2021-2025年高考物理真题知识点分类汇编之原子结构和波粒二象性（三）

第53页（共53页）2021-2025年高考物理真题知识点分类汇编之原子结构和波粒二象性（三）一．选择题（共17小题）1．（2022•乙卷）一点光源以113W的功率向周围所有方向均匀地辐射波长约为6×10﹣7m的光，在离点光源距离为R处每秒垂直通过每平方米的光子数为3×1014个。普朗克常量为h＝6.63×10﹣34J•s。R约为（）A．1×102m B．3×102m C．6×102m D．9×102m2．（2022•河北）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8.5×1014Hz C．图中直线的斜率为普朗克常量 D．遏止电压Uc与入射光频率v成正比3．（2022•浙江）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2.29eV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10.80eV 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0.85eV的光子照射，氢原子跃迁到n＝4激发态4．（2022•广东）目前科学家已经能够制备出能量量子数n较大的氢原子。氢原子第n能级的能量为En=E1n2，其中E1＝﹣13.6eV。如图是按能量排列的电磁波谱，要使A．红外线波段的光子 B．可见光波段的光子 C．紫外线波段的光子 D．X射线波段的光子5．（2022•湖南）关于原子结构和微观粒子波粒二象性，下列说法正确的是（）A．卢瑟福的核式结构模型解释了原子光谱的分立特征 B．玻尔的原子理论完全揭示了微观粒子运动的规律 C．光电效应揭示了光的粒子性 D．电子束穿过铝箔后的衍射图样揭示了电子的粒子性6．（2022•江苏）光源通过电子—光子散射使光子能量增加，光子能量增加后（）A．频率减小 B．波长减小 C．动量减小 D．速度减小7．（2022•湖北）密立根油滴实验装置如图所示，两块水平放置的金属板分别与电源的正负极相接，板间产生匀强电场。用一个喷雾器把密度相同的许多油滴从上板中间的小孔喷入电场，油滴从喷口喷出时由于摩擦而带电。金属板间电势差为U时，电荷量为q、半径为r的球状油滴在板间保持静止。若仅将金属板间电势差调整为2U，则在板间能保持静止的球状油滴所带电荷量和半径可以为（）A．q，r B．2q，r C．2q，2r D．4q，2r8．（2022•重庆）如图为氢原子的能级示意图。已知蓝光光子的能量范围为2.53～2.76eV，紫光光子的能量范围为2.76～3.10eV。若使处于基态的氢原子被激发后，可辐射蓝光，不辐射紫光，则激发氢原子的光子能量为（）A．10.20eV B．12.09eV C．12.75eV D．13.06eV9．（2022•北京）氢原子从某激发态跃迁到基态，则该氢原子（）A．放出光子，能量增加 B．放出光子，能量减少 C．吸收光子，能量增加 D．吸收光子，能量减少10．（2021•海南）某金属在一束单色光的照射下发生光电效应，光电子的最大初动能为Ek，已知该金属的逸出功为W0，普朗克常量为h。根据爱因斯坦的光电效应理论，该单色光的频率ν为（）A．Ekh B．W0h C．E11．（2021•浙江）2020年12月我国科学家在量子计算领域取得了重大成果，构建了一台76个光子100个模式的量子计算机“九章”，它处理“高斯玻色取样”的速度比目前最快的超级计算机“富岳”快一百万亿倍。关于量子，下列说法正确的是（）A．是计算机运算的一种程序 B．表示运算速度的一个单位 C．表示微观世界的不连续性观念 D．类似于质子、中子的微观粒子12．（2021•江苏）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（）A． B． C． D．13．（2021•北京）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10﹣5m～10﹣11m，对应能量范围约为10﹣1eV～105eV）、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109eV，回旋一圈辐射的总能量约为104eV。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10﹣8m，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14．（2021•浙江）据《自然》杂志2021年5月17日报道，中国科学家在稻城“拉索”基地（如图）探测到迄今为止最高能量的γ射线，能量值为1.40×1015eV，即（）A．1.40×1015V B．2.24×10﹣4C C．2.24×10﹣4W D．2.24×10﹣4J15．（2021•全国）被激发到第4能级的大量氢原子向低能级跃迁时辐射出各种频率的光，其中能量最小的光子来自于（）A．从第4能级到基态的跃迁 B．从第2能级到基态的跃迁 C．从第3能级到第2能级的跃迁 D．从第4能级到第3能级的跃迁16．（2021•全国）用甲、乙两种光照射某金属时都能产生光电效应。已知甲光的频率是乙光频率的2倍，则（）A．用甲光照射时该金属的逸出功一定比用乙光照射时的大 B．用甲光照射时所逸出的光电子数目一定比用乙光照射时的更多 C．甲光光子的能量可能小于用甲光照射该金属时所逸出的光电子的最大初动能 D．乙光光子的能量一定小于用甲光照射该金属时所逸出的光电子的最大初动能17．（2021•浙江）下列说法正确的是（）A．光的波动性是光子之间相互作用的结果 B．玻尔第一次将“量子”引入原子领域，提出了定态和跃迁的概念 C．光电效应揭示了光的粒子性，证明了光子除了能量之外还具有动量 D．α射线经过置于空气中带正电验电器金属小球的上方，验电器金属箔的张角会变大二．多选题（共3小题）（多选）18．（2022•浙江）电子双缝干涉实验是近代证实物质波存在的实验。如图所示，电子枪持续发射的电子动量为1.2×10﹣23kg•m/s，然后让它们通过双缝打到屏上。已知电子质量取9.1×10﹣31kg，普朗克常量取6.6×10﹣34J•s，下列说法正确的是（）A．发射电子的动能约为8.0×10﹣15J B．发射电子的物质波波长约为5.5×10﹣11m C．只有成对电子分别同时通过双缝才能发生干涉 D．如果电子是一个一个发射的，仍能得到干涉图样（多选）19．（2022•海南）一群处于n＝4激发态的氢原子向基态跃迁向外发出不同频率的光子，则（）A．需要向外吸收能量 B．共能放出6种不同频率的光子 C．n＝4向n＝3跃迁发出的光子频率最大 D．n＝4向n＝1跃迁发出的光子频率最大（多选）20．（2022•天津）不同波长的电磁波具有不同的特性，在科研、生产和生活中有广泛的应用。a、b两单色光在电磁波谱中的位置如图所示。下列说法正确的是（）A．若a、b光均由氢原子能级跃迁产生，产生a光的能级能量差大 B．若a、b光分别照射同一小孔发生衍射，a光的衍射现象更明显 C．若a、b光分别照射同一光电管发生光电效应，a光的遏止电压高 D．若a、b光分别作为同一双缝干涉装置光源时，a光的干涉条纹间距大

