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高考物理一轮复习第15章第1节原子结构波粒二象性课件
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这是一份高考物理一轮复习第15章第1节原子结构波粒二象性课件，共60页。PPT课件主要包含了链接教材·夯基固本，hν－W0，光谱分类，细研考点·突破题型，图1图2等内容，欢迎下载使用。
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2022·1月浙江卷·T14 2022·6月浙江卷·T7
2022·广东卷·T5
2021·全国乙卷·T17 2021·全国甲卷·T17
第1节 原子结构 波粒二象性
一、光电效应 1．光电效应现象 (1)定义：在光的照射下金属中的____从表面逸出的现象，叫作光电效应，发射出来的电子叫作______。
(2)几个名词解释 ①遏止电压：使光电流减小到0的____电压，用Uc表示。 ②截止频率：能使某种金属发生光电效应的____频率叫作该种金属的截止频率(又叫极限频率)，用νc表示，不同的金属对应着不同的截止频率。 ③最大初动能：发生光电效应时，金属表面的电子吸收光子后克服原子核的引力逸出时所具有的动能的______。
2．光电效应规律 (1)每种金属都有一个截止频率，入射光的频率____截止频率时不发生光电效应。 (2)光电子的__________与入射光的强度无关，只随入射光频率的增大而____。 (3)只要入射光的频率大于金属的截止频率，照到金属表面时，光电子的发射几乎是______，一般不超过10－9 s，与光的强度__关。 (4)当入射光的频率大于金属的截止频率时，饱和光电流的强度与入射光的强度成__比。
二、爱因斯坦光电效应方程 1．光子说：在空间传播的光不是连续的，而是一份一份的，每一份叫作一个____，光子的能量ε＝___。 2．逸出功W0：电子从金属中逸出所需外界对它做功的______。 3．爱因斯坦光电效应方程 (1)表达式：hν＝Ek＋W0或Ek＝________。 (2)物理意义：金属表面的电子吸收一个光子获得的能量是hν，这些能量的一部分用来克服金属的逸出功W0，剩下的表现为逸出后电子的__________。
三、光的波粒二象性与物质波 1．光的波粒二象性 (1)光的干涉、衍射、偏振现象证明光具有____性。 (2)光电效应说明光具有____性。 (3)光既具有波动性，又具有粒子性，称为光的________性。
2．物质波 (1)概率波：光的干涉现象是大量光子的运动遵守波动规律的表现，亮条纹是光子到达概率__的地方，暗条纹是光子到达概率__的地方，因此光波又叫概率波。 (2)物质波：任何一个运动着的物体，小到微观粒子，大到宏观物体，都有一种波与它对应，其波长λ＝__，p为运动物体的动量，h为普朗克常量。
四、原子的核式结构 1．电子的发现：英国物理学家______发现了电子。 2．原子的核式结构 (1)α粒子散射实验：1909～1911年，英国物理学家______和他的助手进行了用α粒子轰击金箔的实验，实验发现绝大多数α粒子穿过金箔后基本上仍沿____方向前进，但有极少数α粒子发生了大角度偏转，偏转的角度甚至大于90°，也就是说它们几乎被“撞”了回来。
(2)原子的核式结构模型：在原子中心有一个很小的核，原子全部的______和几乎全部____都集中在核里，带负电的电子在核外空间绕核旋转。
五、氢原子光谱 1．光谱：用光栅或棱镜可以把各种颜色的光按波长频率展开，获得光的波长(频率)和强度分布的记录，即光谱。
六、氢原子的能级、能级公式 1．玻尔理论 (1)定态：原子只能处于一系列_______的能量状态中，在这些能量状态中原子是_____的，电子虽然绕核运动，但并不向外辐射能量。 (2)跃迁：原子从一种定态跃迁到另一种定态时，它辐射或吸收一定频率的光子，光子的能量由这两个定态的能量差决定，即hν＝Em－En。(h是普朗克常量，h＝6.63×10－34 J·s) (3)轨道：原子的不同能量状态跟电子在不同的圆周轨道绕核运动相对应。原子的定态是_______的，因此电子的可能轨道也是_______的。
2．氢原子的能级、能级公式 (1)氢原子的能级 能级图如图所示
