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(共48张PPT)
第十三章
近代物理初步
课标要求 热点考向
1.了解微观世界中的量子化现象.比较宏观物体和微观粒子
的能量变化特点.体会量子论的建立深化了人们对于物质
世界的认识
2.通过实验了解光电效应.知道爱因斯坦光电方程以及意义
3.了解康普顿效应
4.根据实验说明光的波粒二象性.知道光是一种概率波
5.知道实物粒子具有波动性.知道电子云.初步了解不确定
性关系 1.光电效应现象
与光电效应方
程的应用
2.原子核式结构
课标要求 热点考向
6.通过典型事例了解人类直接经验的局限性.体会人类对世
界的探究是不断深入的
7.了解人类探索原子结构的历史以及有关经典实验
8.通过对氢原子光谱的分析，了解原子的能级结构
9.知道原子核的组成.知道放射性和原子核的衰变.会用半
衰期描述衰变速度，知道半衰期的统计意义
10.了解放射性同位素的应用.知道射线的危害和防护 3.氢原子光谱规
律、能级跃迁
4.核衰变与核反
应方程
(续表)
课标要求 热点考向
11.知道核力的性质.能简单解释轻核与重核内中子数、质子
数具有不同比例的原因.会根据质量数守恒和电荷守恒写
出核反应方程
12.认识原子核的结合能.知道裂变反应和聚变反应.关注受
控聚变反应研究的进展
13.知道链式反应的发生条件.了解裂变反应堆的工作原理.
了解常用裂变反应堆的类型.知道核电站的工作模式
14.通过核能的利用，思考科学技术与社会的关系
15.初步了解恒星的演化.初步了解粒子物理学的基础知识 5.核能与爱因斯
坦质能方程
(续表)
第1节
光电效应
波粒二象性
一、光电效应
1.光电效应.
如图所示，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________.
光电子
条件 任何一种金属都有一个极限频率ν0，入射光的频率ν>______，才能产生光电效应
最大
初动能 光电子的最大初动能与入射光的强度______关，随入射光频率的增大而增大
发生时间 入射光照到金属上时，光电子的发射几乎是_______的，一般不超过10－9 s
光电流
强度 当入射光的频率大于极限频率时，入射光越强光电流
________
2.光电效应的规律.
ν0
无
瞬时
越大
说明：(1)遏止电压：使________减小到零的反向电压 Uc.
(2)截止频率：能使某种金属发生光电效应的________频率叫
做该种金属的截止频率(又叫极限频率).不同的金属对应着不同的
极限频率.
光电流
最小
不是
hν
3.爱因斯坦的光子说：光的能量________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＝________(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出而成为光电子所做的功的最小值叫
________.
逸出功
Ek＝hν－W0
(2)光电效应方程：______________，hν极限 ＝W0.(Ek 是光电子
的最大初动能；W0 是逸出功，即从金属表面直接飞出的光电子克
服原子核的引力所做的功).
二、光的波粒二象性
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.
任何一个运动着的物体，小到微观粒子、大到宏观物体，都
克常量.
波动性
粒子性
波粒二象性
3.概率波.
光的干涉现象是大量光子的运动遵循波动规律的表现，亮条
纹是光子到达概率大的地方，暗条纹是光子到达概率小的地方，
因此光波又叫概率波.
【基础自测】
1.判断下列题目的正误.
(1)光子和光电子都是实物粒子.(
)
(2)只要入射光的强度足够强，时间足够长，就可以使金属发
生光电效应.(
)
(3)若红光能使某金属发生光电效应，则紫光必然能使该金属
发生光电效应(
)
(4)光电效应方程 Ek＝hν－W0 中，ν为入射光子的频率不是金
属的极限频率.(
)
(5)光的频率越高，光的粒子性越明显，但仍具有波动性.(
)
答案：(1)×　(2)×　(3)√　(4)√　(5)√
2.(2023 年吉林白山一模)用甲、乙两种单色光分别照射锌板，
都能发生光电效应.已知乙光的频率是甲光频率的 2 倍，用甲光照
射锌板逸出的光电子的最大初动能为 Ek，用乙光照射锌板逸出的
光电子的最大初动能为 3Ek，则锌板的逸出功为(
)
解析：根据爱因斯坦光电效应方程有 Ek ＝hν －W0 ，3Ek ＝
2hν－W0，解得 W0＝Ek，选 A.
答案：A
3.(2025 年甘肃兰州一模)已知一个激光发射器功率为 P，发射
)
波长为λ的光，光速为 c，普朗克常量为 h，则(
答案：A
4.(多选)下列有关光的波粒二象性的说法中，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.康普顿效应表明光具有粒子性
答案：CD
热点 1 光电效应
[热点归纳]
1.光电效应的研究思路.
