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第十五章　原子結(jié)構(gòu)　波粒二象性　原子核
第十五章　原子結(jié)構(gòu)　波粒二象性　原子核
題型 廣東省近三年考情
2024年 2023年 2022年
選擇題 T2，4分，考查核反應(yīng)方程 T1，4分，考查三種射線的特點(diǎn) T5，4分，考查原子的能級躍遷
考情分析
本章內(nèi)容屬于廣東高考考查的熱點(diǎn)，題型一般為選擇題，數(shù)量一般為一個(gè)，可能與其他知識結(jié)合命制計(jì)算題。考查的具體內(nèi)容主要包括以下幾點(diǎn)：①原子的能級躍遷；②原子核的衰變規(guī)律；③核反應(yīng)方程的書寫；④質(zhì)量虧損和核能的計(jì)算；⑤三種射線的特點(diǎn)及應(yīng)用；⑥光電效應(yīng)的規(guī)律及應(yīng)用等。還要注意學(xué)科內(nèi)的綜合問題，比如光電效應(yīng)與帶電粒子在電場和磁場中運(yùn)動(dòng)的綜合，核反應(yīng)與動(dòng)量的綜合等。
第十五章　原子結(jié)構(gòu)　波粒二象性　原子核
第1節(jié)
光電效應(yīng)　波粒二象性
鏈接教材·夯基固本
1．光電效應(yīng)現(xiàn)象
(1)定義：在光的照射下金屬中的____從表面逸出的現(xiàn)象，叫作光電效應(yīng)，發(fā)射出來的電子叫作______。
(2)幾個(gè)名詞解釋
①遏止電壓：使光電流減小到0的____電壓，用Uc表示。
電子
光電子
反向
②截止頻率：能使某種金屬發(fā)生光電效應(yīng)的____頻率叫作該種金屬的截止頻率(又叫極限頻率)，用νc表示，不同的金屬對應(yīng)著不同的截止頻率。
③最大初動(dòng)能：發(fā)生光電效應(yīng)時(shí)，金屬表面的電子吸收光子后克服原子核的引力逸出時(shí)所具有的動(dòng)能的______。
最小
最大值
2．光電效應(yīng)規(guī)律
(1)每種金屬都有一個(gè)截止頻率，入射光的頻率____截止頻率時(shí)不發(fā)生光電效應(yīng)。
(2)光電子的__________與入射光的強(qiáng)度無關(guān)，只隨入射光頻率的增大而____。
(3)只要入射光的頻率大于金屬的截止頻率，照到金屬表面時(shí)，光電子的發(fā)射幾乎是______，一般不超過10-9 s，與光的強(qiáng)度__關(guān)。
(4)當(dāng)入射光的頻率大于金屬的截止頻率時(shí)，飽和電流的大小與入射光的強(qiáng)度成__比。
低于
最大初動(dòng)能
增大
瞬時(shí)的
無
正
3．光子說：在空間傳播的光不是連續(xù)的，而是一份一份的，每一份叫作一個(gè)____，光子的能量ε＝____。
4．逸出功W0：電子從金屬中逸出所需做功的______。
5．愛因斯坦光電效應(yīng)方程
(1)表達(dá)式：hν＝Ek＋W0或Ek＝_________。
(2)物理意義：金屬表面的電子吸收一個(gè)光子獲得的能量是hν，這些能量的一部分用來克服金屬的逸出功W0，剩下的表現(xiàn)為逸出后電子的__________。
光子
hν
最小值
hν－W0
最大初動(dòng)能
6．光的波粒二象性
(1)光的干涉、衍射、偏振現(xiàn)象證明光具有____性。
(2)光電效應(yīng)說明光具有____性。
(3)光既具有波動(dòng)性，又具有粒子性，稱為光的________性。
波動(dòng)
粒子
波粒二象
7．物質(zhì)波
(1)概率波：光的干涉現(xiàn)象是大量光子的運(yùn)動(dòng)遵守波動(dòng)規(guī)律的表現(xiàn)，亮條紋是光子到達(dá)概率__的地方，暗條紋是光子到達(dá)概率__的地方，因此光波又叫概率波。
(2)物質(zhì)波：任何一個(gè)運(yùn)動(dòng)著的物體，小到微觀粒子，大到宏觀物體，都有一種波與它對應(yīng)，其波長λ＝，p為運(yùn)動(dòng)物體的動(dòng)量，h為普朗克常量。
大
小
1．易錯(cuò)易誤辨析(正確的畫“√”，錯(cuò)誤的畫“×”)
(1)要想在光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)中測到光電流，入射光子的能量必須大于金屬的逸出功。 (　　)
(2)光子和光電子都是實(shí)物粒子。 (　　)
(3)只要入射光的強(qiáng)度足夠強(qiáng)，就可以使金屬發(fā)生光電效應(yīng)。 (　　)
(4)光的頻率越高，光的粒子性越明顯，但仍具有波動(dòng)性。 (　　)
(5)光電子的最大初動(dòng)能與入射光子的頻率成正比。 (　　)
√
×
×
√
×
2．(粵教版選擇性必修第三冊改編)用光照強(qiáng)度很弱的光做單縫衍射實(shí)驗(yàn)，改變曝光時(shí)間，在膠片上出現(xiàn)的圖像如圖所示，該實(shí)驗(yàn)表明
(　　)
A．光的本質(zhì)是波
B．光的本質(zhì)是粒子
C．少量光子的運(yùn)動(dòng)顯示波動(dòng)性
D．大量光子的運(yùn)動(dòng)顯示波動(dòng)性
√
D　[由題圖可知，曝光時(shí)間較短時(shí)，底片上只出現(xiàn)一些不規(guī)則的點(diǎn)，說明了少量光子表現(xiàn)為粒子性，曝光時(shí)間較長時(shí)，光子到達(dá)較多的區(qū)域表現(xiàn)為亮條紋，而光子到達(dá)少的區(qū)域表現(xiàn)為暗條紋，光達(dá)到膠片不同位置的概率不相同，說明大量的光子表現(xiàn)為波動(dòng)性，光具有波粒二象性，故A、B、C錯(cuò)誤，D正確。]