2021-2025年高考物理真题知识点分类汇编之原子结构和波粒二象性（三）参考答案与试题解析一．选择题（共17小题）题号1234567891011答案BABACBDCBDC题号121314151617答案CDDDDB二．多选题（共3小题）题号181920答案BDBDBD一．选择题（共17小题）1．（2022•乙卷）一点光源以113W的功率向周围所有方向均匀地辐射波长约为6×10﹣7m的光，在离点光源距离为R处每秒垂直通过每平方米的光子数为3×1014个。普朗克常量为h＝6.63×10﹣34J•s。R约为（）A．1×102m B．3×102m C．6×102m D．9×102m【考点】光子的动量；能量子与量子化现象．【专题】定量思想；推理法；光电效应专题；推理论证能力．【答案】B【分析】先计算每个光子的能量，再根据以光源为球心，每秒通过某球面的能量相等，列出数学表达式，即可求出某一球面的半径。【解答】解：设每个光子的能量大小为ɛ，则有：ɛ＝hν=hcλ=6.63×10﹣34×3×1086×1因为该光源辐射的功率为113W，由W＝Pt可知，每秒向外辐射的能量为W＝113×1J＝113J即以光源为球心，每秒通过某球面的光子能量为113J。故距离光源R处的球面满足数学公式：3×1014×3.315×10﹣19×4πR2＝113可以解得：R≈300m，故B正确，ACD错误。故选：B。【点评】本题考查光子能量的计算，要牢记公式ɛ＝hν，并掌握波长、光速、频率之间的数量关系。难度不大，但计算时应细心，避免出错。2．（2022•河北）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8.5×1014Hz C．图中直线的斜率为普朗克常量 D．遏止电压Uc与入射光频率v成正比【考点】光电效应现象及其物理意义；爱因斯坦光电效应方程．【专题】定量思想；推理法；光电效应专题；推理论证能力．【答案】A【分析】根据光电效应方程结合图像得出钠的逸出功和直线的斜率，同时分析出直线的类型。【解答】解：A、根据遏止电压与最大初动能的关系得：eUc＝Ekmax根据光电效应方程有Ekmax＝hν﹣W0结合图像可知，当Uc为0时，解得：W0＝hνc，故A正确；B、钠的截止频率为νc，根据图像可知，截止频率小于8.5×1014Hz，故B错误；C、结合遏止电压与光电效应方程可解得：Uc可知，图中直线的斜率表示he，故CD、根据遏止电压与入射光的频率关系式可知，遏止电压与入射光频率成线性关系，不是成正比，故D错误；故选：A。【点评】本题主要考查了光电效应方程的相关应用，熟悉图像的物理意义，理解物理学概念即可完成分析。3．（2022•浙江）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2.29eV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10.80eV 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0.85eV的光子照射，氢原子跃迁到n＝4激发态【考点】分析能级跃迁过程中的能量变化（吸收或释放能量）；光电效应现象及其物理意义．【专题】定性思想；推理法；原子的能级结构专题；推理论证能力．【答案】B【分析】大量处于n＝3能级的氢原子，最多可以辐射出3种；能级间跃迁时，辐射（吸收）的光子能量等于两能级间的能级差；根据光电效应发生条件：辐射光的频率大于极限频率，从而即可判定。【解答】解：AB、一群处于n＝3能级的氢原子向低能级跃迁时最多能产生C32=3种不同频率的光子，故其中从n＝3能级跃迁到n＝逸出光电子的最大初动能为：Ek＝hν﹣w0＝E3﹣E1﹣w0代入数据解得：Ek＝9.8eV由德布罗意波公式λ=知p=hλ，从n＝3能级跃迁到n＝故A错误，B正确；C、从n＝2能级的氢原子跃迁到n＝3需要E＝﹣1.51eV﹣（﹣3.40eV）＝1.89eV的光子能量，1.89eV＜2.29eV，不能使金属钠发生光电效应，故C错误；D、n＝4能级的氢原子跃迁发出的光的能量可以是E＝﹣0.85eV﹣（﹣1.51eV）＝0.66eV，用0.85eV的光子照射，不满足能量差等于能级3到能级4的能量差值，氢原子不能跃迁到n＝4激发态，故D错误；故选：B。【点评】本题考查能级跃迁及光电效应方程，知道能级间跃迁放出或吸收光子的能量满足hγ＝Em﹣En。4．（2022•广东）目前科学家已经能够制备出能量量子数n较大的氢原子。氢原子第n能级的能量为En=E1n2，其中E1＝﹣13.6eV。如图是按能量排列的电磁波谱，要使A．红外线波段的光子 B．可见光波段的光子 C．紫外线波段的光子 D．X射线波段的光子【考点】分析能级跃迁过程中的能量变化（吸收或释放能量）．【专题】定量思想；推理法；推理论证能力．【答案】A【分析】根据氢原子的能级公式代入数据计算出第20能级的氢原子能量，结合电磁波谱分析出被吸收的光子类型。【解答】解：氢原子第n能级的能量为En=E1n2，其中E1＝﹣13.6eV，且要使n＝20的氢原子吸收一个光子后，恰好失去一个电子变成氢离子，则被吸收的光子能量为E20故选：A。【点评】本题主要考查了氢原子的能级公式，根据能级公式代入运算结合电磁波谱即可完成分析，难度不大。5．（2022•湖南）关于原子结构和微观粒子波粒二象性，下列说法正确的是（）A．卢瑟福的核式结构模型解释了原子光谱的分立特征 B．玻尔的原子理论完全揭示了微观粒子运动的规律 C．光电效应揭示了光的粒子性 D．电子束穿过铝箔后的衍射图样揭示了电子的粒子性【考点】原子的核式结构模型；分析能级跃迁过程中的能量变化（吸收或释放能量）；光电效应现象及其物理意义；电子束的衍射和干涉及图样．【专题】定性思想；理解能力；模型建构能力．【答案】C【分析】卢瑟福的核式结构模型是为了解释α粒子散射实验现象的，玻尔理论保存了部分经典物理思想，光电效应说明光具有粒子性，衍射是波特有的现象。【解答】解：A、卢瑟福的核式结构模型是为了解释α粒子散射实验现象的，氢原子光谱的分立特征说明了卢瑟福核式结构模型有一定的局限性，故A错误B、玻尔原子理论只能解释氢原子光谱，对于其他原子的光谱无法解释，由于其理论中还保留了部分经典物理理论，所以不能完全揭示微观粒子运动的规律，故B错误；C、光电效应现象无法用经典的电磁理论解释，爱因斯坦的光子说能够完美的解释这一现象，揭示了光的粒子性，故C正确。D、衍射是波特有的现象，电子束穿过铝箔后的衍射图样揭示了电子的波动性，故D错误。故选：C。【点评】本题在考查基本概念以及对物理学发展的了解，注意不要死记硬背，要深度理解。6．（2022•江苏）光源通过电子—光子散射使光子能量增加，光子能量增加后（）A．频率减小 B．波长减小 C．动量减小 D．速度减小【考点】光子的动量；康普顿效应的现象及解释．【专题】定性思想；推理法；光的波粒二象性和物质波专题；理解能力．【答案】B【分析】根据光子能量计算公式分析频率和波长；根据p=h【解答】解：ABD、根据光子能量计算公式E＝hν=hcλ可得：λ=hcE，光在真空中传播速度C、根据p=hλ可知，光子能量增加后波长减小，则光子动量增加，故故选：B。【点评】本题主要是考查光子能量的计算公式、德布罗意波长的计算公式，解答本题的关键是掌握光子能量计算公式、波长与频率的关系。7．（2022•湖北）密立根油滴实验装置如图所示，两块水平放置的金属板分别与电源的正负极相接，板间产生匀强电场。用一个喷雾器把密度相同的许多油滴从上板中间的小孔喷入电场，油滴从喷口喷出时由于摩擦而带电。金属板间电势差为U时，电荷量为q、半径为r的球状油滴在板间保持静止。若仅将金属板间电势差调整为2U，则在板间能保持静止的球状油滴所带电荷量和半径可以为（）A．q，r B．2q，r C．2q，2r D．4q，2r【考点】密立根油滴实验；从能量转化与守恒的角度解决电场中的问题．【专题】定量思想；推理法；带电粒子在电场中的运动专题；推理论证能力．【答案】D【分析】球状油滴在板间保持静止，根据平衡条件可知电势差、电荷量和半径需满足的关系，即可知当电势差变化时，电荷量与半径的变化。【解答】解：金属板间电势差为U时，电荷量为q、半径为r的球状油滴在板间保持静止，根据平衡条件得qUd=mg将金属板间电势差调整为2U时，能在板间保持静止的球状油滴受力平衡，则q'2Ud=m′联立解得：q'＝4q，r'＝2r，故ABC错误，D正确；故选：D。