第1讲　光电效应和波粒二象性

第1讲光电效应和波粒二象性高中总复习·物理目录01立足”四层”·夯基础02着眼“四翼”·探考点03聚焦“素养”·提能力04培养“思维”·重落实概念公式定理立足“四层”·夯基础

黑体辐射

能量子1.

热辐射（1）定义：一切物体都在

电磁波，这种辐射与物体

的

有关，所以叫热辐射。（2）特点：热辐射强度按波长的分布情况随物体

⁠的不同而有所

不同。辐射

2.

黑体、黑体辐射的实验规律（1）黑体：能够

入射的各种波长的电磁波而不发生

⁠

的物体。（2）黑体辐射的实验规律①对于一般材料的物体，辐射电磁波的情况除与

有关外，还与材

料的

及表面状况有关。②黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的

有关。随着温

度的升高，一方面，各种波长的辐射强度都有

，另一方面，辐射

强度的极大值向波长较

的方向某著名企业，如图所示。完全吸收

反射

种类

增加

短

3.

能量子（1）定义：普朗克认为，当带电微粒辐射或吸收能量时，只能辐射或

吸收某个最小能量值ε的

倍，这个不可再分的最小能量值ε叫

作能量子。（2）大小：ε＝

，其中ν是带电微粒吸收或辐射电磁波的频率，h称

为普朗克常量（一般取h＝6.63×10－34

J·s）。整数

hν

光电效应1.

光电效应及其规律（1）光电效应现象在光的照射下，金属中的

从表面逸出的现象，发射出来的电子叫

作

⁠。（2）光电效应的产生条件入射光的频率

金属的极限频率。电子

光电子

大于

①每种金属都有一个极限频率，入射光的频率必须

⁠这个极限频率

才能产生光电效应。②光电子的最大初动能与入射光的

无关，只随入射光频率的增大

而

⁠。③光电效应的发生几乎是

的，一般不超过10－9

s。④当入射光的频率大于极限频率时，饱和电流的大小与入射光的强度

成

⁠。大于

强度

增大

瞬时

正比

（3）光电效应规律2.

爱因斯坦光电效应方程（1）表达式：Ek＝hν－W0。（2）物理意义：金属中的电子吸收一个光子获得的能量是hν，在这些能量

中一部分大小为W0的能量被电子用来脱离金属，剩下的是逸出后电子

的

⁠。（3）逸出功W0：电子从金属中逸出所需做功的

⁠。初动能

最小值

波粒二象性1.

康普顿效应和光子的动量在散射的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。康普顿效应说明光子不仅具有能量，而且

具有

⁠。动量

2.

光的波粒二象性（1）光的干涉、衍射、偏振现象说明光具有

性。（2）光电效应和康普顿效应说明光具有

性。（3）

，即光具有波粒二象性。（4）光子的能量ε＝

，光子的动量p＝

⁠。波动

粒子

光既具有波动性，又具有粒子性

hν

3.

物质波（1）1924年，法国物理学家德布罗意提出：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，这种波叫作物质波，也

叫

波。所以实物粒子也具有波粒二象性。

德布罗意

1.

黑体能够反射各种波长的电磁波，但不会辐射电磁波。

（

×

）2.

光子和光电子都是实物粒子。

（

×

）3.

只要入射光的强度足够强，就能发生光电效应。

（

×

）4.

光的波长越长，越容干涉和衍射现象。

（

√

）5.

光电效应、康普顿效应都说明光具有粒子性，说明光的波动说是错误

的。

（

×

）×××√×

1.

〔多选〕（人教版选择性必修第三册，P68图4.1－2改编）如图所示，

画出了四种黑体辐射的强度与波长的关系图像，由图像可以看出，

随着升高，下列说法正确的是（

）A.

各种波长的辐射强度都有增加B.

只有波长短的辐射强度增加C.

辐射强度的极大值向波长较短的方向某著名企业D.

辐射强度仍然是随波长的增大而先增大再减小√√√解析：

由题给图像可以看出，随着升高，各种波长的辐射强

度都有增加，且辐射强度的极大值向波长较短的方向某著名企业，故B错误，A、

C正确；随着升高，黑体的辐射强度仍然是随波长的增大而先增大

再减小，故D正确。2.

