第十六章物理

大一輪復(fù)習(xí)近代物理考情分析生活實(shí)踐類(lèi)醫(yī)用放射性核素、霓虹燈、氖管、光譜儀、原子鐘、威耳遜云室、射線測(cè)厚儀、原子彈、反應(yīng)堆與核電站、太陽(yáng)、氫彈、環(huán)流器裝置等學(xué)習(xí)探究類(lèi)光電效應(yīng)現(xiàn)象、光的波粒二象性、原子的核式結(jié)構(gòu)模型、氫原子光譜、原子的能級(jí)結(jié)構(gòu)、射線的危害與防護(hù)、原子核的結(jié)合能、核裂變反應(yīng)和核聚變反應(yīng)等試題情境第83課時(shí)光電效應(yīng)目標(biāo)要求1.掌握黑體輻射的定義及其實(shí)驗(yàn)規(guī)律，理解能量量子化的意義。2.理解光電效應(yīng)現(xiàn)象及光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律。會(huì)利用光電效應(yīng)方程計(jì)算逸出功、截止頻率、最大初動(dòng)能等物理量。3.會(huì)分析光電效應(yīng)常見(jiàn)的三類(lèi)圖像。內(nèi)容索引考點(diǎn)一黑體輻射能量子考點(diǎn)二光電效應(yīng)課時(shí)精練考點(diǎn)三光電效應(yīng)中常見(jiàn)的三類(lèi)圖像1.熱輻射(1)定義：周?chē)囊磺形矬w都在輻射

，這種輻射與物體的

有關(guān)，所以叫作熱輻射。(2)特點(diǎn)：熱輻射強(qiáng)度按波長(zhǎng)的分布情況隨物體的

不同而有所不同。黑體輻射能量子考點(diǎn)一電磁波溫度溫度(2)黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律①黑體輻射電磁波的強(qiáng)度按波長(zhǎng)的分布只與黑體的

有關(guān)。②隨著溫度的升高，一方面，各種波長(zhǎng)的輻射強(qiáng)度都有

，另一方面，輻射強(qiáng)度的極大值向波長(zhǎng)較

的方向移動(dòng)，如圖。2.黑體、黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律(1)黑體：能夠

入射的各種波長(zhǎng)的電磁波而不發(fā)生反射的物體。完全吸收溫度增加短3.能量量子化(1)能量子：普朗克認(rèn)為，當(dāng)帶電微粒輻射或吸收能量時(shí)，只能輻射或吸收

，這個(gè)不可再分的最小能量值ε叫作能量子。(2)能量子大小：ε＝

，其中ν是帶電微粒吸收或輻射電磁波的頻率，h被稱(chēng)為普朗克常量。h＝6.62607015×10－34J·s(一般取h＝6.63×10－34

J·s)。某個(gè)最小能量值ε的整數(shù)倍hν

一個(gè)個(gè)不可分割的能量子hν變大判斷正誤1.黑體能夠反射各種波長(zhǎng)的電磁波，但不會(huì)輻射電磁波。(

)2.黑體輻射電磁波的強(qiáng)度按波長(zhǎng)的分布只與溫度有關(guān)，隨著溫度的升高，各種波長(zhǎng)的輻射強(qiáng)度都增加，輻射強(qiáng)度極大值向波長(zhǎng)較短的方向移動(dòng)。(

)3.玻爾為得出黑體輻射的強(qiáng)度按波長(zhǎng)分布的公式，提出了能量子的假說(shuō)。(

)4.微觀粒子的能量是量子化的，即微觀粒子的能量是分立的。(

)×√×√(2023·江蘇卷·14)“夸父一號(hào)”太陽(yáng)探測(cè)衛(wèi)星可以觀測(cè)太陽(yáng)輻射的硬X射線。硬X射線是波長(zhǎng)很短的光子，設(shè)波長(zhǎng)為λ。若太陽(yáng)均勻地向各個(gè)方向輻射硬X射線，衛(wèi)星探測(cè)儀鏡頭正對(duì)著太陽(yáng)，每秒接收到N個(gè)該種光子。已知探測(cè)儀鏡頭面積為S，衛(wèi)星離太陽(yáng)中心的距離為R，普朗克常量為h，光速為c，求：(1)每個(gè)光子的動(dòng)量p和能量E；例1

(2)太陽(yáng)輻射硬X射線的總功率P。

設(shè)一個(gè)點(diǎn)光源或球光源輻射光子的功率為P0，它以球面波的形式均勻向外輻射光子，在一段很短的時(shí)間Δt內(nèi)輻射的能量E＝P0·Δt，到光源的距離球面輻射模型總結(jié)提升返回光電效應(yīng)考點(diǎn)二1.光電效應(yīng)及其規(guī)律(1)光電效應(yīng)現(xiàn)象照射到金屬表面的光，能使金屬中的

