第4章 原子结构和波粒二象性 单元综合提升-【金版新学案】2025-2026学年高中物理选择性必修第三册同步课堂高效讲义教师用书（人教版）

该高中物理单元复习讲义通过专题框架系统梳理了光电效应和原子能级跃迁知识，用对比表格呈现遏止电压与频率关系、能级跃迁公式等要点，明确爱因斯坦光电效应方程、能级跃迁规律等重难点，构建知识内在联系。 讲义亮点在于高考真题与教材衔接的针对性练习，如2024海南高考光电效应题与教材实验结合，易错点分析帮助学生规避认知误区，培养科学思维和科学探究能力，分层设计支持不同学生提升，助力教师精准教学。

单元综合提升 学生用书⬇第110页 (2024·海南高考)利用如图所示的装置研究光电效应，闭合单刀双掷开关S接1时，用频率为ν1的光照射光电管，调节滑动变阻器，使电流表的示数刚好为0，此时电压表的示数为U1，已知电子电荷量为e，普朗克常量为h，下列说法正确的是(　　) A.其他条件不变，增大光强，电压表示数增大 B.改用比ν1更大频率的光照射，调整电流表的示数为零，此时电压表示数仍为U1 C.其他条件不变，使开关接S接2，电流表示数仍为零 D.光电管阴极材料的截止频率νc＝ν1－ 答案：D 解析：当开关S接1时，由爱因斯坦光电效应方程及动能定理有eU1＝hν1－W0，故其他条件不变时，增大光强，电压表的示数不变，故A错误；若改用比ν1更大频率的光照射时，调整电流表的示数为零，而金属的逸出功不变，故遏止电压变大，即此时电压表示数大于U1，故B错误；其他条件不变时，使开关S接2，此时hν1＞W0，可发生光电效应，故电流表示数不为零，故C错误；根据爱因斯坦光电效应方程及动能定理有eU1＝hν1－W0，其中W0＝hνc，解得光电管阴极材料的截止频率为νc＝ν1－，故D正确。 [衔接教材]　人教版选择性必修第三册P98·T7 如图是研究光电效应的实验装置，某同学进行了如下操作。 (1)用频率为ν1的光照射光电管，此时电流表中有电流。调节滑动变阻器，使电流表示数恰好变为0，记下此时电压表的示数U1。 (2)用频率为ν2的光照射光电管，重复(1)中的步骤，记下电压表的示数U2。 已知电子的电荷量为e，请根据以上实验，推导普朗克常量实验测定值的计算式。 [衔接分析]　人教版选择性必修第三册P98·T7以“研究光电效应的实验装置”为情境，考查了光电效应的极限频率、爱因斯坦光电效应方程、遏止电压的本质及其决定因素，与2024海南高考题情境和内容类似。近几年的高考常以光电效应的实验和相关图像的理解应用为情境进行命题。 针对练1.(2022·河北高考)如图是密立根于1916年发表的钠金属光电效应的遏止电压Uc与入射光频率ν的实验曲线，该实验直接证明了爱因斯坦光电效应方程，并且第一次利用光电效应实验测定了普朗克常量h。由图像可知(　　) A.钠的逸出功为hνc B.钠的截止频率为8.5×1014 Hz C.图中直线的斜率为普朗克常量h D.遏止电压Uc与入射光频率ν成正比 答案：A 解析：根据遏止电压与最大初动能的关系有eUc＝Ek，根据爱因斯坦光电效应方程有Ek＝hν－W0，结合题图可知，当Uc为0时，解得W0＝hνc，A正确；钠的截止频率为νc，根据题图可知，截止频率小于8.5×1014 Hz，B错误；结合eUc＝Ek、Ek＝hν－W0可得Uc＝ν－，可知题图中直线的斜率表示，C错误；根据Uc＝ν－可知，遏止电压Uc与入射光频率ν成线性关系，不是成正比，D错误。故选A。 针对练2.