第55讲 光电效应及波粒二象性 -备战2025年高考物理一轮精细复习（解析版）

第第页第55讲光电效应及波粒二象性——划重点之精细讲义系列考点1普朗克黑体辐射理论考点2光电效应的理解考点3光电效应方程及图象的理解考点4氢原子光谱和波尔的原子模型考点5光及实物粒子的波粒二象性一．黑体与黑体辐射1.黑体与黑体辐射(1)黑体定义：一般物体在热辐射的同时还会吸收和反射外界射来的电磁波.如果某种物体能够完全吸收入射的各种波长的电磁波而不发生反射，这种物体就叫作黑体，或称绝对黑体。(2)黑体辐射特点：黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的温度有关.2.能量子：（1）定义：振动着的带电微粒的能量只能是某一最小能量值ε的整数倍.例如，可能是ε或2ε、3ε……这个不可再分的最小能量值ε叫作能量子.这些能量子后来被叫作光子。（2）公式：ε=hν,其中ν是电磁波的频率，h是一个常量，后人称之为普朗克常量，其值为h=6.62607015×10-34J·s,通常取h=6.63×10-34J·s.二．光电效应及其规律1．光电效应现象在光的照射下，金属中的电子从表面逸出的现象，发射出来的电子叫光电子．2．光电效应的产生条件入射光的频率大于金属的极限频率（截止频率）．3．光电效应规律(1)每种金属都有一个极限频率（截止频率），入射光的频率必须大于这个极限频率才能产生光电效应．(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．三．爱因斯坦光电效应方程1．光子说在空间传播的光不是连续的，而是一份一份的，每—份叫做一个光子，光子的能量ε＝hν.2．逸出功W0：电子从金属中逸出所需做功的最小值．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．光电效应方程(1)表达式：hν＝Ek＋W0或Ek＝hν－W0.(2)物理意义：金属表面的电子吸收一个光子获得的能量是hν，这些能量的一部分用来克服金属的逸出功W0，剩下的表现为逸出后电子的最大初动能．四．氢原子光谱氢原子光谱线是最早被发现、研究的光谱线，这些光谱线可用一个统一的巴尔末公式表示：（n=3，4，5，……）说明:①巴耳末公式适用于可见光区的谱线；②R∞叫作里德伯常量,实验测得R∞=1.10×107m-1；③n只能取不小于3的整数,氢原子光谱的波长只能取分立值.五．玻尔的原子模型(1)玻尔理论①轨道假设：原子中的电子在库仑引力的作用下，绕原子核做圆周运动，电子绕核运动的可能轨道是不连续的；②定态假设：电子在不同的轨道上运动时，原子处于不同的状态．因而具有不同的能量，即原子的能量是不连续的．这些具有确定能量的稳定状态称为定态，在各个定态中，处于基态的原子是稳定的，不向外辐射能量；③跃迁假设：原子从一个能量状态向另一个能量状态跃迁时要放出或吸收一定频率的光子，光子的能量等于这两个状态的能量差，即hν＝Em－En.(2)几个概念①能级：在玻尔理论中，原子各个状态的能量值；②基态：原子能量最低的状态；③激发态：在原子能量状态中除基态之外的其他能量较高的状态；④量子数：原子的状态是不连续的，用于表示原子状态的正整数．(3)氢原子的能级和轨道半径①氢原子的半径公式：rn＝n2r1(n＝1,2,3，…)，其中r1为基态半径，r1＝0.53×10－10m；②氢原子的能级公式：En＝eq\f(1,n2)E1(n＝1,2,3，…)，其中E1为基态能量，E1＝－13.6eV.六、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．考点1：普朗克黑体辐射理论1.黑体与黑体辐射①一般物体都或多或少会反射各种波长的电磁波，因而其热辐射情况既与温度有关，又与材料种类及其表面状况有关，而黑体的热辐射只与温度有关，可见只有黑体辐射反映的是物体本身热辐射与温度的关系，所以在研究热辐射规律时，人们特别注意对黑体辐射的研究.②黑体全部吸收外来电磁波而不向外反射，但是向外辐射自身的电磁波.③黑体指的是在任何温度下都能全部吸收任何波长的电磁波而不发生反射的物体，黑体本身也能向外辐射电磁波，并非在任何温度下都呈黑色，只有当自身辐射的可见光非常微弱时看上去才是黑色.影响黑体辐射强度分布的唯一因素是黑体的温度，与其他任何因素无关。④黑体是一种理想模型，绝对的黑体实际上是不存在的，但可以用某装置近似地代替.如图所示，如果在一个空腔壁上开一个小孔，那么射入小孔的电磁波在空腔内表面会发生多次反射和吸收，最终不能从空腔射出.这个小孔可近似成一个绝对黑体.2.黑体辐射的实验规律(1)任何温度下黑体都会同时辐射各种波长的电磁波；(2)随着温度的升高，黑体辐射不同波长的电磁波的强度都有所增加；(3)随着温度的升高，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动.3.能量的量子化在微观世界中能量不能连续变化,只能取分立值,这种现象叫作能量的量子化.物体在辐射或吸收能量的时候，只能从某一状态“飞跃”地过渡到另一状态，而不可能停留在不符合这些能量的任何一个中间状态。在宏观尺度内研究物体的能量变化时，我们可以认为物体的能量变化是连续的，不必考虑量子化.【考向1】（2024·湖北黄石·三模）维恩位移定律是热辐射的基本定律之一，是指在一定温度下，绝对黑体的温度与辐射强度最大值相对应的波长λ的乘积为一常数。公式表达为λmT=b，其中b=2.898×10−3mA．4800K B．5300KC．5500K D．5573K【答案】B【详解】根据题意，由维恩位移定律有λ解得T≈5300故选B。【考向2】人们认识量子论的第一步始于对黑体辐射实验规律的解释，下图画出了T1、T

A．TB．黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的温度有关C．随着温度升高，波长短的辐射强度增大，波长长的辐射强度减小D．爱因斯坦提出的能量子假说很好地解释了黑体辐射的实验规律【答案】B【详解】A．对于黑体辐射，温度越高，辐射强度越强，且极大值向着波长较短的方向移动，因此根据图像可知，T1B．黑体辐射随着波长越短、温度越高则辐射越强，所以黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的温度有关，故B正确；C．随着温度升高，各种波长的辐射强度均增大有增加，但辐射强度的极大值向着波长较短的方向移动，故C错误；D．普朗克提出了能量子假说并根据能量子假说很好地解释了黑体辐射的实验规律，破除了“能量是连续变化的”传统观念，故D错误。故选B。【考向3】关于热辐射，下列说法正确的是（）A．只有高温物体才辐射电磁波B．物体辐射电磁波的情况只与温度有关C．黑体的热辐射实质上是电磁辐射D．黑体不能完全吸收入射的各种波长的电磁波【答案】C【详解】A．自然界任意物体都向外辐射电磁波，温度越高，辐射电磁波的本领越强，A错误；B．一般物体辐射电磁波与温度、表面情况、材料有关，黑体辐射的电磁波只与温度有关，B错误；C．