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第十二章原子与原子核高考导航(教师备用)考点内容要求高考(全国卷)三年命题情况对照分析201620172018氢原子光谱ⅠⅠ卷T35(1):光电效应Ⅱ卷T35(1):核反应方程Ⅲ卷T35(1):核反应方程、动量及能量守恒和质能关系Ⅰ卷T17:质量亏损和质能关系Ⅱ卷T15:α衰变和半衰期Ⅲ卷T19:光电效应Ⅱ卷T17:光电效应Ⅲ卷T14:核反应方程氢原子的能级结构、能级公式Ⅰ原子核的组成、放射性、原子核的衰变、半衰期Ⅰ放射性同位素Ⅰ核力、核反应方程Ⅰ结合能、质量亏损Ⅰ裂变反应和聚变反应、裂变反应堆Ⅰ射线的危害与防护Ⅰ光电效应Ⅰ爱因斯坦光电效应方程Ⅰ1.考查方式:从近几年高考试题来看,光电效应方程、核反应方程以及与动量结合是考查的重点,以选择题的形式考查,分值为6分.2.命题趋势:根据全国卷命题特点,预计2019年高考中,可能扩大考查面,考查会集中在α粒子散射实验、氢原子光谱和能级结构及光电效应方程,核反应中的衰变,粒子的波动性,核力和结合能,质能方程等知识点.第1节光电效应波粒二象性基础过关考点研析素养提升基础知识一、黑体辐射与能量子1.黑体与黑体辐射(1)黑体:是指能够入射的各种波长的电磁波而不发生反射的物体.完全吸收基础过关紧扣教材·自主落实(2)黑体辐射的实验规律①一般材料的物体,辐射的电磁波除与有关外,还与材料的种类及表面状况有关.②黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的有关.a.随着温度的升高,各种波长的辐射强度都.b.随着温度的升高,辐射强度的极大值向波长的方向移动.温度温度增加较短2.能量子(1)定义:普朗克认为,带电微粒辐射或者吸收能量时,只能辐射或吸收某个最小能量值的.即能量的辐射或者吸收只能是一份一份的.这个不可再分的最小能量值ε叫做能量子.整数倍(2)能量子的大小:,其中ν是电磁波的,h称为.h=6.626×10-34J·s.二、光电效应1.定义:在光的照射下从金属表面发射出的现象(发射出的电子称为光电子).2.产生条件:入射光的频率截止频率.ε=hν频率普朗克常量电子大于等于3.光电效应规律(1)存在着饱和电流:对于一定颜色的光,入射光越,单位时间内发射的光电子数越.(2)存在着遏止电压和截止频率:光电子的能量只与入射光的有关,而与入射光的无关.当入射光的频率低于时不发生光电效应.(3)光电效应具有瞬时性:当频率超过截止频率时,无论入射光怎样微弱,几乎在照到金属时立即产生光电流,时间不超过10-9s.强多频率强弱截止频率教材解读阅读教材选修3-5·P30演示及相关教材内容,用紫外线灯照射锌板看到的现象是什么?说明了什么?答案:验电器指针张开.紫外线照射到锌板上,在锌板表面发射出光电子,使锌板带上了正电.三、光电效应方程1.基本物理量(1)光子的能量ε=hν,其中h=6.626×10-34J·s(称为普朗克常量).(2)逸出功:使电子脱离某种金属所做功的.(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动能的.2.光电效应方程(1)表达式:或.(2)物理意义:金属中的电子吸收一个光子获得的能量是hν,这些能量一部分用于克服金属的,剩下的表现为逸出后电子的初动能Ek.最小值最大值hν=Ek+W0Ek=hν-W0逸出功W0四、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性.(2)光电效应说明光具有性.(3)光既具有波动性,又具有粒子性,称为光的性.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的地方,暗条纹是光子到达概率的地方,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=,p为运动物体的动量,h为普朗克常量.