2026年高考物理一轮考点复习光电效应波粒二象性（学生版+解析）

第34讲光电效应波粒二象性

学习目标

1.知道什么是光电效应，理解光电效应的实验规律.

2.会利用光电效应方程计算逸出功、截止频率、最大初动能等物理量.

3.知道光的波粒二象性，知道物质波的概念.

夯实基础

考点一光电效应的实验规律

1.光电效应

在光的照射卜.金属中的电子从金属表面逸出的现象，叫做光电效应，发射出来的电子叫做艇壬」

2.实验规律

(1)每种金属都有一个极限频率.

(2)光子的最大初动能与入射光的强度无关，只随入射光的频率增大而增大.

(3)光照射到金属表面时，光耳子的发射几乎是典的.

(4)光电流的强度与入射)'G的强度成正比.

3.遏止电压与截止频率

(1)遏止电压：使光电流减小到零的反向电压儿

(2)截止频率：能使某种金属发生光电效应的量小频率叫做该种金属的截止频率(乂叫极限频率).不

同的金属对应着不同的极限频率.

(3)逸出功：电子从金属中逸出所需做功的最b值，叫做该金属的逸出功.

考点二光电效应方程和瓦一/图象

1.光子说

爱因斯坦提出：空间传播的光不是连续的，而是一份一份的，每一份称为一个光子，光子具有的能

量与光的频率成正比，即：£=红，其中力=6.63乂10一”〕・$.

2.光电效应方程

(1)表达式：h或笈=力丫一隔.

(2)物理意义：金属中的电子吸收一个光子获得的能量是力心这些能量的一部分用来克服金属的逸

出功做剩下的表现为逸出后电子的最大初动能氐=；勿/.

3.由笈一y图象(如图)可以得到的信息

(1)极限频率：图线与-轴交点的横坐标

(2)逸出功：图线与反轴交点的纵坐标的绝对值£=版

(3)普朗克常量：图线的斜率4=力.

考点三光的波粒二象性、物质波

1.光的波粒二象性

(1)光的干涉、衍射、偏振现象证明光具有波动性.

(2)光电效应说明光具有粒子性.

(3)光既具有波动性，又具有粒子性，称为光的波粒二象性.

2.物质波

(1)概率波

光的干涉现象是大量光子的运动遵守波动规律的表现，亮条纹是光子到达概率大的地方，暗条纹是

光子到达概率小的地方，因此光波又叫概率波.

(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1=今夕为运动

物体的动量，力为普朗克常量.

1例题精析.

