(课标通用版)2020版高考物理总复习精练：第十二章01第1讲光电效应波粒二象性精练(含解析)
2020版高考物理教科版大一轮复习讲义课件：第十二章 第1讲 光电效应 波粒二象性
大一轮复习讲义
第十二章 近代物理初步
第1讲 光电效应 波粒二象性
NEIRONGSUOYIN
内容索引过好双基关
研透命题点
课时作业回扣基础知识 训练基础题目细研考纲和真题 分析突破命题点限时训练 练规范 练速度
一、光电效应及其规律
1.光电效应现象
在光的照射下，金属中的
从表面逸出的现象，发射出来的电子叫 .2.光电效应的产生条件
入射光的频率 金属的极限频率.
3.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 这个极限频率才能产生光电效应.
电子光电子大于等于大于等于
(2)光电子的最大初动能与入射光的
无关，只随入射光频率的增大而 .(3)光电效应的发生几乎是瞬时的，一般不超过10－9 s.
(4)当入射光的频率大于极限频率时，饱和光电流的大小与入射光的强度成 .强度增大正比。
(浙江选考)2020版高考物理一轮复习第12章动量守恒定律波粒二象性原子结构与原子核第1讲动量定理动
第1讲动量定理动量守恒定律及其应用 [选考导航]知识内容考试要求历次选考统计2021/042021/102021/042021/112021/042021/11动量守恒定律动量和动量定理 c 23 23 22 22动量守恒定律 c 23 22碰撞 d 22反冲运动火箭 b 23波粒二象性能量量子化 b 16 14光的粒子性 c 16 15 14粒子的波动性 c 16 15概率波 b不确定性关系 b 14原子构造电子的发现 a原子的核式构造模型b氢原子光谱 b玻尔的原子模型 c 14 15 14 15 15原子核原子核的组成 a放射性元素的衰变c 14 14 14 15探测射线的方法 a放射性的应用与防护a核力与结合能 c 16 15 14核裂变 c 16 14核聚变 c 14粒子和宇宙 a实验17 探究碰撞中的不变量21知识排查动量及动量定理(1)定义：运动物体的质量和速度的乘积叫做物体的动量，通常用p来表示。
(2)表达式：p＝mv。
(3)单位：kg·m/s。
(4)标矢性：动量是矢量，其方向和速度方向一样。
(5)动量的瞬时性：动量是描述物体运动状态的物理量，针对某一时刻而言。
(6)动量的变化量：是矢量，其表达式Δp＝p′－p为矢量式，当p′、p在同一条直线上时，可规定正方向，将矢量运算转化为代数运算。
(1)定义：力F与力的作用时间t的乘积。
(2)定义式：I＝Ft，单位是N·s。
(3)方向：恒力作用时，与力的方向一样。
(4)物理意义：是一个过程量，表示力在时间上积累的作用效果。
(1)内容：物体在一个过程始末的动量变化等于它在这个过程中所受合力的冲量。
(2)表达式：p′－p＝I合。
(3)动量定理既适用于恒力，也适用于变力。
动量守恒定律1.内容：如果一个系统不受外力，或者所受外力的矢量和为0，这个系统的总动量保持不变。
2.表达式：m1v1＋m2v2＝m1v1′＋m2v2′。
(1)理想守恒：系统不受外力或所受外力的合力为零，那么系统动量守恒。
新课标2020年高考物理一轮总复习第十二章 光电效应波粒二象性教案
第一讲 光电效应 波粒二象性一、光电效应1．光电效应现象：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其中A 是阳极，K 是阴极． 4．光电效应的四个规律(1)每种金属都有一个截止频率(或极限频率)，入射光的频率必须大于截止频率才能产生光电效应．低于截止频率时不能发生光电效应．(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＝h ν.其中h ＝6.63×10－34 J·s.(称为普朗克常量)2．逸出功W 0：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． 5．爱因斯坦光电效应方程 (1)表达式：E k ＝h ν－W 0.(2)物理意义：金属表面的电子吸收一个光子获得的能量是h ν，这些能量的一部分用来克服金属的逸出功W 0，剩下的表现为逸出后光电子的最大初动能E k ＝12m e v 2.三、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、康普顿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．[小题快练]1．判断题(1)只要光照射的时间足够长，任何金属都能产生光电效应．( × )(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．关于光电效应的规律，下列说法中正确的是( D )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10－7 sD．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3．关于物质的波粒二象性，下列说法中不正确的是( D )A．不仅光子具有波粒二象性，一切运动的微粒都具有波粒二象性B．运动的微观粒子与光子一样，当它们通过一个小孔时，都没有特定的运动轨道C．波动性和粒子性，在宏观现象中是矛盾的、对立的，但在微观高速运动的现象中是统一的D．实物的运动有特定的轨道，所以实物不具有波粒二象性4．(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．对这个实验结果有下列认识，正确的是( BC )A．曝光时间不长时，出现不规则的点，表现出光的波动性B．单个光子通过双缝后的落点无法预测C．干涉条纹中明亮的部分是光子到达机会较多的地方D．只有大量光子的行为才能表现出光的粒子性考点一光电效应现象和光电效应方程的应用 (自主学习)1．对光电效应的四点提醒(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． 2．两条对应关系(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．定量分析时应抓住三个关系式 (1)爱因斯坦光电效应方程：E k ＝h ν－W 0. (2)最大初动能与遏止电压的关系：E k ＝eU c . (3)逸出功与极限频率的关系：W 0＝h ν0.1－1.[光电效应现象的理解] 关于光电效应现象，下列说法中正确的是( ) A ．在光电效应现象中，入射光的强度越大，光电子的最大初动能越大 B ．在光电效应现象中，光电子的最大初动能与照射光的频率成正比C ．对于任何一种金属都存在一个“最大波长”，入射光的波长必须小于此波长，才能产生光电效应D ．对于某种金属，只要入射光的强度足够大，就会发生光电效应 答案：C1－2.[光电效应方程] (2018·全国卷Ⅱ)用波长为300 nm 的光照射锌板，电子逸出锌板表面的最大初动能为1.28×10－19J ．已知普朗克常量为6.63×10－34J·s，真空中的光速为3.00×108m·s －1，能使锌产生光电效应的单色光的最低频率约为( ) A ．1×1014Hz B ．8×1014Hz C ．2×1015 HzD ．8×1015Hz解析：光电效应方程E k ＝h ν－W 0，逸出功W 0＝h ν0，联立解得ν0＝h cλ－E kh＝8×1014Hz ，故B 正确． 答案：B考点二 光电效应的图象问题 (自主学习)与入射的关系图①极限频率：图线与②逸出功：图线与W ③普朗克常量：图线的斜率颜色相同、强度不同的光，光电流与电压①遏止电压②饱和光电流③最大初动能颜色不同时，光电流 ①遏止电压②饱和光电流③最大初动能与入射光的关系图线①截止频率②遏止电压③普朗克常量的乘积，即电压2－1.(多选)(2019·河南济源四中考试)一含有光电管的电路如图甲所示，乙图是用a 、b 、c 光照射光电管得到的I －U 图线，U c 1、U c 2表示截止电压，下列说法正确的是( )A ．甲图中光电管得到的电压为正向电压B ．a 、b 光的波长相等C ．a 、c 光的波长相等D ．a 、c 光的光强相等解析：如图可知，从金属逸出来的电子在电场力作用下，加速运动，则对应电压为正向电压，故A 正确；光电流恰为零，此时光电管两端加的电压为截止电压，对应的光的频率为截止频率，可知，a 光、c 光对应的截止频率小于b 光的截止频率，根据eU 截＝12mv 2m ＝h ν－W 0，入射光的频率越高，对应的截止电压U 截越大．a 光、c 光的截止电压相等，所以a 光、c 光的频率相等，则a 光、c 光的波长相等；因b 光的截止电压大于a 光的截止电压，所以b 光的频率大于a 光的频率，则a 光的波长大于b 光的波长，故B 错误，C 正确；由图可知，a 的饱和电流大于c 的饱和电流，而光的频率相等，所以a 光的光强大于c 光的光强，故D 错误． 答案：AC2－2.[E k －ν图象] (多选) 如图是某金属在光的照射下产生的光电子的最大初动能E k 与入射光频率ν的关系图象．由图象可知( )A ．该金属的逸出功等于EB ．该金属的逸出功等于h νcC ．入射光的频率为2νc 时，产生的光电子的最大初动能为ED ．入射光的频率为νc 2时，产生的光电子的最大初动能为E 2答案：ABC2－3.[U c －ν图象] (2015·全国卷Ⅰ)在某次光电效应实验中，得到的遏止电压U c 与入射光的频率ν的关系如图所示．若该直线的斜率和截距分别为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：根据爱因斯坦光电效应方程有E k ＝h ν－W 0，又因为E k ＝eU c ，得到U c ＝he ν－W 0e，所以h e ＝k ，h ＝ek ；－W 0e＝b ，W 0＝－eb . 答案：ek －eb考点三 对光的波粒二象性的理解 (自主学习)1．对光的波动性和粒子性的进一步理解(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． (3)光子说并未否定波动说，E ＝h ν＝hcλ中，ν和λ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．