(2)氢原子的能级和轨道半径 ①氢原子的能级公式： En＝ E1(n＝1，2，3，…)，其中E1为基态能量，其数值为E1＝－13.6 eV。 ②氢原子的半径公式：rn＝n2r1(n＝1，2，3，…)，其中r1为基态半径，又称玻尔半径，其数值为r1＝0.53×10－10m。
一、易错易混辨析(正确的打“√”，错误的打“×”) (1)要想在光电效应实验中测到光电流，入射光子的能量必须大于金属的逸出功。( ) (2)只要入射光的强度足够强，就可以使金属发生光电效应。( ) (3)光电子的最大初动能与入射光子的频率成正比。( )
(4)核式结构模型是卢瑟福在α粒子散射实验的基础上提出的。( ) (5)氢原子吸收或辐射光子的频率条件是hν＝En－Em(m
ABC [德布罗意在爱因斯坦光子说的基础上提出物质波的概念，认为一切运动的物体都具有波粒二象性，故A正确、D错误；运动的微观粒子与光子一样，当它们通过一个小孔时，没有特定的运动轨道，故B正确；波动性和粒子性，在宏观现象中是矛盾的、对立的，但在微观高速运动的现象中是统一的，故C正确。故选ABC。]
2．(鲁科版选择性必修第三册改编)(多选)对于钠和钙两种金属，其遏止电压Uc与入射光频率ν的关系如图所示。用h、e分别表示普朗克常量和电子电荷量。下列说法正确的是( ) A．钠的逸出功小于钙的逸出功 B．图中直线的斜率为 C．在得到这两条直线时，必须保证入射光的光强相同 D．若这两种金属产生的光电子具有相同的最大初动能，则照射到钠的光频率较高
3．(粤教版选择性必修第三册改编)大量氢原子由n＝1的状态跃迁到n＝4的状态，在它们再回到n＝1的状态的过程中，有以下说法： ①可能发出的能量不同的光子只有3种 ②可能发出6种不同频率的光子 ③可能发出的光子的最大能量为12.75 eV ④可能发出光子的最小能量为0.85 eV 其中正确的说法是( ) A．①③ B．②④ C．①④ D．②③
D [氢原子处于n＝4的激发态，可能的辐射的光子频率种数n＝C＝6种，故①错误，②正确；从n＝4跃迁到n＝1能级辐射的光子能量最大，有hν＝E4－E1＝12.75 eV，从n＝4跃迁到n＝3能级的光子能量最小，有hν＝E4－E3＝0.66 eV，故③正确，④错误。故选项D正确。]
1．光电效应中应区分的几组概念 (1)光子与光电子：光子不带电；光电子是光电效应发生时发射出来的电子，其本质是电子。 (2)光电子的初动能与光电子的最大初动能：光电子的初动能小于等于光电子的最大初动能。
考点1 光电效应 多维探究
(3)光电流和饱和光电流：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。 (4)入射光强度与光子能量：入射光强度是指单位时间内照射到单位面积上的总能量，与光子的能量和单位时间内光子的数目有关。 (5)光的强度与饱和光电流：频率相同的光照射金属产生光电效应，入射光越强，饱和光电流越大。
2．分析光电效应的两条线索
3．光电效应方程及图像 (1)四类图像
(2)三个关系 ①爱因斯坦光电效应方程Ek＝hν－W0。 ②光电子的最大初动能Ek可以利用光电管用实验的方法测得，即Ek＝eUc，其中Uc是遏止电压。 ③光电效应方程中的W0为逸出功，它与极限频率νc的关系是W0＝hνc。
考向1 光电效应规律 [典例1] 如图所示，在光电效应实验中，采用高压汞灯作为入射光光源，其谱线波长分别为365.0 nm、404.7 nm、491.6 nm、546.1 nm、577.0 nm，通过选择对应的滤光片可以选取其中的一种光用于实验。光电管阴极材料采用锑—铯合金，其逸出功为1.908 eV。光电管A端是阳极，K端是阴极，光电管内部抽成真空，在阳极和阴极之间施加可调电压，实验中，用滤光片选取汞灯中谱线波长为491.6 nm的光入射到光电管的阴极，为了使逸出的光电子恰好都抵达不了阳极端，实验测得所施加最小电压为0.605 V，下列说法正确的是( )
新高考乙卷 2022·T17
河北卷 2022·T4
A．5种光中，用波长为365.0 nm的光入射， 逸出光电子的最大初动能最大 B．5种光中，用波长为365.0 nm的光入射， 饱和光电流最大 C．若真空中的光速及电子电荷量已知，由题中所给数据，不能算出普朗克常量 D．用波长为577.0 nm的光入射时，不会发生光电效应
