第十七章波粒二象性

1DISHIQIZHANG

夕

第1、2節(jié)能量量子化光的粒子性

’1.能夠完全吸收入射的各種波長的電磁波而不發(fā)年反射,這種

物體就是絕對黑體，簡稱黑體。黑體輻射電磁波的強(qiáng)度只與

黑體的溫度有關(guān)。

2.能量子：不可再分的最小能量值￡,￡=hv。

3.照射到金屬表面的光，能使金屬中的電子從表面逸出的現(xiàn)象,

叫光電效應(yīng)。愛因斯坦光電效應(yīng)方程：Ek=hv-Wo?

4.光電效應(yīng)現(xiàn)象和康普頓效應(yīng)均說明了光具有粒子性。

_________________________、、…________/

課前自主學(xué)習(xí)，基穩(wěn)才能樓高

一、黑體與黑體輻射

1.熱輻射

我們周圍的一切物體都在輻射電磁波，這種輻射與物體的溫度有關(guān)。

2.黑體

指能夠定全吸收入射的各種波長的電磁波而不發(fā)生反射的物體。

3.一般材料物體的輻射規(guī)律

輻射電磁波的情況除與溫度有關(guān)外，還與材料的種類及表面狀況有關(guān)。

4.黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律

黑體輻射的實(shí)臉規(guī)律

圖17-1-1

黑體輻射電磁波的強(qiáng)度按波長的分布只與黑體的溫度有關(guān)，如圖17-1-1所示。

(1)隨著溫度的升高，各種波長的輻射強(qiáng)度都增加；

(2)隨著溫度的升高，輻射強(qiáng)度的極大值向波長較短的方向移動。

二、能量子

1.定義：普朗克認(rèn)為，振動著的帶電微粒的能量只能是某一最小能量值e的整數(shù)倍,當(dāng)帶電微粒輻

射或吸收能量時，也是以這個最小能量值為單位二千位地輻射或吸收的，這個不可再分的最小能量值e

叫做能量子。

2.能量子大小：e=hv,其中v是電磁波的頻率，h稱為普朗克常量。h=6.626X10-34J?s(一

般取h=6.63X10-34J?s)o

3.能量的量子化：在微觀世界中能量是量壬化的，或者說微觀粒子的能量是分立的。

三、光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律

1.光電效應(yīng)：照射到金屬表面的光，能使金屬中的電壬從表面逸出的現(xiàn)象。

2.光電子：光電效應(yīng)中發(fā)射出來的電壬。

3.光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律：

(1)存在著飽和光電流：在光的顏色不變的情況下，入射光越強(qiáng)，飽和電流越大。這表明對于一定顏

色的光，入射光越強(qiáng)，單位時間內(nèi)發(fā)射的光電子數(shù)越多。

(2)存在著遏止電壓和截止頻率：光電子的最大初動能與入射光的頻率有關(guān)，而與入射光的強(qiáng)弱無關(guān)。

當(dāng)入射光的頻率低于截止頻率時不能發(fā)生光電效應(yīng)。

(3)光電效應(yīng)具有瞬時性：光電效應(yīng)幾乎是瞬間發(fā)生的，從光照射到產(chǎn)生光電流的時間不超過KT，s。

4.逸出功：使電子脫離某種金屬所做功的最小值。不同金屬的逸出功不同。

四、愛因斯坦的光子說與光電效應(yīng)方程

1.光子說：光不僅在發(fā)射和吸收時能量是一份一份的，而且光本身就是由一個個不可分割的能量子

組成的，頻率為V的光的能量子為hv,這些能量子被稱為光壬。

2.愛因斯坦的光電效應(yīng)方程：

(1)表達(dá)式：hv=Ek+W°或Ek=hv-W。。

(2)物理意義：金屬中電子吸收一個光子獲得的能量是hv,這些能量一部分用于克服金屬的逸出功

Wo,剩下的表現(xiàn)為逸出后電子的初動能Ek。

五、康普頓效應(yīng)和光子的動量

1.光的散射：光在介質(zhì)中與物質(zhì)微粒相互作用,因而傳播方向發(fā)生改變,這種現(xiàn)象叫做光的散射。

2.康普頓效應(yīng)：美國物理學(xué)家康普頓在研究石墨對X射線的散射時，發(fā)現(xiàn)在散射的X射線中，除了

與入射波長入。相同的成分外，還有波長大于入。的成分,這個現(xiàn)象稱為康普頓效應(yīng)。

3.康普頓效應(yīng)的意義：康普頓效應(yīng)表明光子除了具有能量之外，還具有動量，深入揭示了光的粒壬

性的一面。

4.光子的動量:

(1)表達(dá)式：p=4,

A

(2)說明：在康普頓效應(yīng)中，入射光子與晶體中電子碰撞時，把一部分動量轉(zhuǎn)移給電子，光子的動量

變小。因此，有些光子散射后波長變大。

1.自主思考一一判一判

(1)黑體一定是黑色的。(X)

(2)熱輻射只能產(chǎn)生于高溫物體。(義)

(3)能產(chǎn)生光電效應(yīng)的光必定是可見光。(X)

(4)經(jīng)典物理學(xué)理論不能合理解釋康普頓效應(yīng)。(J)

(5)微觀粒子的能量只能是能量子的整數(shù)倍。(J)

(6)能量子的能量不是任意的，其大小與電磁波的頻率成正比。(J)

