2026版《金版教程》高考一轮复习物理第5节 光电效应 物质波 波粒二象性

高考总复习首选用卷物理第5节光电效应物质波波粒二象性考点一黑体辐射与能量子1.人们认识量子论的第一步始于对黑体辐射实验规律的解释，如图画出了T1、T2两种温度下黑体的辐射强度与其辐射光波长的关系，下列说法正确的是()A．T1<T2B．黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的温度有关C．随着温度升高，波长短的辐射强度增大，波长长的辐射强度减小D．爱因斯坦提出的能量子假说很好地解释了黑体辐射的实验规律答案：B解析：对于黑体辐射，随着温度升高，各种波长的辐射强度都增加，且辐射强度的极大值向着波长较短的方向移动，因此根据图像可知，T1>T2，故A、C错误；黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的温度有关，故B正确；普朗克提出了能量子假说并根据能量子假说很好地解释了黑体辐射的实验规律，破除了“能量是连续变化的”传统观念，故D错误。2．(2023·海南高考)(多选)已知一个激光发射器功率为P，发射波长为λ的光，光速为c，普朗克常量为h，则()A．光的频率为eq\f(c,λ)B．光子的能量为eq\f(h,λ)C．光子的动量为eq\f(h,λ)D．在时间t内激光器发射的光子数为eq\f(Ptc,hλ)答案：AC解析：光的频率为ν＝eq\f(c,λ)，A正确；光子的能量为ε＝hν＝eq\f(hc,λ)，B错误；光子的动量为p＝eq\f(h,λ)，C正确；在时间t内激光器发射的光子数为n＝eq\f(Pt,ε)＝eq\f(Ptλ,hc)，D错误。3．人眼对绿光最为敏感，正常人的眼睛接收到波长为530nm的绿光时，只要每秒有6个绿光的光子射入瞳孔，眼睛就能察觉，普朗克常量取6.63×10－34J·s，光速为3.0×108m/s，则人眼能察觉到绿光时所接收到的最小功率是()A．2.3×10－18W B．3.8×10－19WC．7.0×10－10W D．1.2×10－18W答案：A解析：绿光的光子能量ε＝hν＝eq\f(hc,λ)≈3.8×10－19J，每秒钟最少有6个绿光的光子射入瞳孔就能被人察觉，所以人眼能察觉到绿光时所接收到的最小功率P＝eq\f(nε,t)＝eq\f(6×3.8×10－19,1)W≈2.3×10－18W。故A正确。考点二光电效应的规律4．(2021·辽宁高考)赫兹在研究电磁波的实验中偶然发现，接收电路的电极如果受到光照，就更容易产生电火花。此后许多物理学家相继证实了这一现象，即照射到金属表面的光，能使金属中的电子从表面逸出。最初用量子观点对该现象给予合理解释的科学家是()A．玻尔 B．康普顿C．爱因斯坦 D．德布罗意答案：C解析：根据题目可知描述的是光电效应现象，爱因斯坦最初用量子观点对光电效应现象给予合理解释，故C正确。5．(多选)一单色光照到某金属表面时，有光电子从金属表面逸出，下列说法中正确的是()A．无论增大入射光的频率还是增加入射光的强度，金属的逸出功都不变B．只延长入射光的照射时间，光电子的最大初动能将增加C．只增大入射光的频率，光电子的最大初动能将增大D．只增大入射光的频率，光电子逸出所经历的时间将缩短答案：AC解析：金属的逸出功是由金属自身决定的，增大入射光的频率或增加入射光的强度，金属的逸出功都不变，A正确；根据光电效应方程Ek＝hν－W0可知，光电子的最大初动能由入射光的频率和金属的逸出功共同决定，只延长入射光的照射时间，光电子的最大初动能不变，只增大入射光的频率，光电子的最大初动能将增大，B错误，C正确；光电子逸出几乎是瞬时的，与入射光的频率无关，D错误。6．如图所示，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，则()A．指针张角变小的过程中有电子离开锌板B．锌板所带的电荷量一直变大C．改用红光照射，指针张角也会变化D．