3．(人教版選擇性必修第三冊改編)光電管的原理圖如圖所示，已知當(dāng)有波長為λ0的光照到陰極K上時(shí)，電路中有光電流，則(　　)
A．若減小入射光強(qiáng)度，電路中可
能沒有光電流
B．若增加電路中電源電壓，電路中
光電流可能先增大后不變
C．若將電源極性反接，電路中一定
沒有光電流產(chǎn)生
D．若換用波長為λ1(λ1>λ0)的光照射陰極K，電路中一定沒有光電流
√
4．(多選)(人教版選擇性必修第三冊改編)圖甲、乙所示分別為研究光電效應(yīng)的電路圖和Ek-ν圖像。下列說法正確的是(　　)
A．移動(dòng)圖甲中滑動(dòng)變阻器的滑片可能看到微安表示數(shù)發(fā)生變化
B．把圖甲中電源正負(fù)極對調(diào)，微安表示數(shù)一定會變?yōu)榱?br/>C．Ek-ν圖像中直線與Ek軸交點(diǎn)即為逸出功
D．Ek-ν圖像中直線的斜率為普朗克常量
√
√
AD　[移動(dòng)滑動(dòng)變阻器的滑片，到達(dá)陽極的光電子數(shù)目可能發(fā)生變化，可能看到微安表示數(shù)發(fā)生變化，A正確；把電路圖中的電源正負(fù)極對調(diào)，若電極A與電極K之間未達(dá)到遏止電壓，微安表示數(shù)不為零，B錯(cuò)誤；由光電效應(yīng)方程可知Ek＝hν－W0，圖像中直線與Ek軸交點(diǎn)的絕對值即為逸出功，直線的斜率為普朗克常量，C錯(cuò)誤，D正確。]
細(xì)研考點(diǎn)·突破題型
考點(diǎn)1　 光電效應(yīng)規(guī)律
1．與光電效應(yīng)有關(guān)的五組概念對比
(1)光子與光電子：光子不帶電；光電子是光電效應(yīng)發(fā)生時(shí)發(fā)射出來的電子，其本質(zhì)是電子。
(2)光電子的初動(dòng)能與光電子的最大初動(dòng)能：光電子的初動(dòng)能小于等于光電子的最大初動(dòng)能。
(3)光電流與飽和電流：金屬板飛出的光電子到達(dá)陽極，回路中便產(chǎn)生光電流，隨著所加正向電壓的增大，光電流趨于一個(gè)飽和值，這個(gè)飽和值是飽和電流。在一定的光照條件下，飽和電流與所加電壓大小無關(guān)。
(4)入射光強(qiáng)度與光子能量：入射光強(qiáng)度是指單位時(shí)間內(nèi)照射到單位面積上的總能量，與光子的能量和單位時(shí)間內(nèi)光子的數(shù)目有關(guān)。
(5)光的強(qiáng)度與飽和電流：頻率相同的光照射金屬產(chǎn)生光電效應(yīng)，入射光越強(qiáng)，飽和電流越大。
2．兩條線索
3．兩條對應(yīng)關(guān)系
(1)(頻率相同)光照強(qiáng)度大→光子數(shù)目多→發(fā)射光電子多→光電流大。
(2)光子頻率高→光子能量大→光電子的最大初動(dòng)能大。
4．三個(gè)關(guān)系式
(1)愛因斯坦光電效應(yīng)方程：Ek＝hν－W0。
(2)最大初動(dòng)能與遏止電壓的關(guān)系：Ek＝eUc。
(3)逸出功與極限頻率的關(guān)系W0＝hνc。
[典例1]　(2024·海南卷)利用如圖所示的裝置研究光電效應(yīng)，使單刀雙擲開關(guān)S接1，用頻率為ν1的光照射光電管，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器，使電流表的示數(shù)剛好為0，此時(shí)電壓表的示數(shù)為U1，已知電子電荷量為e，普朗克常量為h，下列說法正確的是(　　)
A．其他條件不變，增大光強(qiáng)，電壓表示數(shù)增大
B．改用比ν1更大頻率的光照射，調(diào)整電流表的示數(shù)為零，此時(shí)電壓表示數(shù)仍為U1
C．其他條件不變，使開關(guān)S接2，電流表示數(shù)仍為零
D．光電管陰極材料的截止頻率νc＝ν1－
√
D　[當(dāng)開關(guān)S接1時(shí)，由愛因斯坦光電效應(yīng)方程eU1＝hν1－W0，故其他條件不變時(shí)，增大光強(qiáng)，電壓表的示數(shù)不變，故A錯(cuò)誤；若改用比ν1更大頻率的光照射時(shí)，調(diào)整電流表的示數(shù)為零，而金屬的逸出功不變，故遏止電壓變大，即此時(shí)電壓表示數(shù)大于U1，故B錯(cuò)誤；其他條件不變時(shí)，使開關(guān)S接2，此時(shí)hν1＞W(wǎng)0，可發(fā)生光電效應(yīng)，故電流表示數(shù)不為零，故C錯(cuò)誤；根據(jù)愛因斯坦光電效應(yīng)方程eU1＝hν1－W0，其中W0＝hνc，聯(lián)立解得，光電管陰極材料的截止頻率為νc＝ν1－，故D正確。故選D。]
【典例1　教用·備選題】(光電效應(yīng)現(xiàn)象的理解)(多選)(2024·廣東深圳模擬)如圖所示為研究光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)裝置，接線柱O固定在滑動(dòng)變阻器電阻絲ab的中點(diǎn)，初始時(shí)，滑動(dòng)觸頭P使之位于滑動(dòng)變阻器的中點(diǎn)位置。現(xiàn)用一束單色光照射光電管陰極，電流表有示數(shù)。下列說法正確的是(　　)
A．滑動(dòng)觸頭P向b端移動(dòng)，電流表示數(shù)可能先變大后不變
B．滑動(dòng)觸頭P向a端移動(dòng)，電流表示數(shù)不變