(1)两条线索：
(2)两条对应关系：
(3)三点提醒：
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.
2.定量分析光电效应时应抓住的三个关系式.
(1)爱因斯坦光电效应方程：Ek＝hν－W0.
(2)最大初动能与遏止电压的关系：Ek＝eUc.
3.光电管上加正向与反向电压情况分析.
(1)光电管加正向电压情况(图甲).
①P 右移时，参与导电的光电子数增加；
②P 移到某一位置时( 电压增大到一定程
度，越来越接近饱和，是一个无限接近的值)，
所有逸出的光电子恰好都参与了导电，光电流
恰好达到最大值；
③P 再右移时，光电流不再增大.
(2)光电管加反向电压情况(图乙).
①P 右移时，参与导电的光电子数减少；
②P 移到某一位置时，所有逸出的光电子
恰好都不参与导电，光电流恰好为 0，此时光
电管两端加的电压为遏止电压；
③P 再右移时，光电流始终为 0.
考向 1 光电效应现象
【典题1】(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.有光电子从锌板逸出
C.验电器指针张开一个角度
D.锌板带负电
解析：用紫外线照射锌板是能够发生光电效应的，锌板上的
电子吸收紫外线的能量从锌板表面逸出，称之为光电子，A 错误，
B 正确.锌板与验电器相连，带有相同电性的电荷，锌板失去电子
应该带正电，且失去电子越多，带正电的电荷量越多，验电器指
针张角越大，C 正确，D 错误.
答案：BC
思路导引
发生光电效应，从锌板上溢出的是吸收了光子的
电子——光电子，锌板失去电子带正电，而验电器与锌板相连，
二者带同种电荷，并非溢出的光电子飞到验电器上.
考向 2 光电效应的规律
【典题2】(2024 年海南卷)利用如图所示的装置研究光电效
应，闭合单刀双掷开关S接 1，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 e，普朗克常量为 h，下列说法正确的是(
)
A.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 U
C.其他条件不变，使开关接 2，电流表示数仍为零
D.光电管阴极材料的截止频率νc＝ν1－
eU1
h
，D 正确.
解析：当开关 S 接 1 时，由爱因斯坦光电效应方程 eU1＝
hν1－W0，其他条件不变时，增大光强，电压表的示数不变，A 错
误；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
U，B 错误；其他条件不变时，使开关 S 接 2，此时 hν1＞W0 可发
生光电效应，故电流表示数不为零，C 错误；根据爱因斯坦光电
效应方程eU1＝hν1－W0，其中W0＝hνc，联立解得，光电管阴极材
料的截止频率为νc＝ν1－
eU1
h
答案：D
图像名称 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轴交点的纵坐标的绝对值W0＝ |－E|＝E；
③普朗克常量：图线的斜率k＝h
热点 2 光电效应与图像的综合
图像名称 图线形状 由图线直接(间接)得到的物理量
颜色相同、强弱不
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；
②饱和光电流Im：电流的最大值；
③最大初动能：Ekm＝eUc
(续表)
图像名称 图线形状 由图线直接(间接)得到的物理量
颜色不同时，光电
流与电压的关系 ①遏止电压Uc1、Uc2；
②饱和光电流；
③最大初动能Ek1＝eUc1、Ek2＝eUc2
(续表)
图像名称 图线形状 由图线直接(间接)得到的物理量
遏止电压Uc与入射光频率ν的关系图线 ①截止频率ν0：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荷量的乘积，即h＝ke
(注：此时两极之间接反向电压)
(续表)
考向 1 光电效应的 Ek-ν图像
【典题 3】(多选，2022 年广东珠海模拟)在研究甲、乙两种金
属光电效应现象的实验中，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(　　)
A.两条图线与横轴的夹角α和β可能不相等
B.若增大入射光频率ν，则所需的遏止电压 Uc 随之增大
C.若某一频率的光可以使乙金属发生光电效应，则一定也能
使甲金属发生光电效应
D.若增加入射光的强度，不改变入射光频率ν，则光电子的最
大初动能将增大
解析：根据爱因斯坦光电效应方程 Ek＝hν－W0 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
h，所以两条图线的斜率一定相等，α和β一定相等，A 错误.由 Ek
＝hν－W0可知，若增大入射光的频率ν，则产生的光电子的最大初
动能增大.由 eUc＝Ek 可知，若增大入射光频率ν，则所需的遏止电
压 Uc 将增大，B 正确.光电子的最大初动能 Ek 与入射光频率ν的关
系图像与横轴的截距等于金属的逸出功 W0 与普朗克常量 h 的比
值，由图像可知甲的逸出功较小，因此某一频率的光可以使乙金
属发生光电效应，则一定能使甲金属发生光电效应，C 正确.根据
光电效应规律，若不改变入射光频率ν，而增加入射光的强度，则
光电子的最大初动能不变，D 错误.