［例题1］某科研团队设计了一种基于量子点材料的纳米级光电传感器，用于•检测极微弱的光信号。

其工作原理为：量子点材料在吸收光子时克服其带隙能量产生电子-空穴对，电子-空穴对在量

子点内部的势阱中被束缚，形成激子(由一个电子和一个空穴通过库仑相互作用结合而成的准

粒子）：当外加电场作用于该量子点时，激子会分离为自由电子和空穴，形成光电流。量子点

可能吸收•个高能光子并产生多个激子。激子的束缚能是指将电子和空穴从激子状态分离为自

由电子和空穴所需的能量，束缚能越大，激子越稳定，其表达式近似为埒=M,电子和空穴

之间的库仑力可表示为尸=黑为电子和空穴之间的平均距离，£为材料的介电常数，k为静

电力常量，e为电子电荷量）。关于该光电传感器的工作特性，下列说法正确的是（）

A.只要外加电场强度大于黑，就能产生有效的光电流

B.增大外加电场强度，有效光电流可能不变

C.该光电传感器的工作原理与光电效应原理相同

D.产生一对自由电子和空穴需要的能量等于入射光子的能量与外加电场做功之和

［例题2］《阳燧倒影》中记载的“凡宝石面凸，则光成一条，有数棱则必有一面五色”，表明白光通

过多棱晶体折射会发生色散现象＜1如图所示，一束复色光射向截面为半圆形玻璃砖的中心。，

有。、匕两束单色光分别沿半径方向射出。下列说法正确的是（）

A.真空中a光光子能量小于力光光子能量

B.真空中Q光光子动量大于b光光子动量

C.Q光在玻璃砖中传播时间大于力光在玻璃砖中传播时间

D.a、力光分别作为同一双缝干涉装置光源时，a光的干涉条纹间距小于b光的干涉条纹间距

［例题3］如图1所示，小明川甲、乙、丙三束单色光分别照射同一光电管的阴极K,调节滑动变阻

器的滑片P,得到了三条光电流/随电压U变化关系的曲线如图2所示。下列说法正确的是

A.甲光的光子能量最大

B.用乙光照射时饱和光电流最大

C,用乙光照射时光电子的最大初动能最大

D.分别射入同一单缝衍射装置时，乙光的中央亮条纹最宽

［例题4］中国科学家在国际上刊文宣布，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1亿电子伏特的宇宙线起源天体。已知普朗克常量h=6.63x10-34J-s,电子的

电荷量e=-1.6x10-19C,人眼能看见的最高能量的可见光为频率v=7.8x1014Hz的紫光，

该紫光光子能量约为（）

A.1.2eVB.3.2eVC.4.1eVD.5.1eV

［例题5J用如图所示的实验装置研究光电效应，滑动变阻器滑片。位于中间位置，当用某单色光照

B.入射光频率越高，饱和光电流一定越大

C.将滑动变阻器滑片P滑至最左端时，没有光电流

D.施加反向电压时，遏止电压由入射光频率和阴极金属材料决定

［例题6］在光电效应实验中，小明用甲、乙、丙三种光分别照射同一光电管，得到的光电流/与电

A.甲光照射时光电子的最大初动能比丙光大B.甲光的强度比丙光大

C.甲光的频率比乙光大D.乙光的波长比丙光长

［例题7］陪南南同学购买奶茶付款时，开开同学观察了条形码扫描笔，突然对此很感兴趣。查询资

料后，得知某款条形码把描笔的工作原理如图所示为：发光二极管发出的光频率为冷，将扫描

笔笔口打开，在条形码上匀速移动，遇到黑色线条光几乎全部被吸收；遇到白色线条光被大量

反射到光电管中的金属表面（截止频率0.8吗），产生光电流，如果光电流大于某个值，会使信

号处理系统导通，将条形码变成一个个脉冲电信号。则（）

A.扫描笔在条形码上移动的速度不影响相邻脉冲电信号的时间间隔

B.频率为％的光照到光电管的金属表面立即产生光电子

C.若发光二极管发出频率为0.5"。的光，扫描笔缓慢移动，也能正常识别条形码

D.将光电管中的金属更换成截止频率更大的材料，更易使得信号处理系统导通

【例题8］我国物理学家曾谨言曾说：“20世纪量子物理学所碰到的问题是如此复杂和困难，以至没

有可能期望一个物理学家能一手把它发展成一个完整的理论体系。''下列一系列理论都和量子

力学的建立紧密相关，其内容正确的是（）

A.普朗克黑体辐射理论认为：微观粒子的能量是分立的

B.玻尔的氢原子模型认为：电子绕核运动的轨道可以是任意半径

C.德布罗意的“物质波”假设认为：实物粒子也具有波动性，波长入=之

D.爱因斯坦的光电效应理论认为：光电子的最大初动能与入射光的强弱有关

题型专炼

题型1光电效应方程的应用

1.如图所示为研究光电效应的实验电路图，以下说法正确的是（)

