2020《三维设计》新课标一轮复习教师用书教师用书第十二章 原子物理学

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第十二章 原子物理学
[全国卷 5年考情分析](说明：2014～2016 年，本章内容以选考题目出现)
基础考点 常考考点(2014～2018 考情统计)命题概率 常考角度
氢原子光谱(Ⅰ)
氢原子的能级结构、能级
公式(Ⅰ)
放射性同位素(Ⅰ)
裂变反应和聚变反应、裂
变反应堆(Ⅰ)
射线的危害和防护(Ⅰ)
以上 5个考点未曾独立命
题
光电效应(Ⅰ)
'18Ⅱ卷T17(6 分)　
'17Ⅲ卷T19(6 分)
'16Ⅰ卷T35(1)(5 分)
独立命题
概率 60% (1)光电效应现象
与光电效应方程
的应用
(2)原子核式结构
(3)氢原子光谱规
律、能级跃迁
(4)核衰变与核反
应方程
(5)核能与爱因斯
坦质能方程
爱因斯坦光电
效应方程(Ⅰ)
'15Ⅰ卷T35(1)(5 分)
'15Ⅱ卷T35(1)(5 分)
独立命题
概率 40%
原子核的组成、放
射性、原子核的衰
变、半衰期(Ⅰ)
'17Ⅱ卷T15(6 分)
'14Ⅰ卷T35(1)(6 分)
'14Ⅱ卷T35(1)(5 分)
独立命题
概率 60%
核力、核反应方程
(Ⅰ)
'18Ⅲ卷T14(6 分)
'16Ⅱ卷T35(1)(5 分)
独立命题
概率 40%
结合能、质量亏损
(Ⅰ)'17Ⅰ卷T17(6 分)
独立命题
概率 30%
第1节　光电效应　波粒二象性
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 [注1]，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)光照射到金属表面时，光电子的发射几乎是瞬时的。
(3)光电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。
(4)光电流的强度与入射光的强度成正比。[注2]
3．遏止电压与截止频率
(1)遏止电压：使光电流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最小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。
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。[注3]
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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。
三、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。
【注解释疑】
[注1] 光电效应现象可认为是光子把原子最外层的电子撞了出来，是一对一的关系，
而且是瞬时的。
[注2] 光照强度决定着每秒钟光源发射的光子数，频率决定着每个光子的能量。
[注3] 金属越活跃，逸出功越小，越容易发生光电效应。
[深化理解]
1．每种金属都有一个极限频率，入射光的频率不低于这个极限频率才能使金属产生光
电效应。
2．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正比。
3．遏止电压 Uc与入射光频率 ν、逸出功 W0间的关系式：Uc＝ν－。
4．截止频率 νc与逸出功 W0的关系：hνc－W0＝0，据此求出截止频率 νc。
[基础自测]
一、判断题
(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，就可以使金属发生光电效应。(×)
(3)要想在光电效应实验中测到光电流，入射光子的能量必须大于金属的逸出功。(√)
(4)光电子的最大初动能与入射光子的频率成正比。(×)
(5)光的频率越高，光的粒子性越明显，但仍具有波动性。(√)
(6)德国物理学家普朗克提出了量子假说，成功地解释了光电效应规律。(×)
(7)美国物理学家康普顿发现了康普顿效应，证实了光的粒子性。(√)
二、选择题
1．[人教版选修 3－5 P30 演示实验改编](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(　　)
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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
答案：BC
