2026人教（粤）高考物理总复习：光电效应 波粒二象性

第十六章近代物理初步

【课标要求】

1.了解人类探索原子及其结构的历史。知道原子的核式结构模型。通过对氢原子光谱的

分析，了解原子的能级结构。

2.了解原子核的组成和核力的性质。知道四种基本相互作用。能根据质量数守恒和阻荷

数守恒写出核反应方程。

3.了解放射性和原子核的衰变。知道半衰期及其统计意义。了解放射性同位素的应用，知

道射线的危害与防护。

4.认识原子核的结合能.了解核裂变反应和核聚变反应。关注核技术应用对人类牛活和社

会发展的影响。

5.了解人类对物质结构的探索历程。

6.通过实验,了解光电效应现象。知道爱因斯坦光电效应方程及其意义。能根据实验结论

说明光的波粒二象性。

7.知道实物粒子具有波动性，了解微观世界的量子化特征。体会量子论的建立对人们认识

物质世界的影响3

【考情分析】

2024•黑吉辽卷・T8、2024•浙江1月选考卷.T11、

光电效应

2024•海南卷・T8、2023•浙江1月选考卷丁15、2022•河北卷"4

2024•贵州卷“8、2024•重庆卷-T8、2024•江苏卷・T5、

2024•江西卷,T2、2024•安徽卷・T1、2024•浙江6月选考卷•T10、

能级跃迁、2023•辽宁卷T6、2023•山东卷・T1、2023•新课标卷・T16、

光子的动量2023•湖北卷T1、2023•浙江1月选考卷・T15、2023•海南卷・T10、

2023•江苏卷・T14、2023•浙江1月选考卷・T11、2022•广东卷T5、

2022•浙江6月选考卷二7、2022•北京卷・T1、2022・重庆卷・T6

黑体辐射、原子2024•浙江1月选考卷T14、2024•新课标卷・T17、

的核式结构、物2024.湖南卷.T1、2023•浙江6月选考卷・T15、

质波2022•浙江1月选考卷「16

2024•山东卷TI、2024•广西卷了4、2024•北京卷、

2024•浙江6月选考卷,T4、2023•浙江1月选考卷T9、

原子核的衰变、

2023•浙江6月选考卷了5、2023•海南卷・T1、

半衰期

2022•全国甲卷・T17、2022•山东卷・T1、

2022•浙江6月选考卷・T14

2024•福建卷・T1、2024•浙江1月选考卷T7、2024•江苏卷・T3、

2024•全国甲卷巾4、2024•湖北卷T2、2024.河北卷.T1、

核反应、核能2024•广东卷T2、2024•甘肃卷.T1、2024.海南卷.T2、

2023•全国甲卷灯15、2023•全国乙卷TI6、2023•湖南卷T1、

2022•浙江1月选考卷T14、2022・湖北卷・T1、2022•辽宁卷・T2

第1讲光电效应波粒二象性

如图为用紫外线灯照射锌板的实验现象。试分析:

情

境

导

思

⑴看到的现象是什么？说明了什么？

(2)光电子是光子还是电子?

(3)入射光的频率低于金属的截止频率时，还能使金属发生光电效应吗?

(4)光照强度与光子数之间有什么关系?每个光子的能量由谁决定?

