第四章 2 光电效应-【新课程能力培养】2025-2026学年高中物理选择性必修第三册学习手册（人教版）

高中物理选择性必修第三册（人教版） 第四章 原子结 >"1.普朗克黑体辐射理论 知识梳理 知识点1黑体与黑体辐射 1.完全吸收反射 2.(1)反射辐射(2)温度 知识点2黑体辐射的实验规律 1.增加2.较短 知识点3能量子 1.整数倍最小能量值& 2.hv振动频率普朗克常量 3.量子化分立 要点突破 例1BCD【解析】物体在室温时辐射的主要成分 是波长较长的电磁波，以不可见的红外光为主，故A错 误；随着温度的升高热辐射中较短波长的成分越来越 多，故B正确；给一块铁块加热依次呈现暗红、赤红、 橘红等颜色，故C正确；辐射强度按照波长的分布情况 随物体的温度而有所不同，这是热辐射的一种特性，故 D正确。 变式训练1AD 例2BD【解析】从图中可以看出，温度越高，向 外辐射同一波长的电磁波的辐射强度越大，A错误；辐 射强度的极大值随温度升高而向短波方向移动，B正 确；向外辐射的电磁波的总能量随温度升高而增强，C 错误：黑体可以辐射出任何频率的电磁波，故向外辐射 的电磁波的波长范围是相同的，D正确。 变式训练2B 例3A【解析】在经典物理学中，对体系物理量 变化的最小值没有限制，它们可以任意连续变化，如重 力、动能、长度等，B、C、D错误；但在量子力学中， 物理量只能以确定的大小一份一份地进行变化，具体有 多大要随体系所处的状态而定。这种物理量只能采取某 些分离数值的特征叫作量子化，A正确。 变式训练3ABD 情境拓展 BD【解析】飞秒激光的速度不可能超过光在真空 中的速度，A错误：飞秒激光的能量是不连续的，B正 确：飞秒流光的奥率为=分10业=285x 104Hz,C错误；飞秒激光的光子能量约为ε=hv= 38 N 构和波粒二象性 6.63x104×2.85×104 eV≈1.2eV,D正确。 1.60x10-9 ●m2.光电效应 知识梳理 知识点1光电效应的实验规律 1.(1)电子(2)电子 2.(1)截止频率低于不同自身的性质 (2)越大越强越多(3)0初速度(4)瞬时 性立即 3.(1)最小不相同(2)①截止②有关 ③远远大于 知识点2爱因斯坦的光电效应理论 1.hv光子 2.(1)E+W。hw-W。(2)hm初动能最大 3.(1)>W(2)人射光的频率v强弱 h (3)一次性(4)光电子大 要点突破 例1C【解析】强度相同的红光和蓝光分别照射 同一种金属，均能使该金属发生光电效应，知红光和蓝 光的频率都大于金属的截止频率。金属的逸出功与照射 光的频率无关，故A错误：发生光电效应的时间极短， 即逸出光电子在瞬间完成，小于109s,与光的频率无 关，故B错误；根据光电效应方程得Em=hv-W。,金属 的逸出功不变，红光的频率小，蓝光的频率大，则蓝光 照射时逸出的光电子最大初动能大，与光照强度无关， 故C正确，D错误 变式训练1D 例2BCD【解析】美国物理学家康普顿在研究X 射线散射时，发现散射光的波长发生了变化，这种现象 用波动说无法理解，用光子说却可以解释，A错误；波 长改变的多少与散射角有关，B正确；当波长较短时发 生康普顿效应，较长时发生光电效应，C、D正确。 变式训练2(1)光子的能量为E=mc2,根据光子说有 E=-h片，由光子的动量p=mc可得p=E_人 (2) ①1=Pe②1=(1+np四 cS cS 情境拓展 C【解析】由动能定理可得-eU=0-Em,所以光电子 从K板逸出后的最大初动能与遏止电压U成正比，A错 误；由爱因斯坦光电效应方程得Em=hw-W。,-eU=0- Em,化简得eU=hw-W。,遏止电压与入射光的强度无关， B错误；由eU-hv-Wo,可知Wo=hw-eU,C正确；由 eU=hw-W。可知，增大人射光的频率，遏止电压也增大 若使G的示数为0，需向右调节滑片P,D错误。 >"3.原子的核式结构模型 知识梳理 知识点1电子的发现 2.1.6×10-9C3.e4.9.1×1031kg1836 知识点2原子的核式结构模型 1.