己

知電子質(zhì)量取kg,普朗克常量取6.6X10一乂J.s,下列說法正確的是()

A.發(fā)射電子的動能約為&0><10-15J

B.發(fā)射電子的物質(zhì)波波長約為5.5X10-Um

C.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

答案BD

解析根據(jù)動量的大小與動能的關(guān)系可知發(fā)射電子的動能約為以=盤=氏:詈/

8.0X10-17j,故A錯誤；發(fā)射電,子的物質(zhì)波波長約為。m=5.5X1()一口m,

P1.Z/X1U

故B正確；物質(zhì)波也具有波粒二象性，故電子的波動性是每個電子本身的性質(zhì)，則每個電子

依次通過雙縫都能發(fā)生干涉現(xiàn)象，只是需要大量電子顯示出干涉圖樣，故C錯誤，D正確.

【例8】(2023?上海市師大附中高三月考)用極微弱的可見光做雙縫干涉實驗，隨著時間的增加,

在屏上先后出現(xiàn)如圖(a)、(b)、(c)所示的圖像，貝ij()

A.圖像(a)表明光具有波動性

B.圖像⑹表明光具有粒子性

C.用紫外線觀察不到類似的圖像

D.實驗表明光是一種概率波

答案D

解析題圖(a)只有分散的亮點，表明光具有粒子性；題圖⑹呈現(xiàn)干涉條紋，表明光具有波動

性，A、B錯誤；紫外線也具有波粒二象性，也可以觀察到類似的圖像，C錯誤；實驗表明

光是一種概率波，D正確.

課時精練

過基礎(chǔ)落實練

1.關(guān)于光電效應(yīng)，下列說法正確的是()

A.截止頻率越大的金屬材料逸出功越大

B.只要光照射的時間足夠長，任何金屬都能發(fā)生光電效應(yīng)

C.從金屬表面逸出的光電子的最大初動能越大，這種金屬的逸出功越小

D.入射光的光強(qiáng)一定時，頻率越高，單位時間內(nèi)逸出的光電子數(shù)就越多

答案A

解析逸出功1%=aC,1%8外，A正確；只有照射光的頻率大于或等于金屬截止頻率，才

能發(fā)生光電效應(yīng)，與光照的時間無關(guān)，B錯誤：由光電效應(yīng)方程雙=加一Wo知，入射光頻率

y不確定時，無法確定仇與Wo的關(guān)系，C錯誤；發(fā)生光電效應(yīng)的前提下，入射光的光強(qiáng)一

定時，頻率越高，光子數(shù)越少，單位時間內(nèi)逸出的光電子數(shù)越少，D錯誤.

2.（多選）波粒二象性是微觀世界的基本特征，以下說法正確的有（）

A.光電效應(yīng)現(xiàn)象揭示了光的粒子性

B.熱中子束射到晶體上產(chǎn)生衍射圖樣說明中了?具有波動性

C.黑體輻射的實驗規(guī)律可用光的波動性解釋

D.動能相等的質(zhì)子和電子，它們的德布羅意波的波長也相等

答案AB

3.（2022?江蘇卷?4）上海光源通過電子一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

答案B

解析根據(jù)￡=%可知光子的能量增加后，光子的頻率增加，又根據(jù)2=泉可知光子波長減

小，故A錯誤，B正確；根據(jù)〃=與可知光子的動量增加，又因為光子質(zhì)量不變，根據(jù)〃=

，，紿可知光子速度增加，故C、D錯誤.

