高三物理一轮复习：光电效应、波粒二象性

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

⑴能否发生光电效应，不取决于光的强度而取决于光的频率。

⑵光电效应中的“光”不是特指可见光，也包括不可见光。

⑶逸出功的大小由金属本身决定，与入射光无关。

⑷光电子不是光子，而是电子。

2.两条对应关系

⑴光强大一光子数目多一发射光电子多一光电流大；

⑵光子频率高一光子能量大一光电子的最大初动能大。

3.定量分析时应抓住三个关系式

⑴爱因斯坦光电效应方程：Ek=hv-WOo

⑵最大初动能与遏止电压的关系：Ek=eUco

(3)逸出功与极限频率的关系：WO=hvOo

4.区分光电效应中的四组概念

⑴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。

⑵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。

⑷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

里。

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4.5X1014

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用入=0.5um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

图象名称图线形状由图线直接（间接）得到的物理量

一①极限频率：图线与V轴交点的横坐标VC

最大初动能Ek与入射

②逸出功：图线与Ek轴交点的纵坐标的值

光频率V的关系图线

Wo=|-E|=E

③普朗克常量：图线的斜率k=h

③普朗克常量：图线的斜率k=h

颜色相同、强度不同的①遏止电压Uc:图线与横轴的交点

——N-----强光（黄）

光，光电流与电压的关4.7^弱光（黄）②饱和光电流Im:电流的最大值

系③最大初动能：Ekm=eUc

U

i③最大初动能：Ej^neUc

①遏止电压Ucl.Uc2

颜色不同时，光电流与

黄光

②饱和光电流

D—蓝光

电压的关系/C-

③最大初动能Ekl=eUcl,Ek2=eUc2

u

4T-0③最大初动能Eg=eUi,E=eU

ck2c2

①截止频率vc: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，即卜=1^。（注：此时两极之间

遏止电压Uc与入射光接反向电压）

频率V的关系图线③普朗克常量h:等于图线的斜率与电子

1Z.电量的乘积，即卜=1^。（注：此时两极之

间接反向电压）

③普朗克常量h：等于图线的斜率与电子电

量的乘积，即卜=1^。（注：此时两极之间

接反向电压）

1.[Ek—v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Ekm与入射光频率v的关系如图

所示，其中vO为极限频率。从图中可以确定的是（）

A.逸出功与v有关B.Ekm与入射光强度成正比

C.当v<vO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UAK的关系图象中，正确的是（）

3.[Uc-v图象]在某次光电效应实验中，得到的遏止电压Uc与入射光的频率v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.ekebB.—ekebC.ek—ebD.—ek—eb

考点3光的波粒二象性、物质波

光既具有粒子内容说明

性，又具有波动

性，对波粒二象

性的理解

项目

(1)当光同物质发生作用时，这种作

用是“一份一份”进行的，表现出粒粒子的含义是“不连续的”、“一份

光的粒子性子性一份的"，光的粒子即光子

(2)少量或个别光子容易显示出光的

粒子性

(1)足够能量的光在传播时，表现出

波动的性质

(2)光是一种概率波，即光子在空间光的波动性是光子本身的一种属

各点出现的可能性大小(概率)可用波性，不是光子之间相互作用产生的，

光的波动性

动规律来描述光的波动性不同于宏观概念的波

(2)光是一种概率波，即光子在空间各

点出现的可能性大小(概率)可用波动

规律来描述

宏观世界：波和粒子是相互对立的概念

微观世界：波和粒子是统一的。光子说并未否定波动性，光子能量£=11丫

=,其中，V和入就是描述波的两个物理量

波和粒子

微观世界：波和粒子是统一的。光子说并未否定波动性，光子能量£=卜丫

的对立与

=，其中，V和入就是描述波的两个物理量

统一

微观世界：波和粒子是统一的。光子说并未否定波动性，光子能量£=卜丫

he

=V＞其中，v和入就是描述波的两个物理量

A

L［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，贝!］()

(a)(b)(c)

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7.73X1014Hz和5.44X1014Hz,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，分别用波长为人。、入1、入2的单色光做实验，已

知Al>A0>A2。当开关闭合后，用波长为A0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.若用波长为入1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v的光照射某金属时，产生光电子的最大初动能为Ekmo改为频率为2V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.Ekm—hvB.2EkmC.Ekm+hvD.Ekm+2hv

6.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5.0eV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1.5eV,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.1.5eVB.2.5eVC.3.5eVD.5.0eV

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鸨和锌的表面而产生光电效应，可得到光电子最大初动

能Ek随入射光频率v变化的Ek—v图象。已知鸨的逸出功是3.28eV,锌的逸出功是

3.34eV,若将二者的图线画在同一个Ek-v坐标系中，如图所示，用实线表示鸨，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

⑴从低能级（n小）典高能级（n大）一吸收能量。hv=En大一E»j、

（2）从高能级（n大）垣主低能级⑴小）一放出能量。hv=En大一En小

2.电离电离态：n=8,E=0

基态一电离态：E吸=0—（-13.6eV）=13.6eV电离能。

n=2一电离态：E吸=0-E2=3.4eV

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。

L［a粒子散射实验现象］（多选）根据a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a粒子散射图景，图中实线表示a粒子运动轨迹。其

中一个a粒子在从a运动到b、再运动到c的过程中，a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a粒子散射实验中发现了电子