2．在光电效应实验中，用波长为λ的光照射光电管阴极，发生了光电效应，下列说法
正确的是(　　)
A．仅增大入射光的强度，光电流大小不变
B．仅减小入射光的强度，光电效应现象可能消失
C．改用波长大于 λ的光照射，光电子的最大初动能变大
D．改用波长大于 λ的光照射，可能不发生光电效应
解析：选D　当发生光电效应时，增大入射光的强度，则光电流会增大，故 A错误；
入射光的频率不低于金属的极限频率，就会发生光电效应，与入射光的强度无关，故 B错
误；在光电效应中，根据光电效应方程知，Ekm＝－W0，改用波长大于 λ的光照射，光电子
的最大初动能变小，或者可能不发生光电效应，故 C错误，D正确。
高考对本节内容的考查，主要集中在对光电效应的理解、爱因斯坦的光电效应方程及
应用、 对波粒二象性的理解，通常以选择题的形式呈现，对这些内容主要靠在理解的基础
上进行识记，所以题目难度一般都不大。
考点一　对光电效应的理解[基础自修类]
[题点全练]
1.[光电效应的产生条件]
如图所示是光电管的原理图，已知当有波长为λ0的光照到阴极K上
时，电路中有光电流，则(　　)
A．若增加电路中电源电压，电路中光电流一定增大
B．若将电源极性反接，电路中一定没有光电流产生
C．若换用波长为λ1(λ1>λ0)的光照射阴极K时，电路中一定没有光电流
D．若换用波长为λ2(λ2<λ0)的光照射阴极K时，电路中一定有光电流
解析：选D　光电流的强度与入射光的强度有关，当光越强时，光电子数目会增多，
初始时电压增加光电流可能会增加，当达到饱和光电流后，再增大电压，光电流不会增大
故A错误；将电路中电源的极性反接，电子受到电场阻力，到达 A极的数目会减小，则电
路中电流会减小，甚至没有电流，故 B错误；波长为 λ1(λ1>λ0)的光的频率有可能大于极限
频率，电路中可能有光电流，故 C错误；波长为 λ2(λ2<λ0)的光的频率一定大于极限频率，
电路中一定有光电流，故 D正确。
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2．[光电效应现象的理解]
(多选)现用某一光电管进行光电效应实验，当用某一频率的光入射时，有光电流产生。
下列说法正确的是(　　)
A．保持入射光的频率不变，入射光的光强变大，饱和光电流变大
B．入射光的频率变高，饱和光电流变大
C．入射光的频率变高，光电子的最大初动能变大
D．保持入射光的光强不变，不断减小入射光的频率，始终有光电流产生
解析：选AC　根据光电效应实验得出的结论：保持入射光的频率不变，入射光的光
强变大，饱和光电流变大，故 A正确，B错误；根据爱因斯坦光电效应方程得：入射光的
频率变高，光电子的最大初动能变大，故 C正确；遏止电压的大小与入射光的频率有关，
与入射光的光强无关，保持入射光的光强不变，若低于截止频率，则没有光电流产生，故
D错误。
[名师微点]
1．与光电效应有关的五组概念对比
(1)光子与光电子：光子指光在空间传播时的每一份能量，光子不带电；光电子是金属
表面受到光照射时发射出来的电子，其本质是电子。光子是因，光电子是果。
(2)光电子的动能与光电子的最大初动能：只有金属表面的电子直接向外飞出时，只需
克服原子核的引力做功的情况，才具有最大初动能。
(3)光电流和饱和光电流：金属板飞出的光电子到达阳极，回路中便产生光电流，随着
所加正向电压的增大，光电流趋于一个饱和值，这个饱和值是饱和光电流，在一定的光照
条件下，饱和光电流与所加电压大小无关。
(4)入射光强度与光子能量：入射光强度指单位时间内照射到金属表面单位面积上的总
能量。
(5)光的强度与饱和光电流：频率相同的光照射金属产生光电效应，入射光越强，饱和
光电流越大，但不是简单的正比关系。
2．光电效应的研究思路
(1)两条线索：
(2)两条对应关系：
入射光强度大→光子数目多→发射光电子多→光电流大；
光子频率高→光子能量大→光电子的最大初动能大。
考点二　爱因斯坦的光电效应方程及应用
[师生共研类]
1．三个关系
(1)爱因斯坦光电效应方程 Ek＝hν－W0。
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(2)光电子的最大初动能 Ek可以利用光电管实验的方法测得，即Ek＝eUc，其中 Uc是遏
止电压。
(3)逸出功 W0与极限频率 νc的关系是 W0＝hνc。
2．四类图像
图像名称 图线形状 读取信息
最大初动能 Ek与入
射光频率 ν的关系
图线
①截止频率(极限频率)：横轴截距
②逸出功：纵轴截距的绝对值 W0＝|
－E|＝E
③普朗克常量：图线的斜率k＝h
遏止电压
Uc与入射
光频率 ν的
关系图线
①截止频率 νc：横轴截距