3－1.[光的波粒二象性] 下列说法正确的是( ) A ．有的光是波，有的光是粒子 B ．光子与电子是同样的一种粒子C ．光的波长越长，其波动性越显著；波长越短，其粒子性越显著D ．γ射线具有显著的粒子性，而不具有波动性解析：从光的波粒二象性可知：光是同时具有波粒二象性的，只不过在有的情况下波动性显著，有的情况下粒子性显著．光的波长越长，越容易观察到其显示波动特征．光子是一种不带电的微观粒子，而电子是带负电的微观粒子，它们虽然都是微观粒子，但有本质区别，故C 正确． 答案：C3－2.[波动性分析] (多选)(2015·全国卷Ⅱ)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体的结构D ．人们利用电子显微镜观测物质的微观结构解析：电子束通过双缝产生干涉图样，体现的是波动性，A 正确；β射线在云室中留下清晰的径迹说明β射线是一种粒子，不能体现波动性，B 错误；衍射体现的是波动性，C 正确；电子显微镜观测微观结构利用了电子束的衍射现象，体现波动性，D 正确． 答案：ACD3－3.[波动性和粒子性分析] (多选)用极微弱的可见光做双缝干涉实验，随着时间的增加，在屏上先后出现如图a 、b 、c 所示的图象，则下列说法正确的是( )A ．图象a 表明光具有粒子性B ．图象c 表明光具有波动性C ．用紫外光观察不到类似的图象D ．实验表明光是一种概率波解析：图象a 曝光时间短，通过光子数很少，呈现粒子性．图象c 曝光时间长，通过了大量光子，呈现波动性，A 、B 正确；同时实验也表明光波是一种概率波，D 正确；紫外光本质和可见光本质相同，也可以发生上述现象，C 错误． 答案：ABD1．运用光子说对光电效应现象进行解释，可以得出的正确结论是( D ) A ．当光照时间增大为原来的2倍时，光电流的强度也增大为原来的2倍 B ．当入射光频率增大为原来的2倍时，光电子的最大初动能也增大为原来的2倍 C ．当入射光波长增大为原来的2倍时，光电子的最大初动能也增大为原来的2倍 D ．当入射光强度增大为原来的2倍时，单位时间内产生的光电子数目也增大为原来的2倍 2. (多选)爱因斯坦因提出了光量子概念并成功地解释光电效应的规律而获得1921年诺贝尔物理学奖．某种金属逸出光电子的最大初动能E k 与入射光频率ν的关系如图所示，其中ν0为极限频率．从图中可以确定的是( CD )A ．逸出功与ν有关B ．光电子的最大初动能E k 与入射光的频率成正比C ．当ν＞ν0时，会逸出光电子D ．图中直线的斜率与普朗克常量有关3．(2018·江苏卷)光电效应实验中，用波长为λ0的单色光A 照射某金属板时，刚好有光电子从金属表面逸出．当波长为λ02的单色光B 照射该金属板时，光电子的最大初动能为 ，A 、B 两种光子的动量之比为 . (已知普朗克常量为h 、光速为c )解析：根据光电效应方程E k ＝h ν－W 0，又ν＝c λ，所以有0＝hc λ0－W 0，E k ＝2hcλ0－W 0解得E k＝hc λ0；又光子动量p ＝hλ，所以A 、B 两种光子的动量之比为1∶2.答案：(1)hcλ(2) 1∶24．如图所示是研究光电效应的实验装置，某同学进行了如下操作：(1)用频率为ν1的光照射光电管，此时电流表中有电流．调节滑动变阻器，将触头P 向 端滑动(填“a ”或“b ”)，使电流表示数恰好变为零，记下电压表示数U 1. (2)用频率为ν2的光照射光电管，重复(1)中的步骤，记下电压表示数U 2.已知电子的电荷量为e ，由上述实验可知，普朗克常量h ＝ (用上述已知量和测量量表示)．解析：(1)对电子加反向的电场力，使之不能到达A 端，则A 端电势低于K 端电势，P 向a 端滑动．(2)由h ν1－W ＝eU 1，h ν2－W ＝eU 2，得h ＝e (U 1－U 2)ν1－ν2.答案：(1)a (2)e (U 1－U 2)ν1－ν2[A 组·基础题]1．(2019·江苏高级中学检测)下列实验中，深入地揭示了光的粒子性一面的有( A )①X 射线被石墨散射后部分波长增大 ②锌板被紫外线照射时有电子逸出但被可见光照射时没有电子逸出③轰击金箔的α粒子中有少数运动方向发生较大偏转④氢原子发射的光经三棱镜分光后，呈现线状光谱A．①②B．①②③C．②③D．②③④解析：①为康普顿散射，②为光电效应，康普顿散射和光电效应都深入揭示了光的粒子性；③为α粒子散射，未涉及光子，揭示了原子的核式结构模型．④为光的折射，揭示了氢原子能级的不连续，故选A.2．用波长为2.0×10－7m的紫外线照射钨的表面，释放出来的光电子中最大的动能是4.7×10－19J．由此可知，钨的极限频率是(普朗克常量h＝6.63×10－34J·s，光速c＝3.0×108m/s，结果取两位有效数字)( B )A．5.5×1014 Hz B．7.9×1014 HzC．9.8×1014 Hz D．1.2×1015 Hz3．下表给出了一些金属材料的逸出功.现用波长为(普朗克常量h＝6.63×10－34J·s，光速c＝3.0×108 m/s)( A )A．2种B．3种C．4种D．5种4．用不同频率的紫外线分别照射钨和锌的表面而产生光电效应，可得到光电子最大初动能E k随入射光频率ν变化的E k－ν图象．已知钨的逸出功是3.28 eV，锌的逸出功是3.34 eV，若将二者的图线画在同一个E k－ν坐标系中，图示中用实线表示钨，虚线表示锌，则下列图象正确反映这一过程的是( A )5．(多选)(2014·海南卷)在光电效应实验中，用同一种单色光，先后照射锌和银的表面，都能发生光电效应．对于这两个过程，下列四个物理量中，一定不同的是( ACD ) 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6．(多选)用波长为λ和2λ的光照射同一种金属，分别产生的速度最快的光电子速度之比为2∶1，普朗克常量和真空中光速分别用h 和c 表示，那么下列说法正确的有( AD ) A ．该种金属的逸出功为hc3λB ．该种金属的逸出功为hcλC ．波长超过2λ的光都不能使该金属发生光电效应D ．波长超过4λ的光都不能使该金属发生光电效应7．(多选)如图所示，这是一个研究光电效应的电路图，下列叙述中正确的是( AC )A ．只调换电源的极性，移动滑片P ，当电流表示数为零时，电压表示数为遏止电压U c 的数值B ．保持光照条件不变，滑片P 向右滑动的过程中，电流表示数将一直增大C ．不改变光束颜色和电路，增大入射光束强度，电流表示数会增大D ．阴极K 需要预热，光束照射后需要一定的时间才会有光电流[B 组·能力题]8．(多选)(2017·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U a 和U b 、光电子的最大初动能分别为E k a 和E k b .h 为普朗克常量．下列说法正确的是( BC ) A ．若νa >νb ，则一定有U a <U b B ．若νa >νb ，则一定有E k a >E k b C ．若U a <U b ，则一定有E k a <E k bD ．若νa >νb ，则一定有h νa －E k a >h νb －E k b9．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E k ，若改用b 光束照射该金属板，飞出的光电子最大动能为13E k ，当改用c 光束照射该金属板时( B )A ．能发生光电效应，飞出的光电子最大动能为16E kB ．能发生光电效应，飞出的光电子最大动能为19E kC ．能发生光电效应，飞出的光电子最大动能为112E kD ．由于c 光束光子能量最小，该金属板不会发生光电效应10．从1907年起，美国物理学家密立根开始以精湛的技术测量光电效应中几个重要的物理量．他通过如图所示的实验装置测量某金属的遏止电压U c 与入射光频率ν，作出U c －ν图象，由此算出普朗克常量h ，并与普朗克根据黑体辐射测出的h 相比较，以检验爱因斯坦光电效应方程的正确性．图中频率ν1、ν2，遏止电压U c1、U c2及电子的电荷量e 均为已知，求：(1)普朗克常量h ； (2)该金属的截止频率ν0.解析：根据爱因斯坦光电效应方程E k ＝h ν－W 0及动能定理eU c ＝E k ，可得U c ＝h e ν－h eν0.结合图象知k ＝U c2－U c1ν2－ν1＝U c1ν1－ν0.普朗克常量h ＝e (U c2－U c1)ν2－ν1.截止频率ν0＝U c2ν1－U c1ν2U c2－U c1.答案：(1)e (U c2－U c1)ν2－ν1(2)U c2ν1－U c1ν2U c2－U c111．(2018·苏州质检)德布罗意认为，任何一个运动着的物体，都有一种波与它对应，波长是λ＝hp，式中p 是运动物体的动量，h 是普朗克常量．已知某种紫光的波长是440 nm ，若将电子加速，使它的德布罗意波长是这种紫光波长的10－4倍． (1)求电子的动量大小；(2)试推导加速电压跟德布罗意波长的关系，并计算加速电压的大小．(电子质量m ＝9.1×10－31kg ，电子电荷量e ＝1.6×10－19C ，普朗克常量h ＝6.6×10－34J·s，加速电压的计算结果取一位有效数字) 解析：(1)由λ＝h p，得p＝hλ＝6.6×10－3410－4×440×10－9kg·m/s＝1．5×10－23kg·m/s.(2)eU＝E k＝p22m ，又λ＝hp，联立解得U＝h22emλ2，代入数据，解得U＝8×102 V. 答案：(1)1.5×10－23kg·m/s(2)U＝h22emλ28×102 V第二讲原子结构原子核一、氢原子光谱、氢原子的能级、能级公式1．原子的核式结构(1)电子的发现：英国物理学家汤姆孙发现了电子．(2)α粒子散射实验：1909～1911年，英国物理学家卢瑟福和他的助手进行了用α粒子轰击金箔的实验，实验发现绝大多数α粒子穿过金箔后基本上仍沿原来方向前进，但有少数α粒子发生了大角度偏转，偏转的角度甚至大于90°，也就是说它们几乎被“撞”了回来．