资源简介

一、考情分析
1．从近几年高考试题来看，高考对本章内容的考查涉及的考点较多，具有不确定性．考题可能根据某一考点命题，也可以同时涉及多个考点，题型为选择题的几率很高，很少出现计算题．
2．从整体命题趋势上看，高考对本部分的命题基本会保持原有命题思路，仍将以光电效应、能级跃迁、核反应方程、核能的分析与计算为命题重点，在复习中应多加关注．
二、知识特点
1．本单元内容是近代物理的基础知识，比较抽象，难于理解，但高考要求以识记为主．
2．本单元知识线索：
(1)以光电效应的发现为主线把爱因斯坦的光电效应方程、光的波粒二象性、物质波等内容串联起来．
(2)以汤姆孙发现电子为主线把原子的核式结构、玻尔的原子理论、能级等内容串联起来．
(3)以天然放射性现象的发现为主线把原子核的组成、衰变、探测射线的方法、放射性的应用与防护、核反应、核能、裂变、轻核的聚变等内容串联起来．
三、复习方法
1．全面复习．根据考纲要求，全面复习本单元的知识点，做到不遗漏考点．
2．重点突出．对重点知识如光电效应、能级跃迁、衰变、质量亏损、结合能等要深入理解，加强练习，熟练解决各种问题．
第1讲　波粒二象性
考纲考情 核心素养
?光电效应Ⅰ ?爱因斯坦光电效应方程Ⅱ ?光电效应、光电子、饱和光电流、遏止电压、截止频率、逸出功、德布罗意波的概念．
?爱因斯坦光电效应方程．
?光和实物粒子的波粒二象性. 物理观念
全国卷5年4考 高考指数★★★★★ ?能用光电效应的规律解释光电效应现象．
?会用爱因斯坦光电效应方程求解相关物理量. 科学思维
　　　　　　　　　　　　　　　　
知识点一　　光电效应
1．光电效应现象：在光的照射下金属中的电子从金属表面逸出的现象，称为光电效应，发射出来的电子称为光电子．
2．光电效应的四个规律
(1)每种金属都有一个极限频率．
(2)光子的最大初动能与入射光的强度无关，只随入射光的频率增大而增大．
(3)光照射到金属表面时，光电子的发射几乎是瞬时的．
(4)光电流的强度与入射光的强度成正比．
知识点二　　爱因斯坦光电效应方程
1．光子说
在空间传播的光是不连续的，而是一份一份的，每一份叫做一个光的能量子，简称光子，光子的能量ε＝hν.其中h＝6.63×10－34 J·s.(称为普朗克常量)
2．逸出功W0
使电子脱离某种金属所做功的最小值．
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．爱因斯坦光电效应方程
(1)表达式：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光电子的最大初动能Ek＝mev2.
知识点三　　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波动性．
(2)光电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．
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．
(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＝，p为运动物体的动量，h为普朗克常量．
1．思考判断
(1)只要光照射的时间足够长，任何金属都能产生光电效应．(　×　)
(2)光电子就是光子．(　×　)
(3)极限频率越大的金属材料逸出功越大．(　√　)
(4)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．(　×　)
(5)入射光的频率越大，逸出功越大．(　×　)
(6)光电效应说明了光具有粒子性，证明光的波动说是错误的．(　×　)
2.(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(　BC　)
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
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，故选项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，故选项C正确，D错误．
3．(多选)在光电效应实验中，用频率为ν的光照射光电管阴极，发生了光电效应，下列说法正确的是(　AD　)
A．增大入射光的强度，光电流增大
B．减小入射光的强度，光电效应现象消失
C．改用频率小于ν的光照射，一定不发生光电效应
D．改用频率大于ν的光照射，光电子的最大初动能变大
解析：增大入射光强度，单位时间内照射到单位面积上的光子数增加，则光电流将增大，故选项A正确；光电效应是否发生取决于入射光的频率，而与入射光强度无关，故选项B错误；用频率为ν的光照射光电管阴极，发生光电效应，用频率小于ν的光照射时，若光的频率仍大于极限频率，则仍会发生光电效应，选项C错误；根据hν－W逸＝mv2可知，增大入射光频率，光电子的最大初动能也增大，故选项D正确．
4．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(　B　)
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
解析：同一种单色光照射不同的金属，入射光的频率和光子能量一定相同，金属逸出功不同，根据光电效应方程Ekm＝hν－W0知，最大初动能不同，则遏止电压不同；同一种单色光照射，入射光的强度相同，所以饱和光电流相同．故选项B正确．
5．(多选)下列对光的波粒二象性的说法正确的是(　ABD　)
A．光子不仅具有能量，也具有动量
B．光的波粒二象性指光有时表现为波动性，有时表现为粒子性
C．运动的实物粒子也有波动性，波长与粒子动量的关系为λ＝
D．光波和物质波，本质上都是概率波
解析：光电效应表明光子具有能量，康普顿效应表明光子除了具有能量之外还具有动量，选项A正确；波粒二象性指光有时表现为波动性，有时表现为粒子性，选项B正确；物质波的波长与粒子动量的关系应为λ＝，选项C错误；光波中的光子和物质波中的实物粒子在空间出现的概率满足波动规律，因此二者均为概率波，选项D正确．
考点1　光电效应现象及规律
1．光电效应的概念和规律
(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可以利用光电管用实验的方法测得，即Ek＝eUc，其中Uc是遏止电压．
(3)光电效应方程中的W0为逸出功，它与极限频率νc的关系是W0＝hνc.
