江蘇2023版高三一輪總復(fù)習(xí)物理第十五章近代物理初步教案

第十五章近代物理初步

［高考備考指南］

高考（江蘇卷）五年命題情況對照分析

知能?？键c內(nèi)

2021命題

塊容20172018201920202021

適應(yīng)性分析

普朗克

高考

黑體輻112：黑

第1節(jié)T12；光命題

射體輻

光電效T12：德電效應(yīng)有選

T12：能射、原T14：光T9：光

應(yīng)光電效布羅意規(guī)律、擇題、

量子子躍電效應(yīng)電效應(yīng)

波粒二應(yīng)波光子的填空

遷、動

象性粒子的動量題、計

量守恒

波動性算題。

命題

原子的

熱點

核式結(jié)

為光

構(gòu)模型

電效

氫原子

應(yīng)規(guī)

光譜和

律、原

玻爾的

第2節(jié)T12：核子躍

原子模T3：核

原子結(jié)T12：結(jié)T12：半反應(yīng)方T12：原遷、原

型反應(yīng)方

構(gòu)和原合能衰期程、核子躍遷子核

原子核程

子核聚變的衰

的組成

變規(guī)

放射元

律、核

素的衰

反應(yīng)

變

方程

核力和

及核

結(jié)合能

核裂變能的

和核聚計算。

變

物理觀念：光電效應(yīng)、氫原子光譜、原子躍遷、核能、質(zhì)能方程。

核心素科學(xué)思維：光電管、核能的計算方法。

養(yǎng)科學(xué)探究：通過實驗，了解光電效應(yīng)現(xiàn)象。

科學(xué)態(tài)度與責(zé)任：光譜分析、射線的應(yīng)用、核電站。

劍國光電效應(yīng)波粒二象性

［走進教材?夯實基礎(chǔ)］回顧知識?激活技能

€＞梳理?必備知識

一、黑體輻射與能量子

1.熱輻射

(1)定義：周圍的一切物體都在輻射電磁波，這種輻射與物體的溫度有關(guān)，

所以叫熱輻射。

(2)特點：熱輻射強度按波長的分布情況隨物體的溫度不同而有所不同。

2.黑體與黑體輻射

(1)黑體：如果某種物體能夠完全吸收入射的各種波長的電磁波而不發(fā)生反

射，這種物體就是絕對黑體。

(2)黑體輻射：輻射電磁波的強度按波長的分布只與黑體的溫度有關(guān)，如圖

所示。

3.普朗克能量子假說

當(dāng)帶電微粒輻射或吸收能量時，是以最小能量值為單位一份一份地輻射或吸

收的，這個最小能量值￡叫作能量子,￡=處。

二、光電效應(yīng)

1.光電效應(yīng)現(xiàn)象：在光的照射下金屬中的電子從金屬表面逸出的現(xiàn)象，稱

為光電效應(yīng)，發(fā)射出來的電子稱為光電子。

2.光電效應(yīng)的產(chǎn)生條件

入射光的頻率大于或等于金屬的截止頻率。

3.光電效應(yīng)的四個規(guī)律

⑴每種金屬都有一個極限頻率,入射光的頻率必須大于或等于這個截止頻

率才能產(chǎn)生光電效應(yīng)。

(2)光照射到金屬表面時，光電子的發(fā)射幾乎是瞬時的。

(3)光電子的最大初動能與入射光的強度無關(guān)，只隨入射光的頻率增大而增

大。

(4)當(dāng)入射光的頻率大于或等于截止頻率時，入射光越強，飽和電流越大，

逸出的光電子數(shù)越多，逸出光電子的數(shù)目與入射光的強度成正比，飽和電流的大

小與入射光的強度成正比。

4.遏止電壓與截止頻率

(1)遏止電壓：使光電流減小到零的反向電壓小。

(2)截止頻率：能使某種金屬發(fā)生光電效應(yīng)的量小頻率叫作該種金屬的截止

頻率(又叫極限頻率)。不同的金屬對應(yīng)著不同的極限頻率。

三、愛因斯坦光電效應(yīng)方程

1.光子說

在空間傳播的光是不連續(xù)的，而是一份一份的，每一份叫作一個光的能量子,

簡稱光子，光子的能量￡=及。其中無=6.63X10-34J*(稱為普朗克常量)。

2.逸出功Wo

使電子脫離某種金屬所做功的最小值。

3.最大初動能

發(fā)生光電效應(yīng)時,金屬表面上的蚯吸收光子后克服原子核的引力逸出時所

具有的動能的最大值。

4.愛因斯坦光電效應(yīng)方程

(1)表達(dá)式：Ek—hv—Woc

(2)物理意義：金屬表面的電子吸收一個光子獲得的能量是這些能量的

一部分用來克服金屬的逸出功Wo,剩下的表現(xiàn)為逸出后光電子的最大初動能Ek

=產(chǎn)1"2。

四、光的波粒二象性與物質(zhì)波

1.光的波粒二象性

(1)光的干涉、衍射、偏振現(xiàn)象證明光具有波動性。

(2)光電效應(yīng)說明光具有粒壬性。

(3)光既具有波動性，又具有粒子性，稱為光的波粒二象性。

2.物質(zhì)波

(1)概率波：光的干涉現(xiàn)象是大量光子的運動遵守波動規(guī)律的表現(xiàn)，亮條紋

是光子到達(dá)概率大的地方，暗條紋是光子到達(dá)概率小的地方，因此光波又叫概率

波。

(2)物質(zhì)波：任何一個運動著的物體，小到微觀粒子，大到宏觀物體，都有

一種波與它對應(yīng)，其波長幺=/p為運動物體的動量，入為普朗克常量。

?激活?基本技能

一、易錯易誤辨析(正確的打“，錯誤的打“X”)

