光电效应(含解析)
第34讲 光电效应 波粒二象性(解析版)
第34讲光电效应波粒二象性目录考点一光电效应的实验规律 (1)考点二光电效应方程和E k－ν图象 (1)考点三光的波粒二象性、物质波 (3)练出高分 (8)考点一光电效应的实验规律1．光电效应在光的照射下金属中的电子从金属表面逸出的现象，叫做光电效应，发射出来的电子叫做光电子．2．实验规律(1)每种金属都有一个极限频率．(2)光子的最大初动能与入射光的强度无关，只随入射光的频率增大而增大．(3)光照射到金属表面时，光电子的发射几乎是瞬时的．(4)光电流的强度与入射光的强度成正比．3．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U c.(2)截止频率：能使某种金属发生光电效应的最小频率叫做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．(3)逸出功：电子从金属中逸出所需做功的最小值，叫做该金属的逸出功．[例题1]光电效应是一个非常神奇的现象，由德国物理学家赫兹于1887年在研究电磁波的实验中偶尔发现。
下列关于光电效应的叙述，正确的是（）A．遏止电压只与入射光频率有关，与金属种类无关B．单一频率的光照射金属表面发生光电效应时，所有光电子的速度一定相同C．入射光频率越大，饱和光电流越大D．若红光照射到金属表面能发生光电效应，则紫光照射到该金属表面上也一定能发生光电效应【解答】解：A、由﹣eU C＝0﹣E km、E km＝hν﹣W逸可知遏止电压与金属的逸出功和入射光频率都有关，故A错误；B、由E k＝hν﹣W逸﹣W其，W其为为光电子逸出过程中克服其他因素损失的能量，爱因斯坦光电效应方程给出的是最大初动能为光子能量减去逸出功，并不是所有光电子逸出是的动能都是最大初动能，光电子逸出时除了克服逸出功外也可能受到其他因素的影响损失能量，比如光电子之间的相互作用影响或者是碰撞损失，不同光电子W其可能不同，所以不同光电子初动能可能不同，故B错误；C、同一频率，饱和光电流与入射光强度有关，入射光强度越强，饱和光电流越强，故C错误；D、入射光频率大于临界频率则可发生光电效应，紫光的频率比红光更大，所以红光照射金属表面能发生光电效应，紫光照射该金属也一定能，故D正确。
高中物理 光电效应习题及解析
A. 用光束1照射时，不能产生光电子
B. 用光束3照射时，不能产生光电子
C. 用光束2照射时，光越强，单位时间内产生的光电子数目越多
D. 用光束2照射时，光越强，产生的光电子的最大初动能越大
【答案】AC
【解析】
【详解】A、B、依据波长与频率的关系：
因λ1＞λ2＞λ3，那么 ；由于用光束2照射时，恰能产生光电子，因此用光束1照射时，不能产生光电子，而光束3照射时，一定能产生光电子；故A正确，B错误．C、D、用光束2照射时，光越强，单位时间内产生的光电子数目越多，而由光电效应方程： ，可知，光电子的最大初动能与光的强弱无关；故C正确，D错误．故选AC．
阴极K金属的极限频率νc= = ，C正确．
2、计算题
14.如图所示，相距为d的两平行金属板A、B足够大，板间电压恒为U，有一波长为λ的细激光束照射到B板中央，使B板发生光电效应，已知普朗克常量为h，金属板B的逸出功为W，电子质量为m，电荷量e，求：
（1）光电子的最大初动能
（2）从B板运动到A板所需时间最短的光电子到达A板时的动能．
9.（多选）现用某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
C、根据 结合乙的逸出功比甲大可以知道，若 相等，则照射甲金属的光的频率要比照射乙金属的光的频率小，故C错误；
D、逸出功： ，根据图象可知,乙的极限频率比甲大，故乙的逸出功比甲大，故D错误。
光电效应知识题(有答案解析)
黑体辐射和能量子的理解一、基础知识1、能量子(1)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整数倍．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．(2)能量子的大小：ε＝hν，其中ν是电磁波的频率，h称为普朗克常量．h＝6.63×10－34 J·s.2、光子说：(1)定义：爱因斯坦提出的大胆假设。
内容是：空间传播的光的能量是不连续的，是一份一份的，每一份叫做一个光子．光子的能量为ε＝hν，其中h是普朗克常量，其值为6.63×10－34 J·s.二、练习1、下列可以被电场加速的是( B)A．光子B．光电子C．X射线D．无线电波2、关于光的本性，下列说法中不正确的是（B ）A．光电效应反映光的粒子性B．光子的能量由光的强度所决定C．光子的能量与光的频率成正比D．光在空间传播时，是不连续的，是一份一份的，每一份叫做一个光子对光电效应实验的理解一、基础知识（用光电管研究光电效应的规律）1、常见电路(如图所示)2、两条线索(1)通过频率分析：光子频率高→光子能量大→产生光电子的最大初动能大．(2)通过光的强度分析：入射光强度大→光子数目多→产生的光电子多→光电流大．3、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U c.(2)截止频率：能使某种金属发生光电效应的最小频率叫做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．(3)逸出功：电子从金属中逸出所需做功的最小值，叫做该金属的逸出功．