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(共35張PPT)
專題十六 原子物理
考向一 原子結構與波粒二象性
2025年高考物理專題復習資料
考點切片
考點1 黑體輻射和能量子
1.（2024河南洛陽洛寧一中月考）量子理論是現代物理學的兩大基石之一，它揭示了微
觀物質世界的基本規律。下列關于量子理論的有關說法正確的是( )
C
A.盧瑟福提出的能量子假說很好地解釋了黑體輻射實驗規律
B.經典電磁理論可以完美地解釋光電效應現象
C.康普頓效應說明了光具有粒子性
D.普朗克最先提出了物質波，認為實物粒子也具有波動性
【解析】 普朗克提出的能量子假說很好地解釋了黑體輻射實驗規律。
光電效應現象是無法用經典電磁理論進行解釋的。
康普頓效應說明了光具有粒子性。
德布羅意最先提出了物質波,認為實物粒子也具有波動性。
2.（2025浙江杭州二中開學考試）北京時間2024年5月5日19時54分，太陽爆發了一次
射線耀斑，射線耀斑的級別劃定通常以地球同步軌道衛星觀測到的 射線流量來表征。
射線流量指在單位時間、單位面積上接收到的射線能量。若太陽均勻地向各個方向輻射
射線，設波長為，太陽輻射射線的總功率為 。同步衛星探測儀正對太陽的面積為
，衛星離太陽中心的距離為，普朗克常量為，光速為 ，則同步衛星探測儀探測到
的 射線流量中的光子數為( )
C
A. B. C. D.
【解析】 每個光子的能量為,太陽均勻地向各個方向輻射射線,設其時間
內發射總光子數為,同步衛星探測儀鏡頭每秒接收到該種光子數為,有,時間
內輻射光子的總能量為,太陽輻射射線的總功率為,聯立解得 ,C
正確。
考點2 光電效應
題組1 光電效應現象和光電效應方程
3.（2025云南昆明第一中學月考）圖甲所示條形
碼掃描探頭上同時裝有發光二極管和光電管，工
作原理圖如圖乙所示。打開掃描探頭，發光二極
管發出紅光。將探頭對準條形碼移動，紅
B
A.掃描探頭在條形碼上移動的速度不能太快，否則光電管來不及發生光電效應
B.若掃描探頭的發光強度降低，光電子的最大初動能不變
C.僅將發光二極管換為發紫光，不一定能發生光電效應
D.若發光二極管發出的光的頻率變為原來的一半，掃描探頭緩慢移動，也能正常識別條形碼
光遇到條形碼的黑色線條時，光幾乎全部被吸收；遇到白色空隙時光被大量反射到探頭上，
光電管發生光電效應產生光電流。通過信號處理系統，條形碼就被轉換成了脈沖電信號。
下列說法正確的是( )
【解析】 光照到光電管發生光電效應是瞬間的,與掃描探頭的移動速度無關。
根據愛因斯坦光電效應方程 可知,光電子的最大初動能與發出的光的
頻率有關,發出的光強度變弱時,發出的光頻率不變,光電子的最大初動能不變。
僅將發光二極管換為發紫光,發出的光頻率變高,一定能發生光電效應。
僅將發光二極管頻率變為原來一半,不一定能發生光電效應,所以不一定能識別條形
碼。
4.下表給出了一些金屬材料的逸出功。現用波長為 的單色光照射這些材料，能產
生光電效應的材料最多有（普朗克常量，光速 ）
( )
材料 銫 鈣 鎂 鈹 鈦
逸出功 3.0 4.3 5.9 6.2 6.6
A
A.2種 B.3種 C.4種 D.5種
【解析】 光電效應發生的條件是入射光的頻率大于金屬的極限頻率,入射光的能量大于
金屬的逸出功,光子的能量為 ,代入數據計算得
(【快解】本題材料的逸出功的數量級
全部相同,所以計算光子的能量時,可以不考慮數量級。數字有小數和分數的計算
較為復雜,具體計算時可以近似簡化。如本題 。)。
可以看出光子能量大于逸出功的金屬有2種，故選A。
. .