用其他金属板替换锌板，一定会发生光电效应答案：A解析：用紫外线灯照射锌板时，锌板发生光电效应，逸出电子，验电器所带负电荷逐渐减少，故验电器指针张角逐渐减小直至闭合，继续用紫外线照射锌板，随着光电子的逸出，验电器开始带正电，随着照射时间的增加，锌板逸出的电子增加，验电器所带正电荷增加，验电器张角逐渐增大，故A正确，B错误；根据光电效应产生的条件，入射光的频率必须大于金属的截止频率，金属才能发生光电效应，紫外线的频率大于红光的频率，则改用红光照射锌板，不一定能发生光电效应，验电器指针张角不一定变化，用其他金属板替换锌板，由于其截止频率不同，所以不一定能发生光电效应，故C、D错误。7．(2024·辽宁高考)(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答案：BD解析：金属的逸出功仅与金属自身有关，增加此X光的强度，该金属的逸出功不变，故A错误；增加此X光的强度，单位时间照射到该金属表面的光子数增多，则单位时间逸出的光电子数增多，但X光的光子频率不变，根据光子能量公式ε＝hν可知，X光的光子能量不变，根据爱因斯坦光电效应方程Ek＝hν－W0可知，逸出的光电子最大初动能不变，故B、D正确，C错误。8．(2021·海南高考)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Ek，已知该金属的逸出功为W0，普朗克常量为h。根据爱因斯坦的光电效应理论，该单色光的频率ν为()A.eq\f(Ek,h) B.eq\f(W0,h)C.eq\f(Ek－W0,h) D.eq\f(Ek＋W0,h)答案：D解析：根据爱因斯坦的光电效应方程可知Ek＝hν－W0，解得该单色光的频率为ν＝eq\f(Ek＋W0,h)，故选D。9.如图所示是研究光电效应的电路图，用绿光照射阴极K时，小量程电流表指针发生偏转。则以下说法正确的是()A．将滑动变阻器滑动片向右移动，小量程电流表的示数一定增大B．如果改用紫光照射阴极K，小量程电流表无示数C．将K极换成逸出功小的金属板，仍用相同的绿光照射时，小量程电流表的示数一定增大D．将电源的正负极调换，仍用相同的绿光照射时，将滑动变阻器滑动片向右移动一些，小量程电流表的示数可能不为零答案：D解析：将滑动变阻器滑动片向右移动，光电管两端正向电压虽然增大，但若光电流已达到饱和，则小量程电流表的示数不变，故A错误；如果改用紫光照射阴极K，因入射光频率增加，导致光电子最大初动能增加，则小量程电流表一定有示数，故B错误；将K极换成逸出功小的金属板，仍用相同的绿光照射时，则光电子的最大初动能增加，但单位时间内到达金属表面的光子数没有变化，因而单位时间内从金属表面逸出的光电子数也不变，饱和光电流不会变化，则小量程电流表的示数不一定增大，故C错误；将电源的正负极调换，仍用相同的绿光照射时，将滑动变阻器滑动片向右移动一些，若此时光电管两端的电压仍小于反向遏止电压，则小量程电流表的示数可能不为零，故D正确。10．智能手机带有光线传感功能，可以自动调整亮度，光线传感器的工作原理是光电效应。下面关于光电效应的说法正确的是()A．发生光电效应时，光电子的最大初动能与入射光的频率成正比B．在研究光电效应饱和电流时，由I＝neSv可知，光电管所加电压越大，电子获得的速度v越大，饱和电流越大C．入射光频率为ν时，刚好发生光电效应现象，将入射光频率变为3ν时，此时光电流的遏止电压为eq\f(2hν,e)D．用一束单色光分别照射A、B两种金属，若照射A得到光电子的最大初动能比照射B得到光电子的最大初动能大，则金属A的截止频率比金属B的截止频率高答案：C解析：由爱因斯坦光电效应方程Ek＝hν－W0可知，发生光电效应时，光电子的最大初动能与入射光的频率成线性关系，而非正比关系，A错误；光电效应实验中的饱和电流与光照强度有关，而与光电管两端所加电压无关，光照强度越大，饱和电流越大，B错误；入射光频率为ν时，刚好发生光电效应现象，由光电效应规律可知该金属的逸出功W0＝hν，将入射光频率变为3ν时，由爱因斯坦光电效应方程可得Ek＝3hν－W0，解得Ek＝2hν，由动能定理可得－eUc＝0－Ek，解得此时光电流的遏止电压为Uc＝eq\f(2hν,e)，C正确；根据爱因斯坦光电效应方程Ek＝hν－W0及W0＝hν0，光子能量hν一定，光电子的最大初动能Ek大，则所对应的金属的截止频率ν0低，D错误。