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第十二章近代物理第一节光电效应[考点要求]1．光电效应(Ⅰ)2.爱因斯坦光电效应方程(Ⅰ)3.氢原子光谱(Ⅰ)4．氢原子的能级结构、能级公式(Ⅰ)5.原子核的组成、放射性、原子核的衰变、半衰期(Ⅰ)6.放射性同位素(Ⅰ)7．核力、核反应方程(Ⅰ)8.结合能、质量亏损(Ⅰ)9．裂变反应和聚变反应、裂变反应堆(Ⅰ)10.射线的危害和防护(Ⅰ)[高考导航]【基础梳理】提示：电子光电子大于增大hνhν－W0干涉波动性光电效应粒子性波动粒子【自我诊断】1．判一判(1)只要光照射的时间足够长，任何金属都能发生光电效应．()(2)光电子就是光子．()(3)极限频率越大的金属材料逸出功越大．()(4)从金属表面出来的光电子的最大初动能越大，这种金属的逸出功越小．()(5)入射光的频率越大，逸出功越大．()××√××2．做一做(1)(多选)如图所示，用导线把验电器与锌板相连接，当用紫外线照射锌板时，发生的现象是()A．有光子从锌板逸出B．有电子从锌板逸出C．验电器指针张开一个角度D．锌板带负电提示：选BC.用紫外线照射锌板，锌板上的电子吸收紫外线的能量从锌板表面逸出，称之为光电子，A错误，B正确；锌板与验电器相连，带有相同电性的电荷，锌板失去电子应该带正电，且失去电子越多，带的正电荷越多，验电器指针张角越大，C正确，D错误．(2)(多选)在光电效应实验中，用同一种单色光，先后照射锌和银金属的表面，都能产生光电效应．对于这两个过程，下列四个物理量中，一定不同的是()A．遏止电压B．饱和光电流C．光电子的最大初动能D．逸出功提示：选ACD.同一束光照射不同的金属，一定相同的是入射光的光子能量．不同的金属，逸出功不同，根据光电效应方程Ek＝hν－W0知，最大初动能不同，则遏止电压不同．同一束光照射，光中的光子数目相等，所以饱和光电流是相同的．对光电效应的理解【知识提炼】与光电效应有关的五组概念对比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．光子是光电效应的因，光电子是果．2．光电子的初动能与光电子的最大初动能：光照射到金属表面时，电子吸收光子的全部能量，可能向各个方向运动，需克服原子核和其他原子的阻碍而损失一部分能量，剩余部分为光电子的初动能；只有金属表面的电子直接向外飞出时，只需克服原子核的引力做功的情况，才具有最大初动能．光电子的初动能小于等于光电子的最大初动能．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．5．光的强度与饱和光电流：饱和光电流与入射光强度成正比的规律是对频率相同的光照射金属产生光电效应而言的，对于不同频率的光，由于每个光子的能量不同，饱和光电流与入射光强度之间没有简单的正比关系．【跟进题组】1．(多选)现用一光电管进行光电效应实验，当用某一频率的光入射时，有光电流产生．下列说法正确的是()A．保持入射光的频率不变，入射光的光强变大，饱和光电流变大B．入射光的频率变高，饱和光电流变大C．入射光的频率变高，光电子的最大初动能变大D．保持入射光的光强不变，不断减小入射光的频率，始终有光电流产生解析：选AC.根据光电效应规律，保持入射光的频率不变，入射光的光强变大，则饱和光电流变大，A正确；由爱因斯坦光电效应方程知，入射光的频率变高，产生的光电子最大初动能变大，而饱和光电流与入射光的频率无关，B错误，C正确；保持入射光的光强不变，不断减小入射光的频率，当入射光的频率小于极限频率时，就不能发生光电效应，没有光电流产生，D错误．2.如图所示，当一束一定强度某一频率的黄光照射到光电管阴极K上时，此时滑片P处于A、B中点，电流表中有电流通过，则()A．若将滑动触头P向B端移动时，电流表读数有可能不变B．若将滑动触头P向A端移动时，电流表读数一定增大C．若用红外线照射阴极K时，电流表中一定没有电流通过D．若用一束强度相同的紫外线照射阴极K时，电流表读数不变解析：选A.所加的电压使光电子到达阳极，电流表中有电流通过，且可能处于饱和电流，当滑片向B端移动时，电流表读数有可能不变，当滑片向A端移动时，所加电压减小，则光电流可能减小，也可能不变，A正确，B错误；若用红外线照射阴极K，红外线频率小于黄光的频率，但是不一定不能发生光电效应，电流表中不一定没有电流通过，C错误；若用一束强度相同的紫外线照射阴极K时，紫外线的频率大于黄光的频率，则单位时间内逸出的光电子数目减小，电流表读数减小，D错误．光电效应方程【知识提炼】1．四类图象图象名称图象形状由图象直接(间接)得到的物理量最大初动能Ek与入射光频率ν的关系图象(1)极限频率：图象与ν轴交点的横坐标νc(2)逸出功：图象与Ek轴交点的纵坐标的绝对值W0＝|－E|＝E(3)普朗克常量：图象的斜率k＝h图象名称图象形状由图象直接(间接)得到的物理量颜色相同、强度不同的光，光电流与电压的关系(1)遏止电压Uc：图象与横轴的交点的横坐标的绝对值(2)饱和光电流Im：电流的最大值，强光大于弱光(3)最大初动能：Ekm＝eUc图象名称图象形状由图象直接(间接)得到的物理量颜色不同时，光电流与电压的关系(1)遏止电压Uc1、Uc2(2)最大初动能：Ek1＝eUc1、Ek2＝eUc2图象名称图象形状由图象直接(间接)得到的物理量遏止电压Uc与入射光频率ν的关系图线(1)截止频率νc：图线与横轴的交点的横坐标(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(注：此时两极之间接反向电压)2.三个关系(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可以利用光电管用实验的方法测得，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.