2．对光电效应实验规律的解释
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，一部分克服阻碍作用做功，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，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
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，动能立刻增大，不需要能量积累的过程
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
(2019·北京卷)光电管是一种利用光照射产生电流的装置，当入射光照在管中金属板上时，可能形成光电流．表中给出了6次实验的结果.
组 次 入射光子
的能量/eV 相对光强 光电流
大小/mA 逸出光电子的
最大动能/eV
第 一
组 1
2
3 4.0
4．0
4．0 弱
中
强 29
43
60 0.9
0．9
0．9
第 二
组 4
5
6 6.0
6．0
6．0 弱
中
强 27
40
55 2.9
2．9
2．9
由表中数据得出的论断中不正确的是(　　)
A．两组实验采用了不同频率的入射光
B．两组实验所用的金属板材质不同
C．若入射光子的能量为5.0 eV，逸出光电子的最大动能为1.9 eV
D．若入射光子的能量为5.0 eV，相对光强越强，光电流越大
【解析】　本题考查光电效应问题．入射光子的能量E＝hν，其中h为普朗克常量，ν为入射光子的频率．由图表数据可知，两组实验入射光子的能量E不同，所以入射光子的频率ν不相同，故A正确；爱因斯坦的光电效应方程为Ekm＝hν－W0，其中W0为被照射金属的逸出功，其大小取决于金属的材质．由第一组数据可知0.9 eV＝4.0 eV－W1，解得W1＝3.1 eV；由第二组数据可知2.9 eV＝6.0 eV－W2，解得W2＝3.1 eV，由于W1＝W2，所以两组实验所用的金属板的性质相同，即金属板的材质相同，故B错误；根据光电效应方程Ekm＝hν－W0可知，若入射光子的能量为5.0 eV，则逸出光电子的最大动能为Ekm＝5.0 eV－3.1 eV＝1.9 eV，故C正确；光电流的大小取决于相对光强，相对光强越强，光电流越大，故D正确．本题选不正确的，故B符合题意．
【答案】　B
高分技法
光电效应的两条线索：
1．用光电管进行光电效应实验时，分别用频率不同的单色光照射到同种金属上．下列说法正确的是(　C　)
A．频率较小的入射光，需要经过足够长的时间照射才能发生光电效应
B．入射光的频率越大，金属的极限频率就越大
C．入射光的频率越大，遏止电压就越大
D．入射光的强度越大，光电子的最大初动能就越大
解析：本题考查光电效应的规律和特点．只要入射光的频率低于金属的极限频率，无论照射时间多长，无论光的强度多大，都不会发生光电效应，故A错误；金属材料的极限频率与金属本身有关，与入射光的频率无关，故B错误；根据eUc＝hν－W0可知，入射光的频率越大，遏止电压就越大，故C正确；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随照射光的频率增大而增大，与光照强度无关，故D错误．
2．用光子能量为2.49 eV的蓝光分别照射甲、乙两种金属表面，甲金属的逸出功W1＝1.90 eV，乙金属的逸出功W2＝2.25 eV.由实验可以测得两种金属相应的遏止电压．则(　C　)
A．甲金属的截止频率比乙金属的大
B．甲金属逸出的光电子最大初动能比乙的小
C．甲的遏止电压比乙的大
D．用紫光分别照射到甲、乙两种金属表面上，不会有光电子逸出
解析：本题考查光电效应方程的应用．由于W1考点2　光电效应的图象
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极限频率：图线与ν轴交点的横坐标νc
②逸出功：图线与Ek轴交点的纵坐标的值的绝对值W0＝|－E|＝E
③普朗克常量：图线的斜率k＝h
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饱和光电流Im：光电流的最大值
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、Uc2
②饱和光电流
③最大初动能Ek1＝eUc1，Ek2＝eUc2
遏止电压Uc与入射光频率ν的关系图线
①极限频率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)
题型1　　Ek?ν图象
在研究甲、乙两种金属发生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，则下列说法正确的是(　　)
A．两条图线与横轴的夹角α和β一定不相等
B．若增大入射光频率ν，则所需的遏止电压Uc将增大
C．某一频率的光可以使乙金属发生光电效应，则不一定能使甲金属发生光电效应
D．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Ek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的关系图象的斜率k＝h，所以两条图线的斜率一定相等，α和β一定相等，选项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，选项B正确；光电子的最大初动能Ek与入射光频率ν的关系图象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，由图象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，选项C错误；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，选项D错误．