规律总结 光电效应的分析思路 (1) (2)
考向2 光电效应的图像 [典例2] (2022·天津名校11月联考)用如图甲所示的电路研究光电效应中光电流大小与照射光的强弱、频率等物理量的关系。图中A、K两极间的电压大小可调，电源的正负极也可以对调。分别用a、b、c三束单色光照射，调节A、K间的电压U，得到光电流I与电压U的关系如图乙所示。下列说法正确的是( )
A．单色光a和c的频率相同，但a光的光强更强些 B．单色光a和c的频率相同，但a光的光强更弱些 C．单色光b的频率小于a的频率 D．改变电源的极性不可能有光电流产生
A [由图乙知，a、c的遏止电压相同，根据爱因斯坦光电效应方程有Ek＝hν－W0，由动能定理得eUc＝Ek，则eUc＝hν－W0，可知单色光a和c的频率相同，但a产生的饱和光电流更大，说明a光的强度大，选项A正确，B错误；由图乙可知，b的遏止电压大于a、c的遏止电压，结合eUc＝hν－W0分析可知单色光b的频率大于a的频率，选项C错误；只要光的频率不变，改变电源的极性，仍可能有光电流产生，选项D错误。]
[跟进训练] 1．(光电效应规律的研究)(多选)利用光电管研 究光电效应的实验电路图如图所示，用频率为 ν的可见光照射阴极K，电流表中有电流通过， 则( ) A．改用紫外线照射阴极K，电流表中没有电流通过 B．只增加该可见光的强度，电流表中通过的电流将变大 C．若将滑动变阻器的滑片滑到A端，电流表中一定无电流通过 D．若将滑动变阻器的滑片向B端滑动，电流表示数可能不变
BD [由题意知，该可见光的频率大于或等于阴极材料的极限频率，紫外线的频率大于可见光的频率，故用紫外线照射阴极K，也一定能发生光电效应，电流表中有电流通过，A错误；只增加可见光的强度，单位时间内逸出金属表面的光电子数增多，电流表中通过的电流将变大，B正确；滑动变阻器的滑片滑到A端，光电管两端的电压为零，但光电子有初动能，故电流表中仍有电流通过，C错误；滑动变阻器的滑片向B端滑动时，若电流已达到饱和光电流，则电流表示数可能不变，D正确。]
2．(光电效应图像)(2022·河北卷)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
1．对光的波粒二象性的理解
考点2 光的波粒二象性 物质波 题组通关
湖南卷 2022·T1
浙江1月卷 2022·T16
2．物质波 (1)定义：任何运动着的物体都有一种波与之对应，这种波叫做物质波，也叫德布罗意波。
[题组突破] 1．(波粒二象性的认识)(2022·浙江杭州高三模拟)图1是用很弱的光做双缝干涉实验得到的不同数量的光子照射到感光胶片上的照片。图2是1927年戴维森和汤姆孙分别完成的电子衍射实验简化图，该实验是荣获诺贝尔奖的重大近代物理实验之一。关于这两个图片，下列说法中正确的是( )
图1 图2
A．图1这些照片说明光只有粒子性没有波动性 B．图1这些照片说明光只有波动性没有粒子性 C．图2中该实验再次说明光子具有波动性 D．图2中该实验说明实物粒子具有波动性
D [光具有波粒二象性，图1说明少量光子粒子性表现明显，大量光子波动性表现明显，故A、B错误；图2是电子束的衍射实验，证明实物粒子具有波动性，而不是光子，故C错误，D正确。]
2．(物质波的认识)(2022·江苏扬州高三模拟)让电子束通过电场加速后，照射到金属晶格(大小约为10－10 m)上，可得到电子的衍射图样，如图所示。下列说法正确的是( ) A．电子衍射图样说明了电子具有粒子性 B．加速电压越大，电子的物质波波长越长 C．电子物质波波长比可见光波长更长 D．动量相等的质子和电子，对应的物质波波长也相等
1．对氢原子能级图的理解 (1)能级图如图所示
考点3 原子的核式结构和玻尔理论 能级跃迁 师生共研
广东卷 2022·T5
浙江6月卷 2022·T7
重庆卷 2022·T6
北京卷 2022·T1
海南卷 2022·T10
(2)能级图中相关量意义的说明
2．两类能级跃迁 (1)自发跃迁：高能级→低能级，释放能量，发出光子。 光子的频率 。 (2)受激跃迁：低能级→高能级，吸收能量。 ①光照(吸收光子)：吸收光子的全部能量，光子的能量必须恰等于能级差hν＝ΔE。 ②碰撞、加热等：可以吸收实物粒子的部分能量，只要入射粒子能量大于或等于能级差即可，E外≥ΔE。 ③大于电离能的光子被吸收，将原子电离。