〔多选〕（人教版选择性必修第三册P71“问题”改编）如图所示，用

导线把不带电的验电器与锌板相连接，当用紫外线照射锌板时，发生的现

象是（

）A.

有光子从锌板逸出B.

有电子从锌板逸出C.

验电器指针个角度D.

锌板带负电√√解析：

用紫外线照射锌板时，锌板里的电子吸收紫外线的能量从锌板

表面逸出，称之为光电子，故A错误，B正确；锌板与验电器相连，带有相

同电性的电荷，锌板失去电子带正电，且失去的电子越多，带正电的电荷

量越多，验电器指针大，故C正确，D错误。3.

（人教版选择性必修第三册P76图4.2－6改编）康普顿效应证实了光子

不仅具有能量，也具有动量，如图所示给出了光子与静止电子碰撞后电子

的运动方向，则碰撞后光子可能沿

（选填“1”“2”或“3”）方向

运动，并且波长

（选填“不变”“变短”或“变长”）。1

变长

解析：因为光子与电子碰撞过程中动量守恒，所以碰撞之后光子和电子的

总动量的方向与光子碰撞前的方向一致，可见碰撞后光子的方向可能沿1

方向，不可能沿2或3方向；通过碰撞，光子将一部分能量转移给电子，能

量减少，由ε＝hν知，频率变小，再根据c＝λν知，波长变长。4.

（2024·湖南高考1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√解析：

普朗克认为黑体辐射的能量是量子化的，A错误；紫光的频率大

于红光的频率，由爱因斯坦光电效应方程Ek＝hν－W0可知，若改用紫光照

射此金属表面，一定能发生光电效应，即电子也可以从金属表面逸出，B

正确；康普顿散射实验发现，X射线被较轻物质（石墨、石蜡等）散射后

除了有波长与原波长相同的成分外还有波长较长的成分，C错误；德布罗

意认为实物粒子具有波粒二象性，D错误。题型规律方法着眼“四翼”·探考点

考点一

黑体辐射和能量子1.

黑体辐射的实验规律随着升高，一方面，各种波长的辐射强度都有增加，另一方面，辐

射强度的极大值向波长较短的方向某著名企业。2.

能量子（1）普朗克假设：组成黑体的振动着的带电微粒的能量只能是某一最小

能量值ε的整数倍。例如，可能是ε或2ε、3ε……他把这个不可再分的最小

能量值ε叫作能量子。（2）表达式为ε＝hν，这里的ν是带电微粒的振动频率，即带电微粒吸收或

辐射电磁波的频率。【练1】关于黑体辐射的下列说法正确的是（

）A.

一般物体的热辐射强度只与物体的关B.

黑体只吸收电磁波，不反射电磁波，所以黑体看上去一定是黑的C.

在黑体辐射的实验规律图中，一定，黑体辐射强度有一个极大值D.

在黑体辐射的实验规律图中，高时，黑体辐射强度的极大值向

波长增大的方向某著名企业√解析：

一般物体的热辐射强度除与关之外，还与材料、表面状

况等因素有关，故A错误；黑体可以完全吸收电磁波而不发生反射，同时

自身可以有较强的辐射，所以看上去不一定是黑的，故B错误；根据黑体

辐射实验规律可得，一定黑体辐射强度有一个极大值，故C正确；

根据黑体辐射实验规律可知，黑体热辐射强度的极大值随升高向波

长较小的方向某著名企业，故D错误。【练2】一点光源以113

W的功率向有方向均匀地辐射波长约为

6×10－7

m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＝6.63×10－34

J·s。R约为（

）A.1×102

mB.3×102

mC.6×102

mD.9×102

m

√考点二

光电效应规律的理解及应用1.

光电效应的两条对应关系入射光强度大→光子数目多→发射光电子多→光电流大；光子频率高→光

子能量大→光电子的最大初动能大。2.

光电效应中三个重要关系式（1）爱因斯坦光电效应方程：Ek＝hν－W0。（2）光电子的最大初动能Ek与遏止电压Uc的关系：Ek＝eUc。（3）逸出功W0与极限频率νc的关系：W0＝hνc。3.