枣糕 2.(1)金箔真空(2)①绝大多数原来 ②少数大角度大于90°撞了回来(3)核式结构 3.正 知识点3原子核的电荷与尺度 2.质子中子质子数3.105100 要点突破 例1D【解析】卢瑟福在α粒子散射实验的基础 上，提出的原子核式结构模型，认为原子的几乎所有质 量和正电荷，全部集中在一个很小的核上，原子实际上 大部分空间是“内空”的，只有核外电子在绕核高速转 动，故A、B、C错误，D正确。 变式训练1AC 例22.7×104m【解析】当α粒子靠近原子核运 动时，α粒子的动能转化为电势能，达到最近距离时， 动能全部转化为电势能，所以α粒子与原子核发生对心 碰撞时所能达到的最小距离为d,则 mw2-k49 d=2kq92=2x9.0x10x2x796x1092m=2.7×10"m。 mv- 6.64x1027×(2.0x107)2 变式训练2A 情境拓展 B【解析】根据实验现象可知，放在C位置时屏上 能观察到闪光，A错误；放在D位置时，屏上仍能观察 到一些闪光，但次数极少，说明极少数α粒子有较大程 度的偏折，B正确；放在A位置时，相同时间内观察到 屏上的闪光次数最多，C错误；放在B位置时，相同 时间内观察到屏上的闪光次数比放在A位置时少，D 错误。 >"4.氢原子光谱和玻尔的原子模型 知识梳理 知识点1光谱 1.波长强度2.(1)①亮线②连在一起 3.线状谱特定频率发光频率特征谱线 参考答案与解析。 4.光谱分析 知识点2氢原子光谱的实验规律 1.光谱2.里德伯常量3.线状4.红外紫外 知识点3经典理论的困难玻尔原子理论的基本假设 1.(1)原子核α粒子散射实验(2)稳定性 分立 2.(1)①量子化②稳定电磁辐射(2)①特定 量子化②定态基态激发态(3)放出E。-Em 吸收吸收 知识点4玻尔理论对氢光谱的解释 3.定态轨道4.激发态不稳定光子 5.前后两个能级之差分立分立 6.能级光子频率 知识点6玻尔理论的局限性 1.量子观念定态和跃迁氢原子 2.经典粒子轨道3.概率云雾电子云 要点突破 例1BC【解析】太阳发出的光是连续光谱，但它 通过太阳大气后，被太阳大气吸收了某些特定光谱线， 因而是吸收光谱，A错误；稀薄氢气发光，钠蒸气产生 的光谱均属线状谱，B、C正确；白光通过钠蒸气产生 的光谱是吸收光谱，D错误。 变式训练1D 例2D【解析】根据玻尔理论，氢原子核外电子 在离核较远的轨道上运动能量较大，必须吸收一定能量 的光子后，电子才能从离核较近的轨道跃迁到离核较远 的轨道，故B错误；氢原子核外电子绕核做圆周运动， m 由原子核对电子的库仑力提供向心力，即k , 义&子m,则号子m,即E=号，由此式可 知：电子离核越远即r越大时，电子的动能越小，故A、 C错误：r变大时，库仑力对核外电子做负功，因此电 势能增大，则D正确。 变式训练2AB 情境拓展 B【解析】由题中所给公式可知，在帕邢系中， 当n=4时，氢原子发出电磁波的波长最长，有1 入max R字平，代入数据解得Am1.87x10m=1870m: 当n趋于无穷大时，氢原子发出电磁波的波长最短，为 =R字-0小，代人数据解得Am=8.18x10m 入mn 818nm。由于入m大于可见光的最大波长，所以帕邢系 中，氢原子发出的光是红外线，故B正确。 39N 高中物理选择性必修第三册（人教版） 2.光电 知识梳理 川知识点1光电效应的实验规律 1.光电效应现象 (1)光电效应：照射到金属表面的光，能使 金属中的 从表面逸出的现象。 (2)光电子：光电效应中发射出来的 2.光电效应的实验规律 (1)存在 或极限频率v:当入射光 的频率 截止频率.时不发生光 电效应。 实验表明，不同金属的截止频率 截止频率与金属 有关。 (2)存在饱和电流，在光照条件不变的情况 下，随着所加电压的增大，光电流趋于 一个饱和值。频率不变时，入射光越 强，饱和电流 这表明对于一定频率（颜色）的光，入 射光 单位时间内发射的光电 子数 (3)存在遏止电压，使光电流减小到 的反向电压U,满足2m=.。