1、第十五章近代物理初步考纲要求权威解读光电效应1理解光电效应方程2理解玻尔理论对氢原子光谱的解释，掌握氢原子的能级公式并能灵活应用，用氢原子能级图求解原子的能级跃迁问题是高考的热点3原子核式结构的发现，原子核的组成，放射性、半衰期等仍会是高考命题的重点4了解放射性同位素的应用，了解核力的特点5书写核反应方程，能区分核反应的种类并根据质能方程求解核能问题在高考中命题率较高6裂变反应、聚变反应的应用，射线的危害和应用等知识与现代科技联系密切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、
2、裂变、反应堆射线的危害和防护第一节波粒二象性一、光电效应1产生条件入射光的频率大于金属的_。2光电效应规律（1）每种金属都有一个极限频率，入射光的_必须大于这个极限频率才能产生光电效应。（2）光电子的最大初动能与入射光的_无关，只随入射光频率的增大而增大。（3）光电效应的发生几乎是瞬时的，一般不超过109 s。（4）当入射光的频率大于极限频率时，饱和光电流的强度与入射光的强度成_。二、光子说及光电效应方程1光子说空间传播的光是一份一份的，每一份叫一个光子，一个光子的能量为Eh，其中h6.631034 Js（称为普朗克常量）。2光电效应方程（1）表达式：光电子的最大初动能Ek与入射光光子的能量h
3、和逸出功W0之间的关系：Ek_。其中逸出功是指使金属原子中的电子脱离某种金属所做功的_。（2）物理意义：金属中电子吸收一个光子获得的能量是h，这些能量一部分用于克服金属的_，剩下的表现为逸出电子的_。三、光的波粒二象性1光电效应说明光具有粒子性，同时光还具有波动性，即光具有_。2大量光子运动的规律主要表现为光的_性，单个光子的运动主要表现为光的_性。3光的波长越长，波动性越_，越容易看到光的干涉和衍射现象；光的频率越高，粒子性越_，穿透本领_。1已知能使某金属产生光电效应的极限频率为c，则（）A当用频率为2c的单色光照射该金属时，一定能产生光电子B当用频率为2c的单色光照射该金属时，所产生的光
4、电子的最大初动能为hcC当照射光的频率大于c时，若增大，则逸出功增大D当照射光的频率大于c时，若增大一倍，则光电子的最大初动能也增大一倍2一束绿光照射某金属发生了光电效应，则下列说法正确的是（）A若增加绿光的照射强度，则逸出的光电子数增加B若增加绿光的照射强度，则逸出的光电子最大初动能增加C若改用紫光照射，则可能不会发生光电效应D若改用紫光照射，则逸出的光电子的最大初动能增加3对光的认识，下列说法正确的是（）A个别光子的行为表现出粒子性，大量光子的行为表现出波动性B光的波动性是光子本身的一种属性，不是光子之间的相互作用引起的C光表现出波动性时，就不具有粒子性了，光表现出粒子性时，就不再具有波动
5、性了D光的波粒二象性应理解为：在某种场合下光的波动性表现得明显，在另外的某种场合下，光的粒子性表现得明显4易错辨析：请你判断下列表述正确与否，对不正确的，予以更正。（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，就能发生光电效应。（3）光电效应说明光具有粒子性，说明光的波动说是错误的。（4）当一束光照到金属上，发生光电效应的条件是光子的能量大于金属的逸出功。（5）光电子的最大初动能与入射光的频率成正比。一、对光电效应规律的理解自主探究1关于光电效应，下列说法正确的是（）A极限频率越大的金属材料逸出功越大B只要光照射的时间足够长，任何金属都能产生光电效应C从金属表面逸出的光电子的最
6、大初动能越大，这种金属的逸出功越小D入射光的光强一定时，频率越高，单位时间内逸出的光电子数就越多思考1：什么是逸出功？思考2：如何理解极限频率0?思考3：光电子的最大初动能与入射光强度有关吗？二、光的波动性与粒子性的比较自主探究2关于物质的波粒二象性，下列说法中不正确的是（）A不仅光具有波粒二象性，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归纳要点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