(3)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几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．2．光谱(1)光谱用光栅或棱镜可以把光按波长展开，获得光的波长(频率)和强度分布的记录，即光谱．(2)光谱分类有些光谱是一条条的亮线，这样的光谱叫作线状谱．有的光谱是连在一起的光带，这样的光谱叫作连续谱．(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1λ＝R⎝⎛⎭⎪⎫122－1n2，(n＝3,4,5，…)，R是里德伯常量，R＝1.10×107 m－1，n为量子数．3．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hν＝E m－E n.(h是普朗克常量，h＝6.63×10－34J·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的，因此电子的可能轨道也是不连续的．4．氢原子的能级、能级公式(1)氢原子的能级能级图如图所示(2)氢原子的能级和轨道半径①氢原子的能级公式：E n＝1n2E1(n＝1,2,3…)，其中E1为基态能量，其数值为E1＝－13.6 eV.②氢原子的半径公式：r n＝n2r1(n＝1,2,3…)，其中r1为基态半径，又称玻尔半径，其数值为r1＝0.53×10－10m.二、原子核的组成、放射性、原子核的衰变、半衰期、放射性同位素1．原子核的组成(1)原子核由质子和中子组成，质子和中子统称为核子．质子带正电，中子不带电．(2)基本关系①核电荷数(Z)＝质子数＝元素的原子序数＝核外电子数．②质量数(A)＝核子数＝质子数＋中子数．(3)X元素的原子核的符号为A Z X，其中A表示质量数，Z表示核电荷数．2．天然放射现象(1)天然放射现象元素自发地放出射线的现象，首先由贝克勒尔发现．天然放射现象的发现，说明原子核具有复杂的结构．(2)放射性和放射性元素物质发射某种看不见的射线的性质叫放射性．具有放射性的元素叫放射性元素．(3)三种射线：放射性元素放射出的射线共有三种，分别是α射线、β射线、γ射线．(4)放射性同位素的应用与防护①放射性同位素：有天然放射性同位素和人工放射性同位素两类，放射性同位素的化学性质相同．②应用：消除静电、工业探伤、作示踪原子等．③防护：防止放射性对人体组织的伤害．3．原子核的衰变(1)衰变：原子核放出α粒子或β粒子，变成另一种原子核的变化称为原子核的衰变．(2)分类α衰变：A Z X→A－4Z－2Y＋42He.β衰变：A Z X→A Z＋1Y＋0－1e.(3)半衰期：放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间．半衰期由原子核内部的因素决定，跟原子所处的物理状态、化学状态无关．三、核力、结合能、质量亏损1．核力(1)定义原子核内部，核子间所特有的相互作用力．(2)特点①核力是强相互作用的一种表现．②核力是短程力，作用范围在1.5×10－15m之内．③每个核子只跟它的相邻核子间才有核力作用．2．结合能核子结合为原子核时释放的能量或原子核分解为核子时至少要吸收的能量，叫作原子核的结合能，亦称核能．3．比结合能(1)定义原子核的结合能与核子数之比，称作比结合能，也叫平均结合能．(2)特点不同原子核的比结合能不同，原子核的比结合能越大，表示原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定．4．质能方程、质量亏损爱因斯坦质能方程E＝mc2，原子核的质量必然比组成它的核子的质量和要小Δm，这就是质量亏损．由质量亏损可求出释放的核能ΔE＝Δmc2.四、裂变反应和聚变反应、裂变反应堆、核反应方程1．重核裂变(1)定义：质量数较大的原子核受到高能粒子的轰击而分裂成几个质量数较小的原子核的过程．(2)典型的裂变反应方程：235 92U ＋10n→8936Kr ＋144 56Ba ＋310n.(3)链式反应：由重核裂变产生的中子使裂变反应不断进行下去的过程．(4)临界体积和临界质量：裂变物质能够发生链式反应的最小体积及其相应的质量． (5)裂变的应用：原子弹、核反应堆．(6)反应堆构造：核燃料、减速剂、镉棒、防护层． 2．轻核聚变(1)定义：两轻核结合成质量较大的核的反应过程．轻核聚变反应必须在高温下进行，因此又叫热核反应．(2)典型的聚变反应方程：21H ＋31H→42He ＋10n ＋17.6 MeV[小题快练]1．判断题(1)α粒子散射实验说明了原子的正电荷和绝大部分质量集中在一个很小的核上．( √ ) (2)氢原子由能量为E n 的定态向低能级跃迁时，氢原子辐射的光子能量为E n ＝h ν.( × ) (3)氡的半衰期为3.8天，若取4个氡原子核，经7.6天后就剩下一个原子核了．( × ) (4)核反应遵循质量数守恒而不是质量守恒，同时遵循电荷数守恒．( √ ) (5)爱因斯坦质能方程反映了物体的质量就是能量，它们之间可以相互转化．( × ) 2．(2015·天津卷)物理学重视逻辑，崇尚理性，其理论总是建立在对事实观察的基础上．下列说法正确的是( A )A ．天然放射现象说明原子核内部是有复杂结构的B ．电子的发现使人们认识到原子具有核式结构C ．α粒子散射实验的重要发现是电荷是量子化的D ．密立根油滴实验表明核外电子的轨道是不连续的3．(多选)(2015·广东卷)科学家使用核反应获取氚，再利用氘和氚的核反应获得能量，核反应方程分别为：X ＋Y→42He ＋31H ＋4.9 MeV 和21H ＋31H→42He ＋X ＋17.6 MeV.下列表述正确的有( AD ) A ．X 是中子B ．Y 的质子数是3，中子数是6C ．两个核反应都没有质量亏损D ．氘和氚的核反应是核聚变反应4. 如图所示为氢原子的四个能级，其中E 1为基态，若氢原子A 处于激发态E 2，氢原子B 处于激发态E 3，则下列说法正确的是( B )A ．原子A 可能辐射出3种频率的光子B ．原子B 可能辐射出3种频率的光子C ．原子A 能够吸收原子B 发出的光子并跃迁到能级E 4D ．原子B 能够吸收原子A 发出的光子并跃迁到能级E 4考点一 氢原子能级的跃迁 (自主学习)1．定态间的跃迁——满足能级差(1)从低能级(n 小)――→跃迁高能级(n 大)―→吸收能量．h ν＝E n 大－E n 小(2)从高能级(n 大)――→跃迁低能级(n 小)―→放出能量．h ν＝E n 大－E n 小2．电离 电离态与电离能 电离态：n ＝∞，E ＝0基态→电离态：E 吸＝0－(－13.6 eV)＝13.6 eV 电离能．n ＝2→电离态：E 吸＝0－E 2＝3.4 eV如吸收能量足够大，克服电离能后，获得自由的电子还具有动能．1－1.[氢原子跃迁问题] (2019·河北武邑中学考试)如图所示为氢原子的能级示意图，大量氢原子处于n ＝3的激发态，在向较低能级跃迁的过程中向外发出光子，用这些光照射逸出功为2.29 eV 的金属钠，下列说法中正确的是( )A．这些氢原子能发出两种不同频率的光子B．从n＝3跃迁到n＝2所发出光子的波长最短C．金属钠发出的光电子的最大初动能为9.80 eVD．从n＝3跃迁到n＝1所发出的光子频率最低解析：大量氢原子处于n＝3的激发态向较低能级跃迁的过程中向外发出光子数为C23＝3种，选项A错误；从n＝3跃迁到n＝2能级差最小，所发出光子的频率最小，波长最长，选项B 错误；从n＝3跃迁到n＝1能级差最大，所发出的光子频率最高，选项D错误；从n＝3跃迁到n＝1所发出的光子的能量最大，其值为(－1.51)－(－13.6)＝12.09 eV，则金属钠发出的光电子的最大初动能为12.09 eV－2.29 eV＝9.80 eV，选项C正确．答案：C1－2.[跃迁规律的分析] 根据玻尔原子结构理论，氦离子(He＋)的能级图如图所示．电子处在n＝3轨道上比处在n＝5轨道上离氦核的距离 (填“近”或“远”)．当大量He＋处在n＝4的激发态时，由于跃迁所发射的谱线有条．解析：量子数越大，轨道半径越大，电子处在n＝3轨道上比处在n＝5轨道上离氦核的距离要近；处在n＝4的激发态时，由于跃迁所发射的谱线有C24＝6条．答案：近 6[反思总结]解答氢原子能级与原子跃迁问题的注意事项1．能级之间发生跃迁时放出(吸收)光子的频率由hν＝E m－E n求得．若求波长可由公式c＝λν求得．2．一个氢原子跃迁发出可能的光谱线条数最多为(n－1)．3．一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：N＝C2n＝n(n－1)2.(2)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．考点二原子核的衰变 (自主学习)1．衰变规律及实质。
2020版高考物理总复习 第十二章 练习【共2套13页】