3．电离 (1)电离态：n＝∞，E＝0。 (2)电离能：指原子从基态或某一激发态跃迁到电离态所需要吸收的最小能量。 例如：对于氢原子 ①基态→电离态：E吸＝0－(－13.6 eV)＝13.6 eV，即基态的电离能。 ②n＝2→电离态：E吸＝0－E2＝3.4 eV，即n＝2激发态的电离能。 如吸收能量足够大，克服电离能后，电离出的自由电子还具有动能。
[典例3] (2022·浙江6月选考)图为氢原子的能级图。大量氢原子处于n＝3的激发态，在向低能级跃迁时放出光子，用这些光子照射逸出功为2.29 eV 的金属钠。下列说法正确的是( ) A．逸出光电子的最大初动能为10.80 eV B．n＝3跃迁到n＝1放出的光子动量最大 C．有3种频率的光子能使金属钠产生光电效应 D．用0.85 eV的光子照射，氢原子跃迁到n＝4激发态
B [氢原子从n＝3能级跃迁到n＝1能级时释放的光子能量最大，频率也最大，能量为E1＝(－1.51 eV)－(－13.6 eV)＝12.09 eV，照射逸出功为2.29 eV的金属钠，光电子的最大初动能为Ekm＝E1－W＝9.8 eV，频率大的光子波长小，根据p＝ 可知频率大的光子动量大，A错误，B正确；氢原子从n＝3能级跃迁到n＝2能级时释放的光子能量为E2＝(－1.51 eV)－(－3.4 eV)＝1.89 eV
[跟进训练] 1．(原子的核式结构)1909年，物理学家卢瑟福和他的学生用α粒子轰击金箔，研究α粒子被散射的情况，其实验装置如图所示。关于α粒子散射实验，下列说法正确的是( ) A．α粒子发生偏转是由于它跟电子发生了碰撞 B．在α粒子散射实验中，绝大多数α粒子发 生了较大角度的偏转 C．α粒子散射实验说明原子中有一个带正电 的核几乎占有原子的全部质量 D．通过α粒子散射实验还可以估计原子核半径的数量级是10－10 m
C [α粒子发生偏转是由于它受到原子核的斥力，并不是跟电子发生了碰撞，A错误；在α粒子散射实验中，绝大多数α粒子几乎不发生偏转，可以推测使粒子受到排斥力的核体积极小，实验表明原子中心的核带有原子的全部正电，和几乎全部质量，B错误，C正确；α粒子散射实验可以估算出原子核半径的数量级是10－15 m，D错误。]
2．(能级跃迁)(2022·东北三省四市教研联合体模拟)氦离子(He＋)和氢原子一样，原子核外只有一个电子，因此它们有着相似的能级图，氢原子和氦离子的能级图如图所示。一群处于量子数n＝4的激发态氦离子，能够自发地跃迁到较低的能量状态，并向外辐射光子。已知金属钨的逸出功为4.54 eV，则向外辐射多种频率的光子中( )
氦离子能级图 氢原子能级图
A．最多有3种频率的光子 B．能使金属钨发生光电效应的有3种频率的光子 C．能够使处于基态的氢原子电离的有3种频率的光子 D．能够使处于基态的氢原子跃迁的有4种频率的光子
C [一群氦离子从n＝4能级向低能级跃迁时可以辐射出6种频率的光子，A错误；其中只有从n＝4能级向n＝3能级跃迁时所辐射出的光子能量小于4.54 eV，不能使金属钨发生光电效应，故共有5种频率的光能使金属钨发生光电效应，故B错误；因为要使处于基态的氢原子发生电离，所需要的光子能量只要达到13.6 eV就可以，根据辐射光子能量等于氦离子能级跃迁前后两能级的能量差可得，有3种频率的光子都能使处于基态的氢原子电离，故C正确；通过计算氦离子从n＝4向n＝2跃迁时释放的能量为10.2 eV，恰好满足氢原子从n＝1向n＝2能级跃迁，故能够使处于基态的氢原子跃迁的只有1种频率的光，故D错误。]
3．(能级跃迁的拓展应用)(2021·北京卷)北京高能光源是我国首个第四代同步辐射光源，计划于2025年建成。同步辐射光具有光谱范围宽(从远红外到X光波段，波长范围约为10－5 m～10－11 m，对应能量范围约为10－1 eV～105 eV)、光源亮度高、偏振性好等诸多特点，在基础科学研究、应用科学和工艺学等领域已得到广泛应用。速度接近光速的电子在磁场中偏转时，会沿圆弧轨道切线发出电磁辐射，这个现象最初是在同步加速器上观察到的，称为“同步辐射”。以接近光速运动的单个电子能量约为109 eV，回旋一圈辐射的总能量约为104 eV。下列说法正确的是( )