C．若滑動(dòng)觸頭P不動(dòng)，僅增大入射光的強(qiáng)度，電流表的示數(shù)變大
D．若滑動(dòng)觸頭P不動(dòng)，僅增大入射光的強(qiáng)度，電流表的示數(shù)不變
√
√
AC　[滑動(dòng)觸頭P向b端移動(dòng)時(shí)，光電管所加電壓為正向電壓且逐漸變大，則光電流逐漸變大，當(dāng)達(dá)到飽和電流時(shí)保持不變，則電流表示數(shù)可能先變大后不變，選項(xiàng)A正確；滑動(dòng)觸頭P向a端移動(dòng)，光電管所加的是反向電壓且逐漸變大，則光電流逐漸減小，即電流表示數(shù)逐漸減小，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；若滑動(dòng)觸頭P不動(dòng)，僅增大入射光的強(qiáng)度，則單位時(shí)間逸出的光電子數(shù)增加，則光電流變大，即電流表的示數(shù)變大，選項(xiàng)C正確，D錯(cuò)誤。]
[典例2]　(2024·浙江1月選考)如圖所示，金屬極板M受到紫外線照射會逸出光電子，最大速率為vm。正對M放置一金屬網(wǎng)N，在M、N之間加恒定電壓U。已知M、N間距為d(遠(yuǎn)小于板長)，電子的質(zhì)量為m，電荷量為e，則(　　)
A．M、N間距離增大時(shí)電子到達(dá)N的動(dòng)能也增大
B．只有沿x方向逸出的電子到達(dá)N時(shí)才有最大動(dòng)能＋eU
C．電子從M到N過程中y方向位移大小最大為vmd
D．M、N間加反向電壓時(shí)電流表示數(shù)恰好為零
√
C　[根據(jù)動(dòng)能定理，從金屬板M上逸出的光電子到達(dá)N板時(shí)eU＝，則到達(dá)N板時(shí)的動(dòng)能為Ekm＝，與兩極板間距無關(guān)，與電子從金屬板中逸出的方向無關(guān)，選項(xiàng)A、B錯(cuò)誤；平行極板M射出的電子到達(dá)N板時(shí)在y方向的位移最大，則電子從M到N過程中y方向最大位移為y＝vmt，d＝t2，解得y＝vmd，選項(xiàng)C正確；M、N間加反向電壓電流表示數(shù)恰好為零時(shí)，則eUc＝，解得Uc＝，選項(xiàng)D錯(cuò)誤。故選C。]
考點(diǎn)2　 光電效應(yīng)圖像
圖像名稱 圖線形狀 由圖線直接(間接)得到的物理量
最大初動(dòng)能Ek與入射光頻率ν的關(guān)系圖線 ①極限頻率：圖線與ν軸交點(diǎn)的橫坐標(biāo)νc
②逸出功：圖線與Ek軸交點(diǎn)的縱坐標(biāo)的絕對值W0＝|－E|＝E
③普朗克常量：圖線的斜率k＝h
圖像名稱 圖線形狀 由圖線直接(間接)得到的物理量
顏色相同、強(qiáng)度不同的光，光電流與電壓的關(guān)系 ①遏止電壓Uc：圖線與橫軸的交點(diǎn)
②飽和電流Im：電流的最大值
③最大初動(dòng)能：Ekm＝eUc
圖像名稱 圖線形狀 由圖線直接(間接)得到的物理量
顏色不同時(shí)，光電流與電壓的關(guān)系 ①遏止電壓Uc1、Uc2
②飽和電流
③最大初動(dòng)能Ek1＝eUc1，Ek2＝eUc2
圖像名稱 圖線形狀 由圖線直接(間接)得到的物理量
遏止電壓Uc與入射光頻率ν的關(guān)系圖線 ①截止頻率νc：圖線與橫軸的交點(diǎn)
②遏止電壓Uc：隨入射光頻率的增大而增大
③普朗克常量h：等于圖線的斜率與電子電荷量的乘積，即h＝ke
(注：此時(shí)兩極之間接反向電壓)
[典例3]　(2024·廣東湛江二模)光伏發(fā)電是提供清潔能源的方式之一，光伏發(fā)電的原理是光電效應(yīng)。演示光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)裝置如圖甲所示，a、b、c三種光照射光電管得到的三條電流表與電壓表示數(shù)之間的關(guān)系曲線如圖乙所示，下列說法正確的是(　　)
A．若b光為綠光，則a光可能是紫光
B．a(chǎn)光照射光電管發(fā)出光電子的最大初動(dòng)能一定小于b光照射光電管發(fā)出光電子的最大初動(dòng)能
C．單位時(shí)間內(nèi)a光照射光電管發(fā)出的光電子比c光照射光電管發(fā)出的光電子少
D．若用強(qiáng)度相同的a、b光照射該光電管，則單位時(shí)間內(nèi)逸出的光電子數(shù)相等
√
B　[由愛因斯坦光電效應(yīng)方程Ek＝hν－W0，及eUc＝Ek，解得eUc＝hν－W0，即光束照射同一塊金屬時(shí)只要遏止電壓一樣，入射光的頻率就一樣，遏止電壓越大，入射光的頻率越大，可知a光和c光的頻率一樣，且均小于b光的頻率，若b光為綠光，則a光不可能是紫光，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；由題圖乙可知Uc1＞Uc2，根據(jù)Ek＝eUc可知，a光照射光電管發(fā)出光電子的最大初動(dòng)能小于b光照射光電管發(fā)出光電子的最大初動(dòng)能，選項(xiàng)B正確；對于a、c兩束頻率相同的光來說，入射光
越強(qiáng)，單位時(shí)間內(nèi)發(fā)射的光電子數(shù)越多，則單位時(shí)間內(nèi)a光照射光電管發(fā)出的光電子比c光照射光電管發(fā)出的光電子多，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；對a、b兩束不同頻率的光來說，光強(qiáng)相同是單位時(shí)間內(nèi)照射到光電管單位面積上的光子的總能量相等，因?yàn)閎光的光子頻率較高，每個(gè)光子的能量較大，所以單位時(shí)間內(nèi)照射到光電管單位面積上的光子數(shù)較少，即單位時(shí)間內(nèi)發(fā)出的光電子數(shù)較少，選項(xiàng)D錯(cuò)誤。故選B。]