2.合作探究一一議一議

(1)不同頻率的光照射到同一金屬表面發(fā)生光電效應(yīng)時，光電子的最大初動能是否相同？

提示：由于同一金屬的逸出功相同，而不同頻率的光的光子能量不同，由光電效應(yīng)方程可知，發(fā)生光

電效應(yīng)時，逸出的光電子的最大初動能是不同的。

(2)太陽光從小孔射入室內(nèi)時，我們從側(cè)面可以看到這束光；白天的天空各處都是亮的；宇航員在太

空中會發(fā)現(xiàn)盡管太陽光耀眼刺目，其他方向的天空卻是黑的，為什么？

提示：在地球上存在著大氣，太陽光經(jīng)微粒散射后傳向各個方向，而在太空中的真空環(huán)境下光不再散

射只向前傳播。

字

對黑體和黑體輻射的理解

礴知識

1.黑體實(shí)際上是不存在的，只是一種理想情況，但如果做一個閉合的空腔，在空腔表面開一個小孔,

小孔就可以模擬一個黑體，如圖17-1-2所示。這是因?yàn)閺耐饷嫔鋪淼碾姶挪ǎ?jīng)小孔射入空腔，要在腔

壁上經(jīng)過多次反射，在多次反射過程中，外面射來的電磁波幾乎全部被腔壁吸收，最終不能從空腔射出。

圖17-1-2

2.黑體不一定是黑的，只有當(dāng)自身輻射的可見光非常微弱時看上去才是黑的；有些可看作黑體的物

體由于有較強(qiáng)的輻射，看起來還會很明亮，如煉鋼爐口上的小孔。一些發(fā)光的物體(如太陽、白熾燈燈絲)

也被當(dāng)做黑體來處理。

3.黑體同其他物體一樣也在輻射電磁波，黑體的輻射規(guī)律最為簡單，黑體輻射強(qiáng)度只與溫度有關(guān)。

4.一般物體和黑體的熱輻射、反射、吸收的特點(diǎn)

熱輻射不一定需要高溫，任何溫度都能發(fā)生熱輻射，只是溫度低時輻射弱，溫度高時輻射強(qiáng)。在一定

溫度下，不同物體所輻射的光譜的成分有顯著不同。

熱輻射特點(diǎn)吸收、反射的特點(diǎn)

一般輻射電磁波的情況與溫度有關(guān)，與材既吸收又反射，其能力與材料的種類

物體料的種類、表面狀況有關(guān)及入射波的波長等因素有關(guān)

輻射電磁波的強(qiáng)弱按波長的分布只

黑體完全吸收各種入射電磁波，不反射

與黑體的溫度有關(guān)

。通題組

1.（多選）下列敘述正確的是（）

A.一切物體都在輻射電磁波

B.一般物體輻射電磁波的情況只與溫度有關(guān)

C.黑體輻射電磁波的強(qiáng)度按波長的分布只與黑體溫度有關(guān)

D.黑體能夠完全吸收入射的各種波長的電磁波

解析：選ACD根據(jù)熱輻射定義知A對；根據(jù)熱輻射和黑體輻射的特點(diǎn)知一般物體輻射電磁波的情況

除與溫度有關(guān)外，還與材料種類和表面狀況有關(guān)，而黑體輻射電磁波的強(qiáng)度按波長的分布只與黑體溫度有

關(guān)，B錯、C對；根據(jù)黑體定義知D對。

2.（多選）黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律如圖17-1-3所示，由圖可知（）

圖17-1-3

A.隨溫度升高，各種波長的輻射強(qiáng)度都增加

B.隨溫度降低，各種波長的輻射強(qiáng)度都增加

C.隨溫度升高，輻射強(qiáng)度的極大值向波長較短的方向移動

D.隨溫度降低，輻射強(qiáng)度的極大值向波長較長的方向移動

解析：選ACD由題圖可知，隨溫度升高，各種波長的輻射強(qiáng)度都增加，且輻射強(qiáng)度的極大值向波長

較短的方向移動，當(dāng)溫度降低時，上述變化都將反過來，故A、C、D正確，B錯誤。

考點(diǎn)二光電效應(yīng)中的五組概念

。通知識］

1.光子與光電子

光子指光在空間傳播時的每一份能量，光子不帶電；光電子是金屬表面受到光照射時發(fā)射出來的電子,

其本質(zhì)是電子，光子是光電效應(yīng)的因，光電子是果。

2.光電子的初動能與光電子的最大初動能

（1）光照射到金屬表面時，光子的能量全部被電子吸收，電子吸收了光子的能量，可能向各個方向運(yùn)

動，需克服原子核和其他原子的阻礙而損失一部分能量，剩余部分為光電子的初動能。

（2）只有金屬表面的電子直接向外飛出時，只需克服原子核的引力做功，才具有最大初動能。光電子

的初動能小于或等于光電子的最大初動能。

3.光子的能量與入射光的強(qiáng)度

光子的能量即一個光子的能量，其值為。=hv（v為光子的頻率），可見光子的能量由光的頻率決定。

入射光的強(qiáng)度指單位時間內(nèi)照射到單位面積上的總能量，等于光子能量hv與入射光子數(shù)n的乘積，即光

強(qiáng)等于nhv?

4.光電流和飽和光電流

金屬板飛出的光電子到達(dá)陽極，回路中便產(chǎn)生光電流，隨著所加正向電壓的增大，光電流趨于一個飽

和值，這個飽和值是飽和光電流，在一定的光照條件下，飽和光電流與所加電壓大小無關(guān)。

5.光的強(qiáng)度與飽和光電流

飽和光電流與入射光強(qiáng)度成正比的規(guī)律是對頻率相同的光照射金屬產(chǎn)生光電效應(yīng)而言的?對于不同頻

率的光，由于每個光子的能量不同，飽和光電流與入射光強(qiáng)度之間沒有簡單的正比關(guān)系。

51方法

［典例］（多選）在光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)中，用頻率為V的光照射光電管陰極，發(fā)生了光電效應(yīng)。下列說法

正確的是（）

A.增大入射光的強(qiáng)度，光電流增大

B.減小入射光的強(qiáng)度，光電效應(yīng)現(xiàn)象消失

C.改用頻率小于v的光照射，一定不發(fā)生光電效應(yīng)

D.改用頻率大于v的光照射，光電子的最大初動能變大

［思路點(diǎn)撥］

（1）入射光的頻率必須大于金屬的極限頻率才能發(fā)生光電效應(yīng)。

（2）當(dāng)發(fā)生光電效應(yīng)時，入射光的頻率越大，光電子的最大初動能越大。

［解析］增大入射光的強(qiáng)度，單位時間內(nèi)照射到單位面積上的光子數(shù)增加，光電流增大，A項(xiàng)正確。

減小入射光的強(qiáng)度，只是光電流減小，光電效應(yīng)現(xiàn)象是否消失與光的頻率有關(guān)，而與光的強(qiáng)度無關(guān)，B項(xiàng)