二、练习1、如图所示，当开关S断开时，用光子能量为2.5 eV的一束光照射阴极P，发现电流表读数不为零．合上开关，调节滑动变阻器，发现当电压表读数小于0.60 V时，电流表读数仍不为零；当电压表读数大于或等于0.60V时，电流表读数为零．(1)求此时光电子的最大初动能的大小；(2)求该阴极材料的逸出功．答案(1)0.6 eV (2)1.9 eV解析设用光子能量为2.5 eV的光照射时，光电子的最大初动能为E km，阴极材料逸出功为W0当反向电压达到U0＝0.60 V以后，具有最大初动能的光电子达不到阳极，因此eU0＝E km由光电效应方程知E km＝hν－W0由以上二式得E km＝0.6 eV，W0＝1.9 eV.2、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(说明:右侧为正极) ( )A．若换用波长为λ1(λ1>λ0)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(λ2<λ0)的光照射阴极K时，电路中一定有光电流C．增加电路中电源电压，电路中光电流一定增大D．若将电源极性反接，电路中一定没有光电流产生答案 B解析用波长为λ0的光照射阴极K，电路中有光电流，说明入射光的频率ν＝cλ0大于金属的极限频率，换用波长为λ1的光照射阴极K，因为λ1>λ0，根据ν＝cλ可知，波长为λ1的光的频率不一定大于金属的极限频率，因此不一定能发生光电效应现象，A错误；同理可以判断，B正确；光电流的大小与入射光的强度有关，在一定频率与强度的光照射下，光电流与电压之间的关系为：开始时，光电流随电压U的增加而增大，当U增大到一定程度时，光电流达到饱和值，这时即使再增大U，在单位时间内也不可能有更多的光电子定向移动，光电流也就不会再增加，即饱和光电流是在一定频率与强度的光照射下的最大光电流，增大电源电压，若光电流达到饱和值，则光电流也不会增大，C错误；将电源极性反接，若光电子的最大初动能大于光电管两极间电场力做的功，电路中仍有光电流产生，D错误．3、(双选)如图所示, 在研究光电效应的实验中, 发现用一定频率的A单色光照射光电管时, 电流表指针会发生偏转, 而用另一频率的B单色光照射时不发生光电效应( AC )A. A光的频率大于B光的频率B. B光的频率大于A光的频率C. 用A光照射光电管时流过电流表G的电流方向是a流向bD. 用A光照射光电管时流过电流表G的电流方向是b流向a4、如图所示，当电键K断开时，用光子能量为2.5 eV的一束光照射阴极P，发现电流表读数不为零。
高中物理 光电效应习题及解析
A. 1.9eVB. 0.6eVC. 2.5eVD. 3.1eV
光电流的大小与入射光的时间无关，入射光的强度越大，饱和光电流越大，故A错误；发生光电效应时，能否发生光电效应与入射光的强度无关，减小入射光的强度，光电流不能消失，故B错误；用频率为v的光照射时，有光电流产生，用频率小于v的光照射，光电效应现象不一定消失，还要看入射光的频率是否小于极限频率．故C错误；根据光电效应方程可知，光电子的最大初动能随入射光频率的增大而增大，故D正确；
光电效应
一、选择题
1.用如图所示装置做光电效应实验，下述正确的是（ ）
A.光电效应现象是由爱因斯坦首先发现的
B.实验现象揭示了光具有波动性
C 实验中，光电子从锌板逸出，验电器带正电
D.实验中，若用可见光照射锌板，也能发生光电效应
【答案】C
【解析】
【详解】A、光电效应是由赫兹首先发现的，故A错误．B、光电效应现象揭示了光具有粒子性，故B错误．C、光电效应现象中，光电子从锌板逸出，验电器带正电，故C正确．D、光电效应中应该用紫外线照射锌板，当用可见光时，频率降低，小于极限频率，则不满足光电效应反生条件．故D错误．故选C．
8.在光电效应实验中，分别用频率为va、vb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va＞vb，则一定有Ua＜Ub
B. 若va＞vb，则一定有Eka＜Ekb
光电效应的实验过程解析
光电效应的实验过程解析光电效应是指在光照射下，金属表面电子会被光子激发并从金属表面逸出的现象。
这一现象的发现为量子力学的发展提供了重要的实验依据，也为人们对光的本质和电子的性质有了更深入的认识。
本文将对光电效应的实验过程进行解析，以便更好地理解光电效应的产生机制。
实验材料和设备：1. 光源：可使用氢氖激光器或者氙灯等稳定的光源。
2. 金属样品：如钨、锌、铜等金属材料。
3. 光电管：包括光敏阴极和阳极，用于检测光电效应产生的电流。
4. 能量选择系统：用于控制光的波长，可以使用滤光片或光栅等装置。
5. 测量电流的仪器：如电流表或电子学放大器等。
实验步骤：1. 准备工作：将金属样品清洗干净，并确保光线照射到金属样品上的光滑均匀。
2. 搭建实验装置：将金属样品固定在光电管的光敏阴极上，并将阳极与测量电流的仪器相连。
3. 调节实验装置：选择适当的光源并将其对准金属样品。
通过能量选择系统，控制光的波长。
4. 测量电流：用电流表或电子学放大器记录光电管输出的电流大小。
实验现象和解析：在进行实验时，可以观察到以下现象：1. 当光照射到金属样品上时，光电管输出较小的电流。
2. 当改变光源的波长或光强时，观察到光电管输出电流的变化。
这些实验现象可以通过以下解析进行解释：1. 光照射到金属表面时，光子将能量传递给金属内的自由电子，使其获得足够的能量逸出金属表面。