【点评】本题考查带电粒子在电场中的运动，当球状油滴在极板间静止时，电场力和重力平衡，找出电势差、电荷量和半径需满足的关系是解题关键。8．（2022•重庆）如图为氢原子的能级示意图。已知蓝光光子的能量范围为2.53～2.76eV，紫光光子的能量范围为2.76～3.10eV。若使处于基态的氢原子被激发后，可辐射蓝光，不辐射紫光，则激发氢原子的光子能量为（）A．10.20eV B．12.09eV C．12.75eV D．13.06eV【考点】分析能级跃迁过程中的能量变化（吸收或释放能量）．【专题】定量思想；推理法；原子的能级结构专题；推理论证能力；分析综合能力．【答案】C【分析】根据大量处于基态的氢原子被激发后可辐射出2种可见光光子，确定出氢原子跃迁到第几能级，从而求出氢原子应吸收的能量。【解答】解：依题意知使处于基态的氢原子被激发后，可辐射蓝光，不辐射紫光，则由蓝光光子能量范围可知，氢原子从n＝4能级向低能级跃迁可辐射蓝光，不辐射紫光（即从n＝4，跃迁到n＝2辐射蓝光），则需激发氢原子到n＝4能级，则激发氢原子的光子能量为ΔE＝E4﹣E1＝﹣0.85ev﹣（﹣13.6ev）＝12.75eV，故C正确，ABD错误。故选：C。【点评】解决本题的关键知道能级间跃迁辐射或吸收光子能量等于两能级间的能级差，从高能级向低能级跃迁，辐射光子，从低能级向高能级跃迁，吸收光子。9．（2022•北京）氢原子从某激发态跃迁到基态，则该氢原子（）A．放出光子，能量增加 B．放出光子，能量减少 C．吸收光子，能量增加 D．吸收光子，能量减少【考点】分析能级跃迁过程中的能量变化（吸收或释放能量）．【专题】信息给予题；定性思想；推理法；热学、光学和原子物理学；理解能力．【答案】B【分析】氢原子从激发态跃迁到基态时，氢原子放出光子，动能增大，势能减小，整体的能量减小。【解答】解：氢原子从某激发态跃迁到基态，则该氢原子放出光子，能量减小，故B正确，ACD错误；故选：B。【点评】本题主要考查了氢原子的能级跃迁，理解跃迁前后的能量变化即可，属于基础题型。10．（2021•海南）某金属在一束单色光的照射下发生光电效应，光电子的最大初动能为Ek，已知该金属的逸出功为W0，普朗克常量为h。根据爱因斯坦的光电效应理论，该单色光的频率ν为（）A．Ekh B．W0h C．E【考点】爱因斯坦光电效应方程；光电效应现象及其物理意义．【专题】定量思想；推理法；光电效应专题；推理论证能力．【答案】D【分析】根据光电效应方程hν＝W0+Ek进行求解即可。【解答】解：根据爱因斯坦的光电效应方程可知hν＝W0+Ek解得该单色光的频率为ν=故ABC错误，D正确故选：D。【点评】解决本题的关键掌握光电效应方程，以及知道逸出功与极限频率的关系，注意普朗克常数的含义。11．（2021•浙江）2020年12月我国科学家在量子计算领域取得了重大成果，构建了一台76个光子100个模式的量子计算机“九章”，它处理“高斯玻色取样”的速度比目前最快的超级计算机“富岳”快一百万亿倍。关于量子，下列说法正确的是（）A．是计算机运算的一种程序 B．表示运算速度的一个单位 C．表示微观世界的不连续性观念 D．类似于质子、中子的微观粒子【考点】能量子与量子化现象．【专题】定性思想；归纳法；原子的核式结构及其组成；理解能力．【答案】C【分析】量子是不可分割的最小的单元；能量子是表示能量的最小单元；量子表示微观世界的不连续性；量子不是实物粒子。【解答】解：A、量子不是计算机的程序，量子是不可分割的最小的单元，故A错误；B、量子最早由普朗克于1900年提出，普朗克假设物体发射出电磁辐射能量是一份一份的，其中每一份被他称作能量子，电磁辐射能量是其整数倍，所以量子是表示能量的单元，而非运算速度的单位，故B错误；C、量子是不可分割的最小的单元，表示微观世界的不连续性，即通常所说的“量子化”，故C正确；D、量子不是实物粒子，不是像质子、中子那样的微观粒子，故D错误。故选：C。【点评】本题以2020年12月我国科学家在量子计算领域取得了重大成果为情景载体，考查了量子化现象，要明确事物是不连续的，一份一份的。12．（2021•江苏）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（）A． B． C． D．【考点】光电效应方程的图像问题．【专题】推理法；光电效应专题；推理论证能力．【答案】C【分析】由光电效应方程即动能定理得：Ekm＝eU+hν﹣hν0，逸出功是金属的固有属性，不同金属逸出功不同，入射光的频率相同，遏止电压大的，金属的逸出功小。【解答】解：由光电效应方程：hν=12mvm又W0＝hν0，光电子到达A极板过程，由动能定理：eU＝Ekm-12m联立知，光电子到达A板时动能的最大值Ekm＝eU+hν﹣hν0，可见Ekm﹣U图像的斜率为e，纵截距为hν﹣hν0。由题知，1材料的截止频率小于2材料的截止频率，即ν1＜ν2，且入射光相同，则hν﹣hν1＞hν﹣hν2，可见用材料1和2进行光电效应实验得到的Ekm﹣U图线相互平行，且用材料1进行光电效应实验得到的Ekm﹣U图像的纵截距较大。故C正确，ABD错误。故选：C。【点评】此题考查了光电效应现象，解决本题的关键掌握光电效应方程以及知道最大初动能与遏止电压的关系，注意金属的逸出功与入射光的频率无关。13．（2021•北京）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10﹣5m～10﹣11m，对应能量范围约为10﹣1eV～105eV）、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109eV，回旋一圈辐射的总能量约为104eV。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10﹣8m，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【考点】分析能级跃迁过程中的能量变化（吸收或释放能量）．【专题】定量思想；推理法；原子的能级结构专题；分析综合能力．【答案】D【分析】根据题中叙述分析“同步辐射”的原理，再结合能级跃迁分析A选项；使基态的氢原子电离需要的能量是13.6eV，由此分析B选项；比较光的波长与蛋白质分子的线度分析C选项；回旋一圈辐射的总能量约为104eV，占单个电子能量的十万分之一，由此分析D选项。【解答】解：A、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，这是“同步辐射”。处于激发态的原子是不稳定的，会自发地向能量较低的能级跃迁，放出光子，这是原子发光的机理，二者发光的机理不同，故A错误；B、使基态的氢原子电离需要的能量是13.6eV，单个电子回旋一圈辐射的总能量约为104eV＞13.6eV，所以用同步辐射光照射氢原子，能使氢原子电离，故B错误；C、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10﹣5m～10﹣11m，蛋白质分子的线度约为10﹣8m，可以用同步辐射光得到其衍射图样，故C错误；D、回旋一圈辐射的总能量约为104eV，占单个电子能量的十万分之一，所以电子回旋一圈后能量不会明显减小，故D正确。故选：D。【点评】本题主要是考查“同步辐射”和“能级跃迁”的区别，关键是知道二者产生的机理不同，知道光子能量的计算公式。14．（2021•浙江）据《自然》杂志2021年5月17日报道，中国科学家在稻城“拉索”基地（如图）探测到迄今为止最高能量的γ射线，能量值为1.40×1015eV，即（）A．1.40×1015V B．2.24×10﹣4C C．2.24×10﹣4W D．2.24×10﹣4J【考点】光子的动量；点电荷及其条件．【专题】推理法；推理论证能力．