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第 16 章 近代物理初步
第 1 节 光电效应
学生用书P173
考点 1 黑体辐射与能量子 3.能量子
1.热辐射：一切物体都在辐射电磁波 这种辐 定义 普朗克认为 组成黑体的振动着的
， （１） ： ，
射与物体的温度有关 所以叫作热辐射 带电微粒的能量只能是某一最小能量值 ε 的
， 。
2.黑体与黑体辐射 整数倍 这个不可再分的最小能量值ε 叫作能
，
黑体 能够完全吸收入射的各种波长的电 量子
（１） ： 。
磁波而不发生反射 这种物体就是绝对黑体 表达式 ε ｈν ν 是带电微粒吸收或辐射
， ， （２） ： ＝ 。
简称黑体 黑体是一个理想化的模型 电磁波的频率 ｈ 为普朗克常量 一般取 ｈ
。 。 ； ， ＝
如图 如果在一个空腔壁上开一个很小的孔 ． －３４
， ， ６ ６３×１０ Ｊ·ｓ。
那么射入小孔的电磁波在空腔内表面会发生
考点 2 光电效应规律的理解及应用
多次反射和吸收 最终不能从空腔射出 这
， 。 1.光电效应：照射到金属表面的光 能使金属
个带小孔的空腔就成了一个绝对黑体 ，
。 中的电子从表面逸出的现象 逸出的电子叫
。
作光电子
。
2.光电效应的实验规律
黑体辐射 黑体虽然不反射电磁波 却可以
（２） ： ，
向外辐射电磁波 这样的辐射叫作黑体辐射
， 。
黑体辐射的实验规律
（３）
对于一般材料的物体 辐射电磁波的情况
① ，
除与温度有关外 还与材料的种类及表面状
，
况有关
。
黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与
② 研究光电效应的电路图
它的温度有关 随着温度的升高 一方面 各
。 ， ， 存在截止频率 ν 又称极限频率
种波长的辐射强度都有增加 另一方面 辐射 （１） ｃ（ ）
； ， 当入射光的频率减小到某一数值 ν 时 光电
强度的极大值向波长较短的方向移动 如图 ｃ ，
（ 流消失 ν 称为截止频率或极限频率
所示 。 ｃ 。
）。
点拨提醒 截止频率只和金属自身的性质有关。
D
存在饱和电流
（２）
光照条件不变的情况下 光电流随电压的增
, ，
大而增大 但最终会趋于一个饱和值 此后即
， ，
,
使电压再增大 电流也不会增大 对一定频
,
率的光 入射光
，
越强 饱和电流越大
。
,
，
，
。
存在遏止电压 Ｕ
（３） ｃ
N
Ｕ 是指使光电流减小到 的反向电压 遏止
ｃ ０ 。
第16章 近代物理初步 １ ９３
电压的大小取决于入射光的频率 光子数的乘积
。 。
具有瞬时性 6.光电效应的四种图像分析
（４）
当频率超过截止频率 ν 时 无论入射光怎样
图像类型 由图像得到的物理量
ｃ ，
微弱 照到金属时都会立即产生光电流
最大初动能 Ｅ 与入射
， 。 ｋ 截止频率 ν 图线与 ν
3.爱因斯坦光电效应方程 （１） ｃ：
光频率ν的关系图像
轴交点的横坐标
表达式 Ｅ ｈν Ｗ
（１） ： ｋ ＝ － ０。 逸出功 Ｗ Ｅ Ｅ