2. 光电效应的产生与光子的能量有关，光子的能量由光的频率确定。
当光的波长较长时，光子的能量较低，电子需要吸收多个光子才能逸出金属表面，因此输出的电流较小。
当光的波长较短时，光子的能量较高，只需吸收一个光子即可逸出金属表面，因此输出的电流较大。
3. 光强的变化也会对光电效应产生影响。
增加光的强度会增加单位时间内光子与金属表面的相互作用次数，从而增加逸出的电子数量，导致输出的电流增大。
总结：通过对光电效应的实验过程的解析,我们可以归纳出以下结论：1. 光电效应是光照射到金属表面时，由光子激发金属内自由电子逸出的现象。
高中物理-专题 光电效应(非选择题)(解析版)
2021年高考物理100考点最新模拟题千题精练（选修3-5）第六部分 原子物理 专题6.5 光电效应（非选择题）非选择题1.（北京市海淀区2019届高三查缺补漏物理试题）在玻尔的原子结构理论中，氢原子由高能态向低能态跃迁时能发出一系列不同频率的光，波长可以用巴耳末—里德伯公式22111()R k n λ=-来计算，式中λ为波长，R 为里德伯常量，n 、k 分别表示氢原子跃迁前和跃迁后所处状态的量子数，对于每一个k ，有n =k +1、k +2、k +3….其中，赖曼系谱线是电子由n >1的轨道跃迁到k =1的轨道时向外辐射光子形成的，巴耳末系谱线是电子由n >2的轨道跃迁到k =2的轨道时向外辐射光子形成的.（1）如图所示的装置中，K 为一金属板，A 为金属电极，都密封在真空的玻璃管中，S 为石英片封盖的窗口，单色光可通过石英片射到金属板K 上.实验中：当滑动变阻器的滑片位于最左端，用某种频率的单色光照射K 时，电流计G 指针发生偏转；向右滑动滑片，当A 比K 的电势低到某一值U c （遏止电压）时，电流计G 指针恰好指向零.现用氢原子发出的光照射某种金属进行光电效应实验.若用赖曼系中波长最长的光照射时，遏止电压的大小为U 1；若用巴耳末系中n =4的光照射金属时，遏止电压的大小为U 2.金属表面层内存在一种力，阻碍电子的逃逸.电子要从金属中挣脱出来，必须克服这种阻碍做功.使电子脱离某种金属所做功的最小值，叫做这种金属的逸出功.已知电子电荷量的大小为e ，真空中的光速为c ，里德伯常量为R .试求： a ．赖曼系中波长最长的光对应的频率ν1； b ．普朗克常量h 和该金属的逸出功W 0.（2）光子除了有能量，还有动量，动量的表达式为p =λh（h 为普朗克常量）.+ 电源ASa ．请你推导光子动量的表达式p =λh；b ．处于n =2激发态的某氢原子以速度v 0运动，当它向k =1的基态跃迁时，沿与v 0相反的方向辐射一个光子.辐射光子前后，可认为氢原子的质量为M 不变.求辐射光子后氢原子的速度v （用h 、R 、M 和v 0表示）. 【名师解析】（1）a ．在赖曼系中，氢原子由n =2跃迁到k =1，对应光的波长最长，波长为1λ.则有 221111()12R λ=- 所以 143Rλ=所以 1134c cR νλ==b ．在巴耳末系中，氢原子由n =4跃迁到k =2，对应光的波长为2λ，频率为2ν.则有222111()24R λ=-, 22cνλ= 设1λ、2λ对应的最大初动能分别为E km1、E km2.根据光电效应方程有 km110E h W ν=-,km220E h W ν=-根据动能定理有 1km10eU E -=-,2km20eU E -=- 联立解得1216()9e U U h cR -=，0121(4)3W e U U =-.（2）a ．根据质能方程有2E mc = 又因为 hcE h νλ== ,p mc =,所以hp λ=.b ．光子的动量34h hRp λ==根据动量守恒定律有0M M p =-v v 解得034hRM =+v v .2.（2019·北京西城区4月模拟）可利用如图l 所示的电路研究光电效应中电子的发射情况与光照的强弱、光的频率等物理量间的关系.K 、A 是密封在真空玻璃管中的两个电极，K 受到光照时能够发射电子.K 与A 之间的电压大小可以调整，电源的正、负极也可以对调.（1）a ．电源按图1所示的方式连接，且将滑动变阻器中的滑片置于中央位置附近.试判断：光电管中从K 发射出的电子由K 向A 的运动是加速运动还是减速运动?b ．现有一电子从K 极板逸出，初动能忽略不计，已知电子的电量为e ，电子经电压U 加速后到达A 极板. 求电子到达A 极板时的动能E k .(2)在图l 装置中，通过改变电源的正、负极，以及移动变阻器的滑片，可以获得电流表示数与电压表示数U 之间的关系，如图2所示，图中U c 叫遏止电压.实验表明，对于一定频率的光，无论光的强弱如何， 遏止电压都是一样的.请写出爱因斯坦光电效应方程，并对“一定频率的光，无论光的强弱如何，遏止电压都是一样的”做出解释.(3)美国物理学家密立根为了检验爱因斯坦光电效应方程的正确性，设计实验并测量了某金属的遏止电压U c 与入射光的频率. 根据他的方法获得的实验数据绘制成如图 3所示的图线.已知电子的电量e=1.6xl0-19C ，求普朗克常量h.（将运算结果保留l 位有效数字.）【思路点拨】解决此题的关键有两点：准确理解爱因斯坦光电效应方程的规律及其应用，第二要通过ν~cU 图像找到ν~cU的关系函数.【解析】(1)a.由于A 为电源正极，K 为电源负极，故光电子在A 、K 间做加速运动. b.由动能定理得E k =eU.