本套资源目录2020版高考物理总复习第十二章第1节光电效应波粒二象性练习含解析2020版高考物理总复习第十二章第2节原子结构与原子核练习含解析第1节光电效应波粒二象性1.在光电效应的实验结果中,与光的波动理论不矛盾的是( C )A.光电效应是瞬时发生的B.所有金属都存在极限频率C.光电流随着入射光增强而变大D.入射光频率越大,光电子最大初动能越大解析:按照光的波动理论,电子通过波动吸收能量,若波的能量不足以使得电子逸出,那么就需要多吸收一些,需要一个能量累积的过程,而不是瞬时的,选项A与波动理论矛盾.根据波动理论,能量大小与波动的振幅有关,而与频率无关,即使光的能量不够大,只要金属表面的电子持续吸收经过一个能量累积过程,都可以发生光电效应,选项B与波动理论矛盾;光电子逸出后的最大初动能与入射光的能量有关,即与入射光的波动振幅有关,与频率无关,选项D 与波动理论矛盾.对于光电流大小,根据波动理论,入射光增强,能量增大,所以光电流增大,选项C与波动理论并不矛盾,选项C正确.2.(2019·安徽六安模拟)下列说法中正确的是( B )A.光电效应实验中,只有入射光频率小于极限频率时才能产生光电子B.若某材料的逸出功是W0,则它的极限频率νc=C.大量光子的效果往往表现出粒子性,个别光子的行为往往表现出波动性D.在光电效应现象中,增大入射光的频率一定能增大光电流解析:光电效应实验中,只有入射光频率大于等于金属的极限频率时才能发生光电效应,从而产生光电子,选项A错误;若某材料的逸出功是W0,则它的极限频率νc=,选项B正确;大量光子的效果往往表现出波动性,个别光子的行为往往表现出粒子性,选项C错误;在光电效应现象中,增大入射光的频率一定能增大光电子的最大初动能,不一定能增大光电流的大小,选项D错误.3.(2019·四川成都模拟)如图为研究光电效应规律的实验电路图.若用频率略大于阴极材料的极限频率的光照射,电流表指针未发生偏转,要使电流表指针发生偏转,采用的措施应为( A )A.增大入射光的频率B.增大入射光的强度C.使入射光由K改照AD.使变阻器的滑片P向左移动解析:由题意可知,入射光的频率略大于阴极材料的极限频率,会发生光电效应但电流表示数为零,说明阴极K与阳极A间所加的电压为反向电压且大于遏止电压;增大入射光的频率,即增大光电子的最大初动能,可以使得光电子到达阳极A,电流表指针发生偏转,A正确;入射光的强度与光电子的最大初动能无关,B错误;入射光照射阳极A,不会发生光电效应,C错误;滑片P向左移动,反向电压增大,电流表指针不发生偏转,D错误.4.(2019·江西南昌模拟)用某种单色光照射某金属表面,没有发生光电效应,下列做法中有可能发生光电效应的是( D )A.增加照射时间B.改用波长更长的单色光照射C.改用光强更大的单色光照射D.改用频率更高的单色光照射解析:发生光电效应的条件是入射光的频率大于或等于金属的截止频率,与增加光的照射时间和增大光的强度都无关,故A,C错误.改用波长更长的光照射时,其频率小于原光的频率,则不可能发生光电效应,而当改用频率更高的光时,可能发生光电效应,所以B错误,D正确.5.(2019·陕西汉中模拟)现用某一光电管进行光电效应实验,当用某一频率的光照射时有光电流产生.下列说法正确的是( A )A.保持入射光的频率不变,入射光的光强变大,饱和电流变大B.入射光的频率变高,饱和电流变大C.入射光的频率变高,光电子的最大初动能变小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:保持入射光的频率不变,入射光的光强变大,饱和电流变大,故A正确;饱和电流与入射光的频率无关,故B错误;根据光电效应的规律,光电子的最大初动能随入射光频率的增大而增大,所以入射光的频率变高,光电子的最大初动能变大,故C错误;如果入射光的频率小于极限频率将不会发生光电效应,不会有光电流产生,故D错误.6.(2019·福建泉州模拟)对爱因斯坦光电效应方程E k=hν-W0,下面的理解正确的是( C )A.用相同频率的光照射同一金属,逸出的所有光电子都具有相同的初动能E kB.遏止电压与逸出功的关系是eU c=W0C.逸出功W0和极限频率νc之间满足关系式W0=hνcD.光电子的最大初动能和入射光的频率成正比解析:根据光电效应方程E k=hν-W0知,同种频率的光照射同一种金属,光电子从金属中逸出的情况不一定相同,则光电子的初动能不一定相同,故A错误;根据eU c=E k=hν-W0可知eU c≠W0,故B错误;根据光电效应方程E k=hν-W0知,当最大初动能为零时,入射频率即为极限频率,则有W0=hνc,故C正确;根据光电效应方程E k=hν-W0知,最大初动能与入射光的频率成一次函数关系,不是正比关系,故D错误.7.(2019·湖南怀化模拟)如图所示为光电管工作原理图,当有波长(均指真空中的波长,下同)为λ的光照射阴极板K时,电路中有光电流,则( B )A.换用波长为λ1(λ1>λ)的光照射阴极K时,电路中一定没有光电流B.换用波长为λ2(λ2<λ)的光照射阴极K时,电路中一定有光电流C.增加电路中电源的路端电压,电路中的光电流一定增大D.将电路中电源的极性反接,电路中一定没有光电流解析:波长为λ1(λ1>λ)的光的频率有可能大于极限频率,电路中可能有光电流,故A错误;波长为λ2(λ2<λ)的光的频率一定大于极限频率,电路中一定有光电流,故B正确;光电流的大小与入射光的强度有关,增加路端电压时,若减小入射光强度,光电流有可能减小,故C错误;将电路中电源的极性反接,逸出的光电子虽受到电场阻力,但可能到达A极,从而形成光电流,故D错误.8.(2019·湖南永州模拟)一个质量为m、电荷量为q的带电粒子,由静止开始经加速电场加速后(加速电压为U),该粒子的德布罗意波长为( C )A. B.C. D.解析:加速后的速度为v,根据动能定理可得qU=mv2所以v=,由德布罗意波长公式可得λ===,所以选项C正确.9.一个德布罗意波长为λ1的中子和另一个德布罗意波长为λ2的氘核同向正碰后结合成一个氚核,该氚核的德布罗意波长为( A )A. B. C. D.解析:中子的动量p1=,氘核的动量p2=,同向正碰后形成的氚核的动量p3=p2+p1,所以氚核的德布罗意波长λ3==,A正确.10.(2019·广西南宁模拟)某金属被光照射后产生了光电效应现象,测得光电子的最大初动能E km与入射光频率ν之间的关系如图所示.已知h为普朗克常量,电子的电荷量的绝对值为e,则当入射光频率为3νc时,其遏止电压为( C )A.hνcB.3hνcC.D.解析:由爱因斯坦光电效应方程E km=hν-W0可知,当ν=νc时,有W0=hνc,故当入射光的频率为3νc时,光电子的最大初动能为E km=2hνc,又因为-eU c=0-E km,所以此时遏止电压U c=,C正确.11.(2019·江西南昌模拟)普朗克在研究黑体辐射的基础上,提出了量子理论,下列关于描绘两种温度下黑体辐射强度与波长关系的图中,符合黑体辐射实验规律的是( D )解析:黑体辐射以电磁辐射的形式向外辐射能量,温度越高,辐射强度越大,故A,C错误.黑体辐射的波长分布情况也随温度而变,温度越高,辐射的电磁波的波长极大值向波长短的方向移动,故B错误,D正确.12.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( C )A.a光的波长一定大于b光的波长B.增加b光的强度可能使电流计G的指针发生偏转C.用a光照射光电管阴极K时通过电流计G的电流方向是由c到dD.将电源正负极反接时,a光照射光电管阴极K时电流计仍一定发生偏转解析:由题意可知,νa>νc,νb<νc,故a光的波长小于b光的波长,A错误;发生光电效应的条件ν>νc,增加b光的强度不能使电流计G的指针发生偏转,B错误;发生光电效应时,电子从光电管左端运动到右端,而电流的方向与电子定向移动的方向相反,所以流过电流计G的电流方向是c流向d,故C正确;将电源正负极反接时,即加反向电压,当反向电压增大到一定程度,可以使逸出的光电子到不了阳极,即不能形成回路,即电流计没有电流,故D错误.13.(多选)研究光电效应实验电路图如图(a)所示,其光电流与电压的关系如图(b)所示.则下列说法中正确的是( BC )A.若把滑动变阻器的滑动触头向右滑动,光电流一定增大B.图线甲与乙是同一种入射光,且甲的入射光强度大于乙光C.由图(b)可知,乙光的频率小于丙光频率D.若将甲光换成丙光来照射锌板,其逸出功将减小解析:滑动变阻器的滑片右移,光电流可能增大,也可能已达到饱和电流而不变,故A错误;遏止电压相同,说明最大初动能相同,即入射频率相同,但饱和电流不同,说明入射光强度不同,饱和电流越大,入射光强度越大,B正确;遏止电压越大,最大初动能越大,说明入射光频率越大,C正确;逸出功只由金属本身性质决定,与入射光频率无关,D错误.14.(2018·湖北黄石模拟)下表是按照密立根的方法进行光电效应实验时得到的某金属的遏cU c/V 0.541 0.637 0.714 0.809 0.878 ν/×1014 Hz 5.644 5.888 6.098 6.303 6.501由以上数据描点连线,可得直线方程U c=0.397 3-1.702 4,如图所示.则这种金属的截止频率约为( B )A.3.5×1014 HzB.4.3×1014 HzC.5.5×1014 HzD.6.0×1014 Hz解析:根据光电效应方程得E k=hν-W0=hν-hνc=U c e,解得U c=ν-=ν-.与直线方程U c=0.397 3-1.702 4比较可知,图线的斜率为=,同时=1.702 4,联立得νc ≈4.3×1014 Hz,故B正确,A,C,D错误.15.现用电子显微镜观测线度为d的某生物大分子的结构.为满足测量要求,将显微镜工作时电子的德布罗意波长设定为,其中n>1.已知普朗克常量h,电子质量m和电子电荷量e,电子的初速度不计,则显微镜工作时电子的加速电压应为( D )A. B. C. D.解析:设显微镜工作时电子的加速电压为U,根据动能定理得,eU=mv2,又p=,mv2=,λ=,联立解得U=,故D正确.16.A,B两种光子的能量之比为2∶1,它们都能使某种金属发生光电效应,且所产生的光电子最大初动能分别为E A,E B.则下列说法正确的是( C )A.A,B两种光子的频率之比为1∶2B.A,B两种光子的动量之比为1∶2C.该金属的逸出功为W0=E A-2E BD.该金属的极限频率为νc=解析:光子的能量ε=hν,则A,B两种光子的频率之比为2∶1,故A错误;动量p=,λ=,A,B 两种光子的动量之比为2∶1,故B错误;光电子的最大初动能E km=hν-W0,有E A=εA-W0,E B=εB-W0,又εA=2εB,联立解得,W0=E A-2E B,故C正确;该金属的极限频率为νc==,故D 错误.第2节原子结构与原子核1.以下是有关近代物理内容的若干叙述,其中正确的是( B )A.α粒子散射实验揭示了原子核内部的复杂性B.光电效应现象揭示了光具有粒子性C.紫外线照射到金属锌板表面时能产生光电效应,当增大紫外线的照射强度时,从锌板表面逸出的光电子的最大初动能也随之增大D.处于基态的氢原子最不稳定解析:α粒子散射实验表明,原子绝大多数的质量集中在很小的原子中心,天然放射现象揭示了原子核内部的复杂性,故A错误;光电效应现象表明光具有粒子性,故B正确;根据爱因斯坦光电效应方程E k= hν-W0,逸出的光电子的最大初动能与照射光的频率有关,而与照射强度无关,故C错误;处于基态的氢原子最稳定,处于高能级激发态的氢原子不稳定,总要向低能级激发态或基态跃迁,故D错误.2.