A．同步辐射的机理与氢原子发光的机理一样 B．用同步辐射光照射氢原子，不能使氢原子电离 C．蛋白质分子的线度约为10－8 m，不能用同步辐射光得到其衍射图样 D．尽管向外辐射能量，但电子回旋一圈后能量不会明显减小
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2022·1月浙江卷·T14 2022·6月浙江卷·T7
2022·广东卷·T5
2021·全国乙卷·T17 2021·全国甲卷·T17
第1节 原子结构 波粒二象性
一、光电效应 1．光电效应现象 (1)定义：在光的照射下金属中的____从表面逸出的现象，叫作光电效应，发射出来的电子叫作______。
(2)几个名词解释 ①遏止电压：使光电流减小到0的____电压，用Uc表示。 ②截止频率：能使某种金属发生光电效应的____频率叫作该种金属的截止频率(又叫极限频率)，用νc表示，不同的金属对应着不同的截止频率。 ③最大初动能：发生光电效应时，金属表面的电子吸收光子后克服原子核的引力逸出时所具有的动能的______。
2．光电效应规律 (1)每种金属都有一个截止频率，入射光的频率____截止频率时不发生光电效应。 (2)光电子的__________与入射光的强度无关，只随入射光频率的增大而____。 (3)只要入射光的频率大于金属的截止频率，照到金属表面时，光电子的发射几乎是______，一般不超过10－9 s，与光的强度__关。 (4)当入射光的频率大于金属的截止频率时，饱和光电流的强度与入射光的强度成__比。
二、爱因斯坦光电效应方程 1．光子说：在空间传播的光不是连续的，而是一份一份的，每一份叫作一个____，光子的能量ε＝___。 2．逸出功W0：电子从金属中逸出所需外界对它做功的______。 3．爱因斯坦光电效应方程 (1)表达式：hν＝Ek＋W0或Ek＝________。 (2)物理意义：金属表面的电子吸收一个光子获得的能量是hν，这些能量的一部分用来克服金属的逸出功W0，剩下的表现为逸出后电子的__________。
三、光的波粒二象性与物质波 1．光的波粒二象性 (1)光的干涉、衍射、偏振现象证明光具有____性。 (2)光电效应说明光具有____性。 (3)光既具有波动性，又具有粒子性，称为光的________性。
2．物质波 (1)概率波：光的干涉现象是大量光子的运动遵守波动规律的表现，亮条纹是光子到达概率__的地方，暗条纹是光子到达概率__的地方，因此光波又叫概率波。 (2)物质波：任何一个运动着的物体，小到微观粒子，大到宏观物体，都有一种波与它对应，其波长λ＝__，p为运动物体的动量，h为普朗克常量。
四、原子的核式结构 1．电子的发现：英国物理学家______发现了电子。 2．原子的核式结构 (1)α粒子散射实验：1909～1911年，英国物理学家______和他的助手进行了用α粒子轰击金箔的实验，实验发现绝大多数α粒子穿过金箔后基本上仍沿____方向前进，但有极少数α粒子发生了大角度偏转，偏转的角度甚至大于90°，也就是说它们几乎被“撞”了回来。
(2)原子的核式结构模型：在原子中心有一个很小的核，原子全部的______和几乎全部____都集中在核里，带负电的电子在核外空间绕核旋转。
五、氢原子光谱 1．光谱：用光栅或棱镜可以把各种颜色的光按波长频率展开，获得光的波长(频率)和强度分布的记录，即光谱。
六、氢原子的能级、能级公式 1．玻尔理论 (1)定态：原子只能处于一系列_______的能量状态中，在这些能量状态中原子是_____的，电子虽然绕核运动，但并不向外辐射能量。 (2)跃迁：原子从一种定态跃迁到另一种定态时，它辐射或吸收一定频率的光子，光子的能量由这两个定态的能量差决定，即hν＝Em－En。(h是普朗克常量，h＝6.63×10－34 J·s) (3)轨道：原子的不同能量状态跟电子在不同的圆周轨道绕核运动相对应。原子的定态是_______的，因此电子的可能轨道也是_______的。
2．氢原子的能级、能级公式 (1)氢原子的能级 能级图如图所示
(2)氢原子的能级和轨道半径 ①氢原子的能级公式： En＝ E1(n＝1，2，3，…)，其中E1为基态能量，其数值为E1＝－13.6 eV。 ②氢原子的半径公式：rn＝n2r1(n＝1，2，3，…)，其中r1为基态半径，又称玻尔半径，其数值为r1＝0.53×10－10m。
