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2020-2021年高考物理重点专题讲解及突破13：原子与原子核一、光电效应1．定义照射到金属表面的光，能使金属中的电子从表面逸出的现象．2．光电子光电效应中发射出来的电子．3．研究光电效应的电路图(如图)其中A是阳极．K是阴极．4．光电效应规律(1)每种金属都有一个极限频率，入射光的频率必须大于这个极限频率才能产生光电效应．低于这个频率的光不能产生光电效应．(2)光电子的最大初动能与入射光的强度无关，只随入射光频率的增大而增大．(3)光电效应的发生几乎是瞬时的，一般不超过10－9s.(4)当入射光的频率大于极限频率时，饱和光电流的强度与入射光的强度成正比．二、爱因斯坦光电效应方程1．光子说在空间传播的光是不连续的，而是一份一份的，每一份叫作一个光的能量子，简称光子，光子的能量ε＝hν.其中h＝6.63×10－34J·s(称为普朗克常量)．2．逸出功W0使电子脱离某种金属所做功的最小值．3．最大初动能发生光电效应时，金属表面上的电子吸收光子后克服原子核的引力逸出时所具有的动能的最大值．4．遏止电压与截止频率(1)遏止电压：使光电流减小到零的反向电压Uc.(2)截止频率：能使某种金属发生光电效应的最小频率叫作该种金属的截止频率(又叫极限频率)．不同的金属对应着不同的极限频率．超重点1：光电效应波粒二象性5．爱因斯坦光电效应方程(1)表达式：Ek＝hν－W0.(2)物理意义：金属表面的电子吸收一个光子获得的能量是hν，这些能量的一部分用来克服金属的逸出功W0，剩下的表现为逸出后光电子的最大初动能Ek＝12mev2.三、光的波粒二象性与物质波1．光的波粒二象性(1)光的干涉、衍射、偏振现象证明光具有波动性．(2)光电效应说明光具有粒子性．(3)光既具有波动性，又具有粒子性，称为光的波粒二象性．2．物质波(1)概率波光的干涉现象是大量光子的运动遵守波动规律的表现，亮条纹是光子到达概率大的地方，暗条纹是光子到达概率小的地方，因此光波又叫概率波．(2)物质波任何一个运动着的物体，小到微观粒子大到宏观物体都有一种波与它对应，其波长λ＝hp，p为运动物体的动量，h为普朗克常量．※考点一光电效应规律1．区分光电效应中的四组概念(1)光子与光电子：光子指光在空间传播时的每一份能量，光子不带电；光电子是金属表面受到光照射时发射出来的电子，其本质是电子．(2)光电子的动能与光电子的最大初动能：电子吸收光子能量后，一部分克服阻碍作用做功，剩余部分转化为光电子的初动能，只有直接从金属表面飞出的光电子才具有最大初动能．(3)光电流和饱和光电流：金属板飞出的光电子到达阳极，回路中便产生光电流，随着所加正向电压的增大，光电流趋于一个饱和值，这个饱和值是饱和光电流，在一定的光照条件下，饱和光电流与所加电压大小无关．(4)入射光强度与光子能量：入射光强度指单位时间内照射到金属表面单位面积上的总能量．2．对光电效应规律的解释对应规律对规律的产生的解释光电子的最大初动能随着入射光频率的增大而增大，与入射光强度无关电子吸收光子能量后，一部分克服阻碍作用做功，剩余部分转化为光电子的初动能，只有直接从金属表面飞出的光电子才具有最大初动能，对于确定的金属，W0是一定的，故光电子的最大初动能只随入射光频率的增大而增大光电效应具有瞬时性光照射金属时，电子吸收一个光子的能量后，动能立即增大，不需要能量积累的过程光较强时饱和光电流大光较强时，包含的光子数较多，照射金属时产生的光电子较多，因而饱和光电流较大[题组突破训练]1．关于光电效应的规律，下列说法中正确的是()A．只有入射光的波长大于该金属的极限波长，光电效应才能产生B．光电子的最大初动能跟入射光强度成正比C．发生光电效应的反应时间一般都大于10－7sD．