規(guī)律方法　光電效應(yīng)中有關(guān)圖像問題的解題方法
(1)明確圖像中縱坐標(biāo)和橫坐標(biāo)所表示的物理量。
(2)明確圖像所表示的物理意義及所對應(yīng)的函數(shù)關(guān)系，同時(shí)還要知道截距、交點(diǎn)等特殊點(diǎn)的物理意義。
【典例3　教用·備選題】(2024·廣東深圳二模)分別使用光束a、b、c做研究光電效應(yīng)規(guī)律的實(shí)驗(yàn)，得到光電流隨光電管兩端電壓的變化關(guān)系如圖所示。正確的分析是(　　)
A．b與c光的頻率相同
B．a(chǎn)比b光的遏止電壓大
C．b與c光的強(qiáng)度相同
D．a(chǎn)與c光照射陰極產(chǎn)生的光電子的最大初動(dòng)能相同
√
A　[由題圖可知，b、c兩種光的遏止電壓相等，a光比b、c兩種光的遏止電壓小，根據(jù)愛因斯坦光電效應(yīng)方程Ek＝hν－W0以及eUc＝Ek可得ν＝，可得νb＝νc＞νa，Ekc＞Eka，故A正確，B、D錯(cuò)誤；由題圖可知，b光的飽和電流大于c光的飽和電流，可知b光的強(qiáng)度大于c光的強(qiáng)度，故C錯(cuò)誤。故選A。]
考點(diǎn)3　 光的波粒二象性　物質(zhì)波
1．對光的波粒二象性的理解
(1)麥克斯韋的電磁理論揭示了光是一種電磁波；光電效應(yīng)和康普頓效應(yīng)反映了光的粒子性。
(2)理解光的波粒二象性時(shí)，不可把光當(dāng)成宏觀概念中的粒子，也不可把光當(dāng)成微觀概念中的波。
①光的波動(dòng)性與粒子性的統(tǒng)一遵從如下關(guān)系：光子的能量E＝hν，光子的動(dòng)量p＝。
②從頻率上看：頻率越低，則波動(dòng)性越顯著，越容易看到光的干涉和明顯的衍射現(xiàn)象；頻率越高，則粒子性越顯著，貫穿本領(lǐng)越強(qiáng)，越不容易看到光的干涉和明顯的衍射現(xiàn)象。
③從數(shù)量上看：個(gè)別光子的作用效果往往表現(xiàn)為粒子性；大量光子的作用效果往往表現(xiàn)為波動(dòng)性。
2．粒子的波動(dòng)性
德布羅意提出物質(zhì)波的觀念被實(shí)驗(yàn)證實(shí)，表明電子、質(zhì)子、原子等粒子不但具有粒子的性質(zhì)，而且具有波動(dòng)的性質(zhì)。運(yùn)動(dòng)的粒子都與一個(gè)對應(yīng)的波相聯(lián)系。粒子的能量E和動(dòng)量p跟它所對應(yīng)的波的頻率ν和波長λ之間遵從如下關(guān)系：ν＝，λ＝。
[典例4]　(多選)已知一個(gè)激光發(fā)射器功率為P，發(fā)射波長為λ的光，光速為c，普朗克常量為h，則(　　)
A．光的頻率為
B．光子的能量為
C．光子的動(dòng)量為
D．在時(shí)間t內(nèi)激光器發(fā)射的光子數(shù)為
√
√
AC　[光的頻率ν＝，選項(xiàng)A正確；光子的能量E＝hν＝，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；光子的動(dòng)量p＝，選項(xiàng)C正確；在時(shí)間t內(nèi)激光器發(fā)射的光子數(shù)n＝＝，選項(xiàng)D錯(cuò)誤。故選AC。]
1．(2024·北京卷)產(chǎn)生阿秒光脈沖的研究工作獲得2023年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)，阿秒(as)是時(shí)間單位，1 as ＝ 1 × 10-18 s，阿秒光脈沖是發(fā)光持續(xù)時(shí)間在阿秒量級的極短閃光，提供了阿秒量級的超快“光快門”，使探測原子內(nèi)電子的動(dòng)態(tài)過程成為可能。設(shè)有一個(gè)持續(xù)時(shí)間為100 as的阿秒光脈沖，持續(xù)時(shí)間內(nèi)至少包含一個(gè)完整的光波周期。取真空中光速c ＝ 3.0×108 m/s，普朗克常量h＝6.6×10-34 J·s，下列說法正確的是(　　)
學(xué)情診斷·當(dāng)堂評價(jià)
A．對于0.1 mm寬的單縫，此阿秒光脈沖比波長為550 nm的可見光的衍射現(xiàn)象更明顯
B．此阿秒光脈沖和波長為550 nm的可見光束總能量相等時(shí)，阿秒光脈沖的光子數(shù)更多
C．此阿秒光脈沖可以使能量為－13.6 eV(－2.2×10-18 J)的基態(tài)氫原子電離
D．為了探測原子內(nèi)電子的動(dòng)態(tài)過程，阿秒光脈沖的持續(xù)時(shí)間應(yīng)大于電子的運(yùn)動(dòng)周期
√
C　[此阿秒光脈沖的波長為λ＝cT＝30 nm<550 nm，由障礙物尺寸與波長相差不多或比波長小時(shí)衍射現(xiàn)象越明顯知，波長為550 nm的可見光比此阿秒光脈沖的衍射現(xiàn)象更明顯，故A錯(cuò)誤；由ε＝h知，阿秒光脈沖的光子能量大，故總能量相等時(shí)，阿秒光脈沖的光子數(shù)更少，故B錯(cuò)誤；阿秒光脈沖的光子能量最小值ε＝hν＝＝6.6×10-18 J＞2.2×10-18 J，故此阿秒光脈沖可以使能量為－13.6 eV(－2.2×1018 J)的基態(tài)氫原子電離，故C正確；為了探測原子內(nèi)電子的動(dòng)態(tài)過程，阿秒光脈沖的持續(xù)時(shí)間應(yīng)小于電子的運(yùn)動(dòng)周期，故D錯(cuò)誤。故選C。]
