目錄

光電效應(yīng)、波粒二象性..........................................................................1

考點一能量的量子化......................................................................1

題型1：黑體與黑體輻射................................................................2

題型2：黑體輻射的實驗規(guī)律............................................................2

題型3：能量子、普拉克常量............................................................2

考點二光電效應(yīng)..........................................................................3

題型1：光電效應(yīng)現(xiàn)象..................................................................6

題型2：光電效應(yīng)的實驗規(guī)律............................................................6

題型3：光電效應(yīng)方程與光子的能量......................................................7

題型4：光電效應(yīng)的圖像問題............................................................7

考點三康普頓效應(yīng).......................................................................11

題型1：光子的動量....................................................................11

題型2：康普頓效應(yīng)的現(xiàn)象及解釋.......................................................11

考點四物質(zhì)波............................................................................12

題型1：光的波粒二象性...............................................................12

題型2：粒子的波動性、德布羅意波.....................................................13

鞏固訓練?提升能力.......................................................................14

光電效應(yīng)■波粒二象性

考點一能量的量子化

1.熱輻射

(1)定義：我們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)，所以叫作熱輻射。

(2)特點：輻射強度按波長的分布情況隨物體的溫度而有所不同。

2.黑體、黑體輻射的實驗規(guī)律

(1)黑體：能夠完全吸收入射的各種波長的電磁波而不發(fā)生反射的物體。

(2)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，如圖所示。

［輻射強度

個700K

/kV1500K

024A/jim

3.能量子

（1）定義：普朗克認為，振動著的帶電微粒的能量只能是某一最小能量值￡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?,其中v是帶電微粒吸收或輻射電磁波的頻率，〃稱為普朗克常量，/i=6.626xl0-

34

J-s（一般取%=6.63x10-34J.s）o

覽型1：黑體與黑體有

1.（單選）關(guān)于黑體輻射，下列說法正確的是（）

A.溫度太低的物體不會輻射電磁波

B.黑體不會輻射電磁波

C.愛因斯坦通過提出的能量子假說，很好地解釋了黑體輻射規(guī)律

D.黑體輻射的能量是不連續(xù)的，只能是某一最小能量值的整數(shù)倍

題型2:黑體球時的實狗趣律

2.（多選）關(guān)于黑體輻射的實驗規(guī)律如圖所示，下列說法正確的是（）

。24波長/pjn

A.黑體能夠完全吸收照射到它上面的光波

B.隨著溫度的降低，各種波長的光輻射強度都有所增加

C.隨著溫度的升高，輻射強度極大值向波長較長的方向移動

D.黑體輻射的強度只與它的溫度有關(guān)，與形狀和黑體材料無關(guān)

款量3:健量子、普拉克常?

3.某廣播電臺發(fā)射功率為20kW、在空氣中波長為198.9爪的電磁波，電磁波在空中傳播的速率為

3X108m/s,普朗克常量6.63X10-34J-s。（計算結(jié)果均保留一位有效數(shù)字）求:

（1）電磁波的能量子￡的值；

（2）該電臺每秒鐘從天線發(fā)射的能量子個數(shù)。

4.（多選）下列說法正確的是（）

A.黑體都是黑色的

B.我們周圍的一切物體都在輻射電磁波，這種輻射與溫度有關(guān)

C.普朗克的能量子假設(shè)認為能量只能是某一最小能量值的整數(shù)倍

D.能量的耗散表明，能源在利用過程中能量在數(shù)量上減少了

5.(單選)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

考點二光電效應(yīng)

1.光電效應(yīng)

照射到金屬表面的光，能使金屬中的電子從表面逸出的現(xiàn)象。

2.光電子

光電效應(yīng)中從金屬表面逸出的電子。

3、光電效應(yīng)的產(chǎn)生條件

入射光的頻率大于金屬的極限頻率。

4.光電效應(yīng)的實驗規(guī)律

(1)存在截止頻率：當入射光的頻率低于截止頻率時不發(fā)生光電效應(yīng)。不同金屬的截止頻率不同，即截

止頻率與金屬自身的性質(zhì)有關(guān)。

(2)存在飽和電流：在光照條件不變的情況下，隨著所加電壓的增大，光電流趨于一個飽和值，即在一

定的光照條件下，單位時間陰極K發(fā)射的光電子的數(shù)目是一定的。實驗表明，光的頻率一定時，入射

光越強，飽和電流越大，單位時間內(nèi)發(fā)射的光電子數(shù)越多。

(3)存在遏止電壓：使光電流減小到0的反向電壓G稱為遏止電壓。遏止電壓的存在意味著光電子的

初動能有最大值，Ekm=；〃2e4=eUc，稱為光電子的最大初動能。實驗表明，遏止電壓(或光電子的最

大初動能)與入射光的強度無關(guān)，只隨入射光頻率的增大而增大。

(4)光電效應(yīng)具有瞬時性：當入射光的頻率超過截止頻率外時，無論入射光怎樣微弱，光電效應(yīng)幾乎是

瞬時發(fā)生的。

5.愛因斯坦光電效應(yīng)方程

(1)光子說：光本身就是由一個個不可分割的能量子組成的，頻率為v的光的能量為，其中〃=

6.63x10-34j.s(稱為普朗克常量)。這些能量子后來稱為光子。

(2)逸出功取)

