2025版三维设计 一轮 高中总复习物理 第16章 原子物理学 第79课时 光电效应和波粒二象性 双基落实课

集士六章八

原子物理学

第79课时光电效应和波粒二象性［双基落实课］

:立足“四层”•夯基础。一.......——…―-……概念公式定理

「亟写」在光的照射除金网中的出迂从收而逸出的现象.

光「县到发射出的电了.叫作光电了.

电

《系作H入射光的撅率大「金属的极限族率

效

「每种金属都仃•个极果领率

应

)t也

「而喇'光电子,的燃火初动能随入射光撅率的增大而空

和敕「热七光电效应的发生几乎是瞬时的.一•般不超过1R7

立

波［泡和光电流与入射光的料成正比

粒

「光子•说一空间传播的光是不连续的.是•份•份

二解解的，每一份为一个光子.能域,=hv

象

光电效应方程一&=/»，・此,

性

以

如

效

应光的•涉、衍射和偏振现和证明光•仃波动性

光I11

卜或资

的

和

波光电效应、康痔顿效应说明光耳仃粒子性

波

-粒

二

粒大最光了表现为波动性,个刈光子表现为虹色

象

性

二T&他）波氏越长,波动性植明显

象族率越高.粒子性越明显

nI

情境思辨•教材情境

（人数版选择性强修笫三册P71问题）把一块锌板连接在验电器上，并使锌板带负电，验电器指针张开。用紫

外线灯照射锌板，观察验电器指针的变化。

判断下列说法的正误:

（】）紫外线照射该金属极板时有光电子逸出，验电器的张角变小。（4）

（2）增大入射光的强度时，逸出的光电子初动能增大。（X）

（3）用绿光照射该金属极板时也一定能使验电器张角变小。（X）

（4）换用红外线照射时也•定能使验电器张角变小。（X）

着眼“四翼”•探考点口题型规律方法

考点一黑体辐射和能量子［冢养自修类］

1.【能量子公式£=加的应用】

（2022全国乙卷17题）一点光源以113W的功率向周围所有方向均匀地辐射波长约为6X10-7m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义10"个。普朗克常量为/?=6.63X10-34J&宠均为（）