(2018·黑龙江哈尔滨六中二模)(多选)某半导体激光器发射波长为 1.5×10-6 m,功率为5.0×10-3W的连续激光.已知可见光波长的数量级为10-7m,普朗克常量h=6.63×10-34J·s,该激光器发出的( BD )A.是紫外线B.是红外线C.光子能量约为1.3×10-13 JD.光子数约为每秒3.8×1016个解析:该激光的波长比可见光波长长,因此是红外线,A错误,B正确;根据ν=解得ν= Hz=2×1014Hz.光子能量ε=hν=1.326×10-19J,故C错误;光子数n==3.8×1016(个),故D正确.3.(2019·江西上饶六校联考)PET(正电子发射型计算机断层显像)的基本原理是将放射性同位素O注入人体,参与人体的代谢过程O在人体内衰变放出正电子,与人体内负电子相遇而湮灭转化为一对光子,被探测器探测到,经计算机处理后产生清晰的图像.根据PET原理,下列说法正确的是( B )A.O的衰变方程为O F eB.将放射性同位素O注入人体O的主要用途是作为示踪原子C.一对正负电子湮灭后也可能只生成一个光子D.PET中所选的放射性同位素的半衰期应较长解析:根据质量数守恒和电荷数守恒得O的衰变方程为O N e,故A错误;将放射性同位素O注入人体O的主要用途是作为示踪原子,故B正确;一对正负电子湮灭后动量为零,根据动量守恒定律,湮灭后的系统也必须动量为零,因此必定是两个光子,故C错误;PET 中所选的放射性同位素需要在人体内衰变,故其半衰期较短为好,D 错误.4.(2018·广东广州二模)氢原子第n能级的能量为E n=(n=1,2, 3,…),其中E1是基态能量.若氢原子从第k能级跃迁到第p能级,辐射的能量为-E1,第p能级比基态能量高-E1,则( A )A.k=3,p=2B.k=4,p=3C.k=5,p=3D.k=6,p=2解析:氢原子在第k能级的能量为,氢原子在第p能级的能量为,有-=-E1,-E1=-E1,解得k=3,p=2,故A正确.5.(2019·四川乐山调研)某科学家提出年轻热星体中核聚变的一种理论,其中的两个核反应方程为H+N+Q1H N C+X+Q2;方程中Q1,Q2表示释放的能量,相关的原子核质量原子核H He He C N N质量/u 1.007 8 3.016 0 4.002 6 12.000 0 13.005 7 15.000 1 A.X是He,Q2>Q1 B.X是He,Q2>Q1C.X是He,Q2<Q1D.X是He,Q2<Q1解析:根据质量数和电荷数守恒得H N C He+Q2;根据爱因斯坦质能方程得,Q1=Δm1c2,Q2=Δm2c2,根据Δm1=(1.007 8+12.000 0- 13.005 7)u=0.002 1 u,Δm2=(1.007 8+15.000 1-12.000 0-4.002 6)u=0.005 3 u,故Q2>Q1,B正确.6.(2019·四川绵阳南山中学模拟)2018年8月23日,国家重大科技基础设施中国散裂中子源项目在东莞顺利通过国家验收,正式投入运行.对于有关中子的研究,下面说法正确的是( A )A.中子和其他微观粒子,都具有波粒二象性B.一个氘核和一个氚核经过核反应后生成氦核和中子是裂变反应C.卢瑟福通过分析α粒子散射实验结果,发现了质子和中子D.核反应方程Po X He中的y=206,X的中子个数为128解析:所有粒子都具有波粒二象性,A正确;裂变是较重的原子核分裂成较轻原子核的反应,而B项中的核反应是较轻的原子核的聚变反应,B错误;卢瑟福通过分析α粒子散射实验结果,提出了原子的核式结构模型,查德威克通过α粒子轰击铍核Be)获得碳核C)的实验发现了中子,C错误;y=210-4=206,X的中子个数为206-82=124,D错误.7.(2019·广东深圳模拟)某些放射性元素如Np的半衰期很短,在自然界很难被发现,可以在实验室使用人工的方法发现.已知Np经过一系列α衰变和β衰变后变成Bi,下列说法正确的是( C )A.Bi的原子核比Np的原子核少28个中子B.衰变过程中共发生了4次α衰变和7次β衰变C.衰变过程中共有4个中子转变为质子D.若Bi继续衰变成新核Bi,只需放出一个α粒子解析Bi的原子核比Np少10个质子,质子数和中子数总共少237-209=28,故Bi的原子核比Np少18个中子,故A错误;设Np衰变为Bi需要经过x次α衰变和y次β衰变,根据质量数和电荷数守恒,有93=2x-y+83,4x=237-209,解得x=7,y=4,即衰变过程中共发生了7次α衰变和4次β衰变,故B错误;衰变过程中共发生了7次α衰变和4次β衰变,所以衰变过程中共有4个中子转变为质子,故C正确;根据衰变前后质量数守恒可知,D错误.8.室内装修污染四大有害气体是苯系物、甲醛、氨气和氡.氡存在于建筑水泥、矿渣砖、装饰石材及土壤中.氡看不到,嗅不到,即使在氡浓度很高的环境里,人们对它也毫无感觉.氡进入人的呼吸系统能诱发肺癌,是除吸烟外导致肺癌的第二大因素.静止的氡核Rn放出某种粒子X后变成钋核Po,粒子X的动能为E k1,若衰变放出的能量全部变成钋核和粒子X的动能.试回答以下问题:(1)写出上述衰变的核反应方程(请用物理学上规定的符号表示粒子X);(2)求钋核的动能E k2.解析:(1)根据质量数和电荷数守恒可得,该核反应方程为Rn Po He.(2)设粒子X的质量为m1、速度为v1,钋核的质量为m2、速度为v2根据动量守恒定律,有0=m1v1-m2v2钋核的动能E k2==m1=.答案:(1Rn Po He (2)9.(多选)如图所示是氢原子的能级图,大量处于n=4激发态的氢原子向低能级跃迁时,一共可以辐射出6种不同频率的光子,其中巴耳末系是指氢原子由高能级向n=2能级跃迁时释放的光子,则( BC )A.6种光子中波长最长的是n=4激发态跃迁到基态时产生的B.在6种光子中,从n=4能级跃迁到n=1能级释放的光子康普顿效应最明显C.使n=4能级的氢原子电离至少要0.85 eV的能量D.若从n=2能级跃迁到基态释放的光子能使某金属板发生光电效应,则从n=3能级跃迁到n=2能级释放的光子也一定能使该金属板发生光电效应解析:n=4激发态跃迁到n=3激发态时产生光子的能量最小,根据E=知,波长最长,故A错误;根据氢光谱的特点可知,从n=4激发态跃迁到基态时产生光子的能量最大,根据E=知,波长最短,粒子性最明显,康普顿效应最明显,故B正确;n=4能级的氢原子具有的能量为-0.85 eV,故要使其发生电离,能量变为0,至少需要0.85 eV的能量,故C正确;从n=2能级跃迁到基态释放的光子能量为-3.4 eV-(-13.6 eV) =10.2 eV,能使某金属板发生光电效应,从n=3能级跃迁到n=2能级释放的光子能量为-1.51 eV-(-3.4 eV)=1.89 eV<10.2 eV,不一定能使该金属板发生光电效应,D错误.10.(2018·天津南开区二模)太阳内部不断地发生着热核反应,质量减少.核反应方程是HHe+2X,这个核反应释放出大量核能.已知质子、氦核、X的质量分别为m1,m2,m3,真空中的光速为c.下列说法中正确的是( D )A.方程中的X表示中子nB.方程中的X表示电子 eC.这个核反应中质量亏损Δm=4m1-m2D.这个核反应中释放的核能ΔE=(4m1-m2-2m3)c2解析:根据电荷数和质量数守恒可以知道,X是e,故A,B错;核反应过程中的质量亏损Δm=4m1-m2-2m3,故C错误;这个核反应中释放的核能ΔE=(4m1-m2-2m3)c2,故D正确.11.(多选)关于核反应方程Th Pa+X+ΔE(ΔE为释放出的核能,X为新生成的粒子),已知Th的半衰期为T,则下列说法正确的是( ABC )A.Th的半衰期T由原子核内部的因素决定,跟原子所处的物理、化学状态无关B Pa比Th少1个中子,X粒子是从原子核中射出的,此核反应为β衰变C.N个Th经2T时间因发生上述核反应而放出的核能为NΔE(N数值很大)D Th的比结合能为解析:原子核的半衰期T由原子核内部的因素决定,跟原子所处的物理、化学状态无关,故A 正确;由质量数和电荷数守恒知X的质量数是0,电荷数是-1,为电子,是原子核内的中子转化为质子而释放一个电子,为β衰变,故B正确;经2T时间还剩余四分之一没衰变,发生上述核反应而放出的核能为NΔE,故C正确Pa的比结合能是234个核子结合成Pa时放出的能量,该能量不是它衰变时放出的能量ΔE,所以Pa的比结合能不是Th的比结合能也不是,故D错误.12.(2019·河北保定模拟)在匀强磁场中有一个原来静止的碳14原子核,它放射出的粒子与反冲核的径迹是两个内切的圆,两圆的直径之比为7∶1,如图所示,那么碳14的衰变方程为( D )A C eB BC He BeC C H BD C e N解析:原子核的衰变过程满足动量守恒,粒子与反冲核的速度方向相反,根据左手定则判断得知,粒子与反冲核的电性相反,则知粒子带负电,所以该衰变是β衰变,此粒子是β粒子,即电子.两带电粒子动量大小相等,方向相反,根据动量守恒定律,有m1v1=m2v2,由带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的半径公式r=可得,r与q成反比.由题意,大圆与小圆的直径之比为7∶1,半径之比为7∶1,则粒子与反冲核的电荷量之比为1∶7.反冲核的电荷量为7e,电荷数是7,其符号为N.碳14的衰变方程为C e N,故D正确.13.(2019·江西上饶模拟)用一个中子轰击U,可发生裂变反应生成Ba和Kr,已知U的质量为 235.043 9 u,Ba的质量为140.913 9 u Kr的质量为91.897 3 u,中子质量为1.008 7 u,1 u相当于931 MeV.(1)请写出裂变中的核反应方程;(2)求一个U在裂变反应中释放的核能;(3)求1 U全部反应释放的能量.解析:(1)根据质量数和电荷数守恒可得,该核反应方程为U n Ba Kr+n. (2)反应前后质量亏损为Δm=235.043 9 u+1.008 7 u-140.913 9 u- 91.897 3 u-3×1.008 7 u=0.215 3 u释放的能量为ΔE=0.215 3×931 MeV=200 MeV.(3)1 U的物质的量为n= mol=4.26×10-3 mol,1 U个数为N=4.26×10-3×6.02×1023=2.56×1021(个)因此,1 U完全裂变时释放的能量E=2.56×1021×200 MeV=5.12×1023MeV.答案:(1U n Ba Kr+n(2)200 MeV(3)5.12×1023 MeV。