跳跳學長有話說
在無法或沒有必要進行精確計算和判斷時,通過合理近似,忽略次要因素,考慮主要因素,對
問題進行大致的推算,以得出大概數值或數量級。這種方法在處理某些物理問題時非常
有用,可以幫助快速解決問題。估算法是利用物理概念、規律、常數和生活常識對物理
量的數值、數量級進行快速計算和對取值范圍進行合理估測的一種方法。
5.（2024湖南長沙雅禮中學月考）如圖所示為研究光電效應的電路
圖。開關閉合后，當用波長為的單色光照射光電管的陰極 時，
電流表有示數。下列說法正確的是( )
B
A.若只讓滑片向 端移動，則電流表的示數一定增大
B.若只增加該單色光的強度，則電流表的示數一定增大
C.若改用波長小于的單色光照射光電管的陰極，則陰極 的逸
出功變大
D.若改用波長大于的單色光照射光電管的陰極 ，則電流表的示
數一定為零
【解析】 只讓滑片向端移動,A、 間電壓增大,所加電壓為正向電壓,如果光電
流達到飽和值,增大電壓,電流表的示數也不會增大。
只增加單色光的強度,逸出的光子數增多,則光電流增大,即電流表的示數增大。
陰極 的逸出功與入射光無關。
若改用波長大于的單色光照射光電管的陰極 ,光電子能量減小,也可能會發生光
電效應,則電流表的示數不一定為零。
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利用兩個方程：
（1）愛因斯坦光電效應方程；（2）波的速度方程 。
題組2 光電效應圖像分析
解題覺醒
1.題型特征:圖像、圖像和圖像。
2.解題技巧：
（1）圖像、圖像
如圖所示，求逸出功看縱截距，注意負號；求截止頻率看橫截距；求普朗克常量
看斜率，圖像的斜率，圖像斜率 。
（2） 圖像
頻率越大，越靠左；光強越大， 越高。
6.［多選］（2024山東青島期中）在光的照射下，金
屬中的電子從金屬表面逸出的現象稱為光電效應。圖
甲是研究光電效應的電路圖，圖乙是光電流與電壓的
關系圖像，下列說法正確的是( )
BC
A.閉合開關，電子從陰極 表面逸出后做減速運動
B.閉合開關，將滑動變阻器的滑片緩慢向右移動，電
流表的示數增大到某一值后不再增大
C.由圖乙可知，③光子的頻率大于①光子的頻率
D.由圖乙可知，①②是同種顏色的光，①的光強比②
的小
【解析】 由題圖甲可知,光電管中的電場方向水平向右,電子從陰極 表面逸出后,受
到水平向左的電場力,電子做加速運動。
向右移動滑動變阻器的滑片,光電管中電壓增大,當光電管中的電流達到飽和光電流
時,電流表的示數將不再增大。
根據愛因斯坦光電效應方程,結合,整理得 ,③光
子對應的遏止電壓大于①光子對應的遏止電壓,所以③光子的頻率大于①光子的頻率。
光子對應的遏止電壓相同,①②光子的頻率相同,所以①②是同種顏色的光,①光
子對應的飽和光電流大于②光子對應的飽和光電流,則①的光強比②的大。（【大招運
用】根據圖像大招結論,“頻率越大, 越靠左”,結合圖像可判斷出③光子的頻率大于
①光子的頻率；“光強越大, 越高”,結合圖像可判斷出①的光強比②的大。）
. .
. .
. .
. .