一、易错易混辨析(正确的打“√”，错误的打“×”) (1)要想在光电效应实验中测到光电流，入射光子的能量必须大于金属的逸出功。( ) (2)只要入射光的强度足够强，就可以使金属发生光电效应。( ) (3)光电子的最大初动能与入射光子的频率成正比。( )
(4)核式结构模型是卢瑟福在α粒子散射实验的基础上提出的。( ) (5)氢原子吸收或辐射光子的频率条件是hν＝En－Em(m
ABC [德布罗意在爱因斯坦光子说的基础上提出物质波的概念，认为一切运动的物体都具有波粒二象性，故A正确、D错误；运动的微观粒子与光子一样，当它们通过一个小孔时，没有特定的运动轨道，故B正确；波动性和粒子性，在宏观现象中是矛盾的、对立的，但在微观高速运动的现象中是统一的，故C正确。故选ABC。]
2．(鲁科版选择性必修第三册改编)(多选)对于钠和钙两种金属，其遏止电压Uc与入射光频率ν的关系如图所示。用h、e分别表示普朗克常量和电子电荷量。下列说法正确的是( ) A．钠的逸出功小于钙的逸出功 B．图中直线的斜率为 C．在得到这两条直线时，必须保证入射光的光强相同 D．若这两种金属产生的光电子具有相同的最大初动能，则照射到钠的光频率较高
3．(粤教版选择性必修第三册改编)大量氢原子由n＝1的状态跃迁到n＝4的状态，在它们再回到n＝1的状态的过程中，有以下说法： ①可能发出的能量不同的光子只有3种 ②可能发出6种不同频率的光子 ③可能发出的光子的最大能量为12.75 eV ④可能发出光子的最小能量为0.85 eV 其中正确的说法是( ) A．①③ B．②④ C．①④ D．②③
D [氢原子处于n＝4的激发态，可能的辐射的光子频率种数n＝C＝6种，故①错误，②正确；从n＝4跃迁到n＝1能级辐射的光子能量最大，有hν＝E4－E1＝12.75 eV，从n＝4跃迁到n＝3能级的光子能量最小，有hν＝E4－E3＝0.66 eV，故③正确，④错误。故选项D正确。]
1．光电效应中应区分的几组概念 (1)光子与光电子：光子不带电；光电子是光电效应发生时发射出来的电子，其本质是电子。 (2)光电子的初动能与光电子的最大初动能：光电子的初动能小于等于光电子的最大初动能。
考点1 光电效应 多维探究
(3)光电流和饱和光电流：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。 (4)入射光强度与光子能量：入射光强度是指单位时间内照射到单位面积上的总能量，与光子的能量和单位时间内光子的数目有关。 (5)光的强度与饱和光电流：频率相同的光照射金属产生光电效应，入射光越强，饱和光电流越大。
2．分析光电效应的两条线索
3．光电效应方程及图像 (1)四类图像
(2)三个关系 ①爱因斯坦光电效应方程Ek＝hν－W0。 ②光电子的最大初动能Ek可以利用光电管用实验的方法测得，即Ek＝eUc，其中Uc是遏止电压。 ③光电效应方程中的W0为逸出功，它与极限频率νc的关系是W0＝hνc。
考向1 光电效应规律 [典例1] 如图所示，在光电效应实验中，采用高压汞灯作为入射光光源，其谱线波长分别为365.0 nm、404.7 nm、491.6 nm、546.1 nm、577.0 nm，通过选择对应的滤光片可以选取其中的一种光用于实验。光电管阴极材料采用锑—铯合金，其逸出功为1.908 eV。光电管A端是阳极，K端是阴极，光电管内部抽成真空，在阳极和阴极之间施加可调电压，实验中，用滤光片选取汞灯中谱线波长为491.6 nm的光入射到光电管的阴极，为了使逸出的光电子恰好都抵达不了阳极端，实验测得所施加最小电压为0.605 V，下列说法正确的是( )
新高考乙卷 2022·T17
河北卷 2022·T4
A．5种光中，用波长为365.0 nm的光入射， 逸出光电子的最大初动能最大 B．5种光中，用波长为365.0 nm的光入射， 饱和光电流最大 C．若真空中的光速及电子电荷量已知，由题中所给数据，不能算出普朗克常量 D．用波长为577.0 nm的光入射时，不会发生光电效应
规律总结 光电效应的分析思路 (1) (2)
考向2 光电效应的图像 [典例2] (2022·天津名校11月联考)用如图甲所示的电路研究光电效应中光电流大小与照射光的强弱、频率等物理量的关系。图中A、K两极间的电压大小可调，电源的正负极也可以对调。分别用a、b、c三束单色光照射，调节A、K间的电压U，得到光电流I与电压U的关系如图乙所示。下列说法正确的是( )