(1)光子說中的光子，指的是光電子。(X)

(2)只要光足夠強，照射時間足夠長，就一定能發(fā)生光電效應(yīng)。(X)

(3)極限頻率越大的金屬材料逸出功越大。(J)

(4)原子中絕大部分是空的，原子核很小。(J)

(5)核式結(jié)構(gòu)學(xué)說是盧瑟福在a粒子散射實驗的基礎(chǔ)上提出的。(V)

⑹在玻爾模型中，原子的狀態(tài)是不連續(xù)的。(J)

二、教材習(xí)題衍生

1.(黑體輻射的理解)關(guān)于熱輻射，下列說法中正確的是()

A.一般物體的熱輻射強度只與物體的溫度有關(guān)

B.黑體只吸收電磁波，不反射電磁波，所以黑體一定是黑的

C.一定溫度下，黑體輻射強度隨波長的分布有一個極大值

D.溫度升高時，黑體輻射強度的極大值向波長增大的方向移動

C［一般物體的熱輻射強度與溫度有關(guān)之外，還與材料，表面狀態(tài)等因素

有關(guān)，故A錯誤；如果某種物體能夠完全吸收入射的各種波長電磁波而不發(fā)生

反射，這種物體就是絕對黑體，簡稱黑體。但黑體可以向外輻射，不能說顏色是

黑色的，故B錯誤；根據(jù)黑體輻射實驗規(guī)律可得黑體輻射強度隨波長的分布有

一個極大值，故C正確；根據(jù)黑體輻射實驗規(guī)律，黑體熱輻射強度的極大值隨

溫度的升高向波長較小的方向移動，故D錯誤。］

2.（光電效應(yīng)及其規(guī)律）現(xiàn)用某一光電管進行光電效應(yīng)實驗，當(dāng)用某一頻率

的光入射時，有光電流產(chǎn)生。下列說法正確的是（）

A.保持入射光的頻率不變，入射光的光強變大，飽和光電流變大

B.入射光的頻率變高，飽和光電流變大

C.保持入射光的光強不變，不斷減小入射光的頻率，始終有光電流產(chǎn)生

D.遏止電壓的大小與入射光的頻率成正比，與入射光的光強無關(guān)

A［根據(jù)光電效應(yīng)實驗得出的結(jié)論：保持入射光的頻率不變，入射光的光

強變大，飽和光電流變大，故A正確，B錯誤；遏止電壓的大小與入射光的順

率有關(guān)但不成正比，與入射光的光強無關(guān)，保持入射光的光強不變，若低于截止

頻率，則沒有光電流產(chǎn)生，故C、D錯誤。］

3.（光的波粒二象性與物質(zhì)波）（2020?浙江卷）下列說法正確的是（）

A.質(zhì)子的德布羅意波長與其動能成正比

B.天然放射的三種射線，穿透能力最強的是a射線

C.光電效應(yīng)實驗中的截止頻率與入射光的頻率有關(guān)

D.電子束穿過鋁箔后的衍射圖樣說明電子具有波動性

D［由德布羅意波長；1=，可知，質(zhì)子的波長與動量成反比，而動量與動能

關(guān)系為p=、2,”Ek,所以A項錯誤；天然放射的三種射線，穿透能力最強的是y

射線，B項錯誤；光電效應(yīng)實驗中的截止頻率是指使金屬恰好發(fā)生光電效應(yīng)時入

射光的頻率，即/"=W,只與金屬的逸出功W有關(guān)，C項錯誤；衍射是波的特

性，所以電子束穿過鋁箔的衍射圖樣說明電子具有波動性，D項正確。］

［細(xì)研考點?突破題型］重難解惑直擊高考

考點1黑體輻射與能量子｛基本考點通關(guān)

1.（黑體輻射規(guī)律的理解）黑體輻射的實驗規(guī)律如圖所示，由圖可知，下列

說法錯誤的是（）

A.隨溫度升高，各種波長的輻射強度都增加

B.隨溫度降低，各種波長的輻射強度都增加

C.隨溫度升高，輻射強度的極大值向波長較短的方向移動

D.隨溫度降低，輻射強度的極大值向波長較長的方向移動

B［黑體輻射的強度與溫度有關(guān)，溫度越高，黑體輻射的強度越大，故A

正確，B錯誤；隨著溫度的升高，黑體輻射強度的極大值向波長較短的方向移動,

反之，隨著溫度的降低，黑體輻射強度的極大值向波長較長的方向移動，故C、

D正確。］

2.（黑體輻射規(guī)律的應(yīng)用）（2020?江蘇卷）“測溫槍”（學(xué)名“紅外線輻射測溫

儀”）具有響應(yīng)快、非接觸和操作方便等優(yōu)點。它是根據(jù)黑體輻射規(guī)律設(shè)計出來

的，能將接收到的人體熱輻射轉(zhuǎn)換成溫度顯示。若人體溫度升高，則人體熱輻射

強度I及其極大值對應(yīng)的波長2的變化情況是（）

A.1增大，7增大B.1增大，7減小

C.1減小，7增大D.I減小，2減小

B［若人體溫度升高，則人體的熱輻射強度1變大，由故對應(yīng)的須

率y變大，由知對應(yīng)的波長2變小，選項B正確。］

3.（能量量子化的計算）（2019?江蘇卷）在“焊接”視網(wǎng)膜的眼科手術(shù)中，所

用激光的波長7=6.4X10-7m,每個激光脈沖的能量E=1.5X10-2j。求每個脈

沖中的光子數(shù)目。（已知普朗克常量/2=6.63X10-34J.S,光速c=3Xl（）8m/s。計

算結(jié)果保留一位有效數(shù)字）

［解析］光子能量

￡=A7

p

光子數(shù)目n=—

代入數(shù)據(jù)得〃%5X1()16。

［答案］5X1016

畬規(guī)律總結(jié)