錯誤。改用頻率小于v的光照射，但只要光的頻率大于極限頻率v。仍然可以發(fā)生光電效應(yīng)，C項(xiàng)錯誤。

由愛因斯坦光電效應(yīng)方程hv—W逸=1mv2得：光頻率v增大，而W迤不變，故光電子的最大初動能變大，

D項(xiàng)正確。

［答案］AD

-對光電效應(yīng)問題的三點(diǎn)提醒

（1）能否發(fā)生光電效應(yīng)與入射光的頻率有關(guān)。

（2）飽和光電流的大小與入射光的強(qiáng)度有關(guān)。

（3）光電子的最大初動能與入射光的頻率及金屬逸出功有關(guān)。

6通題組|

1.（多選）光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)的裝置如圖17-1-4所示，用弧光燈照射鋅板，驗(yàn)電器指針張開一個角度，則

下面說法中正確的是（）

驗(yàn)電器鋅醫(yī)

圖17-1-4

A.用紫外線照射鋅板，驗(yàn)電器指針會發(fā)生偏轉(zhuǎn)

B.用綠色光照射鋅板，驗(yàn)電器指針會發(fā)生偏轉(zhuǎn)

C.鋅板帶的是負(fù)電荷

D.使驗(yàn)電器指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)的是正電荷

解析：選AD將擦得很亮的鋅板連接驗(yàn)電器，用弧光燈照射鋅板(弧光燈發(fā)出紫外線)，驗(yàn)電器指針

張開一個角度，說明鋅板帶了電。進(jìn)一步研究表明鋅板帶正電，這說明在紫外線的照射下，鋅板中有一部

分自由電子從表面飛出來，鋅板中缺少電子，于是帶正電，A、D選項(xiàng)正確。綠光不一定能使鋅板發(fā)生光

電效應(yīng)。

2.某激光器能發(fā)射波長為X的激光，發(fā)射功率為P,c表示光速，h為普朗克常量，則激光器每秒

發(fā)射的光量子數(shù)為()

XPhP

A.-—B.-

heAc

cP入，

C.~r-D.XPhe

h

hrp+\p

解析：選A每個光量子的能量e=hv=￥，每秒鐘發(fā)射的總能量為P,貝!Jn=a=U。

AEnc

3.用同一束單色光，在同一條件下，先后照射鋅片和銀片，都能產(chǎn)生光電效應(yīng)。在這兩個過程中，

對下列四個量，一定相同的是,可能相同的是，一定不相同的是=

A.光子的能量B.金屬的逸出功

C.光電子動能D.光電子最大初動能

解析：光子的能量由光頻率決定，同一束單色光頻率相同，因而光子能量相同；逸出功只由材料決定,

鋅片和銀片的光電效應(yīng)中，光電子的逸出功一定不相同；由Ek=hv-W。，照射光子能量hv相同，逸出

功%不同，則電子最大初動能不同；由于光電子吸收光子后到達(dá)金屬表面的路徑不同，途中損失的能量也

不同，因而脫離金屬時的初動能分布在零到最大初動能之間。所以，在兩個不同光電效應(yīng)的光電子中，有

時初動能是可能相等的。

答案：ACBD

考點(diǎn)三光電效應(yīng)方程及其應(yīng)用

。通知回

1.光電效應(yīng)方程Ek=hv-W。的四點(diǎn)理解

(1)式中的Ek是光電子的最大初動能，就某個光電子而言，其離開金屬時剩余動能大小可以是0?Ek

范圍內(nèi)的任何數(shù)值。

(2)光電效應(yīng)方程實(shí)質(zhì)上是能量守恒方程。

①能量為e=hv的光子被電子吸收，電子把這些能量的一部分用來克服金屬表面對它的吸引，另一

部分就是電子離開金屬表面時的動能。

②如果克服吸引力做功最少為W。，則電子離開金屬表面時動能最大為Ek,根據(jù)能量守恒定律可知：Ek

=hv—Woo

(3)光電效應(yīng)方程包含了產(chǎn)生光電效應(yīng)的條件。

若發(fā)生光電效應(yīng)，則光電子的最大初動能必須大于零，即Ek=hv-W0>0,亦即hv>W。，v>^=vc,

n

而V。4恰好是光電效應(yīng)的截止頻率。

圖

(4)Ek-v曲線。如圖17-1-5所示是光電子最大初動能Ek隨入射光頻率v的變化曲線。這里，橫軸上

的截距是截止頻率或極限頻率；縱軸上的截距是逸出功的負(fù)值；斜率為普朗克常量。

2.光電效應(yīng)規(guī)律中的兩條線索、兩個關(guān)系

(1)兩條線索：

強(qiáng)度一決定著每秒鐘______

光源發(fā)射的光子數(shù)?

照射光

頻率一決定著每個_______________

i光子的能量”人

每秒鐘逸出的光電子數(shù)一

山山工決定著光電流的大小

光電子

光電子逸出后的最大初動能/^_

(2)兩個關(guān)系：

光強(qiáng)一光子數(shù)目多一發(fā)射光電子多一光電流大；

光子頻率高一光子能量大一產(chǎn)生光電子的最大初動能大。

。通方法

［典例］如圖17-1-6所示，一光電管的陰極用極限波長Xo=5OOnm的鈉制成，用波長入=300nm

的紫外線照射陰極，光電管陽極A和陰極K之間的電勢差U=2.1V,飽和光電流的值1=0.56NA。

圖17-1-6

(1)求每秒內(nèi)由K極發(fā)射的光電子數(shù)；

(2)求光電子到達(dá)A極時的最大動能；

(3)如果電勢差U不變，而照射光的強(qiáng)度增加到原值的三倍，此時光電子到達(dá)A極時最大動能是多大？

(普朗克常量h=6.63X10-34j.s)