要使電子脫離某種金屬，需要外界對它做功，做功的最小值叫作這種金屬的逸出功。

(3)光電子的最大初動能反

在光電效應(yīng)中，金屬中的電子吸收光子后，除了要克服金屬的逸出功外，有時還要克服原子的其他

束縛而做功，這時光電子的初動能就比較?。划斠莩鲞^程只克服金屬的逸出功而逸出時，光電子的初

動能稱為最大初動能。

(4)表達式：Ek=hv—W0o

(5)物理意義：金屬表面的電子吸收一個光子獲得的能量是/zv,在這些能量中，一部分大小為％的

能量被電子用來脫離金屬，剩下的是逸出后電子的最大初動能反=總

6.對光電效應(yīng)規(guī)律的解釋

對應(yīng)規(guī)律對規(guī)律的解釋

電子從金屬表面逸出，必須克服金屬的逸出功WQ,則入射光子的

存在截止頻率%

能量不能小于怖，對應(yīng)的頻率必須不小于％=，即截止頻率

電子吸收光子能量后，一部分用來克服金屬的逸出功，剩余部分

光電子的最大初動能隨著入射光

表現(xiàn)為光電子的初動能，只有直接從金屬表面飛出的光電子才具

頻率的增大而增大，與入射光的

有最大初動能。對于確定的金屬，Wo是一定的，故光電子的最大

強度無關(guān)

初動能只隨入射光頻率的增大而增大，和光強無關(guān)

光照射金屬時，電子一次性吸收光子的全部能量，不需要積累能

光電效應(yīng)具有瞬時性

量的時間

對于同種頻率的光，光較強時，單位時間內(nèi)照射到金屬表面的光

光較強時飽和電流較大

子數(shù)較多，照射金屬時產(chǎn)生的光電子較多，因而飽和電流較大

國鍵能就規(guī)律責淘

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。光子是光電效應(yīng)的因，光電子是果。

(2)光電子的初動能與光電子的最大初動能：光照射到金屬表面時，電子吸收光子的全部能量，可能向

各個方向運動，需克服原子核和其他原子的阻礙而損失一部分能量，剩余部分為光電子的初動能；只

有金屬表面的電子直接向外飛出，只需克服原子核的引力做功的情況，光電子才具有最大初動能。光

電子的初動能小于或等于光電子的最大初動能。

(3)光電流與飽和光電流：金屬板飛出的光電子到達陽極，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)。

(4)入射光的強度與光子的能量：入射光的強度指單位時間內(nèi)照射到金屬表面單位面積上的總能量，即

I=nhv,n是單位時間照射到單位面積上頻率為v的單色光的光子數(shù)。

(5)光的強度與飽和光電流：飽和光電流隨入射光的強度增大而增大的規(guī)律是對頻率相同的光照射金屬

產(chǎn)生光電效應(yīng)而言的，對于不同頻率的光，由于每個光子的能量不同，飽和光電流與入射光的強度之

間沒有簡單的正比關(guān)系。

2.四點提醒

(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。

3.三個關(guān)系式

(1)愛因斯坦光電效應(yīng)方程：Ek=hv-W0o

(2)光電子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：W0=hvc.

4.兩條對應(yīng)關(guān)系

(1)光強大(頻率一定時)一光子數(shù)目多一發(fā)射光電子多一飽和光電流大。

(2)光子頻率高一光子能量大一光電子的最大初動能大。

5.光電管上加正向與反向電壓情況分析

①尸右移時，參與導電的光電子數(shù)增加；

②尸移到某一位置時，所有逸出的光電子恰好都參與了導電，光電流恰好達到最

大值；

t-----(③尸再右移時，光電流不再增大

正向電壓

①尸右移時，參與導電的光電子數(shù)減少；

②尸移到某一位置時，所有逸出的光電子恰好都不參與導電，光電流恰好為0,此

時光電管兩端加的電壓為遏止電壓；

③尸再右移時，光電流始終為0

反向電壓

6.光電效應(yīng)的圖像分析

由圖線可直接(或

圖像名稱圖線形狀

間接)得到的物理量

①極限頻率％：圖線與V軸交點的橫

(------;坐標；

光電子的最大初動能區(qū)與入射光

②逸出功M：圖線與反軸交點的縱

的頻率V的關(guān)系圖線

坐標的絕對值，W0=\~E\=E；

5③普朗克常量加圖線的斜率左=力

①遏止電壓圖線與橫軸的交點

??…N-------強光(黃)

顏色相同、強度不同的光，光電流17^弱光(黃)的橫坐標的值；

與電壓的關(guān)系圖線②飽和電流/m：光電流的最大值；

)U③最大初動能：Ek=eU0

)一黃光①遏止電壓&1、&2；

顏色不同、強度相同的光，光電流

_--------藍光②飽和電流；

與電壓的關(guān)系圖線

③最大初動能Eia=eUci，Ek2=eUc2

U

①極限頻率％:圖線與橫軸交點的橫

坐標

②遏止電壓q：隨入射光頻率的增

大而增大

遏止電壓q與入射光的頻率v的③普朗克常量等于圖線的斜率與

關(guān)系圖線電子電荷量的乘積，即/i=%e

0④逸出功Wo：圖線與&軸交點的縱

坐標的絕對值與電荷量的乘積，即

Wo=eUm（注：此時兩極之間接反向

電壓）

【例題歌折場點題型|

腰里1：光電效應(yīng)現(xiàn)敏

6.（單選）在"科學腦洞反應(yīng)堆"視頻中實驗人員拿橡膠氣球在頭發(fā)上摩擦后接觸類似靜電計的裝置使之帶

電（圖1）,然后用可見光照射連接在該裝置頂端的金屬片（圖2）,靜電計張角無變化，增加照射光的強度后

靜電計張角仍無變化（圖3）,換用短波紫外光照射時靜電計張角明顯變?。▓D4）,說明金屬片發(fā)生了光電效

應(yīng)。下列說法正確的是（）

圖I圖2圖3圖4

A.氣球接觸金屬片后金屬片帶正電

B.光電效應(yīng)能否發(fā)生與照射光的強度有關(guān)