•国小题试做

1.(2024♦湖南卷,1)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

固知识构建

IC1康普顿研究石爨对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

2.（2024・广东珠海期末）如图，电路中所有元件完好。当光照射光电管时，灵敏也流表指针没

有偏转，其原因是（）

[A]电源电压较小

[B1入射光的频率太低了

rci入射光的强度太小了

[D]光照的时间太短了

【答案】B

⑴光的强度大T光子数目多T发射光电子多T光电流大。

（2）光子频率高一光子能量大一产生光电子的最大初动能大一遏止电压大。

3.“三个”关系式

（1）爱因斯坦光电效应方程:Woo

（2）最大初动能与遏止电压的关系:如,％2=e八。

（3）逸出功与极限频率的关系:用尸"火。

［例1］【光电效应的规律】（2024.黑吉辽卷,8）（多选）X射线光电子能谱仪是利用X光照射

材料表面激发出光电子，并对光电子进行分析的科研仪器，用某一频率的X光照射某种金

属表面，逸出了光电子，若僧加此X光的强度，则（）

［A|该金属逸出功增大

fB|X光的光子能量不变

［C］逸出的光电子最大初动能增大

［DJ单位时间逸出的光电子数增多

【答案】BD

【解析】金属的逸出功是金属自身的固有属性，仅与金属自身有关，增加此X光的强度，

该金属逸出功不变，故A猎误;根据光子能量公式e=/?v可知,增加此X光的强度,X光的光

子能量不变，根据爱因斯坦光电效应方程反切厂的,可知逸出的光电子最大初动能不变，故

B正确,C错误;增加此X光的强度，单位时间照射到金属表面的光子变多，则单位时间逸出

的光电子数增多，故D正稳。

［例2］【光电效应的电路分析】（2024•海南卷⑻利用如图所示的装置研究光电效应，单刀

双掷开关S接1,用频率为ri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已知电子电荷量为d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］改用频率比vi更大的光照射，调整电流表的示数为零,此时电压表示数仍为5

［CJ具他条件不变，使开关S接2,电流表示数仍为零

[D]光电管阴极材料的薇止频率詈

【答案】D

【解析】由题图可知,当开关S接1时，光电管两端所加电压是反向电压，由eU尸Ek,

4二加「卬。可得,eU尸加广的,其他条件不变时，增大光强,电压表的示数不变,A错误;若改用

频率比V!更大的光照射时，由于金属的逸出功不变，可程遏止电压变大，即调整电流表的示

数为零，此时电压表示数大于S,B错误;其他条件不变时，当开关S接2时，光电管两端所加

电压是正向电压，且电流表示数不为零,C错误油eUi=6「Wo,Wo=/n，c可得,光电管

阴极材料的截止频率为匕71-华.D正确。

n

考点二光电效应的图像

光电效应的四类图像

图像由图线直接(间接)

图线形状

名称得到的物理量

段(1)极限频率心：图线与V轴交点的横坐标。

最大初动能反与入射(2)逸出功Wo：图线与反轴交点的纵坐标的绝

光频率V的关系3对值，即W产卜凶二E。

(3)普朗克常量〃:图线的斜率，即k=h

(1)极限频率%：图线与横轴交点的横坐标。

(2)遏止电压4：随入射光频率的增大而理大。

U.

遏止电压”与入射光J(3)普朗克常量/?:等于图线的斜率与电子电荷

频率V的关系J匕y量的乘积，即〃=ke°

(4)逸出功1%：图线与&轴交点的纵坐标的绝

对值与电荷量的乘积，即Wo=eUm

黄光(1)遏止电压d1、«2。

颜色不同时，光电流与光

蓝(2)饱和电流。

电压的关系ZL琳

⑶最大初动能Ek]=eUc]^2=eUc2

颜色相同、强度不同「翼光(黄)(1)遏止电压优：图线与横轴交点的横坐标。

G弱光(黄)

的光，光电流与电压的(2)饱和电流1ml、1m2：光电流的最大值。

关系JL(3)最大初动能E=eU

a。~ukc

［例3］【反一，图像】某同学在研究某金属的光电效应现象时，发现该金属逸出光电子的

最大初动能以与入射光频率y的关系如图所示。若图线在横、纵坐标轴上的截距分别为

。和-"已知电子所带电荷量为e,由图线可以得到（）

［A1该金属的逸出功为。

［B）截止频率为〃

［CJ普朗克常量为蓝

［D］当入射光的频率为2a时,逸出光电子的最大初动能为b

【答案】D

【解析】根据Ek=hv~Wo,并结合图像得1%=力,/?=2%="故A、B、C错误;当入射光的频率

a

为2a时，逸出光电子的最大初动能为&=〃厂卬0=幺2々-氏儿故D正确。

a

［例4］【UT图像】（2022•河北卷,4）如图是密立根于1916年发表的钠金属光电效应的遏

止电压■与入射光频率》，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睑测定了普朗克常量爪由图像可知（）