2．(2024·廣東廣州一模)如圖所示，放映電影時(shí)，強(qiáng)光照在膠片上，一方面，將膠片上的“影”投到屏幕上；另一方面，通過聲道后的光照在光電管上，隨即產(chǎn)生光電流，喇叭發(fā)出與畫面同步的聲音。電影實(shí)現(xiàn)聲音與影像同步，主要應(yīng)用了光電效應(yīng)的下列哪一條規(guī)律
(　　)
A．光電效應(yīng)的發(fā)生時(shí)間極短，光停止照射，光電效應(yīng)立即停止
B．入射光的頻率必須大于金屬的截止頻率，光電效應(yīng)才能發(fā)生
C．光電子的最大初動(dòng)能與入射光的強(qiáng)度無關(guān)，只隨著入射光的頻率增大而增大
D．當(dāng)入射光的頻率大于極限頻率時(shí)，光電流的強(qiáng)度隨入射光的強(qiáng)度增大而增大
√
A　[電影實(shí)現(xiàn)聲音與影像同步，主要應(yīng)用了光電效應(yīng)中的規(guī)律是：光電效應(yīng)的發(fā)生時(shí)間極短，光停止照射，光電效應(yīng)立即停止，依據(jù)該原理實(shí)現(xiàn)聲音與影像同步。故選A。]
3．在研究甲、乙兩種金屬發(fā)生光電效應(yīng)現(xiàn)象的實(shí)驗(yàn)中，光電子的最大初動(dòng)能Ek與入射光頻率ν的關(guān)系如圖所示，則下列說法正確的是(　　)
A．兩條圖線與橫軸的夾角α和β一定不相等
B．若增大入射光頻率ν，則所需的遏止電壓Uc將增大
C．某一頻率的光可以使乙金屬發(fā)生光電效應(yīng)，則不一定能使甲金屬發(fā)生光電效應(yīng)
D．若不改變?nèi)肷涔忸l率ν而增加入射光的強(qiáng)度，則光電子的最大初動(dòng)能Ek將增大
√
B　[根據(jù)愛因斯坦光電效應(yīng)方程Ek＝hν－W0可知，Ek-ν圖線的斜率k＝h，所以兩條圖線的斜率一定相等，兩條圖線與橫軸的夾角α和β一定相等，A項(xiàng)錯(cuò)誤；由 Ek＝hν－W0可知，若增大入射光的頻率ν，則產(chǎn)生的光電子的最大初動(dòng)能增大，由eUc＝Ek可知，所需的遏止電壓Uc將增大，B項(xiàng)正確；Ek-ν圖線在橫軸的截距等于金屬的逸出功W0與普朗克常量h的比值(截止頻率)，由題圖可知甲的截止頻率較小，因此某一頻率的光可以使乙金屬發(fā)生光電效應(yīng)，則一定能使甲金屬發(fā)生光電效應(yīng)，C項(xiàng)錯(cuò)誤；根據(jù)光電效應(yīng)規(guī)律，若不改變?nèi)肷涔忸l率ν，只增加入射光的強(qiáng)度，則光電子的最大初動(dòng)能不變，D項(xiàng)錯(cuò)誤。]
4．圖甲為研究光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)裝置，用不同頻率的單色光照射陰極K，正確操作下，記錄相應(yīng)電表示數(shù)并繪制如圖乙所示的Uc-ν圖像，當(dāng)頻率為ν1時(shí)繪制了如圖丙所示的I-U圖像，圖中所標(biāo)數(shù)據(jù)均為已知量，則下列說法正確的是(　　)
A．飽和電流與K、A之間的電壓有關(guān)
B．測量遏止電壓Uc時(shí)，滑片P應(yīng)向b移動(dòng)
C．陰極K的逸出功W0＝
D．普朗克常量h＝
√
C　[飽和電流只與入射光的強(qiáng)度有關(guān)，與外加電壓無關(guān)，故A錯(cuò)誤；測量遏止電壓Uc時(shí)，光電管應(yīng)接反向電壓，滑片P應(yīng)向a移動(dòng)，故B錯(cuò)誤；根據(jù)愛因斯坦光電效應(yīng)方程Ek＝hν－W0，根據(jù)動(dòng)能定理eUc＝Ek，整理得Uc＝ν－，圖像的斜率為k＝＝，解得普朗克常量h＝，故D錯(cuò)誤；根據(jù)hν1－W0＝eUc1，hν2－W0＝eUc2，解得陰極K的逸出功W0＝，故C正確。故選C。]
5．(光的波粒二象性)用很弱的光做雙縫干涉實(shí)驗(yàn)，把入射光減弱到可以認(rèn)為光源和感光膠片之間不可能同時(shí)有兩個(gè)光子存在，如圖所示是不同數(shù)量的光子照射到感光膠片上得到的照片。這些照片說明
(　　)
A．光只有粒子性，沒有波動(dòng)性
B．光只有波動(dòng)性，沒有粒子性
C．少量光子的運(yùn)動(dòng)顯示波動(dòng)性，大量光子的運(yùn)動(dòng)顯示粒子性
D．少量光子的運(yùn)動(dòng)顯示粒子性，大量光子的運(yùn)動(dòng)顯示波動(dòng)性
√
D　[由題圖可以看出，少量光子的運(yùn)動(dòng)顯示粒子性，大量光子的運(yùn)動(dòng)顯示波動(dòng)性，故D正確。]
課時(shí)分層作業(yè)(三十六)　光電效應(yīng)　波粒二象性
題號
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1．(2024·湖南卷)量子技術(shù)是當(dāng)前物理學(xué)應(yīng)用研究的熱點(diǎn)，下列關(guān)于量子論的說法正確的是(　　)
A．普朗克認(rèn)為黑體輻射的能量是連續(xù)的
B．光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)中，紅光照射可以讓電子從某金屬表面逸出，若改用紫光照射也可以讓電子從該金屬表面逸出
C．康普頓研究石墨對X射線散射時(shí)，發(fā)現(xiàn)散射后僅有波長小于原波長的射線成分
D．德布羅意認(rèn)為質(zhì)子具有波動(dòng)性，而電子不具有波動(dòng)性