A.lX102mB.3X102m

C.6X102mD.9Xliym

解析：B根据题述，点光源向所有方向均匀辐射，即距离点光源为R的球面上单位时间所接收的光的能量等于点

光源单位时间所辐射的光的能量。点光源辐射功率户=4近乂〃瓦，其中氏=号，联立解得R-Xgm,选项B

正确。

2.【黑体辐射的实验规律】

（多选）关于黑体辐射的实验规律如图所示，下列说法正确的是（）

A.黑体能够完全吸收照射到它上面的光波

B.随着温度的降低，名种波长的光辐射强度都有所增加

C.随着温度的升高，辐射强度极大值向波长较长的方向移动

D.黑体福射的强度只与它的温度有关，与形状和黑体材料无关

解析：AD能完全吸收照射到它上面的各种频率的电磁辐射的物体称为黑体，选项A正确；由题图可知，随着温

度的降低，各种波长的光辐射强度都有所减小，选项B错误；随着温度的升高，黑体辐射强度的极大值向波长较

短的方向移动，选项C错误；一般物体辐射电磁波的情况与温度有

关，还与材料的种类及表面情况有关，但黑体辐射电磁波的情况只与它的温度有关，选项D正确。

□考点归纳

L黑体辐射的实验规律

随着温度的升高，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移

动。

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£的整数倍。例如：可能是£或

2人32……他把这个不可再分的最小能量值£叫作能量子。

（2）表达式为£=加，这里的V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。

考点二光电效应规律的理解及应用［互动共研类］

1.光电效应的两条对应关系

入射光强度大一光子数目多T发射光电子多一光电流大；

光子频率高一光子能量大一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=hv-W（）o

（2）光电子的最大初动能反与遏止巨压上的关系：Ek=eUco

（3）逸出功1%与极限频率心的关系：Wo=/?吐。

3.光电管上加正向与反向电压情况分析

①P右移时，参与导电的光电子数增加；

②P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。再右移时，光电流不再增大

①P右移时，参与导电的光电子数减少；

②P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（），此时光电管

两端加的电压为遏止电压；

③尸再右移时，光电流始终为0

【典例I】用如图所示的实验装置研究光电效应现象。用光子能量为2.75eV的光照射到光电管上时发生了光电

效应，电流表G的示数不为零，移动滑动变阻器的触点c,发现当电压表的示数大于或等于1.7V时，电流表示数

为零，则在该实验中（）

A.光电了•的最大初动能为1.05eV

B.光电管阴极的逸出功为1.7eV

C.开关S断开，电流表G示数为零

D.当触点c向。端滑动时，电压表示数增大

答案：D

解析：由题可知，遏止电压”.=1.7丫，最大初动能Ek=ea=1.7eV,A错误；根据光电效应方程可知，逸出功

用）=E—Ek=l.05cV,B错误；断开开关S,光电效应依然发生，有光电流，光电管、电流表、滑动变阻器构成问

合回路，电流表中电流不为零，C错误；电源电压为反向电压，当触点。向〃端滑动时，反向电压增大，电压表示

数增大，电流表示数减小，D正确。

口对点训练

I.【爱因斯坦光电效应方程的应用】

光电管是一种利用光照产生电流的装置，当入射光照射在管中金属板上时，可以形成光电流。表中记录了某同学

进行光电管实验时的数据。

入射光子用对饱和光电

次逸常光电子的最大初动能走V

能量2光强流大小/mA

14.0弱290.8

24.0中430.8

34.0强600.8

由表中数据得出的以下论断中正确的是（）

A.三次实验采用了不同频率的入射光

B.三次实验光电管中的金属板材质不同

C.若入射光子的能量为5.0eV,不论光强多大，饱和光电流一定大于60mA

D.若入射光子的能量为5.0eV,逸出光电子的最大初动能为1.8eV

解析：D入射光子的能量相同，根据£=加可知三次实验采用了相同频率的入射光，故A错误；三次实验中入射

光子的能量与逸出光电子的最大初动能相同，根据反=加一1%可知，三次实验中光电管中金属板的逸出功相同，

因此金属板材质相同，故B错误；饱和光电流与光照强度有关，故C错误；根据反1=£|一Wo,反2=22—Wo,代入

数据得Ek2=L8eV,故D正确。

2.【对光子说的理解】

（2023浙江1月选考II题）被誉为“中国天眼”的大口径球面射电望远镜已发现660余颗新脉冲星，领先世界。

天眼对更地球为L的天体进行观测，其接收光子的横截面半径为心若天体射向天眼的辐射光子中，有

倍被天审接收，天眼每秒接收到该天体发出的频率为u的N个光子。普朗克常量为/?,则该天体发射频率为v光子

的功率为（）

.4NL2hvn2Nl7hV

A.—；—D.--；--

R2TJR2r]