7、份”进行的，表现出粒子的性质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”“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Eh中，其中和就是描述波的两个物理量命题研究一、光电效应方程及曲线【题例1】爱因斯坦提出了光量子概念并成功地解释光电效应的规律而获得1921年的诺贝尔物理学奖。
8、某种金属逸出光电子的最大初动能Ekm与入射光频率的关系如图所示，其中0为极限频率。从图中可以确定的是_。（填选项前的字母）A逸出功与有关BEkm与入射光强度成正比C0时，会逸出光电子D图中直线的斜率与普朗克常量有关解题要点：规律总结1光电效应中入射光频率、强度的影响情况（1）入射光频率决定光子能量决定光电子最大初动能。（2）入射光强度决定单位时间内接收的光子数决定单位时间内发射的光电子数。（3）光电效应中的光包括不可见光，如紫外线等。光电效应的实质：光现象电现象。2Ekm曲线（1）曲线（如图所示）（2）由曲线可以得到的物理量极限频率：图线与轴交点的横坐标0。逸出功：图线与Ekm轴交点的纵坐标的
9、值W0E。普朗克常量：图线的斜率kh。命题研究二、用光电管研究光电效应【题例2】如图所示，当开关S断开时，用光子能量为2.5 eV的一束光照射阴极P，发现电流表读数不为零。合上电键，调节滑动变阻器，发现当电压表读数小于0.60 V时，电流表读数仍不为零；当电压表读数大于或等于0.60 V时，电流表读数为零。求：（1）此时光电子的最大初动能的大小；（2）该阴极材料的逸出功。思路点拨：电流表读数为零，说明什么？根据动能定理和光电效应方程，结合临界条件求解。解题要点：规律总结1常见电路（如图所示）甲图是光电管正常工作的电路，乙图光电管加上了反向电压，可以研究光电管的反向截止电压、光电子的最大初动能等
10、。2两条线索（1）光电管加正向电压时，入射光强度大光子数目多产生的光电子多光电流大。（2）光电管加反向电压时，光子频率高光子能量大产生光电子的最大初动能大反向截止电压大。反向截止电压与光强无关。1入射光照射到某金属表面上发生光电效应，若入射光的强度减弱，而频率保持不变，下列说法中正确的是（）A有可能不发生光电效应B从光照射到金属表面上至发射出光电子之间的时间间隔将明显增加C逸出的光电子的最大初动能将减小D单位时间内从金属表面逸出的光电子数目将减少2（2012福州质检）用光照射某种金属，有光电子从金属表面逸出，如果光的频率不变，而减弱光的强度，则（）A逸出的光电子数减少，光电子的最大初动能不变B
11、逸出的光电子数减少，光电子的最大初动能减小C逸出的光电子数不变，光电子的最大初动能减小D光的强度减弱到某一数值，就没有光电子逸出了3（2012江苏苏、锡、常、镇四市调研）1927年戴维逊和革末完成了电子衍射实验，该实验是荣获诺贝尔奖的重大近代物理实验之一。如图所示的是该实验装置的简化图，下列说法不正确的是（）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4如图所示，当开关S断开时，用光子能量为2.5 eV的一束光照射阴极P，发现电流表读数不为零。合上电键，调节滑动变阻器，发现当电压表读数小于0.60 V时，电流表读数仍不
12、为零；当电压表读数大于或等于0.60 V时，电流表读数为零。（1）求此时光电子的最大初动能的大小；（2）求该阴极材料的逸出功。参考答案基础梳理自测知识梳理一、1极限频率2（1）频率（2）强度（4）正比二、2（1）hW0最小值（2）逸出功初动能三、1波粒二象性2波动粒子3明显明显越强基础自测1AB解析：入射光的频率大于金属的极限频率，照射该金属时一定能发生光电效应，选项A正确；金属的逸出功为Whc，又根据爱因斯坦光电效应方程mv2hW，当入射光的频率为2c时，其光电子的最大初动能为mv22hchc，选项B正确；若当入射光的频率由2c增大一倍变为4c时，其光电子的最大初动能为mv24hchc3hc