【答案】D【分析】题干中给出的能量值为1.40×1015eV，eV即电子伏特为能量单位，选项中同为能量单位的只有J，换算关系为1eV＝1.6×10﹣19J.【解答】解：题干给出γ射线，能量值为1.40×1015eV，eV即电子伏特，为能量单位，1eV＝1.6×10﹣19J，ABC、ABC选项中所给单位均非能量单位，其中V为伏特，是电压/电势差的单位，C为库仑，电荷量的单位，W为瓦特，是功率的单位，故ABC错误；D、1.40×1015eV＝1.40×1015×1.6×10﹣19J＝2.24×10﹣4J，故D正确；故选：D。【点评】本题考查单位换算，题干中给出的eV为能量单位，分析各选项通过排除法可较快排除错误选项，通过单位换算可求出正确选项，本题难度不大。15．（2021•全国）被激发到第4能级的大量氢原子向低能级跃迁时辐射出各种频率的光，其中能量最小的光子来自于（）A．从第4能级到基态的跃迁 B．从第2能级到基态的跃迁 C．从第3能级到第2能级的跃迁 D．从第4能级到第3能级的跃迁【考点】分析能级跃迁过程中的能量变化（吸收或释放能量）．【专题】定性思想；推理法；原子的能级结构专题；推理论证能力．【答案】D【分析】由高能级向低能级跃迁，辐射的光子能量等于两能级间的能极差，由此分析出能量最小的光子对应的跃迁情况。【解答】解：能量最小的光子来自能极差最小的跃迁，因为从n＝4到低能态跃迁中，以从n＝4到n＝3的能极差最小，则辐射出的光子的能量最小，故D正确，ABC错误；故选：D。【点评】本题主要考查啦氢原子的跃迁的相关应用，理解跃迁的光子的能量的计算即可，属于基础题型。16．（2021•全国）用甲、乙两种光照射某金属时都能产生光电效应。已知甲光的频率是乙光频率的2倍，则（）A．用甲光照射时该金属的逸出功一定比用乙光照射时的大 B．用甲光照射时所逸出的光电子数目一定比用乙光照射时的更多 C．甲光光子的能量可能小于用甲光照射该金属时所逸出的光电子的最大初动能 D．乙光光子的能量一定小于用甲光照射该金属时所逸出的光电子的最大初动能【考点】光电效应现象及其物理意义；爱因斯坦光电效应方程．【专题】定性思想；推理法；光电效应专题；爱因斯坦的质能方程应用专题；推理论证能力．【答案】D【分析】当入射光频率大于极限频率时发生光电效应，光电效应逸出光电子数目与入射光强度有关，根据光电效应方程，判断逸出的光电子的最大初动能。【解答】解：A.金属的逸出功与金属本身有关，与光的频率无关，故A错误B.甲、乙两种光照射某金属时都能产生光电效应，逸出的光电子数目与光照的强度有关，与光照频率无关，故B错误C.根据光电效应方程有Ek＝hν﹣W0则甲光光子的能量一定大于用甲光照射该金属时所逸出的光电子的最大初动能，故C错误D.根据光电效应方程有Ek＝hν﹣W0则用甲光照射该金属时所逸出的光电子的最大初动能Ek又有hν乙＞W0则E故D正确。故选：D。【点评】本题考查了产生光电效应的原理和电子的最大初动能公式，理解光电效应方程的应用，注意光电流影响因素。17．（2021•浙江）下列说法正确的是（）A．光的波动性是光子之间相互作用的结果 B．玻尔第一次将“量子”引入原子领域，提出了定态和跃迁的概念 C．光电效应揭示了光的粒子性，证明了光子除了能量之外还具有动量 D．α射线经过置于空气中带正电验电器金属小球的上方，验电器金属箔的张角会变大【考点】光电效应现象及其物理意义；光具有波粒二象性；分析能级跃迁过程中的能量变化（吸收或释放能量）．【专题】定性思想；归纳法；光的波粒二象性和物质波专题；理解能力．【答案】B【分析】个别光子的行为是随机的，大量光子的行为表现为波动性，光的波动性不是光子之间相互作用的结果；玻尔第一次将“量子”引入原子领域；光电效应揭示了光的粒子性；α射线经过置于空气中带正电验电器金属小球的上方，会使金属球附近的空气电离，根据电荷间的作用力分析验电器金属箔的张角如何变化。【解答】解：A、在光的双缝干涉实验中，减小光的强度，让光子通过双缝后，光子只能一个接一个地到达光屏，经过足够长时间，发现干涉条纹。单个光子所到达哪个位置是随机的，大量光子却表现出波动性，这表明光的波动性不是由光子之间的相互作用引起的，故A错误；B、玻尔第一次将“量子”观念引入原子领域，提出了定态和跃迁的概念，故B正确；C、光电效应揭示了光的粒子性，但是不能证明光子除了能量之外还具有动量，康普顿效应证明了光子具有动量，故C错误；D、α射线经过置于空气中带正电验电器金属小球的上方时，会使金属球附近的空气电离，金属球吸引负离子而使验电器金属箔的张角会变小，故D错误。故选：B。【点评】解决本题的关键要掌握现代物理的基础知识，知道光的干涉及现象是波动性的表现，明确光电效应的意义：光电效应揭示了光的粒子性。二．多选题（共3小题）（多选）18．（2022•浙江）电子双缝干涉实验是近代证实物质波存在的实验。如图所示，电子枪持续发射的电子动量为1.2×10﹣23kg•m/s，然后让它们通过双缝打到屏上。已知电子质量取9.1×10﹣31kg，普朗克常量取6.6×10﹣34J•s，下列说法正确的是（）A．发射电子的动能约为8.0×10﹣15J B．发射电子的物质波波长约为5.5×10﹣11m C．只有成对电子分别同时通过双缝才能发生干涉 D．如果电子是一个一个发射的，仍能得到干涉图样【考点】电子束的衍射和干涉及图样；动量和动能的区别与联系；实物粒子的波动性；德布罗意波的公式．【专题】参照思想；推理法；光的波粒二象性和物质波专题；推理论证能力．【答案】BD【分析】由经典力学动量与动能的关系式求电子的动能；由物质波波长公式求电子的波长；实物粒子也具有波动性，但由于波长太小，我们无法直接观测到，电子衍射图样有力的证明了物质波的存在，波粒二象性是指既具有波动性又有粒子性，少量体现粒子性，大量体现波动性；微观（小到分子、原子尺度）领域，牛顿运动定律不再适用；由不确定性关系来判断微观粒子没有准确的位置。【解答】解：A、电子的动能Ek=12mv2=p22B、发射电子波长λ=hp=6.6×10-341.2×10C、电子不一定成双成对通过双缝才有干涉图样，电子在运动的过程中具有波动性的特点，到达各位置的概率不相同，故C错误；D、根据物质波是概率波的概念，对于一个粒子通过单缝落在何处，是不确定的，但是中央亮条纹，故概率最大落在中央亮纹处，也有可能落在暗纹处，但是落在暗纹处的几率很小，故D正确。故选：BD。【点评】本题考查的是物质波也具有波粒二象性，牛顿运动定律在微观领域不再适用以及不确定性关系，属于基础内容，要求学生强化记忆，多加训练。（多选）19．（2022•海南）一群处于n＝4激发态的氢原子向基态跃迁向外发出不同频率的光子，则（）A．需要向外吸收能量 B．共能放出6种不同频率的光子 C．n＝4向n＝3跃迁发出的光子频率最大 D．n＝4向n＝1跃迁发出的光子频率最大【考点】分析能级跃迁过程中的能量变化（吸收或释放能量）；分析能级跃迁过程中释放的光子种类．【专题】定量思想；推理法；原子的能级结构专题；推理论证能力．【答案】BD【分析】根据玻尔理论分析可能的跃迁方式；氢原子从高能级向低能级跃迁释放能量；由E＝En﹣Em即可求出跃迁释放的能力；根据跃迁的规律，结合可能的跃迁的不同路径分析可能的种类即可。【解答】解：A、氢原子从第4激发态跃迁到基态需要释放光子，对外释放能力，故A错误；B、一群处于在n＝4激发态的氢原子向基态跃迁时可发出的光谱线条数最多为C42=6CD、根据E＝En﹣Em，可知n＝4向n＝1跃迁发出的光子能量最大，光频率最大，故C错误，D正确；故选：BD。【点评】解决本题的关键知道从高能级向低能级跃迁，辐射光子，从低能级向高能级跃迁，吸收光子。（多选）20．（2022•天津）不同波长的电磁波具有不同的特性，在科研、生产和生活中有广泛的应用。a、b两单色光在电磁波谱中的位置如图所示。下列说法正确的是（）A．若a、b光均由氢原子能级跃迁产生，产生a光的能级能量差大 B．若a、b光分别照射同一小孔发生衍射，a光的衍射现象更明显 C．