【答案】　B
题型2　　I?U图象
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三束单色光照射光电管阴极，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的频率高于单色光c的频率
B．单色光a的频率低于单色光b的频率
C．单色光a和c的频率相同，但a更弱些
D．单色光a和b的频率相同，但a更强些
【解析】　本题考查光电效应的图象问题．根据Ek＝eUc和光电效应方程Ek＝hν－W0可知，eUc＝hν－W0，当a、b、c三束单色光照射光电管阴极时有Uc1>Uc2，则νb>νa＝νc，又由于a光照射时的饱和光电流大于c光照射时的饱和光电流，故a光更强些，B正确，A、C、D错误．
【答案】　B
题型3　　Uc?ν图象
从1907年起，密立根就开始测量金属的遏止电压Uc(即图1所示的电路中电流表G的读数减小到零时加在电极K、A之间的反向电压)与入射光的频率ν，由此算出普朗克常量h，并与普朗克根据黑体辐射得出的h相比较，以检验爱因斯坦光电效应方程的正确性．按照密立根的方法我们利用图示装置进行实验，得到了某金属的Uc－ν图象如图2所示．下列说法正确的是(　　)
A．该金属的截止频率约为4.27×1014 Hz
B．该金属的截止频率约为5.50×1014 Hz
C．该图线的斜率为普朗克常量
D．该图线的斜率为这种金属的逸出功
【解析】　光电子的最大初动能Ek与遏止电压Uc的关系是Ek＝eUc，根据爱因斯坦光电效应方程Ek＝hν－W0，联立两式可得Uc＝ν－，对照某金属的Uc－ν图象，可知某金属的Uc－ν图象斜率k＝，选项C、D错误；当Uc＝0时，对应的频率νc即为截止频率，从图象上可看出，νc＝4.27×1014 Hz，即金属的截止频率约为4.27×1014 Hz，选项A正确，B错误．
【答案】　A
考点3　光的波粒二象性　物质波
1．对光的粒子性和波动性的理解：
项目 内容 说明
光的 粒子性 (1)当光同物质发生作用时，这种作用是“一份一份”进行的，表现出粒子性．
(2)少量或个别光子容易显示出光的粒子性 粒子的含义是“不连续的”“一份一份的”，光的粒子即光子
光的 波动性 (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，即光子在空间各点出现的可能性大小(概率)可用波动规律来描述 光的波动性是光子本身的一种属性，不是光子之间相互作用产生的，光的波动性不同于宏观概念的波
波和粒子 的对立与
统一　　 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E＝hν＝，其中，ν和λ就是描述波的两个物理量
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．
(2)物质波的波长：λ＝＝，h是普朗克常量．
(3)德布罗意波也是概率波，衍射图样中的亮圆是电子落点概率大的地方，但概率的大小受波动规律的支配．
1．下列有关光的波粒二象性的说法中，正确的是(　C　)
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．大量光子的行为往往显示出粒子性
解析：光既有波动性又有粒子性，故A项错误；光子不带电，没有静止质量，而电子带负电，有质量，故B项错误；光的波长越长，其波动性越显著，波长越短，其粒子性越显著，故C项正确；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，故D项错误．
2．(多选)1927年戴维孙和汤姆孙分别完成了电子衍射实验，该实验是荣获诺贝尔奖的近代重大物理实验之一．如图所示是该实验装置的简化图，下列说法正确的是(　ABD　)
A．亮条纹是电子到达概率大的地方
B．该实验说明物质波理论是正确的
C．该实验再次说明光子具有波动性
D．该实验说明实物粒子具有波动性
3．物理学家做了一个有趣的双缝干涉实验：在光屏处放上照相用的底片，若减弱光的强度，使光子只能一个一个地通过狭缝．实验结果表明，如果曝光时间不太长，底片上只能出现一些不规则的点；如果曝光时间足够长，底片上就会出现规则的干涉条纹，实验底片如下图所示．对这个实验结果有下列认识，其中正确的是(　D　)
A．曝光时间不太长时，底片上只能出现一些不规则的点，表现出光的波动性
B．单个光子通过双缝后的落点可以预测
C．只有大量光子的行为才能表现出光的粒子性
D．干涉条纹中明亮的部分是光子到达概率较大的地方
解析：根据爱因斯坦的“光子说”可知，单个光子表现为粒子性，而大量光子表现为波动性，所以曝光时间不太长时，底片上只能出现一些不规则的点，说明了单个光子表现为粒子性，故A错误；光子的粒子性并非宏观实物粒子的粒子性，故单个光子通过双缝后的落点无法预测，故B错误；如果曝光时间足够长，底片上就会出现规则的干涉条纹，说明了大量光子表现为波动性，故C错误；光子到达概率大的区域表现为亮条纹，而光子到达概率小的区域表现为暗条纹，故D正确．

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