(2)爱因斯坦光电效应方程0W h E k -=ν遏止电压对应为具有最大初动能的光电子由K 极板运动到A 极板时动能减为0的电压,根据动能定理有: E k =eU c联立解得U c =eW e h-ν 可见,对于确定的金属来说,一定频率的光,无论光的强弱如何,遏止电压都是一样的. (3)由U c =eW e h 0-ν，可知斜率为普朗克常量与元电荷之比 由图像求得斜率k =4×10-15 V·s故普朗克常量h =ke=4×10-15×1.6×10-19 J·s=6×10-34 J·s.【核心素养解读】本题从光电效应的本质属性、内在规律及相互关系的认识上建构理想的功能关系模型，通过综合分析、推理论证等进行科学思维方法的内化；“科学思维”主要包括模型建构、科学推理、科学论证、质疑创新等要素，体现了学科核心素养.3．如果一个中子和一个质量为10 g 的子弹都以103 m/s 的速度运动，则它们的德布罗意波的波长分别是多少？(中子的质量为1.67×10－27kg)【名师解析】 中子的动量p 1＝m 1v ， 子弹的动量为p 2＝m 2v ，由公式λ＝hp 知，中子和子弹的德布罗意波长分别为λ中＝h p 1和λ子＝h p 2，因此可得到λ中＝h m 1v ，λ子＝hm 2v ，代入数据得：λ中＝4.0×10－10m λ子＝6.63×10－35m 。
导学案：4_2 光电效应(解析版)
第2节光电效应【知识梳理与方法突破】一、光电效应及其实验规律1.光电效应中的几组概念的理解两组对比概念说明光子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，光电子是果光电子的初动能光电子的最大初动能光照射到金属表面时，光子的能量全部被电子吸收，电子吸收了光子的能量，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，才具有最大初动能。
光电子的初动能小于或等于光电子的最大初动能光子的能量入射光的强度光子的能量即每个光子的能量，其值为ε=hν(ν为光子的频率)，其大小由光的频率决定。
入射光的强度指单位时间内照射到金属表面单位面积上的总能量，入射光的强度等于单位时间照射到金属表面单位面积上内光子能量与入射光子数的乘积光电流饱和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，光电流增大，但光电流趋于一个饱和值，这个饱和值是饱和电流，在一定的光照条件下，饱和电流与所加电压大小无关光的强度饱和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，饱和电流与入射光强度之间没有简单的正比关系2.光电效应的实验规律（1）发生光电效应时，入射光越强，饱和电流越大，即入射光越强，单位时间内发射的光电子数越多。
（2）光电子的最大初动能（或遏止电压）与入射光的强度无关，只与入射光的频率有关。
入射光的频率越高，光电子的最大初动能越大，但最大初动能与频率不成正比。
（3）每一种金属都有一个截止频率（或极限频率）νc，入射光的频率必须大于νc 才能发生光电效应。
频率低于νc的入射光，无论光的强度有多大，照射时间有多长，都不能发生光电效应。
不同金属的截止频率不同。
光电效应解析光线照射物质产生的电子截止电压
光电效应的应 用不仅在科学 技术领域有重 要意义，也在 日常生活中有 着广泛的应用， 如太阳能电池、 光电鼠标等。
光源：能够发 射紫外线的光
源
光电转换器： 能够将光能转 换为电能的设
备
实验环境：暗 室或低光照环
境
实验材料：金 属、玻璃等不 同材料作为光 电效应的研究
对象
准备实验器材：包括光电管、光源、电源等 调整光源：确保光源的波长在光电管的响应范围内 连接电路：将光电管接入电源，并确保电路连接正确 开始实验：逐渐增加光源的亮度，观察光电管输出的变化
1887年赫兹在实验中首先发现光电效应 1905年爱因斯坦提出光量子理论解释光电效应 光电效应在真空中的研究发现 光电效应在各种物质中的研究情况
金属表面光电效应：光子将电子从金属表面激发出来，形成光电流 半导体表面光电效应：光子将电子从半导体表面激发出来，形成光电流 内部光电效应：光子将电子从半导体内部激发出来，形成光电流 反向光电效应：光子将电子从负极板激发出来，形成光电流
实例：光谱仪、质谱仪、 红外光谱仪等
高速摄影技术 利用光电效应， 将高速运动的 过程记录下来， 为科学研究、 安全防护等领 域提供重要依
据。
光电子成像技 术利用光电效 应，将光信号 转换为电信号， 进而形成图像， 广泛应用于医 疗、军事、安
保等领域。
光电效应的应 用还包括光电 传感器、光电 倍增管等，这 些器件在测量、 控制、通信等 领域发挥着重
光子与物质相互作用过程中，物质 的温度、压强等因素也会影响光电 效应的发生。
电子跃迁：光子能量转化为电子动能 能量转换：光子能量被吸收后转换为电子动能 跃迁条件：光子能量大于或等于能级差 光电效应：光子能量使电子从束缚态跃迁至自由态