若a、b光分别照射同一光电管发生光电效应，a光的遏止电压高 D．若a、b光分别作为同一双缝干涉装置光源时，a光的干涉条纹间距大【考点】计算能级跃迁过程中吸收或释放的光子的频率和波长；电磁波谱；更换光的颜色判断条纹间距的变化；光发生明显衍射的条件；遏止电压及其影响因素．【专题】定性思想；推理法；光的干涉专题；光电效应专题；推理论证能力．【答案】BD【分析】本题根据电磁波谱的波长（频率）排序、衍射条件、爱因斯坦光电效应规律、干涉条纹间距公式，即可解答。【解答】解：根据a、b两单色光在电磁波谱中的位置，a的波长长、频率小（光子能量小）A.若a、b光均由氢原子能级跃迁产生，根据跃迁规律，产生a光的能级能量差小，故A错误；B.若a、b光分别照射同一小孔发生衍射，a光的衍射现象更明显，故B正确；C.若a、b光分别照射同一光电管发生光电效应，根据爱因斯坦光电效应规律，a光逸出的电子最大初动能更小，故遏止电压低，故C错误；D.若a、b光分别作为同一双缝干涉装置光源时，根据干涉条纹间距公式Δx＝Lλd，a光的干涉条纹间距大，故D故选：BD。【点评】本题考查学生对电磁波谱的波长（频率）排序、衍射条件、爱因斯坦光电效应规律、干涉条纹间距公式的掌握，考点多，综合性强。

考点卡片1．动量和动能的区别与联系【知识点的认识】动量和动能的区别与联系见下表【命题方向】甲、乙两物体的质量之比为m甲：m乙＝1：4，若它们在运动过程中的动能相等，则它们动量大小之比p甲：p乙是（）A、1：1B、1：2C、1：4D、2：1分析：根据动量和动能的表达式求出动量和动能之间的关系即可求解．解答：根据运动过程中的动能相等得：1甲的动量为：p甲＝m甲v甲=乙的动量为：p乙=所以p故选：B。点评：本题主要考查了动能与动量的关系，难度不大，属于基础题．【解题思路点拨】1.动量和动能都是描述物体运动情况的物理量，动能是从能量的角度进行描述，动量是从运动学的角度进行描述。2.动量与动能之间存在定量关系：p=2mEk或3.动量与动能之间没有必然的联系，动量大的物体动能不一定大；动能大的物体，动量不一定大。2．点电荷及其条件【知识点的认识】1.定义：当带电体之间的距离比他们自身的大小大得多，以致带电体的大小及形状对它们之间的作用力的影响可以忽略时，这样的带电体可以看作带电的点，叫作点电荷。2.点电荷是理想化模型只有电荷量，没有大小、形状的理想化模型，类似于力学中的质点，实际中并不存在。3.将带电体看成点电荷的条件如果带电体之间的距离比它们自身的大小大得多，以致带电体的形状、大小及电荷分布状况对它们之间的作用力的影响很小，就可以忽略这些次要因素，只保留对研究的问题起关键作用的电荷量，带电体就能看成点电荷。4.注意区分点电荷与元电荷（1）元电荷是最小的电荷量，其数值等于一个电子或一个质子所带电荷量的绝对值。（2）点电荷只是不考虑带电体的大小，形状及电荷分布状况，是带电个体，其带电荷量可以很大也可以很小，但它一定是元电荷的整数倍。【命题方向】下列关于点电荷的说法正确的是（）A.两个带电体无论多大，只要它们之间的距离远大于它们的大小，这两个带电体就可以看作点电荷B.一个带电体只要它的体积很小，则在任何情况下，都可以看作点电荷C.一个体积很大的带电体，在任何情况下，都不能看作点电荷D.两个带电的金属小球，不一定能将它们作为电荷集中在球心的点电荷处理分析：点电荷是静电学中的一个理想模型，当带电体之间的距离远大于带电体本身的尺寸，以至于带电体本身的大小和形状对带电体间的作用力影响可忽略不计时，带电体就可以看成点电荷。解答：A、能否看成点电荷，要根据所研究问题的性质来确定的，比如，两个相距很远的带电体，即使体积很大，在研究它们之间的库仑力作用时，只要它们之间的距离远远大于它们的大小，这两个带电体就可以看作是点电荷，故A正确；BC、由带电体看作点电荷的条件，当带电体的形状对它们间相互作用力的影响可忽略时，这个带电体可看作点电荷，带电体能否看作点电荷是由研究问题的性质决定，与自身大小、形状无具体关系，故BC错误；D、两个带电的金属小球，其大小和形状对电荷分布影响不能忽略时，不能将它们作为电荷集中在球心的点电荷处理，故D正确。故选：AD。点评：如果在研究的问题中，带电体的形状、大小以及电荷分布可以忽略不计，才可以看成点电荷。本题关键是对带电体可看成点电荷条件的理解。【解题思路点拨】带电体能否看成点电荷可以类比质点，是由所研究的问题决定的，同一个带电体在某些问题里可以看成点电荷，在某些问题可能就不能看成点电荷了。3．从能量转化与守恒的角度解决电场中的问题【知识点的认识】本考点旨在针对需要从能量转化与守恒的角度解决的电场问题，可能涉及到功能关系、动能定理、能量守恒、机械能守恒定律、电场力做功与电势能的变化等情况。【命题方向】图所示，轨道由粗糙斜面AB、DF与半径为R的光滑圆弧BCD组成，斜面的动摩擦因数为0.5，斜面与水平面间的夹角60°，∠BOD＝120°，虚线BM左侧、DN右侧分布等大反向匀强电场E，带电量为﹣q（q＞0）的物块从A点以6gR的初速度沿斜面向下运动，物块质量为m，物块可视为质点。AB长度为2R，电场强度大小为3mgqA、物块到B点时的速度为2B、物块在最低点的最大压力为3mgC、物块最终在圆弧BCD做往返运动D、物块在斜面运动的总路程为3R分析：从A到B的过程，根据动能定理，可以得到B点时的速度；从B到C用动能定理，可以得到C点的速度，结合竖直面的圆周运动规律和牛顿第三定律，可以计算C点的压力；根据对物块在斜面的受力分析，可以判断其会停在斜面上还是会在圆弧内圆周运动；根据全过程动能定理可以判断其总路程。解答：A、对物块在左侧斜面上释放时进行受力分析，可以得到如图：在垂直于斜面的方向上：mgcos60°+qEsin60°＝N，此时摩擦力为滑动摩擦力，故：f＝μN，解得N＝2mg，在物块从A到B的过程中，对物块应用动能定理：mg⋅2Rsin60°-B、在物块从B到C的过程中，对物块应用动能定理：mgR(1-cos60°)=12mvCCD、物块从B到右侧的过程，设到某点速度减为0，在右侧斜面的位移为x，则在该过程中：-mgxsin60°-qExcos60°-μNx=0-12mvB2，解得：x＝R，此时摩擦力反向，之后：mgsin60°＝qEcos60°，摩擦力减为故选：AD。点评：本题考查涉及电场力的功能关系问题，注意当速度减为0时，摩擦力可以突变，方向大小皆可变。在计算物块对地面压力时，根据圆周运动规律得到支持力后，要写结合牛顿第三定律得到压力。【解题思路点拨】电场中的功能关系如下：1.合力做功等于物体动能的变化量，即W合＝ΔEk，这里的W合指合外力做的功。2.静电力做功决定带电体电势能的变化量，即WAB＝EPA﹣EPB＝﹣ΔEP。这与重力做功和重力势能变化之间的关系类似。3.只有静电力做功时，带电体电势能与机械能的总量不变，即EP1+E机1＝EP2+E机2。这与只有重力做功时，物体的机械能守恒类似。4．电磁波谱【知识点的认识】电磁波谱1．电磁波谱：按照电磁波的波长或频率大小的顺序把它们排列成谱，叫做电磁波谱．2．电磁波谱按波长由大到小的排列顺序为无线电波、微波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线．3．各种电磁波的特性：红外线热效应显著；紫外线化学、生理作用显著并能产生荧光效应；X射线穿透本领很大；γ射线穿透本领更大．【命题方向】电磁波包含了γ射线、红外线、紫外线、无线电波等，按波长由长到短的排列顺序是（）A．无线电波、红外线、紫外线、γ射线B．红外线、无线电波、γ射线、紫外线C．γ射线、红外线、紫外线、无线电波D．紫外线、无线电波、γ射线、红外线【分析】电磁波谱按照波长从大到小的顺序依次是无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线和γ射线．