A.光电效应中产生的电了称作光电了，是由原了核内放出的

B.爱因斯坦的光电效应理论成功解释了实验现象，有力地支持了波动说

C.将图中的滑片由C端向。端移动过程中电流表示数可能一直在增大

D.用某一频率的光实验时有光电子逸出，现在将电源正负极调转，则无光电子逸出

2.利用如图所示的实验装置测量遏止电压外与入射光频率丫的关系。则（）

A.电源的左端应该为正极

B.逸出的光电子初速度一样大

C.增大入射光频率，遏止电压一定增大

D.电压表读数为0时，电流表的读数也为0

3.在物理课上，张老师让同学们用“听觉”来感受光的变化，其原理简化图如图所示。用频率相同

的一束蓝光照射光电管，调节滑动变阻器的滑片到适当位置，喇叭发出声音的大小可以反映照

射光的亮暗变化。下列说法正确的是（）

A.该实验的主要原理是光的全反射

B.若仅将蓝光改成红光，实验演示一定能够成功

C.若仅将电源的极性互换，喇叭一定还会发出声音

D.逸出光电子的最大初动能与照射光的频率有关

题型2光电管问题

4.赫兹于1887年发现光电效应，而正确的解释为爱因斯坦所提出，这对波粒二象性概念的诞生

有重大影响。如图所示为研究光电效应的实验装置，用A、B、C三种颜色或强度不同的单色

光照射到极限频率为%的电极K上，发现微安表都有示数。图的三条曲线依次为用A、B、C

三种光照射K极所得到的微安表示数随电压表变化的图像。下列说法正确的是（）

A.三种光的波长都大于£

B.将滑动变阻器的滑片P向。端移动可以使微安表的示数增大

C.让A、C两种光分别通过相同的双缝，A光得到的干涉条纹间距更宽

D.实验中的三种光，C光单位时间内照射到K极的能量一定最大

5.如图所示为研究光电效应的电路图，用频率为V。的单色光照射光电管的阴极K,滑动变阻器的

滑片处在图中所示位置，开关断开和闭合时电流表均有示数，下列说法正确的是（）

B.开关闭合时电流表的示数大于开关断开时电流表的示数

C.开关闭合时滑片。向左移动，到达阳极A的光电子最大动能会增大

D.开关断开时，改用波长更短的光照射阴极K,电流表的示数•定会变大

6.如图所示，用频率为1/的光照射阴极K,闭合开关，调节滑动变阻器的滑片，使微安表的示数

减小为0,此时电压表的示数为已知普朗克常量为九，电子电荷量为e,下列说法正确的是

()

A.Q端为电源正极

B.K板材料的逸出功为E-eU

C.若保持入射光的频率大变，增大入射光的强度，遏止电压会增大

D.只要照射足够长的时间，任何频率的光都能够使K板发出光电子

题型3EK-V图像

7.如图甲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像(直线

与横轴的交点的横坐标为4.29,与纵轴的交点的纵坐标为0.5),如图乙所示是氢原子的能级

图，下列说法正确的是()

A.根据该图像能求出普朗克常量

B.光电子的最大初动能与入射光频率成正比

C.该金属的极限频率为5.50X10I4HZ

D.氢原子从九=4能级的跃迁到汁=2能级时所辐射的光能使该金属发生光电效应

题型4Uc-v图像

8.图甲所示实验装置中阴极K由金属M制成，由此装置测出金属M的遏止电压〃与入对■光的频

率y关系如图乙所示。已知普朗克常量九二6.626XIO-Xj-s。下列说法正确的是（）

V/(10,4H2)

A.测量遏止电压时应将图甲中滑片P向。端移动

B.乙图中直线的斜率为普朗克常量/?