逸出功 Ｗ 电子从金属中逸出所需外界
（２） ： ０＝｜－ ｜＝
（２） ０： 普朗克常量 ｈ ｋ 图线
（３） ： ＝ （
ｃ
对它做功的最小值 Ｗ ｈν ｈ 的斜率
）
。 ０ ＝ ｃ ＝ λ 。
ｃ
颜色 频率 相同 强弱
物理意义 金属表面的电子吸收一个光子 （ ） 、 遏止电压 Ｕ 图线与横
（３） ： 不同的光 光电流与电 （１） ｃ：
获得的能量是 ｈν 这些能量的一部分用来克 ，
轴交点的横坐标
， 压的关系图像
服金属的逸出功 Ｗ 剩下的表现为逸出后电 饱和电流 光电流的最
０， （２） ：
子的最大初动能 Ｅ 大值Ｉ Ｉ ′
ｋ。 ｍ、 ｍ
4.光电效应的两种决定关系 最大初动能 Ｅ ｅＵ
（３） ： ｋ＝ ｃ
+ **+
颜色 频率 不同时 光
M( M(P 6FP 6 （ ） ，
电流 与 电 压 的 关 系 遏止电压 Ｕ Ｕ
（１） ： ｃ１、 ｃ２
K 图像 饱和电流 Ｉ Ｉ
（２） ： １、 ２
+ &F K* *
最大初动能
D
=L+ +* " （３） ：
Ｅ ｅＵ Ｅ ｅＵ
, ｋ１＝ ｃ１、 ｋ２＝ ｃ２
5.光电效应中应区分的几个概念
截止频率 ν 图线与横
光子与光电子
（１） ｃ：
（１） 轴交点的横坐标
遏止电压 Ｕ 与入射光
光本身是由一个个不可分割的能量子组成 ｃ
遏止电压 Ｕ 随入射光
频率ν的关系图像 （２） ｃ：
的 这些能量子被称为光子 光电子是金属
， 。 频率的增大而增大 Ｕ
， ｃ ＝
表面在受到光照射时吸收光子的能量从金属
ｈν Ｗ
０
表面逸出的电子 ｅ － ｅ
。
光电子的动能与光电子的最大初动能 普朗克常量ｈ 等于图线
（２） （３） ：
光照射到金属表面时 电子吸收光子的能量 的斜率与电子电荷量的乘
， ，
积 即ｈ ｋｅ
可能向各个方向运动 除了脱离金属需要的 ， ＝
，
最小能量 逸出功 外 还要克服原子的其他 典例 （ 黑吉辽， ， 分）（多选） 射线光电
（ ） ， ２０２４ ８ ６ Ｘ
束缚力做功 剩余的能量为光电子的动能 处 子能谱仪是利用 光照射材料表面激发出光电
， ； Ｘ
于金属表面的电子直接向外逸出时 具有最 子 并对光电子进行分析的科研仪器 用某一
， 、 。
大初动能 频率的 光照射某种金属表面 逸出了光电子
。 Ｘ ， ，
入射光强度与光子能量 若增加此 光的强度 则
（３） Ｘ ， （ ）
入射光强度指单位时间内照射到金属表面单 该金属的逸出功增大
Ａ．
位面积上光子的总能量 光子能量即每个光 光的光子能量不变
； Ｂ．Ｘ
子的能量 光子总能量等于光子能量与入射 逸出的光电子最大初动能增大
， Ｃ．
１ ９４ 5年高考3年模拟 A版 高考物理
单位时间逸出的光电子数增多 2.光的波粒二象性
Ｄ．
答案 ＢＤ
现象 表现 说明
考点 3 对波粒二象性和物质波的理解 光的波动性是光
光是一种概率波 ①
1.康普顿效应 ， 子本身的一种属性
光 即光子在空间各点 ，
的 干涉和 不是光子之间相互
概念 当 射线入射到物质上被散射后
波 出现的可能性大小
（１） ： Ｘ ，
动 衍射 作用产生的