［思路點(diǎn)撥］

(1)光電管陰極的逸出功W與極限波長"的關(guān)系為卬=合。

Ao

(2)每秒內(nèi)由K極發(fā)射的電子全部參與導(dǎo)電時對應(yīng)飽和光電流。

(3)光電子的最大初動能大小與入射光的強(qiáng)度大小無關(guān)。

［解析］(1)每秒內(nèi)由K極發(fā)射的光電子數(shù)

(2)由光電效應(yīng)方程可知

E「hv-Wo=hy-hy；=hc(j-y；)

在A、K間加電壓U時，光電子到達(dá)陽極時的動能

Ek=Ew+eU=hc^---^+eU

代入數(shù)值，得Ek=6.012X10TJo

(3)根據(jù)光電效應(yīng)規(guī)律，光電子的最大初動能與入射光的強(qiáng)度無關(guān)，如果電勢差U不變，則光電子到

-19

達(dá)A極的最大動能不變，Ek=6.012X10Jo

［答案］⑴3.5X10"個(2)6.012X10-19J

(3)6.012X1。-"J

C通題組

1.用不同頻率的紫外線分別照射鴇和鋅的表面而產(chǎn)生光電效應(yīng)，可得到光電子最大初動能Ek隨入射

光頻率v的變化而變化的v圖像，如圖所示。已知鴇的逸出功是3.28eV,鋅的逸出功是3.34eV,

若將兩者的圖像分別用實(shí)線與虛線畫在同一個v圖上，則下圖中正確的是()

解析：選A根據(jù)光電效應(yīng)方程Ek=hv-W可知，Ek-v圖像的斜率為普朗克常量h,因此題圖中兩

線應(yīng)平行，故C、D錯；圖線與橫軸的交點(diǎn)表示恰能發(fā)生光電效應(yīng)(光電子動能為零)時的入射光頻率，即

截止頻率，由光電效應(yīng)方程可知，逸出功越大的金屬對應(yīng)的入射光的頻率越高，所以能使金屬鋅發(fā)生光電

效應(yīng)的截止頻率較高，所以A對，B錯。

2.研究光電效應(yīng)的電路如圖17-1-7所示。用頻率相同、強(qiáng)度不同的光分別照射密封真空管的鈉極板

(陰極K),鈉極板發(fā)射出的光電子被陽極A吸收，在電路中形成光電流。下列光電流I與A、K之間的電

壓UAK的關(guān)系圖像中，正確的是()

圖17-1-7

L強(qiáng)光j弱光i強(qiáng)光1弱光

弱光^^強(qiáng)光嬴

0goUAKOUAK°IAK

ABCD

解析：選C頻率相同的光照射同一金屬時，發(fā)射出的光電子的最大初動能相同，所以遏止電壓相同;

飽和電流與光的強(qiáng)度有關(guān)，光的強(qiáng)度越大，飽和電流越大，故選項(xiàng)C正確。

3.在某次光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)中，得到的遏止電壓U。與入射光的頻率v的關(guān)系如圖17-1-8所示。若該直線

的斜率和截距分別為k和b,電子電荷量的絕對值為e,則普朗克常量可表示為,所用材料的逸

出功可表示為o

工

Ov

圖17-1-8

解析：根據(jù)光電效應(yīng)方程E『hv-W。及E『eU。得U尸詈十故沁，b=一M得1^仁W?=

"ebo

答案：ek—eb

考點(diǎn)四光子說對康普頓效應(yīng)的解釋

。通方法

［典例］康普頓效應(yīng)證實(shí)了光子不僅具有能量，也有動量。如圖17-1-9給出了光子與靜止電子碰撞

后，電子的運(yùn)動方向，則碰后光子可能沿方向運(yùn)動，并且波長(選填“不變”“變短”

或“變長”)o

..-1

碰前碰后

圖17-1-9

［思路點(diǎn)撥］根據(jù)碰撞過程中動量、能量均守恒以及動量是矢量分析此題。

［解析］因光子與電子在碰撞過程中動量守恒，所以碰撞之后光子和電子的總動量的方向與光子碰前

動量的方向一致，可見碰后光子運(yùn)動的方向可能沿1方向，不可能沿2或3方向；通過碰撞，光子將一部

分能量轉(zhuǎn)移給電子，能量減少，由￡=卜丫知，頻率變小，再根據(jù)c=Av知，波長變長。

［答案］1變長

-對康普頓效應(yīng)的三點(diǎn)認(rèn)識

(1)光電效應(yīng)應(yīng)用于電子吸收光子的問題；而康普頓效應(yīng)應(yīng)用于討論光子與電子碰撞且沒有被電子吸

收的問題。

(2)假定X射線光子與電子發(fā)生彈性碰撞。光子和電子相碰撞時，光子有一部分能量傳給電子，散射

光子的能量減少，于是散射光的波長大于入射光的波長。

(3)康普頓效應(yīng)進(jìn)一步揭示了光的粒子性，也再次證明了愛因斯坦光子說的正確性。

。通題組

1.科學(xué)研究證明，光子有能量也有動量，當(dāng)光子與電子碰撞時，光子的一些能量轉(zhuǎn)移給了電子。假

設(shè)光子與電子碰撞前的波長為入，碰撞后的波長為入'，則碰撞過程中（）

A.能量守恒，動量守恒，且A=A'

B.能量不守恒，動量不守恒，且A=A'

C.能量守恒，動量守恒，且A<A'

D.能量守恒，動量守恒，且A>J

解析：選C光子與電子碰撞過程中，能量守恒，動量也守恒，因光子撞擊電子的過程中光子將一部

he

分能量傳遞給電子，光子的能量減少，由E=^可知，光子的波長增大，即A'>入，故C正確。

2.一個沿著一定方向運(yùn)動的光子和一個原來靜止的自由電子相互碰撞，碰撞之后電子向某一方向運(yùn)

動，而光子沿著另一方向散射出去。則這個散射光子跟原來入射時相比（）

A.散射光子的能量減少

B.光子的能量增加，頻率也增大

C.速度減小

D.波長減小

解析：選A由于光子既具有能量，也具有動量，因此碰撞過程中遵循能量守恒定律。

課后層級訓(xùn)練，步步提升能力

一、基礎(chǔ)題號熟

i.對黑體輻射電磁波的波長分布的影響因素是（）

A.溫度B.材料

C.表面狀況D.以上都正確

解析：選A影響黑體輻射電磁波的波長分布的因素是溫度，故選項(xiàng)A正確。

2.（多選）以下宏觀概念中，哪些是“量子化”的（）

A.物體的帶電荷量B.物體的質(zhì)量

C.物體的動量D.學(xué)生的個數(shù)

解析：選AD所謂“量子化”應(yīng)該是不連續(xù)的，而是一份一份的，故選A、D?

