第1讲　光电效应和波粒二象性

6/8课标要求备考策略1.了解人类探索原子及其结构的历史。知道原子的核式结构模型。通过对氢原子光谱的分析，了解原子的能级结构。2.了解原子核的组成和核力的性质。知道四种基本相互作用。能根据质量数守恒和电荷数守恒写出核反应方程。3.了解放射性和原子核衰变。知道半衰期及其统计意义。了解放射性同位素的应用，知道射线的危害与防护。4.认识原子核的结合能，了解核裂变反应和核聚变反应。关注核技术应用对人类生活和社会发展的影响。5.通过实验，了解光电效应现象。知道爱因斯坦光电效应方程及其意义。能根据实验结论说明光的波粒二象性。6.知道实物粒子具有波动性，了解微观世界的量子化特征。体会量子论的建立对人们认识物质世界的影响光电效应现象与光电效应方程的应用、原子核式结构、氢原子光谱规律、能级跃迁、核衰变与核反应方程、核能与爱因斯坦质能方程是近几年高考的命题热点。复习过程中加强对α粒子散射实验的理解，深刻理解氢原子的能级结构及光电效应方程；加强对核反应方程特别是衰变的理解；强化对核能、质能方程的理解和应用第1讲光电效应和波粒二象性考点一黑体辐射及实验规律1.热辐射（1）定义：周围的一切物体都在辐射，这种辐射与物体的有关，所以叫热辐射。（2）特点：热辐射强度按波长的分布情况随物体的不同而有所不同。2.黑体、黑体辐射的实验规律（1）黑体：能够入射的各种波长的电磁波而不发生反射的物体。（2）黑体辐射的实验规律：①对于一般材料的物体，辐射电磁波的情况除了与有关，还与材料的及表面状况有关；②黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的有关。随着温度的升高，一方面，各种波长的辐射强度都有，另一方面，辐射强度的极大值向波长较的方向移动，如图。3.能量子（1）定义：普朗克认为，当带电微粒辐射或吸收能量时，只能辐射或吸收某个最小能量值ε的，这个不可再分的最小能量值ε叫作能量子。（2）能量子大小：ε＝，其中ν是带电微粒吸收或辐射电磁波的频率，h称为普朗克常量。h＝6.626×10－34J·s（一般取h＝6.63×10－34J·s）。1.【黑体和黑体辐射】关于黑体与黑体辐射，下列说法正确的是（）A.一般物体辐射电磁波的情况与温度无关，只与材料的种类及表面情况有关B.黑体能完全吸收入射的各种波长的电磁波而不发生反射，所以看起来是黑色的C.随着温度的升高，黑体辐射电磁波的辐射强度将会增加D.黑体辐射随着温度的升高，辐射强度的极大值向波长较长的方向移动2.【黑体辐射的规律】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（）3.【能量子公式ε＝hν的应用】（2022·江苏高考4题）上海光源通过电子—光子散射使光子能量增加，光子能量增加后（）A.频率减小 B.波长减小C.动量减小 D.速度减小考点二光电效应1.光电效应及其规律（1）光电效应现象照射到金属表面的光，能使金属中的从表面逸出，这个现象称为光电效应，这种电子常称为。（2）光电效应的产生条件入射光的频率金属的截止频率。（3）光电效应规律①每种金属都有一个截止频率νc，入射光的频率必须这个截止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，只随入射光的增大而增大。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或等于截止频率时，在光的颜色不变的情况下，入射光越强，饱和电流越大，逸出的光电子数越，逸出光电子的数目与入射光的强度成正比，饱和电流的大小与入射光的强度成。2.爱因斯坦光电效应方程（1）光电效应方程①表达式：hν＝Ek＋W0或Ek＝。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。（2）逸出功W0：电子从金属中逸出所需做功的，W0＝hνc＝hcλ（3）最大初动能：发生光电效应时，金属表面上的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。▢判断小题1.光子和光电子都不是实物粒子。（）2.只要入射光的强度足够大，就可以使金属发生光电效应。（）3.要使某金属发生光电效应，入射光子的能量必须大于或等于该金属的逸出功。（）4.光电子的最大初动能与入射光子的频率成正比。（）1.光电效应的两条分析思路2.光电效应中三个重要关系式（1）爱因斯坦光电效应方程：Ek＝hν－W0。（2）光电子的最大初动能Ek与遏止电压Uc的关系：Ek＝eUc。（3）逸出功W0与截止频率νc的关系：W0＝hνc。3.四点提醒（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。