C.短波紫外光的頻率高于金屬片的極限頻率

D.若用紅外線照射金屬片也可以發(fā)生光電效應(yīng)

觀里2:光電效應(yīng)的實瞼理律

7.（單選）如圖所示為研究光電效應(yīng)的實驗電路圖，用某種單色光照射光電管電極K,開始時，電壓表的

示數(shù)為0（中央?？潭龋娏鞅淼氖緮?shù)不為0,調(diào)節(jié)滑動變阻器的滑片P,下列說法正確的是（）

光束

A.滑片P向左移，電流表示數(shù)一直增大

B.滑片P向左移，電壓表示數(shù)減小，向右移電壓表示數(shù)增大

C.滑片P向右移，到達4極板的電子最大動能增大

D.滑片P向右移，電壓表的示數(shù)變大，電流表的示數(shù)可能減小至零

對光電效應(yīng)的幾點提醒

(1)光的頻率決定光子的能量，￡=hv。

(2)光的強度是指單位時間光照射到單位面積上的能量，即I=nhv,所以單位時間照射到單位面積上的光子

數(shù)由光強和光的頻率共同決定。

(3)光電子逸出后的最大初動能由光子的頻率和逸出功共同決定。

(4)由Ek=hv—Wo求出的是光電子的最大初動能，金屬內(nèi)部逸出的光電子的動能小于這個值，而且光電子

的射出方向是隨機的，不一定都能到達陽極。

(5)每秒逸出的光電子數(shù)決定著飽和光電流的大小，而不是光電流的大小。

曾型3:光電逋應(yīng)方程與光子的址?

8.(多選)在光電效應(yīng)實驗中，分別用頻率為玲、%的單色光a、b照射到同種金屬上，測得相應(yīng)的遏止電

壓分別為4和4、光電子的最大初動能分別為和為普朗克常量.下列說法正確的是()

A.若V。>Vb,則一定有4<Ub

B.若%>Vb,則一定有&a>Ekb

C.若Ua<Ub,則一定有<Ekb

D.若Va>vb,則一定有h%-Eka>hvb-Ekb

題型4:光電效應(yīng)的圖像問顆

9.(單選)采用如圖甲所示電路來研究光電效應(yīng)規(guī)律，現(xiàn)分別用a、b兩束單色光照射同一光電管，得到光

電流/與光電管兩極間所加電壓U的關(guān)系圖像如圖乙所示。下列說法正確的是()

光束窗口

甲乙

A.若直流電源右端為正極，將滑動變阻器滑片向右滑動，則電流表示數(shù)不斷增大

B.若直流電源左端為正極，將滑動變阻器滑片向右滑動，則電流表示數(shù)不斷增大

C.若b光能使某金屬產(chǎn)生光電效應(yīng)，則a光一定也可以

D.若a光能使某金屬產(chǎn)生光電效應(yīng)，則6光一定也可以

10.（單選）用圖示裝置研究光電效應(yīng)的規(guī)律，v為入射光的頻率，”為遏止電壓，/為電流表示數(shù)，U為

電壓表示數(shù).下列反映光電效應(yīng)規(guī)律的圖像可能正確的是（）

解決光電效應(yīng)圖像問題的幾個關(guān)系式

⑴光電效應(yīng)方程：Ek=hv-W0.

（2）發(fā)生光電效應(yīng)的臨界條件：耳=0,%=手。

（3）反向遏止電壓與光電子的最大初動能和入射光頻率的關(guān)系：一eUc=。-Ek，+。

11.（單選）圖甲為氫原子的能級圖，大量處于Ji=4激發(fā)態(tài)的氫原子向低能級躍遷時，發(fā)出頻率不同的光

子，其中只有兩種頻率的光可使圖乙中的光電管陰極K發(fā)生光電效應(yīng)?，F(xiàn)分別用這兩種頻率的光a、6照射

該光電管陰極K,測得光電流隨電壓變化的關(guān)系如圖丙所示，陰極K金屬材料的逸出功為10.75el/。下列說

法正確的是（）

“EleV

8

40

3-0.85

2-1.51

-3.4

-----------13.6

甲

A.這些氫原子躍遷時共發(fā)出5種頻率的光

B.氫原子躍遷時發(fā)出a光的頻率大于6光的頻率

C.用b光照射光電管陰極K時，遏止電壓為2V

D.處于ri=2能級的氫原子可能會被a光照射金屬材料產(chǎn)生的光電子碰撞而電離

12.（多選）如圖所示為一種光電效應(yīng)演示儀，光電管與電流計、電源相連，其入射光的波長與光強可以

通過光調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)。逐漸調(diào)節(jié)照射到金屬板M的入射光波長，當波長為及時，電流計的示數(shù)剛好為零，此