1.黑體輻射的實驗規(guī)律

(1)對于一般材料的物體，輻射電磁波的情況除與溫度有關(guān)外，還與材料的

種類及表面狀況有關(guān)。

(2)黑體輻射電磁波的強度按波長的分布只與黑體的溫度有關(guān)。隨著溫度的

升高，一方面，各種波長的輻射強度都有增加，另一方面，輻射強度的極大值向

波長較短的方向移動，如圖。

|輻射強度

N700K

二

024A//im

2.能量子

(1)定義：普朗克認(rèn)為，當(dāng)帶電微粒輻射或吸收能量時，只能輻射或吸收某

個最小能量值￡的整數(shù)倍，這個不可再分的最小能量值￡叫作能量子。

(2)能量子大?。骸?人，其中V是帶電微粒吸收或輻射電磁波的頻率，力稱

為普朗克常量。h=6.626XIO-34J-s(一般取//=6.63X10-34J-s)。

(3)發(fā)光功率與單個光子能量的關(guān)系：

發(fā)光功率尸="與其中〃為單位時間發(fā)出的光子數(shù)目，￡為單個光子的能量。

光電效應(yīng)規(guī)律和光電效應(yīng)方程的應(yīng)用，基本考點通關(guān)

1.(光電效應(yīng)的產(chǎn)生條件)如圖所示是光電管的原理圖，已知當(dāng)有波長為

的光照到陰極K上時，電路中有光電流，貝！1()

A.若僅增大光照強度，電路中光電流一定增大

B.若僅將電源極性反接，電路中一定沒有光電流

C.若僅換用波長為九（九>&）的光照射陰極K時，電路中一定沒有光電流

D.若僅將電路中滑動變阻器的滑片向右滑動，電路中光電流一定增大

A［題圖中光電管加的是正向電壓，若僅增大光照強度，電路中光電流一

定增大，故A正確：若將電源極性反接，其電壓值小于截止電壓時仍有電流，

故B錯誤；由題意，入射光的波長為加時，能發(fā)生光電效應(yīng)，若換用波長為九（九

>2o）的光照射陰極K時，入射光的頻率減小，仍然可能發(fā)生光電效應(yīng)，電路中

可能有光電流，故C錯誤；若僅將電路中滑動變阻器的滑片向右滑動，光電管

兩端電壓增大，如果已經(jīng)達(dá)到飽和光電流，則光電流不會增大，故D錯誤。］

2.（光電效應(yīng)現(xiàn)象的理解）用如圖所示的光電管研究光電效應(yīng)的實驗中，用

某種頻率的單色光。照射光電管陰極K,電流計G的指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)。而用另一

頻率的單色光b照射光電管陰極K時，電流計G的指針不發(fā)生偏轉(zhuǎn)，那么（）

A.。光的波長一定大于方光的波長

B.增加》光的強度可能使電流計G的指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)

C.用。光照射光電管陰極K時通過電流計G的電流是由d到c

D.只增加a光的強度可使通過電流計G的電流增大

D［用一定頻率的a單色光照射光電管時，電流計指針會發(fā)生偏轉(zhuǎn)，知

va>vo,a光的波長小于8光的波長，故A項錯誤；發(fā)生光電效應(yīng)的條件：v>vo,

增加。光的強度不能使電流計G的指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)，故B項錯誤；發(fā)生光電效應(yīng)