黑体辐射的实质是电磁辐射，C正确；D．能完全吸收入射的各种波长的电磁波的理想物体叫作黑体，D错误。故选C。【考向4】（多选）下列有关黑体和黑体辐射的说法中正确的是（）A．黑体的热辐射实际上是电磁辐射B．能够完全吸收入射的各种波长的电磁波而不发生反射的物体叫做黑体C．黑体辐射电磁波的强度按波长的分布与它的温度、材料的种类及表面状况有关D．黑体的温度升高时可以辐射出任何频率的电磁波（包括可见光和不可见光）【答案】ABD【详解】A．黑体的热辐射实际上是电磁辐射，故A正确；B．能够完全吸收入射的各种波长的电磁波而不发生反射的物体叫做黑体，故B正确；C．黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与它的温度有关，故C错误；D．黑体辐射的强度与温度有关，温度越高，黑体辐射的强度越大，随着温度升高，可以辐射出任何频率的电磁波，故D正确。故选ABD。考点2：光电效应的理解1.光电效应的实验研究(1)光电管：阴极K和阳极A是密封在真空玻璃管中的两个电极，阴极K在受到光照时能够发射光电子，这个密封装置叫作光电管，如图甲，光电管的形状可以是长方体也可以是球体，光电管接在电路中相当于一个光控开关。(2)研究光电效应的实验：如图乙所示，加在阴极K与阳极A之间电压的大小可以调节，电源的正负极也可以对调.①a.正向电压：当S1闭合、S2断开时，阳极A接在电源正极，阴极K接在电源负极，在阳极和阴极之间的空间产生由阳极指向阴极的电场，光电管阴极产生的光电子受到指向阳极的电场力作用而向阳极加速运动，这时加在光电管上的电压叫正向电压；b.反向电压：当S1断开、S2闭合时，所加电压为反向电压，光电子向阳极做减速运动②调节电压大小：当滑动变阻器的滑片向右滑动时，加在光电管两端的电压(不管是正向电压还是反向电压)增大，向左滑动时加在光电管两端的电压减小.③测量光电流大小:有光电子从阴极K射出并能够运动到阳极A,光电管中会形成电流，这个电流就叫光电流，电流表的示数就是光电流的大小.(3)光电效应的实验结论①存在饱和电流Im:当正向电压U增加到一定值之后，光电流达到饱和值Im.这是因为单位时间内从阴极K射出的光电子全部到达阳极A.若单位时间内从阴极K上逸出的光电子数目为n,则饱和电流Im=ne,式中e为电子的电荷量.实验结论：入射光越强，饱和电流越大，单位时间内发射的光电子越多，如图甲所示.②光电子具有初动能：当电压U减小到零时，光电流I并没有减小至零，也就是说电子仍然能够自发地运动到阳极A,这就表明从阴极K逸出的光电子具有初动能.③存在遏止电压：反向电压为Uc时，恰好能阻止所有的光电子运动到阳极A,使光电流减小到零，这个反向电压叫遏止电压.利用动能定理来确定光电子的最大初速度vc和遏止电压的关系为.在用相同频率、不同强度的光去照射阴极K时，得到的I-U曲线如图甲所示.这说明相同频率、不同强度的光所产生的光电子的最大初动能(遏止电压)是相同的.④存在截止频率(极限频率):当入射光的频率减小到某一数值νc时，光电流消失，这表明已经没有光电子了，νc称为截止频率或极限频率.这就是说，当入射光的频率低于截止频率时不发生光电效应，如图乙所示.截止频率与金属自身的性质有关.2．对光电效应规律的解释对应规律对规律的产生的解释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，一部分克服原子核引力做功，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，逸出功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，但并不是正比关系，而是线性关系。光电效应具有瞬时性光照射金属时，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，发生的时间一般不超过10-9s光较强时饱和电流大光较强时，包含的光子数较多，照射金属时产生的光电子较多，因而饱和电流较大入射光的频率必须大于截止频率才能产生光电效应任何一种金属都有一个截止频率，入射光频率必须大于这个频率才能让电子逸出。3．光电效应中的几个概念比较(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．(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)光的强弱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．(1)光电效应的实质是金属中的电子获得能量后逸出金属表面，从而使金属带上正电．(2)能否发生光电效应，不取决于光的强度，而是取决于光的频率．只要照射光的频率大于该金属的极限频率，无论照射光强弱，均能发生光电效应．(3)加正向电压的目的：放大实验效果。光束照在阴极K,电路中电流很小，加正向电压后，大量电子在电场力的作用下向阳极运动，形成较大电流。(4)光电流的方向从阳极A流向阴极K,跟两端电压是正向电压还是反向电压无关.(5)入射光的强度是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内照射到单位面积上的光子的能量与光子数的乘积：①同种光子，数量越多，光强越大.②不同光子的光强相同时，光子的频率越大，单个光子的能量越大，光子数量越少。(6)金属越活泼，逸出功越小，越容易发生光电效应.【考向5】（2024·福建漳州·三模）光电效应在自动化控制领域有着广泛的应用。如图所示的光电控制报警电路中，某一频率的光束照射到光电管，光电管产生光电效应，与光电管连接的电路有电流，电磁铁产生磁场，会吸引报警电路中的开关断开，从而实现自动控制。则（）A．任意频率的光照射到光电管上，只要光照时间足够长就能产生光电流B．对于光电管来说，入射光波长必须大于某一极限值，才能产生光电效应C．该频率的光照射光电管，光的强度越强，单位时间内逸出的电子数越少D．当物体从光源和光电管间通过时，挡住光束，使报警电路中的开关闭合【答案】D【详解】AB．当入射光的频率大于金属的截止频率时就会有光电子从金属中逸出，发生光电效应现象，并且不需要时间的积累，瞬间就可以发生，故AB错误；C．该频率的光照射光电管，光的强度越强，单位时间内射到金属表面上的光子数增大，单位时间内逸出的电子数增加，故C错误；D．当物体从光源和光电管间通过时，挡住光束，光电效应现象消失，与光电管连接的电路没有电流，电磁铁不产生磁场，报警电路中的开关闭合，故D正确。故选D。【考向6】（2024·广东湛江·二模）光伏发电是提供清洁能源的方式之一，光伏发电的原理是光电效应。演示光电效应的实验装置如图甲所示，a、b、c三种光照射光电管得到的三条电流表与电压表示数之间的关系曲线如图乙所示，下列说法正确的是（）A．若b光为绿光，则a光可能是紫光B．a光照射光电管发出光电子的最大初动能一定小于b光照射光电管发出光电子的最大初动能C．