時將電源正負極對調(diào)，電流計示數(shù)不為零，再逐漸調(diào)節(jié)入射光照的波長至右，電流計的示數(shù)恰好變成零。

已知電源路端電壓為U,不考慮電流計內(nèi)阻，元電荷為e,真空中光速為c,貝（|（）

^~<3^

電源電流計

A.%V%

B?可求得普朗克常量”=等

C.當光的波長為%時，僅增大光的波長，電流計示數(shù)將不為零

D.當光的波長為小時，僅增大光的強度，電流計示數(shù)將不為零

13.（單選）用如圖所示的裝置做光電效應(yīng)實驗，閉合開關(guān)S,用一發(fā)光功率為P的激光光源照射金屬K,

移動變阻器的滑片，當電壓表的示數(shù)為u時，電流表示數(shù)恰好為0,已知金屬K的逸出功為%,電子電荷量

為e,則光源單位時間內(nèi)發(fā)出的光子數(shù)為

APRPceU+WoDeU-Wo

eU+W0eU-W0PP

14.（單選）如圖甲所示，用該實驗裝置探究光電效應(yīng)規(guī)律，得到a、b兩種金屬材料的遏止電壓人隨入射

光頻率"變化的圖線如圖乙中1和2所示，可知（）

A.光電子在真空管中被加速

B.圖線的斜率表示普朗克常量八

C.金屬材料a的逸出功較大

D.同種光照射，材料a逸出的光電子最大初動能較大

15.（多選）兩金屬板A,B的光電效應(yīng)，光電子的最大初動能Ek與入射光頻率v的關(guān)系如圖所示，圖中

a:b=1:2.現(xiàn)用頻率3心的入射光分別照射在力，B表面上，下列判斷正確的是

A.兩斜線的斜率都表示普朗克常量hB.兩金屬板4,B的逸出功之比為1:2

C.兩金屬板a,B的截止頻率之比為1:2D.兩金屬板2,B的遏止電壓之比為1:2

考點三康普頓效應(yīng)

康普頓效應(yīng)和光子的動量：

在散射的X射線中，除了與入射波長久相同的成分外，還有波長大于然的成分，這個現(xiàn)象稱為康普

頓效應(yīng)?？灯疹D效應(yīng)說明光子不僅具有能量，而且具有動量。

六型1：光子的動國

16.（單選）在某原子發(fā)生的躍遷中，輻射如圖所示的兩種光子，則兩光子的波長和動量（）

B

C.pA=PDpA<pB

SV2:■普頓M應(yīng)的翅魚及解行

17.（單選）下列說法正確的是

輜

時

強

度

,光子加，

生子hv電子戶

電子，OO

碰撞前碰撞后

甲

A.圖甲為康普頓效應(yīng)的示意圖，入射光子與靜止的電子發(fā)生碰撞，碰后散射光的波長變長

B.在兩種固體薄片上涂上蠟，用燒熱的針接觸固體背面上一點，蠟熔化的范圍如圖乙所示，貝以一定是非

晶體，b一定是晶體

C.圖丙中隨著溫度的升高，黑體輻射強度的極大值向頻率較低的方向移動

D.圖丁光電效應(yīng)實驗中滑動變阻器的觸頭向右移動，電流表的示數(shù)一定增大

18.(單選)康普頓在研究石墨對X射線的散射時，發(fā)現(xiàn)了部分X射線的波長變長。X射線波長變長，則

()

A.速度變小B.頻率變大C.動量變小D.能量變大

考點四物質(zhì)波

1.光的波粒二象性

(1)光的干涉、衍射、偏振現(xiàn)象說明光具有波動性。

(2)光電效應(yīng)和康普頓效應(yīng)說明光具有粒子性。

(3)光既具有波動性，又具有粒子性，即光具有波粒二象性。

(4)光子的能量￡=//V,光子的動量P=，=｝。

2.物質(zhì)波

(1)1924年，法國物理學家德布羅意提出：實物粒子也具有波動性，即每一個運動的粒子都與一個對

應(yīng)的波相聯(lián)系，這種波叫作物質(zhì)波，也叫德布羅意波。所以實物粒子也具有波粒二象性。

Phh

(2)粒子的能量。和動量0跟它所對應(yīng)的波的頻率v和波長人之間，遵從的關(guān)系為：v哼力號=就。

1.對光的波粒二象性的理解

光既有波動性，又有粒子性，兩者不是孤立的，而是有機的統(tǒng)一體，其表現(xiàn)規(guī)律為：

(1)從頻率上看：頻率越低的光波動性越顯著，越容易看到光的干涉和衍射現(xiàn)象；頻率越高的光粒子性

越顯著，越不容易看到光的干涉和衍射現(xiàn)象，其穿透本領(lǐng)越強。

(2)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)出粒子性。

(3)波動性與粒子性的統(tǒng)一：由光子的能量e=%v、光子的動量p=，也可以看出，光的波動性和粒子性

并不矛盾：表示粒子性的光子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或波長

(4)理解光的波粒二象性時不可把光當成宏觀概念中的波，也不可把光當成宏觀概念中的粒子。

2.物質(zhì)波

(1)定義：每一個運動的粒子都與一個對應(yīng)的波相聯(lián)系，這種波叫作物質(zhì)波，也叫德布羅意波。

Phh

(2)物質(zhì)波的頻率v=*物質(zhì)波的波長4="=點，%是普朗克常量。

【例題定析醋點期型|

款型1：光的酒枸二敏性

19.(單選)關(guān)于光的波粒二象性，說法正確的是()

