《备考指南一轮 物理 》课件-第12章 第1讲

原子与原子核第十二章主干内容学科素养光电效应1.近几年高考对于光电效应、氢原子的能级结构、核反应方程、核能的计算等的考查比较频繁．试题以对基础知识的考查为主，题目难度不会太大．2．对原子与原子核部分的考查将以选择题的形式出现．主要通过原子物理的各个概念、规律和微观物理观念考查“物理观念”素养．爱因斯坦光电效应方程氢原子光谱氢原子的能级结构、能级公式原子核的组成、放射性、原子核的衰变、半衰期放射性同位素核力、核反应方程结合能、质量亏损裂变反应和聚变反应、裂变反应堆射线的危害和防护第1讲光电效应波粒二象性【备考指南】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、截止频率、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．栏目导航01知识梳理回顾03核心素养提升02要点各个击破04配套训练知识梳理回顾11．光电效应在光的照射下物体发射电子的现象叫光电效应．发射出来的电子叫__________.如图所示装置中，用弧光灯照射锌板，有电子从锌板表面飞出，使原来不带电的验电器带正电．一光电效应光电子

2．光电效应的规律(1)任何一种金属都有一个_________________，入射光的频率ν必须大于这个极限频率(ν>ν0)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，只随着入射光________的增大而增大．(3)入射光照到金属上时，光电子的发射几乎是______的，一般不超过10－9s.(4)当入射光的频率大于极限频率时，光电流的强度与入射光的________成正比．极限频率ν0

频率瞬时强度3．爱因斯坦的光子说光的能量不是连续的，而是一份一份的，每一份叫做一个光子．光子的能量E跟光的频率ν成正比：E＝hν(h是普朗克常量)．4．爱因斯坦光电效应方程(1)最大初动能和逸出功金属表面的电子吸收光子后克服金属原子核的引力做功．直接从金属表面逸出的电子所具有的最大动能称为最大初动能．克服金属原子核的引力逃逸成为光电子所做的功的__________叫逸出功．(2)光电效应方程：________________，hν极限＝W0(Ek是光电子的最大初动能，W0是________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)．最小值

Ek＝hν－W0

逸出【对点小练】1．(2020届北京名校二模)用某种频率的光照射锌板使其发射出光电子．为了增大光电子的最大初动能，下列措施可行的是(

)A．增大入射光的强度B．增加入射光的照射时间C．换用频率更高的入射光照射锌板D．换用波长更长的入射光照射锌板【答案】C【解析】根据光电效应方程Ekm＝hν－W0，光电子的最大初动能与入射光的强度、照射时间无关．入射光的频率越高，或波长越短，光电子的最大初动能越大，选项C正确，A、B、D错误．2．(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(

)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【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．1．光的波粒二象性(1)光的干涉、衍射、偏振现象证明光具有_______性．(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___________性．二光的波粒二象性波动粒子性波粒二象大小【对点小练】1．(2020届沈阳名校模拟)下列关于光的波粒二象性的说法正确的是(

)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．大量光子产生的效果往往显示粒子性【答案】C【解析】光既是波又是粒子，选项A错误．光子不带电，没有静止质量，而电子带负电，有质量，选项B错误．光的波长越长，其波动性越显著；波长越短，其粒子性越显著，选项C正确．个别光子的作用效果往往表现为粒子性，大量光子的作用效果往往表现为波动性，选项D错误．要点各个击破2要点1对光电效应规律的理解1．爱因斯坦光电效应方程Ek＝hν－W0.hν为光子的能量，W0为逸出功，Ek为光电子的最大初动能．2．光子说对光电效应的解释注意：光电效应中的光包括不可见光．

由发生光电效应的条件为ν＞ν0可知道a光、b光的频率大小关系．再通过电子的运动方向判断出电流的方向．【答案】D【解析】用一定频率的a单色光照射光电管时，由电流表指针会发生偏转知νA＞ν0.a光的波长小于b光的波长，选项A错误．发生光电效应的条件νb＞ν0，增加b光的强度不能使电流计G的指针发生偏转，选项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，所以流过电流表G的电流方向是c流向d，选项C错误．增加a光的强度可使通过电流计G的电流增大，选项D正确．【答案】B【解析】用紫外线照射锌板，锌板失去电子带正电．验电器与锌板相连，则验电器的金属球和金属指针带正电，选项A错误．根据光电效应的条件可知产生光电效应与光的强度无关．若改用强度更小的紫外线照射锌板，验电器的指针也会偏转，选项B正确．根据光电效应的条件可知，若改用红外线照射锌板，不一定能发生光电效应，所以验电器的指针不一定会发生偏转，选项C错误．光电效应说明光具有粒子性，选项D错误．要点2光电效应方程的应用爱因斯坦建立了光电效应方程：光电子的最大初动能Ek＝hν－W0.ν为入射光频率，h为普朗克常量，W0为金属的逸出功．由Ek－ν图像(如图所示)可以得到的物理量：(1)极限频率：图线与ν轴交点的横坐标ν0.(2)逸出功：图线与Ek轴交点的纵坐标的值W0＝E.(3)普朗克常量：图线的斜率k＝h.例2

