高三一轮复习专题：光电效应 原子物理 复习备课讲稿

光电效应波粒二象性

考点1 光电效应现象和光电效应方程的应用

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＝hν－W0。

(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：W0＝hν0。

4．区分光电效应中的四组概念

(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。

(2)光电子的动能与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。

1．[光电效应现象](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

2．[光电效应规律]关于光电效应的规律，下列说法中正确的是( )

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10－7s

D．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．[光电管](多选)图为一真空光电管的应用电路，其金属材料的极限频率为4.5×1014 Hz，则以下判断中正确的是( )

A．发生光电效应时，电路中光电流的饱和值取决于入射光的频率B．发生光电效应时，电路中光电流的饱和值取决于入射光的强度C用λ＝0.5 μm的光照射光电管时，电路中有光电流产生D．光照射时间越长，电路中的电流越大

考点2 光电效应的四类图象分析

1．[E k－ν图象]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 km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( )

A．逸出功与ν有关B．E km与入射光强度成正比

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

2．[I－U图象]研究光电效应的电路如图所示。用频率相同、强度不同的光分别照射密

封真空管的钠极板(阴极K)，钠极板发射出的光电子被阳极A吸收，在电路中形成光电流。下列光电流I与A、K之间的电压U AK的关系图象中，正确的是( )

3．[U c－ν图象]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，则普朗克常量和所用材料的逸出功可分别表示为( )

A．ek eb B．－ek eb C．ek －eb D．－ek －eb

考点3 光的波粒二象性、物质波

光既具有粒子性，又具有波动性，对波粒二象性的理解

1．[波粒二象性的理解](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( )

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像D．实验表明光是一种概率波

2．[光的波粒二象性]下列说法中正确的是( )

A．实物的运动有特定的轨道，所以实物不具有波粒二象性

B．康普顿效应说明光子既有能量又有动量

C．光是高速运动的微观粒子，单个光子不具有波粒二象性

D．宏观物体的物质波波长非常小，极易观察到它的波动

达标练习

1．(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，光电子的最大初动能变大

C．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

D．遏止电压的大小与入射光的频率有关，与入射光的光强无关

2．(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( )

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

3．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

4．(多选)如图所示为光电管的工作电路图，分别用波长为λ0、λ1、λ2的单色光做实验，已知λ1＞λ0＞λ2。当开关闭合后，用波长为λ0的单色光照射光电管的阴极K时，电流表有示数。则下列说法正确的是( )

A．光电管阴极材料的逸出功与入射光无关

B．若用波长为λ1的单色光进行实验，则电流表的示数一定为零

C．若仅增大电源的电动势，则电流表的示数一定增大

D．若仅将电源的正负极对调，则电流表的示数可能为零

5．频率为ν的光照射某金属时，产生光电子的最大初动能为E km。改为频率为2ν的光照射同一金属，所产生光电子的最大初动能为(h为普朗克常量)( )

A．E km－hν B．2E km C．E km＋hν D．E km＋2hν6．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，下列四个物理过程中，一定相同的是( )

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7．当具有5.0 eV的光子射到一金属表面时，从金属表面逸出的电子具有的最大初动能为1.5 eV，为了使这种金属产生光电效应，入射光子的能量必须不小于( ) A．1.5 eV B．2.5 eV C．3.5 eV D．5.0 eV 8．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．从金属表面逸出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

9．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，如图所示，用实线表示钨，虚线表示锌，则正确反映这一过程的是( )

10．当加在光电管两极间的正向电压足够高时，光电流将达到饱和值，若想增大饱和光电流，应采取的有效办法是( )

A．增大照射光的波长B.增大照射光的频率C.增大照射光的光强D.继续增高正向电压11．(多选)在光电效应实验中，某同学用同一种材料在不同实验条件下得到了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 ．甲光、乙光波长相等

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

原子结构 原子核

考点1 原子的核式结构 玻尔理论

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。hν＝E n 大－E n 小 （2）从高能级（n 大）――→跃迁 低能级（n 小）―→放出能量。hν＝E n 大－E n 小 2．电离 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，获得自由的电子还携带动能。

1．[α粒子散射实验现象]（多选）根据α粒子散射实验，卢瑟福提出了原子的核式结构模型。如图所示为原子核式结构模型的α粒子散射图景，图中实线表示α粒子运动轨迹。其中一个α粒子在从a 运动到b 、再运动到c 的过程中，α粒子在b 点时距原子核最近。下列说法正确的是（ ）