在散射的 射线中 除了与入射波长相同的
性 概率 可用波动规
Ｘ ， （ ） 光的波动性不同
成分外 还有波长比入射波长更长的成分 律来描述 ②
， 。 于宏观概念的波
人们把这种现象叫作康普顿效应
。
当光同物质发生作
ｈ 光电效 粒子的含义是 不
光子的动量 ｐ 光 用时 这种作用是 ① “
（２） ： ＝ λ。 的 应 康 ， 连续 一份一份 的
粒 、 一份一份 进行 ”“ ”
推导 由动量的定义有 ｐ ｍｃ 结合光子能量 子 普顿 “ ” 光子不同于宏观
： ＝ ， 性 的 表现出粒子的 ②
Ｅ ｈν 爱因斯坦的质能方程 Ｅ ｍｃ２ 及 ｃ λν 效应 ， 概念的粒子
＝ 、 ＝ ＝ 性质
ｈ
可得 ｐ
＝ λ。 光子说并未否定
大量光子易显示出波动 ①
波 ① 光的波动性 Ｅ ｈν
意义 动 性 而少量光子易显示出粒 ， ＝ ＝
（３） ，
性 ｈｃ
证明了爱因斯坦光子说的正确性 和 子性 中 ν 和 λ 就是波
① ； λ ，
粒
揭示了光子不仅具有能量 还具有动量 子 波长长 频率低 的光波
② ， ； ② （ ） 动的体现
性
动性强 而波长短 频率高
揭示了光具有粒子性 的 ， （ ） 波和粒子在宏观
③ ； 对 ②
的光粒子性强
证实了光子和微观粒子的相互作用过程也 立 世界是不能统一的
④ 统 光的波动性和粒子性是 ，
严格遵循动量守恒定律和能量守恒定律 一 ③ 而在微观世界却是
。 同时存在的
统一的
3.物质波
定义 任何运动着的物体都有一种波与之
（１） ：
对应 这种波叫作物质波 也叫德布罗意波
， （ ）。
ｈ ｈ
物质波的波长 λ ｈ 是普朗克
（２） ： ＝ ｐ ＝ ｍｖ，
常量
。
第16章 近代物理初步 １ ９５
第 2 节 原子结构
学生用书P175
考点 1 原子结构和氢原子光谱 实验装置
（１）
1.电子的发现：英国物理学家汤姆孙在研究阴
极射线时发现了电子 电子的发现说明原子
。
不是组成物质的最小微粒
。
2. 粒子散射实验：英国物理学家卢瑟福进行
实验现象 绝大多数 粒子穿过金箔后基
α
（２） ： α
了 粒子散射实验 提出了原子的核式结构
本上仍沿原来的方向前进 但有少数 粒子
α ，
， α
模型
发生了大角度偏转 极少数 粒子偏转的角
。
， α
度甚至大于 ° 也就是说 它们几乎被 撞
９０ ， ， “ ”
了回来
。
3.原子的核式结构模型：在原子的中心有一个
很小的核 叫作原子核 原子的全部正电荷和
， ，
几乎全部质量都集中在原子核里 带负电的
，
电子在核外空间绕核旋转
。
4.氢原子光谱
光谱 用棱镜或光栅可以把物质发出的光
3.两类能级跃迁
（１） ：
按波长 频率 展开 获得波长 频率 和强度
自发跃迁 高能级 低能级 释放能量 放
（ ） ， （ ）
（１） ： → ， ，
分布的记录 即光谱
， 。
出光子 光子的频率 ν Δ
Ｅ Ｅ 高－ Ｅ 低
光谱分类 。 ＝ ｈ ＝ ｈ 。
（２）
线状谱是一条条的亮线 受激跃迁 低能级 高能级 吸收能量
① 。 （２） ： → ， 。
