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第十二章波粒二象性原子和原子核(选修3－5)考点要求说明光电效应爱因斯坦光电效应方程ⅠⅠ氢原子光谱氢原子的能级结构、能级公式ⅠⅠ原子核的组成、放射性、原子核的衰变、半衰期放射性同位素核力、核反应方程结合能、质量亏损裂变反应和聚变反应、裂变反应堆射线的危害与防护ⅠⅠⅠⅠⅠⅠ年份考题题型分值主要考点2017全国卷Ⅰ第17题选择题6分质量亏损、结合能全国卷Ⅱ卷第15题选择题6分α衰变全国卷Ⅲ第19题选择题6分光电效应方程天津卷第1题选择题6分核反应的种类北京卷第18题选择题6分光子的能量、电离北京卷第23题计算题18分核反应方程、质能方程海南卷第7题选择题5分光电效应江苏卷第12题C(1)选择题4分比结合能、结合能江苏卷第12题C(2)选择题4分物质波年份考题题型分值主要考点2018全国卷Ⅱ卷第17题选择题6分光电效应全国卷Ⅲ卷第14题选择题6分核反应方程北京卷第13题选择题6分核反应方程江苏卷第12题C(1)选择题4分半衰期江苏卷第12题C(2)填空题4分光电效应天津卷第5题选择题6分能级跃迁天津卷第1题选择题6分核反应方程第1节光电效应波粒二象性考点1►光电效应1．光电效应现象(1)定义：在光的照射下金属中的电子从表面逸出的现象，叫做光电效应，发射出来的电子叫做_______．特别提醒：①光电效应的实质是光现象转化为电现象．②定义中的光包括可见光和不可见光．(2)几个名词解释①遏止电压：使光电流减小到零时的____________________________________________．光电子最小反向电压，用Uc表示②截止频率：能使某种金属发生光电效应的_____频率叫做该种金属的截止频率(又叫极限频率)，用νc表示．不同的金属对应着不同的截止频率．③逸出功：电子从金属中逸出所需做功的______，叫做该金属的逸出功，用W0表示，不同的金属对应着不同的逸出功．④最大初动能：发生光电效应时，金属表面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．2．光电效应规律(1)每种金属都有一个截止频率，入射光的频率_________截止频率时不发生光电效应．最小最小值低于(2)光电子的_______________与入射光的强度无关，只随入射光频率的增大而________．(3)只要入射光的频率大于金属的截止频率，照到金属表面时，光电子的发射几乎是_________，一般不超过10－9s，与光的强度______关．(4)当入射光的频率大于金属的截止频率时，饱和光电流的强度与入射光的强度成_____比．3．光电效应方程(1)光子说：空间传播的光是不连续的，是一份一份的，每一份叫做一个光子．光子的能量为E＝_____，其中h是普朗克常量，其值为6.63×10－34J·s，ν是光的频率．(2)光电效应方程：____________，其中hν为入射光子的能量，Ek为光电子的最大初动能，Ek＝eUc，W0是金属的逸出功，W0＝hνc.最大初动能增大瞬时的无正hνEk＝hν－W0例1用图示装置研究光电效应现象，滑动变阻器的滑片位于变阻器的中间位置，当用蓝光照射到光电管上时，电流表有示数，下列说法正确的是()A．将电源正极与负极调换，电流表一定没有示数B．改用黄光照射到光电管，电流表一定没有示数C．增大蓝光的照射强度，光电子的最大初动能不变D．改用波长更短的光照射光电管，光电管中金属的逸出功变大【解析】若将电源正极与负极调换，光电管两端电压由正向电压变成反向电压，如果反向电压小于遏止电压，电流表仍有读数，故A项错误；改用黄光照射到光电管，若黄光的频率大于金属的截止频率，阴极材料有光电子逸出，电流表仍有读数，故B项错误；增大蓝光的照射强度，光电子的最大初动能不变，故C项正确；光电管中金属的逸出功是金属材料自身的性质，与入射光的性质无关，故D项错误．