2

rr]Lhv

JR2ND,赤

解析：A设天体发射频率为v光子的功率为R由题意可知小黑乂广加，其中，一】s,解得时北；，故

选Ao

考点三光电效应的图像问题［多维探究类］

光电效应的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

（1）极限频率：图像与V轴交点的横坐标总。

最大初动能反与入射光频k（2）逸出功：图像与反轴交点的纵坐标的绝对值用）

率v的关系图像=\-E\=Eo

1（3）普朗克常量：图像的斜率&=〃

图像名称图像形状由图像直接（间接）得到的物理量

颜色相同、强度不同的

（1）遏止电压图像与横轴的交点的横坐标。

（2）饱和光电流/ml、/.„2：光电流的最大值。

（3）最大初动能：E=eU

光电流/与电压Ukc

的关系图像

颜色不同的光

（I）遏止电压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：Ek尸eUs，Ek2=eUc2

图像名称图像形状由图像直接（间接）得到的物理量

（I）极限频率打：图像与横轴的交点的横坐标。

遏止电压上与入射（2）遏止电压上：随入射光频率的增大而增大。

光频率u的关系图像（3）普朗克常量小等于图像的斜率与电子电荷量的乘积，即力=

ke

考向一光电效应的以“图像问题

【典例2】用不同频率的紫外线分别照射铝和锌的表面而产生光电效应，可得到光电子最大初动能反随入射光

频率1，变化的双川图像，已知铝的逸出功是4.54eV,锌的逸出功是3.34eV,若将二者的图线画在同一个反力图

像中，如图所示，用实线表示鸨的反,图线，虚线表示锌的图线，则正确反映这一过程的是（）

答案：B

解析：依据光电效应方程&=加，-可知，图线的斜率代表普朗克常量人因此鸨和锌的反，图线应该平

行。图线在横轴的截距代表极限频率"而广引因此鸽的极限频率北大些。综上所述，B正确。

考向二光电效应的/-U图像问题

【典例3】在研究光电效应现象时，先后用单色光。、b、。照射同一光电管，所得到的光电流/与光电管两端所

加电压U间的关系曲线如图所示，下列说法正确的是（）

A.b、。两种单色光的颜色相同

B.a、"两种单色光的光照强度相同

C.增大c光的光照强度，电路中的饱和电流将增大

D.增大b光的光照强度，射出的光电子的最大初动能增大

答案：C

解析：根据题图可知单色光c的遏止电压小于单色光。的遏止电压，根据“&=4=加，一叫＞可知，氏c两种单色

光频率不同，所以颜色不同，故A错误；由题图可知单色光〃、人的遏止电压相同，则单色光〃、力的频率相同，

在光的频率相同的情况下，入射光越强，饱和电流越大，单色光。的饱和电流大于单色光。的饱和电流，则单色

光〃的光照强度大于单色光〃的光照强度，故B错误；电路中的饱和电流与光照强度有关，在其他条件相同的情

况下，光照强度越大，光电流越大，故增大。光的光照强度，电路门的饱和电流将增大，故C正确；射出的光电

子的最大初动能与光照强度无关，故D错误。

考向三光电效应的图像问题

【典例4】（2022•河北布考4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上与入射光频率v

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•次利用光电效应实验测定了普朗克常量爪由图

像可知（）

A.钠的选出功为万必

B.钠的截止频率为8.5X1014Hz

C.图中直线的斜率为普朗克常量h

D.遏止电压■与入射光频率u成正比

答案：A

解析：根据遏止电压与最大初动能的关系有e4=以，根据爱因斯坦光电效应方程有益=6一1%,由题图可知，

当仁为0时，解得WO=/n3选项A正确；钠的截止频率为心，根据题图可知，截止频率小于8.5X1OM选项

B错误；结合遏止电压与光电效应方程可解得&=与一场，对比遇上电压上.与入射光频率I，的实验曲线可知，题

ee

图中直线的斜率表示上选项c错误；根据遏止电压与入射光的频率关系式可知，遏止电压a与入射光频率廿成

e

线性关系，不是成正比，选项D错误。

考点四对波粒二象性和物质波的理解［素养自修类］

1.【对波粒二象性的理解】

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.

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

列说法中正确的是()

7个光子30(。个光子700()个光子

图2

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

解析：D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。

2.【对康普顿效应的理解】

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，关千上述逆康普顿散射，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.散射石电子的速度一定变大

D.散射后电子的能量一定变人

解析：B根据题意，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&=6，一Wo可知，，，和Wo为定值，v

越大，反越大，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。

3.【对物质波的理解】

（2021浙江6月选考13题）己知普朗克常量力=6.63X10-34j$电子的质量为9.11X10-31kg,一个电子和一滴

直径约为4Hm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（）

AJO'8B.106

C.108DJ016

解析：C根据德布罗意波长公式由〃=河瓦，解得人=下』。由题意可知，电子与油滴的动能相同，

入电_呵,

则其波长与质量的二次方根成反比，所以有w,^=p-W=0.8XIO3X^X3.I4X(4X10S)3kg=2.7X10

入油国

“kg’代入数据解得导所以C正确，A、B、D错误。

□考点归纳

1.对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

光的频率越低，其波动性越显著，越容易看到光的干涉和衍射现象；光的频率越高，其粒子

从频率上看

性越显著，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由光子的能量£=/八，、光子的动量〃=:也可以看出，光的波动性和粒子性并不矛盾，表示粒

