波粒二象性（解析版）-2025年高考物理二轮复习

专题22波粒二象性

考点愿型归纳

一、能量的量子化与黑体辐射的实验规律...............2

二、光电效应的规律..................................4

三、爱因斯坦光电效应方程及其应用...................9

四、康普顿效应与光子动量...........................12

五、物质的波粒二象性...............................16

专题一能量的量子化与黑体辐射的实验规律

h

1.（2021•河北•高考真题）普朗克常量/Z=6.626X10-34J.S,光速为如电子质量为明,则一

叫c

在国际单位制下的单位是（）

A.J/sB.mC.JmD.m/s

【答案】B

h

【详解】根据一可得它们的单位为：

JsN-m-skgm/s2ms

----------===m

kgm/skg-rn/s-----kgm/s

故选B。

2.（2024•浙江金华•二模）下列说法正确的是（）

A.黑体辐射电磁波的强度随波长的分布仅与黑体的温度有关

B.强子是参与强相互作用的粒子，因而质子、中子和电子都属于强子

C.液晶具有旋光性，加电场时偏振光被液晶层旋光呈现亮态

D.物理学中，反映宏观自然过程的方向性的定律就是热力学第二定律

【答案】AD

【详解】A.黑体辐射随着波长越短温度越高则辐射越强，所以黑体辐射电磁波的强度随波

长的分布只与黑体的温度有关，故A正确；

B.物体间的相互作用力分为四种，其中有一种是强相互作用力，它是发生在强子之间的作

用力，质子和中子都是强子，而电子属于轻子，故B错误；

C.加电场后，原来扭曲排列的液晶分子变为垂直平行排列，液晶分子沿电场方向竖起，透

过第一块偏振片的偏振光通过液晶层时不再发生旋光，到达出射端的偏振片时，透光轴与

出射光的偏振方向垂直，光被截止，呈现暗态，故C错误；

D.热力学第二定律是物理学中反映宏观自然过程方向性的定律。它描述了热量传递、能量

转换等自然过程的方向性，即这些过程总是朝着某个特定的方向进行，而无法逆向进行，故

D正确。

故选ADo

3.（2024•江西景德镇•二模）2024年是量子力学诞生一百周年，量子力学已经对多个领域产

生了深远的影响，包括物理学、化学、计算机科学、通信技术和生物学，量子力学已成为现

代科学的重要基石之一。下列关于量子力学创立初期的奠基性事件中说法正确的是（）

A.黑体辐射电磁波的强度的极大值随着温度的降低向波长短的方向移动

B.发生光电效应时，逸出光电子的最大初动能与入射光的频率成一次函数关系

C.根据玻尔原子理论，氢原子由高能级向低能级跃迁时，只能吸收特定频率的光

D.康普顿效应证实了光子具有动量，波长越长动量越大

【答案】B

【详解】A.黑体辐射电磁波的强度的极大值随着温度的降低向波长长的方向移动，A错误;

B.根据光电效应方程

Ek=hv-W

可知发生光电效应时，溢出光电子的最大初动能与入射光的频率成一次函数关系，不是正比

关系，B正确；

C.根据玻尔原子理论，氢原子由高能级向低能级跃迁时，只能放出特定频率的光，C错误;

D.康普顿效应证实了光子具有动量，根据

h

p=—

A

可知波长越长，动量越小，D错误。

故选Bo

4.（2021・浙江・高考真题）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

【答案】C

【详解】量子是不可分割的最小的单元，体现了物质的不连续性，即通常所说的“量子化”。

故选Co

专题二光电效应的规律

5.（2024•海南・高考真题）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,

用频率为匕的光照射光电管，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

数为以，已知电子电荷量为e,普朗克常量为〃，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.改用比匕更大频率的光照射，调整电流表的示数为零，此时电压表示数仍为G

