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1、第十五章 近代物理初步 光电效应 爱因斯坦的光电效应方程 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 、 裂变反应堆 射线的危害和防护 怎么考 考纲对这部分内容的能力要求比较低 ， 难度一般不大 ， 考查内容广泛 ， 涉及到光电效应 、 原子的能级结构 、 能级公式 、放射性现象 、 衰变 、 半衰期 、 核反应方程 、 核能 、 裂变 、 聚变等各个方面 ， 属于每年必考内容 怎么办 对原子结构的复习要掌握氢原子的能级结构 、 公式及跃迁规律 ， 原子核部分重
2、视核反应方程式的书写及核能的计算 ， 另外 ， 对光电效应的复习 ， 重点应放在光电效应现象的理解和光电效应方程的应用上 复习备考中要认真梳理课本中的基本概念和基本规律 ， 弄清知识间的联系 ， 关注科技热点和科技进步 . 第一单元 光电效应 波粒二象性 核心考点导学 师说： 光电效应是近代物理中最重要的发现之一 ， 它证实了光具有粒子性 ， 在历年高考中往往会把这部分内容列为考查的对象 ， 但考查的难度较低 ， 考查的题型一般为选择或填空 ， 多数情况下高考对该部分内容单独命题考查 . 1 光电效应的产生条件 入射光的频率 金属的极限频率 大于 2 用光电管研究光电效应 (1)电路如图所示
3、(2)光电流与饱和光电流： 入射光强度：指单位时间内入射到金属表面单位面积上的能量 可以理解为 ， 光 强越大 ， 频率一定时 光子数越多 光电流：指光电子在电路中形成的电流 光电流有最大值 ， 未达到最大值以前 ， ，达到最大值以后 ， 饱和光电流：指在一定频率与强度的光照射下的最大光电流 ， 饱和光电流 电路中电压的增大而增大 其大小和光强、电压都有关 光电流和光强成正比 不随 3 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 ，
4、一般不超过 10 9 s. (4)当入射光的频率大于极限频率时 ， 饱和 的强度与入射光的强度成正比 频率 强度 光电流 对光电效应规律的解释 存在极限频率 电子从金属表面逸出，首先须克服金属原子核的引力做功 W 0 ，要使入射光子能量不小于 W 0 ，对应的频率 W 0h，即极限频率 光电子的最大初动能随着入射光频率的增大而增大，与入射光强度无关 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， 光电子的最大初动能只随入射光的频率增大而增大 效应具有瞬时性 光照射金属时，电子吸收一个光子的能量后，动能立
5、即增大，不需要能量积累的过程 光较强时饱和电流大 光较强时光子数较多，照射金属时，产生的光电子较多，因而饱和电流较大 (1)照射光的频率决定着是否发生光电效应及光电子的最大初动能 (2)光电子也是电子 ， 光子的本质是光即电磁波 ， 注意两者的区别 (3)光电效应中的照射光包括可见光和不可见光 ， 其列式依据为能量的转化和守恒定律 1 光子说： 在空间传播的光不是连续的 ， 而是一份一份的 ， 每一份叫做一个光的能量子 ， 简称 ， 光子的能量 . 光子 光电效应方程 ( 1) 表达式： E k W 0 或 E k W 0 ( 2) 物理意义：金属表面的电子吸收一个光子获得的能量是 这些能量的
6、一部分用来克服金属的逸出功 W 0 ，剩下的表现为逸出后光电子的最大初动能 E k 12m e (3)用图象表示光电效应方程 最大初动能 的关系图线如图所示 由此曲线可以确定的物理量： (1)图线与 轴的交点的横坐标 0是指 ； (2)图线与 ； (3)图线的斜率表示 极限频率 逸出功 普朗克常量 1 研究光电效应方程常见电路 ， 如图所示 2 两条线索 (1)通过频率分析：光子频率高 光子能量大 产生光电子的最大初动能大 (2)通过光的强度分析：入射光强度大 光子数目多 产生的光电子多 光电流大 3 常见概念辨析 照射光强度 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 每秒钟逸出