從表面逸出的現(xiàn)象稱(chēng)為光電效應(yīng)，這種電子常稱(chēng)為

。(2)光電效應(yīng)規(guī)律①每種金屬都有一個(gè)截止頻率νc，也稱(chēng)作極限頻率，入射光的頻率必須

這個(gè)截止頻率才能產(chǎn)生光電效應(yīng)。②光電子的最大初動(dòng)能與入射光的強(qiáng)度

，只隨入射光

的增大而增大。電子光電子大于或等于無(wú)關(guān)頻率③光電效應(yīng)的發(fā)生幾乎是瞬時(shí)的，一般不超過(guò)10－9s。④當(dāng)入射光的頻率大于或等于截止頻率時(shí)，在光的顏色不變的情況下，入射光越強(qiáng)，逸出的光電子數(shù)越

，飽和電流越大，逸出光電子的數(shù)目與入射光的強(qiáng)度成正比，飽和電流的大小與入射光的強(qiáng)度成

。2.愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)方程表達(dá)式：hν＝Ek＋W0或Ek＝

。(1)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(lái)克服金屬的逸出功W0，剩下的表現(xiàn)為逸出后電子的______

。多正比hν－W0最大初動(dòng)能

最小值W0＝hνc電子Ek＝eUc判斷正誤1.光子和光電子都不是實(shí)物粒子。(

)2.用紫外線燈照射鋅板，驗(yàn)電器箔片張開(kāi)，此時(shí)鋅板帶正電；若改用紅光照射鋅板，發(fā)現(xiàn)驗(yàn)電器箔片不張開(kāi)，說(shuō)明紅外線的頻率小于鋅的截止頻率。(

)3.只要入射光的強(qiáng)度足夠大，就可以使金屬發(fā)生光電效應(yīng)。(

)4.要使某金屬發(fā)生光電效應(yīng)，入射光子的能量必須大于或等于該金屬的逸出功。(

)5.光電子的最大初動(dòng)能與入射光子的頻率成正比。(

)×√×√×(多選)(2024·黑吉遼·8)X射線光電子能譜儀是利用X光照射材料表面激發(fā)出光電子，并對(duì)光電子進(jìn)行分析的科研儀器，用某一頻率的X光照射某種金屬表面，逸出了光電子，若增加此X光的強(qiáng)度，則A.該金屬逸出功增大B.X光的光子能量不變C.逸出的光電子最大初動(dòng)能增大D.單位時(shí)間逸出的光電子數(shù)增多例2√√金屬的逸出功是金屬的自身固有屬性，僅與金屬自身有關(guān)，增加此X光的強(qiáng)度，該金屬逸出功不變，故A錯(cuò)誤；根據(jù)光子能量公式ε＝hν可知增加此X光的強(qiáng)度，X光的光子能量不變，故B正確；根據(jù)愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)方程Ekm＝hν－W0，可知增加此X光的強(qiáng)度，逸出的光電子最大初動(dòng)能不變，故C錯(cuò)誤；增加此X光的強(qiáng)度，單位時(shí)間照射到金屬表面的光子變多，則單位時(shí)間逸出的光電子數(shù)增多，故D正確。(九省聯(lián)考·河南·16)某光源包含不同頻率的光，光的強(qiáng)度與頻率的關(guān)系如圖所示。表中給出了一些金屬的截止頻率νc，用該光源照射這些金屬。則例3金屬νc/(×1014Hz)銫4.69鈉5.53鋅8.06鎢10.95A.僅銫能產(chǎn)生光電子 B.僅銫、鈉能產(chǎn)生光電子C.僅銫、鈉、鋅能產(chǎn)生光電子 D.都能產(chǎn)生光電子√根據(jù)愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)方程Ek＝hν－W0金屬的逸出功為W0＝hνc由題圖可知光源中光的頻率范圍為1.5×1014

Hz≤ν≤9×1014

Hz則僅銫、鈉、鋅能產(chǎn)生光電子。故選C。

鋁的逸出功是4.2eV，現(xiàn)在用波長(zhǎng)為200nm的光照射鋁的表面，取元電荷e＝1.60×10－19C，普朗克常量h＝6.63×10－34J·s，真空中光速c＝3×108m/s，求：(結(jié)果均保留1位有效數(shù)字)(1)光電子的最大初動(dòng)能；例4答案2eV