单位时间内a光照射光电管发出的光电子比c光照射光电管发出的光电子少D．若用强度相同的a、b光照射该光电管，则单位时间内逸出的光电子数相等【答案】B【详解】A．由光电效应方程E及eU=解得eU=ℎν−即光束照射同一块金属时只要遏止电压一样，入射光的频率就一样，遏止电压越大，入射光的频率越大，可知a光和c光的频率一样，且均小于b光的频率，若b光为绿光，则a光不可能是紫光，选项A错误；B．由题图乙可知U根据Ek=eUc可知，C．对于a、c两束频率相同的光来说，入射光越强，单位时间内发射的光电子数越多，则单位时间内a光照射光电管发出的光电子比c光照射光电管发出的光电子多，选项C错误；D．对a、b两束不同频率的光来说，光强相同是单位时间内照射到光电管单位面积上的光子的总能量相等，因为b光的光子频率较高，每个光子的能量较大，所以单位时间内照射到光电管单位面积上的光子数较少，即单位时间内发出的光电子数较少，选项D错误。故选B。【考向7】如图所示为某实验小组研究光电效应现象的实验电路图，照射光的频率ν大于光电管阴极K的截止频率ν0，普朗克常数为hA．若发现电压表的示数增大，电流表的示数减小，则电源的左侧为正极B．欲测量遏止电压来计算光电子的最大初动能，电源左侧应是正极C．若调节滑动变阻器使电流表的示数刚好为零，此时电压表的示数应等于ℎD．若照射光的频率增大为2ν，则逸出的光电子最大初动能增大ℎν【答案】D【详解】A．若发现电压表的示数增大，电流表的示数减小，说明电源的正负极与光电效应产生的电流方向相反，则电源的左侧为负极，故A错误；B．欲测量遏止电压来计算光电子的最大初动能，应使电源的正负极与光电效应产生的电流方向相反，则电源的左侧为负极，故B错误；C．若调节滑动变阻器使电流表的示数刚好为零，则此时电压表的示数为遏止电压，根据爱因斯坦的光电效应方程可得e且ℎ则电压表的示数为U故C错误；D．根据爱因斯坦的光电效应方程可得E且ℎν0=Ek1=ℎν−ℎEk2=2ℎν−ℎ故选D。【考向8】（2024·北京海淀·一模）同学们设计的一种光电烟雾报警器的结构和原理如图1和图2所示。光源S向外发射某一特定频率的光，发生火情时有烟雾进入报警器内，由于烟雾对光的散射作用，会使部分光改变方向进入光电管C从而发生光电效应，于是有电流输入报警系统，电流大于I0就会触发报警系统报警。某次实验中，当滑动变阻器的滑片P处于图2所示位置、烟雾浓度增大到n时恰好报警。假设烟雾浓度越大，单位时间内光电管接收到的光子个数越多。已知元电荷为eA．仅将图2中电源的正负极反接，在烟雾浓度为n时也可能触发报警B．为使烟雾浓度达到1.2n时才触发报警，可以仅将滑片P向左移动到合适的位置C．单位时间内进入光电管的光子个数为I0D．报警器恰好报警时，将图2中的滑片P向右移动后，警报有可能会被解除【答案】B【详解】A．图2中光电管两端加的是正向电压，若正负极反接则光电管两端加负向电压，光照强度一定时，根据光电流与电压的关系，可知接正向电压在单位时间内会比接负向电压有更多光电子到达A极，所以反接后光电流会减小，在烟雾浓度为n时无法触发报警系统。故A错误；BD．为使烟雾浓度达到1.2n时才触发报警，就是要降低烟雾报警器的灵敏度，烟雾浓度增加时，单位时间内光电管接收到的光子个数增多，则要减小从K极打到A极的光电子数占产生总光电子数的比例，滑片P需要向左滑动到合适位置，减小两极间的电压，才能达到目的。而恰好报警时将滑片P向右移动，会增大两极间的电压，只可能增强烟雾报警器的灵敏度或保持灵敏度不变，不可能降低报警器的灵敏度，所以不会解除警报。故B正确，D错误；C．单位时间内进入光电管的光子个数为I0e时，但是可能受到两端电压的限制，在阴极产生的光电子不一定全部到达A极，所以不一定能让报警系统的电流达到故选B。【考向9】（2024·陕西·一模）如图所示，某种材料制成太阳能电池的主体部分由P型半导体和N型半导体结合而成。当太阳光照射到该材料上时，材料吸收光子发生光电效应，自由电子向N型一侧移动，从而在两端形成电势差。已知该材料至少需要吸收波长为λ的绿光才能发生光电效应，普朗克常量为h，光速为c，则下列说法正确的是（）A．通过负载的电流方向从上至下B．该材料的逸出功为ℎcC．用光强更强的红光照射该材料，只要照射时间足够长，也能产生光电效应D．用光强相同的紫光和蓝光照射该材料，蓝光照射时，通过负载的电流较小【答案】B【详解】A．自由电子向N型一侧移动，N型半导体聚集负电荷，电势更低，则通过负载的电流方向从下至上，故A错误；B．发生光电效应时极限波长与逸出功需满足W故B正确；C．光电效应是否发生与入射光的频率有关，与光照时间和光照强度无关，红光的频率比绿光小，故不能发生光电效应，故C错误；D．用光强相同的紫光和蓝光照射该材料，因为蓝光频率较小，光子能量较小，故单位时间内到达金属板的光子数目较多，产生的光电子较多，通过负载的电流较大，故D错误。故选B。【考向10】（多选）（2024·浙江温州·三模）如图为某款条形码扫描笔的工作原理图，发光二极管发出的光频率为ν0。将扫描笔笔口打开，在条形码上匀速移动，遇到黑色线条光几乎全部被吸收；遇到白色线条光被大量反射到光电管中的金属表面（截止频率0.8A．扫描笔在条形码上移动的速度会影响相邻脉冲电信号的时间间隔B．频率为ν0C．若发光二极管发出频率为1.2νD．若发光二极管发出频率为0.5ν【答案】AB【详解】A．根据题意，扫描笔在条形码上移动的速度越快，邻脉冲电信号的时间间隔越短，故A正确；B．频率为ν0C．若发光二极管发出频率为1.2νD．若发光二极管发出频率为0.5ν故选AB。考点3：光电效应方程及图象的理解1．爱因斯坦光电效应方程Ek＝hν－W0hν：光子的能量W0：逸出功，即从金属表面直接飞出的光电子克服原子核引力所做的功．Ek：光电子的最大初动能．2．三类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图像方程：Ek＝hν－W0②横轴截距：截止频率νc③纵轴截距的绝对值：逸出功W0=|-E|=E④图线的斜率：普朗克常量h光电流I与所加电压U的关系图像①横轴截距：遏止电压Uc1、Uc2,遏止电压越大，入射光的频率越大②图像渐近线：饱和电流③最大初动能Ek1=eUc1,Ek2=eUc2④I随所加正向电压(U>0)的增大而增大，随所加反向电压(U<0)的增大而减小遏止电压Uc与入射光频率ν的关系图线①图像方程：②横轴截距：截止频率νc③纵轴截距(图像延长线与纵轴点):④图线的斜率：普朗克常量h与电子电荷量e的比值(注；此时两极之间接反向电压)⑤遇止电压Uc随入射光频率的增大而增大(1)每种金属都有一个截止频率，光频率大于这个截止频率才能发生光电效应．(2)截止频率是发生光电效应的最小频率，对应着光的极限波长和金属的逸出功，即hν0＝heq\f(c,λ0)＝W0.(3)应用光电效应方程Ek＝hν－W0时，注意能量单位电子伏和焦耳的换算(1eV＝1.6×10－19J)．3.康普顿效应1.在散射的X射线中，除了与入射波长λ0相同的成分外，还有波长大于λ0的成分，这个现象称为康普顿效应。2.