连续谱是连在一起的光带 吸收光子的能量必须恰好等于能级差
② 。 ① ，
氢原子光谱的实验规律 即 ｈν Ｅ
（３） ＝Δ 。
巴耳末系是氢原子光谱在可见光区的一组 碰撞 加热等 只要入射粒子能量大于或
① ② 、 。
æ ö 等于能级差即可 即 Ｅ Ｅ
谱线 其波长公式为 １ Ｒ çç１ １÷÷ ｎ ， 外≥Δ 。
， λ ＝ ∞ è ２ －ｎ２ø（ ＝３，４， 知识拓展 电离
２
Ｒ 是里德伯常量 Ｒ ． ７ －１ （ ）电离态：ｎ ，Ｅ 。
５，…）， ∞ ， ∞ ＝１ １０×１０ ｍ ， １ ＝∞ ＝０
此公式称为巴耳末公式 （ ）电离能：指原子从基态或某一激发态跃迁到电离态
。 ２
氢原子光谱在红外和紫外光区的其他谱线 所需要吸收的最小能量。
②
也都满足与巴耳末公式类似的关系式 例如：基态 → 电离态，Ｅ 吸＝０－ （ －１３ ． ６ ｅＶ ） ＝ １３ ． ６ ｅＶ 。
。
（ ）吸收的能量足够大，电离后，获得自由的电子还具有
３
考点 2 玻尔原子理论 能级跃迁
动能。
1.玻尔理论
4.光谱线条数的确定方法
轨道量子化与定态
大量的氢原子处于 ｎ 能级的激发态 当这
（１）
（１） ，
电子绕核运动的可能轨道不是任意的 各
些氢原子向低能级跃迁时 辐射出的光的频
① ，
，
可能轨道的半径 ｒ
ｎ＝
ｎ２ｒ
１（
ｎ
＝１，２，３，…），
其中
率有 Ｎ ２
ｎ
（
ｎ
－１）种
ｒ 为基态轨道半径 ＝Ｃｎ＝ 。
１ 。 ２
原子只能处于一系列不连续的 稳定的能 一个氢原子处于 ｎ 能级的激发态时 可辐
② 、 （２） ，
量状态 定态 其总能量 Ｅ 与基态总能量 射出的光的频率最多有 ｎ 种
（ ）， ｎ －１ 。
Ｅ 5.光子与电子使原子发生能级跃迁的主要区别
Ｅ 的关系为 Ｅ １ ｎ
１ ｎ＝ｎ２ （ ＝１，２，３，…）。 原子若是吸收光子的能量而被激发 其光子
，
频率条件 的能量必须等于能级差 否则不被吸收 原
（２） ， 。
原子在两个定态之间跃迁时 将辐射 或吸 子吸收外来电子的能量而被激发时 只要入
， （ ，
收 一定频率的光子 光子的能量为ｈν Ｅ 射电子的能量大于或等于能级差 均可使原
） ， ＝ ｜ 初－ ，
Ｅ 子发生能级跃迁
末｜。 。
2.氢原子的能级图 典例 为了更形象地描述氢原子能级和氢原子
１ ９６ 5年高考3年模拟 A版 高考物理
电子轨道的关系 作出如图所示的能级轨道图 ν ν ν ν ν
， ， Ａ． ３ ＝ １ ＋ ２ Ｂ． １＜ ２
氢原子从 ｎ 能级跃迁到 ｎ 能级发出的光 λ λ λ λ λ
＝２ ＝１ Ｃ． ３ ＝ １ ＋ ２ Ｄ． ３＞ ２
的波长和频率分别为 λ 和 ν 氢原子从 ｎ 答案 Ａ
１ １， ＝
能级分别跃迁到 ｎ 能级和 ｎ 能级发出
３ ＝２ ＝１
的光的波长和频率分别为 λ λ 和 ν ν 下列
２、 ３ ２、 ３，
关系正确的是
（ ）
第16章 近代物理初步 １ ９７
第 3 节 原子核
学生用书P177
考点 1 原子核的衰变 半衰期 4.三种射线的比较
1. 衰变和 衰变的比较 本质 射出速度 电离本领 穿透本领