4.研究光電效應(yīng)的電路圖如圖所示，關(guān)于光電效應(yīng)，下列說法正確的是（）

A.任何?種頻率的光，只要照射時間足夠長，電流表就會有示數(shù)

B.若電源電動勢足夠大，滑動變阻器滑片向右滑，電流表的示數(shù)能一直增大

C.調(diào)換電源的正負(fù)極，調(diào)節(jié)滑動變阻器的滑片，電流表的示數(shù)可能變?yōu)榱?/p>

D.光電效應(yīng)反映了光具有波動性

答案C

解析能否發(fā)生光電效應(yīng)取決于光的頻率，與照射時間長短無關(guān)，A錯誤：光照條件一定的

情況下，會出現(xiàn)飽和也流，增加極板間電壓，電流表示數(shù)不會一直增大，B錯誤；調(diào)換電源

正負(fù)極，若反向電壓達(dá)到遏止電壓，則電流表示數(shù)變?yōu)榱?，C正確；光電效應(yīng)反映了光具有

粒子性，D錯誤.

5.（多選）在光電效應(yīng)實驗中，分別用頻率為％、出的單電光。、〃照射到同種金屬上，測得

相應(yīng)的遏止電壓分別為心和小,光電子的最大初動能分別為反“和Ekb，h為普朗克常量.下

列說法正確的是（）

A.若則一定有U“VU/>

B.若v“>vb，則一定有反〃>以/,

C.若U“<Ub，則一定有Ek“<Ek〃

D.若V（l>Vh，則一定有M—Eka>鳳―Ekb

答案BC

解析由愛因斯坦光電效應(yīng)方程得雙=五一卬（），由動能定理得反=eU,用“、力單色光照射

同種金屬時，選出功M相同.當(dāng)玲〉股時，一定有反“〉EwUa>Ub,故選項A錯誤，B

正確；若U（l<Uh,則一定有EkaVEkb,故選項C正確：因逸出功相同，有死=hva-Eka

=hvi,—Ekb,故選項D錯誤.

6.（多選）（2023?天津市模擬）如圖所示，甲、乙為兩束光經(jīng)過同一雙縫干涉裝置后產(chǎn)生的干涉

條紋，丙圖為光電效應(yīng)實驗圖，實驗中施加反向電壓得到的光電流/與光電管兩端電壓。的

關(guān)系如圖丁所示，下列說法正確的是（）

A.若甲光能使丙圖中產(chǎn)生光電流，則乙光一定能使丙圖中產(chǎn)生光電流

B.當(dāng)UAK小于①但UAK沒有達(dá)到遏止電壓時，流經(jīng)電流表方向為從上到下

C.若甲光對應(yīng)丁圖中曲線4則乙光可能對應(yīng)丁圖中曲線c

D.。光照射光電管產(chǎn)生的光電子動能一定小于h光照射光電管產(chǎn)生的光電子動能

答案AB

解析根據(jù)可知甲光波長比乙光長，甲光頻率小于乙光，若甲光能使題圖丙中產(chǎn)生

光電流，則乙光一定能使題圖丙中產(chǎn)生光電流.選項A壬確：UAK沒有達(dá)到遏止電壓時.光

電子在光電管中的運動方向由右至左，電流流經(jīng)電流表方向由上至下，選項B正確；發(fā)生光

電效應(yīng)產(chǎn)生光電子的最大初動能反=加一用），要想使得光電流為零，即反向遏止電壓毋電力

做功因此根據(jù)題圖丁可知，b、c兩種光射向同一光電管，反向遏止電壓是一樣的，

說明〃、c是同一種頻率的光，但是由題圖甲和題圖乙可知通過同一雙縫干涉的條紋間距不同，

說明波長不同，兩者是矛盾的，選項C錯誤；根據(jù)上述分析可知，。光遏止電壓小，說明光

子頻率比》光頻率低，由愛因斯坦光電效應(yīng)方程可知，。光照射產(chǎn)生的光電子的最大初動能

--定小于b光照射的，但是?光照射光電管產(chǎn)生的光電子動能不--定小干b光照射光電管產(chǎn)

生的光電子動能，選項D錯誤.

7.（2020?江蘇卷42（1）（2））（1）“測溫槍”（學(xué)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(qiáng)度/及其極大值對應(yīng)的波長7的變化情況是.