解：按照波长从大到小的顺序依次是无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线和γ射线．故选A．【点评】本题考查电磁波谱的相关知识，多背才能解决此题．【解题方法点拨】电磁波谱分析及电磁波的应用电磁波谱频率/Hz真空中波长/m特性应用递变规律无线电波＜3×1011＞10﹣3波动性强，易发生衍射无线电技术红外线1011～101510﹣3～10﹣7热效应红外遥感可见光101510﹣7引起视觉照明、摄影紫外线1015～101710﹣7～10﹣9化学效应、荧光效应、灭菌消毒医用消毒、防伪X射线1016～101910﹣8～10﹣11贯穿本领强检查、医用透视γ射线＞1019＜10﹣11贯穿本领最强工业探伤、医用治疗5．更换光的颜色判断条纹间距的变化【知识点的认识】1.实验装置如下图所示2.单缝屏的作用获得一个线光源，使光源有唯一的频率和振动情况。如果用激光直接照射双缝，可省去单缝屏（托马斯•杨所处年代没有激光）。3.双缝屏的作用平行光照射到单缝S上，又照到双缝S1、S2上，这样一束光被分成两束频率相同且振动情况完全一致的相干光。4.相邻亮条纹（或暗条纹）间的距离△x与入射光波长λ之间的定量关系推导如下图所示，双缝间距为d，双缝到屏的距离为l。双缝S1、S2的连线的中垂线与屏的交点为P0。对屏上与P0距离为x的一点P，两缝与P的距离PS1＝r1，PS2＝r2。在线段PS2上作PM＝PS1，则S2M＝r2﹣r1，因d≪l，三角形S1S2M可看作直角三角形。有r2﹣r1＝dsinθ（令∠S2S1M＝θ）又x＝ltanθ≈lsinθ联立可得r2﹣r1＝dx若P处为亮条纹，则dxl=±kλ（k＝0，1，解得x＝±kldλ（k＝0，1，2所以相邻两亮条纹或暗条纹的中心间距Δx=ld【命题方向】在双缝干涉实验中保持狭缝间的距离和狭缝到屏的距离都不变，用不同的色光照射时，则下列叙述正确的是（）A、红光的干涉条纹间距最大B、紫光的干涉条纹间距最大C、红光和紫光干涉条纹间距一样大D、用白光照射会出现白色干涉条纹分析：红光的波长大于紫光的波长，根据Δx=解答：ABC、根据Δx=Ldλ得，狭缝间的距离和狭缝到屏的距离都不变，红光的波长比紫光的波长大，所以红光干涉条纹的间距大。故D、用白光照射会出现彩色条纹。故D错误。故选：A。点评：解决本题的关键掌握双缝干涉条纹的间距公式Δx=【解题思路点拨】条纹间距Δx与双缝距离d、光的波长λ及双缝到屏的距离l之间的关系为Δx=ldλ，当其他因素不变时，条纹间距与波长成正比，再由光的波长与频率及光速的关系c＝λ所以对于可见光而言，从红光到紫光，频率逐渐增大，双缝干涉的条纹间距逐渐减小。6．光发生明显衍射的条件【知识点的认识】光发生衍射是不需要条件的，衍射是光的波动性的表现，任何光都能发生衍射现象。但光发生明显衍射是有条件的：只有当障碍物或孔的尺寸与光波波长相差不多，甚至比光波波长还小时，出现明显的衍射现象【命题方向】为了观察到纳米级的微小结构，需要用到分辨率比光学显微镜更高的电子显微镜。下列说法中正确的是（）A、电子显微镜所利用电子物质波的波长可以比可见光短，因此不容易发生明显衍射B、电子显微镜所利用电子物质波的波长可以比可见光长，因此不容易发生明显衍射C、电子显微镜所利用电子物质波的波长可以比可见光短，因此更容易发生明显衍射D、电子显微镜所利用电子物质波的波长可以比可见光长，因此更容易发生明显衍射分析：衍射是波特有的性质，是光遇到障碍物时发生的现象，发生明显的衍射现象的条件时：孔、缝的宽度或障碍物的尺寸与波长相近或比波长还小。光在同一均匀介质中沿直线传播。解答：A、分辨率比光学显微镜更高的电子显微镜，因为电子显微镜所利用电子物质波的波长可以比可见光短，因此不容易发生明显衍射，所以A正确；B、分辨率比光学显微镜更高的电子显微镜，因为电子显微镜所利用电子物质波的波长可以比可见光短，因此不容易发生明显衍射，所以B错误；C、分辨率比光学显微镜更高的电子显微镜，因为电子显微镜所利用电子物质波的波长可以比可见光短，因此不容易发生明显衍射，所以C错误；D、分辨率比光学显微镜更高的电子显微镜，因为电子显微镜所利用电子物质波的波长可以比可见光短，因此不容易发生明显衍射，所以D错误；故选：A。点评：注重对基础知识的积累，加强对基本概念的深入理解，是学习物理的关键。掌握了衍射现象的特点即可顺利解决此题，这就需要同学们一定要不遗余力的加强基础知识的理解和记忆。【解题思路点拨】当障碍物或孔的尺寸与光波波长相差不多，甚至比光波波长还小时，出现明显的衍射现象7．能量子与量子化现象【知识点的认识】1.能量子假说：所谓能量子就是能量的最小单元．微观领域里能量的变化总表现为电磁波的辐射与吸收，不同频率的电磁波其能量子的值不同，表达式为：E＝hν其中，ν是电磁波的频率，h是一个普遍适用的常量，称作普朗克常量．由实验测得h＝6.63×10﹣34J•s．2．能量的量子化在微观领域里能量的不连续变化，即只能取分立值的现象，叫做能量的量子化．量子化现象是微观世界的普遍现象，这与经典理论产生尖锐矛盾．这暴露了经典物理学的局限性（宏观、低速）．从而引发了物理学的革命﹣﹣量子论的建立，使人类对物质的认识由宏观世界进入微观领域．【命题方向】能引起人的眼睛视觉效应的最小能量为10﹣18J，已知可见光的平均波长为0.6μm，要能引起人眼的感觉，进入人眼的光子数至少为（）A、1个B、3个C、30个D、300个分析：要求引起人眼的感觉的最少的光子数，需要知道单个光子的能量E＝hγ，而根据c＝λγ可知光子的频率γ=c解答：根据c＝λγ可知光子的频率γ=c而单个光子的能量E＝hγ＝hcλ故要引起人眼的感觉，进入人眼的光子数至少为n=E总故B正确。故选：B。点评：本题难度不大，但综合性很强，是一道不可多得的好题。【解题思路点拨】1.微观领域的能量是不连续的，是一份份的。2.最小的能量叫作能量子，能量的大小为ɛ＝hν。8．光电效应现象及其物理意义【知识点的认识】1．光电效应现象光电效应：在光的照射下金属中的电子从表面逸出的现象，叫做光电效应，发射出来的电子叫做光电子．特别提醒：（1）光电效应的实质是光现象转化为电现象．（2）定义中的光包括可见光和不可见光．2．几个名词解释（1）遏止电压：使光电流减小到零时的最小反向电压UC．（2）截止频率：能使某种金属发生光电效应的最小频率叫做该种金属的截止频率（又叫极限频率）．不同的金属对应着不同的截止频率．（3）逸出功：电子从金属中逸出所需做功的最小值，叫做该金属的逸出功．3．光电效应规律（1）每种金属都有一个极限频率，入射光的频率必须大于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强度无关，只随入射光频率的增大而增大．（3）只要入射光的频率大于金属的极限频率，照到金属表面时，光电子的发射几乎是瞬时的，一般不超过10﹣9s，与光的强度无关．（4）当入射光的频率大于金属的极限频率时，饱和光电流的强度与入射光的强度成正比．【命题方向】题型一：光电效应规律的理解关于光电效应的规律，下面说法中正确的是（）A．当某种色光照射金属表面时，能产生光电效应，则入射光的频率越高，产生的光电子的最大初动能也就越大B．当某种色光照射金属表面时，能产生光电效应，如果入射光的强度减弱，从光照至金属表面上到发射出光电子之间的时间间隔将明显增加C．对某金属来说，入射光波长必须大于一极限值，才能产生光电效应D．同一频率的光照射不同金属，如果都能产生光电效应，则所有金属产生的光电子的最大初动能一定相同分析：光电效应具有瞬时性，根据光电效应方程判断光电子的最大初动能与什么因素有关．解答：A、根据光电效应方程Ekm＝hv﹣W0，知入射光的频率越高，产生的光电子的最大初动能越大．故A正确．B、光电效应具有瞬时性，入射光的强度不影响发出光电子的时间间隔．故B错误．C、发生光电效应的条件是入射光的频率大于金属的极限频率，即入射光的波长小于金属的极限波长．故C错误．