時，電子從光電管左端運動到右端，而電流的方向與電子定向移動的方向相反,

所以流過電流計G的電流方向是c流向d,故C項錯誤；增加a光的強度可使

通過電流計G的電流增大，故D項正確。］

3.（光電效應(yīng)規(guī)律的研究）2009年諾貝爾物理學(xué)獎得主威拉德?博伊爾和喬

治?史密斯主要成就是發(fā)明了電荷耦合器件（CCD）圖像傳感器。他們的發(fā)明利用

了愛因斯坦的光電效應(yīng)原理。如圖所示電路可研究光電效應(yīng)規(guī)律。圖中標(biāo)有A

和K的為光電管，其中A為陽極，K為陰極。理想電流計可檢測通過光電管的

電流，理想電壓表用來指示光電管兩端的電壓?，F(xiàn)接通電源，用光子能量為10.5

eV的光照射陰極K,電流計中有示數(shù)，若將滑動變阻器的滑片尸緩慢向右滑動,

電流計的讀數(shù)逐漸減小，當(dāng)滑至某一位置時電流計的讀數(shù)恰好為零，讀出此時電

壓表的示數(shù)為6.0V；現(xiàn)保持滑片P位置不變，以下判斷錯誤的是（）

A.光電管陰極材料的逸出功為4.5eV

B.若增大入射光的強度，電流計的讀數(shù)為零

C.若用光子能量為12eV的光照射陰極K,光電子的最大初動能一定變大

D.若用光子能量為9.5eV的光照射陰極K,同時把滑片尸向左移動少許,

電流計的讀數(shù)一定不為零

D［該裝置所加的電壓為反向電壓，發(fā)現(xiàn)當(dāng)電壓表的示數(shù)大于或等于6.0V

時，電流表示數(shù)為0,可知陰極K的遏止電壓為6.0V,光電子點的最大初動能

為6.0eV,根據(jù)光電效應(yīng)方程Ekm=〃v-Wo,Wo=lO.5eV-6.0eV=4.5eV,故

A正確；現(xiàn)保持滑片尸位置不變，增大光的強度時仍然發(fā)生了光電效應(yīng)，但光

電子的最大初動能不變，所以不會有電流流過電流表，故B正確；若用光子能

量為12eV的光照射陰極A,入射光的頻率增大，根據(jù)光電效應(yīng)方程可知，光電

子的最大初動能一定增大，故C正確；改用能量為9.5eV的光子照射，入射光

的頻率減小，根據(jù)光電效應(yīng)方程可知，光電子的最大初動能一定減小，此時的遏

止電壓小于6V,若把滑片尸向左移動少許時，電子仍然可能不能到達(dá)K極，

所以電流計的讀數(shù)可能為零，故D錯誤。］

畬規(guī)律忠結(jié)

1.對光電效應(yīng)的四點提醒

(1)能否發(fā)生光電效應(yīng)，不取決于光的強度而取決于光的頻率。

(2)光電效應(yīng)中的“光”不是特指可見光，也包括不可見光。

(3)逸出功的大小由金屬本身決定，與入射光無關(guān)。

(4)光電子不是光子，而是電子。

2.兩條分析線索

(1)

法麗)］光子頻率嘮(光子能詡諼犒既

(2)

的強度：(人射光強度大)-暑郎窯累攀爵有蟄-

I—府光電流大)

3.定量分析時應(yīng)抓住三個關(guān)系式

(1)愛因斯坦光電效應(yīng)方程：Ek=〃v—Wo。

(2)最大初動能與遏止電壓的關(guān)系：Ek=eUc。

(3)逸出功與極限頻率的關(guān)系：Wo=Avoo

4.區(qū)分光電效應(yīng)中的三組概念

(1)光子與光電子：光子指光在空間傳播時的每一份能量，光子不帶電；光

電子是金屬表面受到光照射時發(fā)射出來的電子，其本質(zhì)是電子。光子是因，光電

子是果。

(2)光電子的動能與光電子的最大初動能。

(3)光電流和飽和光電流：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，光電流趨于一個飽和值，這個飽和值是飽和光

電流，在一定的光照條件下，飽和光電流與所加電壓大小無關(guān)。

光電效應(yīng)的圖像問題《綜合能力提升

圖像名稱圖線形狀讀取信息

①截止頻率（極限頻率）：

最大初動能Ek與入橫軸截距

射光頻率V的關(guān)系圖②逸出功：縱軸截距的絕

線￥對值Wo=\~E\=E

Ekm=〃V-。判0③普朗克常量：圖線的斜

率k=h

最大初動能以與電

壓U變化的關(guān)系圖線①縱軸截距：Av-W逸出功

逸出②斜率：e

Ekm=eU+Av-Wu

功

①截止頻率Vc：橫軸截距

遏止電壓與入射

Uc②遏止電壓Ue：隨入射光

上

光頻率的關(guān)系圖線

V頻率的增大而增大

Ue=kmv^n=hv—W

c③普朗克常量力：等于圖

0vV

c線的斜率與電子電荷量

逸出功

的乘積，即h=ke

①遏止電壓Uc：橫軸截距

顏色相同、強度不同②飽和光電流/m：電流的

--z-------強光（黃）

Z.

的光，光電流與電壓?斤------弱光（黃）最大值

2

的關(guān)系Ue，i-------------u③最大初動能：

Ekm=€Uc

①遏止電壓Ucl、“2

D—黃光

②飽和光電流

顏色不同時，光電流___________藍(lán)光

與電壓的關(guān)系③最大初動能Eki=eUci,

[/clUc20U

Ek2=€Uc2

角度1Uc-V圖像

1.對于鈉和鈣兩種金屬，其遏止電壓以與入射光頻率丫的關(guān)系如圖所示。

用仄e分別表示普朗克常量和電子電荷量，貝"）

t/c

鈉

鈣

A.鈉的逸出功大于鈣的逸出功

B.圖中直線的斜率為?