发生光电效应时，单位时间内从金属内逸出的光电子数目与入射光强度成正比【答案】D【解析】由ε＝hν＝hcλ知，当入射光波长小于金属的极限波长时，发生光电效应，故A错；由Ek＝hν－W0知，最大初动能由入射光频率决定，与入射光强度无关，故B错；发生光电效应的时间一般不超过10－9s，故C错；发生光电效应时，单位时间内从金属内逸出的光电子数目与入射光的强度是成正比的，D正确．2．(多选)用如图所示的光电管研究光电效应，用某种频率的单色光a照射光电管阴极K，电流计G的指针发生偏转．而用另一频率的单色光b照射光电管阴极K时，电流计G的指针不发生偏转，那么()A．a光的频率一定大于b光的频率B．只增加a光的强度可使通过电流计G的电流增大C．增加b光的强度可能使电流计G的指针发生偏转D．用a光照射光电管阴极K时通过电流计G的电流是由d到c【答案】AB【解析】由于用单色光a照射光电管阴极K，电流计G的指针发生偏转，说明发生了光电效应，而用另一频率的单色光b照射光电管阴极K时，电流计G的指针不发生偏转，说明b光不能发生光电效应，即a光的频率一定大于b光的频率，A正确；增加a光的强度可使单位时间内逸出光电子的数量增加，则通过电流计G的电流增大，B正确；能否发生光电效应只与入射光的频率有关，与入射光的强度无关，所以即使增加b光的强度也不可能使电流计G的指针发生偏转，C错误；用a光照射光电管阴极K时通过电流计G的电子的方向是由d到c，所以电流方向是由c到d，D错误．※考点二光电效应方程及图象分析1．光电效应的“三个关系”(1)爱因斯坦光电效应方程Ek＝hν－W0.(2)光电子的最大初动能Ek可以利用光电管实验的方法测得，即Ek＝eUc，其中Uc是遏止电压．(3)光电效应方程中的W0为逸出功，它与极限频率νc的关系是W0＝hνc.2．四类图象图象名称图线形状读取信息最大初动能Ek与入射光频率ν的关系图线(1)截止频率(极限频率)：横轴截距(2)逸出功：纵轴截距的绝对值W0＝|－E|＝E(3)普朗克常量：图线的斜率k＝h遏止电压Uc与入射光频率ν的关系图线(1)截止频率νc：横轴截距(2)遏止电压Uc：随入射光频率的增大而增大(3)普朗克常量h：等于图线的斜率与电子电荷量的乘积，即h＝ke颜色相同、强度不同的光，光电流与电压的关系(1)遏止电压Uc：横轴截距(2)饱和光电流Im：电流的最大值(3)最大初动能：Ekm＝eUc颜色不同时，光电流与电压的关系(1)遏止电压Uc1、Uc2(2)饱和光电流(3)最大初动能Ek1＝eUc1，Ek2＝eUc2[典例]小明用金属铷为阴极的光电管，观测光电效应现象，实验装置示意图如图甲所示．已知普朗克常量h＝6.63×10－34J·s.(1)图甲中电极A为光电管的________(选填“阴极”或“阳极”)；(2)实验中测得铷的遏止电压Uc与入射光频率ν之间的关系如图乙所示，则铷的截止频率νc＝______Hz，逸出功W0＝________J；(3)如果实验中入射光的频率ν＝7.00×1014Hz，则产生的光电子的最大初动能Ek＝________J.【答案】(1)阳极(2)5.15×1014(5.12×1014～5.19×1014均可)3.41×10－19(3.39×10－19～3.44×10－19均可)(3)1.23×10－19(1.21×10－19～1.26×10－19均可)【解析】(1)光束照射阴极，打到阳极A上．(2)读出铷的截止频率νc＝5.15×1014Hz，其逸出功W0＝hνc＝3.41×10－19J.(3)由爱因斯坦光电效应方程得Ek＝hν－W0＝1.23×10－19J.[题组突破训练]1．(多选)(2017·高考全国卷Ⅲ)在光电效应实验中，分别用频率为νa、νb的单色光a、b照射到同种金属上，测得相应的遏止电压分别为Ua和Ub、光电子的最大初动能分别为Eka和Ekb.h为普朗克常量．下列说法正确的是()A．若νaνb，则一定有UaUbB．若νaνb，则一定有EkaEkbC．若UaUb，则一定有EkaEkbD．若νaνb，则一定有hνa－Ekahνb－Ekb【答案】BC【解析】本题考查对光电效应方程hν－W0＝Ek的理解．