理解光电效应的“四点”提醒（1）能否发生光电效应，不取决于光的强度而取决于光的频率。（2）光电效应中的“光”不是特指可见光，也包括不可见光。（3）逸出功的大小由金属本身决定，与入射光无关。（4）光电子不是光子，而是电子。

〔多选〕（2024·吉林高考8题）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，若增加此X光的强度，则（

）A.

该金属的逸出功增大B.X光的光子能量不变C.

逸出的光电子最大初动能增大D.

单位时间逸出的光电子数增多√√解析：金属的逸出功是金属本身的特性，与照射光的强度无关，A错误；

根据ε＝hν可知，X光的光子能量与其强度无关，B正确；根据爱因斯坦光

电效应方程Ek＝hν－W0，结合A、B项分析可知，逸出的光电子最大初动能

与照射光的强度无关，C错误；若增加此X光的强度，则单位时间入射到金

属表面的光子数增多，单位时间逸出的光电子数增多，D正确。

（2024·海南高考8题）利用如图所示的装置研究光电效应，单刀双掷

开关S与1接通，用频率为ν1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U1，已知电子电荷量绝对值为e，普

朗克常量为h，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ν1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U1C.

其他条件不变，使开关S与2接通，电流表示数仍为零D.

光电管阴极材料的截止频率νc＝ν1－√

规律总结光电管加正向与反向电压的情况分析

（1）P右移时，参与导电的光电子数增加；（2）P移到某一位置时，所有逸出的光电子

恰好都参与了导电，光电流恰好达到最大

值；（3）P再右移时，光电流不再增大

（1）P右移时，参与导电的光电子数减少；（2）P移到某一位置时，所有逸出的光电子

恰好都不参与导电，光电流恰好为0，此时光

电管两端加的电压为遏止电压；（3）P再右移时，光电流始终为0

如图所示为研究光电效应实验的电路图。初始时刻，滑动触头P在O

点左侧靠近a点某位置；用一定强度的绿光照射光电管K极，当闭合开关

后，微安表的示数不为0，则在P向b端某著名企业的过程中（

）A.

微安表的示数不断增大B.

微安表的示数可能为零C.

到达A极的光电子动能不断增大D.K极逸出的光电子的最大初动能不断增大√解析：

在P向b端某著名企业的过程中，在到达O点之前，A极电势低于K极电

势，随着P靠近O，静电力对光电子做的负功越来越少，微安表的示数增

大；过了O点之后，A极电势高于K极电势，静电力对光电子做正功，微安

表的示数增大，当达到饱和电流后微安表的示数不再增大，A、B错误；A

极电势逐渐升高，P到达O点前静电力对光电子做的负功减小，过了O点后

静电力对光电子做的正功逐渐增大，根据动能定理可知到达A极的光电子

动能不断增大，C正确；根据爱因斯坦光电效应方程Ek＝hν－W0，可知K极

逸出的光电子的最大初动能不变，D错误。考点三

波粒二象性和物质波的理解1.

光的波粒二象性的理解从数量上看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从频率上看光的频率越低，其波动性越显著，越容光的干涉

和衍射现象；光的频率越高，其粒子性越显著，越不容

光的干涉和衍射现象，贯穿本领越强从传播与作用

上看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波动性与粒子

性的统一由光子的能量ε＝hν、光子的动量p＝也可以看出，光的

波动性和粒子性并不矛盾，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物理量——频率ν和

波长λ

【练3】用极微弱的可见光做双缝干涉实验，随着时间的增加，在屏上先

后出现如图a、b、c所示的图像，则（

）A.

图a表明光具有波动性B.

图c表明光具有粒子性C.

用紫外线观察不到类似的图像D.

实验表明光是一种概率波√解析：

题图a只有分散的亮点，表明光具有粒子性；题图c呈现干涉条

纹，表明光具有波动性，A、B错误；紫外线也具有波粒二象性，也可以观

察到类似的图像，C错误；实验表明光是一种概率波，D正确。【练4】实验表明：光子与速度不太大的电子碰撞发生散射时，光的波长

会变长或者不变，这种现象叫康普顿散射，该过程遵循能量守恒定律和动

量守恒定律。如果电子具有足够大的初速度，以至于在散射过程中有能量

从电子转移到光子，则该散射被称为逆康普顿散射，这一现象已被实验证

实，关于上述逆康普顿散射，下列说法正确的是（

）A.