D、不同的金属逸出功不同，根据光电效应方程Ekm＝hv﹣W0，知同一频率的光照射不同金属，如果都能产生光电效应，光电子的最大初动能不同．故D错误．故选A．点评：解决本题的关键掌握光电效应的条件，以及掌握光电效应方程．【解题方法点拨】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W0，入射光子能量不能小于W0，对应的最小频率ν0=W0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，W0是一定的，故光电子的最大初动能只随入射光的频率增大而增大，一个电子只能吸收一个光子，故光电子最大初动能与光照强度无关效应具有瞬时性（10﹣9s）光照射金属时，电子吸收一个光子的能量后，动能立即增大，不需要能量积累的过程9．遏止电压及其影响因素【知识点的认识】1.如果施加反向电压，也就是阴极接电源正极、阳极接电源负极，在光电管两极间形成使电子减速的电场，电流有可能为0。使光电流减小到0的反向电压Uc称为截止电压。截止电压的存在意味着光电子具有一定的初速度，初速度的上限vc应该满足以下关系12m进一步的实验表明，同一种金属对于一定频率的光，无论光的强弱如何，截止电压都是一样的。光的频率ν改变时，截止电压Uc也会改变。这意味着，对于同一种金属，光电子的能量只与入射光的频率有关，而与入射光的强弱无关。2.截止电压与入射光的强度无关，与入射光的频率有关。3.截止电压的计算：通过Ek＝eUc可得Uc=Eke。【命题方向】用频率为γ的单色光照射阴极K时，能发生光电效应，改变光电管两端的电压，测得遏止电压为U.已知电子的电量为e，普朗克常量为h。若换用频率为2γ的单色光照射阴极K时，遏止电压为（）A、U0+hγeB、1.5U0C、2U0D、分析：由电子的最大初动能Ek与遏止电压U0的关系式Ek＝eU0及光电效应方程为Ek＝hν﹣W0可分析求解。解答：设金属的逸出功为W0，根据动能定理，光电子的最大初动能Ek与遏止电压U0的关系式Ek＝eU0，光电效应方程为Ek＝hν﹣W0，联立可得eU0＝hν﹣W0①若换用频率为2ν的单色光照射阴极K时，同理可得eU0′＝2hν﹣W0②，由①②联立解得U0′=U0+hν故选：A。点评：本题考查了光电效应的相关问题，考查知识点针对性强，重点突出，考查了学生掌握知识与应用知识的能力。【解题思路点拨】1.截止电压是有入射光线和金属的逸出功共同决定的，并且只与入射光的频率有关，与入射光的强度无关。2.遏止电压与爱因斯坦光电效应的联系是：eUc＝Ek＝hv﹣W0。10．爱因斯坦光电效应方程【知识点的认识】为了解释光电效应现象，爱因斯坦提出了光电效应理论。1.光电效应方程：Ek＝hν﹣W0，其中hν为入射光子的能量，Ek为光电子的最大初动能，W0是金属的逸出功．2.爱因斯坦对光电效应的理解：①只有当hv＞W0时，光电子才可以从金属中逸出，vc=W②光电子的最大初动能Ek与入射光的频率v有关，而与光的强弱无关。这就解释了截止电压和光强无关。③电子一次性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对于同种频率的光，光较强时，单位时间内照射到金属表面的光子数较多，照射金属时产生的光电子较多，因而饱和电流较大。【命题方向】如图，当电键S断开时，用光子能量为2.5eV的一束光照射阴极P，发现电流表读数不为零．合上电键，调节滑动变阻器，发现当电压表读数小于0.60V时，电流表读数仍不为零；当电压表读数大于或等于0.60V时，电流表读数为零．（1）求此时光电子的最大初动能的大小．（2）求该阴极材料的逸出功．分析：光电子射出后，有一定的动能，若能够到达另一极板则电流表有示数，当恰好不能达到时，说明电子射出的初动能恰好克服电场力做功，然后根据爱因斯坦光电效应方程即可正确解答．解答：设用光子能量为2.5eV的光照射时，光电子的最大初动能为Ekm，阴极材料逸出功为W0，当反向电压达到U＝0.60V以后，具有最大初动能的光电子也达不到阳极，因此eU＝Ekm由光电效应方程：Ekm＝hν﹣W0由以上二式：Ekm＝0.6eV，W0＝1.9eV．所以此时最大初动能为0.6eV，该材料的逸出功为1.9eV．答：（1）求此时光电子的最大初动能的大小是0.6eV．（2）求该阴极材料的逸出功是1.9eV．点评：正确理解该实验的原理和光电效应方程中各个物理量的含义是解答本题的关键．【解题方法点拨】光电效应方程Ek＝hv﹣W0的四点理解（1）式中的Ek是光电子的最大初动能，就某个光电子而言，其离开金属表面时剩余动能大小可以是0～Ek范围内的任何数值。（2）光电效应方程实质上是能量守恒方程。①能量为ɛ＝hν的光子被电子吸收，电子把这些能量的一部分用来克服金属表面对它的吸引而做功，另一部分就是电子离开金属表面时的动能。②如果克服吸引力做功最少，为W0，则电子离开金属表面时动能最大，为Ek，根据能量守恒定律可知Ek＝hν﹣W0。（3）光电效应方程包含了产生光电效应的条件。若发生光电效应，则光电子的最大初动能必须大于零，即Ek＝hv一W0＞0，亦即hν＞W0，ν＞W0h=νc11．光电效应方程的图像问题【知识点的认识】1.爱因斯坦光电效应方程为：Ek＝hν﹣W0，因此可以做出Ek随ν变化的图像。如下图：图像中，斜率为普朗克常量h，纵截距为逸出功，横截距为截止频率。2.因为eUc=12mv2，光电效应方程可以做出以下变形：eUc＝hν﹣因此可以做出Uc随ν变化的图像，如下图：由eUc＝hν﹣W0变形可得Uc=heν-W0e，图像的斜率为h【命题方向】如图某金属在光的照射下，光电子最大初动能Ek与入射光频率ν的关系图象，由此可知（）A、该金属的逸出功等于EB、该金属的发生光电效应的截止频率为ν0=C、入射光的频率为2ν0时，产生的光电子的最大初动能为2ED、普朗克常量为h=分析：根据光电效应方程得出最大初动能与入射光频率的关系，结合图线的斜率和截距进行分析．解答：A、根据Ekm＝hν﹣W0得，纵轴截距的绝对值等于金属的逸出功，等于E．当最大初动能为零时，入射光的频率等于截止频率，所以金属的截止频率为ν0=Eh．根据C、根据光电效应方程可知，入射光的频率变为原来的2倍，由于逸出功不变，最大初动能不是原来的2倍。故C错误。D、逸出功等于E，则E＝hν0，所以h=Eν0．或通过图线的斜率求出k＝h=故选：ABD。点评：解决本题的关键掌握光电效应方程，知道最大初动能与入射光频率的关系．【解题思路点拨】要牢记爱因斯坦光电效应方程Ek＝hν﹣W0及其变形eUc＝hν﹣W0，就能把握斜率和截距的意义。12．康普顿效应的现象及解释【知识点的认识】1.康普顿效应：美国物理学家康普顿在研究石墨对X射线的散射时，发现在散射的X射线中，除了与入射波长λ0相同的成分外，还有波长小于λ0的成分，这个现象称为康普顿效应。2.康普顿效应与经典物理理论的矛盾（1）按照经典物理学的理论，入射光引起物质内部带电微粒的受迫振动，振动着的带电微粒从入射光吸收能量，并向四周辐射，这就是散射光。（2）散射光的频率应该等于带电微粒受迫振动的频率（即入射光的频率）。因此散射光的波长与入射光的波长应该相同，不应该出现波长变长的散射光。（3）经典物理理论无法解释波长改变与散射角的关系。2.康普顿效应的理解假定X射线光子与电子发生完全弹性碰撞，这种碰撞跟台球比赛中的两球碰撞很相似，按照爱因斯坦的光子说，一个X射线光子不仅具有能量E＝hv，而且还有动量。如图所示，这个光子与静止的电子发生弹性斜碰，光子把部分能量转移给了电子，能量由hv减小为hv'，因此频率减小，波长增大。同时，光子还使电子获得一定的动量。这样就圆满地解释了康普顿效应。3.光子动量的理解由E＝hν和p=h【命题方向】美国物理学家康普顿在研究石墨对X射线的散射时，发现在散射的X射线中，除了与入射波长λ0相同的成分外，还有波长大于λ0的成分，这个现象称为康普顿效应。