(2021·江苏高考)如图所示，分别用1、2两种材料作K极进行光电效应探究，其截止频率ν1＜ν2，保持入射光不变，则光电子到达A极时动能的最大值Ekm随电压U变化关系的图像是(　　) 答案：C 解析：光电管所加电压为正向电压，则根据爱因斯坦光电效应方程可知光电子到达A极时动能的最大值Ekm＝eU＋hν－hνc，可知Ekm－U图像的斜率相同，均为e；截止频率越大，图像在纵轴上的截距越小，因ν1＜ν2，则图像C正确，A、B、D错误。 学生用书⬇第111页 (多选)(2024·重庆高考)我国太阳探测科学技术试验卫星“羲和号”在国际上首次成功实现空间太阳Hα波段光谱扫描成像。Hα和Hβ分别为氢原子由n＝3和n＝4能级向n＝2能级跃迁产生的谱线(如图)，则(　　) A.Hα的波长比Hβ的小 B.Hα的频率比Hβ的小 C.Hβ对应的光子能量为3.4 eV D.Hβ对应的光子不能使氢原子从基态跃迁到激发态 答案：BD 解析：氢原子n＝3与n＝2的能级差小于n＝4与n＝2的能级差，则Hα与Hβ相比，Hα的波长大、频率小，故A错误，B正确；Hβ对应的光子能量为E＝(－0.85) eV－(－3.4) eV＝2.55 eV，故C错误；氢原子从基态跃迁到激发态至少需要能量E＝(－3.4) eV－(－13.6) eV＝10.2 eV，Hβ对应的光子不能使氢原子从基态跃迁到激发态，故D正确。 [衔接教材]　人教版选择性必修第三册P91·T2 参考下图，用玻尔理论解释，当巴耳末公式n＝5时计算出的氢原子光谱的谱线，是哪两个能级之间的跃迁造成的？ [衔接分析]　人教版选择性必修第三册P91·T2以“氢原子的能级图”为情境，考查了氢原子光谱的谱线与对应的能级跃迁公式的应用问题，与2024重庆高考题类似。近几年的高考题常以氢原子的能级图、能级跃迁公式及辐射光子的种类为情境进行命题。 针对练1.(2024·安徽高考)大连相干光源是我国第一台高增益自由电子激光用户装置，其激光辐射所应用的玻尔原子理论很好地解释了氢原子的光谱特征。图为氢原子的能级示意图，已知紫外光的光子能量大于3.11 eV，当大量处于n＝3能级的氢原子向低能级跃迁时，辐射不同频率的紫外光有(　　) A.1种 B.2种 C.3种 D.4种 答案：B 解析：大量处于n＝3能级的氢原子向低能级跃迁时，能够辐射出＝3种不同频率的光子，辐射出光子的能量分别为ΔE1＝E3－E1＝－1.51 eV－(－13.6 eV)＝12.09 eV、ΔE2＝E3－E2＝－1.51 eV－(－3.4 eV)＝1.89 eV、ΔE3＝E2－E1＝－3.4 eV－(－13.6 eV)＝10.2 eV，其中ΔE1＞3.11 eV、ΔE2＜3.11 eV、ΔE3＞3.11 eV，所以辐射不同频率的紫外光有2种。故选B。 针对练2.(2023·山东高考)“梦天号”实验舱携带世界首套可相互比对的冷原子钟组发射升空，对提升我国导航定位、深空探测等技术具有重要意义。如图所示为某原子钟工作的四能级体系，原子吸收频率为ν0的光子从基态能级Ⅰ跃迁至激发态能级Ⅱ，然后自发辐射出频率为ν1的光子，跃迁到钟跃迁的上能级2，并在一定条件下可跃迁到钟跃迁的下能级1，实现受激辐射，发出钟激光，最后辐射出频率为ν3的光子回到基态。该原子钟产生的钟激光的频率ν2为(　　) A.ν0＋ν1＋ν3 B.ν0＋ν1－ν3 C.ν0－ν1＋ν3 D.ν0－ν1－ν3 答案：D 解析：原子吸收频率为ν0的光子从基态能级Ⅰ跃迁至激发态能级Ⅱ时有EⅡ－EⅠ＝hν0，且从激发态能级Ⅱ向下跃迁到基态Ⅰ的过程有EⅡ－EⅠ＝hν1＋hν2＋hν3，联立解得ν2＝ν0－ν1－ν3。