考点三光电效应的图像11．(2025·江苏省苏州市高三上期末)(多选)如图所示是用光照射某种金属时逸出的光电子的最大初动能随入射光频率的变化图线(直线与横轴的交点横坐标为4.27×104Hz，与纵轴的交点纵坐标为0.5eV)。由图可知()A．该金属的截止频率为4.27×1014HzB．该金属的截止频率为5.5×1014HzC．该图线的斜率表示普朗克常量D．该金属的逸出功为0.5eV答案：AC解析：由光电效应方程Ek＝hν－W0，可知图线的斜率表示普朗克常量，图线在横轴上的截距表示该金属的截止频率，为4.27×1014Hz，故A、C正确，B错误；由图可知，普朗克常量h＝eq\f(0.5×1.6×10－19,（5.5－4.27）×1014)J·s≈6.50×10－34J·s，则该金属的逸出功为W0＝hν0＝eq\f(6.50×10－34×4.27×1014,1.6×10－19)eV≈1.73eV，D错误。12．(2022·河北高考)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8.5×1014HzC．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成正比答案：A解析：根据遏止电压与最大初动能的关系eUc＝Ek，以及光电效应方程Ek＝hν－W0，得eUc＝hν－W0，由图像可知，当Uc＝0时，ν＝νc＝5.5×1014Hz，νc即钠的截止频率，且可解得钠的逸出功W0＝hνc，A正确，B错误；Uc＝eq\f(h,e)ν－eq\f(W0,e)，可知图中直线的斜率表示eq\f(h,e)，C错误；根据Uc＝eq\f(h,e)ν－eq\f(W0,e)可知，遏止电压Uc与入射光频率ν成线性关系，但不是正比关系，D错误。13.(多选)对于钠和钙两种金属，其遏止电压Uc与入射光频率ν的关系如图所示。用h、e分别表示普朗克常量和电子电荷量，则()A．钠的逸出功小于钙的逸出功B．图中直线的斜率为eq\f(h,e)C．在得到这两条直线时，必须保证入射光的光强相同D．若这两种金属产生的光电子具有相同的最大初动能，则照射到钠的光频率较高答案：AB解析：根据Uce＝Ek＝hν－W0，可得Uc＝eq\f(h,e)ν－eq\f(W0,e)，再由图像可知钠的逸出功小于钙的逸出功，A正确；图中直线的斜率为eq\f(h,e)，B正确；在得到这两条直线时，入射光的强度不必相同，故C错误；由图像可知，若这两种金属产生的光电子具有相同的最大初动能，则照射到钠的光频率较低，D错误。14.一种采用DIS系统探究光电效应规律的实验仪器，其阴极由锑铯材料制成，该材料的逸出功为1.91eV。已知可见光光子能量范围为1.62～3.11eV。用甲、乙、丙三束单色光在这套仪器上做实验，发现光电流I与电压U的关系如图所示。下列说法正确的是()A．用红光和紫光做实验，一定都能发生光电效应B．乙光的波长大于丙光的波长C．乙光对应的截止频率大于丙光对应的截止频率D．单位时间内，甲、乙两束光照到阴极上的光子数相同答案：B解析：由光子的能量ε＝hν可知，可见光中红光的光子能量最小，紫光的光子能量最大，可见光光子能量范围为1.62～3.11eV，而光电管阴极材料的逸出功为1.91eV，则红光的光子能量可能小于1.91eV，即用红光在这套仪器上做实验，可能不发生光电效应，A错误；根据Ek＝hν－W0及0－Ek＝－eUc可得eUc＝hν－W0，可知入射光的频率越高，对应的遏止电压越大，乙光的遏止电压小于丙光的遏止电压，所以乙光的频率小于丙光的频率，则乙光的波长大于丙光的波长，故B正确；根据hν0＝W0可知，同一金属材料，截止频率相同，故C错误；由题图可知，甲光对应的饱和光电流比乙光大，则单位时间内，甲光照射到阴极上逸出的光电子数比乙光照射时多，则单位时间内，甲光照到阴极上的光子数大于乙光，D错误。15．如图甲所示是研究光电效应规律的光电管。