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√
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B　[普朗克認(rèn)為黑體輻射的能量是量子化的，A錯(cuò)誤；紫光的頻率大于紅光的頻率，由愛因斯坦光電效應(yīng)方程Ek＝hν－W0可知，若改用紫光照射此金屬表面，一定能發(fā)生光電效應(yīng)，即電子從金屬表面逸出，B正確；康普頓散射實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，X射線被較輕物質(zhì)(石墨、石蠟等)散射后除了有波長與原波長相同的成分外還有波長較長的成分，C錯(cuò)誤；德布羅意認(rèn)為實(shí)物粒子具有波粒二象性，D錯(cuò)誤。]
12
2．(2024·廣東深圳二模)某防盜報(bào)警器工作原理如圖所示。用紫外線照射光敏材料制成的陰極時(shí)，逸出的光電子在電路中產(chǎn)生電流，電流經(jīng)放大后使電磁鐵吸住鐵條。當(dāng)光源與陰極間有障礙物時(shí)，報(bào)警器響起。下列說法正確的是(　　)
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A．若用紅外光源代替紫外光源，該報(bào)警器一定能正常工作
B．逸出光電子的最大初動(dòng)能與照射光頻率成正比
C．若用更強(qiáng)的同一頻率紫外線照射陰極，光電流變大
D．若用更強(qiáng)的同一頻率紫外線照射陰極，所有光電子的初動(dòng)能均增大
√
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C　[由愛因斯坦光電效應(yīng)方程知hν＝W＋Ek，紫外光頻率大于紅外光頻率，該光敏材料極限頻率未知，不能確保紅外光照射會發(fā)生光電效應(yīng)，A錯(cuò)誤；由愛因斯坦光電效應(yīng)方程知，逸出光電子的最大初動(dòng)能與照射光頻率有關(guān)，但不成正比，B錯(cuò)誤；光照強(qiáng)度越強(qiáng)，光電子越多，光電流越大，C正確；由愛因斯坦光電效應(yīng)方程知，光電子的最大初動(dòng)能只與光的頻率有關(guān)，與光照強(qiáng)度無關(guān)，D錯(cuò)誤。故選C。]
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3．(2024·廣東廣州二模)如圖所示，光電管接入電路，用紫外線照射光電管陰極時(shí)，發(fā)生了光電效應(yīng)，回路中形成電流。下列說法正確的是(　　)
A．電流方向?yàn)閍→R→b
B．電流方向?yàn)閎→R→a
C．光照時(shí)間越長，光電子的最大初動(dòng)能越大
D．入射光光強(qiáng)增大，光電子的最大初動(dòng)能增大
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B　[電子從光電管陰極逸出，而電子帶負(fù)電，與電流方向相反，故電流方向?yàn)閎→R→a，A錯(cuò)誤，B正確；逸出光子的最大初動(dòng)能只與入射光的頻率有關(guān)，C、D錯(cuò)誤。故選B。]
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4．在研究光電效應(yīng)規(guī)律的實(shí)驗(yàn)中，用頻率為ν的單色光照射光電管，測得遏止電壓為U，則下列說法正確的是(　　)
A．若僅增大該單色光的強(qiáng)度，則遏止電壓一定大于U
B．若改用頻率為2ν的單色光照射，則遏止電壓一定大于2U
C．若改用頻率為2ν的單色光照射，則飽和電流一定變?yōu)樵瓉淼?倍
D．若改用頻率為0.5ν的單色光照射，則一定不可能產(chǎn)生光電子
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B　[根據(jù)光電效應(yīng)的規(guī)律得出eU＝hν－W0，故若僅增大該單色光的強(qiáng)度，則遏止電壓不變，仍為U，故A錯(cuò)誤；根據(jù)光電效應(yīng)的規(guī)律得出eU＝hν－W0，若改用頻率為2ν的單色光照射，則遏止電壓一定大于2U，故B正確；光電效應(yīng)中，一個(gè)光子激發(fā)出一個(gè)光電子，當(dāng)照射光的強(qiáng)度變?yōu)樵瓉淼?倍，單位時(shí)間內(nèi)射向陰極的光子數(shù)變?yōu)樵瓉淼?倍，激發(fā)出的光電子數(shù)變?yōu)樵瓉淼?倍，電路中的光電流變?yōu)樵瓉淼?倍，若改用頻率為2ν的單色光照射，飽和電流不一定變?yōu)樵瓉淼?倍，故C錯(cuò)誤；改用頻率為0.5ν 的單色光照射時(shí)，若0.5ν大于金屬的截止頻率，則能發(fā)生光電效應(yīng)，產(chǎn)生光電子，故D錯(cuò)誤。故選B。]
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5．光電管是根據(jù)光電效應(yīng)制成的，是一種可以把光信號轉(zhuǎn)化為電信號的儀器，在太陽能電池研究、光纖通信以及自動(dòng)控制等方面有廣泛的應(yīng)用。小明同學(xué)用圖示電路研究光電管的性能，其中光電管的陰極和陽極由不同的金屬材料制成，實(shí)驗(yàn)時(shí)保持開關(guān)閉合，用某種波長的光照射陰極，未發(fā)生光電效應(yīng)，則以下說法正確的是(　　)