故选D。 学生用书⬇第112页 易错点1.对光电效应的规律理解不到位 (多选)在光电效应实验中，两个实验小组分别在各自的实验室，约定用相同频率的单色光分别照射锌和银的表面，结果都能发生光电效应，如图甲，并记录相关数据。对于这两组实验，下列判断正确的是(　　) A.因为材料不同，逸出功不同，所以遏止电压Uc不同 B.饱和电流一定不同 C.光电子的最大初动能不同 D.分别用不同频率的光照射之后绘制Uc－ν图像(ν为照射光频率，图乙为其中一小组绘制的图像)，图像的斜率可能不同 答案：AC 解析：对同一种频率的入射光，根据爱因斯坦光电效应方程Ek＝hν－W0和eUc＝Ek，可得Uc＝ν－，可知若逸出功不同，则遏止电压不同，故A正确；光的频率相同，但光强大小关系不确定，所以单位时间逸出的光电子数可能相同，饱和电流可能相同，故B错误；根据爱因斯坦光电效应方程Ek＝hν－W0可知，照射光频率相同，逸出功不同，则光电子的最大初动能不同，故C正确；因为Uc＝ν－，可知Uc－ν图像的斜率等于，为定值，故D错误。 [易错分析]　本题容易错选B项，原因是误认为光的频率相同、照射的金属锌和银不同会导致饱和电流一定不同。而实际上，如果光的频率相同，光强大小关系不确定，则单位时间逸出的光电子数可能相同，饱和电流可能相同。 易错点2.不明确饱和电流与入射光、正向电压的关系而出错 如图所示，用某频率的光照射光电管，研究饱和电流的影响因素，则下列说法正确的是(　　) A.电源的左端为负极 B.换更高频率的光照射，电流表示数一定增大 C.滑动变阻器滑片移至最左端，电流表示数为零 D.滑动变阻器滑片向右移的过程中，电流表示数可能一直增大 答案：D 解析：根据题意，要研究饱和电流的影响因素，应在光电管两端加正向电压，则电源的左端为正极，A错误；换更高频率的光照射，使逸出的光电子的动能增加，但单位时间内发射的光电子数不一定增加，因此换更高频率的光照射，电流表示数不一定增大，B错误；当滑动变阻器滑片移动到最左端时，A、K两极板间的电压为零，但逸出的光电子具有动能，可以到达A极板，因此电流表的示数不为零，C错误；滑动变阻器滑片向右移的过程中，A、K两极板间的电压增大，若光电流始终未达到饱和电流，光电流一直增大，若光电流已经达到饱和电流，增大两极板间的电压，光电流不变化，因此滑动变阻器滑片向右移的过程中，电流表示数可能一直增大，D正确。 [易错分析]　本题容易错选B项，原因是误认为增大入射光的频率，单位时间内发射的光电子数一定增加，光电流一定增大。 易错点3.对α粒子散射实验理解不准确而出错 (2025·河北邢台邢襄联盟高二联考)如图所示为卢瑟福α粒子散射实验的金原子核和两个α粒子的径迹，其中可能正确的是(　　) 答案：A 解析：α粒子与金原子核都带正电，相互排斥，α粒子越靠近金原子核，所受库仑斥力越大，运动方向的偏转角度就越大，根据这个特点可以判断出只有A正确。 [易错分析]　本题可能会由于仅死记α粒子散射实验的表象却不理解α粒子散射的根本原因而出错。 易错点4.不明确原子能级跃迁时吸收能量的规律而出错 (2025·吉林长春外国语学校月考)如图为氢原子能级的示意图，根据玻尔理论，下列说法正确的是(　　) A.处于基态的氢原子，吸收14 eV能量后不能发生电离 B.处于n＝4能级的大量氢原子，向低能级跃迁时，辐射光的波长最长的是n＝4能级到n＝1能级 C.一群氢原子从n＝3能级向低能级跃迁放出的光子能使逸出功为12.0 eV的金属发生光电效应 D.