光子说对康普顿效应的解释假定X射线的光子与电子发生完全弹性碰撞，这种碰撞跟台球比赛中的两球碰撞很相似.按照爱因斯坦的光子说，一个X射线的光子不仅具有能量ε=hv,而且还有动量.如图所示，这个光子与静止的电子发生碰撞，光子把部分能量转移给了电子，光子能量由hv减小为hv'，因此频率减小，波长增大，同时，光子还使电子获得一定的动量，这样就圆满地解释了康普顿效应。3.光子的动量推导：由光子能量ε=hv,且ε=mc2，动量p=mc，可得hv=pc，即，又，得其中ε为光子的能量，h为普朗克常量，p为光子的动量，c为光速，v为光的频率，λ为光的波长。(1)光子不仅具有能量，也具有动量，在与其他微粒作用过程中遵循能量守恒定律和动量守恒定律.(2)康普顿效应进一步揭示了光的粒子性，也再次证明了爱因斯坦光子说的正确性。(3)能量ε和动量p是描述物质的粒子性的重要物理量；波长λ和频率v是描述物质的波动性的典型物理量.ε=hv和揭示了光的粒子性和波动性之间的密切关系。【考向11】（2024·河北·三模）经研究证明，光子和电子相互作用发生光电效应还是康普顿效应，取决于电子的“自由”度。当光子能量和逸出功在同一数量级时，电子吸收光子，发生光电效应；当光子能量较大时，电子的逸出功几乎可以忽略，可看做是“自由”的，则发生康普顿效应，下列说法正确的是（）A．光电效应方程是从能量守恒的角度解释了光的粒子性B．康普顿效应说明光具有波动性C．光电效应说明了能量守恒，康普顿效应则解释了动量守恒，二者是矛盾的D．金属只要被光照射的时间足够长，一定会发生光电效应【答案】A【详解】A.光电效应方程是爱因斯坦根据光量子假说和能量守恒定律得到的，故A正确；B.康普顿效应是光子与电子的碰撞，体现了光的粒子性，但并未说明电子的波动性，故B错误；C.根据题中说法，光电效应是在电子自由度较小的情况下，表现出的吸收特性，动量并不是不守恒，而是表现不出来，而康普顿效应是基于能量较大的光子与电子的碰撞，既体现动量守恒又体现能量守恒，二者并不矛盾，故C错误；D.电子对光子的吸收并不能累积，一次只能吸收一个光子，若吸收的光子能量小于金属逸出功，即不能发生光电效应，故D错误。故选A。【考向12】（2024·湖北·三模）爱因斯坦光电效应方程成功解释了光电效应现象。下图中①、②两直线分别是金属A、B发生光电效应时的遏止电压Uc与入射光频率νA．金属B的逸出功比金属A的小B．①、②两直线的斜率均为ℎC．当用频率为9×1014Hz的光分别照射两金属A、BD．当入射光频率ν不变时，增大入射光的光强，则遏止电压Uc【答案】B【详解】A．根据光电效应方程E可知，当EkW图像②对应的截止频率ν大，则金属B的逸出功大，A错误；B．根据EU解得Uc=可知①、②两直线的斜率均为ℎeC．当用频率为9×1014HzD．当入射光频率ν不变时，增大入射光的光强，遏止电压Uc故选B。【考向13】（2024·河北·三模）如图甲，阴极K和阳极A是密封在真空玻璃管中的两个电极，阴极K在受到光照时能够发射光电子。阴极K与阳极A之间电压U的大小可以调整，电源的正负极也可以对调。分别用单色光束①、②照射光电管，电流表示数I与电压表示数U之间的关系如图乙所示，则以下说法正确的是（）A．两种光的光子能量关系ε②>εC．两种光的动量关系p②>p【答案】D【详解】A．用单色光束①、②照射光电管，设遏止电压是Uce可知对同一光电管逸出功W0一定，遏止电压越大，则照射光的频率越大，由题图乙可知Uc①>Uc②，可知单色光束①的频率大于②，即有νB．单色光束①的频率大于②，由波长与频率的关系式λ=cν可知，两种光的波长关系C．由光子的动量公式p=ℎλ可知，有λ①D．由光电效应方程Ek=ℎν−W0，由于ν①故选D。【考向14】（多选）（2023·江西南昌·二模）在研究a、b两种金属发生光电效应现象的实验中，得到从金属表面逸出光电子最大初动能Ek与入射光频率v之间的关系如图中直线①②所示。已知hA．图中直线①②的斜率均为ℎB．金属a的逸出功小于金属b的逸出功C．在得到这两条直线时，必须保证入射光的光强相同D．若产生的光电子具有相同的最大初动能，则照射到金属b的光频率较高【答案】BD【详解】A．由光电效应方程有E可知，Ek−ν的斜率均为BD．由光电效应方程有E图线与纵轴的截距的绝对值表示金属的逸出功，则金属a的逸出功小于金属b的逸出功，若产生的光电子具有相同的最大初动能，则照射到金属b的光频率较高，故BD正确；C．由光电效应方程有E可知，在得到这两条直线时，必须保证入射光的光强无关，故C错误；D．故选BD。【考向15】（多选）（2024·辽宁辽阳·一模）研究光电效应中遏止电压、光电流大小与照射光的频率及强弱等物理量关系的电路如图甲所示。图中阳极A和阴极K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三束单色光照射阴极K，调节A、K间的电压U的大小，得到光电流I与电压U的关系如图乙所示。已知电子的电荷量为e，则下列说法正确的是（

）A．单色光a的频率等于单色光b的频率B．单色光a的频率大于单色光c的频率C．单色光a的强度大于单色光b的强度D．单色光c与单色光a的光子能量之差为U【答案】AD【详解】A．由图像可知，单色光ab的截止电压相等，根据U可知，单色光a的频率等于单色光b的频率，选项A正确；B．单色光a的截止电压小于单色光c的截止电压，根据U可知，单色光a的频率小于单色光c的频率，选项B错误；C．单色光a的饱和光电流小于b的饱和光电流，可知单色光a的强度小于单色光b的强度，选项C错误；D．根据U可知UU单色光c与单色光a的光子能量之差为Δ选项D正确。故选AD。【考向16】（多选）太阳能电池板是利用光电效应将光能转化为电能的设备，如图所示是研究制作电池板的材料发生光电效应的电路图。用波长为λ的光照射阴极K，保持滑动变阻器的下滑片不动，调节滑动变阻器的上滑片P，测得流过灵敏电流计的电流I与AK之间的电势差UAK满足如图乙所示的规律，已知电子的电荷量大小为e，阴极材料的逸出功为W0，下列说法正确的是（A．用图甲实验电路研究光电效应，要测量遏止电压，滑片P应向a端滑动B．将滑动变阻器的滑片P由a端向右移动的过程中电流I逐渐增大C．若用波长为0.5λ的光照射阴极K，则遏止电压将变为2D．不改变入射光的波长，只增加入射光的光照强度，饱和电流Im【答案】CD【详解】A．滑动变阻器中电流由a到b电势逐渐降低，要测量遏止电压应使P处于低电势所以要将P滑到右侧，故A错误；B．左侧电势高，当滑片P向左滑动时，电流I逐渐增大，故B错误；C．由光电效应方程ℎc当波长为0.5λ时，有ℎc得W则U故C正确；D．不改变波长，只改变光照强度，相当于只增加了单位时间内的光子个数，则单位时间逸出的光电子的个数增加，饱和电流增加，故D正确。故选CD。考点4：氢原子光谱和波尔的原子模型1.线状谱和连续谱的比较比较光谱产生条件光谱形式能否用于光谱分析线状谱（原子特征谱线）稀薄气体等发光形成的光谱一些不连续的亮线组成，不同原子的特征谱线不同可以连续谱炽热的固体、液体和高压气体发光形成的光谱连续分布，一切波长的光都有不可以2.