B.a粒子出现较大角偏转的原因是a粒子接近原子核时受到的库仑斥力较大

C.a粒子出现较大角偏转的过程中电势能先变小后变大

D.a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hv=Em—En求得。若求波长可由

公式c=Av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)o

(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=C=o

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)a衰变和B衰变的比较

衰变类型a衰变廿衰变

衰变方程学X-汇2*Y+gHe学X一辑iY+_?e

2个质子和2个中子结合成一个整体射

中子转化为质子和电子

衰变实质出

2：H+2拉-»4He

匀强磁场中

轨迹形状oO

衰变规律电荷数守恒、质量数守恒

（2）Y射线：Y射线经常是伴随着a衰变或B衰变同时产生的。

2.三种

射线的

电离贯穿

成分和构成符号电荷量质量

能力本领

性质

名称

a射线氮核3He+2e4u最强最弱

]

B射线电子-?e—e1837U较强较强

Y射线光子Y00最弱最强

3.半衰期的理解

半衰期的公式：N余=?］原，111余=111原。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，t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.a、0和丫三种射线中，丫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570。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5700年

B.12c.i3c.i4c具有相同的中子数

C.14c衰变为14N的过程中放出B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a、0、丫射线的放射性物质放在铅盒底部，放射线穿

过窄孔。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。附近放一张薄纸，则图中四个示意图正确的是（）

P

p

X昌X

D

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a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15D.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

四种类型可控性核反应方程典例

类型

衰a衰变自发黄U—►葡Th+$He

变廿衰变自发物Th——►资Pa+_?e

VN+^He―-VO+1H

(卢瑟福发现质子)

/He+号Be—►%C+

(查德威克发现中子)

人工转变人工控制

%A1+或He―►鸨P+/n约里奥•居里夫妇发现放射

性同位素，同时发现正电

i°P—►得Si++?e子

比较容易贯U+拉一甯Ba+翡Kr+3将

重核裂变进行人工

错U+m一►臂Xe+需Sr+10拉

控制

轻核聚变很难控制汨+汨一《4He+拉

2.核能

(1)核子在结合成原子核时出现质量亏损Am,其能量也要相应减少，BPAE=Amc2o

(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Am,吸收的能量为AE=A

mc2o

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_计算质量利用AE=Amc2

应方程f亏损Am计算释放的核能

（1）根据AE=Amc2计算，计算时Am的单位是“kg”，c的单位是“m/s”，AE的单

位是“J”。

（2）根据AE=AmX931.5MeV计算。因1原子质量单位（u）相当于931.5MeV

的能量，所以计算时Am的单位是“u”，AE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.敏U-翎Th+gHe是a衰变B.个N+,He-gO+：H是廿衰变

C.?H+?H^He+Jn是轻核聚变D将Se—验Kr+2_?e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a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.钠原子核（Cs）的结合能小于铅原子核（Pb）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、中子和笊核的质量分别为ml.m2和m3,当一个质子和一个中子

结合成笊核时，释放的能量是（c表示真空中的光速）（）

A.（ml+m2—m3）cB.（ml—m2—m3）c

C.（ml+m2—m3）c2D.（ml—m2—m3）c2

4.［核能与动量守恒的综合］现有两动能均为E0=0.35MeV的H在一条直线上相向运

动，两个H发生对撞后能发生核反应，得到He和新粒子，且在核反应过程中释放的

能量完全转化为He和新粒子的动能。已知H的质量为2.0141u,He的质量为

3.0160u,新粒子的质量为1.0087u,核反应时质量亏损1u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H+H-He+HB.核反应前后不满足能量守恒定律

C.新粒子的动能约为3MeVD.He的动能约为4MeV

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ra的圆轨道自发地直接跃迁到另一

半径为rb的圆轨道上，ra>rb,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()

mmmm

AB与C—D-32

-716

3.已知氨原子的质量为MHeu,电子的质量为meu,质子的质量为mpu,中子的质量

为mnu,u为原子质量单位，且由爱因斯坦质能方程E=mc2可知：lu对应于931.5

MeV的能量，若取光速c=3X108m/s,则两个质子和两个中子聚变成一个氮核，释放

的能量为()

A.[2X(mp+mn)—MHe]X931.5MeVB.[2X(mp+mn+me)—MHe]X931.5

MeV

C.[2X(mp+mn+me)—MHe]Xc2JD.[2X(mp+mn)—MHe]Xc2J

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。核泄漏中的钵(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。已知钵的一种同位素Pu的半衰期为24100年，其衰变方程为

Pu—X+He+y,下列说法中正确的是()

A.X原子核中含有92个中子

B.100个Pu经过24100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.衰变发出的丫射线是波长很短的光子，具有很强的穿透能力

5.K一介子衰变的方程为K--泣一+兀0,其中K一介子和兀一介子带负的基元电荷，兀0

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,衰变后产生的兀一介子的轨迹为圆弧PB,两轨迹在P点相切，它们半径Rk—

与R兀一之比为2:lo兀0介子的轨迹未画出。由此可知兀一的动量大小与兀。的动量大小

A.1：1B.1：2D.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（）

A+1A-14A(A+1)2

A-A-1BC------------D2

-A+1(A+1)2-(A-1)

7.（多选）如图所示，为氢原子能级图，A.B.C分别表示电子三种不同能级跃迁时放出的光

)

eV

8—0

5

4-0.54

3C-0.85

-1.51