相对于散射前的入射光，散射光频率不变B.

若散射前的入射光照射某金属表面时能发生光电效应，则散射光照射该

金属时，光电子的最大初动能将变大C.

散射后电子的速度一定变大D.

散射后电子的能量一定变大√解析：

在逆康普顿散射中，能量从电子转移到光子，所以散射后电子

的速度和能量变小，光子的能量变大，光子的频率变大，故A、C、D错

误；根据爱因斯坦光电效应方程Ek＝hν－W0可知，ν越大，Ek越大，因此若

散射前的入射光照射某金属表面时能发生光电效应，则散射光照射该金属

时，光电子的最大初动能将变大，故B正确。【练5】已知普朗克常量h＝6.63×10－34

J·s，电子的质量为9.11×10－31

kg，一个电子和一滴直径约为4

μm的油滴具有相同动能，则电子与油滴的

德布罗意波长之比的数量级为（

）A.10－8B.106C.108D.1016√

现实科技应用聚焦“素养”·提能力光电效应的图像问题光电效应三类图像的对比分析图像名称图像形状由图像直接（间接）得到的物理量最大初动能Ek

与入射光频率

ν的关系图像

（1）极限频率：图像与ν轴交点的

横坐标νc。（2）逸出功：图像与Ek轴交点的纵

坐标的绝对值W0＝｜－E｜＝E。（3）普朗克常量：图像的斜率k＝h图像名称图像形状由图像直接（间接）得到的物理量光电流I与电压U的关系图像颜色相同、强度不同

的光

（1）遏止电压Uc：图像与横轴的交

点的横坐标。（2）饱和光电流Im1、Im2：光电流

的最大值。（3）最大初动能：Ek＝eUc颜色不同的光

（1）遏止电压Uc1、Uc2：图像与横

轴的交点的横坐标。（2）饱和光电流：光电流的最大值。（3）最大初动能：Ek1＝eUc1，Ek2

＝eUc2图像名称图像形状由图像直接（间接）得到的物理量遏止电压Uc与

入射光频率ν

的关系图像

（1）极限频率νc：图像与横轴的交

点的横坐标。（2）遏止电压Uc：随入射光频率的

增大而增大。（3）普朗克常量h：等于图像的斜

率与电子电荷量的乘积，即h＝ke

用不同频率的紫外线分别照射钨和锌的表面而产生光电效应，可得

到光电子最大初动能Ek随入射光频率ν变化的Ek-ν图像，已知钨的逸出功是

4.54

eV，锌的逸出功是3.34

eV，若将二者的图线画在同一个Ek-ν图像

中，如图所示，用实线表示钨的Ek-ν图线，虚线表示锌的Ek-ν图线，则正确

反映这一过程的是（

）

√

（2025·广东湛江模拟）用图甲所示的电路研究光电效应中电子发

射的情况与照射光的强弱、光的颜色（频率）等物理量之间的关系。分别

用三束光照射同一阴极K进行了三次实验，得到电流表示数I与电压表示数

U之间的关系如图乙所示。下列说法正确的是（

）A.

入射光光子的能量E①＞E②＞E③B.

光电子的最大初动能Ek①＞Ek②＞Ek③C.

单位时间照射到K上的光子数n①＞n③D.

照射到K上时金属的逸出功②最大√解析：由爱因斯坦光电效应方程得eUc＝Ek＝hν－W0，可以看出遏止电压

与频率呈线性关系，频率越大，遏止电压越大，所以由图乙可知，①光的

频率等于③光的频率，③光的频率低于②光的频率，所以入射光光子的能

量E②＞E①＝E③，光电子的最大初动能Ek②＞Ek①＝Ek③，故A、B错误；由

图乙可得，①光对应饱和光电流大于③光对应的饱和光电流，因为饱和光

电流越大，单位时间内逸出的光电子数越多，且逸出的光电子数等于入射

的光子数，所以单位时间照射到K上的光子数n①＞n③，故C正确；同一阴

极K的逸出功相等，故D错误。

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hνcB.

钠的截止频率为8.5×1014

HzC.