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• • •光电效应1. 知识详解：知识点1光电效应和波粒二象性1.光电效应的实验规律(1)存在着饱和电流：对于一定颜色的光，入射光越强，单位时间发射的光电子数越多,饱和光电流越大.(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频墜有关，而与入射光的强弱无关.当入射光的频率低丁•截止频率时不发生光电效应.使光电流减小到零的反向电圧叫遏止电压.(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，儿乎在照到金属时立即产生光电流，时间不超过10 ®s.2.光子说爱因斯坦提出：空间传播的光不是连续的，而是一份一份的，每一份称为一个光子，光子具有的能量E=hv f其中力=6.63x10、4J・s.3.光电效应方程(1)表达式：hv=E k+W()或E严加一％(2)物理意义：金属中的电子吸收一个光子获得的能量是尿,，这些能量的一部分用來克服金属的逸出功瞅)，剩下的表现为逸出后电子的最大初动能E k=^mv2.4.光的波粒二象性(1)波动性：光的干涉、衍射、偏振现象证明光具有泌性.(2)粒子性：光电效应、康普顿效应说明光具有粒土性.(3)光既具有波动性,乂具有粒子性,称为光的波粒二象性.5.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木的地方，暗条纹是光子到达概率尘的地方，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2=眷，"为运动物体的动量，〃为普朗克常量.易错判断(1)光子说中的光子，指的是光电子.(x)(2)只要光足够强，照射时间足够长，就一定能发生光电效应.(X)(3)极限频率越大的金属材料逸出功越大.W)知识点2 a粒子散射实验与核式结构模型1.实验现象绝大多数a粒子穿过金箔后，基本上仍沿原來的方向前进，但少数a粒子发生了大角度偏转, 极少数a 粒子甚至被撞了回來.如图所示.a粒子散射实验的分析图2.原子的核式结构模型在原子中心有一个很小的核，原子全部的正电荷和儿乎全部质量都集中在核里,带负电的电子在核外空间绕核旋转.易错判断(1)原子核集中了原子全部的正电荷和质量.(x)(2)原子中绝大部分是空的，原子核很小.W)(3)核式结构学说是卢瑟福在a粒子散射实验的基础上提出的.W)知识点3氢原子光谱和玻尔理论1.光谱(1)光谱：用光栅或棱镜可以把光按波长展开，获得光的竝(频率)和强度分布的记录，即光谱.(2)光谱分类：①线状谱光谱是一条条的亮线.②连续谱光谱是连在一起的光带.(3)氢原子光谱的实验规律：巴耳末线系是氢原子光谱在可见光区的谱线，其波长公式士=二*)(”=3,4,5,…)，R是里徳伯常量:，/?=1.10xl0'm *, ”为量子数.2.玻尔理论(1)定态：原子只能处于一系列不连续的能量状态中,在这些能量状态中原子是稳定的,电子虽然绕核运动，但并不向外辐射能量.(2)跃迁：原子从一种定态跃迁到另一种定态时，它辐射或吸收一定频率的光子，光子的能量由这两个定态的能量差决定，即hv=E,n—En(h是普朗克常量，力=6.63x10 * J.S).(3)轨道：原子的不同能量状态跟电子在不同的圆周轨道绕核运动相对应.原子的定态是不连续他，因此电子的可能轨道也是不连续的.3. 氢原子的能级、能级公式(1) 氢原子的能级图能级图如图所示.(2) 氢原子的能级公式匕=右£心=1,2,3,…)，其中&为基态能量，其数值为 E\ = — 13.6_eV.(3) 氢原子的半径公式尸”=也(”=1,2,3, ...)»其中门为基态半径，乂称玻尔半 径,其数值为 ri=O.53xlO-,o m.易错判断(1) 在玻尔模型中，原子的状态是不连续的.W )(2) 发射光谱可能是连续光谱，也可能是线状谱.W)(3) 玻尔理论成功地解释了氢原子光谱，也成功地解释了氨原子光谱.(X )2. 题型分析：一、对光电效应的理解1. 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：光电子是金属表而受到光照射时 发射出来的电子，其本质是电子.光子是因，光电子是果.(2) 光电子的动能与光电子的最大初动能：只有金属表而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.(3) 光电流和饱和光电流：金属板飞岀的光电子到达阳极，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疑：入射光强度指单位时间照射到金属表而单位面积上的总能量.(5) 光的强度与饱和光电流：频率相同的光照射金属产生光电效应，入射光越强，饱和光电流越大，但不 是简单的正比关系.2. 两条对应关系：入射光强度大T 光子数目多-发射光电子多-光电流大：光子频率高T 光子能疑大-光电子的最大初动能大.A7c V例1.关于光电效应和康普顿效应的规律，下列说确的是()A.光电效应中，金属板向外发射的光电子又可以叫作光子B.康普顿效应说明光具有波动性C.对于同种金属而言，遏止电压与入射光的频率无关D.石墨对X射线散射时，部分X射线的散射光波长会变长，这个现象称为康普顿效应D ［光电效应中，金属板向外发射的电子叫光电子，光子是光量子的简称，A错误；根据光电效应方程hv=Wo+eU c可知，对于同种金属而言（逸出功一样），入射光的频率越大，遏止电压也越大，即遏止电压与入射光的频率有关，C错误；在石墨对X射线散射时，部分X射线的散射光波长会变长的现象称为康普顿效应，康普顿效应说明光具有粒子性，B错误，D正确.］例2.（多选）光电效应的实验结论是：对某种金属（）A.无论光强多强，只要光的频率小于极限频率就不能产生光电效应B.无论光的频率多低，只要光照时间足够长就能产生光电效应C.超过极限频率的入射光强度越弱，所产生的光电子的最大初动能就越小D.