A．卢瑟福在α粒子散射实验中发现了电子

B．α粒子出现较大角偏转的原因是α粒子接近原子核时受到的库仑斥力较大

C．α粒子出现较大角偏转的过程中电势能先变小后变大

D．α粒子出现较大角偏转的过程中加速度先变大后变小

2．[玻尔理论]一个氢原子从n＝3能级跃迁到n＝2能级，该氢原子（）A．放出光子，能量增加B．放出光子，能量减少

C．吸收光子，能量增加D．吸收光子，能量减少

3．[能级跃迁]如图所示为氢原子的四个能级，其中E1为基态，若氢原子A处于激发态E2，氢原子B处于激发态E3，则下列说法正确的是（）

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E4

D．原子B能够吸收原子A发出的光子并跃迁到能级E4

规律方法：解答氢原子能级图与原子跃迁问题应注意

（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2 原子核的衰变、半衰期

1．衰变规律及实质

（1）α衰变和β衰变的比较

（2）γ射线：γ射线经常是伴随着α衰变或β衰变同时产生的。 2．三种射线的成分和性质

3.半衰期的理解

半衰期的公式：N 余＝N 原? ????12t/τ，m 余＝m 原? ??

??12t/τ

。式中N 原、m 原表示衰变前的放射

性元素的原子数和质量，N余、m余表示衰变后尚未发生衰变的放射性元素的原子数和质量，t表示衰变时间，τ表示半衰期。

1．[放射现象]（多选）关于天然放射性，下列说法正确的是（）

A．所有元素都可能发生衰变

B．放射性元素的半衰期与外界的温度无关

C．放射性元素与别的元素形成化合物时仍具有放射性

D．α、β和γ三种射线中，γ射线的穿透能力最强

2．[半衰期的理解及应用]（多选）14C发生放射性衰变成为14N，半衰期约5 700年。已知植物存活期间，其体内14C与12C的比例不变；生命活动结束后，14C的比例持续减少。现通过测量得知，某古木样品中14C的比例正好是现代植物所制样品的二分之一。下列说法正确的是（）

A．该古木的年代距今约5 700年

B．12C、13C、14C具有相同的中子数

C．14C衰变为14N的过程中放出β射线

D．增加样品测量环境的压强将加速14C的衰变

3．[射线的性质及特点]将能够释放出α、β、γ射线的放射性物质放在铅盒底部，放射线穿过窄孔O射到荧光屏上，屏上出现一个亮点P，如图所示。如果在放射源和荧光屏之间加电场或磁场，并在孔O附近放一张薄纸，则图中四个示意图正确的是（）

4．[衰变与动量、电磁场的综合]（多选）一个静止的放射性原子核处于匀强磁场中，由于发生了衰变而在磁场中形成如图所示的两个圆形径迹，两圆半径之比为1∶16，下列判断中正确的是（）

A．该原子核发生了α衰变B．反冲原子核在小圆上逆时针运动C．原来静止的核，其原子序数为15 D．放射性的粒子与反冲核运动周期相同

考点3 核反应方程与核能的计算

1．核反应的四种类型

2.核能

（1）核子在结合成原子核时出现质量亏损Δm，其能量也要相应减少，即ΔE＝Δmc2。（2）原子核分解成核子时要吸收一定的能量，相应的质量增加Δm，吸收的能量为ΔE ＝Δmc2。

3．核能释放的两种途径的理解

（1）使较重的核分裂成中等大小的核。

（2）较小的核结合成中等大小的核，核子的比结合能都会增加，都可以释放能量。4．核能的计算方法

书写核反应方程→

计算质量

亏损Δm

→

利用ΔE＝Δmc2

计算释放的核能

（1）根据ΔE＝Δmc2计算，计算时Δm的单位是“kg”，c的单位是“m/s”，ΔE的单位是“J”。

（2）根据ΔE＝Δm×931.5 MeV计算。因1原子质量单位（u）相当于931.5 MeV 的能量，所以计算时Δm的单位是“u”，ΔE的单位是“MeV”。

1．[核反应类型的判断]（多选）关于核衰变和核反应的类型，下列表述正确的有（）A.238 92U→234 90Th＋42He是α衰变 B.14 7N＋42He→17 8O＋11H是β衰变