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匕=匕-学

h

【答案】D

【详解】A.当开关S接1时，由爱因斯坦光电效应方程

吗=牝-%

故其他条件不变时，增大光强，电压表的示数不变，故A错误；

B.若改用比匕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5，故B错误;

C.其他条件不变时，使开关S接2,此时

hv^>WQ

可发生光电效应，故电流表示数不为零，故C错误；

D.根据爱因斯坦光电效应方程

吟=牝一%

其中

%=牝

联立解得，光电管阴极材料的截止频率为

故D正确。

故选D。

6.（2025,内蒙古•二模）如图，不带电的锌板经紫外线短暂照射后，其前面的试探电荷《受

到了斥力，贝U（）

A.q带正电

B.q远离锌板时，电势能减小

C.可推断锌原子核发生了B衰变

D.用导线连接锌板前、后表面，q受到的斥力将消失

【答案】AB

【详解】A.用紫外线短暂照射锌板时，锌板发生了光电效应，电子从锌板中逸出，锌板失

去电子带正电，由于试探电荷q受到了斥力，故q带正电，故A正确；

B.q远离锌板时，电场力做正功，电势能减小，故B正确；

c.原子核发生B衰变是自发的，故c错误；

D.用导线连接锌板前、后表面，锌板仍带正电，则4受到的斥力不会消失，故D错误。

故选AB。

7.（2024•全国•二模）太阳能电池发电的原理主要是半导体的光电效应，太阳能硅晶片中，

P型半导体中含有较多的空穴（可视为正电荷），而N型半导体中含有较多的电子。当能量

等于线、波长为彳的光子打在太阳能硅晶片上时，太阳能硅晶片吸收一个光子恰好产生一

对自由电子和空穴，电子一空穴对从太阳能硅晶片表面向内迅速扩散，在结电场的作用下,

最后建立一个与光照强度有关的电动势，工作原理如图所示。太阳光照强度越大，太阳能硅

晶片单位时间内释放的电子越多，若光速为C,则（）

B.太阳能硅晶片内部电流方向从下极板流向上极板

C.继续增大太阳光照强度，上下电极间的电势差不会变化

D.用能量为纭的光子照射太阳能硅晶片，电子和空穴的最大初动能为零

【答案】D

【详解】A.根据

E=h-

g

可以得出普朗克常量

C

A错误;

B.由题图可知发生光电效应时，太阳能硅晶片中电子向上极板移动，空穴向下极板移动,

所以太阳能硅晶片内部电流方向从上极板流向下极板，B错误;

C.继续增大太阳光照强度，太阳能硅晶片单位时间内释放的电子越多，上下电极间电势差

越大，C错误;

D.用能量为4的光子照射太阳能硅晶片，恰好发生光电效应，4即为逸出功，电子和空

穴的最大初动能为零，D正确。

故选D。

8.（2024•浙江•高考真题）如图所示，金属极板M受到紫外线照射会逸出光电子，最大速率

为%。正对M放置一金属网N,在M、N之间加恒定电压U。已知M、N间距为d（远小

于板长），电子的质量为加，电荷量为e,则（）

A.M、N间距禺增大时电子到达N的动能也增大

B.只有沿x方向逸出的电子到达N时才有最大动能

C.电子从M到N过程中y方向位移大小最大为%d

2

D.M、N间加反向电压❷时电流表示数恰好为零

4e

【答案】C

【详解】AB.根据动能定理，从金属板M上逸出的光电子到到达N板时

eU=Ek,n--mVl

则到达N板时的动能为

12

eU+mV

段“=~m

与两极板间距无关，与电子从金属板中逸出的方向无关，选项AB错误；

C.平行极板M射出的电子到达N板时在y方向的位移最大，则电子从M到N过程中y方

向最大位移为

1Ue2

=------1

2dm

解得

选项C正确；

D.M、N间加反向电压电流表示数恰好为零时，则

n12

eUc=-mvm

解得

U些

c2e

选项D错误。

故选C。

9.（2023・辽宁・高考真题）原子处于磁场中，某些能级会发生劈裂。某种原子能级劈裂前后

的部分能级图如图所示，相应能级跃迁放出的光子分别设为①②③④。若用①照射某金属表

面时能发生光电效应，且逸出光电子的最大初动能为则（）

A.①和③的能量相等

B.②的频率大于④的频率

C.用②照射该金属一定能发生光电效应

D.用④照射该金属逸出光电子的最大初动能小于民

【答案】A

【详解】A.由图可知①和③对应的跃迁能级差相同，可知①和③的能量相等，选项A正确;