超过极限频率的入射光频率越高，所产生的光电子的最大初动能就越大AD ［每种金属都有它的极限频率w,只有入射光子的频率大于极限频率vo时，才会发生光电效应，选项A正确，B错误；光电子的初动能与入射光的强度无关，随入射光频率的增加而增大，选项D正确，C错误.］二、爱因斯坦的光电效应方程及应用1.三个关系（1）爱因斯坦光电效应方程Ek=hv-Wo.（2）光电子的最大初动能5可以利用光电管用实验的方法测得，即E S其中0•是遏I匕电压. （3）光电效应方程中的附）为逸岀功，它与极限频率％的关系是Wo=hv c.2.考向1光电效应方程的应用例3.（多选）（2017-全国【II卷）在光电效应实验中，分别用频率为％、巾的单色光°、b照射到同种金属上，测得相应的遏止电压分别为S和5、光电子的最大初动能分别为Ek“和Ekb.h 为普朗克常量.下列说确的是（）A.若Va>Vb,则一定有Ua<UbB.若v a>v b,则一定有Ekd>EkbC.若UEUb，则一定有EkdVEk”D.若VQVb，则一定有hVa — Eka>hvb — E灶［题眼点拨］①“照射同种金属”，说明两种情况下的逸出功相同；②用E k=hv-Wo分析Ek的大小，用qU=Ek分析遏止电压的大小.BC ［光电效应中遏止电压与最大初动能之间的关系为eU=Ek，根据光电效应方程可知Ek=hv— VV（）,若则Eka>Ek/” Ua>Ub，选项A错误，选项B正确；若Ua<U hf则肋，选项C正确；由光电效应方程可得W{}=hv-E k，则hv0-E ka=hv b-E kh,选项D错误.］例4.（多选）在探究光电效应现象时，某小组的同学分别用波长为人、爼的单色光照射某金属, 逸出的光电子最大速度之比为2 ：1,普朗克常量用力表示，光在真空中的速度用c表示.则（）A.光电子的最大初动能之比为2 : 1B.该金属的截止频率为芸C.该金属的截止频率为#AD.用波长为|久的单色光照射该金属时能发生光电效应BD ［由于两种单色光照射下，逸出的光电子的最大速度之比为2： 1,由E^rnv2可知，光电子的最大初动能之比为4 ： 1, A错误；又由加=*+5知，号=用+林硏，烷=W+如谄，乂6=202,解得吟磴，则该金属的截止频率为芸，B正确，C错误；光的波长小于或等于3久时才能发生光电效应，D正确.］考向2与光电效应有关的图象问题例5. (2018-模拟)如图中所示是研究光电效应的电路图.某同学利用该装置在不同实验条件下得到了三条光电流/与A、K两极之间的电压U AK的关系曲线(屮光、乙光、丙光)，如图乙所示.则下列说确的是()甲乙A.屮光照射光电管发出光电子的初动能一定小于丙光照射光电管发出光电子的初动能B.单位时间甲光照射光电管发出光电子比乙光的少C.用强度相同的屮、丙光照射该光电管，则单位时间逸出的光电子数相等D.对于不同种金属，若照射光频率不变，则逸出光电子的最大初动能与金属的逸出功为线性关系【自主思考】(1)在题图乙中，以|和以2的意义是什么？山此能否得出，甲、乙、丙三种光的频率关系？［捉示］&表示光电流为零时的反向电压，也就是遏止电压.此时似=5诚，乂因如诚=hv-w.由以上两式得Uc大的光的V大，所以甲、乙、丙三种光的频率关系为V«>vq. =卩乙(2)光强相同的两种色光，如何比较单位时间照射到单位面积上的光子数的多少？［捉示］频率大的光子能量大，在光强相同时，单位时间照射到单位面积上的光子数就少.D ［当光照射到K极时，如果入射光的频率足够大(大于K极金属的极限频率)，就会从K极发出光电子•当反向电压增加到某一值时，电流表A中电流就会变为零，此时如“说=eU Cf式中S表示光电子的最大初速度，e为电子的电荷量，S为遏止电压，根据爱因斯坦光电效应方程可知丙光的最大初动能较大，故丙光的频率较大，但丙光照射光电管发出光电子的初动能不一定比屮光照射光电管发出光电子的初动能大，所以A错误.对于屮、乙两束频率相同的光来说，入射光越强，单位时间发射的光电子数越多，所以B错误.对中、丙两束不同频率的光来说，光强相同是单位时间照射到光电管单位面积上的光子的总能量相等，山于丙光的光子频率较高，每个光子的能量较大，所以单位时间照射到光电管单位面积上的光子数就较少，所以单位时间发出的光电子数就较少，因此C错误.对于不同金属，若照射光频率不变，根据爱因斯坦光电效应方程Ek =hv~W,知Ek与金属的逸出功为线性关系，D正确.]例6.研究光电效应规律的实验装置如图所示，用频率为卩的光照射光电管阴极K时，有光电子产生.由于光电管K、A间加的是反向电压，光电子从阴极K发射后将向阳极A做减速运动.光电流汕1图中电流计G测出，反向电压U山电压表V测出.当电流讣的示数恰好为零时，电压表的示数称为反向截止电压队，在下列表示光电效应实验规律的图象中，错误的是（）0 V 錢止电压U与频率卩C的关系BU a u 光强/和频率〃一定时,光电流i 与反向电压U的关系C反向电压&和频率少一定时■光电流i与光强Z的关系光强/和频率"一定时,光电流i与产生光电子的时间r的关系DB [山光电效应规律可知，光电流的强度与光强成正比，光射到金属上时，光电子的发射是瞬时的，不需要时间积累，故A、D图象正确；从金属中发出的光电子，在反向电压作用下做减速运动，随着反向电压的增大，到达阳极的光电子数减少，故C图象正确；由光电效应方程可知：亦匸血+Ekm,而eUc = Ekm,所以有加=/m)+et/c,由此可知，B图象错误.］例7. (2017-抚州模拟)人们发现光电效应具有瞬时性和对各种金属都存在极限频率的规律.请问谁提岀了何种学说很好地解释了上述规律？