【典题例析】(2019·高考北京卷)光电管是一种利用光照射产生电流的装置，当入射光照在管中金属板上时，可能形成光电流．表中给出了6次实验的结果．组次入射光子的能量/eV相对光强光电流大小/mA逸出光电子的最大动能/eV第一组1234.04．04．0弱中强2943600.90.90.9第二组4566.06．06．0弱中强2740552.92.92.9由表中数据得出的论断中不正确的是()A．两组实验采用了不同频率的入射光B．两组实验所用的金属板材质不同C．若入射光子的能量为5.0eV，逸出光电子的最大动能为1.9eVD．若入射光子的能量为5.0eV，相对光强越强，光电流越大[解析]由于光子的能量E＝hν，又入射光子的能量不同，故入射光子的频率不同，A项正确；由爱因斯坦光电效应方程hν＝W＋Ek，可求出两组实验的逸出功均为3.1eV，故两组实验所用的金属板材质相同，B错误；由hν＝W＋Ek，逸出功W＝3.1eV可知，若入射光子能量为5.0eV，则逸出光电子的最大动能为1.9eV，C正确；相对光强越强，单位时间内射出的光子数越多，单位时间内逸出的光电子数越多，形成的光电流越大，D正确．[答案]B【迁移题组】迁移1对Ek－ν图象的理解1．(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(直线与横轴的交点坐标4.27，与纵轴交点坐标0.5)．由图可知()A．该金属的截止频率为4.27×1014HzB．该金属的截止频率为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解析：选AC.图线在横轴上的截距为截止频率，A正确，B错误；由光电效应方程Ek＝hν－W0，可知图线的斜率为普朗克常量，C正确；金属的逸出功为：W0＝hν0＝6.63×10－34×4.27×10141.6×10－19eV≈1.77eV，D错误．迁移2对I－U图象的理解2．在光电效应实验中，某同学用同一光电管在不同实验条件下得到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解析：选B.由图象知，甲、乙光对应的遏止电压相等，由eUc＝Ek和hν＝W0＋Ek得甲、乙光频率相等，A错误；丙光的频率大于乙光的频率，则丙光的波长小于乙光的波长，B正确；由hνc＝W0得甲、乙、丙光对应的截止频率相同，C错误；由光电效应方程知，甲光对应的光电子最大初动能小于丙光对应的光电子最大初动能，D错误．迁移3对Uc－ν图象的理解3.在某次光电效应实验中，得到的遏止电压Uc与入射光的频率ν的关系如图所示．若该直线的斜率和纵轴截距分别为k和b，电子电荷量的绝对值为e，则普朗克常量可表示为________，所用材料的逸出功可表示为________．解析：根据光电效应方程Ekm＝hν－W0及Ekm＝eUc得Uc＝hνe－W0e，故he＝k，b＝－W0e，得h＝ek，W0＝－eb.答案：ek－eb迁移4光电效应方程的应用4．已知钙和钾的截止频率分别为7.73×1014Hz和5.44×1014Hz，在某种单色光的照射下两种金属均发生光电效应，比较它们表面逸出的具有最大初动能的光电子，钙逸出的光电子具有较大的()A．波长B．频率C．能量D．动量解析：选A.由爱因斯坦光电效应方程hν＝W0＋12mv2m，又由W0＝hν0，可得光电子的最大初动能12mv2m＝hν－hν0，由于钙的截止频率大于钾的截止频率，所以钙逸出的光电子的最大初动能较小，因此它具有较小的能量、频率和动量，选项B、C、D错误；又由c＝λν可知光电子频率较小时，波长较大，A正确．1．由Ek－ν图象可以得到的信息(1)极限频率：图线与ν轴交点的横坐标νc.(2)逸出功：图线与Ek轴交点的纵坐标的绝对值E＝W0.(3)普朗克常量：图线的斜率k＝h.2．由I－U图象可以得到的信息(1)遏止电压Uc：图线与横轴的交点的绝对值．(2)饱和光电流Im：电流的最大值．(3)最大初动能：Ekm＝eUc.3．由Uc－ν图象可以得到的信息(1)截止频率νc：图线与横轴的交点．(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.(注：此时两极之间接反向电压)光的波粒二象性物质波【知识提炼】1．对光的波动性和粒子性的进一步理解项目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项目实验基础表现说明光的粒子性光电效应、康普顿效应①当光与物质发生作用时，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项目实验基础表现说明波动性和粒子性的对立、统一——①大量光子易显示出波动性，而少量光子易显示出粒子性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①光子说并未否定波动说，E＝hν＝hcλ中，ν和λ就是波的概念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2.物质波(1)定义：任何运动着的物体都有一种波与之对应，这种波叫做物质波，也叫德布罗意波．(2)物质波的波长：λ＝hp＝hmv，h是普朗克常量．(3)德布罗意波也是概率波，衍射图样中的亮圆是电子落点概率大的地方，但概率的大小受波动规律的支配．【跟进题组】1．(多选)实物粒子和光都具有波粒二象性．下列事实中突出体现波动性的是()A．电子束通过双缝实验装置后可以形成干涉图样B．β射线在云室中穿过会留下清晰的径迹C．人们利用慢中子衍射来研究晶