2020年高考物理一轮复习专题12.2 光电效应 波粒二象性(讲)(原卷版)
专题12.2 光电效应波粒二象性1.知道什么是光电效应，理解光电效应的实验规律.2.会利用光电效应方程计算逸出功、极限频率、最大初动能等物理量.3.知道光的波粒二象性，知道物质波的概念．知识点一光电效应波粒二象性1．光电效应(1)定义：在光的照射下从金属表面发射出电子的现象(发射出的电子称为光电子)。
(2)产生条件：入射光的频率大于金属极限频率。
(3)光电效应规律①存在着饱和电流：对于一定颜色的光，入射光越强，单位时间内发射的光电子数越多。
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率有关，而与入射光的强弱无关。
当入射光的频率低于截止频率时不发生光电效应。
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10－9 s。
2．光电效应方程(1)基本物理量①光子的能量ε＝hν，其中h＝6.626×10－34 J·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动能的最大值。
(2)光电效应方程：E k＝hν－W0。
【知识拓展】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或等于光电子的最大初动能。
3．光电流与饱和光电流：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。
2020复习方案高考物理人教版一轮复习讲义：第十二章 第1讲 波粒二象性 含答案
第十二章近代物理初步第1讲波粒二象性考点1对光电效应现象的理解1．光电效应的研究思路(1)两条线索：(2)两条对应关系：光强大→光子数目多→发射光电子多→光电流大．光子频率高→光子能量大→光电子的最大初动能大．2．对光电效应规律的解释1．(多选)1905年是爱因斯坦的“奇迹”之年，这一年他先后发表了三篇具有划时代意义的论文，其中关于光量子的理论成功地解释了光电效应现象．关于光电效应，下列说法正确的是(AD)A．当入射光的频率低于极限频率时，不能发生光电效应B．光电子的最大初动能与入射光的频率成正比C．光电子的最大初动能与入射光的强度成正比D．某单色光照射一金属时不发生光电效应，改用波长较短的光照射该金属可能发生光电效应解析：根据光电效应现象的实验规律，只有入射光频率大于极限频率才能发生光电效应，故A、D正确．根据光电效应方程，最大初动能与入射光频率为线性关系，但非正比关系，B错误；根据光电效应现象的实验规律，光电子的最大初动能与入射光强度无关，C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板和银板的表面，都能发生光电效应现象．对于这两个过程，下列四个物理量中，一定不同的是(BD)A．单位时间内逸出的光电子数B．遏止电压C．饱和电流D．光电子的最大初动能解析：同一种单色光照射锌板和银板的表面都能发生光电效应，但锌和银的逸出功不等，根据光电效应方程，可知光电子的最大初动能不同，则遏止电压不同，故选B、D.3．(2019·湖北宜昌模拟)如图所示，是研究光电效应的电路图，对于某金属用绿光照射时，电流表指针发生偏转，则以下说法正确的是(D)A．将滑动变阻器滑动片向右移动，电流表的示数一定增大B．如果改用紫光照射该金属时，电流表无示数C．将光照强度增大时，电流表的示数减小D．将电源的正负极调换，仍用相同的绿光照射时，将滑动变阻器滑动片向右移动一些，电流表的读数可能不为零解析：本题考查光电效应，涉及光电流大小，明确在发生光电效应的前提下，光电流的大小与电路中的电压和入射光的强度均有关．滑动变阻器滑片向右移动，电压虽然增大，但已达到饱和电流，则电流表的示数可能不变，故A错误；如果改用紫光照射该金属时，因频率的增加，导致光电子最大初动能增加，则电流表增大，故B错误；只增加光照强度，从而增加了光子的个数，则产生的光电子数目增多，光电流增大，使通过电流表的电流增大，故C错误；电源的正负极调换，仍用相同的绿光照射时，将滑动变阻器滑片向右移动一些，此时的电压仍小于反向截止电压，则电流表仍可能有示数，故D正确．对光电效应的4点提醒(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2光电效应的规律1．深入理解三个关系(1)爱因斯坦光电效应方程E k＝hν－W0.(2)光电子的最大初动能E k可以利用光电管用实验的方法测得，即E k ＝eU c，其中U c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.2．三类图象考向1对光电效应方程的理解(2018·全国卷Ⅱ)用波长为300 nm的光照射锌板，电子逸出锌板表面的最大初动能为1.28×10－19 J．已知普朗克常量为6.63×10－34 J·s，真空中的光速为3.00×108 m·s－1.能使锌产生光电效应的单色光的最低频率约为()A．1×1014 Hz B．8×1014 HzC．2×1015 Hz D．8×1015 Hz[审题指导]能使金属产生光电效应的单色光的最低频率即恰好发生光电效应的条件：照射光的能量等于金属的逸出功．【解析】本题考查光电效应规律．由光电效应方程得E k＝hcλ－W0，而能使锌产生光电效应的单色光的最低频率ν0应满足hν0＝W0，联立得ν0＝cλ－E kh＝8×1014 Hz，故选项B正确．【答案】 B考向2对光电效应三类图象的理解(2019·山东济南一模)用如图甲所示的电路研究光电效应中光电流大小与照射光的强弱、频率等物理量的关系．图中A、K两极间的电压大小可调，电源的正负极也可以对调，分别用a、b、c三束单色光照射，调节AK间的电压U，得到光电流I与电压U的关系如图乙所示，由图可知()A．单色光a和c的频率相同，但a更弱些B．单色光a和b的频率相同，但a更强些C．单色光a的频率大于单色光c的频率D．单色光a的频率小于单色光b的频率【解析】a、c两光照射后遏止电压相同，知产生的光电子最大初动能相等，可知a、c两光的频率相等，光子能量相等，即频率相同，由于a 光的饱和电流较大，则a光的强度较大，故A、C错误；a光的遏止电压小于b光的遏止电压，所以产生的光电子最大初动能E k a<E k b，根据爱因斯坦光电效应方程E k＝hν－W0可知，νa<νb，故B错误，D正确．【答案】 D1．(2019·山东青岛模拟)用如图甲所示的装置研究光电效应现象．闭合开关S，用频率为ν的光照射光电管时发生了光电效应．图乙是该光电管发生光电效应时光电子的最大初动能E k与入射光频率ν的关系图象，图线与横轴的交点坐标为(a,0)，与纵轴的交点坐标为(0，－b)，下列说法中正确的是(B)A．普朗克常量为h＝a bB．断开开关S后，电流表的示数不为零C．仅增加照射光的强度，光电子的最大初动能将增大D．保持照射光强度不变，仅提高照射光频率，电流表的示数保持不变解析：根据E km＝hν－W0得，纵轴截距的绝对值等于金属的逸出功，等于b，当最大初动能为零时，入射光的频率等于截止频率，所以金属的截止频率为ν0＝a，普朗克常量为h＝ba，故A错误．开关S断开后，因光电子有初动能，因此电流表G的示数不为零，故B正确．根据光电效应方程可知，最大初动能与入射光频率有关，与光的强度无关，故C错误．若保持照射光强度不变，仅提高照射光频率，则光子数目减少，电流表的示数减小，故D错误．2．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＝6.63×10－34 J·s.(1)图甲中电极A为光电管的阳极(选填“阴极”或“阳极”)；(2)实验中测得铷的遏止电压U c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＝5.15×1014[(5.12～5.18)×1014均视为正确] Hz，逸出功W0＝3.41×10－19[(3.39～3.43)×10－19均视为正确] 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E k＝1.23×10－19[(1.21～1.25)×10－19均视为正确] J.解析：(1)在光电效应中，电子向A极运动，故电极A为光电管的阳极．(2)由题图可知，铷的截止频率νc为5.15×1014Hz，逸出功W0＝hνc ＝6.63×10－34×5.15×1014 J≈3.41×10－19 J.(3)当入射光的频率为ν＝7.00×1014Hz时，由E k＝hν－hνc得，光电子的最大初动能为E k＝6.63×10－34×(7.00－5.15)×1014 J≈1.23×10－19 J.光电效应中有关图象问题的解题方法(1)明确图象中纵坐标和横坐标所表示的物理量．(2)明确图象所表示的物理意义及所对应的函数关系，同时还要知道截距、交点等特殊点的意义．例如，①E km-ν图象，表示了光电子的最大初动能E km随入射光频率ν的变化曲线，图甲中横轴上的截距是阴极金属的极限频率，纵轴上的截距表示了阴极金属的逸出功负值，直线的斜率为普朗克常量，图象的函数式：E k ＝hν－W0.②光电效应中的I-U图象，是光电流强度I随两极板间电压U的变化曲线，图乙中的I m是饱和光电流，U c为遏止电压．考点3光的波粒二象性物质波1．对光的波粒二象性的理解2.对物质波的理解(1)与实物粒子相联系的波叫物质波，也叫德布罗意波，属于概率波；(2)实物粒子的能量E和动量p跟它所对应的波的频率ν和波长λ之间遵循的关系为：E＝hν，p＝h λ.1．(2019·浙江义乌模拟)(多选)波粒二象性是微观世界的基本特征，以下说法正确的有(AB)A．光电效应现象揭示了光的粒子性B．热中子束射到晶体上产生衍射图样说明中子具有波动性C．黑体辐射的实验规律可用光的波动性解释D．