已知锌的逸出功为3.34 eV,用某单色紫外线照射锌板时，逸出光电子的最大速度为106 nVs,求该紫外线的波长2•(电子质量Mc=9.11xl0f kg,普朗克常量A=6.63xlO_34J-s,l eV= 1.60x10_ 19 J)［解析］爱因斯坦提出的光子说很好地解释了光电效应现象.由爱因斯坦光电效应方程：E k=hv-W Q①光速、波长、频率之间关系：联立①②得紫外线的波长为._ he1 iWo+尹琳6.63xlO_34x3xlO8= 1 m3.34x1.6x10-19+^9.11x107x101202.009x10-7 m.［答案］爱因斯坦的光子说很好地解释了光电效应2. 009x10-7m例8.(多选)(2017-模拟)如图是某金属在光的照射下产生的光电子的最大初动能Ek与入射光频率V 的关系图象•山图象可知（）A. 该金属的逸出功等于EB. 该金属的逸出功等于加（）C. 入射光的频率为2比时，产生的光电子的最大初动能为EABC [山爱因斯坦的光电效应方程：E k =hv-W 09对应图线可得，该金属的逸出功Wo=E=Jiv^ A 、B 均正确；若入射光的频率为2vo,则产生的光电子的最大初动能Ek = 2hv 0-W 0=hv 0=E,故C 正确；入射光的频率为号时，该金属不发生光电效应，D 错误.]例9.某光电管的阴极是用金属钾制成的，它的逸出功为2.21 eV,用波长为2.5x10—7m 的紫外线照射阴极.已知真空中光速为3.0xl08m/s,元电荷为1.6xlO-,9C,普朗克常量为6.63x10 _34J s,求得钾的极限频率和该光电管发射的光电子的最大初动能应分别是（）A ・ 5.3X10M H 乙2.2J B. 5.3xlO 14 HzA4xlO",9J C. 3.3xlO 33H 乙2.2 J D. 3.3xlO 33 HzA4xlO _,9JB [III得Wp 2・21xl ・6xl0 一19 ~h = 6.63X10"34山光电效应方程加=Wo + Em 得D ・入射光的频率为号时，产生的光电子的最大初动能为号 极限频率vo= H Z =5.3X 10I4H ZE km =hv-W 0=hj-W 0三、对波粒一•象性的理解1. 对光的波动性和粒子性的进一步理解2 （1）大量光子易显示出波动性，而少量光子易显示出粒子性.⑵波长长（频率低）的光波动性强，而波长短（频率髙）的光粒子性强.（3） 光子说并未否泄波动说，E=hv =今中，v 和2就是波的概念. （4） 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.例10. （2018-模拟）关于波粒二象性，下列说法中正确的是（）6・63x 10竹妆3・0><1082.5x10—7~2.21xl.6xl0'19J=4.4X 10'19J]甲乙丙丁A.图甲中紫光照射到锌板上可以发生光电效应，则其他可见光照射到锌板上也一定可以发生光电效应B.图乙中入射光的强度越大，则在阴极板上产生的光电子的最大初动能越大C.图丙说明光子既有粒子性也有波动性D.戴维和汤姆利用图丁证明了电子具有波动性D [在可见光中，紫光的频率最大，故紫光光子的能量最大，紫光照射到锌板上可以发生光电效应，但其他可见光照射到锌板上不一定发生光电效应，A错误；入射光的强度只能改变单位时间逸出光电子的数量，但不能增大逸出光电子的最大初动能，B错误；光的散射揭示了光的粒子性，没有揭示光的波动性，C错误；衍射是波特有的现象，故电子束衍射实验证明了电子具有波动性，D正确.]例11. (2017-高考)2017年年初，我国研制的“光源”一极紫外自111电子激光装置，发出了波长在100 nm(l nm=10-9 m)附近连续可调的世界上最强的极紫外激光脉冲，“光源”因其光子的能量大、密度高，可在能源利用、光刻技术、雾霾治理等领域的研究中发挥重要作用.一个处于极紫外波段的光子所具有的能量可以电离一个分子，但乂不会把分子打碎.据此判断，能够电离一个分子的能量约为(取普朗克常量/^G.GxlO-34 J s,真空光速c = 3xlO8 m/s)()A.10一21 JB. 10_,8JC. 10-15 JD. 10_,2JB [—个处于极紫外波段的光子所具有的能量加=»=6.6xlOK盍罗冋0-5, 选项B正确.]四、氢原子能级和能级跃迁1.两类能级跃迁(1)自发跃迁：高能级-低能级，释放能戢，发出光子.光子的频率、=¥=匚宀.(2)受激跃迁：低能级-高能级，吸收能量.①光照(吸收光子)：光子的能量必须恰等于能级差7/v=AE.②碰撞、加热等：只要入射粒子能量大于或等于能级差即可，EZE.③大于电离能的光子被吸收，将原子电离.2.电离电藹态与电离能电离态:n=8, E=0基态T电离态：E吸=0—(一13.6 eV)=13.6 eV电离能.n=2—电离态：E^=0-E2=3.4 eV如吸收能量足够大，克服电离能后，获得自由的电子还携带动能.3.谱线条数的确左方法(1)一个氢原子跃迁发岀可能的光谱线条数最多为("一1).(2)—群氢原子跃迁发出可能的光谱线条数的两种求解方法.①用数学中的组合知识求解：艸二c‘二几5「1)・n 2②利用能级图求解：在氢原子能级图中将氢原子跃迁的各种可能情况一一画出，然后相加.例12.(多选)氢原子光谱在可见光部分只有四条谱线，它们分别是从〃为3、4、5、6的能级直接向/i = 2能级跃迁时产生的.四条谱线中，一条红色、一条蓝色、两条紫色，则下列说确的是（）A.红色光谱是氢原子从“ =3能级向” =2能级跃迁时产生的B.