A．单色光a和c的频率相同，但a光的光强更强些 B．单色光a和c的频率相同，但a光的光强更弱些 C．单色光b的频率小于a的频率 D．改变电源的极性不可能有光电流产生
A [由图乙知，a、c的遏止电压相同，根据爱因斯坦光电效应方程有Ek＝hν－W0，由动能定理得eUc＝Ek，则eUc＝hν－W0，可知单色光a和c的频率相同，但a产生的饱和光电流更大，说明a光的强度大，选项A正确，B错误；由图乙可知，b的遏止电压大于a、c的遏止电压，结合eUc＝hν－W0分析可知单色光b的频率大于a的频率，选项C错误；只要光的频率不变，改变电源的极性，仍可能有光电流产生，选项D错误。]
[跟进训练] 1．(光电效应规律的研究)(多选)利用光电管研 究光电效应的实验电路图如图所示，用频率为 ν的可见光照射阴极K，电流表中有电流通过， 则( ) A．改用紫外线照射阴极K，电流表中没有电流通过 B．只增加该可见光的强度，电流表中通过的电流将变大 C．若将滑动变阻器的滑片滑到A端，电流表中一定无电流通过 D．若将滑动变阻器的滑片向B端滑动，电流表示数可能不变
BD [由题意知，该可见光的频率大于或等于阴极材料的极限频率，紫外线的频率大于可见光的频率，故用紫外线照射阴极K，也一定能发生光电效应，电流表中有电流通过，A错误；只增加可见光的强度，单位时间内逸出金属表面的光电子数增多，电流表中通过的电流将变大，B正确；滑动变阻器的滑片滑到A端，光电管两端的电压为零，但光电子有初动能，故电流表中仍有电流通过，C错误；滑动变阻器的滑片向B端滑动时，若电流已达到饱和光电流，则电流表示数可能不变，D正确。]
2．(光电效应图像)(2022·河北卷)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
1．对光的波粒二象性的理解
考点2 光的波粒二象性 物质波 题组通关
湖南卷 2022·T1
浙江1月卷 2022·T16
2．物质波 (1)定义：任何运动着的物体都有一种波与之对应，这种波叫做物质波，也叫德布罗意波。
[题组突破] 1．(波粒二象性的认识)(2022·浙江杭州高三模拟)图1是用很弱的光做双缝干涉实验得到的不同数量的光子照射到感光胶片上的照片。图2是1927年戴维森和汤姆孙分别完成的电子衍射实验简化图，该实验是荣获诺贝尔奖的重大近代物理实验之一。关于这两个图片，下列说法中正确的是( )
图1 图2
A．图1这些照片说明光只有粒子性没有波动性 B．图1这些照片说明光只有波动性没有粒子性 C．图2中该实验再次说明光子具有波动性 D．图2中该实验说明实物粒子具有波动性
D [光具有波粒二象性，图1说明少量光子粒子性表现明显，大量光子波动性表现明显，故A、B错误；图2是电子束的衍射实验，证明实物粒子具有波动性，而不是光子，故C错误，D正确。]
2．(物质波的认识)(2022·江苏扬州高三模拟)让电子束通过电场加速后，照射到金属晶格(大小约为10－10 m)上，可得到电子的衍射图样，如图所示。下列说法正确的是( ) A．电子衍射图样说明了电子具有粒子性 B．加速电压越大，电子的物质波波长越长 C．电子物质波波长比可见光波长更长 D．动量相等的质子和电子，对应的物质波波长也相等
1．对氢原子能级图的理解 (1)能级图如图所示
考点3 原子的核式结构和玻尔理论 能级跃迁 师生共研
广东卷 2022·T5
浙江6月卷 2022·T7
重庆卷 2022·T6
北京卷 2022·T1
海南卷 2022·T10
(2)能级图中相关量意义的说明
2．两类能级跃迁 (1)自发跃迁：高能级→低能级，释放能量，发出光子。 光子的频率 。 (2)受激跃迁：低能级→高能级，吸收能量。 ①光照(吸收光子)：吸收光子的全部能量，光子的能量必须恰等于能级差hν＝ΔE。 ②碰撞、加热等：可以吸收实物粒子的部分能量，只要入射粒子能量大于或等于能级差即可，E外≥ΔE。 ③大于电离能的光子被吸收，将原子电离。
3．电离 (1)电离态：n＝∞，E＝0。 (2)电离能：指原子从基态或某一激发态跃迁到电离态所需要吸收的最小能量。 例如：对于氢原子 ①基态→电离态：E吸＝0－(－13.6 eV)＝13.6 eV，即基态的电离能。 ②n＝2→电离态：E吸＝0－E2＝3.4 eV，即n＝2激发态的电离能。 如吸收能量足够大，克服电离能后，电离出的自由电子还具有动能。