C.在得到這兩條直線時，必須保證入射光的光強相同

D.若這兩種金屬產(chǎn)生的光電子具有相同的最大初動能，則照射到鈉的光頻

率較高

B［根據(jù)Uce=；/n偏=〃M-W送出協(xié)，即“=4一"*?,則由圖像可知鈉的

/C/

逸出功小于鈣的逸出功，選項A錯誤；圖中直線的斜率為選項B正確；在得

到這兩條直線時，與入射光的強度無關(guān)，選項C錯誤；根據(jù)%〃。東=/s-W迄也功，

若這兩種金屬產(chǎn)生的光電子具有相同的最大初動能，則照射到鈉的光頻率較低,

選項D錯誤。］

2.如圖為密立根研究某金屬的遏止電壓〃和入射光頻率v的關(guān)系圖像，則

下列說法正確的是（）

A.圖像的斜率為普朗克常量

B.該金屬的截止頻率約為5.5X1014Hz

C.由圖像可得該金屬的逸出功為0.5eV

D.由圖像可知，光電子的最大初動能與入射光的頻率成一次函數(shù)關(guān)系

D［根據(jù)光電效應(yīng)方程得，Ekm=hv-W0,又Ekm=e”,解得Uc="一",

可知圖線的斜率A=/,故A項錯誤；當(dāng)遏止電壓為零時，入射光的頻率等于金

屬的截止頻率，大約為4.2X1014Hz,故B項錯誤；圖線的斜率女=二，則逸出

功Wo=/m)=Ae“)=百言詞X4.2Xl()i4eV=L6eV,故C項錯誤；根據(jù)光電效

應(yīng)方程得，Ekm=hv-Wo,即eUc=〃v—Wo,光電子的最大初動能與入射光的頻

率成一次函數(shù)關(guān)系，故D項正確。］

角度2Ek-U圖像

3.(2021?江蘇卷)如圖所示，分別用1、2兩種材料作K極進行光電效應(yīng)探

究，其截止頻率n<V2,保持入射光不變，則光電子到達(dá)A極時動能的最大值

Ekm隨電壓U變化關(guān)系的圖像是()

C［由光電效應(yīng)方程：/iv=1/num+W),

又Wo=/ivo,

光電子到達(dá)A極板過程，由動能定理：eU=Ekm—^rnVm9

聯(lián)立知，光電子到達(dá)A板時動能的最大值

Ekm=eU+hv—hvo,

可見Ekm-U圖像的斜率為e,縱截距為hv-hvo.

由題知，1材料的截止須率小于2材料的截止頻率，即也Vv2,且入射光相

同，則hv—hvi>hv~hv2,可見用材料1和2進行光電效應(yīng)實驗得到的Ekm-U

圖線相互平行，且用材料1進行光電效應(yīng)實驗得到的Ekm-U圖像的縱截距較大，

故C正確，A、B、D錯誤。］

?角度3Ek-v圖像

4.用如圖甲所示的裝置研究光電效應(yīng)現(xiàn)象。閉合開關(guān)S,用頻率為v的光

照射光電管時發(fā)生了光電效應(yīng)。圖乙是該光電管發(fā)生光電效應(yīng)時光電子的最大初

動能蛛與入射光頻率v的關(guān)系圖像，圖線與橫軸的交點坐標(biāo)為3,0）,與縱軸的

交點坐標(biāo)為（0,一加。下列說法正確的是（)

S—I'l'N'——

甲

A.普朗克常量為立豈

B.斷開開關(guān)S后，電流表G的示數(shù)不為零

C.僅增加照射光的強度，光電子的最大初動能將增大

D.保持照射光強度不變，僅提高照射光頻率，電流表G的示數(shù)保持不變

B［由Ek=/?y-Wo,可知圖線的斜率為普朗克常量，即入=（,故A錯誤;

斷開開關(guān)S后，仍有光電子產(chǎn)生，所以電流表G的示數(shù)不為零，故B正確；只

有增大入射光的須率，才能增大光電子的最大初動能，與光的強度無關(guān)，故C

錯誤；保持照射光強度不變，僅提高照射光頻率，單個光子的能量增大，而光的

強度不變，那么光子數(shù)一定減少，發(fā)出的光電子數(shù)也減少，電流表G的示數(shù)要

減小，故D錯誤。］

角度41-U圖像

5.用圖甲所示的電路研究光電效應(yīng)中電子發(fā)射的情況與照射光的強弱、光

的顏色（頻率）等物理量間的關(guān)系，電流計G測得的光電流I隨光電管兩端電壓U

的變化如圖乙所示，則（

A.電壓U增大，光電流/一定增大

B.通過電流計G的電流方向由c到d

C.用同頻率的光照射K極，光電子的最大初動能與光的強弱有關(guān)

D.光電管兩端電壓U為零時一定不發(fā)生光電效應(yīng)

B［由題圖可知，該電壓是正向電壓，電子受到的電場力也增加，達(dá)到陽極

的光電子數(shù)目增加，光電流增加；但當(dāng)光電流達(dá)到飽和值時，它的大小就與電壓

的增加無關(guān)，故A錯誤；由題圖甲可以看出，發(fā)生光電效應(yīng)的光電子方向從d

到c,因此通過電流計G的電流方向由c到d,故B正確；根據(jù)愛因斯坦光電方

程可知，光電子的最大初動能只與頻率有關(guān)，與光的強弱無關(guān)，故

C錯誤；光電管兩端電壓U為零時，只要光的頻率大于金屬的極限頻率，就有

光電子從金屬表面逸出，就能發(fā)生光電效應(yīng)，故D錯誤。］

-八''光的波粒二象性物質(zhì)波（基本考點通關(guān)

1.（波粒二象性的理解）下列有關(guān)光的波粒二象性的說法中，正確的是（）

A.有的光是波，有的光是粒子

B.光子與電子是同樣的一種粒子

C.光的波長越長，其波動性越顯著；波長越短，其粒子性越顯著

D.大量光子的行為往往顯示出粒子性

C［光既有波動性又有粒子性，故A項錯誤；光子不帶電，沒有靜止質(zhì)量，

而電子帶負(fù)電，有質(zhì)量，故B項錯誤；光的波長越長，其波動性越顯著，波長

越短，其粒子性越顯著，故C項正確；個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)為波動性，故D項錯誤。］

2.（光子數(shù)量與光的波粒二象性的關(guān)系）用很弱的光做雙縫干涉實驗，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有兩個光子存在，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性