A

子性的粒子能曷和动量的计算式中都含有表示波的特征的物理量一一频率I，和波长2

2.对物质波的理解

（1）任何一个运动的物体，无论大小，都有一种波与之对应。

（2）物质波的波长：2=&p=上mv，。是普朗克常量。

L聚焦“素养”提能力0-------------巧学妙解应用

---------------------•--------------------------------

基础练

考点一黑体辐射和能量子

1.（2021•天泮后考2题）光刻机是制造芯片的核心装备，利用光源发出的紫外线，将精细图投影在硅片上，再经

技术处理制成芯片。为提高光刻机清晰投影最小图像的能力，在透镜组和硅片之间充有液体。紫外线进入液体后

与其在真空中相比（）

A.波长变短B.光子能量增加

C.频率降低D.传播速度增大

解析：A紫外线进入液体后，频率不变，光子能量不变，波长变运，传播速度变小，选项A正确，B.C\D错

误。

2.下列关于在两种不同温度下某一定质量的气体的分子速率分布图像［纵坐标/（v）表示各速率区间的分子数占总

分子数的百分比，横坐标u表示分子的速率］和两种不同温度下黑体辐射的强度与波长的关系的图像符合实验规律

的是（）

解析：C两种不同温度下某一定质量的气体的分子速率分布图像与坐标轴围成的面积应相等，且温度较高的气体

分子速率大的占比更多，故A、B错误；黑体辐射的实验规律：随着温度的升高，一方面各种波长的辐射强度都

增加，另一方面辐射强度的极大值向波长较短的方向移动，故C正确，D错误。

考点二光电效应规律的理解及应用

3.关于光电效应，下列说法正确的是（）

A.截止频率越大的金属材料逸出功越大

B.只要光照射的时间足够长，任何金属都能发生光电效应

C.从金属表面逸出的光电子的最大初动能越大，这种金属的逸出功越小

D.入射光的光强一定时，频率越高，单位时间内逸出的光电子数就越多

解析：A选出功用产汽，故A正确；只有照射光的频率1，大于或等于金属截止频率心,才能发生光电

效应，故B错误；由光电效应方程反=加一W）知，入射光频率v不确定时，无法确定均与1%的关系，故C错

误；频率一定，入射光的光强越大，单位时间内逸出的光电子数越多，故D错误。

4.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。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〃照射K,电流计的指针发生偏转，那么（）

A.增加〃光的强度一定能使电流计的指针发生偏转

B.用。光照射时通过电流计的电流由"到c

C.增加。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

解析：C用单色光。照射阴极K,电流计G的指针不发生偏转，说明。光的频率小于阴极K的截止频率，增加。

光的强度也无法使电流计的指针发生偏转，故A错误；电子运动方向从d到。，电流方向从。到d,故B错误；只

增加，，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；方光能使阴极K发生光电效应，。光的

频率大于阴极K的截止频率也就大于。光的频率，〃光的波长一定小于。光的波长，故D错误。

考点三光电效应的图像问题

5.如图所示，分别用1、2两种材料作K极进行光电效应探究，其截止频率环〈也，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（）

解析：C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+加一加彼止，可知图像的斜率相同，均为⑥截止频率越大，则图像在纵轴上的截距越小，因力〈口，故

C正确，A、B、D错误。

6.在研究光电效应中电子的发射情况与照射光的强弱、光的颜色的关系时，将〃、氏c三束光照射到同一光电管的

阴极上，得到的光电流与电压的关系如图所示，可知（）

A.a光的频率高于c光的频率

B.c光的频率高J72光的频率

C.单位时间内，c光入射的光子数大于b光入射的光子数

D.a光照射时逸出光电了•的最大初动能可能比b光照射时的大

解析：C由爱因斯坦光电效应方程得反=6一死，其中Ek=eUc,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，所以由题图可知，“光的频率等于c光的频率，c光的频率低手〃光的频率，故A、B错误；

由题图可得，c光对应饱和光电流大于方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，且射入的光子数越多逸出的光电子数就越多，所以单位时间内c光入射的光子数大于方光入射的光子数，

故C正确；因为最大初动能为反=。4,所以。光照射时逸出光电子的最大初动能一定比b光照射时的小，故D

错误。

7.某种金属发生光电效应时逸出光电子的最大初动能队与入射光频率v的关系图像如图所示，图线与横轴的交点

为W，图线的延长线与纵轴的交点为一E,下列说法正确的是（）

A.若入.时光的频率为手，则光电子的最大初动能为:

B.普朗克常量为刍

v0

C.该金属的逸出功随入射光的频率的增大而减小

D.入射光的频率越高，单位时间内逸出的光电子数越多

解析：B由题图可知，只有当入射光的频率大于极限频率卬时，才会发生光电效应现象，故A错误；将光电效

应方程反=6—Wo与图像相结合，可知反,图像的斜率为普朗克常量小即有力=且，故B正确；金属的逸出功

vo

是由金属本身决定的，与入射光的频率无关，故c错误；入射光的频率越高，逸出的光电子的最大初动能越大，

入射光妁光强越大，单位时间内逸出的光电子数就越多，故D错误。

考点四对波粒二象性和物质波的理解

8.关于光的波粒二象性，下列说法正确的是（）

A.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

C.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

解析：D光既具有粒子性，又具有波动性，大量的光子波动性比萩明显，个别光子粒子性比较明显，并不矛盾和

对立，故A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；单个光子既具有粒子性也具有波动性，只是大量的光子波动性比较明显，个别光子粒子性比较明

显，故C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。

9.（多选）（2023•海南布考10题）已知一个激光发射器功率为P,发射波长为2的光，光速为c,普朗克常量为

h,则■）

A.光的频率为・

B.光子的能量为号

A

c光子的动量为:

A

D.在时间/内激光器发射的光了数为警

nA

解析：AC光的频率A正确：光子的能量E=/”=与，B错误：光子的动量〃=）,C正确；在时间，内激光

AAA

器发射的光子数〃=:=?,D错误。

Ehe

能力练

10.（多选）（2023•浙江6月选考15题）有一种新型光电效应量子材料，其逸出