B.因②对应的能级差小于④对应的能级差，可知②的能量小于④的能量，根据石=加可知

②的频率小于④的频率，选项B错误；

C.因②对应的能级差小于①对应的能级差，可知②的能量小于①，②的频率小于①，则若

用①照射某金属表面时能发生光电效应，用②照射该金属不一定能发生光电效应，选项C

错误；

D.因④对应的能级差大于①对应的能级差，可知④的能量大于①，即④的频率大于①，因

用①照射某金属表面时能逸出光电子的最大初动能为七,根据

Ekm=〃已一少逸出功

则用④照射该金属逸出光电子的最大初动能大于Ek,选项D错误。

故选Ao

专题三爱因斯坦光电效应方程及其应用

10.（2024・江西・高考真题）近年来，江西省科学家发明硅衬底氮化线基系列发光二极管，

开创了国际上第三条LED技术路线。某氮化钱基LED材料的简化能级如图所示，若能级差

为2.20eV（约3.52xl0"j），普朗克常量人=6.63*10-34",则发光频率约为（）

2.20eV

----------Eh

A.6.38X1014HZB.5.67X1014HZC.5.31X1014HZD.4.67X1014HZ

【答案】C

【详解】根据题意可知，辐射出的光子能量£=3.52X10FJ,由光子的能量g=切得

V=-=5.31X1014HZ

h

故选C。

11.（2021•江苏•高考真题）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

截止频率匕＜%，保持入射光不变，则光电子到达N极时动能的最大值&“随电压U变化关

系的图像是（）

【答案】c

【详解】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/极

时动能的最大值

Ehn=Ue+hv-hv截止

可知&„-U图像的斜率相同，均为e；截止频率越大，则图像在纵轴上的截距越小，因匕＜%,

则图像C正确，ABD错误。

故选C。

12.（2024・江苏•高考真题）在某原子发生的跃迁中，辐射如图所示的4种光子，其中只有

一种光子可使某金属发生光电效应，是（）

【详解】根据光电方程可知当只有一种光子可使某金属发生光电效应，该光子对应的能量最

大，根据图中能级图可知跃迁时对应波长为4的光子能量最大。

故选c。

13.（2021・海南•高考真题）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

动能为线，已知该金属的逸出功为明,普朗克常量为九根据爱因斯坦的光电效应理论，

该单色光的频率为（)

A.2B."C.—D.9

hhhh

【答案】D

【详解】根据爱因斯坦的光电效应方程可知

hv=W0+Ek

解得该单色光的频率为

h

故选D。

14.（2022・河北•高考真题）如图是密立根于1916年发表的钠金属光电效应的遏止电压4与

入射光频率口的实验曲线，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鼠由图像可知（）

“UN

3.5-0

3.0-

5匕6789101112v/10l4Hz

A.钠的逸出功为力匕B.钠的截止频率为8.5x1014枚

C.图中直线的斜率为普朗克常量D.遏止电压4与入射光频率y成正比

【答案】A

【详解】A.根据遏止电压与最大初动能的关系有

eUc=Ekm;