α β
衰变 衰变 高速 弱 小纸片即
α β 射线 ． ｃ 很强 （
衰变方程 Ａ ＺＸ→ Ａ Ｚ － － ４ ２Ｙ＋２ ４ Ｈｅ Ａ ＺＸ→ Ｚ ＋ Ａ １Ｙ＋－ ０ １ｅ α 氦核流 ０ １ 可挡住 ）
高速 较强 能穿透几
２ 个质子和 ２ 个中子 １ 个中子转化为 １ 个 射线 ． ｃ 较弱 （
β 电子流 ０ ９９ 毫米厚的铝板
衰变实质 结合成一个整体 质子和 个电子 ）
１
ｃ 强 能穿透几厘
２ １ １Ｈ＋２ １ ０ｎ→ ４ ２Ｈｅ １ ０ｎ→ １ １Ｈ＋－ ０ １ｅ
γ
射线 光子流
光速
很弱
米
（
厚的铅板
匀强磁 （ ） ）
场中轨
迹形状
衰变规律 电荷数守恒 质量数守恒
、
2.γ 射线： 射线经常是伴随着 射线或 射
γ α β 三种射线在磁场和电场中的运动轨迹
线同时产生的 5.半衰期
。
3.依据“两个守恒”确定衰变次数 ｔ ｔ
æ öＴ æ öＴ
设放射性元素 Ａ ＺＸ 经过 ｎ 次 α 衰变和 ｍ 次 β （１） 公式 ： Ｎ 余＝ Ｎ 原 è ç１ ø ÷
１／２
， ｍ 余＝ ｍ 原 è ç１ ø ÷
１／２
。
２ ２
衰变后 变成稳定的新元素 Ａ′ 则表示核反 影响因素 放射性元素衰变的快慢是由核内
， Ｚ′Ｙ， （２） ：
应的方程为 Ａ Ａ′ ｎ４ ｍ ０ 部自身的因素决定的 跟原子所处的外部条件
ＺＸ → Ｚ′Ｙ＋ ２Ｈｅ＋ －１ｅ。 ，
根据质量数守恒和电荷数守恒可列方程 例如温度 压强 和化学状态 例如单质 化合
（ 、 ） （ 、
Ａ Ａ′ ｎ Ｚ Ｚ′ ｎ ｍ 物 无关
＝ ＋４ ， ＝ ＋２ － ， ） 。
Ａ Ａ′ Ａ Ａ′ 典例1 （ 山东， ， 分）碘 衰变时产生
两式联立得 ｎ － ｍ － Ｚ′ Ｚ ２０２２ １ ３ １２５ γ
＝ ， ＝ ＋ － 。
射线 医学上利用此特性可治疗某些疾病 碘
４ ２
， 。
的半衰期为 天 若将一定质量的碘
１２５ ６０ ，
植入患者病灶组织 经过 天剩余碘
１２５ ， １８０
１２５ 的质量为刚植入时的 对比结合能的理解
（ ） （２）
比结合能的大小能够反映原子核的稳定程
１ １ １ １ ①
Ａ． Ｂ． Ｃ． Ｄ．
度 比结合能越大 原子核就越难被拆分开
１６ ８ ４ ２
， ， ，
答案 Ｂ
表示该核就越稳定
。
考点 2 核反应 核子数较小的轻核与核子数较大的重核
② ，
其比结合能都比较小 中等大小的核的比结
核反应的四种类型 除了上面提到的衰变之外
，
： ，
合能较大 表示这些原子核较稳定
还有三种核反应类型如表所示
， 。
。
当比结合能较小的原子核变成比结合能较
类型 核反应方程 实际意义或作用 ③
大的原子核时 就可释放核能
４ １４ １７ １ 卢瑟福发现质子 ， 。
原子 ２Ｈｅ＋ ７Ｎ→ ８Ｏ＋１Ｈ
2.核能的计算
４ ９ １２ １ 查德威克发现中子
核的 ２Ｈｅ＋４Ｂｅ→ ６Ｃ＋０ｎ
对质能方程的理解
约里奥 居里
人工 ２７ ４ ３０ １ － （１）
１３Ａｌ＋２Ｈｅ→１５Ｐ＋０ｎ 夫妇发现人工 一定的能量和一定的质量相联系 物体的
转变 ① ，