3.（多選）N為鴇板，M為金屬網(wǎng)，它們分別與電池的兩極相連，各電池的電動勢和極性如圖所示，已

知金屬鴇的逸出功為4.5eV。現(xiàn)分別用不同能量的光子照射鴇板（各光子的能量已在圖上標(biāo)出），那么圖

中沒有光電子到達(dá)金屬網(wǎng)的是（）

ABCD

解析：選ACC、D加反向電壓，只要入射光子的能量hv2W0+eU,就有光電子到達(dá)金屬網(wǎng)，將各數(shù)

值代入上式可知D中光電子能到達(dá)金屬網(wǎng)；A、B加正向電壓，只要入射光子能量大于逸出功，就有光電

子到達(dá)金屬網(wǎng)，可知B中光電子能到達(dá)金屬網(wǎng)。綜上所述，A、C符合題意。

4.人眼對綠光最為敏感，正常人的眼睛接收到波長為530nm的綠光時，只要每秒有6個綠光的光子

射入瞳孔，眼睛就能察覺。普朗克常量為6.63X1（）74s,光速為3.0義1。8111/5,則人眼能察覺到綠光

時所接收到的最小功率是（）

A.2.3X10T8WB.3.8X10-19W

C.7.OX1O-10WD.1.2X10-18W

E

解析：選A因每秒有6個綠光的光子射入瞳孔，所以察覺到綠光所接收的最小功率P==，式中E=

r,,Cfa6.63X10-34X3X108_

6eXe=hv=h-7-,可解得P=6X----?-----W=2.3X1018W?

AORonUvAi1Un9

5.光子有能量，也有動量，動量p=S，它也遵守有關(guān)動量的規(guī)律。如圖1所示，真空中，有“8”

A

形裝置可繞通過橫桿中點(diǎn)的豎直軸00'在水平面內(nèi)靈活地轉(zhuǎn)動，其中左邊是圓形黑紙片（吸收光子），右

邊是和左邊大小、質(zhì)量相同的圓形白紙片（反射光子）。當(dāng)用平行白光垂直照射這兩個圓面時，關(guān)于裝置開

始時的轉(zhuǎn)動情況（俯視），下列說法中正確的是（）

圖1

A.順時針方向轉(zhuǎn)動B.逆時針方向轉(zhuǎn)動

C.都有可能D.不會轉(zhuǎn)動

解析：選B根據(jù)動量定理Ft=mvt—mv。，由光子的動量變化可知黑紙片和光子之間的作用力小于白

紙片和光子之間的作用力，所以裝置開始時逆時針方向轉(zhuǎn)動，B選項(xiàng)正確。

6.（多選）光電效應(yīng)的四條規(guī)律中，波動說不能解釋的有（）

A.入射光的頻率必須大于被照金屬的截止頻率才能產(chǎn)生光電效應(yīng)

B.光電子的最大初動能與入射光強(qiáng)度無關(guān)，只隨入射光頻率的增大而增大

C.入射光照射到金屬上時，光電子的發(fā)射幾乎是瞬時的，一般不超過10~9s

D.當(dāng)入射光頻率大于截止頻率時，光電流強(qiáng)度與入射光強(qiáng)度成正比

解析：選ABC此題應(yīng)從光電效應(yīng)規(guī)律與經(jīng)典波動理論的矛盾著手去解答。按照經(jīng)典的光的波動理論,

光的能量隨光的強(qiáng)度的增大而增大，與光的頻率無關(guān)，金屬中的電子必須吸收足夠能量后，才能從中逸出，

電子有一個能量積蓄的時間，光的強(qiáng)度越大，單位時間內(nèi)輻射到金屬表面的光子數(shù)目越多，被電子吸收的

光子數(shù)目自然也多，這樣產(chǎn)生的光電子數(shù)目也多。但是，光子不一定全部形成光電流，故應(yīng)選A、B、Co

二、能力題畬通

7.實(shí)驗(yàn)得到金屬鈣的光電子的最大初動能E皿與入射光頻率v的關(guān)系如圖2所示。下表中列出了幾種

金屬的截止頻率和逸出功，參照下表可以確定的是（）

圖2

金屬鴇鈣鈉

截止頻率Vo/lO14Hz10.957.735.53

逸出功W/eV4.543.202.29

A.如用金屬鴇做實(shí)驗(yàn)得到的EHv圖線也是一條直線，其斜率比圖中直線的斜率大

B.如用金屬鈉做實(shí)驗(yàn)得到的EHv圖線也是一條直線，其斜率比圖中直線的斜率大

C.如用金屬鈉做實(shí)驗(yàn)得到的EHv圖線也是一條直線，設(shè)其延長線與縱軸交點(diǎn)的坐標(biāo)為（0,-EkJ,

則E忌Eki

D.如用金屬鴇做實(shí)驗(yàn)，當(dāng)入射光的頻率v＜一時，可能會有光電子逸出

解析：選C由光電效應(yīng)方程Ea=hv-W可知Ek『v圖線是直線，且斜率相同，A、B項(xiàng)錯；由表中

所列的截止頻率和逸出功數(shù)據(jù)可知C項(xiàng)正確，D項(xiàng)錯誤。

8.在光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)中，飛飛同學(xué)用同一光電管在不同實(shí)驗(yàn)條件下得到了三條光電流與電壓之間的關(guān)系