B.光只有波動性沒有粒子性

C.少量光子的運動顯示波動性，大量光子的運動顯示粒子性

D.少量光子的運動顯示粒子性，大量光子的運動顯示波動性

D［光具有波粒二象性，這些照片說明少量光子的運動顯示粒子性，大量

光子的運動顯示波動性，故D正確。］

3.(光子的能量)我國研制的“大連光源”——極紫外自由電子激光裝置，

發(fā)出了波長在100nm(lnm=10-9m)附近連續(xù)可調(diào)的世界上最強的極紫外激光

脈沖，“大連光源”因其光子的能量大、密度高，可在能源利用、光刻技術(shù)、霧

霾治理等領(lǐng)域的研究中發(fā)揮重要作用。一個處于極紫外波段的光子所具有的能量

可以電離一個分子，但又不會把分子打碎。據(jù)此判斷，能夠電離一個分子的能量

約為(取普朗克常量力=6.6X1(FMJ?s,真空光速c=3Xl()8m/s)()

A.1021JB.IO-18JC.10飛jD.IO-12J

B［一個處于極紫外波段的光子所具有的能量E=/iv=/iy=6.6X10-

3X］。8

34X-^Y-J=1.98X10-18^10-18J,選項B正確。］

畬規(guī)律忠結(jié)光的波粒二象性的規(guī)律

(1)從數(shù)量上看：個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)為波動性。

(2)從頻率上看：頻率越低波動性越顯著，越容易看到光的干涉和衍射現(xiàn)象;

頻率越高粒子性越顯著，貫穿本領(lǐng)越強，越不容易看到光的干涉和衍射現(xiàn)象。

(3)從傳播與作用上看：光在傳播過程中往往表現(xiàn)出波動性；在與物質(zhì)發(fā)生

作用時往往表現(xiàn)為粒子性。

(4)波動性與粒子性的統(tǒng)一：由光子的能量E=/i八光子的動量表達(dá)式p=?也

A

可以看出，光的波動性和粒子性并不矛盾，表示粒子性的能量和動量的計算式中

都含有表示波的特征的物理量——頻率V和波長九

備遺原子結(jié)構(gòu)和原子核

［走進教材?夯實基礎(chǔ)］回顧知識?激活技能

齡梳理?必備知識

一、原子結(jié)構(gòu)

1.電子的發(fā)現(xiàn)：英國物理學(xué)家湯姆孫發(fā)現(xiàn)了電子。

2.原子的核式結(jié)構(gòu)

（l）a粒子散射實驗：1909?1911年，英國物理學(xué)家包福和他的助手進行

了用a粒子轟擊金箔的實驗，實驗發(fā)現(xiàn)絕大多數(shù)a粒子穿過金箔后基本上仍沿

原來方向前進,但有少數(shù)a粒子發(fā)生了大角度偏轉(zhuǎn)，偏轉(zhuǎn)的角度甚至大于90。，

也就是說它們幾乎被“撞”了回來。

（2）原子的核式結(jié)構(gòu)模型：在原子中心有一個很小的核，原子全部的正電荷

和幾乎全部質(zhì)量都集中在核里，帶負(fù)電的電子在核外空間繞核旋轉(zhuǎn)。

二、氫原子光譜

1.光譜：用棱鏡或光柵可以把物質(zhì)發(fā)出的光按波長（頻率）展開，獲得光的

波長（頻率）和強度分布的記錄，即光譜。

2.光譜分類

3.氫原子光譜的實驗規(guī)律：巴耳末系是氫光譜在可見光區(qū)的譜線，其波長

公式;/），（〃=3,4,5,…，凡》是里德伯常量，l?oo=1.10X107m-1）o

4.光譜分析：利用每種原子都有自己的特征譜線可以用來鑒別物質(zhì)和確定

物質(zhì)的組成成分，且靈敏度很高。在發(fā)現(xiàn)和鑒別化學(xué)元素上有著重大的意義。

三、氫原子的能級'能級公式

1.玻爾理論

(1)定態(tài)：原子只能處于一系列丕連續(xù)的能量狀態(tài)中，在這些能量狀態(tài)中原

子是穩(wěn)定的,電子雖然繞核運動，但并不向外輻射能量。

(2)躍遷：原子從一種定態(tài)躍遷到另一種定態(tài)時，它輻射或吸收一定頻率的

光子，光子的能量由這兩個定態(tài)的能量差決定，即〃S是普朗克常

量,/t=6.63X10-34J-s)

(3)軌道：原子的不同能量狀態(tài)跟電子在不同的圓周軌道繞核運動相對應(yīng)。

原子的定態(tài)是不連續(xù)的,因此電子的可能軌道也是不連續(xù)的。

2.氫原子的能級、能級公式

(1)氫原子的能級

能級圖如圖所示

巴爾

賴

典

n系

一E/eV

8(末系帕邢系布喇開系

5---?----1----r---_0

4

3

-1.51

2-r…-1mTT-----------------------3.4

1luili-----------------------------------13.6

(2)氫原子的能級和軌道半徑

①氫原子的能級公式：

E"=、i(〃=1,2,3,…)，其中Ei為基態(tài)能量，其數(shù)值為昂=-13.6eV。

②氫原子的半徑公式：/■"=，81(〃=1,2,3,…)，其中ri為基態(tài)半徑，又稱玻

爾半徑，其數(shù)值為ri=0.53XIO-iOm。

四、原子核的組成、放射性、原子核的衰變、半衰期、放射性同位素

1.原子核的組成

原子核是由質(zhì)壬和中子組成的，原子核的電荷數(shù)等于核內(nèi)的質(zhì)子數(shù)。

2.天然放射現(xiàn)象

元素自發(fā)地放出射線的現(xiàn)象，首先由貝克勒爾發(fā)現(xiàn)。天然放射現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn),