光谱分析(1)由于每种原子都有自己的特征谱线，可以利用它来鉴别物质和确定物质的组成成分，这种方法称为光谱分析.它的优点是灵敏度高，样本中一种元素的含量达到10-13kg时就可以被检测到.(2)原子光谱的不连续性反映出原子结构的不连续性，所以光谱分析也可以用于探索原子的结构。(3)同种元素的吸收光谱与线状谱是一一对应的，光谱分析可用吸收光谱，也可用线状谱，连续谱不能用于光谱分析，光谱分析只能用特征谱线来分析.3.氢原子光谱特点①不连续，只由亮线组成；②不同色，每种颜色对应一种波长；③不等距，相邻两种光的波长间距不同.(1)许多情况下光是由原子内部电子的运动产生的，因此光谱研究是探索原子结构的一条重要途径。(2)巴耳末公式的意义：以简洁的形式反映了氢原子的线状光谱，即辐射波长的分立特征。(3)除了巴耳末系，氢原子光谱在红外和紫外光区的其他语线也都满足与巴耳末公式类似的关系式.4.氢原子能级及能级跃迁a．对氢原子的能级图的理解(1)氢原子的能级图(如下图)．b.氢原子能级图的意义：①能级图中的横线表示氢原子可能的能量状态——定态．②横线左端的数字“1,2,3…”表示量子数，右端的数字“－13.6，－3.4…”表示氢原子的能级．③相邻横线间的距离不相等，表示相邻的能级差不等，量子数越大，相邻的能级差越小．④带箭头的竖线表示原子由较高能级向较低能级跃迁，原子跃迁频率条件（辐射条件）为：hν＝Em－En.c．关于能级跃迁的规律(1)能级之间跃迁时放出的光子频率是不连续的．(2)能级之间发生跃迁时放出(吸收)光子的频率由hν＝Em－En求得．若求波长可由公式c＝λν求得．(3)一个氢原子跃迁发出可能的光谱线条数最多为(n－1)；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：.(4)使原子发生能级跃迁的两种粒子：①光子：原子若是吸收光子的能量而被激发，则光子的能量必须等于两能级的能量差，大于或小于两能级的能量差都不能被吸收.②实物粒子：原子还可以由于实物粒子的撞击而被激发，只要入射粒子的能量大于或等于两能级的能量差，原子只吸收恰为两能级间能量差的部分，从而可使原子发生能级跃迁.(5)当光子能量大于或等于13.6eV时，也可以被处于基态的氢原子吸收，使氢原子电离；当处于基态的氢原子吸收的光子能量大于13.6eV，氢原子电离后，电子具有一定的初动能．(2)当轨道半径减小时，库仑引力做正功，原子的电势能减小，电子动能增大，原子能量减小，反之．轨道半径增大时，原子电势能增大、电子动能减小，原子能量增大．【考向17】（2024·广东汕头·二模）扫描隧道显微镜让人类对原子有了直观的感受，下列关于原子结构的说法正确的是（）A．玻尔的原子结构假说认为核外电子可在任意轨道上运动B．α粒子散射实验中，绝大多数α粒子发生了大角度散射C．原子光谱是线状谱，不同原子的光谱可能相同D．氢原子在激发态自发跃迁时，氢原子能量减少【答案】D【详解】A．玻尔的原子结构假说认为核外电子的轨道是量子化的，电子只能在特定的轨道上运动，故A错误；B．α粒子散射实验中，绝大多数α粒子穿过金箔后基本上仍沿着原来的方向前进，少数α粒子穿过金箔后发生了大角度的偏转，极少数α粒子甚至被反弹回来，故B错误；C．原子光谱是线状谱，不同原子的光谱不同，故C错误；D．氢原子在激发态自发跃迁时，辐射光子释放能量，氢原子能量减少，故D正确。故选D。【考向18】（2024·福建福州·三模）图甲是氢原子能级图，图乙中的Hα、Hβ、Hγ、Hδ是氢原子从较高能级向n=2能级跃迁时产生的在可见光区域的四条谱线，其中谱线HδA．图乙中的氢原子光谱是连续光谱B．四条谱线中HαC．谱线HδD．谱线Hγ是氢原子从n=7能级向n=2【答案】C【详解】A．图乙中的氢原子光谱是线状谱，故A错误；B．光子能量为E=ℎν=ℎ可知波长越长，光子能量越小，故四条谱线中HαC．谱线HδΔ故C正确；D．根据光子能量E可知谱线Hγ是氢原子从n=5能级向n=2故选C。【考向19】（2024·河北·三模）氢原子能级图如图所示，大量处于n=3的激发态氢原子向低能级跃迁时，会辐射出不同频率的光，用这些光照射金属锡，已知金属锡的逸出功为4.42eVA．跃迁中有6种不同频率的光B．只有1种频率的光能使锡发生光电效应C．对同一种介质，a光的临界角小于b光的临界角D．用同一装置进行双缝实验，a光干涉条纹的宽度大于b光干涉条纹的宽度【答案】C【详解】A．跃迁中共可以释放光的种类数为N=故A项错误；B．由光电效应可知，若要使锡发生光电效应，则光子的能量应该大于逸出功，则跃迁中释放的3种光的能量分别为EEE所以有两种光可以使锡发生光电效应，故B项错误；C．由于光子的能量为E=ℎν由之前的分析可是a光的能量大于b光的能量，所以a光的频率大于b光的频率。即a光的折射率大于b光的折射率，由于临界角有sin所以b光的临界角大于a光的临界角，故C项正确；D．由于a光的频率大，所以a光的波长小，干涉的条纹间距为Δ所以a光的条纹间距小，故D项错误。故选C。【考向20】（2024·湖南益阳·三模）我国自主研发的氢原子钟现已运用于中国的北斗导航系统中，高性能的原子钟对导航精度的提高起到了很大的作用，同时原子钟具有体积小、重量轻等优点，原子钟通过氢原子能级跃迁而产生的电磁波校准时钟，氢原子能级示意图如图，则下列说法正确的是（）A．用11.5eV的光子照射处于基态的氢原子可以使处于基态的氢原子发生跃迁B．一个处于n=4能级的氢原子向低能级跃迁时可辐射出6种不同频率的光子C．用12.09eV的光子照射一群处于基态的氢原子后，最多可辐射出4种不同频率的光子D．氢原子从n=4能级跃迁到n=1能级辐射出的光照射逸出功为6.12eV的某种金属所产生的光电子的最大初动能为6.63eV【答案】D【详解】A．用11.5eV的光子照射处于基态的氢原子，氢原子吸收光子后能量值为E=−13.6由能级图可知氢原子并没有该能级，所以11.5eV的光子不能使处于基态的氢原子发生跃迁，选项A错误；B．一个处于n=4能级的氢原子向低能级跃迁时最多可辐射出3种不同频率的光子，选项B错误；C．用12.09eV的光子照射一群处于基态的氢原子后，其能量将达到E=−13.6即氢原子将跃迁到n=3的能级上；这群氢原子在向基态跃迁的过程中，最多可辐射出3种不同频率的光子，选项C错误；D．氢原子从n=4能级跃迁到n=1能级辐射出的光子能量为E=−0.85用此光照射逸出功为6.12eV的金属，根据光电效应方程可得光电子的最大初动能为E选项D正确。故选D。【考向21】（2024·北京丰台·一模）如图所示为氢原子能级示意图，一群处于n=4能级的氢原子向低能级跃迁时，下列说法正确的是（）A．跃迁过程中最多可辐射出4种频率的光子B．从n=4能级跃迁到n=2能级的氢原子能量增大C．从n=4能级跃迁到n=1能级辐射出的光子波长最长D．有三种频率的光子可使逸出功为4.54eV的金属发生光电效应【答案】D【详解】A．一群处于n=4能级的氢原子向低能级跃迁时，最多可辐射出C4B．从n=4能级跃迁到n=2能级时向外辐射光子，氢原子能量减小，B错误；C．