蓝色光谱是氢原子从” =6能级或n = 5能级直接向”=2能级跃迁时产生的C.若氢原子从” =6能级直接向n=l能级跃迁，则能够产生红外线D.若氢原子从n=6能级直接向n = 3能级跃迁时辐射的光子不能使某金属发生光电效应，则氢原子从〃能级直接向“ =2能级跃迁时辐射的光子将可能使该金属发生光电效应AD ［从〃为3、4、5、6的能级直接向n = 2能级跃迁时，从“ =3跃迁到”=2能级辐射的光子频率最小，波长最大，可知为红色光谱，A正确；蓝光光子频率大于红光光子频率，小于紫光光子频率，可知是从“=4跃迁到n=2能级辐射的光子，B错误；氢原子从畀=6能级直接向能级跃迁，辐射的光子频率大于从“ =6跃迁到“ =2能级时辐射的紫光光子频率，即产生紫外线，C错误；从” =6 跃迁到”=2能级辐射的光子频率大于从“ =6跃迁到〃能级辐射的光子频率，III氢原子从“ =6能级直接向〃=3能级跃迁时辐射的光子不能使某金属发生光电效应，但从〃=6跃迁到〃=2能级跃迁时辐射的光子可能使该金属发生光电效应，D正确.］例13.（2018.模拟）如图所示为氢原子能级图，氢原子中的电子从“=4能级跃迁到”=1能级可产生“光；从n = 3能级跃迁到“=1能级可产生方光，“光和b光的波长分别为儿和几，“、〃两光照射逸出功为4.5 eV的金属餌表面均可产生光电效应，遏止电压分别为/和3,,则D ［氢原子中的电子从n=4能级跃迁到n=1能级产生a光，d光的光子能量hv a=E a =E4-£1 = 12.75 eV,氢原子中的电子从n = 3能级跃迁到n=\能级产生A光，b光的光子能量血=Q,=5—Q = 12.09eV,"光的光子能量高，则"光的频率大，波长小，即几vU，A、C项错误；由光电效应方程E^hv-Wo和5=0以可知，频率越大，对应遏止电压0越大，即UQUb, B项错误；Ekb=Av/,-VV0=7.59 eV, D项正确.］［反思总结］（1）一个区另U一个氢原子和一群氢原子能级跃迁的可能性.（2）两点提醒①原子能级之间跃迁时吸收或放出的光子能量一定等于两能级之间的差值.②要使氢原子发生电离，原子吸收的能量可以是大于原子该能级值的任意值.例14：氢原子跃迁时，山n = 3的激发态跃迁到基态所释放的光子可以使某金属刚好发生光电效应，则下列说确的是（）A.氢原子由“ =3的激发态跃迁到基态时，电子的动能减少B.氢原子山〃=3的激发态跃迁到基态时，原子的能量增加C.增加由〃的激发态跃迁到基态的氢原子的数量，从该金属表面逸出的光电子的最大初动能不变D.氢原子由n = 2的激发态跃迁到基态所释放的光子照射该金属足够长时间，该金属也会发生光电效应C ［氢原子山激发态跃迁到基态时，释放光子，原子的能量减少，电子的动能增加，A、B错；增加跃迁氢原子的数量，不能改变释放出的光子的频率，从该金属表面逸出的光电子的最大初动能不变，C对；从〃的激发态跃迁到基态的氢原子，其释放的光子的频率较小，不能使该金属发生光电效应，D错.］3. 小练：考査点：光的波粒二象性1.（多选）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，暗纹处落下光子的槪率小D.单个光子具有粒子性，大疑光子具有波动性［答案］CD考査点：光电效应规律2.（多选）在光电效应实验中，用频率为v的光照射光电管阴极，发生了光电效应，下列说确的是（）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v的光照射，一迄不发生光电效应D.改用频率大于v的光照射，光电子的最大初动能变大［答案］AD考査点：玻尔理论3.氢原子由“=1的状态激发到”=4的状态，在它回到的状态的过程中，有以下说法：①可能激发的能量不同的光子只有3种②可能发出6种不同频率的光子③可能发出的光子的最大能量为12.75 eV④可能发岀光子的最小能量为0.85 eV 其中正确的说法是（）A. ®（3）c. ®@［答案］D考查点：（X粒子散射实验B.②④D.②③4.（多选）在a粒子散射实验中，如果两个具有相同能量的a粒子以不同的角度散射出来，则散射角度大的这个a粒子（）A.更接近原子核B.更远离原子核C.受到一个以上的原子核作用D.受到原子核较大的冲量作用［答案］AD4.巩固提升:光子说光电效应现象1.2016年8月16 S01时40分，由我国研制的世界首颗疑子科学试验卫星“墨子号"在卫星发射中心用长征二号丁运载火箭成功发射升空.它的成功发射和在轨运行，不仅将有助于我国广域量子通信网络的构建, 服务于国家信息安全，它将开展对呈:子力学基本问题的空间尺度试验检验，加深人类对量子力学自身的理解，关于量子和量子化，下列说法错误的是（）A.玻尔在研究原子结构中引进了量子化的概念B.普朗克把能量子引入物理学，破除了“能量连续变化“的传统观念C.光子的概念是爱因斯坦提岀的D.光电效应实验中的光电子，也就是光子D ［由玻尔理论可知，在研究原子结构时，引进了量子化的概念，故A正确：普朗克在1900年把能量子引入物理学，破除了“能疑连续变化“的传统观念，提出疑子化理论，故B正确：为解释光电效应现象，爱因斯坦提岀了光子说，引入了光子的槪念，故C正确；光电子就是在光电效应中产生的电子，本质是金属板的电子，故D错误.］2.用一朿紫外线照射某金属时不能产生光电效应，可能使该金属发生光电效应的措施是（）A.改用频率更小的紫外线照射B.改用X射线照射C.改用强度更大的原紫外线照射D.延长原紫外线的照射时间选B某种金属能否发生光电效应取决于入射光的频率，与入射光的强度和照射时间无关。