动能相等的质子和电子，它们的德布罗意波长也相等解析：光电效应现象揭示了光的粒子性，A正确；衍射是波特有的性质，故中子束射到晶体上产生衍射图样说明运动的中子具有波动性，B正确；黑体辐射的实验规律不能使用光的波动性解释，普朗克借助于能量子假说，完美地解释了黑体辐射规律，破除了“能量连续变化”的传统观念，C错误；根据德布罗意波长公式λ＝hp可知，若一个电子和一个质子的德布罗意波长相等，则动量p也相等，但是质子质量比电子质量大，动能E k＝p22m，可知两者动能不相等，D错误．2．(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，若减小入射光的强度，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如图甲所示不规则的点子；如果曝光时间足够长，底片上就会出现如图丙所示规则的干涉条纹．对于这个实验结果的认识正确的是(ACD)A．单个光子的运动没有确定的轨道B．曝光时间不长时，光的能量太小，底片上的条纹看不清楚，故出现不规则的点子C．干涉条纹中明亮的部分是光子到达机会较多的地方D．大量光子的行为表现为波动性解析：由于光的传播不是连续的而是一份一份的，每一份就是一个光子，所以某次通过狭缝只有一个光子，当一个光子到达某一位置时该位置感光而留下痕迹，由于单个光子表现粒子性，即每一个光子所到达的区域是不确定的，但是大量光子表现出波动性，所以长时间曝光后最终形成了图丙中明暗相间的条纹，干涉条纹中明亮的部分是光子到达机会较多的地方，该实验说明了光具有波粒二象性，所以A、C、D项正确，B项错误．学习至此，请完成课时作业39。
2020年高考一轮复习：第12章 第1讲 光电效应 波粒二象性
[变式 1－1] (2018·西安六校联考)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( )
解析
考点细研 悟法培优
考点 1 光电效应规律的理解 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，只需克服原子核的引力做功的情况，光电子才具有最大初动能。 光电子的初动能小于或等于光电子的最大初动能。
□05 强度 无关，只随入射光频率的增大而 □06 增大 。
(3)存在截止频率：每种金属都有一个极限频率或截止频率 νc，入射光的
频率必须 □07 大于 等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。 (4)光电效应具有瞬时性：当频率超过截止频率 νc 时，无论入射光怎样微
弱，光电效应的发生几乎是瞬时的，一般不超过 10－9 s。
答案 CD
答案
解析 德布罗意波长 λ＝hp，而 Ek＝2pm2 ，所以 λ＝ 2mh Ek，Ek 相同，而 me<mp，所以电子的德布罗意波长较大，A 错误；在双缝干涉实验中，暗条 纹的地方是光子到达概率小的地方，并非永远不能到达，B 错误，C 正确； 低频率的电磁波波长长，容易发生明显的衍射、干涉，波动性显著，高频率 的电磁波则相反，从能量的角度以概率波分析，低频电磁波的光子能量小， 少数光子很难在干涉或衍射亮纹处留下感光点迹，大量光子照射时出现规则 的明暗条纹，即波动性显著，高频率电磁波的光子能量大，少数几个光子就 能引起感光胶片感光，出现不规则的点迹，即粒子性显著，D 正确。
2020年高考物理新课标第一轮总复习练习：12-1 光电效应 波粒二象性 含解析
[A组·基础题]1．(2019·江苏高级中学检测)下列实验中，深入地揭示了光的粒子性一面的有( A )①X射线被石墨散射后部分波长增大②锌板被紫外线照射时有电子逸出但被可见光照射时没有电子逸出③轰击金箔的α粒子中有少数运动方向发生较大偏转④氢原子发射的光经三棱镜分光后，呈现线状光谱A．①②B．①②③C．②③D．②③④解析：①为康普顿散射，②为光电效应，康普顿散射和光电效应都深入揭示了光的粒子性；③为α粒子散射，未涉及光子，揭示了原子的核式结构模型．④为光的折射，揭示了氢原子能级的不连续，故选A.2．用波长为2.0×10－7m的紫外线照射钨的表面，释放出来的光电子中最大的动能是4.7×10－19J．由此可知，钨的极限频率是(普朗克常量h＝6.63×10－34J·s，光速c＝3.0×108 m/s，结果取两位有效数字)( B )A．5.5×1014 Hz B．7.9×1014 HzC．9.8×1014 Hz D．1.2×1015 Hz3．下表给出了一些金属材料的逸出功.材料铯钙镁铍钛逸出功(10－19 J) 3.0 4.3 5.9 6.2 6.6现用波长为400 (普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s，光速c＝3.0×108 m/s)( A )A．2种B．3种C．4种D．5种4．用不同频率的紫外线分别照射钨和锌的表面而产生光电效应，可得到光电子最大初动能E k 随入射光频率ν变化的E k －ν图象．已知钨的逸出功是3.28 eV ，锌的逸出功是3.34 eV ，若将二者的图线画在同一个E k －ν坐标系中，图示中用实线表示钨，虚线表示锌，则下列图象正确反映这一过程的是( A )5．(多选)(2014·海南卷)在光电效应实验中，用同一种单色光，先后照射锌和银的表面，都能发生光电效应．对于这两个过程，下列四个物理量中，一定不同的是( ACD ) 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6．(多选)用波长为λ和2λ的光照射同一种金属，分别产生的速度最快的光电子速度之比为2∶1，普朗克常量和真空中光速分别用h 和c 表示，那么下列说法正确的有( AD ) A ．该种金属的逸出功为hc 3λ B ．该种金属的逸出功为hcλC ．波长超过2λ的光都不能使该金属发生光电效应D ．波长超过4λ的光都不能使该金属发生光电效应7．(多选)如图所示，这是一个研究光电效应的电路图，下列叙述中正确的是( AC )A ．只调换电源的极性，移动滑片P ，当电流表示数为零时，电压表示数为遏止电压U c 的数值B ．保持光照条件不变，滑片P 向右滑动的过程中，电流表示数将一直增大C．不改变光束颜色和电路，增大入射光束强度，电流表示数会增大D．阴极K需要预热，光束照射后需要一定的时间才会有光电流[B组·能力题]8．(多选)(2017·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U a和U b、光电子的最大初动能分别为E k a 和E k b.h为普朗克常量．下列说法正确的是( BC )A．若νa>νb，则一定有U a<U bB．若νa>νb，则一定有E k a>E k bC．若U a<U b，则一定有E k a<E k bD．若νa>νb，则一定有hνa－E k a>hνb－E k b9．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E k，若改用b光束照射该金属板，飞出的光电子最大动能为13E k，当改用c光束照射该金属板时( B )A．能发生光电效应，飞出的光电子最大动能为1 6E kB．能发生光电效应，飞出的光电子最大动能为1 9E kC．能发生光电效应，飞出的光电子最大动能为1 12E kD．由于c光束光子能量最小，该金属板不会发生光电效应10．从1907年起，美国物理学家密立根开始以精湛的技术测量光电效应中几个重要的物理量．他通过如图所示的实验装置测量某金属的遏止电压U c与入射光频率ν，作出U c－ν图象，由此算出普朗克常量h，并与普朗克根据黑体辐射测出的h相比较，以检验爱因斯坦光电效应方程的正确性．图中频率ν1、ν2，遏止电压U c1、U c2及电子的电荷量e均为已知，求：(1)普朗克常量h；(2)该金属的截止频率ν0.解析：根据爱因斯坦光电效应方程E k＝hν－W0及动能定理eU c＝E k，可得U c＝heν－heν0.结合图象知k＝U c2－U c1ν2－ν1＝U c1ν1－ν0.普朗克常量h＝e(U c2－U c1)ν2－ν1.截止频率ν0＝U c2ν1－U c1ν2U c2－U c1.答案：(1)e(U c2－U c1)ν2－ν1(2)U c2ν1－U c1ν2U c2－U c111．(2018·苏州质检)德布罗意认为，任何一个运动着的物体，都有一种波与它对应，波长是λ＝hp，式中p是运动物体的动量，h是普朗克常量．已知某种紫光的波长是440nm，若将电子加速，使它的德布罗意波长是这种紫光波长的10－4倍．(1)求电子的动量大小；(2)试推导加速电压跟德布罗意波长的关系，并计算加速电压的大小．(电子质量m＝9.1×10－31 kg，电子电荷量e＝1.6×10－19 C，普朗克常量h＝6.6×10－34 J·s，加速电压的计算结果取一位有效数字)解析：(1)由λ＝h p，得p＝hλ＝6.6×10－3410－4×440×10－9kg·m/s＝1．5×10－23 kg·m/s.(2)eU＝E k＝p22m，又λ＝hp，联立解得U＝h22emλ2，代入数据，解得U＝8×102 V. 答案：(1)1.5×10－23 kg·m/s(2)U＝h22emλ28×102V。
物理(新课标)高考总复习第一轮复习课件：第十二章第一节光电效应 波粒二象性课后检测能力提升
6．(2017·济南模拟)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 ν 的关系图象．由图象可知 ()
A．该金属的逸出功等于 E B．该金属的逸出功等于 hν0 C．入射光的频率为 2ν0 时，产生的光电子的最大初动能为 E D．入射光的频率为ν20时，产生的光电子的最大初动能为E2
8．产生光电效应时，关于逸出光电子的最大初动能 Ek，下 列说法正确的是( ) A．对于同种金属，Ek 与照射光的强度无关 B．对于同种金属，Ek 与照射光的波长成反比 C．对于同种金属，Ek 与照射光的时间成正比 D．对于同种金属，Ek 与照射光的频率成线性关系