从n=4能级跃迁到n=1能级辐射出的光子能量最大，根据ε=ℎ可知，能量越大的光子，波长越短，C错误；D．根据跃迁规律，有ℎν=一群处于n=4能级的氢原子向低能级跃迁时，可能有ℎν=−0.85ℎν=−0.85ℎν=−0.85ℎν=−1.51ℎν=−1.51ℎν=−3.4要想发生光电效应，应满足ℎν>所以有三种频率的光子可使逸出功为4.54eV的金属发生光电效应，D正确。故选D。考点5：光及实物粒子的波粒二象性1.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：光的特性光的波动性光的粒子性(能量子)实验基础干涉、衍射光电效应、康普顿效应含义(1)足够能量的光(大量光子)在传播时，表现出波的性质;(2)频率低、波长长的光，波动性特征显著.粒子的含义是“不连续”“一份一份”的，光的粒子即光子，不同于宏观概念的粒子，但也具有动量和能量(1)当光同物质发生作用时，表现出粒子的性质.(2)少量或个别光子易显示出光的粒子性.(3)频率高、波长短的光，粒子性特征显著二象性(1)光子说并没有否定波动性，ε=hv中，v表示光的频率，表现了波的特征.光既具有波动性，又具有粒子性，波动性和粒子性都是光的本身属性，只是在不同条件下表现出的性质不同。(2)只有用波粒二象性，才能说明光的各种行为2.粒子的波动性（1）德布罗意波：每一个运动的粒子都与一个对应的波相联系，这种与实物粒子相联系的波被称为德布罗意波，也叫作物质波.（2）粒子的能量ε和动量p跟它所对应的波的频率ν和波长λ之间的关系:ε=hv、p＝eq\f(h,λ)。（3）物质波的实验验证：从观察伦琴射线衍射的实验中得到启发，1927年戴维森和G.P.汤姆孙分别用单晶体和多晶体中排列规则的物质微粒作为衍射光栅，成功地观察到了电子的衍射，得到了衍射图样，从而证实了电子的波动性.此后人们相继证实了中子、质子以及原子、分子的波动性.（4）电子双缝实验：1961年，德国科学家琼森将一束电子加速到50keV,让其通过一缝宽为a=0.5×10-6m、间隔为d=2×10-6m的双缝，当电子撞击荧光屏时，发现了类似于干涉的实验结果。(1)除了电子以外，人们陆续证实了中子、质子以及原子、分子的波动性，对于这些粒子，德布罗意给出的关系ε=hv、p＝eq\f(h,λ)同样正确。(2)电子、质子、原子等粒子和光一样，也具有波粒二象性.【考向22】（2024·黑龙江齐齐哈尔·三模）“5G改变社会，6G改变世界”，近年来，我们见证了电磁波不同频段应用的快速发展．5G所用的电磁波频率一般在24GHz到100GHz之间，6G将使用频率在100GHz到10000GHz之间的电磁波；是一个频率比5G高出许多的频段。下列相关说法正确的是（

）A．5G电磁波光子能量较大B．5G电磁波光子动量较大C．6G电磁波更容易使金属发生光电效应D．6G电磁波遇到障碍物更容易衍射【答案】C【详解】A．根据光子能量公式E=ℎν可知6G电磁波频率高，光子能量较大，故A错误；B．根据德布罗意波长公式p=ℎλ可知6G电磁波频率高，波长小，光子动量较大，故B错误；C．6G电磁波光子能量大更容易使金属发生光电效应，故C正确；D．6G电磁波波长小，遇到障碍物不容易发生明显衍射，故D错误。故选C。【考向23】（2024·江苏徐州·三模）汤姆孙利用电子束穿过铝箔，得到如图所示的衍射图样。则（）A．该实验现象是电子粒子性的表现B．该实验证实了原子具有核式结构C．实验中电子的物质波波长与铝箔中原子间距差不多D．实验中增大电子的速度，其物质波波长变长【答案】C【详解】A．衍射是波的特性，该实验现象是电子波动性的表现，故A错误；B．电子的发现证明原子能够再分，该实验是波的衍射现象，说明电子具有波动性，该实验不能够证实原子具有核式结构，故B错误；C．发生明显衍射现象的条件是波长与孔的尺寸差不多，可知，实验中电子的物质波波长与铝箔中原子间距差不多，故C正确；D．根据物质波的表达式有λ=可知，实验中增大电子的速度，其物质波波长变短，故D错误。故选C。【考向24】（2024·河北·二模）我国研制的“大连光源”——极紫外自由电子激光装置，发出了波长约为100nm（1nm=10A．6.6×10−25kgC．6.6×10−41kg【答案】B【详解】根据德布罗意公式可知p=故选B。【考向25】关于原子结构和微观粒子波粒二象性，下列说法正确的是（）A．德布罗意提出实物粒子也具有波动性，这种波叫做物质波B．普朗克通过研究黑体辐射的实验规律，提出了光具有波粒二象性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．根据电子束通过铝箔后的衍射图样，可以说明电子具有粒子性【答案】A【详解】A．德布罗意提出实物粒子也具有波动性，这种波叫做物质波，故A正确；B．为了解释黑体辐射的实验规律，普朗克提出了能量子的概念，成为量子力学的奠基人之一，故B错误；C．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，后来经过实验发现了质子，并预言了中子的存在，中子最终由查德威克发现，故C错误；D．衍射是波的属性，根据电子束通过铝箔后的衍射图样，可以说明电子具有波动性，故D错误。故选A。【考向26】（多选）（2024·山西太原·一模）用紫外光照射一种新型材料时，只产生动能和动量单一的相干电子束。用该电子束照射间距为d的双缝，观测到相邻明条纹间距为Δx的干涉现象，普朗克常量为h，双缝到屏的距离为L，下列说法正确的是（）A．电子束的波长λ=B．电子的动量p=C．仅减小照射光的波长，电子束形成的干涉条纹间距将变大D．与实物粒子相联系的波被称为德布罗意波，也叫做物质波【答案】BD【详解】A．根据双缝干涉条纹间距公式可得λ=故A错误；B．电子的动量为p=故B正确；C．仅减小照射光的波长，电子束形成的干涉条纹间距将变小，故C错误；D．与实物粒子相联系的波被称为德布罗意波，也叫做物质波，故D正确。故选BD。【考向1】（2024·江苏·高考真题）在原子跃迁中，辐射如图所示的4种光子，其中只有一种光子可使某金属发生光电效应，是哪一种（）A．λ1 B．λ2 C．λ3 D．λ4【答案】C【详解】根据光电方程可知当只有一种光子可使某金属发生光电效应，该光子对应的能量最大，根据图中能级图可知跃迁时对应波长为λ3故选C。【考向2】（2024·全国·高考真题）三位科学家由于在发现和合成量子点方面的突出贡献，荣获了2023年诺贝尔化学奖。不同尺寸的量子点会发出不同颜色的光。现有两种量子点分别发出蓝光和红光，下列说法正确的是（）A．蓝光光子的能量大于红光光子的能量B．蓝光光子的动量小于红光光子的动量C．在玻璃中传播时，蓝光的速度大于红光的速度D．蓝光在玻璃中传播时的频率小于它在空气中传播时的频率【答案】A【详解】AB．由于红光的频率小于蓝光的频率，则红光的波长大于蓝光的波长，根据E=ℎν可知蓝光光子的能量大于红光光子的能量；根据p=可知蓝光光子的动量大于红光光子的动量，故A正确，B错误；C．