用波长λ＝0.50μm的绿光照射阴极K，实验测得流过电流表的电流I与A、K两极之间的电势差UAK满足如图乙所示规律，取h＝6.63×10－34J·s，电子的电量e＝1.60×10－19C，光速c＝3×108m/s。结合图像，求：(1)每秒钟阴极发射的光电子数；(2)光电子飞出阴极K时的最大动能为多少焦耳？(3)该阴极材料的极限频率(计算结果保留两位有效数字)。答案：(1)6.0×1012(2)1.44×10－19J(3)3.8×1014Hz解析：(1)每秒钟阴极发射的光电子个数N＝eq\f(Imt,e)＝eq\f(0.96×10－6×1,1.60×10－19)＝6.0×1012。(2)光电子飞出阴极K时的最大初动能Ek＝eUc＝0.9eV＝1.44×10－19J。(3)由爱因斯坦光电效应方程可得Ek＝hν－W0且W0＝hνc，λ＝eq\f(c,ν)代入数据解得极限频率νc＝3.8×1014Hz。考点四光的波粒二象性和物质波16．(2024·湖南高考)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解析：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；发生光电效应的条件是，入射光的频率大于金属的极限频率，紫光的频率大于红光的频率，因此若红光能使某金属发生光电效应，紫光也能使该金属发生光电效应，故B正确；康普顿研究石墨对X射线散射时，发现散射后除了波长等于原波长的射线成分外，还有波长大于原波长的射线成分，故C错误；德布罗意认为所有实物粒子都具有波动性，故D错误。17．(多选)下列说法正确的是()A．光电效应揭示了光的粒子性，而康普顿效应则反映了光的波动性B．电子的衍射证实了物质波的假设是正确的C．在组成太阳光的各种可见光中，紫光光子的能量最大D．宏观物体的波动性不易观察到，是因为它的波长太长答案：BC解析：光电效应和康普顿效应均反映了光的粒子性，故A错误；电子的衍射证实了物质波的假设是正确的，故B正确；在组成太阳光的各种可见光中，紫光光子频率最大，由光子能量ε＝hν可知，紫光光子能量最大，故C正确；宏观物体的波动性不易观察到，是因为它的波长太短，故D错误。18．(多选)波粒二象性是微观世界的基本特征，以下说法正确的有()A．光电效应现象揭示了光的粒子性B．热中子束射到晶体上产生衍射图样说明中子具有波动性C．黑体辐射的实验规律可用光的波动性解释D．动能相等的质子和电子，它们的德布罗意波长也相等答案：AB解析：光电效应现象、黑体辐射的实验规律都可以用光的粒子性解释，A正确，C错误；热中子束射到晶体上产生衍射图样说明中子具有波动性，B正确；由德布罗意波长公式λ＝eq\f(h,p)和p2＝2mEk知动能相等的质子和电子动量不同，德布罗意波长不相等，D错误。19．(多选)著名物理学家汤姆孙曾在实验中让电子束通过电场加速后，通过多晶薄膜得到了如图所示衍射图样，已知电子质量为m＝9.1×10－31kg，加速后电子速度v＝5.0×106m/s，普朗克常量h＝6.63×10－34J·s，则()A．该图样说明了电子具有粒子性B．该实验中电子的德布罗意波长约为0.15nmC．加速电压越大，电子的物质波波长越大D．使用电子束工作的电子显微镜中，加速电压越大，分辨本领越强答案：BD解析：题图为电子束通过多晶薄膜的衍射图样，因为衍射是波所特有的现象，所以该图样说明了电子具有波动性，A错误；德布罗意波长λ＝eq\f(h,p)，而动量p＝mv，两式联立并代入数据得λ＝eq\f(h,mv)≈0.15nm，B正确；德布罗意波长λ＝eq\f(h,p)，而动量p＝eq\r(2mEk)＝eq\r(2meU)，联立得λ＝eq\f(h,\r(2meU))，可知加速电压越大，电子的物质波波长越短，衍射现象就越不明显，电子显微镜的分辨本领越强，C错误，D正确。20．(多选)根据下列图像所反映的物理现象进行分析判断，说法正确的是()A．图甲中对应的三种光中“黄光(强)”的光子能量最强B．根据图甲分析可知，若用橙光照射同一实验装置，可能没有光电流产生C．图乙中现象说明光子不仅具有能量也具有动量D．