曲線（甲光、乙光、丙光），如圖3所示。則可判斷出（）

A.甲光的頻率大于乙光的頻率

B.乙光的波長大于丙光的波長

C.乙光對應(yīng)的截止頻率大于丙光對應(yīng)的截止頻率

D.甲光對應(yīng)的光電子最大初動能大于丙光對應(yīng)的光電子最大初動能

解析：選B當(dāng)光電管兩端加上反向遏止電壓且光電流恰好為零時，有Ek—0=eU”對同一光電管（逸

出功Wo相同）使用不同頻率的光照射，有Ek=hv—Wo,兩式聯(lián)立得，hv—w0=eUc,丙光的反向遏止電壓

c

最大，則丙光的頻率最大，甲光、乙光頻率相同，A、C錯誤；又由A=7可知入丙（入乙，B正確；由Ek

=hv—Wo可知丙光對應(yīng)的最大初動能最大，D錯誤。

9.如圖4所示，當(dāng)開關(guān)S斷開時，用光子能量為2.5eV的一束光照射陰極K,發(fā)現(xiàn)電流表讀數(shù)不為

零。合上開關(guān)，調(diào)節(jié)滑動變阻器，發(fā)現(xiàn)當(dāng)電壓表讀數(shù)小于0.60V時，電流表讀數(shù)仍不為零；當(dāng)電壓表讀

數(shù)大于或等于0.60V時，電流表讀數(shù)為零。求：

圖4

（1）此時光電子的最大初動能的大小;

⑵該陰極材料的逸出功。

解析：(1)由題意可知，遏止電壓為0.60V,由動能定理得光電子的最大初動能Ek=eU=0.6eV。

(2)由光電效應(yīng)方程Ek=hv-W。得該陰極材料的逸出功

Wo=hv-Ek=2.5eV-0.6eV=l.9eV?

答案：(1)0.6eV(2)1.9eV

高考理綜物理模擬試卷

注意事項(xiàng)：

1.答題前，考生先將自己的姓名、準(zhǔn)考證號填寫清楚，將條形碼準(zhǔn)確粘貼在考生信息條形碼粘貼區(qū)。

2.選擇題必須使用2B鉛筆填涂；非選擇題必須使用0.5毫米黑色字跡的簽字筆書寫，字體工整、筆跡清

楚。

3.請按照題號順序在各題目的答題區(qū)域內(nèi)作答，超出答題區(qū)域書寫的答案無效；在草稿紙、試題卷上答

題無效。

4.保持卡面清潔，不要折疊，不要弄破、弄皺，不準(zhǔn)使用涂改液、修正帶、刮紙刀。

一、單項(xiàng)選擇題

1.2018年12月8日2時23分，我國利用長征三號乙改進(jìn)型運(yùn)載火箭成功發(fā)射了嫦娥四號，將對月球背

面南極艾特肯盆地開展著陸、巡視探測，實(shí)現(xiàn)人類首次月球背面軟著陸和巡視勘察。嫦娥四號被月球引力

俘獲后將繞月球做圓周運(yùn)動，探測器顯示出嫦娥四號繞月運(yùn)行的周期為T、離月球表面的高度為h.已知

萬有引力常量為G,月球半徑為R。則

A.月球的質(zhì)量為曠B.月球的平均密度為

GT1

C.月球表面的重力加速度為±2當(dāng)耍D.月球的第一宇宙速度為2#R（R+町

GT

2.如圖是質(zhì)量m"F的質(zhì)點(diǎn)在水平面上運(yùn)動的象,以下判斷正確的是

A.在t=1.0s時，質(zhì)點(diǎn)的加速度為零

B.在0-2.0s時間內(nèi)，合力對質(zhì)點(diǎn)做功為零

C.在1.0-3.0s時間內(nèi)，質(zhì)點(diǎn)的平均速度為lm/s

D.在1.0-4.0s時間內(nèi)，合力對質(zhì)點(diǎn)做功的平均功率為6W

3.據(jù)報(bào)道，我國實(shí)施的“雙星”計(jì)劃發(fā)射的衛(wèi)星中放置了一種“磁強(qiáng)計(jì)”，用于測定地磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)

度等研究項(xiàng)目。磁強(qiáng)計(jì)的原理如圖所示：電路中有一段金屬導(dǎo)體，它的橫截面積是寬為a、高為b的長方

形，放在沿y軸正方向的勻強(qiáng)磁場中，導(dǎo)體中通有沿x正方向、大小為I的電流。已知金屬導(dǎo)體單位體積

中的自由電子數(shù)為n,電子電量為e。金屬導(dǎo)電過程中，自由電子做定向移動可視為勻速運(yùn)動。若測出金

屬導(dǎo)體前后兩個側(cè)面間（z=a為前側(cè)面，z=0為后側(cè)面）的電勢差為U,那么（）

P'f

乙，---------匕

A.前側(cè)面電勢高，衣=竺空8.前側(cè)面電勢高，8=絲二

II

C.后側(cè)面電勢高，R=竺也D.后側(cè)面電勢高，8=竺吧

II

4.如圖所示，豎直平面內(nèi)的軌道I和n都由兩段細(xì)直桿連接而成，兩軌道長度相等。用相同的水平恒力

將穿在軌道最低點(diǎn)的B靜止小球，分別沿I和II推至最高點(diǎn)A,所需時間分別為ti、t2；動能增量分別為

△穌I、△穌2。假定球在經(jīng)過軌道轉(zhuǎn)折點(diǎn)前后速度的大小不變，且球與I、n軌道間的動摩擦因數(shù)相等,

A.△4>峪2；tl>t2B.△耳（1=△穌2；tl>t2

C.△穌1>△穌2；tlVt2D.△用△穌2；ti<tz

5.小鐵塊置于薄木板右端，薄木板放在光滑的水平地面上，鐵塊的質(zhì)量大于木板的質(zhì)量。t=0時使兩者

獲得等大反向的初速度開始運(yùn)動，t=t1時鐵塊剛好到達(dá)木板的左端并停止相對滑動，此時與開始運(yùn)動時的

位置相比較，下列示意圖符合實(shí)際的是

CD

A.AB.BC.CD.D

6.在物理學(xué)的發(fā)展過程中，科學(xué)家們創(chuàng)造出了許多物理學(xué)研究方法，以下關(guān)于所用物理學(xué)研究方法的敘