光照射到同种金属上，同种金属的逸出功相同．若νaνb，据hν－W0＝Ek，得EkaEkb，则B项正确．由hν－W0＝Ek＝eU，可知当νaνb时UaUb，则A项错误．若UaUb说明EkaEkb，则C项正确．由hν－Ek＝W0，而同一种金属W0相同，则D项错误．2．(多选)如图所示是用光照射某种金属时逸出的光电子的最大初动能随入射光频率的变化图线，普朗克常量h＝6.63×10－34J·s，由图可知()A．该金属的极限频率为4.27×1014HzB．该金属的极限频率为5.5×1014HzC．该图线的斜率表示普朗克常量D．该金属的逸出功为0.5eV【答案】AC【解析】由光电效应方程Ek＝hν－W0知图线与横轴交点为金属的极限频率，即νc＝4.27×1014Hz，A正确，B错误；由Ek＝hν－W0可知，该图线的斜率为普朗克常量，C正确；金属的逸出功W0＝hνc＝6.63×10－34×4.27×10141.6×10－19eV≈1.8eV，D错误．3．在光电效应实验中，飞飞同学用同一光电管在不同实验条件下得到了三条光电流与电压之间的关系曲线(甲光、乙光、丙光)，如图所示．则可判断出()A．甲光的频率大于乙光的频率B．乙光的波长大于丙光的波长C．乙光对应的截止频率大于丙光对应的截止频率D．甲光对应的光电子最大初动能大于丙光对应的光电子最大初动能【答案】B【解析】由图象知甲光、乙光对应的遏止电压相等，且小于丙光对应的遏止电压，所以甲光和乙光对应的光电子最大初动能相等且小于丙光的光电子最大初动能，故D错误；根据爱因斯坦光电效应方程Ek＝hν－W0知甲光和乙光的频率相等且小于丙光的频率，即甲光和乙光的波长相等且大于丙光的波长，故A错误，B正确；截止频率是由金属决定的，与入射光无关，故C错误．※考点三光的波粒二象性实验基础表现说明光的波动性干涉和衍射(1)光是一种概率波，即光子在空间各点出现的可能性大小(概率)可用波动规律来描述(2)大量的光子在传播时，表现出波的性质(1)光的波动性是光子本身的一种属性，不是光子之间相互作用产生的(2)光的波动性不同于宏观观念的波光的粒子性光电效应、康普顿效应(1)当光同物质发生作用时，这种作用是“一份一份”进行的，表现出粒子的性质(2)少量或个别光子清楚地显示出光的粒子性(1)粒子的含义是“不连续”“一份一份”的(2)光子不同于宏观观念的粒子波动性和粒子性的(1)大量光子易显示出波动性，而少量光子易显示出粒子性(1)光子说并未否定波动说，E＝hν＝hcλ中，ν和λ就是波的概念对立、统一(2)波长长(频率低)的光波动性强，而波长短(频率高)的光粒子性强(2)波和粒子在宏观世界是不能统一的，而在微观世界却是统一的[题组突破训练]1．(多选)物理学家做了一个有趣的实验：在双缝干涉实验中，在光屏处放上照相底片，若减弱光的强度，使光子只能一个一个地通过狭缝．实验结果表明，如果曝光时间不太长，底片上只能出现一些不规则的点；如果曝光时间足够长，底片上就会出现规则的干涉条纹．对这个实验结果，下列认识正确的是()A．曝光时间不长时，光的能量太小，底片上的条纹看不清楚，故出现不规则的点B．单个光子的运动没有确定的轨道C．只有大量光子的行为才表现出波动性D．只有光子具有波粒二象性，微观粒子不具有波粒二象性【答案】BC【解析】单个光子通过双缝后的落点无法预测，大量光子的落点出现一定的规律性，落在某些区域的可能性较大，这些区域正是波通过双缝后发生干涉时振幅加强的区域，光具有波粒二象性，少数光子的行为表现为粒子性，大量光子的行为表现为波动性，故选项B、C正确，A错误．不论光子还是微观粒子，都具有波粒二象性，D错误．2．对光的认识，下列说法不正确的是()A．个别光子的行为表现出粒子性，大量光子的行为表现出波动性B．光的波动性是光子本身的一种属性，不是光子之间的相互作用引起的C．光表现出波动性时，就不具有粒子性了，光表现出粒子性时，就不再具有波动性了D．光的波粒二象性应理解为：在某种情况下光的波动性表现得明显，在另