图中直线的斜率为普朗克常量hD.

遏止电压Uc与入射光频率ν成正比√

培养“思维”·重落实夯基提能升华

1.

（2025·江某省市第一中学检测）关于黑体与黑体辐射，下列说法正

确的是（

）A.

热的物体向外辐射电磁波，冷的物体只吸收电磁波B.

黑体是黑色的C.

黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的关，与材料的种

类及表面状况无关D.

煤烟很接近黑体，如置于阳光下照射，煤烟不断上升123456789101112√解析：

任何物体在任何都会发生热辐射，选项A错误；黑体可以

辐射电磁波，不一定是黑色的，选项B错误；黑体是一种理想模型，其辐

射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的关，与其他因素无关，选

项C正确；煤烟的会持续上升，因为能量不断被吸收的同时，还伴

随着能量的辐射，最终将趋于平衡，选项D错误。1234567891011122.

（2025·广东佛山模拟）中国科学家2023年2月26日在国际上刊文宣布，

通过我国高海拔宇宙线观测站“拉索”，在人类历史上首次找到能量高于

1亿亿电子伏特的宇宙线起源天体。已知普朗克常量h＝6.63×10－34

J·s，

电子的电荷量e＝－1.6×10－19

C，人眼能看见的最高能量的可见光为频率

ν＝7.8×1014

Hz的紫光，该紫光光子能量为（

）A.3.2

eVB.1.2×10－4

eVC.5.2×10－19

eVD.8.3×10－38

eV

√1234567891011123.

图1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2是1927年戴维森和G.P.

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，下列说法中正确的是（

）A.

图1这些照片说明光只有粒子性没有波动性B.

图1这些照片说明光只有波动性没有粒子性C.

图2中该实验再次说明光子具有波动性D.

图2中该实验说明实物粒子具有波动性√123456789101112解析：

光具有波粒二象性，题图1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2是电子束的衍射实验，证明实

物粒子具有波动性，而不是光子，故C错误，D正确。1234567891011124.

（2025·山东德州模拟）某实验小组研究光电效应规律时，用不同频率

的光照射同一光电管并记录数据，得到遏止电压与入射光频率的关系图像

如图所示，已知电子电荷量为e，则该光电管的阴极材料的逸出功为

（

）A.

B.

C.

D.

√123456789101112

1234567891011125.

〔多选〕（2025·河某省市期中）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1.2×10－23

kg·m/s，然后让它们通过双缝打到屏上。已知电子质量取9.1×10－31

kg，

普朗克常量取6.6×10－34

J·s，下列说法正确的是（

）A.

发射电子的动能约为8.0×10－15

JB.

发射电子的物质波波长约为5.5×10－11

mC.

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√√123456789101112

1234567891011126.

如图所示，在研究光电效应的实验中，保持P的位置不变，用单色光a照

射阴极K，电流计G的指针不发生偏转；改用另一频率的单色光b照射K，

电流计的指针发生偏转，那么（

）A.

增加a光的强度一定能使电流计的指针发生偏转B.

用b光照射时通过电流计的电流由d到cC.

增加b光的强度能使通过电流计的电流增大D.

a光的波长一定小于b光的波长√123456789101112解析：

用单色光a照射阴极K，电流计G的指针不发生偏转，说明a光的

频率小于阴极K的截止频率，增加a光的强度也无法使电流计的指针发生偏

转，故A错误；由于电子运动方向从d到c，所以电流方向从c到d，故B错

误；只增加b光的强度可以使光电流增大，使通过电流计的电流增大，故C

正确；b光能使阴极K发生光电效应，b光的频率大于阴极K的截止频率也就

大于a光的频率，b光的波长一定小于a光的波长，故D错误。1234567891011127.

（2025·安某省市模拟）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（

）√123456789101112解析：

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A极时动能的最大值Ekm＝Ue＋hν－hν截止，可知Ekm-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ν1＜

ν2，则C正确，A、B、D错误。1234567891011128.

一个德布罗意波波长为λ1的中子和另一个德布罗意波波长为λ2的氘核同

向正碰后结合成一个氚核，该氚核的德布罗意波波长为（

）A.

B.

C.

D.

√1234567891011129.

某种金属发生光电效应时逸出光电