C.21H＋31H→42He＋10n是轻核聚变

D.8234Se→8236Kr＋20－1e是重核裂变

2．[核能的理解]（多选）关于原子核的结合能，下列说法正确的是（）

A．原子核的结合能等于使其完全分解成自由核子所需的最小能量

B．一重原子核衰变成α粒子和另一原子核，衰变产物的结合能之和一定大于原来重核的结合能

C．铯原子核（133 55Cs）的结合能小于铅原子核（208 82Pb）的结合能

D．比结合能越大，原子核越不稳定

3．[核能的计算]质子、中子和氘核的质量分别为m1、m2和m3，当一个质子和一个中

子结合成氘核时，释放的能量是（c 表示真空中的光速）（ ） A ．（m 1＋m 2－m 3）c B ．（m 1－m 2－m 3）c C ．（m 1＋m 2－m 3）c 2

D ．（m 1－m 2－m 3）c 2

4．[核能与动量守恒的综合]现有两动能均为E 0＝0.35 MeV 的21H 在一条直线上相向运

动，两个21H 发生对撞后能发生核反应，得到32He 和新粒子，且在核反应过程中释放的能量完全转化为32He 和新粒子的动能。已知21H 的质量为2.014 1 u ，32He 的质量为3.016

0 u ，新粒子的质量为1.008 7 u ，核反应时质量亏损1 u 释放的核能约为931 MeV （如果涉及计算，结果保留整数）。则下列说法正确的是（ ）

A ．核反应方程为21H ＋21H→32He ＋11H

B ．核反应前后不满足能量守恒定律

C ．新粒子的动能约为3 MeV D.32He 的动能约为4 MeV 达标练习

1．按照玻尔理论，一个氢原子中的电子从一半径为r a 的圆轨道自发地直接跃迁到另一半径为r b 的圆轨道上，r a >r b ，在此过程中（ ）

A ．原子发出一系列频率的光子

B ．原子要吸收一系列频率的光子

C ．原子要吸收某一频率的光子

D ．原子要发出某一频率的光子

2．碘131的半衰期约为8天，若某药物含有质量为m 的碘131，经过32天后，该药物中碘131的含量大约还有（ ） A.m 4

B.m 8

C .m 16

D.m 32

3．已知氦原子的质量为M He u ，电子的质量为m e u ，质子的质量为m p u ，中子的质量为m n u ，u 为原子质量单位，且由爱因斯坦质能方程E ＝mc 2可知：1u 对应于931.5 MeV 的能量，若取光速c ＝3×108 m/s ，则两个质子和两个中子聚变成一个氦核，释放的能量为（ ）

A ．[2×（m p ＋m n ）－M He ]×931.5 MeV

B ．[2×（m p ＋m n ＋m e ）－M He ]×931.5 MeV

C ．[2×（m p ＋m n ＋m e ）－M He ]×c 2 J

D ．[2×（m p ＋m n ）－M He ]×c 2 J

4．核能作为一种新能源在现代社会中已不可缺少，我国在完善核电安全基础上将加大

核电站建设。核泄漏中的钚（Pu）是一种具有放射性的超铀元素，它可破坏细胞基因，提高罹患癌症的风险。已知钚的一种同位素239 94Pu的半衰期为24 100年，其衰变方程为Pu→X＋42He＋γ，下列说法中正确的是（）

239

94

A．X原子核中含有92个中子

B．100个239 94Pu经过24 100年后一定还剩余50个

C．由于衰变时释放巨大能量，根据E＝mc2，衰变过程总质量增加

D．衰变发出的γ射线是波长很短的光子，具有很强的穿透能力

5．K－介子衰变的方程为K－→π－＋π0，其中K－介子和π－介子带负的基元电荷，π0介子不带电。如图7所示，一个K－介子沿垂直于磁场的方向射入匀强磁场中，其轨迹为圆弧AP，衰变后产生的π－介子的轨迹为圆弧PB，两轨迹在P点相切，它们半径R k－与Rπ－之比为2∶1。π0介子的轨迹未画出。由此可知π－的动量大小与π0的动量大小之比为（）

A．1∶1 B．1∶2C．1∶3 D．1∶6

6．一中子与一质量数为A（A>1）的原子核发生弹性正碰。若碰前原子核静止，则碰撞前与碰撞后中子的速率之比为（）