述正確的是（）

A.在不需要考慮物體本身的大小和形狀時，用質(zhì)點(diǎn)來代替物體的方法叫微元法

B.在探究加速度、力和質(zhì)量三者之間的關(guān)系時，先保持質(zhì)量不變研究加速度與力的關(guān)系，再保持力不變

研究加速度與質(zhì)量的關(guān)系，該實(shí)驗(yàn)采用了假設(shè)法

C.在推導(dǎo)勻變速直線運(yùn)動位移公式時，把整個運(yùn)動過程劃分成很多小段，每一小段近似看作勻速直線運(yùn)

動，然后把各小段的位移相加，這里采用了理想模型法

D.伽利略認(rèn)為自由落體運(yùn)動就是物體在傾角為90°的斜面上的運(yùn)動，再根據(jù)銅球在斜面上的運(yùn)動規(guī)律得

出自由落體的運(yùn)動規(guī)律，這里采用了實(shí)驗(yàn)和邏輯推理相結(jié)合的方法

二、多項(xiàng)選擇題

7.如圖所示，一玻璃三棱鏡置于空氣中，一束光經(jīng)折射后分為兩束單色光a,b,則下列說法中正確的

是______

A.a光的頻率大于b光的頻率

B.玻璃對a光的折射率小于b光的折射率

C.a光在玻璃中的傳播速度大于b光在玻璃中的傳播速度

D.當(dāng)a,b兩束光從玻璃射入真空時，a光發(fā)生全反射的臨界角小于b光發(fā)生全反射的臨界角

E.a,b兩束光分別通過同一雙縫干涉裝置形成的干涉條紋，相鄰暗條紋間距b光的較大

8.半圓柱體P放在粗糙的水平地面上，其右端有一固定放置的豎直擋板MN。在半圓柱體P和MN之間放

有一個光滑均勻的小圓柱體Q,整個裝置處于靜止，這個裝置的截面圖如圖所示。現(xiàn)使MN保持豎直并且

緩慢地向右平移，在Q滑落到地面之前，發(fā)現(xiàn)P始終保持靜止。則在此過程中（）

A.MN對Q的彈力逐漸減小

B.P對Q的彈力逐漸增大

C.Q所受的合力逐漸增大

D.地面對P的摩擦力逐漸增大

9.如圖所示，一輕彈簧的左端固定，右端與一帶電小球相連接，小球靜止在光滑絕緣的水平面上，施加

一個水平方向的勻強(qiáng)電場，使小球從靜止開始向右運(yùn)動，則向右運(yùn)動的這一過程中（運(yùn)動過程中始終未超

過彈簧的彈性限度）（）

A.小球動能最大時，小球電勢能最小

B.彈簧彈性勢能最大時，小球和彈簧組成的系統(tǒng)機(jī)械能最大

C.小球電勢能最小時，小球動能為零

D.當(dāng)電場力和彈簧彈力平衡時，小球的動能最大

10.如圖所示理想變壓器的副線圈上通過輸電線接兩個相同的燈泡L和Lz,輸電線的等效電阻為R,開

始時電鍵K斷開，當(dāng)K接通后，以下說法正確的是

A.副線圈兩端MN的輸出電壓減小

B.輸電線等效電阻上的電壓增大

C.通過燈泡L的電流減小

D.原線圈中的電流減小

三、實(shí)驗(yàn)題

11.高速公路上的標(biāo)志牌都用"回歸反射膜”，夜間行車時，它能把車燈射出的光逆向返回，這種“回歸

反射膜”是用球體反射元件制成的.如圖，透明介質(zhì)球的球心位于0點(diǎn)，半徑為R,光線DC平行于直徑

胃

AOB射到介質(zhì)球的C點(diǎn)，DC與AB間的距離H=，R.若DC光線進(jìn)入介質(zhì)球折射后，經(jīng)一次反射，再折射后

射出的光線與入射光線CD平行，試作出光路圖，并計(jì)算出介質(zhì)球的折射率.

12.宇航員在一星球表面上高h(yuǎn)處由靜止釋放一個小球，經(jīng)過t時間小球落到星球表面，該星球的半徑為

R,萬有引力常量為G.求

(1)該星球表面的重力加速度g;

(2)該星球的質(zhì)量M.

四、解答題

13.一玻璃三棱柱豎直放在水平桌面上，其底面ABC是邊長a=12cm的等邊三角形，柱高L=12cm現(xiàn)在底

面的中心。處放置一點(diǎn)光源，不考慮三棱柱內(nèi)的反射光，玻璃的折射率為\5,求三個側(cè)面的發(fā)光的總面積。

14.回旋加速器的工作原理如圖甲所示，置于真空中的D形金屬盒半徑為R,兩盒間有狹縫(間距d?R),

勻強(qiáng)磁場與盒面垂直，被加速粒子的質(zhì)量為冽，電荷量為+1,加在狹縫間的交變電壓如圖乙所示，電壓

值的大小為。o,周期為T,與粒子在磁場中的周期相同。一束該種粒子在￡=0~丁/2時間內(nèi)從A處均勻

地飄入狹縫，其初速度視為零.粒子在電場中的加速次數(shù)與回旋半周的次數(shù)相同，假設(shè)能夠出射的粒子每

次經(jīng)過狹縫均做加速運(yùn)動；粒子重力不計(jì)，不考慮粒子在狹縫中的運(yùn)動時間，不考慮粒子間的相互作用.