【答案】C【小结】光电效应规律的解释存在截止频率电子从金属表面逸出，首先须克服金属原子核的引力做功W0，入射光子能量不能小于W0，对应的最小频率νc＝W0h，即截止频率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的频率增大而增大，一个电子只能吸收一个光子，故光电子最大初动能与光照强度无关效应具有瞬时性(10－9s)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例2用同一光电管研究a、b两种单色光产生的光电效应，得到光电流I与光电管两极间所加电压U的关系如图．则下列叙述正确的是()A．照射该光电管时a光使其逸出的光电子最大初动能大B．b光光子能量比a大C．极限频率越大的金属材料逸出功越小D．光电管是基于光电效应的光电转换器件，可使光信号转换成电信号【解析】根据公式Ek＝eUc可得遏止电压越大，最大初动能越大，故图中可得b光照射光电管时反向截止电压大，说明逸出的光电子最大初动能大，故A错误；b光照射时最大初动能大，根据公式hν－W0＝12mv20可得b的频率大，光子的能量大，故B正确；根据W0＝hνc，可知，极限频率越大的金属材料逸出功越大，故C错误；光照射光电管，出现光电效应现象，可使光信号转换成电信号．故D正确．【答案】BD【小结】对某一金属有关光电效应的几种图象图象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截止频率：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饱和光电流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饱和光电流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量的乘积，即h＝ke.(注：此时两极之间接反向电压)1．关于光电效应，以下说法正确的是()A．光电子的最大初动能与入射光的频率成正比B．光电子的最大初动能越大，形成的光电流越强C．能否产生光电效应现象，决定于入射光光子的能量是否大于或等于金属的逸出功D．用频率是ν1的绿光照射某金属发生了光电效应，改用频率是ν2的黄光照射该金属一定不发生光电效应C【解析】根据Ekm＝hν－W0可知，光电子的最大初动能随入射光的频率增大而增大，但不是成正比，选项A错误；光电流的强弱与入射光的光强有关，与光电子的最大初动能无关，选项B错误；根据光电效应的规律，能否产生光电效应现象，决定于入射光光子的能量是否大于或等于金属的逸出功，选项C正确；绿光的频率大于黄光，则用频率是ν1的绿光照射某金属发生了光电效应，改用频率是ν2的黄光照射该金属也可能发生光电效应，选项D错误．2．如图所示是研究光电效应现象的装置，当用光子能量为2.82eV的光照射到光电管中的金属涂层时，电流表G的读数为0.2mA.移动滑动变阻器的滑片c，当电压表的示数大于或等于1V时，电流表读数为零．下列说法中不正确的是()A．光电子的最大初动能为1eVB．光电管阴极的逸出功为1.82eVC．开关K断开后，有电流流过电流表GD．改用光子能量为0.85eV的光照射，电流表G也有电流，但电流较小D【解析】该装置所加的电压为反向电压，发现当电压表的示数大于或等于1V时，电流表示数为0，知道光电子的最大初动能为1eV，根据光电效应方程Ekm＝hν－W0，W0＝1.82eV，故A、B正确；开关S断开后，用光子能量为2.82eV的光照射到光电管上时发生了光电效应，有光电子逸出，则有电流流过电流表，故C正确；改用能量为0.85eV的光子照射，0.85eV小于1.82eV，则不能发生光电效应，电流表无电流，故D错误．3．