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A．若把滑動(dòng)變阻器的滑動(dòng)片c向b端移動(dòng)，
則可以產(chǎn)生光電流
B．若只增大入射光的強(qiáng)度，一定可以產(chǎn)生
光電流
C．若減小入射光的波長，則電流表中可能
有電流通過
D．若只延長照射時(shí)間，一定可以產(chǎn)生光電流
題號
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C　[入射光的頻率大于極限頻率，才能產(chǎn)生光電效應(yīng)，才能產(chǎn)生光電流，故A、B、D錯(cuò)誤；根據(jù)ν＝可得若減小入射光的波長即增大入射光的頻率，有可能會產(chǎn)生光電效應(yīng)，則電流表中可能有電流通過，故C正確。故選C。]
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6．光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)中，用波長為λ0的單色光A照射某金屬板時(shí)，剛好有光電子從金屬表面逸出。當(dāng)波長為的單色光B照射該金屬板時(shí)，光電子的最大初動(dòng)能為________，A、B兩種光子的動(dòng)量之比為________。(已知普朗克常量為h、光速為c)
題號
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1∶2
[解析]　逸出功W0＝hνc＝
根據(jù)愛因斯坦光電效應(yīng)方程有
Ekm＝hν－W0＝＝
再由p＝，可得＝＝1∶2。
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7．(多選)氫原子從高能級向低能級躍遷時(shí)，會產(chǎn)生四種頻率的可見光，其光譜如圖1所示。氫原子從能級6躍遷到能級2產(chǎn)生可見光Ⅰ，從能級3躍遷到能級2產(chǎn)生可見光Ⅱ。用同一雙縫干涉裝置研究兩種光的干涉現(xiàn)象，得到如圖2和圖3所示的干涉條紋。用兩種光分別照射如圖4所示的實(shí)驗(yàn)裝置，都能產(chǎn)生光電效應(yīng)。下列說法正確的是(　　)
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A．圖1中的Hα對應(yīng)的是Ⅰ
B．圖2中的干涉條紋對應(yīng)的是Ⅱ
C．Ⅰ的光子動(dòng)量大于Ⅱ的光子動(dòng)量
D．P向a移動(dòng)，電流表示數(shù)為零時(shí)Ⅰ對應(yīng)的電壓表示數(shù)比Ⅱ的大
√
題號
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CD　[根據(jù)題意可知，氫原子發(fā)生能級躍遷時(shí)，由公式可得Em－En＝hν＝可知，可見光Ⅰ的頻率大，波長小，可見光Ⅱ的頻率小，波長大，則題圖1中的Hα對應(yīng)的是可見光Ⅱ，故A錯(cuò)誤；由公式有，干涉條紋間距為Δx＝λ，由題圖可知，題圖2中間距較小，則波長較小，對應(yīng)的是可見光Ⅰ，故B錯(cuò)誤；根據(jù)題意，由公式可得，光子動(dòng)量為p＝＝，可知Ⅰ的光子動(dòng)量大于Ⅱ的光子動(dòng)量，故C正確；根據(jù)光電效應(yīng)方程及動(dòng)能定理可得eUc＝hν－W0，可知頻率越大，遏止電壓越大，則P向a移動(dòng)，電流表示數(shù)為零時(shí)Ⅰ對應(yīng)的電壓表示數(shù)比Ⅱ的大，故D正確。故選CD。]
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8．從1907年起，美國物理學(xué)家密立根開始以精湛的技術(shù)測量光電效應(yīng)中幾個(gè)重要的物理量。他通過如圖甲所示的實(shí)驗(yàn)裝置測量某金屬的遏止電壓Uc與入射光頻率ν，作出Uc-ν的圖像如圖乙所示，由此算出普朗克常量h，并與普朗克根據(jù)黑體輻射測出的h相比較，以檢驗(yàn)愛因斯坦光電效應(yīng)方程的正確性。已知電子的電荷量為e，則下列普朗克常量h的表達(dá)式正確的是(　　)
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A．h＝ B．h＝
C．h＝ D．h＝
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A　[根據(jù)愛因斯坦光電效應(yīng)方程Ek＝hν－W0及動(dòng)能定理eUc＝Ek，得Uc＝ν－，所以題圖的斜率k＝＝，可得h＝，故選項(xiàng)A正確。]
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9．(2025·廣東揭陽模擬)如圖所示，有一束單色光入射到極限頻率為ν0的金屬板K上，具有最大初動(dòng)能的某出射電子，沿垂直于平行板電容器極板的方向，從左側(cè)極板上的小孔入射到兩極板間的勻強(qiáng)電場后，到達(dá)右側(cè)極板時(shí)速度剛好為零。已知電容器的電容為C，帶電荷量為Q，極板間距為d，普朗克常量為h，電子電荷量的絕對值為e，不計(jì)電子的重力。關(guān)于電容器右側(cè)極板的帶電情況和入射光的頻率ν，以下判斷正確的是(　　)
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A．帶正電，ν0＋ B．帶正電，ν0＋
C．帶負(fù)電，ν0＋ D．帶負(fù)電，ν0＋