說明原子核具有復(fù)雜的結(jié)構(gòu)。

3.放射性同位素的應(yīng)用與防護

(1)放射性同位素：有天然放射性同位素和人工放射性同位素兩類，放射性

同位素的化學(xué)性質(zhì)相同。

(2)應(yīng)用：消除靜電、工業(yè)探傷、作示蹤原子等。

(3)防護：防止放射性對人體組織的傷害。

4.原子核的衰變

(1)衰變：原子核放出a粒子或p粒子，變成另一種原子核的變化稱為原子

核的衰變。

⑵分類

a衰變：如：例Uf翊Th+夕He；

0衰變：2X-z4Y+也如：資Th-資Pa+He。

(3)半衰期：放射性元素的原子核有生數(shù)發(fā)生衰變所需的時間。半衰期由原

子核內(nèi)部的因素決定，跟原子所處的物理、化學(xué)狀態(tài)無關(guān)。

五、核力和核能

1.核力

原子核內(nèi)部，核子間所特有的相互作用力。

2.核能

(1)核子在結(jié)合成原子核時出現(xiàn)質(zhì)量虧損A/n,其對應(yīng)的能量AE=細(xì)《S

(2)原子核分解成核子時要吸收一定的能量，相應(yīng)的質(zhì)量增加Am,吸收的能

量為AE=A/nc2o

六、裂變反應(yīng)和聚變反應(yīng)、裂變反應(yīng)堆、核反應(yīng)方程

1.重核裂變

(1)定義：質(zhì)量數(shù)較大的原子核受到高能粒子的轟擊而分裂成幾個質(zhì)量數(shù)較

小的原子核的過程。

(2)典型的裂變反應(yīng)方程：

鍍U+和->需Kr+螳Ba+3dn。

(3)鏈?zhǔn)椒磻?yīng)：重核裂變產(chǎn)生的生壬使核裂變反應(yīng)一代接一代繼續(xù)下去的過

程。

(4)臨界體積和臨界質(zhì)量：裂變物質(zhì)能夠發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的最小體積及其相應(yīng)

的質(zhì)量。

⑸裂變的應(yīng)用：原子彈、核反應(yīng)堆。

(6)反應(yīng)堆構(gòu)造：核燃料、減速劑、鎘棒、防護層。

2.輕核聚變

⑴定義：兩個輕核結(jié)合成質(zhì)量較大的核的反應(yīng)過程。輕核聚變反應(yīng)必須在

高溫下進行，因此又叫熱核反應(yīng)。

(2)典型的聚變反應(yīng)方程：

?H+lH^lHe+Jn+17.6MeV

黔激活?基本技能

一、易錯易誤辨析(正確的打“，錯誤的打“X”)

(l)a、》、y三種射線中，a射線的電離作用最強。(J)

(2)半衰期與溫度無關(guān)。(J)

(3)如果某放射性元素的原子核有100個，經(jīng)過一個半衰期后還剩50個。

(X)

(4)所有元素都可以發(fā)生衰變。(X)

(5)核反應(yīng)中質(zhì)量數(shù)守恒，故沒有質(zhì)量虧損。(X)

(6)質(zhì)能方程表明在一定條件下，質(zhì)量可以轉(zhuǎn)化為能量。(義)

二、教材習(xí)題衍生

1.(氫原子能級)由玻爾原子模型求得氫原子能級如圖所示，已知可見光的

光子能量在1.62eV到3.11eV之間，則()

nE/eV

00-----------------------------0

4---------------------------0.85

3---------------------------1.51

2------------------------------3.40

1------------------------------13.60

A.氫原子從高能級向低能級躍遷時可能輻射出丫射線

B.氫原子從〃=3能級向〃=2能級躍遷時會輻射出紅外線

C.處于〃=3能級的氫原子可以吸收任意頻率的紫外線并發(fā)生電離

D.大量氫原子從〃=4能級向低能級躍遷時可輻射出4種頻率的可見光

C［Y射線是放射性元素的原子核從高能級向低能級躍遷時輻射出來的，氫

不是放射性元素，A錯誤；氫原子從〃=3能級向〃=2能級躍遷時輻射出的光

子的能量E=E3-E2=-1.51eV-（-3.40eV）=1.89eV,1.62eV<1.89eV<3.11

eV,故氫原子從〃=3能級向〃=2能級躍遷時輻射出的光為可見光，B錯誤；

根據(jù)E=hv及題給條件可知，紫外線光子的能量大于3.11eV,要使處于〃=3

能級的氫原子發(fā)生電離，需要的能量至少為L51eV,故C正確；大量氫原子從

〃=4能級向低能級躍遷時輻射出的光子能量有0.66eV、2.55eV、12.75eV、1.89

eV、12.09eV、10.2eV,故大量氫原子從〃=4能級向低能級躍遷時可輻射出2

種頻率的可見光，D錯誤。］

2.（原子核的半衰期）用哪種方法可以減緩放射性元素的衰變速率（）

A.把該元素放在低溫陰涼處

B.把該元素密封在很厚的鉛盒子里

C.把該元素同其他的穩(wěn)定元素結(jié)合成化合物

D.上述各種方法都無法減緩放射性元素的衰變速率

D［半衰期由原子核內(nèi)部的因素決定，跟原子所處的物理、化學(xué)狀態(tài)無關(guān)，

故D正確。］

3.（核反應(yīng)方程）關(guān)于核衰變和核反應(yīng)的類型，下列表述正確的是（）

A./U-笳*Th+2He是人工核轉(zhuǎn)變

B.VN+￡He-VO+1H是0衰變

C.汨++HTHe+4n是輕核聚變

D.甥Se-潴Kr+2_9e是重核裂變

［答案］C

［細(xì)研考點?突破題型］重難解惑?直擊高考

考點1原子的核式結(jié)構(gòu)《基本考點逋關(guān)