遏止 电压的存在意味着光电子具有一定的 (4)光电效应具有 当频率超过截 止频率时，无论入射光怎样微弱，照 到金属时都会 产生光电流。 3.光电效应经典解释中的疑难 76)学 效应 (1)逸出功是使电子脱离某种金属，外界对 它做功的 值，用W。表示。不 同种类的金属，其逸出功的大小 (选填“相同”或“不相同”)。 (2)光电效应经典解释 ①不应存在 频率。 ②遏止电压U。应该与光的强弱 (选填“有关”或“无关”)。 ③电子获得逸出表面所需的能量需要的时间 实验中产生光电流的时间。 川知识点2爱因斯坦的光电效应理论， 1.光子：光本身就是由一个个不可分割的能 量子组成的，频率为v的光的能量子为 ，其中h为普朗克常量。这些能 量子后来称为 2.爱因斯坦光电效应方程。 (1)表达式：hw= 或E= (2)物理意义：金属中电子吸收一个光子获 得的能量是 ，在这些能量中， 一部分大小为W。的能量被电子用来脱离 金属，剩下的是逸出后电子的 其中E为光电子的 初动能。 3.光电效应方程对光电效应实验现象的解释 (1)只有当hw W。时，才有光电子 逸出，v= 就是光电效应的截 止频率。 (2)光电子的最大初动能E与 有关，而与光的 无 关。这就解释了遏止电压和光强无关。 (3)电子 吸收光子的全部能量，不 需要积累能量的时间，光电流自然几乎 是瞬时产生的。 (4)对于同种颜色（频率v相同）的光，光 较强时，包含的光子数较多，照射金属 时产生的 较多，因而饱和 电流较 (选填“大”或“小”)。 要点突破 要点1用光的粒子性解释光电效应的实· 验规律 1.产生光电效应的条件 方程E=hw-W。包含了产生光电效应的 条件，即要产生光电效应，需E=hw-W>0, 即h心W,心W。，而。=W就是金属的极 h h 限频率。 2.截止频率v。 方程Ek=hw-W。表明， 光电子的最大初动能E与 入射光的频率v存在线性 关系，与光强有关。图中 横轴上的截距是截止频率或极限频率，纵轴 上的截距是逸出功的负值，图线的斜率为普 朗克常量。 光照射到金属表面时，光子的能量全部 被电子吸收，电子吸收光子的能量，可能向 各个方向运动，需克服原子核和其他原子的 阻碍而损失一部分能量，剩余部分为光电子 的初动能；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，才具有 最大初动能。光电子的初动能小于等于光电 子的最大初动能。 第四章原子结构和波粒二象性。 3.光子的能量与入射光的强度的关系 光子的能量即每个光子的能量，其值为 E=hw(v为光子的频率)，其大小由光的频率 决定。入射光的强度指单位时间内照射到金 属表面单位面积上的总能量；入射光的强度 等于单位时间内光子能量与入射光子数的乘积。 4.光电流与饱和光电流的关系 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。 5.对光电效应应着重理解以下几点： (1)逸出功和截止频率均由金属本身确定， 与其他因素无关，两者的关系是W=hvo。 (2)光的强度决定了单位时间内逸出的光子 数目。 (3)光电子的最大初动能随入射光频率的增 大而增大，但不是正比关系。 (4)光频率决定光子的能量，金属材料决定 光子的逸出功，光电子的最大初动能由 光频率和金属材料共同决定。 例1用强度相同的红光和蓝光分别照射同 一种金属，均能使该金属发生光电效应。下 列判断正确的是（) A.用红光照射时，该金属的逸出功小；用 蓝光照射时，该金属的逸出功大 B.用红光照射时，逸出光电子所需时间长； 用蓝光照射时，逸出光电子所需时间短 C.用红光照射时，逸出的光电子最大初动 能小；用蓝光照射时，逸出的光电子最 大初动能大 D.若增加入射光的强度，逸出的光电子最 学 7 高中物理选择性必修第三册（人教版） 大初动能相应增加 B变式训练① 三束单色光1、2和3的频率分别为y1、 v2和y3(v1>v2>w3)。分别用这三束光照射同 一种金属，已知用光束2照射时，恰能产生 光电效应。下列说法正确的是() A.用光束1照射时，一定不能产生光电效应 B.