A.光子的能量由光的強度決定

B.光子的能量與光子的頻率成正比

C.光電效應(yīng)現(xiàn)象反映光的粒子性，說明光沒有波動性

D.光子說中的光子與牛頓微粒說中的微粒相似

顆

波粒二象性的深入理解

光和實物粒子都具有波粒二象性，每一個運動的粒子都與一個對應(yīng)的波相聯(lián)系。宏觀物體運動時的動量很

大，根據(jù)九=￡可知，對應(yīng)的德布羅意波的波長很短，比宏觀物體的尺度小得多，所以無法觀察到它們的波

動性。

顆琉2:勵孑的浦動性.邕布后竟渡

20.（多選）電子雙縫干涉實驗是近代證實物質(zhì)波存在的實驗。如圖所示，電子槍持續(xù)發(fā)射的電子動量為

1.2X10-23刖,m/Si然后讓它們通過雙縫打到屏上。已知電子質(zhì)量取9.1X10-^kg,普朗克常量取

6.6xIO-0,s,下列說法正確的是（）

?1.

電子愴

A.發(fā)射電子的動能約為8.0xKF*/

B.發(fā)射電子的物質(zhì)波波長約為5.5xlO-^m

C.只有成對電子分別同時通過雙縫才能發(fā)生干涉

D.如果電子是一個一個發(fā)射的，仍能得到干涉圖樣

21.（單選）如圖所示，碳60是由60個碳原子組成的足球狀分子，科研人員把一束碳60分子以2.0X

102rn/s的速度射向光柵，結(jié)果在后面的屏上觀察到條紋.已知一個碳原子質(zhì)量為1.99x10-26kg,普朗克常

量為6.63x10-34/.s,則該碳60分子的物質(zhì)波波長約（）

A.1.7xlOT°"iB.3.6x10-11mC.2.8X10-12mD.1.9x10-18m

鞏固訓練?提升能力

一、單選題。

1.關(guān)于實驗現(xiàn)象，下列說法正確的是（）

A.隨溫度升高，黑體輻射出的電磁波各種波長的輻射強度都減小，輻射強度的極大值向波長較長的方向移

動。

B.在研究光電效應(yīng)實驗中，在光電流較小時光電流隨著光電管兩端所加電壓的增大而減小，但當光電流減

小到一定值之后，即使光電管兩端電壓增大，光電流也不會再減小了。

C.氫原子中中性原子的發(fā)光光譜結(jié)果顯示氫原子能發(fā)出一系列波長連續(xù)變化的光。

D.a粒子散射實驗發(fā)現(xiàn)，絕大多數(shù)a粒子穿過金箔后，基本上仍沿原來的方向前進，但少數(shù)a粒子發(fā)生了大

角度偏轉(zhuǎn)，極少數(shù)偏轉(zhuǎn)的角度甚至大于90。。

2.光電效應(yīng)在自動化控制領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用.如圖所示的光電控制報警電路中，某一頻率的光束照射到光

電管，光電管產(chǎn)生光電效應(yīng)，與光電管連接的電路有電流，電磁鐵產(chǎn)生磁場，會吸引報警電路中的開關(guān)斷

開，從而實現(xiàn)自動控制.則（）

光電管

光電控制報警電路示意圖

A.當物體從光源和光電管間通過時，擋住光束使報警電路中的開關(guān)閉合

B.任意頻率的光照射到光電管上，只要光照時間足夠長就能產(chǎn)生光電流

C.對于光電管來說，入射光波長必須大于某一極限值，才能產(chǎn)生光電效應(yīng)