跳跳學長有話說
7.（2025江西名校聯考）如圖甲所示是一款
光電煙霧探測器的原理圖。當有煙霧進入時，
來自光源的光被煙霧散射后進入光電管 ，
光射到光電管中的鈉表面時會產生光電流。
A
A.觸發報警系統時,鈉表面每秒釋放出的光電子數最少是 個
B.圖乙中圖像斜率的物理意義為普朗克常量
C.要使該探測器正常工作，光源發出的光的波長不能小于
D.通過調節光源發光強度的辦法來調整光電煙霧探測器的靈敏度是不可行的
如果產生的光電流大于，便會觸發報警系統。金屬鈉的遏止電壓 隨入射光頻率
的變化規律如圖乙所示，則( )
【解析】 光電管產生的光電流大于時,便會觸發報警系統,即 ,解得
個。
根據遏止電壓與光電子的最大初動能之間的關系結合愛因斯坦光電效應方程可得
,所以,結合題圖乙可得 。
由題圖乙知鈉的截止頻率為,要使該探測器正常工作,光源 發出的
光子能量應滿足,即,所以波長應滿足,即光源 發出的
光的波長不能大于 。
若發光強度增大,則入射光子數增大,發生光電效應產生的光電子數增多,形成的光電
流較大,容易觸發報警系統,所以通過調節光源發光強度的辦法來調整光電煙霧探測器的
靈敏度是可行的。
8.（2025四川名校聯考）如圖甲所示，分別
用、兩種材料做 極進行光電效應實驗研
究。用頻率為的入射光照射 極，且保持
入射光不變，則光電子到達A極時動能的最
大值隨電壓 變化關系圖像如圖乙所示，
且兩線平行，已知普朗克常量為 。則下列
說法正確的是( )
B
A.圖線、斜率是普朗克常量 B.圖線、斜率是電子電荷量
C.材料的逸出功 D.材料、的逸出功之比為
【解析】 根據愛因斯坦光電效應方程可得 ,根據動能定理可得
,聯立可得,可知圖線、斜率是電子電荷量 。
根據,設材料、的逸出功分別為、 ,根據題圖乙可
知,,可得,,則材料、 的逸出功
之比為 。
考點3 原子的核式結構
9.（2023湖南邵陽一模）關于原子結構和微觀粒子波粒二象性，下列說法正確的是
( )
A
A.普朗克通過研究黑體輻射提出能量子的概念，成為量子力學的奠基人之一
B.玻爾理論指出氫原子能級是分立的，并測出了氦原子光譜
C.盧瑟福通過分析 粒子散射實驗結果，發現了質子和中子
D.根據電子束通過鋁箔后的衍射圖樣，可以說明電子具有粒子性
【解析】 為了解釋黑體輻射的實驗規律,普朗克提出了能量子的概念,成為量子力
學的奠基人之一。
玻爾理論指出氫原子能級是分立的,但玻爾并沒有測出氦原子光譜。
盧瑟福通過分析 粒子散射實驗結果,提出了原子的核式結構模型,并發現了質子,預
言了中子的存在,中子最終由查德威克發現。
衍射是波的屬性,根據電子束通過鋁箔后的衍射圖樣,可以說明電子具有波動性。
10.（2024湖南長沙雅禮中學月考）如圖為 粒子散射實驗的
示意圖。放射源發出的 射線打到金箔上，帶有熒光屏的放大
鏡轉到不同位置進行觀察，圖中①②③為其中的三個位置，下
列對實驗結果的敘述或依據實驗結果作出的推理正確的是
( )
B
A.在位置②接收到的 粒子最多
B.在位置①接收到 粒子說明正電荷不可能均勻分布在原子內
C.位置②接收到的粒子一定比位置①接收到的 粒子所受金原子核斥力的沖量大
D.若正電荷均勻分布在原子內，則①②③三個位置接收到 粒子的比例應相差不多
【解析】 原子的內部是很空闊的,原子核非常小,所以絕大多數 粒子的運動軌跡
沒有發生偏轉,可知在位置③接收到的 粒子最多。
若正電荷均勻分布在原子內, 粒子穿過原子時受到的各方向正電荷的斥力基
本上會相互平衡,因此對粒子運動的影響不會很大,則①②③三個位置接收到 粒子的
比例應相差較多,在位置①接收到 粒子說明正電荷不可能均勻分布在原子內。
位置②接收到的粒子偏轉角度小于,位置①接收到的 粒子偏轉角度大于
,根據動量定理可知,位置②接收到的粒子一定比位置①接收到的 粒子所受金原
子核斥力的沖量小。
考點4 氫原子光譜與能級躍遷
11.（2023湖北卷）2022年10月，我國自主研發的“夸父一號”太陽