【例1】（2024·山西太原模拟）如图所示，在研究光电效应的实验中，保持P的位置不变，用单色光a照射阴极K，电流计G的指针不发生偏转；改用另一频率的单色光b照射阴极K，电流计G的指针发生偏转，那么（）A.增加单色光a的强度一定能使电流计的指针发生偏转B.用单色光b照射时通过电流计的电流由d到cC.只增加单色光b的强度一定能使通过电流计的电流增大D.单色光a的波长一定小于单色光b的波长听课记录1.【光电效应的分析】1887年赫兹发现了光电效应现象；1905年爱因斯坦用光量子理论对光电效应进行了全面的解释。现在利用光电效应原理制成的光电器件已经被广泛应用于生产、生活、军事等领域。用如图所示电路图研究光电效应，用频率为ν的单色光照射光电管，能发生光电效应现象，则（）A.此电路可用于研究光电管的饱和电流B.用频率小于ν的单色光照射阴极K时，金属的截止频率不同C.增加入射光的强度，遏止电压Uc不变D.滑动变阻器滑片P从左端缓慢向右移动时，电流表示数逐渐增大2.【光电效应方程的应用】某金属在一束单色光的照射下发生光电效应，光电子的最大初动能为Ek，已知该金属的逸出功为W0，普朗克常量为h。根据爱因斯坦的光电效应理论，该单色光的频率ν为（）A.EkhC.Ek－W3.【光电效应规律的综合】如图所示，分别用波长为λ、2λ的光照射光电管的阴极K，对应的遏止电压之比为3∶1，则光电管的极限波长是（）A.2λ B.3λC.4λ D.6λ考点三光电效应中常见的四类图像图像名称图线形状获取信息最大初动能Ek与入射光频率ν的关系①截止频率νc：图线与ν轴交点的横坐标②逸出功W0：图线与Ek轴交点的纵坐标的绝对值W0＝｜－E｜＝E③普朗克常量h：图线的斜率k＝h遏止电压Uc与入射光频率ν的关系①截止频率νc：图线与横轴的交点的横坐标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荷量的乘积，即h＝ke（注：此时两极之间接反向电压）颜色相同、强度不同的光，光电流与电压的关系①遏止电压Uc：图线与横轴的交点的横坐标②饱和电流：电流的最大值③最大初动能：Ek＝eUc颜色不同时，光电流与电压的关系①遏止电压Uc1、Uc2②饱和电流③最大初动能Ek1＝eUc1，Ek2＝eUc2Uc-ν图像【例2】密立根于1916年发表的钠金属光电效应的遏止电压Uc与入射光频率ν的实验曲线，如图所示该实验直接证明了爱因斯坦光电效应方程，并且第一次利用光电效应实验测定了普朗克常量h。由图像可知（）A.钠的逸出功为hνc B.钠的截止频率为8.5×1014HzC.图中直线的斜率为普朗克常量h D.遏止电压Uc与入射光频率ν成正比听课记录Ekm-U图像【例3】如图所示，分别用1、2两种材料作K极进行光电效应探究，其截止频率ν1＜ν2，保持入射光不变，则光电子到达A极时动能的最大值Ekm随电压U变化关系的图像是（）I-U图像【例4】研究光电效应的电路如图甲所示，用蓝光、较强的黄光和较弱的黄光分别照射密封真空管中的金属极板K，极板发射出的光电子在电路中形成的光电流I与A、K之间的电压U的关系图像如图乙所示。关于1、2、3三条曲线，下列说法正确的是（）A.2、3为用黄光照射时得到的曲线，曲线2对应的黄光较强B.1、3为用黄光照射时得到的曲线，曲线1对应的黄光较强C.当滑动变阻器的滑片在最左端时，电流表示数一定为零D.电压表示数越大，则光电流越大，截止频率越小听课记录考点四光的波粒二象性与物质波1.光的波粒二象性（1）光的干涉、衍射、偏振现象证明光具有。（2）光电效应说明光具有。（3）光既具有波动性，又具有粒子性，称为光的。2.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的地方，暗条纹是光子到达概率的地方，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λ＝hp，p为运动物体的动量，h▢判断小题1.光的频率越高，光的粒子性越明显，但仍具有波动性。（）2.法国物理学家德布罗意大胆预言了实物粒子在一定条件下会表现为波动性。（）1.【光和实物粒子的波粒二象性】图甲是用很弱的光做双缝干涉实验得到的不同数量的光子照射到感光胶片上的照片。图乙是1927年戴维森和G.P.汤姆孙分别完成的电子衍射实验简化图，该实验是荣获诺贝尔奖的重大近代物理实验之一。关于这两个图片，下列说法中正确的是（）A.图甲这些照片说明光只有粒子性没有波动性 B.图甲这些照片说明光只有波动性没有粒子性C.图乙中该实验再次说明光子具有波动性 D.图乙中该实验说明实物粒子具有波动性2.【物质波】已知普朗克常量h＝6.63×10－34J·s，电子的质量为9.11×10－31kg，一个电子和一滴直径约为4μm的油滴具有相同动能，则电子与油滴的德布罗意波长之比的数量级为（已知油的密度ρ＝0.8×103kg/m3）（）A.10－8 B.106C.108 D.10163.【实物粒子的波粒二象性】（多选）