波动粒子波粒二象大小hp(1)光电效应中的“光”指的是可见光.()过关巧练×1.思考判断(2)光子和光电子都是实物粒子.()(3)能否发生光电效应取决于光的强度.()(4)光电效应说明了光具有粒子性,证明光的波动说是错误的.()(5)光电子的最大初动能与入射光的频率有关.()(6)德国物理学家普朗克提出了量子假说,成功地解释了光电效应规律.()(7)美国物理学家康普顿发现了康普顿效应,证实了光的粒子性.()×××√×√2.[人教版选修3-5·P36·T2改编](多选)在光电效应实验中,用频率为ν的光照射光电管阴极,发生了光电效应,下列说法正确的是()A.增大入射光的强度,光电流增大B.减小入射光的强度,光电效应现象消失C.改用频率小于ν的光照射,一定不发生光电效应D.改用频率大于ν的光照射,光电子的最大初动能变大AD解析:增大入射光强度,单位时间内照射到单位面积上的光子数增加,则光电流增大,故选项A正确;光电效应是否发生取决于入射光的频率,而与入射光强度无关,故选项B错误.用频率为ν的光照射光电管阴极,发生光电效应,用频率较小的光照射时,若光的频率仍大于极限频率,则仍会发生光电效应,选项C错误;根据Ek=hν-W0可知,增大入射光频率,光电子的最大初动能也增大,故选项D正确.3.下列说法中正确的是()A.光的波粒二象性学说彻底推翻了麦克斯韦的光的电磁说B.在光的双缝干涉实验中,暗条纹的地方是光子永远不能到达的地方C.光的双缝干涉实验中,大量光子打在光屏上的落点是有规律的,暗纹处落下光子的概率小D.单个光子具有粒子性,大量光子具有波动性C考点一光电效应规律1.光电效应的理解(1)能否发生光电效应,不取决于光的强度而取决于光的频率.(2)光电效应中的“光”不是特指可见光,也包括不可见光.(3)逸出功的大小由金属本身决定,与入射光无关.(4)光电子不是光子,而是电子.考点研析核心探究·重难突破2.光电效应中两条对应关系(1)光强大→光子数目多→发射光电子多→光电流大;(2)光子频率高→光子能量大→光电子的最大初动能大.3.光电效应中三个关系式(1)爱因斯坦光电效应方程Ek=hν-W0.(2)最大初动能与遏止电压的关系Ek=eUc.(3)逸出功与极限频率的关系W0=hνc.【典例1】(多选)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-EkbBC解析:由爱因斯坦光电效应方程及动能定理得,Ek=eU=hν-W0,若用a,b单色光照射同种金属时,逸出功W0相同.当νaνb时,一定有EkaEkb,UaUb,故A错误,B正确;若UaUb,则一定有EkaEkb,故C正确;因逸出功相同,有W0=hνa-Eka=hνb-Ekb,故D错误.【针对训练】(2019·安徽六安模拟)(多选)如图所示电路可研究光电效应规律,图中标有A和K的为光电管,其中K为阴极,A为阳极.理想电流计可检测通过光电管的电流,理想电压表用来指示光电管两端的电压.现接通电源,用光子能量为10.5eV的光照射阴极K,电流计中有示数,若将滑动变阻器的滑片P缓慢向右滑动,电流计的读数逐渐减小,当滑至某一位置时电流计的读数恰好为零,读出此时电压表的示数为6.0V;现保持滑片P的位置不变,以下判断正确的是()ACA.光电管阴极材料的逸出功为4.5eVB.若增大入射光的强度,电流计的示数不为零C.若用光子能量为12eV的光照射阴极K,光电子的最大初动能一定变大D.若用光子能量为9.5eV的光照射阴极K,同时把滑片P向左移动少许,电流计的读数一定不为零解析:电流计的读数恰好为零,此时电压表的示数为6.0V,根据动能定理得,eU=Ekm=6.0eV,再根据光电效应方程W0=hν-Ekm=4.5eV,故A正确;光电效应发射出光电子的最大初动能与入射光的强度无关,与入射光的频率有关,增大光的强度时,光电子仍然不能到达阳极,故B错误;增大入射光的光子能量,根据光电效应方程知,光电子的最大初动能变大,故C正确;若用光子能量为9.5eV的光照射阴极K,能发生光电效应,但是把滑片P向左移动少许,电流计的读数不一定不为零,故D错误.