(2019年南平一模)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Ek与入射光频率ν的关系图像．图线与横轴的交点坐标为(a,0)，与纵轴的交点坐标为(0，－b)．下列说法正确的是(

)

根据光电效应方程得出最大初动能与入射光频率的关系，再结合图线的斜率和截距进行分析．【答案】B练2

(多选)(2020届内蒙名校月考)用如图甲所示的电路研究光电效应中光电流强度与照射光的强弱、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A、K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更强些B．单色光a和c的频率相同，但a更弱些C．单色光b的频率大于a的频率D．改变电源的极性不可能有光电流产生【答案】AC要点3光的波粒二象性光既具有波动性，又具有粒子性．两者不是孤立的，而是有机的统一体，其表现规律为：1．从数量上看：个别光子的作用效果往往表现为粒子性；大量光子的作用效果往往表现为波动性．2．从频率上看：频率越低波动性越显著，越容易看到光的干涉和衍射现象；频率越高粒子性越显著，越不容易看到光的干涉和衍射现象，贯穿本领越强．3．从传播与作用上看：光在传播过程中往往表现出波动性；在与物质发生作用时往往表现为粒子性．5．理解光的波粒二象性时不可把光当成宏观概念中的波，也不可把光当成宏观概念中的粒子．例3

(2019届奉贤区二模)下列哪一组实验能说明光具有波粒二象性(

)A．光的双缝干涉和光的单缝衍射现象B．泊松亮斑和光电效应现象C．光的反射和光的薄膜干涉现象D．光电效应和光的直进现象【答案】B【解析】光的干涉和衍射是波特有的现象，能说明光具有波动性，不能说明其粒子性，故A错误．泊松亮斑是由于光的衍射形成的，说明光具有波动性．而光电效应说明光具有粒子性，故B正确．光的薄膜干涉现象说明光具有波动性．而光的反射不能说明其具有粒子性，波也能反射，故C错误．光电效应能说明光具有粒子性，而光的直进现象不能说明波动性，粒子也能直进，故D错误．练3

(多选)关于物质的波粒二象性，下列说法中正确的是(

)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【答案】ABC【解析】波粒二象性是微观世界特有的规律，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，A正确；由于微观粒子的运动遵循不确定关系，所以运动的微观粒子与光子一样，当它们通过一个小孔发生衍射时，都没有特定的运动轨道，B正确；波粒二象性适用于微观高速领域，故C正确；虽然宏观物体运动形成的德布罗意波的波长太小，很难被观察到，但它仍有波粒二象性，D错误．德布罗意波假说(物质波)是光的波粒二象性的一种推广，使之包含了物质粒子，即光子和实物粒子都具有粒子性，又都具有波动性．与光子对应的波是电磁波，与实物粒子对应的波是德布罗意波．核心素养提升3正确理解光电效应中的五组概念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．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，光子的能量全部被电子吸收．电子吸收光子的能量，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，需克服原子核的引力做功，才具有最大初动能．光电子的初动能小于等于光电子的最大初动能．3．光子的能量与入射光的强度光子的能量即每个光子的能量，其值为E＝hν(ν为光子的频率)，其大小由光的频率决定．入射光的强度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光子能量与入射光子数的乘积．4．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，这个饱和值就是饱和光电流．在一定的光照条件下，饱和光电流与所加电压大小无关．5．光的强度与饱和光电流饱和光电流与入射光强度成正比的规律是对频率相同的光照射金属产生光电效应而言的．对于不同频率的光，由于每个光子的能量不同，饱和光电流与入射光强度之间没有简单的正比关系．例1

(多选)对光电效应的理解正确的是(

)A．金属钠的每个电子可以吸收一个或一个以上的光子．当电子积累的动能足够大时，就能逸出金属B．如果入射光子的能量小于金属表面的电子克服原子核的引力而逸出时所需要做的最小功，便不能发生光电效应C．发生光电效应时，入射光越强，光子的能量就越大，光电子的最大初动能就越大D．由于不同金属的逸出功是不相同的，因此使不同金属产生光电效应时，入射光的最低频率也不同【答案】BD【解析】按照爱因斯坦的光子说，光子的能量由光的频率决定，与光强无关，入射光的频率越大，发生光电效应时产生的光电子的最大初动能越大；但要使电子离开金属，电子必须具有足够的动能，而电子增加的动能只能来源于照射光的光子能量，且一个电子只能吸收一个光子，不能同时吸收多个光子，所以光子的能量小于某一数值时便不能产生光电效应现象；电子从金属表面逸出时所做的功应大于克服原子核的引力而需要做的功的最小值．综上所述，选项B、D正确．例2

(多选)光电效应实验的装置如图所示．用弧光灯照射锌板，验电器指针张开一