D.該頻率的光照射光電管，光的強度越強，單位時間內(nèi)逸出的電子數(shù)越少

3.如圖所示，將一帶電鋅板與驗電器相連，驗電器指針張開。先用紅光照射鋅板，觀察到驗電器指針張角

保持不變;再用紫外線照射鋅板，觀察到驗電器指針張角減小。下列說法正確的是（）

A.鋅板原來帶正電

B.驗電器原來帶負電

C.若用紅光照射鋅板，增大紅光的強度，能觀察到驗電器指針張角減小

D.若用紅外線照射鋅板，能觀察到驗電器指針張角減小

4.光照在某些金屬上時，會使電子從金屬表面逸出，逸出過程中，電子需要克服原子核對它的束縛所做的

功叫做逸出功。利用圖示裝置可測量某種金屬材料K的逸出功，分別用頻率為2拼口3〃的光照射材料K,通

過電壓表讀數(shù)可測得這兩種光照情況下的遏止電壓之比為1：2,普朗克常量為％,則該金屬材料K的逸出功

是（）

A.0.5/ivB.hvC.l.ShvD.2hv

5.在近代物理學發(fā)展的進程中，實驗和理論相互推動，促進了人類對世界認識的不斷深入。對下列圖示的

實驗描述正確的是（）

*

6

碰撞匕電「打射圖樣

甲乙

A.盧瑟福通過甲圖所示的實驗，發(fā)現(xiàn)了質(zhì)子

B.康普頓在乙圖所示的實驗中，證明了光具有波動性

C.貝克勒爾研究丙圖中的放射線，提出了原子的核式結(jié)構(gòu)模型

D.戴維森和湯姆孫利用電子束穿過鋁箔得到的丁圖圖樣，證實電子具有波動性

6.用圖甲所示實驗裝置探究光電效應(yīng)規(guī)律，得到a、6兩種金屬材料遏止電壓外隨入射光頻率”的圖線如圖

乙中1和2所示，則下列有關(guān)說法中正確的是

A.圖線的斜率表示普朗克常量h

B.金屬材料a的逸出功較大

C.用同一種光照射發(fā)生光電效應(yīng)時，a材料逸出的光電子最大初動能較大

D.光電子在真空管中被加速

7.某同學在研究光電效應(yīng)現(xiàn)象時，利用不同頻率的光照射某金屬材料，記錄了入射光頻率v以及相對應(yīng)的遏

止電壓人,然后描繪了v關(guān)于4的函數(shù)圖像，如圖所示，已知電子的電荷量大小為e,圖中以為未知量，其

余均為已知量.下列說法正確的是（）

V

為見〃

一力匕

A.v=u2y2

x%一%

B.材料的逸出功6(4-Ui)

C.普朗克常量為"維

V2fl

D.若吟=2%，則相對應(yīng)的光電子的最大初動能與忌=2Ekml

二'多選題。

8.圖甲是電子束穿過鋁箔后形成的行射圖樣.圖乙是氫原子部分能級示意圖，真空中若用動能為E的電子去

撞擊一群處于基態(tài)的氫原子，再用氫原子輻射出的光照射逸出功為102。的某金屬表面，發(fā)現(xiàn)逸出光電子

的最大初動能為2.55eH已知leV=1.6x10-叫，光在真空中傳播速度為。=3x108m/s,根據(jù)以上信

息，下列說法正確的是()

nE/eV

co----------------0

5-----------------0.54

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

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

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

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

甲乙

A.圖甲能說明電子具有粒子性

B.動能E的最小值為12.09eU

C.氫原子輻射的光子中最大動量為6.8x10-27kg.m/s

D.氫原子輻射某種頻率的光照射該金屬表面可使逸出光電子最大初動能為1.89。

9.如圖所示，圖甲為氫原子的能級圖，大量處于n=5激發(fā)態(tài)的氫原子躍遷時，發(fā)出頻率不同的大量光子,

其中巴耳末系中頻率最高的光子照射到圖乙電路中光電管陰極K上時，電路中電流隨電壓變化的圖像如圖

丙所示。下列說法正確的是（）

皮

〃OeV

005,.54

4-O.85

3.51

-TO

24O

-3.

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

甲

A.光電管陰極K金屬材料的逸出功為1.36eV

B.若調(diào)節(jié)滑動變阻器滑片能使光電流為零，則可判斷圖乙中電源右側(cè)為正極

C.若用兩束強度相同的不同顏色的光照射圖乙中的光電管K極，頻率高的飽和電流大

D.氫原子從71=5能級躍遷到n=3能級時，氫原子能量減小，核外電子動能增加

1。.如圖1所示，三束由氫原子發(fā)出的可見光P、Q、R分別由真空玻璃管的窗口射向陰極K。調(diào)節(jié)滑動變阻

器，記錄電流表與電壓表示數(shù)，P和Q對應(yīng)的曲線交點為M,兩者關(guān)系如圖2所示。下列說法正確的是（）

A.三束光分別射入同一單縫衍射裝置時，Q的中央亮紋比R窄

B.P光照射陰極K產(chǎn)生的光電子的最小德布羅意波長小于Q光照射陰極K產(chǎn)生的光電子的最小德布羅意波長

C.若三束可見光為氫原子從相應(yīng)高能級向第一激發(fā)態(tài)躍遷時產(chǎn)生，則三束光中Q對應(yīng)的能級最低

D.對應(yīng)于圖2中的M點，P、Q光照射陰極K時，單位時間到達陽極4的光電子數(shù)目相等

11.一群處于第4能級的氫原子，向低能級躍遷過程中能發(fā)出6種不同頻率的光，將這些光分別照射到圖甲電

路陰極K的金屬上，只能測得3條電流隨電壓變化的圖象如圖乙所示，已知氫原子的能級圖如圖丙所示，則

下列推斷正確的是（）

oo------------------0

4—0.85

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

2--------------------3.4

1--------------------13.6

丙

A.圖乙中的c光是氫原子由第4能級向基態(tài)躍遷發(fā)出的

B.圖乙中的6光光子能量為12.09eU

C.動能為leV的電子能使處于第4能級的氫原子電離

D.陰極金屬的逸出功可能為%=6.75e/

12.如圖所示，圖甲是氫原子能級示意圖，圖乙是研究光電效應(yīng)實驗的裝置，一群處于n=4能級的氫原子

向低能級躍遷時發(fā)出的光照射光電管陰極K,已知陰極K的逸出功為2.45eV,下列說法正確的是

A.氫原子從高能級向低能級躍遷時，氫原子要放出能量

B.氫原子從高能級向低能級躍遷時，可以輻射出4種不同頻率的光

C.氫原子從高能級向低能級躍遷時，有3種光可使陰極K的金屬發(fā)生光電效應(yīng)