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C　[因?yàn)楣怆娮訋ж?fù)電，而到達(dá)右側(cè)極板時(shí)速度為零，說明右側(cè)極板帶負(fù)電，選項(xiàng)A、B錯(cuò)誤；根據(jù)愛因斯坦光電效應(yīng)方程和動(dòng)能定理有hν0＝W0，Ek＝hν－W0，Ek＝e，聯(lián)立解得ν＝ν0＋，選項(xiàng)C正確，D錯(cuò)誤。]
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10．1905年，愛因斯坦把普朗克的量子化概念進(jìn)一步推廣，成功地解釋了光電效應(yīng)現(xiàn)象，提出了光子說。在給出與光電效應(yīng)有關(guān)的四個(gè)圖像中，下列說法正確的是(　　)
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A．圖1中，當(dāng)紫外線照射鋅板時(shí)，發(fā)現(xiàn)驗(yàn)電器指針發(fā)生了偏轉(zhuǎn)，說明鋅板帶正電，驗(yàn)電器帶負(fù)電
B．圖2中，從光電流與電壓的關(guān)系圖像中可以看出，電壓相同時(shí)，光照越強(qiáng)，光電流越大，說明遏止電壓和光的強(qiáng)度有關(guān)
C．圖3中，若僅知道電子電荷量e和截止頻率νc，可求得普朗克常量h
D．圖4中，由光電子最大初動(dòng)能Ek與入射光頻率ν的關(guān)系圖像可知該金屬的逸出功為E或hνc
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D　[當(dāng)紫外線照射鋅板時(shí)，發(fā)現(xiàn)驗(yàn)電器指針發(fā)生了偏轉(zhuǎn)，說明發(fā)生了光電效應(yīng)，鋅板帶正電，所以驗(yàn)電器也帶正電，A項(xiàng)錯(cuò)誤；題圖2中，從光電流與電壓的關(guān)系圖像中可以看出，電壓相同時(shí)，光照越強(qiáng)，光電流越大，說明飽和電流與光的強(qiáng)度有關(guān)，不能說明遏止電壓和光的強(qiáng)度有關(guān)，B項(xiàng)錯(cuò)誤；根據(jù)Ek＝hν－W0＝eUc，解得Uc＝ν－，當(dāng)Uc＝0時(shí)頻率為截止頻率νc，則有νc－＝0，解得h＝，由于不知道逸出功，故僅知道電子電荷量e和截止頻率νc，無法求出普朗克常量h，C項(xiàng)錯(cuò)誤；根據(jù)光電效應(yīng)方程Ek＝hν－W0，當(dāng)ν＝0時(shí)Ek＝，由題圖4知縱軸截距為－E，所以W0＝E，即該金屬的逸出功為E，圖線與ν軸交點(diǎn)的橫坐標(biāo)是截止頻率νc，則該金屬的逸出功為hνc，D項(xiàng)正確。]
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11．一點(diǎn)光源以113 W的功率向周圍所有方向均勻地輻射波長約為6×10-7 m的光，在離點(diǎn)光源距離為R處每秒垂直通過每平方米的光子數(shù)為3×1014個(gè)。普朗克常量為h＝6.63×10-34 J·s。R約為(　　)
A．1×102 m B．3×102 m
C．6×102 m D．9×102 m
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√
B　[根據(jù)題述，點(diǎn)光源向所有方向均勻輻射，即距離點(diǎn)光源為R的球面上單位時(shí)間所接收的光的能量等于點(diǎn)光源單位時(shí)間所輻射的光的能量。點(diǎn)光源輻射功率P＝4πR2×nE0，其中E0＝，聯(lián)立解得R≈3×102 m，選項(xiàng)B正確。]
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12．如圖是密立根于1916年發(fā)表的鈉金屬光電效應(yīng)的遏止電壓Uc與入射光頻率ν的實(shí)驗(yàn)曲線，該實(shí)驗(yàn)直接證明了愛因斯坦光電效應(yīng)方程，并且第一次利用光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)測定了普朗克常量h。由圖像可知(　　)
A．鈉的逸出功為hνc
B．鈉的截止頻率為8.5×1014 Hz
C．圖中直線的斜率為普朗克常量h
D．遏止電壓Uc與入射光頻率ν成正比
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A　[根據(jù)遏止電壓與最大初動(dòng)能的關(guān)系有eUc＝Ekmax，根據(jù)光電效應(yīng)方程有Ekmax＝hν－W0，結(jié)合題圖可知，當(dāng)Uc為0時(shí)，解得W0＝hνc，A正確；鈉的截止頻率為νc，根據(jù)題圖可知，截止頻率小于 8.5×1014 Hz，B錯(cuò)誤；結(jié)合遏止電壓與最大初動(dòng)能的關(guān)系和光電效應(yīng)方程可解得Uc＝ν－，可知，題圖中直線的斜率表示，C錯(cuò)誤；根據(jù)遏止電壓與入射光的頻率關(guān)系式可知，遏止電壓Uc與入射光頻率ν成線性關(guān)系，不是成正比，D錯(cuò)誤。故選A。]
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謝 謝 ！

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