用光束3照射时，一定能产生光电效应 C.用光束3照射时，只要光强足够强，照 射时间足够长，照样能产生光电效应 D.用光束1照射时，无论光强怎样，产生 的光电子的最大初动能都相同 川要点2康普顿效应 1.康普顿效应进一步揭示了光的粒子性，也 再次证明了爱因斯坦光子说的正确性。 2.康普顿效应表明光不仅具有能量，而且具 有动量。 3.波长较短的X射线或y射线产生康普顿 效应，波长较长的可见光或紫外光产生光 电效应。 例2（多选）关于康普顿效应，下列说法 正确的是() A.康普顿在研究X射线散射时，发现散射 光的波长发生了变化，为波动说提供了 依据 B.X射线散射时，波长改变的多少与散射角 有关 C.发生散射时，波长较短的X射线或y射 线入射时，产生康普顿效应 D.爱因斯坦的光子说能够解释康普顿效应， 所以康普顿效应支持粒子说 (78)学 B变式训练2 光电效应和康普顿 效应深入地揭示了光的 左 右 粒子性的一面。前者表 变式训练2题图 明光子具有能量，后者表明光子除了具有能 量之外还具有动量。由狭义相对论可知，一 定的质量m与一定的能量E相对应：E= mc2,其中c为真空中的光速。 (1)已知某单色光的频率为v,波长为入， 该单色光光子的能量E=hw,其中h为 普朗克常量。试借用质子、电子等粒子 动量的定义：动量=质量×速度，推导该 单色光光子的动量p=h。 (2)光照射到物体表面时，如同大量气体分 子与器壁的频繁碰撞一样，将产生持续 均匀的压力，这种压力会对物体表面产 生压强，这就是“光压”，用1表示。 一台发光功率为P。的激光器发出一束 某频率的激光，光束的横截面积为S。 如图所示，真空中，有一被固定的 “∞”字形装置，其中左边是圆形黑色 的大纸片，右边是与左边大小、质量均 相同的圆形白色大纸片。 ①当该激光束垂直照射到黑色纸片中心上， 假设光全部被黑纸片吸收，试写出该激光 在黑色纸片的表面产生的光压1的表 达式。 ②当该激光束垂直照射到白色纸片中心上， 假设其中被白纸片反射的光占入射光的比 例为)，其余的入射光被白纸片吸收，试 写出该激光在白色纸片的光压I的表达式。 情境拓展 光电管是一种将光信号 光束 转换为电信号的器件，在通 信、医疗、安防监控等领域 应用广泛。将光电管接入图 示电路中，用频率为v的光 照射K板，调节滑动变阻 情境拓展题图 器的滑片P,当灵敏电流计G的示数为0 3.原子的核 知识梳理 知识点1电子的发现 1.阴极射线：阴极发出的一种射线。它能使 对着阴极的玻璃管壁发出荧光。 2.密立根实验：电子电荷的精确测定是由密 立根通过著名的“油滴实验”做出的。目 前公认的电子电荷的值为e= (保留两位有效数字)。 3.电荷的量子化：任何带电体的电荷只能是 的整数倍。 4.电子的质量m。= (保留两位有效 数字)，质子质量与电子质量的比值为 me 川知识点2原子的核式结构模型 1.汤姆孙原子模型：汤姆孙于1898年提出 了原子模型，他认为原子是一个球体，正 电荷弥漫性地均匀分布在整个球体内，电 第四章原子结构和波粒二象性。 时，电压表V的示数为U,此电压通常也称 为遏止电压。已知普朗克常量为h,电子电 荷量为e,下列说法正确的是（) A.光电子从K板逸出后的初动能与遏止电 压成反比 B.若增大入射光的强度，遏止电压会增大 C.K板材料的逸出功为hw-eU D.若仅增大入射光的频率，使G的示数为 0,则需向左调节滑片P 式结构模型 子镶嵌其中，有人形象地把 汤姆孙模型称为“西瓜模型” 或“ 模型”，如图。 2.a粒子散射实验 (1)a粒子散射实验装置由粒子源 显微镜等几部分组成，实验时从 Q粒子源到荧光屏这段路程应处于 中。 (2)实验现象 ① Q粒子穿过金箔后，基本上仍沿 的方向前进。 ② 粒子发生了 偏转；极 少数偏转的角度甚至 ,它们几乎 被“ (3)实验意义：卢瑟福通过α粒子散射实 验，否定了汤姆孙的原子模型，建立了 模型。 3.核式结构模型：原子中带 电部分 的体积很小，但几乎占有全部质量，电子 在正电体的外面运动。 学 79