7、的光电子数 决定着光电流的强度光电子逸出后的最大初动能 12 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 从金属表面出来的光电子的最大初动能越大 ， 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 解析： 由 W 正确 ， 照射光的频率大于极限频率时才能发生光电效应 ， 由光电效应方程可知 0， 光电子最大初动能还和入射光频率有关 ， 在发生光电效应时若光强一定 ， 频率越高 ， 光子数越少 ， 单位时间内逸出的光电子数越少 ， 答案： A 1 粒
8、子的波动性 ，满足如下关系： 种波为德布罗意波，也叫物质波 实物粒子也具有波动性 2 光的波粒二象性 光既有波动性 ， 又有粒子性 ， 两者不是孤立的 ， 而是有机的统一体 ， 其表现规律为： (1)个别光子的作用效果往往表现为粒子性；大量光子的作用效果往往表现为波动性 (2) ， 越容易看到光的干涉和衍射现象；频率越高粒子性越显著 ， 越不容易看到光的干涉和衍射现象 ， 贯穿本领越强 频率越低波动性越显著 ( 3) 光在传播过程中往往表现出 ；在与物质发生作用时往往表现为 ( 4) 由光子的能量 E 光子的动量 p 的波动性和粒子性并不矛盾：表示粒子性的粒子能量和动量的计算式 中都含有表示波
9、的特 征的物理量 频率 和波长 c 还可以得出：E 波动性 粒子性 (5)理解光的波粒二象性时不可把光当成宏观概念中的波 ，也不可把光当成宏观概念中的粒子 对光的波粒二象性的理解 (1)我们平时所看到的宏观物体 ， 其运动时 ， 我们看不出它们的波动性来 ， 但也有一个波长与之对应 例如飞行子弹的波长约为 10 34 m， 这个波长实在是太小了 (2)波粒二象性是微观粒子的特殊规律 ， 一切微观粒子都存在波动性；宏观物体也存在波动性 ， 只是波长太小 ， 难以观测 (3)德布罗意波也是概率波 ， 衍射图样中的亮圆是电子落点概率大的地方 ， 但概率的大小受波动规律的支配 2 用很弱的光做双缝干涉
10、实验 ， 把入射光减弱到可以认为光源和感光胶片之间不可能同时有两个光子存在 ， 如图所示是不同数量的光子照射到感光胶片上得到的照片 这些照片说明 ( ) A 光只有粒子性没有波动性 B 光只有波动性没有粒子性 C 少量光子的运动显示波动性 ， 大量光子的运动显示粒子性 D 少量光子的运动显示粒子性 ， 大量光子的运动显示波动性 思路点拨： 光具有波粒二象性 ， 光子表现为波动性 ， 并不否认光具有粒子性 解析： 少量光子落在胶片上 ， 落点位置不确定 ， 说明少量光子的运动显示粒子性 ， 大量光子落在胶片上 ， 出现了干涉条纹 ， 呈现出波动性规律 ， 说明大量光子的运动显示波动性 ， 但不能
11、说光只具有粒子性或只具有波动性 ， 故只有 答案： D 考向案例研究 例 1 2011广东卷 ， 18光电效应实验中 ， 下列表述正确的是 ( ) A 光照时间越长光电流越大 B 入射光足够强就可以有光电流 C 遏止电压与入射光的频率有关 D 入射光频率大于极限频率才能产生光电子 (一 )解读审题视角 光电流的有无取决于入射光频率的大小 ， 与光照强度和时间无关 (二 )名师分析解题 由爱因斯坦光电效应方程知 ， 只有当入射光频率大于极限频率时才能产生光电子 ， 光电流几乎是瞬时产生的 ， 其大小与光强有关 ， 与光照时间长短无关 ， 易知 中 为入射光频率 ) 由以上分析知 ， A、 C、
12、(三 )调用所学解题 四 )一语道破天机 (1)光电效应的产生条件：入射光频率大于金属的极限频率 (2)入射光的频率决定最大初动能 (3)光电效应的瞬时性 (10 9 s) (五 )同类跟踪训练 1 光电效应的实验结论是：对于某种金属 ( ) A 无论光强多强 ， 只要光的频率小于极限频率就不能产生光电效应 B 无论光的频率多低 ， 只要光照时间足够长就能产生光电效应 C 超过极限频率的入射光强度越弱 ， 所产生的光电子的最大初动能就越小 D 超过极限频率的入射光频率越高 ， 所产生的光电子的最大初动能就越大 答案 解析 根据光 电效应规律可知，选项 A 正确；根据光电效应方程12m W 知，频率 越高，初动能就越大，选项 D 正确 例 2 2011课标全国卷 ， 35在光电效应实验中 ， 某金属的截止频率相应的波长为 0， 该金属的逸出功为 _ 若用波长为 (0)单色光做实验 ， 则其截止电压为 _ 已知电子的电荷量 ， 真空中的光速和普朗克常量分别为 e， c和 h. ( 一 ) 解读审题视角 解答此题应熟练掌握 W 逸 限 ( 二 ) 名师分析解题 由 W 逸 限 和 逸 k W 逸 和 U 截