[典例3] (2022·浙江6月选考)图为氢原子的能级图。大量氢原子处于n＝3的激发态，在向低能级跃迁时放出光子，用这些光子照射逸出功为2.29 eV 的金属钠。下列说法正确的是( ) A．逸出光电子的最大初动能为10.80 eV B．n＝3跃迁到n＝1放出的光子动量最大 C．有3种频率的光子能使金属钠产生光电效应 D．用0.85 eV的光子照射，氢原子跃迁到n＝4激发态
B [氢原子从n＝3能级跃迁到n＝1能级时释放的光子能量最大，频率也最大，能量为E1＝(－1.51 eV)－(－13.6 eV)＝12.09 eV，照射逸出功为2.29 eV的金属钠，光电子的最大初动能为Ekm＝E1－W＝9.8 eV，频率大的光子波长小，根据p＝ 可知频率大的光子动量大，A错误，B正确；氢原子从n＝3能级跃迁到n＝2能级时释放的光子能量为E2＝(－1.51 eV)－(－3.4 eV)＝1.89 eV
[跟进训练] 1．(原子的核式结构)1909年，物理学家卢瑟福和他的学生用α粒子轰击金箔，研究α粒子被散射的情况，其实验装置如图所示。关于α粒子散射实验，下列说法正确的是( ) A．α粒子发生偏转是由于它跟电子发生了碰撞 B．在α粒子散射实验中，绝大多数α粒子发 生了较大角度的偏转 C．α粒子散射实验说明原子中有一个带正电 的核几乎占有原子的全部质量 D．通过α粒子散射实验还可以估计原子核半径的数量级是10－10 m
C [α粒子发生偏转是由于它受到原子核的斥力，并不是跟电子发生了碰撞，A错误；在α粒子散射实验中，绝大多数α粒子几乎不发生偏转，可以推测使粒子受到排斥力的核体积极小，实验表明原子中心的核带有原子的全部正电，和几乎全部质量，B错误，C正确；α粒子散射实验可以估算出原子核半径的数量级是10－15 m，D错误。]
2．(能级跃迁)(2022·东北三省四市教研联合体模拟)氦离子(He＋)和氢原子一样，原子核外只有一个电子，因此它们有着相似的能级图，氢原子和氦离子的能级图如图所示。一群处于量子数n＝4的激发态氦离子，能够自发地跃迁到较低的能量状态，并向外辐射光子。已知金属钨的逸出功为4.54 eV，则向外辐射多种频率的光子中( )
氦离子能级图 氢原子能级图
A．最多有3种频率的光子 B．能使金属钨发生光电效应的有3种频率的光子 C．能够使处于基态的氢原子电离的有3种频率的光子 D．能够使处于基态的氢原子跃迁的有4种频率的光子
C [一群氦离子从n＝4能级向低能级跃迁时可以辐射出6种频率的光子，A错误；其中只有从n＝4能级向n＝3能级跃迁时所辐射出的光子能量小于4.54 eV，不能使金属钨发生光电效应，故共有5种频率的光能使金属钨发生光电效应，故B错误；因为要使处于基态的氢原子发生电离，所需要的光子能量只要达到13.6 eV就可以，根据辐射光子能量等于氦离子能级跃迁前后两能级的能量差可得，有3种频率的光子都能使处于基态的氢原子电离，故C正确；通过计算氦离子从n＝4向n＝2跃迁时释放的能量为10.2 eV，恰好满足氢原子从n＝1向n＝2能级跃迁，故能够使处于基态的氢原子跃迁的只有1种频率的光，故D错误。]
3．(能级跃迁的拓展应用)(2021·北京卷)北京高能光源是我国首个第四代同步辐射光源，计划于2025年建成。同步辐射光具有光谱范围宽(从远红外到X光波段，波长范围约为10－5 m～10－11 m，对应能量范围约为10－1 eV～105 eV)、光源亮度高、偏振性好等诸多特点，在基础科学研究、应用科学和工艺学等领域已得到广泛应用。速度接近光速的电子在磁场中偏转时，会沿圆弧轨道切线发出电磁辐射，这个现象最初是在同步加速器上观察到的，称为“同步辐射”。以接近光速运动的单个电子能量约为109 eV，回旋一圈辐射的总能量约为104 eV。下列说法正确的是( )
A．同步辐射的机理与氢原子发光的机理一样 B．用同步辐射光照射氢原子，不能使氢原子电离 C．蛋白质分子的线度约为10－8 m，不能用同步辐射光得到其衍射图样 D．尽管向外辐射能量，但电子回旋一圈后能量不会明显减小
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