关于康普顿效应，以下说法正确的是（）A.康普顿效应现象说明光具有波动性B.康普顿效应现象说明光具有粒子性C.当光子与晶体中的电子碰撞后，其能量增加D.当光子与晶体中的电子碰撞后，其能量减少分析：在康普顿效应中，当入射光子与晶体中的电子碰撞时，发现在散射的X射线中，除了与入射波长λ0相同的成分外，还有波长大于λ0的成分，根据λ=hP判断动量的变化，根据P＝mc判断质量m的变化，根据E＝mc解答：AB、康普顿效应现象说明光子具有动量，即具有粒子性，故A错误，B正确；CD、在康普顿效应中，当入射光子与晶体中的电子碰撞时，发现在散射的X射线中，除了与入射波长λ0相同的成分外，还有波长大于λ0的成分，根据λ=hP，动量变小，根据P＝mc，光子质量减小，根据E＝mc故C错误，D正确；故选：BD。点评：本题关键记住光电效应表明光具有粒子性，光子具有能量；康普顿效应进一步表面光子具有动量，进一步证明了光具有粒子性。【解题思路点拨】对康普顿效应的三点认识（1）光电效应应用于电子吸收光子的问题；而康普顿效应应用于讨论光子与电子碰撞且没有被电子吸收的问题。（2）假定X射线光子与电子发生弹性碰撞，光子和电子相碰撞时，光子有一部分能量转移给电子，散射光子的能量减少，于是散射光的波长大于入射光的波长。（3）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。13．光子的动量【知识点的认识】康普顿用光子模型成功的解释了康普顿效应。他的基本思想是：光子不进具有能量，而且具有动量，光子的动量p与光子的波长λ和普朗克常量h有关。这三个量之间的关系为：p=h【命题方向】频率为ν的光子动量为p=hλ，能量为A、EλhB、pEC、EpD分析：光是一种波，光子的速度可根据波速公式v＝λγ，光子能量与频率的关系是E＝hγ，联立可解．解答：由光子的能量公式E＝hν得，光子的频率为γ=由p=hλ，得光子的波长为由波速和频率的关系式v＝λγ，得光子的速度：v＝λEh=h故选：AC。点评：解决本题的关键要掌握波速公式v＝λγ和光子能量公式E＝hγ，明确公式中各个量的关系．【解题思路点拨】1.光子的动量为p=2.由E＝hν和p=h14．光具有波粒二象性【知识点的认识】一、光的波粒二象性1．光的干涉、衍射、偏振现象说明光具有波动性．2．光电效应和康普顿效应说明光具有粒子性．3．光既具有波动性，又具有粒子性，称为光的波粒二象性．【命题方向】关于物质的波粒二象性，下列说法中不正确的是（）A．不仅光子具有波粒二象性，一切运动的微粒都具有波粒二象性B．运动的微观粒子与光子一样，当它们通过一个小孔时，都没有特定的运动轨道C．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D．实物的运动有特定的轨道，所以实物不具有波粒二象性分析：一切物质都具有波粒二象性，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；它们没有特定的运动轨道．解答：光具有波粒二象性是微观世界具有的特殊规律，大量光子运动的规律表现出光的波动性，而单个光子的运动表现出光的粒子性．光的波长越长，波动性越明显，光的频率越高，粒子性越明显．而宏观物体的德布罗意波的波长太小，实际很难观察到波动性，不是不具有波粒二象性．故D选项是错误，ABC正确；本题选择错误的，故选：D．点评：考查波粒二象性基本知识，掌握宏观与微观的区别及分析的思维不同．【解题方法点拨】1．对光的波粒二象性的理解光既有波动性，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）频率越低波动性越显著，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．（3）光在传播过程中往往表现出波动性；在与物质发生作用时，往往表现为粒子性．2．德布罗意波假说是光的波粒二象性的一种推广，使之包含了物质粒子，即光子和实物粒子都具有粒子性，又都具有波动性，与光子对应的波是电磁波，与实物粒子对应的波是德布罗意波．15．实物粒子的波动性【知识点的认识】1.实物粒子具有波动性1924年，法国物理学家德布罗意提出假设：实物粒子也具有波动性，即每一个运动的粒子都与一个对应的波相联系。粒子的能量ε和动量p跟它所对应的波的频率v和波长入之间，遵从如下关系ν=ɛh，这种与实物粒子相联系的波后来被称为德布罗意波，也叫作物质波。2.物质波的实验验证光的干涉和衍射现象是光具有波动性的有力证据。因此，如果电子、质子等实物粒子也真的具有波动性，那么，它们就应该像光波那样也能发生干涉和衍射。这是验证德布罗意波是否存在的一条途径。1927年戴维孙和G.P.汤姆孙分别用单晶和多晶晶体做了电子束衍射的实验，得到了类似图甲的衍射图样，从而证实了电子的波动性。在后来的实验中，人们还进一步观测到了电子德布罗意波的干涉现象（图乙）。除了电子以外，后来还陆续证实了中子、质子以及原子、分子的波动性。【命题方向】下列物理实验中，能说明粒子具有波动性的是（）A、通过研究金属的遏止电压与入射光频率的关系，证明了爱因斯坦方程的正确性B、通过测试多种物质对X射线的散射，发现散射射线中有波长变大的成分C、通过电子双缝实验，发现电子的干涉现象D、利用晶体做电子束衍射实验，证实了电子的波动性分析：通过研究金属的遏止电压与入射光频率的关系，证明爱因斯坦方程光电效应方程的正确性，这句话正确，但是这证明了光的波动性，康普顿效应实验证明了光的粒子性，干涉、衍射现象是光特有的现象，因此双缝干涉以及衍射现象均说明了光的波动性．解答：A、通过研究金属的遏止电压与入射光频率的关系，证明爱因斯坦方程光电效应方程的正确性，这句话正确，但是这证明了光的波动性，故A错误；B、康普顿效应实验证明了光的粒子性，B错误；C、干涉、衍射现象是光特有的现象，因此双缝干涉以及衍射现象均说明了光的波动性，CD正确故选：CD。点评：本题考查了光的波粒二象性的知识，要知道哪些现象说明波动性，哪些现象说明粒子性．【解题思路点拨】1.实物粒子也具有波动性，证明实物粒子波动性的实验有电子束的衍射和干涉现象。2.德布罗意提出物质波的观念被实验证实，表明电子、质子、原子等粒子不但具有粒子的性质，而且具有波动的性质。换句话说，它们和光一样，也具有波粒二象性。16．德布罗意波的公式【知识点的认识】粒子的能量ε和动量p跟它所对应的波的频率v和波长入之间，遵从如下关系：ν=ɛh，【命题方向】一个质量为m、电荷量为q的带电粒子，由静止开始经加速电场加速后（加速电压为U），该粒子的德布罗意波长为（）A、h2mqUB、h2mqUC、分析：带电粒子经加速电场加速后，动能的大小等于电场力做功，求得速度v，代入公式：λ=解答：加速后的速度为v，根据动能定理可得：qU所以v=由德布罗意波公式可得：λ=hp故选：C。点评：本题的关键是对公式正确掌握，基础题，比较简单。【解题思路点拨】计算物质波波长的方法（1）根据已知条件，写出宏观物体或微观粒子动量的表达式p＝mv。（2）根据波长公式λ=h（3）注意区分光子和微观粒子的能量和动量的不同表达式，如光子的能量ɛ＝hν，动量p=hλ；微观粒子的动能Ek=12m17．电子束的衍射和干涉及图样【知识点的认识】1.任何一个运动的物体都有一种波与它对应，这种电子束也能发生干涉、衍射等波特有的现象。2.电子束的衍射图样如下：【命题方向】利用金属晶格（大小约10﹣10m）作为障碍物观察电子的衍射图样，方法是让电子通过电场加速，然后让电子束照射到金属晶格上，从而得到电子的衍射图样，如图．已知电子质量为m、电量为e、初速度为零，加速电压为U，普朗克常量为h，则下列说法中错误的是（）A、该实验说明电子具有波动性B、实验中电子束的德布罗意波长为λ=C、加速电压U越大，电子的衍射现象越不明显D、若用相同动能的质子代替电子，衍射现象将更加明显分析：干涉与衍射是波所特有的现象；由动能定