13、，显然不是随着增大一倍，选项D错误；逸出功是金属本身对金属内电子的一种束缚本领的体现，与入射光的频率无关，选项C错误。2AD解析：光电效应的规律表明：入射光的频率决定着是否发生光电效应以及发生光电效应时产生的光电子的最大初动能的大小，当入射光频率增加后，产生的光电子最大初动能也增加；而照射光的强度增加，会使单位时间内逸出的光电子数增加。紫光频率高于绿光，故选项A、D正确。3ABD解析：本题考查光的波粒二象性。光是一种概率波，少量光子的行为易显示出粒子性，而大量光子的行为往往显示出波动性，选项A正确；光的波动性不是由于光子之间的相互作用引起的，而是光的一种属性，这已被弱光照射双缝后在胶片上的感光
14、实验所证实，选项B正确；粒子性和波动性是光同时具备的两种属性，选项C错误，D正确。4答案：（1）错误。光子不是实物粒子，不具有静止质量，光电子是从金属中打出的电子，是实物粒子。（2）错误。发生光电效应的条件取决于光的频率，与光的强度无关。（3）错误。光电效应说明光具有粒子性，但不能否定光的波动性，光具有波粒二象性。（4）正确。（5）错误。光电子的最大初动能随入射光的频率的增大而增大，但不是正比关系。核心理解深化【自主探究1】A解析：由W0h0可知A正确；照射光的频率大于极限频率时才能发生光电效应，即B错；由EkhW0可知C错；入射光的强度一定时，频率越高，单个光子的能量h越大，光子数越少，单位
15、时间内逸出的光电子数越少，故D错。提示：1即从金属表面直接飞出的光电子克服正电荷引力所做的功，通常用W0来表示。2电子从金属表面逸出，首先必须克服金属原子核的引力做功W0，要使入射光子能量不小于W0，对应的频率0，即极限频率。3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，与入射光的强度无关。【自主探究2】D解析：光具有波粒二象性是微观世界具有的特殊规律，大量光子运动的规律表现出光的波动性，而单个光子的运动表现出光的粒子性。光的波长越长，波动
16、性越明显，光的频率越高，粒子性越明显。而宏观物体的德布罗意波的波长太小，实际很难观察到波动性，但不是不具有波粒二象性。D项合题意。考向探究突破【题例1】D解析：入射光的频率必须大于金属产生光电效应的极限频率，才会逸出光电子，C错误；而金属产生光电效应的逸出功是由金属自身的性质决定，与入射光频率无关，A错误；由光电效应方程：hW0Ekm，逸出光电子的初动能Ekm决定于入射光的频率，与入射光的强度无关，B错误；图中直线的斜率hh（1），斜率与普朗克常量h有关，D正确。【题例2】答案：（1）0.6 eV（2）1.9 eV解析：设用光子能量为2.5 eV的光照射时，光电子的最大初动能为Ek，阴极材料逸
17、出功为W0，当反向电压达到U0.60 V以后，具有最大初动能的光电子也达不到阳极，因此eUEk，由光电效应方程：EkhW0由以上二式：Ek0.6 eV，W01.9 eV。所以此时光电子的最大初动能为0.6 eV，该阴极材料的逸出功为1.9 eV。演练巩固提升1D解析：由光电效应方程EkhW可知，光电子的最大初动能只与入射光的频率有关，与光强没有关系，但入射光的强度减弱，单位时间内从金属表面逸出的光电子数目将减少，选项A、C均错而D正确；光电效应具有瞬时性，选项B错误。2A解析：光的频率不变，表示光子能量不变，仍会有光电子从该金属表面逸出，逸出的光电子的最大初动能也不变；若再减弱光的强度，逸出的光电子数就会减少，选项A正确。3C解析：亮条纹是电子到达概率大的地方，该实验说明物质波理论是正确的，该实验说明实物粒子具有波动性，该实验不能说明光子具有波动性，选项C说法不正确。4答案：（1）0.60 eV（2）1.90 eV解析：（1）光子能量为2.5 eV时，设光电子的最大初动能为mv2，由题意知，当反向电压达到0.60 V以后，具有最大初动能的光电子恰好不能达到阳极，即遏止电压Uc0.60 V，因此：eUc0mv2，则：mv2eUc0.60 eV（2）由光电效应方程mv2hW0，解得W01.90 eV。