D.對陰極K金屬產(chǎn)生光電效應(yīng)的光，逸出光電子動能的最大值為10.3eV

目錄

光電效應(yīng)、波粒二象性..........................................................................1

考點一能量的量子化......................................................................1

題型1：黑體與黑體輻射................................................................2

題型2：黑體輻射的實驗規(guī)律............................................................2

題型3：能量子、普拉克常量............................................................3

考點二光電效應(yīng)..........................................................................4

題型1：光電效應(yīng)現(xiàn)象..................................................................7

題型2：光電效應(yīng)的實驗規(guī)律............................................................7

題型3：光電效應(yīng)方程與光子的能量......................................................8

題型4：光電效應(yīng)的圖像問題............................................................9

考點三康普頓效應(yīng).......................................................................14

題型1：光子的動量....................................................................14

題型2：康普頓效應(yīng)的現(xiàn)象及解釋.......................................................15

考點四物質(zhì)波............................................................................16

題型1：光的波粒二象性...............................................................16

題型2：粒子的波動性、德布羅意波.....................................................17

鞏固訓練?提升能力.......................................................................18

光電效應(yīng)■波粒二象性

考點一能量的量子化

1.熱輻射

(1)定義：我們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)，所以叫作熱輻射。

(2)特點：輻射強度按波長的分布情況隨物體的溫度而有所不同。

2.黑體、黑體輻射的實驗規(guī)律

(1)黑體：能夠完全吸收入射的各種波長的電磁波而不發(fā)生反射的物體。

(2)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，如圖所示。

［輻射強度

個700K

/kV1500K

024A/jim

3.能量子

1/27

（1）定義：普朗克認為，振動著的帶電微粒的能量只能是某一最小能量值￡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?,其中v是帶電微粒吸收或輻射電磁波的頻率，〃稱為普朗克常量，/i=6.626xl0-

34

J-s（一般取%=6.63x10-34J.s）o

題型1:黑體與黑也正N

1.（單選）關(guān)于黑體輻射，下列說法正確的是（）

A.溫度太低的物體不會輻射電磁波

B.黑體不會輻射電磁波

C.愛因斯坦通過提出的能量子假說，很好地解釋了黑體輻射規(guī)律

D.黑體輻射的能量是不連續(xù)的，只能是某一最小能量值的整數(shù)倍

【答案】D

【解析】48.理想黑體可以吸收所有照射到它表面的電磁輻射，并將這些輻射轉(zhuǎn)化為熱輻射；一切物體都

會輻射電磁波，故錯誤；

CD普朗克在研究黑體輻射時最早提出了能量子假說，能夠很好地解釋黑體輻射規(guī)律，他認為黑體輻射的

能量是不連續(xù)的，只能是某一最小能量值的整數(shù)倍，故C錯誤，。正確。

故選2

題型2:黑體SSZ的塵聆趣律

2.（多選）關(guān)于黑體輻射的實驗規(guī)律如圖所示，下列說法正確的是（）

。24波長/jim

A.黑體能夠完全吸收照射到它上面的光波

B.隨著溫度的降低，各種波長的光輻射強度都有所增加

C.隨著溫度的升高，輻射強度極大值向波長較長的方向移動

D.黑體輻射的強度只與它的溫度有關(guān)，與形狀和黑體材料無關(guān)

【答案】AD

【解析】4能完全吸收照射到它上面的各種頻率的電磁波而不發(fā)生反射的物體稱為黑體，選項Z正確;

6.由題圖可知，隨溫度的降低，各種波長的光輻射強度都有所減小，選項6錯誤；

C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，選項C錯誤；

2/27

。.一般物體輻射電磁波的情況除了與溫度有關(guān)，還與材料的種類及表面情況有關(guān)，但黑體輻射電磁波的情

況只與它的溫度有關(guān)，選項。正確。

故選4Z

顆理13:能鼻孑.管箱克京國

3.某廣播電臺發(fā)射功率為20kW、在空氣中波長為198.9m的電磁波，電磁波在空中傳播的速率為

3X108m/s,普朗克常量6.63XIO_347-s。（計算結(jié)果均保留一位有效數(shù)字）求：

（1）電磁波的能量子￡的值；

（2）該電臺每秒鐘從天線發(fā)射的能量子個數(shù)。

【答案】⑴每個能量子的能量￡=初=若=6-63X1^4；3X1°8/=lx10-27/

（2）則每秒電臺發(fā)射上述波長的光子數(shù)N=r=鬻詈個=2X1031個。

4.（多選）下列說法正確的是（）

A.黑體都是黑色的

B.我們周圍的一切物體都在輻射電磁波，這種輻射與溫度有關(guān)

C.普朗克的能量子假設(shè)認為能量只能是某一最小能量值的整數(shù)倍

D.能量的耗散表明，能源在利用過程中能量在數(shù)量上減少了

【答案】BC

【解析】4黑體自身輻射電磁波，但不一定是黑色的，故/錯誤；

6.我們周圍的一切物體都在輻射電磁波，這種輻射與溫度有關(guān)，選項8正確；

C普朗克的能量子假設(shè)認為能量只能是某一最小能量值的整數(shù)倍，選項C正確；

。.能量耗散表明在能源的利用過程中，能量在數(shù)量上并未減少，但是在可利用的品質(zhì)上降低了，故。錯

誤。

故選6G

5.（單選）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

【答案】C

【解答】4一般物體的熱輻射強度除與溫度有關(guān)之外，還與材料、表面狀況有關(guān)，/錯誤；

6.黑體可以輻射可見光，不一定是黑的，6錯誤；

3/27

CD.由黑體輻射的實驗規(guī)律知，一定溫度下，黑體輻射強度隨波長的分布有一個極大值，溫度升高時，黑

體輻射強度的極大值向波長減小的方向移動，C正確，。錯誤。

考點二光電效應(yīng)