求：

X

甲乙

(1)勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度B；

(2)粒子從飄入狹縫至動能最大所需的總時間4；

(3)實(shí)際中粒子的質(zhì)量會隨速度的增加而增大，加速后的質(zhì)量搐與原來質(zhì)量加°的關(guān)系:

則①粒子質(zhì)量增加1%后估計(jì)最多還能再加速多少次(需要簡述理由)？②若粒子質(zhì)量最終增加2%,那

么粒子最終速度為光速的多少倍(結(jié)果保留一位有效數(shù)字)？

【參考答案】

一、單項(xiàng)選擇題

題號123456

答案CBCBAD

二、多項(xiàng)選擇題

7.ADE

8.BD

9.BCD

10.BC

三、實(shí)驗(yàn)題

H.G

19(A\2”,9、入，2a爐

12.(1)g=F(2)M=...-

i2Gt2

四、解答題

13.18Jrcm2

271m找B^m,

14.(1)---(2)-----(3)100次；0.2

qrqU0T

高考理綜物理模擬試卷

注意事項(xiàng)：

1.答題前，考生先將自己的姓名、準(zhǔn)考證號填寫清楚，將條形碼準(zhǔn)確粘貼在考生信息條形碼粘貼區(qū)。

2.選擇題必須使用2B鉛筆填涂；非選擇題必須使用0.5毫米黑色字跡的簽字筆書寫，字體工整、筆跡清

楚。

3.請按照題號順序在各題目的答題區(qū)域內(nèi)作答，超出答題區(qū)域書寫的答案無效；在草稿紙、試題卷上答

題無效。

4.保持卡面清潔，不要折疊，不要弄破、弄皺，不準(zhǔn)使用涂改液、修正帶、刮紙刀。

一、單項(xiàng)選擇題

1.2018年10月29日，我國在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心用長征二號丙運(yùn)載火箭成功發(fā)射中法海洋衛(wèi)星，此衛(wèi)星

入軌后在半徑為r的軌道上繞地球做勻速圓周運(yùn)動。已知地球表面的重力加速度大小為g,地球的半徑為

R,則該衛(wèi)星做圓周運(yùn)動的周期為

2.電線是家庭裝修中不可或缺的基礎(chǔ)建材，電線的質(zhì)量直接關(guān)系到用電安全。某型號電線每卷長度為100m,

銅絲直徑為1.6溶防。為檢驗(yàn)其是否采用了導(dǎo)電性能比較差的劣質(zhì)銅，現(xiàn)給整卷電線加上1.50,恒定電壓,

測得通過電線的電流為L2CL4,由此可知此電線所用銅的電阻率約為（）

A.l.VxlO^QwB.2.5x10-80.活C.1.1X10-7QwD.5.0x10^Clm

3.如圖，在勻強(qiáng)電場中有夾角為120°、長度均為2cm的線段AC和CE,B、D分別為AC、CE的中點(diǎn)。將

一電荷量為LOXICT'C的帶正電的點(diǎn)電荷從C點(diǎn)移動到A點(diǎn)的過程中克服電場力撤功2.0X10%,將該點(diǎn)

電荷從C點(diǎn)移動到E點(diǎn)的過程中，電場力做功2.0X10%。c點(diǎn)電勢為零，下列說法正確的是（）

A.勻強(qiáng)電場中B點(diǎn)電勢為TV

B.勻強(qiáng)電場的電場強(qiáng)度大小為HIV/m

3

C.不能夠作出過B點(diǎn)的等勢線

D.將該點(diǎn)電荷沿直線由D點(diǎn)移動到A點(diǎn)，點(diǎn)電荷的電勢能增加3.0X10%

4.如圖，在水平地面的平板小車上放一質(zhì)量m=2kg的滑塊，滑塊與車上右側(cè)擋板同連接水平的輕彈簧，

小車在水平向右的力作用下以a=lm/s2的加速度做勻加速運(yùn)動，運(yùn)動過程中彈簧處于壓縮狀態(tài)，彈力為1N,

滑塊與小車保持相對靜止，現(xiàn)減小外力使小車的加速度逐漸減小到零，則

a.

A.彈簧的彈力逐漸減少

B.滑塊受到的摩擦力保持不變

C.當(dāng)小車加速度為零時，滑塊不受摩擦力作用

D.滑塊與小車仍保持相對靜止

5.如圖所示，興趣小組的同學(xué)為了研究豎直運(yùn)動的電梯中物體的受力情況，在電梯地板上放置了一個壓

力傳感器，將質(zhì)量為4kg的物體放在傳感器上。在電梯運(yùn)動的某段過程中，傳感器的示數(shù)為44N0g取lOm/s?.

對此過程的分析正確的是（）

A.物體受到的重力變大

B.物體的加速度大小為lm/s?

C.電梯正在減速上升

D.電梯的加速度大小為4111/1

6.如圖所示，一端固定在地面上的桿與水平方向夾角為。.將一質(zhì)量為M的滑塊套在桿上，滑塊通過輕

繩懸掛一質(zhì)量為m的小球，桿與滑塊之間的動摩擦因數(shù)為U,先給滑塊一個沿桿方向的初速度.穩(wěn)定后滑

塊和小球一起以共同的加速度沿桿運(yùn)動，此時繩子與豎直方向的夾角為8,且8＞。，不計(jì)空氣阻力.則

滑塊的運(yùn)動情況是（）

A.沿著桿減速下滑

B.沿著桿減速上滑

C.沿著桿加速下滑

D.沿著桿加速上滑

二、多項(xiàng)選擇題

7.住在海邊的小明，跟幾個朋友自駕去某高原沙漠地區(qū)游玩，下列相關(guān)說法正確的是

A.出發(fā)前給汽車輪胎充氣，氣壓不宜過高，因?yàn)槠嚫咚傩旭倳r胎壓會增大

B.小明在下雨時發(fā)現(xiàn)，雨水流過車窗時留有痕跡，說明水對玻璃是浸潤的

C.到了高原地區(qū)，小明發(fā)現(xiàn)，盡管氣溫變化不大，但車上帶的礦泉水瓶變得更鼓脹了，這是瓶內(nèi)空氣壓

強(qiáng)變大的緣故

D.小明發(fā)現(xiàn)在晴天大風(fēng)刮起時，沙漠會黃沙