(2)遏止電壓；答案2V

由Ek＝eUc，得Uc＝2

V(3)鋁的截止頻率。答案1×1015Hz由W0＝hνc，得νc≈1×1015

Hz。光電效應(yīng)的分析思路總結(jié)提升返回光電效應(yīng)中常見(jiàn)的三類(lèi)圖像考點(diǎn)三1.Ek－ν圖像(1)寫(xiě)出最大初動(dòng)能Ek與入射光頻率ν的關(guān)系式：

。(2)由圖像獲得的信息：①圖線與ν軸交點(diǎn)的橫坐標(biāo)：

。②圖線與Ek軸交點(diǎn)坐標(biāo)的絕對(duì)值：

。③圖線的斜率：

。Ek＝hν－W0＝h(ν－νc)截止頻率νc逸出功W0普朗克常量h2.Uc－ν圖像(此時(shí)兩極間接反向電壓)(1)寫(xiě)出遏止電壓Uc與入射光頻率ν的關(guān)系式

。(2)由圖像獲得的信息：①圖線與橫軸交點(diǎn)的坐標(biāo)：

。②圖線的斜率k＝____。

截止頻率νc

(1)甲、乙兩種色光比較：兩種色光對(duì)應(yīng)的光電子最大初動(dòng)能Ek甲

Ek乙，兩色光頻率ν甲

ν乙，兩種色光對(duì)應(yīng)的截止頻率νc甲

νc乙，兩種色光強(qiáng)度關(guān)系為

。(2)丙、丁兩種色光的比較：兩種色光對(duì)應(yīng)的光電子最大初動(dòng)能Ek丙

Ek丁，兩色光頻率ν丙

ν丁；兩種色光對(duì)應(yīng)的截止頻率νc丙

νc丁。3.光電流I與電壓的關(guān)系(用同一光電管做實(shí)驗(yàn))＝＝＝甲光較強(qiáng)<<＝(多選)(2025·山東濟(jì)寧市?？?在研究甲、乙兩種金屬光電效應(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A.兩條圖線與橫軸的夾角α和β可能不相等B.若用同種頻率的光照射這兩種金屬均能發(fā)生光電效應(yīng)，

則甲的遏止電壓大于乙的遏止電壓C.若某一頻率的光可以使乙金屬發(fā)生光電效應(yīng)，則一定也能使甲金屬發(fā)生

光電效應(yīng)D.甲金屬的逸出功小于乙金屬的逸出功例5√√√由光電效應(yīng)方程有Ek＝hν－W0，可知Ek－ν圖像的斜率為普朗克常量，所以?xún)蓤D像的斜率一定相等，即α和β一定相等，故A錯(cuò)誤；由Ek＝hν－W0＝h(ν－νc)可知，圖像與橫坐標(biāo)的交點(diǎn)為截止頻率，則甲的截止頻率小，又因?yàn)閃0＝hνc，所以甲的逸出功小，用同種光照射兩種金屬發(fā)生光電效應(yīng)，則甲的光電子的最大初動(dòng)能大，由因?yàn)閑Uc＝Ek，所以甲的遏止電壓大于乙的遏止電壓，故B、D正確；由上述分析可知，甲的截止頻率小，所以當(dāng)乙可以在某一頻率的光照射下發(fā)生光電效應(yīng)時(shí)，該光也一定可以使甲發(fā)生光電效應(yīng)，故C正確。

例6√飽和電流只與入射光的強(qiáng)度有關(guān)，與外加電壓無(wú)關(guān)，故A錯(cuò)誤；測(cè)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；

返回課時(shí)精練對(duì)一對(duì)題號(hào)1234567答案AADBADD題號(hào)8910答案DA(1)

E－W0＋eU

(2)Ne

答案123456789101.下列描繪兩種溫度下黑體輻射強(qiáng)度與波長(zhǎng)關(guān)系的圖中，符合黑體輻射規(guī)律的是12345678910基礎(chǔ)落實(shí)練答案√黑體輻射的特點(diǎn)是：隨著溫度的升高，一方面，各種波長(zhǎng)的輻射強(qiáng)度都有增加，另一方面，輻射強(qiáng)度的極大值向波長(zhǎng)較短的方向移動(dòng)，故選A。12345678910答案2.關(guān)于光電效應(yīng)，下列說(shuō)法正確的是A.截止頻率越大的金屬材料逸出功越大B.只要光照射的時(shí)間足夠長(zhǎng)，任何金屬都能發(fā)生光電效應(yīng)C.從金屬表面逸出的光電子的最大初動(dòng)能越大，這種金屬的逸出功越小D.發(fā)生光電效應(yīng)時(shí)，入射光的頻率一定，入射光越強(qiáng)，單位時(shí)間內(nèi)逸出