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
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：横轴截距
②饱和光电流 Im：电流的最大值
③最大初动能：Ekm＝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
[典例]　(2018·全国卷Ⅱ)用波长为300 nm 的光照射锌板，电子逸出锌板表面的最大初
动能为 1.28×10－19 J。已知普朗克常量为 6.63×10－34 J·s，真空中的光速为3.00×108 m·s－1。
能使锌产生光电效应的单色光的最低频率约为(　　)
A．1×1014 Hz　　　　　 B．8×1014 Hz
C．2×1015 Hz D．8×1015 Hz
[解析]　设单色光的最低频率为 ν0，由爱因斯坦光电效应方程得 Ek＝hν－W,0＝hν0－
W，又 ν＝，整理得 ν0＝－，代入数据解得 ν0≈8×1014 Hz。
[答案]　B
[延伸思考]
(1)求金属锌的逸出功 W0。
(2)求用波长为300 nm 光照射锌板时的遏止电压 Uc。
提示：(1)逸出功 W0＝hν－Ek＝5.35×10－19 J。
(2)遏止电压 Uc＝＝0.80 V。
应用光电效应方程时的注意事项
(1)每种金属都有一个截止频率，入射光频率不低于这个截止频率时才能发生光电效应。
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(2)截止频率对应着光的极限波长和金属的逸出功，即 hνc＝h＝W0。
(3)应用光电效应方程 Ek＝hν－W0时，注意能量单位电子伏和焦耳的换算(1 eV＝
1.6×10－19 J)。　 　　
[题点全练]
1．[光电效应方程的应用]
(多选)(2017·全国卷Ⅲ)在光电效应实验中，分别用频率为 νa、νb的单色光a、b照射到同
种金属上，测得相应的遏止电压分别为Ua和Ub、光电子的最大初动能分别为Eka和Ekb。h为
普朗克常量。下列说法正确的是(　　)
A．若νa>νb，则一定有Ua<Ub
B．若νa>νb，则一定有Eka>Ekb
C．若Ua<Ub，则一定有Eka<Ekb
D．若νa>νb，则一定有hνa－Eka>hνb－Ekb
解析：选BC　设该金属的逸出功为 W，根据爱因斯坦光电效应方程有 Ek＝hν－W，
同种金属的 W不变，则逸出光电子的最大初动能随 ν的增大而增大，B项正确；又 Ek＝
eU，则最大初动能与遏止电压成正比，C项正确；根据上述有 eU＝hν－W，遏止电压 U随
ν增大而增大，A项错误；又有 hν－Ek＝W，W相同，则 D项错误。
2．[光电效应的 Ek-ν图像]
用如图甲所示的装置研究光电效应现象。闭合开关S，用频率为 ν的光照射光电管时发
生了光电效应。图乙是该光电管发生光电效应时光电子的最大初动能 Ek与入射光频率 ν的
关系图像，图线与横轴的交点坐标为(a,0)，与纵轴的交点坐标为(0，－b)。下列说法正确的
是(　　)
A．普朗克常量为 h＝
B．断开开关S后，电流表 G的示数不为零
C．仅增加照射光的强度，光电子的最大初动能将增大
D．保持照射光强度不变，仅提高照射光频率，电流表 G的示数保持不变
解析：选B　由 Ek＝hν－W0，可知图线的斜率为普朗克常量，即 h＝，故 A错误；断
开开关 S后，仍有光电子产生，所以电流表 G的示数不为零，故 B正确；只有增大入射光
的频率，才能增大光电子的最大初动能，与光的强度无关，故 C错误；保持照射光强度不
变，仅提高照射光频率，单个光子的能量增大，而光的强度不变，那么光子数一定减少，
发出的光电子数也减少，电流表 G的示数要减小，故 D错误。
3．[光电效应的 I -U图像]
(多选)用甲、乙两种单色光照射同一金属做光电效应实验，发现
摘要：

第1页共28页第十二章原子物理学[全国卷5年考情分析](说明：2014～2016年，本章内容以选考题目出现)基础考点常考考点(2014～2018考情统计)命题概率常考角度氢原子光谱(Ⅰ)氢原子的能级结构、能级公式(Ⅰ)放射性同位素(Ⅰ)裂变反应和聚变反应、裂变反应堆(Ⅰ)射线的危害和防护(Ⅰ)以上5个考点未曾独立命题光电效应(Ⅰ)'18Ⅱ卷T17(6分)　'17Ⅲ卷T19(6分)'16Ⅰ卷T35(1)(5分)独立命题概率60%(1)光电效应现象与光电效应方程的应用(2)原子核式结构(3)氢原子光谱规律、能级跃迁(4)核衰变与核反应方程(5)核能与爱因斯坦质能方程爱因斯坦光电效应方程(...

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