３０ ３０ ０
１５Ｐ→１４Ｓｉ＋１ｅ 放射性同位素 总能量和它的质量成正比 即 Ｅ ｍｃ２
， ＝ 。
重核 ２３ ９ ５ ２Ｕ＋０ １ ｎ→ １４ ５ ４ ６Ｂａ＋３ ８ ６ ９ Ｋｒ＋３ １ ０ｎ 原子弹 、 ② 核子在结合成原子核时出现质量亏损 Δ ｍ ，
裂变 核电站原理
２３
９
５
２Ｕ＋０
１
ｎ→
１３
５
６
４Ｘｅ＋３
９
８
０
Ｓｒ＋１０
１
０ｎ
其能量也要相应减少
，
释放的能量
Δ
Ｅ
＝Δ
ｍｃ２
。
轻核 原子核分解成核子时要吸收一定的能量
２ ３ ４ １ 太阳 氢弹原理 ③ ，
聚变 １Ｈ＋１Ｈ→２Ｈｅ＋０ｎ 、
相应的质量增加 ｍ 吸收的能量 Ｅ ｍｃ２
Δ ， Δ ＝Δ 。
典例2 人造太阳 实验中的可控热核反应的 与核反应相关的能量计算方法
“ ” （２）
聚变方程为
２ ３ ４ １
氘
２
富存于海 根据 Ｅ ｍｃ２ 计算 计算时 ｍ 的单位
１Ｈ＋ １Ｈ→２Ｈｅ＋ ０ｎ， （１Ｈ） ① Δ ＝Δ 。 Δ
水中 氚 可以用中子轰击锂核 得到 是 ｃ 的单位是 Ｅ 的单位是
， （ ３ １Ｈ） （ ６ ３Ｌｉ） ， “ｋｇ”， “ｍ／ｓ”，Δ “Ｊ”。
根据 Ｅ ｍ ． 计算 因
则关于中子轰击锂核 产生一个氚核
６ ３ ② Δ ＝Δ ×９３１ ５ （ＭｅＶ） 。 １ ｕ
（３Ｌｉ） （１Ｈ）
相当于 ． 的能量 所以计算时 ｍ 的
和一个新核 下列说法正确的是
９３１ ５ ＭｅＶ ， Δ
， （ ）
单位是 Ｅ 的单位是
该核反应方程为
６ １ ３ ３ “ｕ”，Δ “ＭｅＶ”。
Ａ． ３Ｌｉ＋ ０ｎ→２Ｈｅ＋ １Ｈ
原子核的结合能 原子核的比结合能 核
核反应生成物中的 粒子具有很强的电离本
③ ＝ ×
Ｂ． α
子数
领 但穿透能力较弱
。
，
在中子轰击锂核 的核反应生成物中有 典例3 （ 届淄博二模）某科学家提出年轻热
６ ２０２４
Ｃ． （３Ｌｉ） α
星体中核聚变的一种理论 其中的两个核反应
粒子 故该核反应属于 衰变
，
， α
核聚变的条件是要达到高温高压的热核反应 方程为 １ １２ Ｑ １ １５ １２ ４ Ｑ
Ｄ．
１Ｈ＋ ６Ｃ→Ｘ＋ １，１Ｈ＋ ７Ｎ→ ６Ｃ＋ ２Ｈｅ＋ ２，
状态 故核聚变过程不能释放出核能 方程中 Ｑ Ｑ 表示释放的能量 部分原子核质
， １、 ２ ，
答案 Ｂ 量如表
：
考点 3 质量亏损及核能的计算 原子核 １ ４ １２ １３ １５
１Ｈ ２Ｈｅ ６Ｃ ７Ｎ ７Ｎ
1.对结合能与比结合能的理解 质量／ ． ． ． ． ．
ｕ １ ００７ ８ ４ ００２ ６ １２ ００１ １ １３ ００５ ７ １５ ０００ １
对结合能的理解 以下推断正确的是
（１） （ ）
结合能是针对由核子组成的原子核来说 是 １３ Ｑ Ｑ 是 １５ Ｑ Ｑ
① Ａ．Ｘ ７Ｎ， ２＞ １ Ｂ．Ｘ ７Ｎ， ２＞ １
的 孤立核子如质子或中子无结合能 是 １３ Ｑ Ｑ 是 １５ Ｑ Ｑ
， 。 Ｃ．Ｘ ７Ｎ， ２＜ １ Ｄ．Ｘ ７Ｎ， ２＜ １
质量数越大的原子核结合能越大 答案 Ａ
② 。
１ ９８ 5年高考3年模拟 A版 高考物理