A./增大，%增大B.1增大，2減小

C./減小，%增大D./減小，2減小

（2）大量處于某激發(fā)態(tài)的氫原子輻射出多條譜線，其中最長和最短波長分別為九和石，則該激

發(fā)態(tài)與基態(tài)的能量差為，波長為&的光子的動量為.（已知普朗克常量為h,

光速為。）

答案⑴B⑵咳?

解析（1）若人體溫度升高，則人體的熱輻射強(qiáng)度/增大，由￡=加可知，對應(yīng)的頻率1，變大，

由c=2v知對應(yīng)的波長2變小，選項B正確.

（2）該激發(fā)態(tài)與基態(tài)的能量差A(yù)E對應(yīng)著輻射最短波長的光子，故能量差為:波

乂2

長為九的光子的動量

明能力綜合練

8.（多選汝口圖所示，甲、乙、丙、丁是關(guān)于光電效應(yīng)的四個圖像（電子電荷量為e）,以下說

法正確的是（）

A.由圖甲可求得普朗克常量力=弓

B.由圖乙可知虛線對應(yīng)金屬的逸出功比實線對應(yīng)金屬的逸出功小

C.由圖丙可知在光的顏色不變的情況下，入射光越強(qiáng)，飽和電流越大

D.由圖丁可知電壓越高，則光電流越大

答案BC

解析根據(jù)光電效應(yīng)方程，結(jié)合動能定理可知eUc=Ek=6T%=6一魚，變式可得G=%

一九，斜率—旨=2,解得普朗克常量為仁等故A錯誤；根據(jù)愛因斯坦光電效應(yīng)方程

反=人，一Wo可知，題圖乙中縱軸或距的絕對值表示逸出功，則實線對應(yīng)金屬的逸出功比虛線

對應(yīng)金屬的逸出功大，故B正確；入射光頻率一定，飽和電流由入射光的強(qiáng)度決定，即光的

顏色不變的情況下，入射光越強(qiáng)，光子數(shù)越多，飽和電流越大，故C正確：分析題圖丁可知，

當(dāng)達(dá)到飽和電流以后，增加光電管兩端的電壓，光電流不變，故D錯誤.

9.用金屬鋤為陰極的光電管，觀測光電效應(yīng)現(xiàn)象，實驗裝置示意圖如圖甲所示，實驗中測得

鋤的遏止電壓a與入射光頻率v之間的關(guān)系如圖乙所示，圖線與橫軸交點的橫坐標(biāo)為

5.15X1（）14Hz.已知普朗克常量力=6.63乂10—34j.s則下列說法中正確的是（）

A.欲測遏止電壓，應(yīng)選攔電源左端為正極

B.當(dāng)電源左端為正極時，滑動變阻器的滑片向右滑動，電流表的示數(shù)持續(xù)增大

C.增大照射光的強(qiáng)度，產(chǎn)生的光電子的最大初動能一定增大

D.如果實驗中入射光的頻率v=7.（X）X1（）14Hz,則產(chǎn)生的光電子的最大初動能約為I.2XIO-19J

答案D

解析遏止電壓產(chǎn)生的電場對電子起阻礙作用，則電源的右端為正極，故A錯誤：當(dāng)電源左

端為正極時，滑動變阻器的滑片向右滑動，加速電場增強(qiáng)，電流增加到一定值后不再增加，

故B錯誤；由反=加一卬）可知，最大初動能與光的強(qiáng)度無關(guān)，故C錯誤；Ek=hv-W0=hv

14

-hvctvc=5.15X10Hz,代入數(shù)值求得及比1.2乂10「〃，故D正確.

10.（2023?山西省榆次一中模擬）如圖所示,分別用波長為八2A的光照射光電管的陰極K,對

應(yīng)的遏止電壓之比為3：1,則光電管的截止頻率而應(yīng)的光的波長是（