用动能为12.3 eV的电子射向处于基态的氢原子，氢原子不能跃迁到n＝2能级 答案：C 解析：处于基态的氢原子，吸收14 eV能量后可以发生电离，剩余的能量变为光电子的初动能，A错误；处于n＝4能级的大量氢原子，向低能级跃迁时，可能辐射出＝6种不同频率的光子，由ε＝hν＝h可知，从n＝4能级到n＝1能级跃迁产生的光子能量最大，光的波长最短，B错误；若氢原子从n＝3能级向低能级跃迁至n＝1能级，放出的光子能量为ΔE1＝E3－E1＝－1.51 eV－(－13.6 eV)＝12.09 eV，因为12.09 eV＞12.0 eV，所以一群氢原子从n＝3能级跃迁放出的光子能使逸出功为12.0 eV的金属发生光电效应，C正确；由题意可知E2－E1＝10.2 eV＜12.3 eV，用动能为12.3 eV的电子射向处于基态的氢原子，能使氢原子跃迁到n＝2能级，D错误。 学生用书⬇第113页 [易错分析]　本题容易错选A项，原因是不理解原子跃迁与电离时吸收能量的差异，即不发生电离的情况下，原子跃迁时吸收(或放出)光子的能量必须等于两能级的能量差；而发生电离时，只要原子吸收光子的能量大于等于所处能级能量的绝对值就能发生电离。 易错点5.不明确光子和实物粒子使原子发生跃迁的区别 (2025·山东济南二模)图甲是研究光电效应的电路图，K极为逸出功为2.30 eV的金属，图乙为氢原子能级图(巴耳末系的四种可见光是分别从n＝3、4、5、6能级跃迁到n＝2能级产生的)。下列说法正确的是(　　) A.当P移至O点正上方时，电流表示数一定变为0 B.上述的四种可见光只有一种不能让图甲中的K极金属发生光电效应 C.氢原子从基态跃迁到激发态，电子的动能增大，总能量增大 D.处在n＝3能级的氢原子，在与动能为1.10 eV的自由电子碰撞的过程中不能吸收能量向高能级跃迁 答案：B 解析：当P移至O点正上方时，A、K两极间的电压为0，有微弱的光电流，电流表示数不为0，A错误；从n＝3能级跃迁至n＝2能级产生的光子的能量为1.89 eV，小于金属的逸出功，不能让题图甲中的K极金属发生光电效应，从n＝4能级跃迁至n＝2能级产生的光子的能量为2.55 eV，大于金属的逸出功，能让题图甲中的K极金属发生光电效应，从n＝5、6能级跃迁至n＝2能级产生的光子的能量大于2.55 eV，大于金属的逸出功，能让题图甲中的K极金属发生光电效应，故题述的四种可见光只有一种不能让题图甲中的K极金属发生光电效应，B正确；氢原子从基态跃迁到激发态，电子的动能减小，总能量增大，C错误；处在n＝3能级的氢原子可以吸收动能为1.10 eV的自由电子的一部分能量(0.66 eV)跃迁至n＝4能级，或吸收更多能量(0.97 eV)向n＝5能级跃迁，D错误。 [易错分析]　本题容易错选D项，原因是不知道光子和实物粒子使原子发生能级跃迁的区别。 (1)光子照射：通过光子照射使原子发生能级跃迁，则光子的能量必须恰好等于两能级的能量差，否则不能被吸收。 (2)实物粒子的碰撞：通过实物粒子的碰撞使原子发生能级跃迁，原子可以吸收实物粒子(例如自由电子)的部分能量而被激发，由于实物粒子的动能可全部或部分地被原子吸收，所以只要实物粒子的能量大于或等于两能级之差，就可使原子发生能级跃迁。 D项中处在n＝3能级的氢原子可以吸收动能为1.10 eV的自由电子的一部分能量(0.66 eV)跃迁至n＝4能级，或吸收更多能量(0.97 eV)向n＝5能级跃迁。如果不知道光子和实物粒子使原子发生能级跃迁的区别，就容易错选D项。 学科网（北京）股份有限公司 $