［A1钠的逸出功为加c

fB］钠的截止频率为8.5X10M取

［C］图中直线的斜率为普朗克常量力

［D］遏止电压上与入射光频率v成正比

【答案】A

[解析】根据遏止电压与最大初动能的关系有eUc二以max,根据光电效应方程有Ekmzx二

/iv-Wo,结合题图像可知，当“为0时，解得Wo二6c,A正确;钠的截止频率为心根据图像可

知,截止频率小于（）错误;结合遏止电压与光电效应方程可解得可知

8.5xlHHz,Bee

题图中直线的斜率表示2C错误;根据遏止电压与入射光的频率关系式可知，遏止电压u

ec

与入射光频率v呈线性关系,不是成正比,D错误。

[例5]H-U图像】（2024.广东湛江二模）光伏发电是提供清洁能源的方式之一，光伏发电

的原理是光电效应。演示光电效应的实验装置如图甲所示,a、b、c三种光照射光电管得

到的三条电流表与电压表示数之间的关系曲线如图乙所示，下列说法正确的是（）

[A]若b光为绿光，则a光可能是紫光

[B]a光照射光电管发出光电子的最大初动能一定小于b光照射光电管发出光电子的最大

初动能

[C]单位时间内a光照射光电管发出的光电子比c光照射光电管发出的光电子少

IDJ若用强度相同的a、b光照射该光电管,则单位时间内逸出的光电子数相等

【答案】B

[解析】由光电效应方程Ek=hv-Wo及e，=Ek,解得eUc=hv-Wo,即光束照射同一块金属

时只要遏止电压一样，入射光的频率就一样,遏止电压越大，入射光的频率越大，可知a光和

c光的频率一样，且均小于b光的频率，若b光为绿光，则a光不可能是紫光，选项A错炭;由

题图乙可知41>42,根据Ek=eUc可知,a光照射光电管发出光电子的最大初动能小于b光

照射光电管发出光电子的最大初动能，选项B正确;对于a、c两束频率相同的光来说，入射

光越强，单位时间内发射的光电子数越多，则单位时间内a光照射光电管发出的光电子比c

光照射光电管发出的光电子多，选项C错误;对a、b两束不同频率的光来说,光强相同时单

位时间内照射到光电管单位面积上的光子的总能量相等，因为b光的光子频率较高，每个

光子的能量较大，所以单位时间内照射到光电管单位面积上的光子数较少,即单位时间内

发出的光电子数较少，选项D错误。

考点三光的波粒二象性物质波

1.对光的波粒二象性的理解

从数量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

上看动性

从频率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

上看显著，越不容易看到光的干涉和衍射现象,贯穿本领越强

从传播与

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出粒子性

作用上看

波动性与由光子的能量£=6、光子的动量表达式〃《也可以看出,光的波动性和粒子性

粒子性的并不矛盾，表示粒子性的粒子能量和动量的计算式中都含有表示波的特征的

统一物理量——频率U和波长2

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2=2〃为

运动物体的动量上为普朗克常量。

［例6］【波粒二象性】关于光的波粒二象性，下列说法正确的是（）

［AJ光既具有波动性,又具有粒子性，这是互相矛盾和对立的

［B］光的波动性类似于机械波，光的粒子性类似于质点

rci大量光子才具有波动性，个别光子只具有粒子性

［D］由于光既具有波动性，又具有粒子性，无法只用其中一种去说明光的一切行为，只能认

为光具有波粒二象性

【答案】D

【解析】光既具有粒子性，又具有波动性,大量的光子波动性比较明显，个别光子粒子性比

较明显.并不矛盾和对立.故A、C错误:光是概率波,不同于机械波，光的粒子性也不同于质