由于红光的折射率小于蓝光，根据v=可知在玻璃中传播时，蓝光的速度小于红光的速度，故C错误；D．光从一种介质射入另一种介质中频率不变，故D错误。故选A。【考向3】（2024·江西·高考真题）近年来，江西省科学家发明硅衬底氮化镓基系列发光二极管，开创了国际上第三条LED技术路线。某氮化镓基LED材料的简化能级如图所示，若能级差为2.20eV（约3.52×10−19J）,普朗克常量A．6.38×1014Hz B．5.67×1014Hz【答案】C【详解】根据题意可知，辐射出的光子能量ε=3.52×10−19Jν=故选C。【考向4】（2024·湖南·高考真题）量子技术是当前物理学应用研究的热点，下列关于量子论的说法正确的是（）A．普朗克认为黑体辐射的能量是连续的B．光电效应实验中，红光照射可以让电子从某金属表面逸出，若改用紫光照射也可以让电子从该金属表面逸出C．康普顿研究石墨对X射线散射时，发现散射后仅有波长小于原波长的射线成分D．德布罗意认为质子具有波动性，而电子不具有波动性【答案】B【详解】A．普朗克认为黑体辐射的能量是一份一份的，是量子化的，故A错误；B．产生光电效应的条件是光的频率大于金属的极限频率，紫光的频率大于红光，若红光能使金属发生光电效应，可知紫光也能使该金属发生光电效应，故B正确；C．石墨对X射线的散射过程遵循动量守恒，光子和电子碰撞后，电子获得一定的动量，光子动量变小，根据λ=ℎD．德布罗意认为物质都具有波动性，包括质子和电子，故D错误。故选B。【考向5】（2024·安徽·高考真题）大连相干光源是我国第一台高增益自由电子激光用户装置，其激光辐射所应用的玻尔原子理论很好地解释了氢原子的光谱特征。图为氢原子的能级示意图，已知紫外光的光子能量大于3.11eV，当大量处于n=3能级的氢原子向低能级跃迁时，辐射不同频率的紫外光有（

A．1种 B．2种 C．3种 D．4种【答案】B【详解】大量处于n=3能级的氢原子向低能级跃迁时，能够辐射出不同频率的种类为C辐射出光子的能量分别为ΔΔΔ其中ΔE1＞3.11所以辐射不同频率的紫外光有2种。故选B。【考向6】（2023·河北·高考真题）2022年8月30日，国家航天局正式发布了“羲和号”太阳探测卫星国际上首次在轨获取的太阳Hα谱线精细结构。HA．从∞跃迁到n=2 B．从n=5跃迁到n=2C．从n=4跃迁到n=2 D．从n=3跃迁到n=2【答案】D【详解】Hαν=可知Hαℎν=可见能级差越小，频率越低，波长越长。故Hα对应的能级跃迁过程为从n=3跃迁到n=2故选D。【考向7】（2024·北京·高考真题）产生阿秒光脉冲的研究工作获得2023年的诺贝尔物理学奖，阿秒（as）是时间单位，1as=1×10−18s，阿秒光脉冲是发光持续时间在阿秒量级的极短闪光，提供了阿秒量级的超快“光快门”，使探测原子内电子的动态过程成为可能。设有一个持续时间为100as的阿秒光脉冲，持续时间内至少包含一个完整的光波周期。取真空中光速c=3.0×108m/s，普朗克常量h=6.6×10−34J⋅s，下列说法正确的是（

）A．对于0.1mm宽的单缝，此阿秒光脉冲比波长为550nm的可见光的衍射现象更明显B．此阿秒光脉冲和波长为550nm的可见光束总能量相等时，阿秒光脉冲的光子数更多C．此阿秒光脉冲可以使能量为−13.6eV（−2.2×10−18J）的基态氢原子电离D．为了探测原子内电子的动态过程，阿秒光脉冲的持续时间应大于电子的运动周期【答案】C【详解】A．此阿秒光脉冲的波长为λ=cT=30nm<550nm由障碍物尺寸与波长相差不多或比波长小时，衍射现象越明显知，波长为550nm的可见光比此阿秒光脉冲的衍射现象更明显，故A错误；B．由ε=ℎcC．阿秒光脉冲的光子能量最小值ε=ℎν=故此阿秒光脉冲可以使能量为−13.6eV（−2.2×10−18J）的基态氢原子电离，故C正确；D．为了探测原子内电子的动态过程，阿秒光脉冲的持续时间应小于电子的运动周期，故D错误。故选C。【考向8】（2024·浙江·高考真题）如图所示，金属极板M受到紫外线照射会逸出光电子，最大速率为vm。正对M放置一金属网N，在M、N之间加恒定电压U。已知M、N间距为d（远小于板长），电子的质量为m，电荷量为eA．M、N间距离增大时电子到达N的动能也增大B．只有沿x方向逸出的电子到达N时才有最大动能1C．电子从M到N过程中y方向位移大小最大为vD．M、N间加反向电压mv【答案】C【详解】AB．根据动能定理，从金属板M上逸出的光电子到到达N板时eU=则到达N板时的动能为E与两极板间距无关，与电子从金属板中逸出的方向无关，选项AB错误；C．平行极板M射出的电子到达N板时在y方向的位移最大，则电子从M到N过程中y方向最大位移为y=d=解得y=选项C正确；D．M、N间加反向电压电流表示数恰好为零时，则e解得U选项D错误。故选C。【考向9】（2024·海南·高考真题）利用如图所示的装置研究光电效应，闭合单刀双掷开关S1，用频率为ν1的光照射光电管，调节滑动变阻器，使电流表的示数刚好为0，此时电压表的示数为U1，已知电子电荷量为eA．其他条件不变，增大光强，电压表示数增大B．改用比ν1更大频率的光照射，调整电流表的示数为零，此时电压表示数仍为C．其他条件不变，使开关接S2D．光电管阴极材料的截止频率ν【答案】D【详解】A．当开关S接1时，由爱因斯坦光电效应方程e故其他条件不变时，增大光强，电压表的示数不变，故A错误；B．若改用比ν1更大频率的光照射时，调整电流表的示数为零，而金属的逸出功不变，故遏止电压变大，即此时电压表示数大于UC．其他条件不变时，使开关S接2，此时ℎ可发生光电效应，故电流表示数不为零，故C错误；D．根据爱因斯坦光电效应方程e其中W联立解得，光电管阴极材料的截止频率为ν故D正确。故选D。【考向10】（多选）（2024·辽宁·高考真题）X射线光电子能谱仪是利用X光照射材料表面激发出光电子，并对光电子进行分析的科研仪器，用某一频率的X光照射某种金属表面，逸出了光电子，若增加此X光的强度，则（）A．该金属逸出功增大 B．X光的光子能量不变C．逸出的光电子最大初动能增大 D．单位时间逸出的光电子数增多【答案】BD【详解】A．金属的逸出功是金属的自身固有属性，仅与金属自身有关，增加此X光的强度，该金属逸出功不变，故A错误；B．根据光子能量公式ε=ℎν可知增加此X光的强度，X光的光子能量不变，故B正确；C．根据爱因斯坦光电方程E可知逸出的光电子最大初动能不变，故C错误；D．增加此X光的强度，单位时间照射到金属表面的光子变多，则单位时间逸出的光电子数增多，故D正确。故选BD。【考向11】（多选）（2024·浙江·高考真题）下列说法正确的是（）A．相同温度下，黑体吸收能力最强，但辐射能力最弱B．具有相同动能的中子和电子，其德布罗意波长相同C．电磁场是真实存在的物质，电磁波具有动量和能量D．自然光经玻璃表面反射后，透过偏振片观察，转动偏振片时可观察到明暗变化【答案】CD【详解】A．相同温度下，黑体吸收和辐射能力最强，故A错误；B．根据λ=具有相同动能的中子和电子，电子质量较小，德布罗意波长较长，故B错误；C．电磁场是真实存在的物质，电磁波具有动量和能量，故C正确；D．