的光電子數(shù)就越少√12345678910答案逸出功W0＝hνc，W0∝νc，A正確；只有照射光的頻率大于或等于金屬截止頻率，才能發(fā)生光電效應(yīng)，與光照的時(shí)間無(wú)關(guān)，B錯(cuò)誤；由光電效應(yīng)方程Ek＝hν－W0知，最大初動(dòng)能與入射光的頻率和金屬逸出功兩個(gè)因素有關(guān)，入射光頻率ν不確定時(shí)，無(wú)法確定Ek與W0的關(guān)系，C錯(cuò)誤；發(fā)生光電效應(yīng)的前提下，入射光的頻率一定時(shí)，入射光越強(qiáng)，單位時(shí)間內(nèi)逸出的光電子數(shù)越多，D錯(cuò)誤。12345678910答案3.(2025·山東泰安市檢測(cè))如圖甲所示的電路，可用于研究光電效應(yīng)中光電流大小與照射光的強(qiáng)弱、頻率等物理量的關(guān)系。圖中A、K兩極間的電壓大小可調(diào)，電源的正負(fù)極也可以對(duì)調(diào)。分別用a、b、c三束單色光照射，調(diào)節(jié)A、K間的電壓U，得到光電流I與電壓U的關(guān)系如圖乙所示。由圖可知A.研究遏止電壓時(shí)，電源左端應(yīng)為負(fù)極B.單色光b光子的能量小于單色光a光子

的能量C.單色光b的頻率小于單色光a的頻率D.單色光a和c的頻率相同，但a光強(qiáng)度更強(qiáng)些√光電子從K極逸出，研究遏止電壓時(shí)，A極板應(yīng)帶負(fù)電，所以電源右端應(yīng)為負(fù)極，A錯(cuò)誤；根據(jù)－eUc＝0－Ekm，Ekm＝hν－W0，可知遏止電壓越大，光的頻率越大，根據(jù)ε＝hν可知，頻率越大，光子能量越大，所以b光的頻率大，光子能量大，B、C錯(cuò)誤；單色光a和c照射時(shí)遏止電壓相等，所以?xún)晒獾念l率相同，但在相等電壓下，a光照射的光電流大，說(shuō)明單位時(shí)間內(nèi)光電子數(shù)多，光照強(qiáng)度大，D正確。12345678910答案12345678910答案

√12345678910答案

金屬的逸出功是金屬本身的性質(zhì)，與入射光的頻率、入射光的強(qiáng)度無(wú)關(guān)，故無(wú)論是增大入射光的頻率還是增加入射光的強(qiáng)度，該金屬的逸出功都不變，故C錯(cuò)誤；當(dāng)微安表示數(shù)為零時(shí)，電壓表示數(shù)即為遏止電壓，故D錯(cuò)誤。12345678910答案5.(2024·山東淄博市模擬)人眼對(duì)綠光最為敏感，正常人的眼睛接收到波長(zhǎng)為530nm的綠光時(shí)，只要每秒有6個(gè)綠光的光子射入瞳孔，眼睛就能察覺(jué)。普朗克常量為6.63×10－34J·s，光速為3.0×108m/s，則人眼能察覺(jué)到綠光時(shí)所接收到的最小功率是A.2.3×10－18W B.3.8×10－19WC.7.0×10－10W D.1.2×10－18W√12345678910答案

12345678910答案

√12345678910答案

12345678910答案電流計(jì)的示數(shù)與光電流的大小有關(guān)，單位時(shí)間內(nèi)逸出的光電子數(shù)目越多，光電流越大，而單位時(shí)間內(nèi)逸出的光電子數(shù)與光的強(qiáng)度有關(guān)，由于光的強(qiáng)度關(guān)系未知，所以無(wú)法判斷電流計(jì)的示數(shù)大小，故B錯(cuò)誤；

12345678910答案

能力綜合練√12345678910答案當(dāng)開(kāi)關(guān)S接1時(shí)，由愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)方程得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；改用比ν1更大頻率的光照射，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，使開(kāi)關(guān)S接2，此時(shí)hν1>W0，可發(fā)生光電效應(yīng)，故電流表示數(shù)不為零，故C錯(cuò)誤；12345678910答案

8.(2024·山東威海市檢測(cè))如圖甲，A和B兩單色光，以適當(dāng)?shù)慕嵌认虬雸A形玻璃磚射入，出射光線都從圓心O沿OC方向射出，且這兩種光照射同種金屬，都能發(fā)生光電效應(yīng)。那么在光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)中(如圖乙所示)，調(diào)節(jié)這兩束光的強(qiáng)12345678910答案度并分別照射相同的光電管，實(shí)驗(yàn)中這兩束光都能在單位時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生相同數(shù)量的光電子，實(shí)驗(yàn)所得光電流I與光電管兩端所加電壓U間的關(guān)系曲線分