点，即单个光子既具有粒子性也具有波动性，故B错误;由于光既具有波动性，又具有粒子性,

即光的波动性与粒子性是光子本身的一种属性，故无法只用其中一种去说明光的一切行

为,只能认为光具有波粒二象性，故D正确。

［例7］【物质波】中科院暗物质粒子探测卫星“悟空”的探测成果在《自然》杂志上在线

发表:宇宙空间中存在着质量为〃人动能为Ek的新物理粒子，科学家推测，它可.能就是暗物

质。普朗克常量为从根据以上信息，这种新物理粒子的物质波的波长为（）

IA］噂［B］空

©焉［D］标

【答案】D

【解析】新物理粒子的波长为/>.=；,新物理粒子的动量为〃=〃?v,新物理粒子的动能为

民二刎\基联.解得上品做选D。

A课时作业

（满分:60分）

国基础对点练

对点I.光电效应的规律及应用

1.（4分）（2024・广东揭阳期末）硅光电池是利用光电效应将光辐射的能量转化为电能的装置。

下列关于光电效应的说法正确的是（）

［A1光电效应表明光具有波动性

［B］只要光照足够强,任何频率的光都可以引起光电效应

［C］只要频率足够大，光照强度较弱的光也可以引起光电效应

ID］光电子的最大初动能与光的频率成正比

【答案】C

【解析】光电效应表明光具有粒子性，故A错误;低于极限频率•的光，光照足够强也不可以

引起光电效应，故B错误;只要光频率大于金属的极限频率，光照强度较弱的光也可以引起

光电效应，故C正确;由光电效应方程®=/7厂Wo,知光电子的最大初动能与光的频率不成正

比，故D错误。

2.（4分）某科技小组用如图所示的电路研究“光电效应”现象，现用频率为v的红光照射光电

管，有光电子从K极逸出。下列说法正确的是（）

IA］使用蓝光照射比红光照射需要克服的逸出功更大

[B]仅增大入射光的强度，从K极逃逸出的电子的最大初动能可能增大

[C]当滑动变阻器的滑片从左向右滑动时,电流表示数可能先增大后保持不变

[D1将电源正负极反接后当滑动变阻器的滑片从左向右滑动时，电流表示数不变

【答案】C

【解析】逸出功由金属材料本身决定，金属一定，逸出功一定，可知，使用蓝光照射与红光照

射需要克服的逸出功相等，故A错误;根据光也效应方程有4皿=6-卬。,光曲子的最大初

动能由入射光的频率与逸出功共同决定,仅增大入射光的强度，从K极逃逸出的电,子的最

大初动能不变，故B错误;题图中电压为加速电压，当滑动变阻器的滑片从左向右滑动时，

加速电压逐渐增大,电流逐渐增大，当达到饱和电流后，电流保持不变,即电流表示数可能先

增大后保持不变，故C正确;将电源正负极反接后，所加电压为减速电压，当滑动变阻器的滑

片从左向右滑动时,电流先减小，当电压达到遏止电压后,电流为0,即电流表示数先减小后

不变.故D错误。

3.（11分）如图所示,当开关S断开时，用光子能量为2.5eV的一束光照射阴极K,发现电流

表读数不为。。合上开关、调节滑动变阻器，发现当电压表读数小于0.8V时,电流表读数仍

不为0:当电压表读数大于或等于0.8V时,电流表读数为0o求:（计算结果用eV为单位）

（1）此时光电子的最大初动能的大小；

（2）该阴极材料的逸出功。

【答案】（1）0.8eV（2）1.7eV

【解析】（1）设用光子能量为2.5eV的光照射时，光也子的最大初动能为反,阴极材料逸出

功为W（）,当反向电压达到80.80V时，具有最大初功能的光电亍刚好达不到阳极，因此

eU=Ek,

解得&=0.8eVo

⑵由光电效应方程Ek=//v-Wo,

解得W（）=1.7eVo

对点2.光电效应的图像

4.（4分）如图甲所示，闭合开关，通过调节入射光频率和改变滑动变阻器的滑片位置,使得理

想微安表的读数刚好为。，得到理想电压表的示数a随着入射光频率丫的变化图像如图乙

所示。测得直线的斜率为攵、横截距为心电子所带电荷量的绝对值为。，则（）

[A1图甲中。端为电源正极

[B|K板的逸出功为ho

[Cl普朗克常量为上