自然光在玻璃、水面等表面反射时，反射光可视为偏振光，透过偏振片观察，转动偏振片时能观察到明暗变化，故D正确。故选CD。一、单选题1．（2024·北京海淀·三模）下列哪种物理现象可以说明光具有粒子性（）A．薄膜干涉 B．康普顿效应 C．光的偏振 D．泊松亮斑【答案】B【详解】A．薄膜干涉原理是光的干涉，说明光具有波动性，故A错误；B．康普顿效应说明光具有粒子性，故B正确；C．光的偏振说明光具有波动性，故C错误；D．泊松亮斑即光的衍射现象，说明光具有波动性，故D错误。故选B。2．（2024·广西桂林·三模）如图所示为一价氦离子He+的能级示意图。已知可见光光子能量在1.62~3.11eV之间。处在n=3能级的一价氮离子向n=2A．紫外线 B．可见光 C．红外线 D．无线电波【答案】A【详解】处在n=3能级的一价氮离子向n=2能级跃迁时，辐射出的光子能量为Δ可知辐射出的光子能量大于可见光的光子能量，由于无线电波、红外线的光子能量小于可见光的光子能量，所以辐射出的光子可能属于电磁波谱中的紫外线。故选A。3．（2024·广东广州·二模）如图，光电管接入电路，用紫外线照射光电管阴极时，发生了光电效应，回路中形成电流。下列说法正确的是（）A．电流方向为a→R→bB．电流方向为b→R→aC．光照时间越长，光电子的最大初动能越大D．入射光光强增大，光电子的最大初动能增大【答案】B【详解】AB．电子从光电管阴极逸出，而电子带负电，与电流方向相反，故电流方向为b→R→a，A错误，B正确；CD．逸出光子的最大动能只与入射光的频率有关，故CD错误。故选B。4．下列关于在两种不同温度下某一定质量的气体的分子速率分布图像（纵坐标f（v）表示各速率区间的分子数占总分子数的百分比，横坐标v表示分子的速率）和两种不同温度下黑体辐射的强度与波长的关系的图像符合实验规律的是（）A． B．C． D．【答案】C【详解】AB．两种不同温度下某一定质量的气体的分子速率分布图像与坐标轴围成的面积应相等，且温度较高的气体分子速率大的占比更多，AB错误；CD．黑体辐射的实验规律：随着温度的升高，一方面各种波长的辐射强度都增加，另一方面辐射强度的极大值向波长较短的方向移动，C正确，D错误；故选C。5．物理学家玻尔提出原子模型，成功解释了氢原子光谱，如图所示为氢原子的部分能级图，下列说法正确的是（）A．氢原子从n=3能级跃迁到n=1能级时，电子动能和氢原子能量均减少B．用11eVC．大量处于n=4能级的氢原子自发跃迁时，可能辐射6种不同频率的光子D．玻尔提出的原子模型能解释所有原子的光谱【答案】C【详解】A．氢原子从n=3能级跃迁到n=1能级时，电子动能增大，氢原子能量减少，A错误；B．11eVC．大量处于n=4能级的氢原子自发跃迁时，可能辐射C4D．玻尔提出的原子模型只能解释氢原子光谱，不能解释其他原子的光谱，D错误。故选C。6．（2024·山东潍坊·三模）如图所示为氢原子能级图，用频率为ν的单色光照射大量处于基态的氢原子，氢原子辐射出频率分别为的ν1、ν2、ν3三种光子，且ν1<ν2<ν3。用该单色光照射到某新型材料上，逸出光电子的最大初动能与频率为ν2光子的能量相等。下列说法正确的是（

）A．ν3>ν1＋ν2 B．ν=ν1＋ν2＋ν3C．该单色光光子的能量为12.75eV D．该新型材料的逸出功为1.89eV【答案】D【详解】由题知，频率为ν的单色光照射大量处于基态的氢原子，氢原子辐射出频率分别为的ν1、ν2、ν3三种光子，且ν1<ν2<ν3，则说明hν=hν3=12.09eV，hν2=10.2eV，hν1=1.89eVA．则可知ν3=ν1＋ν2故A错误；BC．根据以上分析可知ν=ν3，且该单色光光子的能量为12.09eV，故BC错误；D．用该单色光照射到某新型材料上，逸出光电子的最大初动能与频率为ν2光子的能量相等，则由hν－W0=hν2解得W0=1.89eV故D正确。故选D。7．（2024·黑龙江·三模）在研究甲、乙两种金属的光电效应现象实验中，光电子的最大初动能Eₖ与入射光频率ν的关系如图所示，则下列说法正确的是（）A．甲金属的逸出功大于乙金属的逸出功B．两条图线与横轴的夹角α和β可能不相等C．若增大入射光的频率，则所需遏止电压随之增大D．若增大入射光的强度，但不改变入射光的频率，则光电子的最大初动能将增大【答案】C【详解】AB．根据爱因斯坦光电效应方程E可知光电子的最大初动能Ek与入射光频率ν的关系图像的斜率为普朗克常量hν所以两条图线的斜率一定相等，α和β一定相等，甲金属的逸出功小于乙金属的逸出功，A、B错误；C．根据E可知，增大入射光的频率，产生的光电子的最大初动能增大，再由e可知，所需遏止电压随之增大，C正确；D．根据光电效应规律可知，不改变入射光频率ν，只增大入射光的强度，则光电子的最大初动能不变，D错误。故选C。8．图像可以直观地反映物理量之间的关系。如图甲所示的是光电管中光电流与电压关系图像，图乙是c、d两种金属遏止电压与入射光频率之间的关系图像，下列说法正确的是（）A．甲图中，a光的波长大于b光的波长B．甲图中，a光的波长可能等于b光的波长C．乙图中，金属c的逸出功小于金属d的逸出功D．乙图中，金属c的逸出功可能等于金属d的逸出功【答案】C【详解】AB．由图可知，a光的截止电压大，根据逸出功表达式W可知a光频率大，a光波长短，故AB错误；CD．由光电效应方程可知E能量守恒有eU=有W当频率相等时，由于金属c截止电压大，所以c的逸出功小，故C正确，D错误。故选C。9．（2024·北京东城·二模）如图为氢原子能级的示意图，现有大量的氢原子处于n＝4的激发态，向低能级跃迁时辐射出若干不同频率的光。关于这些光，下列说法正确的是（）A．这些氢原子总共可辐射出3种不同频率的光B．粒子性最强的光是由n＝2能级跃迁到n＝1能级产生的C．最容易发生衍射的光是由n＝4能级跃迁到n＝1能级产生的D．这群氢原子发出的光子中，能量的最大值为12.75eV【答案】D【详解】A．这些氢原子总共可辐射出C种不同频率的光，故A错误；B．氢原子从m能级跃迁到n能级放出的能量Em−E粒子性最强的光，频率最大，光子能量最大，故粒子性最强的光是由n＝4能级跃迁到n＝1能级产生的，故B错误；C．最容易发生衍射的光波长最长，光频率最小，光子能量最小，是由n＝4能级跃迁到n＝3能级产生的，故C错误；D．这群氢原子发出的光子中，由n＝4能级跃迁到n＝1能级产生的光子能量最大，能量的最大值为E=故D正确。故选D。10．（2024·北京海淀·三模）在经典核式结构模型中，氢原子的电子围绕原子核做圆周运动。经典的电磁理论表明电子做加速运动会发射电磁波，同时电子的轨道半径逐渐减小（假设电子的每一圈运动轨道可近似视为圆周），电磁波的发射功率可表示为（拉莫尔公式）：P=2ke2a23c3，其中A．电磁波发射功率越来越小B．电子的动能变化量大于电势能的减少量C．电子发射的电磁波的波长越来越短D．电子的物质波的波长越来越长【答案】C【详解】A．根据牛顿第二定律ke2rB．根据ke2rE电子落到原子核上之前，电子轨道半径减小，动能增大，电势能减小，由于辐射能量