图丙中现象说明电子具有波动性答案：BCD解析：由题图甲知蓝光的遏止电压最大，根据hν－W0＝eUc，则题图甲中对应的三种光中“蓝光”的光子能量最强，所以A错误；因为橙光的频率比上面两种光的小，根据题图甲分析可知，若用橙光照射同一实验装置，可能没有光电流产生，所以B正确；题图乙中现象说明光子不仅具有能量也具有动量，所以C正确；题图丙中现象说明电子具有波动性，则D正确。21．(2022·浙江1月选考)(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1.2×10－23kg·m/s，然后让它们通过双缝打到屏上。已知电子质量取9.1×10－31kg，普朗克常量取6.6×10－34J·s，下列说法正确的是()A．发射电子的动能约为8.0×10－15JB．发射电子的物质波波长约为5.5×10－11mC．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解析：根据p2＝2mEk可知，发射电子的动能为Ek＝eq\f(p2,2m)≈7.9×10－17J，故A错误；根据德布罗意波长公式λ＝eq\f(h,p)可得，发射电子的物质波波长约为λ＝5.5×10－11m，故B正确；电子的波动性是每个电子本身的性质，即使电子依次通过双缝也能发生干涉现象，只是需要大量电子才能显示出干涉图样，故C错误，D正确。22．(2023·浙江1月选考)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。天眼对距地球为L的天体进行观测，其接收光子的横截面半径为R。若天体射向天眼的辐射光子中，有η(η<1)倍被天眼接收，天眼每秒接收到该天体发出的频率为ν的N个光子。普朗克常量为h，则该天体发射频率为ν光子的功率为()A.eq\f(4NL2hν,R2η) B.eq\f(2NL2hν,R2η)C.eq\f(\a\vs4\al(ηL2hν),4R2N) D.eq\f(\a\vs4\al(ηL2hν),2R2N)答案：A解析：设该天体发射频率为ν光子的功率为P，由题意可知Pt×eq\f(πR2,4πL2)×η＝Nhνt，解得P＝eq\f(4NL2hν,R2η)，故选A。23．(2025·山东省青岛市高三上12月月考)有一种红外测温仪的原理是：任何物体在高于绝对零度(－273℃)以上时都会向外发出红外线，额温枪通过红外线照射到温度传感器，发生光电效应，将光信号转化为电信号，计算出温度数据。已知人体温正常时能辐射波长为10μm的红外光，如图甲所示，用该红外光照射光电管的阴极K时，电路中有光电流产生，得到的电流随电压变化图像如图乙所示，已知h＝6.63×10－34J·s，e＝1.6×10－19C，则()A．波长为10μm的红外光在真空中的频率为3×1014HzB．将图甲的电源反接，一定不会产生电信号C．由图乙数据可知该光电管的阴极金属逸出功约为0.1eVD．若人体温度升高，则辐射红外线的强度减弱，光电管转换成的光电流减小答案：C解析：波长为10μm的红外光在真空中的频率为ν＝eq\f(c,λ)＝3×1013Hz，故A错误；由题图甲可知，将电源反接后，光电管两端所加电压为反向电压，只有当反向电压大于遏止电压时，才没有电信号，故B错误；由题图乙可知，遏止电压为0.02V，故光电子最大初动能Ek＝eUc＝0.02eV，由光电效应方程有Ek＝hν－W0，计算得W0≈0.1eV，故C正确；若人体温度升高，根据热辐射的规律可知，辐射红外线的强度增强，则单位时间照射光电管的光子数增大，光电管单位时间逸出的电子数增多，光电管转换成的光电流增大，故D错误。24．(2023·浙江6月选考)(多选)有一种新型光电效应量子材料，其逸出功为W0。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L的观测屏上形成干涉条纹，测得条纹间距为Δx。已知电子质量为m，普朗克常量为h，光速为c，则()A．电子的动量pe＝eq\f(hL,dΔx)B．电子的动能Ek＝eq\f(hL2,2md2（Δx）2)C．光子的能量E＝W0＋eq\f(chL,dΔx)D．光子的动量p＝eq\f(W0,c)＋