[D]图乙中纵截距的绝对值为公。

【答案】D

【解析】由题意可知，光电管加反向电压，则题图甲中。端为电源负极，选项A错误;根据

光电效应方程可知eU=^inv2=hv-W（）,即“；二也-%,由图像可知"肥的=八（）,则K板的逸出

c2meeee

功为W（产以外普朗克常量为/?二M,题图乙中纵载距的绝对值为人，0,选项D正确,B、C错误。

5.（4分）如图甲所示,三个不同光源a、b、c照射光电管阴极K发生光电效应，测得电流随

电压变化的图像如图乙所示。下列说法正确的是（）

[A]a>c光源频率相同

[B]a、c发光强度相同

[C]b照射时K的逸出功减小

IDJ增大正向电压，电流一直增大

【答案】A

【解析】根据6a二%尸6-死,可知，入射光的频率越高，对应的遏止电压《越大,由题图

乙可知,a光、c光的遏止电压相等，所以a、c发出的光频率相同，故A正确;同种频率的光,

光强越大，饱和电流越大,a光和c光的频率相同,a光对应的饱和电流大于c光对应的饱和

电流，所以a光的光强大于c光的光强，故B错误;K的逸出功仅与K的材料有关，与照射光

的频率无关，故C错误;随着电压的增大，电流达到饱和巳流值后不再增大，故D错误。

对点3.光的波粒二象性物质波

6.（4分）图甲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。图乙是1927年戴维森和G.P.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，下列说法正确的是（）

7个光子300吐光子700蜂光子

甲

电

子3

束

［A］图甲这些照片说明光只有粒子性没有波动性

［B］图甲这些照片说明光只有波动性没有粒子性

［C］图乙中该实脸再次说明光子具有波动性

ID］图乙中该实验说明实物粒子具有波动性

【答案】D

【解析】光具有波粒二象性，题图甲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;题图乙是电子束的衍射实脸，证明实物粒子具有波动性，而不是光子，故

C错误,D正确。

7.（4分）一个德布罗意波长为力的中子和另一个德布罗意波长为处的冗核同向正碰后结合

成一个旅核，该旅核的德布罗意波长为（）

［A］沿［B］然

人I十人2人I42

rrxi

【答案】A

【解析】中子的动量泉核的动量P2=3对撞后形成的氟核的动量〃3=〃2+〃1，所以前

人1

核的德布罗意波长为3台簧，故A正确,B、C、D错误。

国综合提升练

8.（6分）（多选）关于光电效应，下列说法正确的是（

|A］在图I的光电效应实验中，光电子从锌板逸出，验电器带正电

IB］图2中光电子的最大初动能反甲二反丙〈反乙,三种光的频率关系是vH-=V«>vz,

［C|由图3可知钠的逸出功小于钙的逸出功

［D］由图4可知，若某一频率的光可以使甲金属发生光电效应，则一定也能使乙金属发生

光电效应

【答案】AC

【解析】在题图1的光电效应实验中，光电子从锌板选出，锌板带正电，故脸电器带正电,

故A正确;根据光电效应方程和动能定理可得反=6T%,Ek=eUc,题图2中甲、丙对应的遏

止电压相等，乙的遏止电压最大，则光电子的最大初动能反产反丙〈反乙，甲、乙、丙三种光

的频率关系是u产\，«<v5故B错误;根据”由邀图3可知钠的逸出功小于钙的逸

ee

出功，故C正确;根据光电效应方程可得反=6，-Wo,由题为4可知甲金属的逸出功小于乙金

属的逸出功，则某一频率的光可以使甲金属发生光电效应，该光的频率不一定大于乙金属

的截止频率，所以不一定能使乙金属发生光电效应，故D错误。

9.（6分）（2022•浙江1月选考卷,16）（多选）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1.2x10