探測衛星成功發射。該衛星搭載的萊曼阿爾法太陽望遠鏡可用于探
測波長為的氫原子譜線（對應的光子能量為 ）。
根據如圖所示的氫原子能級圖，可知此譜線來源于太陽中氫原子
( )
A
A.和能級之間的躍遷 B.和 能級之間的躍遷
C.和能級之間的躍遷 D.和 能級之間的躍遷
【點撥】在原子的能級結構中,原子從低能級躍遷到
高能級需要吸收能量,從高能級向低能級躍遷放出能
量,這個過程能量以光子的形式呈現。
12.（2023重慶調研）氫原子的能級示意圖如圖所示，氫原子光
譜中波長在之間的譜線有
( )
B
A.1條 B.2條 C.3條 D.4條
【解析】 第一步：計算波長為、 的光子能量
波長為的光子對應的能量為,波長為 的
光子對應的能量為 。
第二步：由能級圖確定氫原子躍遷釋放的能量
由氫原子能級圖可得 ,
,
,
第三步：確定釋放的譜線
可知氫原子光譜中波長在 之間的譜線有2條,故選B。
13.［多選］（2024江西九江二模）“夢天號”實驗艙攜帶世界首套可相互比對的冷原子
鐘組發射升空，對提升我國導航定位、深空探測等技術具有重要意義。如圖所示為某原
子鐘工作的四能級體系，原子吸收波長為 的光子從基態能級Ⅰ躍遷至激發態能級Ⅱ，然
后自發輻射出波長為 的光子，躍遷到“鐘躍遷”的上能級2，并在一定條件下躍遷到“鐘
躍遷”的下能級1，并輻射出波長為 的光子，實現受激輻射，發出鐘激光，最后輻射出
波長為 的光子回到基態。則( )
AB
A.該鐘激光的光子的能量
B.該鐘激光的光子的動量
C.該原子鐘產生的鐘激光的波長
D.該鐘激光可以讓極限波長為 的金屬材料發生光電效應
【解析】 該鐘激光的光子的能量為 。
該鐘激光的光子的動量為 。
原子吸收波長為的光子從基態能級Ⅰ躍遷到激發態能級Ⅱ,則有ⅡⅠ ,
且從激發態能級Ⅱ向下躍遷到基態Ⅰ的過程有ⅡⅠ ,聯
立可得 。
由題意可知,該金屬材料的極限頻率為,該鐘激光的頻率為 ,由此可知
,即該鐘激光不能讓極限波長為 的金屬材料發生光電效應。
14.（2024河北名校聯盟三模）大量氫原子從 的能級向低能
級躍遷，氫原子的能級圖如圖所示，用躍遷中發出的光照射某
一金屬，測得從該金屬中射出電子的最大初動能為 。
則在躍遷過程中，能使該金屬發生光電效應的光子的頻率種類
有( )
B
A.3種 B.4種 C.5種 D.6種
【解析】 根據愛因斯坦光電效應方程 ,可知光子的能量越大,光電子的初動
能越大。大量氫原子從 的能級向低能級躍遷,輻射的光子頻率的種類數目為
,其中,由能級躍遷至 能級的光子能量最大,該光子能量為
,由于射出電子的最大初動能為 ,可以解得該
金屬的逸出功為。由 能級躍遷至
能級的光子能量為,由 能級躍遷至
能級的光子能量為,由 能級躍遷至
能級的光子能量為,由 能級躍遷至
能級的光子能量為,由 能級躍遷
至能級的光子能量為 ,可知能使該金屬發
生光電效應的光子的頻率種類有4種,B正確。
跳跳學長有話說
氫原子從高能級向低能級躍遷,以光子形式釋放能量,即 ,產生的光
的頻率有兩種情況：①若只有一個氫原子從能級向下躍遷,最多產生 種頻率的光
子；②若大量氫原子從能級向下躍遷,最多產生 種頻率的光子。
15.（2023江蘇南京外國語學校調研）圖示為氫原子能
級圖以及氫原子從、4、5、6能級躍遷到 能
級時輻射的四條光譜線，已知氫原子從 能級躍遷
到能級時輻射光子的波長為 ，下列說法
正確的是( )
C
A.四條譜線中波長最長的是
B.用波長為的光照射能使氫原子從能級躍遷到 能級
C.一群處于 能級上的氫原子向低能級躍遷時，最多產生3種譜線
D.如果用能量為 的電子轟擊，一定不能使基態的氫原子受激發
【解析】 。
則波長為的光照射不能使氫原子從能級躍遷到能級 。
一群處于 能級上的氫原子向低能級躍遷產生譜線如圖所示
。當電子的能量 時,氫原子即可發生躍遷 可以使
基態的氫原子受激發 。

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