1.光電效應(yīng)

照射到金屬表面的光，能使金屬中的電子從表面逸出的現(xiàn)象。

2.光電子

光電效應(yīng)中從金屬表面逸出的電子。

3、光電效應(yīng)的產(chǎn)生條件

入射光的頻率大于金屬的極限頻率。

4.光電效應(yīng)的實驗規(guī)律

(1)存在截止頻率：當入射光的頻率低于截止頻率時不發(fā)生光電效應(yīng)。不同金屬的截止頻率不同，即截

止頻率與金屬自身的性質(zhì)有關(guān)。

(2)存在飽和電流：在光照條件不變的情況下，隨著所加電壓的增大，光電流趨于一個飽和值，即在一

定的光照條件下，單位時間陰極K發(fā)射的光電子的數(shù)目是一定的。實驗表明，光的頻率一定時，入射

光越強，飽和電流越大，單位時間內(nèi)發(fā)射的光電子數(shù)越多。

(3)存在遏止電壓：使光電流減小到o的反向電壓a稱為遏止電壓。遏止電壓的存在意味著光電子的

初動能有最大值，Ekm=%?e4=eUc，稱為光電子的最大初動能。實驗表明，遏止電壓(或光電子的最

大初動能)與入射光的強度無關(guān)，只隨入射光頻率的增大而增大。

(4)光電效應(yīng)具有瞬時性：當入射光的頻率超過截止頻率外時，無論入射光怎樣微弱，光電效應(yīng)幾乎是

瞬時發(fā)生的。

5.愛因斯坦光電效應(yīng)方程

(1)光子說：光本身就是由一個個不可分割的能量子組成的，頻率為v的光的能量為，其中”=

6.63x10-34j.s(稱為普朗克常量)。這些能量子后來稱為光子。

(2)逸出功用)

要使電子脫離某種金屬，需要外界對它做功，做功的最小值叫作這種金屬的逸出功。

(3)光電子的最大初動能耳

在光電效應(yīng)中，金屬中的電子吸收光子后，除了要克服金屬的逸出功外，有時還要克服原子的其他

束縛而做功，這時光電子的初動能就比較??；當逸出過程只克服金屬的逸出功而逸出時，光電子的初

動能稱為最大初動能。

(4)表達式：Ek=hv~W0o

(5)物理意義：金屬表面的電子吸收一個光子獲得的能量是〃v,在這些能量中，一部分大小為Wo的

能量被電子用來脫離金屬，剩下的是逸出后電子的最大初動能Ek=e2

6.對光電效應(yīng)規(guī)律的解釋

對應(yīng)規(guī)律對規(guī)律的解釋

存在截止頻率%電子從金屬表面逸出，必須克服金屬的逸出功WQ,則入射光子的

4/27

能量不能小于的，對應(yīng)的頻率必須不小于％=,即截止頻率

電子吸收光子能量后，一部分用來克服金屬的逸出功，剩余部分

光電子的最大初動能隨著入射光

表現(xiàn)為光電子的初動能，只有直接從金屬表面飛出的光電子才具

頻率的增大而增大，與入射光的

有最大初動能。對于確定的金屬，Wo是一定的，故光電子的最大

強度無關(guān)

初動能只隨入射光頻率的增大而增大，和光強無關(guān)

光照射金屬時，電子一次性吸收光子的全部能量，不需要積累能

光電效應(yīng)具有瞬時性

量的時間

對于同種頻率的光，光較強時，單位時間內(nèi)照射到金屬表面的光

光較強時飽和電流較大

子數(shù)較多，照射金屬時產(chǎn)生的光電子較多，因而飽和電流較大

黑鍵能瓢規(guī)律瑞淘

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。光子是光電效應(yīng)的因，光電子是果。

(2)光電子的初動能與光電子的最大初動能：光照射到金屬表面時，電子吸收光子的全部能量，可能向

各個方向運動，需克服原子核和其他原子的阻礙而損失一部分能量，剩余部分為光電子的初動能；只

有金屬表面的電子直接向外飛出，只需克服原子核的引力做功的情況，光電子才具有最大初動能。光

電子的初動能小于或等于光電子的最大初動能。

(3)光電流與飽和光電流：金屬板飛出的光電子到達陽極，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)。

(4)入射光的強度與光子的能量：入射光的強度指單位時間內(nèi)照射到金屬表面單位面積上的總能量，即

I=nhv,n是單位時間照射到單位面積上頻率為v的單色光的光子數(shù)。

(5)光的強度與飽和光電流：飽和光電流隨入射光的強度增大而增大的規(guī)律是對頻率相同的光照射金屬

產(chǎn)生光電效應(yīng)而言的，對于不同頻率的光，由于每個光子的能量不同，飽和光電流與入射光的強度之

間沒有簡單的正比關(guān)系。

2.四點提醒

(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