考点二光电效应的图像问题图像名称图线形状由图线直接(间接)得到的物理量最大初动能Ek与入射光频率ν的关系图线①极限频率:图线与ν轴交点的横坐标νc②逸出功:图线与Ek轴交点的纵坐标的值的绝对值W0=|-E|=E③普朗克常量:图线的斜率k=h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:图线与横轴的交点②饱和电流Im:光电流的最大值③最大初动能:Ek=eUc颜色不同时,光电流与电压的关系①遏止电压Uc1,Uc2②饱和电流③最大初动能Ek1=eUc1,Ek2=eUc2遏止电压Uc与入射光频率ν的关系图线①极限频率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【典例2】如图(甲)所示是研究光电效应规律的光电管.用波长λ=0.50μm的绿光照射阴极K,实验测得流过电流表的电流I与AK之间电势差UAK满足如图(乙)所示规律,取h=6.63×10-34J·s,c=3.0×108m/s.结合图像,求:(结果均保留两位有效数字)(1)每秒钟阴极发射的光电子数和光电子飞出阴极K时的最大初动能.(2)该阴极材料的极限波长.解析:(1)光电流达到饱和时,阴极发射的光电子全部到达阳极A,阴极每秒钟发射的光电子的个数n=mIe=6190.64101.610(个)=4.0×1012(个)光电子的最大初动能为Ekm=eUc=1.6×10-19×0.6J=9.6×10-20J.(2)设阴极材料的极限波长为λ0,根据爱因斯坦光电效应方程Ekm=hc-h0c代入数据得λ0≈6.6×10-7m.答案:(1)4.0×1012个9.6×10-20J(2)6.6×10-7m反思总结求解光电效应问题应抓住的三个关系式(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,它与截止频率νc(或极限波长)的关系是W0=hνc=h0c.1.[Ek-ν图像]用不同频率的紫外线分别照射钨板和锌板而产生光电效应,可得到光电子的最大初动能Ek随入射光频率ν变化的Ek-ν图像,已知钨的逸出功为3.28eV,锌的逸出功为3.34eV,若将两者的图像分别用实线与虚线画在同一个Ek-ν图上,则下图中正确的是()A题组训练解析:根据光电效应方程Ek=hν-W0,可知Ek-ν图像中,斜率表示普朗克常量h,横轴截距大小表示该金属的极限频率,由题意可知锌的逸出功大于钨的逸出功,νc=0Wh,锌的极限频率大于钨的极限频率,故A正确.2.[Uc-ν图像](多选)在光电效应实验中,两个实验小组分别在各自的实验室,约定用相同频率的单色光,分别照射锌和银的表面,结果都能发生光电效应,如图(甲),并记录相关数据.对于这两组实验,下列判断正确的是()A.饱和电流一定不同B.因为材料不同逸出功不同,所以遏止电压Uc也不同C.光电子的最大初动能不同D.分别用不同频率的光照射之后绘制Uc-ν图像[ν为照射光频率,图(乙)为其中一小组绘制的图像],图像的斜率可能不同BC解析:虽然光的频率相同,但光强不确定,所以单位时间逸出的光电子数可能相同,而饱和电流不一定相同,选项A错误;根据光电效应方程Ekm=hν-W0和eUc=Ekm得出,相同频率,不同逸出功,最大初动能不同,则遏止电压也不同,选项B,C正确;因为Uc=he-0We,图线的斜率等于he,D错误.考点三光的波粒二象性物质波1.对光的波粒二象性的进一步理解表现说明二者关系波动性——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)不同②大量的光子在传播