根据电效应方程有

当结合图像可知，当6为0时，解得

Wo=hvc

A正确；

B.钠的截止频率为联根据图像可知，截止频率小于&5xIO"*Hz，B错误；

C.结合遏止电压与光电效应方程可解得

Uc=-V-^

ee

可知，图中直线的斜率表示“，c错误；

e

D.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，D错误。

故选Ao

专题四康普顿效应与光子动量

15.（2024・贵州•高考真题）我国在贵州平塘建成了世界最大单口径球面射电望远镜FAST,

其科学目标之一是搜索地外文明。在宇宙中，波长位于搜索地外文明的射电波段的辐射中存

在两处较强的辐射，一处是波长为21cm的中性氢辐射，另一处是波长为18cm的羟基辐射。

在真空中，这两种波长的辐射相比，中性氢辐射的光子（）

A.频率更大B.能量更小C.动量更小D.传播速度更大

【答案】BC

【详解】D.所有光波在真空中传播的速度相同，都是c,D错误；

ABC.由光子频率与波长公式口=£,能量公式£=和，动量与波长公式p=g可知，波长

ZA

更长，频率更小，能量更小，动量更小，A错误，BC正确。

故选BCo

16.（2022・浙江•高考真题）如图为氢原子的能级图。大量氢原子处于〃=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

()

n£/eV

00---------------------------0

5----------------------0.54

4----------------------0.85

3----------------------1.51

2----------------------3.40

1---------------------13.6

A.逸出光电子的最大初动能为10.80eV

B.n=3跃迁到n=\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，氢原子跃迁到片4激发态

【答案】B

【详解】A.从〃=3跃迁到”=1放出的光电子能量最大，根据

Ek=E-W0

可得此时最大初动能为

Ek=9.8eV

故A错误；

B.根据

hhv

E=hv

又因为从〃=3跃迁到〃=1放出的光子能量最大，故可知动量最大，故B正确；

C.大量氢原子从n=3的激发态跃迁基态能放出C；=3种频率的光子，其中从片3跃迁到片2

放出的光子能量为

\Ek=3.4eV-1.51eV=1.89eV<2.2eV

不能使金属钠产生光电效应，其他两种均可以，故C错误；

D.由于从篦=3跃迁到力=4能级需要吸收的光子能量为

\E=1.51eV-0.85eV=0.66eV0.5eV

所以用0.85eV的光子照射，不能使氢原子跃迁到"=4激发态，故D错误。

故选Bo

17.（2024・湖南・高考真题）量子技术是当前物理学应用研究的热点，下列关于量子论的说

法正确的是（)

A.普朗克认为黑体辐射的能量是连续的

B.光电效应实验中，红光照射可以让电子从某金属表面逸出，若改用紫光照射也可以

让电子从该金属表面逸出

C.康普顿研究石墨对X射线散射时，发现散射后仅有波长小于原波长的射线成分

D.德布罗意认为质子具有波动性，而电子不具有波动性

【答案】B

【详解】A.普朗克认为黑体辐射的能量是一份一份的，是量子化的，故A错误；

B.产生光电效应的条件是光的频率大于金属的极限频率，紫光的频率大于红光，若红光能

使金属发生光电效应，可知紫光也能使该金属发生光电效应，故B正确；

C.石墨对X射线的散射过程遵循动量守恒，光子和电子碰撞后，电子获得一定的动量，光

h

子动量变小，根据2=一可知波长变长，故c错误；

P

D.德布罗意认为物质都具有波动性，包括质子和电子，故D错误。

故选B。

18.（2020・浙江•高考真题）如图所示，波长为乙和4的两种单色光射入三棱镜，经折射后

射出两束单色光a和6,则这两束光（）

A.照射同一种金属均有光电子逸出，光电子最大初动能石％〉々〃

B.射向同一双缝干涉装置，其干涉条纹间距

C.在水中的传播速度为＜为

D.光子动量p。＜Pb

【答案】BD

【详解】A.根据光路图可知三棱镜对6光的偏折程度更大，所以6光折射率大，频率高,

波长短。根据光电效应方程:

hv=WQ+EK

因为为>匕，所以EK/,>EK«,故A错误；

B.根据双缝干涉条纹间距公式：

\x=­

d

因为4>4，所以Ax.>Ax”故B正确；

C.介质中传播速度：

c

V=—

n

因为%>"“，所以%>%，故C错误；

D.根据光子动量的公式：

h

p=—

A

因为A,>4，所以PPP”,故D正确。

故选BD.