解析：选 AD.发生光电效应，一个电子获得一个光子的能量， Ek＝hν－W0，所以 Ek 与照射光的强度无关，与光照射的时 间无关，A 正确，C 错误；由 Ek＝hν－W0＝hcλ－W0 可知 Ek 与 λ 并非成反比关系，B 错误；由 Ek＝hν－W0 可知，Ek 与 照射光的频率成线性关系，若频率不变，Ek 与 W0 成线性关 系，D 正确．
9．(2017·沈阳模拟)研究光电效应规律的实验装置如图所示， 以频率为 ν 的光照射光电管电极 K 时，有光电子产生．光电 管 K、A 极间所加的电压 U 可由图中的电压表测出，光电流 I 由图中电流计测出，下列关于光电效应实验规律的说法中， 正确的是( )
A．降低入射光的频率有可能光电管电极 K 上无光电子放出 B．当滑片 P 位于 P′右端时，电极 K、A 间所加电压使从电 极 K 发出的光电子加速 C．保持入射光频率、光强不变，若只增大光电管 K、A 间 所加的加速电压，光电流会趋于一个饱和值 D．调整滑片 P、P′的位置，可使光电子从 K 极发射后向 A 极做减速运动，当电流计的示数恰为零时，电压表的示数称 为反向截止电压
2020版高考一轮温习物理通用版讲义第十二章第1节光电效应波粒二象性
第十二章 ⎪⎪⎪原子物理学[全国卷5年考情分析](说明：2021～2016年，本章内容以选考题目显现)基础考点 常考考点(2014～2018考情统计)命题概率 常考角度氢原子光谱(Ⅰ) 氢原子的能级结构、能级公式(Ⅰ) 放射性同位素(Ⅰ) 裂变反应和聚变反应、裂变反应堆(Ⅰ)射线的危害和防护(Ⅰ) 以上5个考点未曾独立命题 光电效应(Ⅰ)'18Ⅱ卷T 17(6分)'17Ⅲ卷T 19(6分) '16Ⅰ卷T 35(1)(5分) 独立命题概率60% (1)光电效应现象与光电效应方程的应用(2)原子核式结构 (3)氢原子光谱规律、能级跃迁 (4)核衰变与核反应方程 (5)核能与爱因斯坦质能方程爱因斯坦光电 效应方程(Ⅰ) '15Ⅰ卷T 35(1)(5分) '15Ⅱ卷T 35(1)(5分) 独立命题概率40% 原子核的组成、放射性、原子核的衰变、半衰期(Ⅰ) '17Ⅱ卷T 15(6分) '14Ⅰ卷T 35(1)(6分) '14Ⅱ卷T 35(1)(5分) 独立命题概率60% 核力、核反应方程(Ⅰ) '18Ⅲ卷T 14(6分) '16Ⅱ卷T 35(1)(5分) 独立命题概率40% 结合能、质量亏损(Ⅰ)'17Ⅰ卷T 17(6分)独立命题概率30%第1节 光电效应 波粒二象性一、光电效应1．光电效应现象：在光的照射下金属中的电子从金属表面逸出的现象 [注1]，称为光电效应，发射出来的电子称为光电子。
2．光电效应的四个规律 (1)每种金属都有一个极限频率。
(2)光照射到金属表面时，光电子的发射几乎是瞬时的。
(3)光电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。
(4)光电流的强度与入射光的强度成正比。
[注2] 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)。
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第1讲光电效应波粒二象性
A组基础过关
1.关于光电效应,下列说法正确的是( )
A.极限频率越大的金属材料,其逸出功越大
B.只要光照射的时间足够长,任何金属都能产生光电效应
C.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
D.入射光的光强一定时,频率越高,单位时间内逸出的光电子数就越多
答案 A 由W0=hνc可知A项正确;照射光的频率低于极限频率时不能发生光电效应,故项B错误;由
E k=hν-W0可知C项错误;单位时间内逸出的光电子数与入射光的频率无关,取决于入射光的强度,故D项错误。
2.用一束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
答案 B 每一种金属对应一个极限频率,低于极限频率的光,无论照射时间有多长,光的强度有多大,都不能使金属发生光电效应。
只要照射光的频率大于金属的极限频率,就能产生光电效应。
因为X射线的频率高于紫外线的频率,所以改用X射线照射可能发生光电效应,B选项正确。
3.(多选)1905年是爱因斯坦的“奇迹”之年,这一年他先后发表了三篇具有划时代意义的论文,其中关于光量子的理论成功的解释了光电效应现象。
关于光电效应,下列说法正确的是( )
A.当入射光的频率低于极限频率时,不能发生光电效应
B.光电子的最大初动能与入射光的频率成正比
C.光电子的最大初动能与入射光的强度成正比
D.某单色光照射一金属时不发生光电效应,改用波长较短的光照射该金属可能发生光电效应
答案AD 根据光电效应现象的实验规律,只有入射光的频率大于极限频率才能发生光电效应,而波长
越短频率越大,故A、D正确。
根据光电效应方程,光电子的最大初动能与入射光频率为线性关系,但非正比关系,B错误;根据光电效应现象的实验规律,光电子的最大初动能与入射光强度无关,C错误。
4.2017年年初,我国研制的“大连光源”——极紫外自由电子激光装置,发出了波长在100nm(1nm=10-9m)附近连续可调的世界上最强的极紫外激光脉冲。
大连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,但又不会把分子打碎。
据此判断,能够电离一个分子的能量约为(取普朗克常量h=6.6×10-34J·s,真空光速c=3×108m/s)( )
A.10-21J
B.10-18J
C.10-15J
D.10-12J
答案 B 由题意知,电离一个分子的能量等于照射分子的光子能量,E=hν=h=2×10-18J,故选项B正确。
5.(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.干涉条纹中明亮的部分是光子到达机会较多的地方
D.只有大量光子的行为才表现出波动性
答案BCD 单个光子通过狭缝后的落点无法预测,大量光子的落点呈现一定的规律性,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。
综上可知,正确选项为B、C、D。
6.(多选)(2018陕西西安模拟)2009年诺贝尔物理学奖得主威拉德·博伊尔和乔治·史密斯主要成就是发明了电荷耦合器件(CCD)图像传感器。
他们的发明利用了爱因斯坦的光电效应原理。
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位置不变,以下判断正确的是( )
A.光电管阴极材料的逸出功为4.5eV
B.若增大入射光的强度,电流计的读数不为零
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
答案AC 由电路图可知题图中所加电压为反向减速电压,根据题意可知遏止电压为6.0V,由
E k=hν-W0=eU c得W0=4.5eV,选项A正确;当电压达到遏止电压时,所有电子都不能到达A极,无论光强如何变化,电流计示数仍为零,选项B错;若光子能量增大,根据光电效应方程,光电子的最大初动能一定变大,选项C正确;若用光子能量为9.5eV的光照射阴极K,则遏止电压为5.0V,滑片P向左移动少许,电流计的读数仍可能为零,选项D错。
7.某光源发出的光由不同波长的光组成,不同波长的光的强度如图所示。
表中给出了一些材料的极限波长,用该光源发出的光照射表中材料( )
A.仅钠能产生光电子
B.仅钠、铜能产生光电子
C.仅铜、铂能产生光电子
D.都能产生光电子
答案 D 当入射光的波长小于金属的极限波长时,被照射金属能够发生光电效应产生光电子。
光源发出的光的波长在25nm 到425nm 之间,故可使三种金属均发生光电效应,D 项正确。
8.某光波射到一逸出功为W 的光电材料表面,所产生的光电子垂直射入磁感应强度为B 的匀强磁场中,其做圆周运动的最大半径为r,设电子的质量为m,带电荷量为e,普朗克常量为h,则该光波的频率为( ) A.
B. 2 2 22
C. + 2 2 22
D. - 2 2 22 答案 C 由evB= 2 可得所产生的光电子的最大初动能E k =12mv 2= 2 2
22 。
由爱因斯坦光电效应方程有E k =h ν-W,解得ν= + 2 2 22 ,选项C 正确。
9.(2018湖北八校联考)表是按照密立根的方法进行光电效应实验时得到的某金属的遏止电压U c 和入射光的频率ν的几组数据。
由以上数据应用Excel 描点连线,可得直线方程,如图所示。
则这种金属的截止频率约为( )
A.3.5×1014Hz
B.4.3×1014
Hz C.5.5×1014Hz
D.6.0×1014Hz
答案 B 遏止电压为零时,入射光的频率等于截止频率,根据方程U c =0.3973
1014-1.7024,当U c =0时,解得
ν=4.3×1014Hz,B 正确。
10.(多选)利用金属晶格(大小约10-10m)作为障碍物观察电子的衍射图样,方法是让电子通过电场加速后,让电子束照射到金属晶格上,从而得到电子的衍射图样。
已知电子质量为m,电荷量为e,初速度为0,加速电压为U,普朗克常量为h,则下列说法中正确的是( )
A.该实验说明了电子具有波动性
B.实验中电子束的德布罗意波的波长为λ=2
C.加速电压U 越大,电子的衍射现象越明显
D.若用相同动能的质子替代电子,衍射现象将更加明显
答案 AB 题中能得到电子的衍射图样,说明电子具有波动性,A 正确;电子在加速过程中有eU=1
2mv 2,电子
束的德布罗意波的波长λ= ,而动量p=mv,解得λ= 2,B 正确;由λ= 2 可知,加速电压越大,电子的德布罗意波的波长越小,衍射现象就越不明显,C 错误;由λ==2
知,相同动能的质子与电子相比,质子的德布罗意波的波长短,衍射现象与电子相比不明显,故D 错误。
11.(多选)(2018安徽淮北一中模拟)用甲、乙两种单色光照射同一金属做光电效应实验,发现光电流与电压的关系如图所示。
已知普朗克常量为h,被照射金属的逸出功为W 0,遏止电压为U c ,电子的电荷量为e,则下列说法正确的是( )
A.甲光的强度大于乙光的强度
B.甲光的频率大于乙光的频率
C.甲光照射时产生的光电子初动能均为eU c
D.乙光的频率为 0
c。