1.（?粒子散射實驗）如圖是盧瑟福的?粒子散射實驗裝置，在一個小鉛盒

里放有少量的放射性元素缽，它發(fā)出的?粒子從鉛盒的小孔射出，形成很細(xì)的

一束射線，射到金箔上，最后打在熒光屏上產(chǎn)生閃爍的光點。下列說法正確的是

a粒子源

A.該實驗是盧瑟福建立原子核式結(jié)構(gòu)模型的重要依據(jù)

B.該實驗證實了湯姆孫原子模型的正確性

C.a粒子與原子中的電子碰撞會發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)

D.絕大多數(shù)的a粒子發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)

A［盧瑟福根據(jù)a粒子散射實驗，提出了原子核式結(jié)構(gòu)模型，選項A正確；

盧瑟福提出了原子核式結(jié)構(gòu)模型的假設(shè)，從而否定了湯姆孫原子模型的正確性，

選項B錯誤；電子質(zhì)量太小，對a粒子的影響不大，選項C錯誤；絕大多數(shù)a

粒子穿過金箔后，幾乎仍沿原方向前進，選項D錯誤。］

2.（原子的核式結(jié)構(gòu)）在盧瑟福的a粒子散射實驗中，有少數(shù)a粒子發(fā)生了

大角度偏轉(zhuǎn)，其原因是（）

A.原子中的正電荷和絕大部分質(zhì)量集中在一個很小的核上

B.正電荷在原子中是均勻分布的

C.原子中存在著帶負(fù)電的電子

D.原子只能處于一系列不連續(xù)的能量狀態(tài)中

A［a粒子帶正電，其質(zhì)量約是電子質(zhì)量的7300倍。a粒子碰到金原子內(nèi)

的電子，就像飛行中的子彈碰到塵埃一樣，其運動方向不會發(fā)生明顯的改變。若

正電荷在原子內(nèi)均勻分布，a粒子穿過原子時，它受到的兩側(cè)正電荷斥力有相當(dāng)

大一部分互相抵消，使a粒子偏轉(zhuǎn)的力也不會很大。根據(jù)少數(shù)a粒子發(fā)生大角

度偏轉(zhuǎn)的現(xiàn)象，推測原子的正電荷和絕大部分質(zhì)量集中在一個很小的核上，入射

的a粒子中，只有少數(shù)a粒子有機會很接近核，受到很大的斥力而發(fā)生大角度

偏轉(zhuǎn)，所以A正確。］

考點2玻爾理論和能級躍遷,綜合能力提升

1.對氫原子能級圖的理解

⑴能級圖如圖所示

爾

巴

系

ni末

8帕邢系布喇升系

5

4

3

2-3.4

-13.6

(2)能級圖中相關(guān)量意義的說明

相關(guān)量意義

能級圖中的橫線表示氫原子可能的能量狀態(tài)——定態(tài)

橫線左端的數(shù)字“1,2,3,…”表示量子數(shù)

橫線右端的數(shù)字“一13.6,-

表示氫原子的能量

3.4,…”

表示相鄰的能量差，量子數(shù)越大，相鄰

相鄰橫線間的距離

的能量差越小，距離越小

表示原子由較高能級向較低能級躍遷，

帶箭頭的豎線

原子躍遷的條件為hv=Em-En

2.兩類能級躍遷

(1)自發(fā)躍遷：高能級一低能級，釋放能量，發(fā)出光子。

AEE蔚一E低

光子的頻率v=

(2)受激躍遷：低能級一高能級，吸收能量。

①光照(吸收光子)：吸收光子的全部能量，光子的能量必須恰等于能級差hv

=A￡?

②碰撞、加熱等：可以吸收實物粒子的部分能量，只要入射粒子能量大于或

等于能級差即可，E外2AE。

③大于電離能的光子被吸收，將原子電離。

［典例］(受激躍遷與電離)抗戰(zhàn)疫情取得階段性的勝利，2020年5月6日湖

北省高三學(xué)生迎來了開學(xué)，學(xué)校校門口都設(shè)有紅外測溫儀，其原理是：被測物體

輻射的電磁波只有紅外線可被該測溫儀捕捉，并轉(zhuǎn)變成電信號。如圖為氫原子能

級示意圖，已知紅外線單個光子能量的最大值為1.62eV,當(dāng)大量處于第5能級

的氫原子向較低能級躍遷時，所輻射出的光子中能被紅外測溫儀捕捉到的光子頻

率種類有()

n

8E/eV

50

4-0.54

3-0.85

-1.51

2

-3.40

1-13.60

A.1種B.2種C.3種D.4種

5X4

C［根據(jù)Cg=-5—=10種知，大量處于〃=5的氫原子向低能級躍遷時，

可能發(fā)出10種不同須率的可見光。根據(jù)能級的躍遷滿足/［v=E,"—段,得躍遷產(chǎn)

生的光子能量分別是13.06eV,12.75eV