答案：BC
考向 2 光电效应的I-U 图像
【典题4】(多选，2025 年浙江杭州一模)图甲所示实验装置中
阴极 K 由金属 M 制成，由此装置测出金属 M 的遏止电压 Uc 与入
射光的频率ν关系如图乙所示.已知普朗克常量 h＝6.626×10-34 J·s.
下列说法正确的是(
)
甲
乙
A.测量遏止电压时应将图甲中滑片 P 向 a 端移动
B.乙图中直线的斜率为普朗克常量 h
C.由图乙可知金属 M 的逸出功约为 4.27 eV
D.图乙中 A 点对应的入射光光子动量大小数量级为 10-27 kg·m/s
答案：AD
思路导引 遏止电压与入射光的频率有关，与光的强度无关，
对同样频率的光，饱和光电流，与光子个数成正比，即与光的强
度成正比.
考向 3 光电效应的 Uc-ν图像
【典题5】(2024 年浙江湖州二模)用各种频率的光照射两种金
属材料得到遏止电压 Uc 随光的频率ν变化的两条图线 1、2，图线
上有 P 和 Q 两点.下列说法正确的是(
)
A.图线 1、2 一定平行
B.图线 1 对应金属材料的逸出功大
C.照射同一金属材料，用 Q 对应的光比 P 对应的光产生的饱
和电流大
D.照射同一金属材料，用 P 对应的光比 Q 对应的光溢出的电
子初动能大
解析：根据光电效应方程可得 Ek＝hν－W0，Ek＝eUc，可得
A 正确；结合图线可知，图线 2 对应金属材料的逸出功大，B 错
误；P 光对应的频率较小，当不能确定光的强度，所以不可以确
定饱和光电流的大小，C 错误；P 光对应的频率较小，Q 光的频率
较大，所以照射同一金属材料，用 Q 对应的光比 P 对应的光溢出
的电子初动能大，D 错误.
答案：A
思路导引
由光电效应方程可求光电子的最大初动能，但
这不是求光电子最大初动能的唯一途径，也可以应用动能定理
求得.
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
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
热点 3 光的波粒二象性与物质波
[热点归纳]
1.对光的波粒二象性的理解.
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
用时往往表现出粒子性
波动性与
粒子性的
统一 h
由光子的能量ε＝hν、光子的动量表达式 p＝ 也可以
λ
看出，光的波动性和粒子性并不矛盾，表示粒子性的
能量和动量的计算式中都含有表示波的特征的物理
量——频率ν和波长λ
(续表)
2.物质波.
(1)定义：任何运动着的物体都有一种波与之对应，这种波叫
做物质波，也叫德布罗意波.
【典题 6】质量为 m 的粒子原来的速度为 v，现将粒子的速度
增大为 2v，则描写该粒子的物质波的波长将(粒子的质量保持不变)
(
)
A.保持不变
B.变为原来波长的两倍
C.变为原来波长的一半
D.变为原来波长的 倍
答案：C
【迁移拓展】(2022 年全国乙卷)一点光源以 113 W 的功率向
周围所有方向均匀地辐射波长约为 6 ×10 －7 m 的光，在离点光
源距离为 R 处每秒垂直通过每平方米的光子数为 3×1014 个.普朗
克常量为 h＝6.63×10-34 J·s.R 约为( )
A.1 × 102 m B.3 × 102 m
C.6 × 102 m D.9 × 102 m
频率有以下关系c＝λν，光源每秒发出的光子的个数为 n＝ ＝
解析：一个光子的能量为 E＝hν，ν为光的频率，光的波长与
P
hν
Pλ
hc
，
P 为光源的功率，光子以球面波的形式传播，那么以光源为原点
的球面上的光子数相同，此时距光源的距离为 R 处，每秒垂直通
过每平方米的光子数为 3 × 1014 个，那么此处的球面的表面积为
答案：B
思路导引
建立一球体模型，认为球心处的光源放出的能量
均匀分布在半径为 R 的球面上，每个光子为一个能量子，根据在
一秒钟的时间内所有光子的总能量数值上等于光源的功率求得半
径 R.

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