如图所示是光电管的原理图，已知当有波长为λ0的光照到阴极K上时，电路中有光电流，则()A．若换用波长为λ1(λ1λ0)的光照射阴极K时，电路中一定没有光电流B．若换用波长为λ2(λ2λ0)的光照射阴极K时，电路中一定没有光电流C．增加电路中电源电压，电路中的光电流不一定增大D．若将电源极性反接，电路中一定没有光电流产生C【解析】若换用波长为λ1、λ2(λ1λ0、λ2λ0)的光的频率有可能大于极限频率，电路中可能有光电流，A、B错误；光电流的强度与入射光的强度有关，当光越强时，光电子数目会增多，而电压增加不会改变光电子数目，则光电流也不会影响，C正确；将电路中电源的极性反接，电子受到电场阻力，到达A极的数目会减小，则电路中电流会减小，甚至没有电流，D错误．4．1916年，美国著名实验物理学家密立根，完全肯定了爱因斯坦光电效应方程，并且测出了当时最精确的普朗克常量h的值，从而赢得1923年度诺贝尔物理学奖．若用如图甲所示的实验装置测量某金属的遏止电压Uc与入射光频率ν，作出如图乙所示的Uc－ν的图象，电子电荷量e＝1.6×10－19C，则下列说法正确的是()A．图甲中电源右端为正极B．普朗克常量约为6.64×10－34J·sC．该金属的截止频率为5.0×1014HzD．该金属的逸出功约为6.61×10－19JC【解析】电子从K极出来，在电场力的作用下做减速运动，所以电场线的方向向右，所以电源右端为负极，故A错；由爱因斯坦光电效应方程得：Ek＝hν－W0，粒子在电场中做减速，由动能定理可得：－eU＝0－Ek，解得：U＝hνe－W0e，由题图可知，金属的极限频率等于ν0＝5.0×1014Hz，图象的斜率代表了k＝he，结合数据解得：h＝6.61×10－34J·s，故B错误，C对；金属的逸出功W0＝hν0＝6.61×10－34×5.0×1014Hz＝3.31×10－19J，故D错误．5．现有a、b、c三束单色光，其波长关系为λa∶λb∶λc＝1∶2∶3.当用a光束照射某种金属板时能发生光电效应，飞出的光电子最大动能为Ek，若改用b光束照射该金属板，飞出的光电子最大动能为13Ek，当改用c光束照射该金属板时()A．能发生光电效应，飞出的光电子最大动能为16EkB．能发生光电效应，飞出的光电子最大动能为19EkC．能发生光电效应，飞出的光电子最大动能为112EkD．由于c光束光子能量最小，该金属板不会发生光电效应B【解析】a、b、c三束单色光，其波长关系为λa∶λb∶λc＝1∶2∶3，因为光子频率ν＝cλ，知光子频率之比6∶3∶2.设a光的频率为6a，根据光电效应方程Ekm＝hν－W0得，Ek＝h·6a－W0，13Ek＝h·3a－W0.联立两式解得逸出功W0＝32ha，Ek＝92hac光的光子频率为2aW0，能发生光电效应．最大初动能Ekm′＝h·2a－W0＝12ha＝19Ek.故B正确，A、C、D错误．考点2►光的波粒二象性1．光的波粒二象性(1)光的干涉、衍射、偏振现象证明了光有_______．(2)光电效应、康普顿效应证明了光有_________．(3)光既有波动性、又有粒子性，称为光的波粒二象性．2．对光的波粒二象性的理解光既有波动性，又有粒子性，两者不是孤立的，而是有机的统一体，其表现规律为：波动性粒子性(1)个别光子的作用效果往往表现为粒子性；大量光子的作用效果往往表现为波动性．(2)频率越低波动性越显著，越容易看到光的干涉和衍射现象；频率越高粒子性越显著，越不容易看到光的干涉和衍射现象，贯穿本领越强．(3)光在传播过程中往往表现出波动性；在与物质发生作用时，往往表现为粒子性．3．德布罗意波(物质波)波长λ与动量p的关系符合德布罗意公式λ＝hp(h为普朗克常数)的波叫德布罗意波，简称物质波．德布罗意波假说是光的波粒二象性的一种推广，使之包含了物质粒子，即光子和实物粒子都具有粒子性，又都具有波动性，与光子对应的波是电磁波，与实物粒子对应的波是德布罗意波．例3人