19.(2023・江苏•高考真题)“夸父一号”太阳探测卫星可以观测太阳辐射的硬X射线。硬X

射线是波长很短的光子，设波长为2。若太阳均匀地向各个方向辐射硬X射线，卫星探测

仪镜头正对着太阳，每秒接收到N个该种光子。已知探测仪镜头面积为S,卫星离太阳中心

的距离为凡普朗克常量为肌光速为c,求：

(1)每个光子的动量p和能量E；

(2)太阳辐射硬X射线的总功率尸。

,hc4兀I^Nhc

【答案】(1)P=~>E=h—^(2)-------------

2ASA

【详解】(1)由题意可知每个光子的动量为

h

p=—

A

每个光子的能量为

E=hv=h—

A

(2)太阳均匀地向各个方向辐射硬X射线，根据题意设/秒发射总光子数为"，则

n_4»R2

tNS

可得

4兀R2Nt

n=------

S

所以，秒辐射光子的总能量

”,l,7。4^7?2Nthc

W=Er=nh-=-------------

2SA

太阳辐射硬X射线的总功率

2

nW^RNhc

~~~~S2-

专题五物质的波粒二象性

20.（2022・江苏•高考真题）上海光源通过电子-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

【答案】B

【详解】AB.根据E=/zv可知光子的能量增加后，光子的频率增加，又根据

v

可知光子波长减小，故A错误，B正确；

CD.根据

可知光子的动量增加；根据光速不变原理可知，光子速度不变，故CD错误。

故选B。

21.（2022・浙江•高考真题）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1.2xl0-23kg-m/s,然后让它们通过双缝打到屏上。己知电子质

量取9.”10-3堀，普朗克常量取6.6X10-34J.S,下列说法正确的是（）

A.发射电子的动能约为8.0xi0-i5j

B.发射电子的物质波波长约为5.5xlO-Um

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

【答案】BD

【详解】A.根据动量的大小与动能的关系可知发射电子的动能约为

尸(1.2x10”

b8.0x10-17J

2m2x9.1x103

故A错误;

B.发射电子的物质波波长约为

6.6x10-34

mss5.5x10~"m

P1.2x10-23

故B正确;

CD.物质波也具有波粒二象性，故电子的波动性是每个电子本身的性质，则每个电子依次

通过双缝都能发生干涉现象，只是需要大量电子显示出干涉图样，故C错误，D正确；

故选BD-

22.（2013・江苏•高考真题）如果一个电子的德布罗意波长和一个中子的相等，则它们相等

的是（）

A.速度B.动能C.动量D.总能量

【答案】C

【详解】根据

h

p=—

A

知，如果一个电子的德布罗意波长和一个中子的相等，则它们的动量相等。

故选C。

23.（2022・湖南•高考真题）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

【答案】C

【详解】A.波尔的量子化模型很好地解释了原子光谱的分立特征，A错误；

B.玻尔的原子理论成功的解释了氢原子的分立光谱，但不足之处，是它保留了经典理论中

的一些观点，如电子轨道的概念，还不成完全揭示微观粒子的运动规律，B错误；

C.光电效应揭示了光的粒子性，C正确；

D.电子束穿过铝箔后的衍射图样，证实了电子的波动性，质子、中子及原子、分子均具有

波动性，D错误。

故选C。

24.(2023・浙江・高考真题)有一种新型光电效应量子材料，其逸出功为印。。当紫外光照射

该材料时，只产生动能和动量单一的相干光电子束。用该电子束照射间距为d的双缝，在与

缝相距为工的观测屏上形成干涉条纹，测得条纹间