C.由图乙可知金属M的逸山功约为4.27eV

D.图乙中A点对应的入射光光子动量大小数量级为10-27kg•m/s

9.用金属锄制成的光电管观测光电效应的装置如图甲所示，用不同频率的光照射该光电管，测得

枷的遏止电压”与入射光频率y的关系图像如图乙所示。已知普朗克常量〃=6.6x|（）xj.s。下列

说法正确的是（）

画遁］——5.010.015.020.0v/(xlO,4Hz)

甲乙

A.要测量遏止电压，电源右端为正极

B.要测量饱和电流，电源右端为正极

C.由图像乙可知，锄的截止频率为％=5.0x1014Hz

D.由图像乙计算可得金属枷的逸出功为%=3.3xIO-。］

题型5I-U图像

io.爱因斯坦提出的光子说成功地解释了光电效应的实验现象，在物理学发展历程中具有重大意

义。如图所示为四个与光电效应有关的图像，下列说法正确的是（）

验电器梓板紫外线灯

图甲光电效应实验图乙光电流与电压的关系图内金属的遇止电压a与图丁光电了•最大初动

入射光频率V的关系能心与入射光频

率”的关系

A.在图甲装置中，改用强度更大的红光照射锌板也一定有光电子飞出

B.由图乙可知，当正向电压增大时，光电流一定增大

C.由图丙可知，入射光的频率越高，金属的逸出功越大

D.由图丁可知，该图线的斜率为普朗克常量

11.用图甲同一实验装置研究光电效应现象，分别用A、B、C三束光照射光电管阴极，得到光电

管两端电压与相应的光电流的关系如图乙所示，其中A、C两束光照射时对应的退止电压相

同，均为Um根据你所学的相关理论判断下列论述正确的是（）

A.R光束光子的动显最大

B.A、C两束光的波长柱同，要比B的波长长

C.三个光束中B光束照射时单位时间内产生的光电子数量最多

D.三个光束中A光束照射时光电管发出的光电子最大初动能最大

12.光电管是应用光电效应原理制成的光电转换器件，在有声电影、自动计数、自动报警等方面有

着广泛的应用。现有含光电管的电路如图（。）所示，图（〃）是用甲、乙、丙三束光分别照射

光电管得到的/-U图线，41、42表示遏止电压。下列说法中正确的是（）

窗口

A.甲、乙是不同颜色的光口甲光束比乙光束的光照强度强

B.甲光照射时比内光照射时产生的光电子的最大初动能小

C.分别用甲光、丙光照射同一双缝干涉实验装置，甲光照射比丙光照射形成的干涉条纹间距

宽

D.甲、乙、丙三束光的光子动量p甲=2乙＜p丙

13.现用a、b两束光分别照射某光电管，光电流/与光电管两端电压U的关系如图，下列说法正确

的是（）

A.a光的频率大于匕光的频率

B.a光照射该光电管时，逸出的光电子最大初动能更大

C.a、b光从同种玻璃中射入空气时，a光更容易发生全反射

D.a、b光照射该光电管时逸出光电子的物质波最小波长之比为网区

题型6德布罗意波长、波粒二象性

14.某学习小组在探究三棱镜对光的色散的实验中，用一束含有A、B两种不同颜色光的光束以一

定的角度从三棱镜的一面射入，并从另一面射出，如图所示。由此我们可以知道（)

A.8光在玻璃砖中传播速度大于A光在玻璃砖中传播的速度

B.A光的光子动量比较大

C.照射同一狭缝，8光通过狭缝后的衍射现象更明显

D.在使用同一个装置进行双缝干涉实验时，4光干涉条纹间距较大

15.哈尔滨工业大学的低温物理实验室中，科学家利用高压电场研究笊核（?H）和氮核

3

2He）的波动性。两粒子从静止经相同电压加速后（速度远小于光速），它们的德布罗意波

长之比为（）

A.V3B.2C.—D.—

33

16.“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

长为人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。己知探测仪镜头面积为S,卫星离太阳中心的距离为R,普朗克常量为h,光速为

Co下列说法不正确的是（）

A.每个光子的动量p/

B.每个光子的能量E=

C.太阳辐射硬X射线的总功率P=/竺

D.£秒太阳均匀地向各个方向辐射硬X射线发射总光子数为N="巴

第34讲光电效应波粒二象性

学习目标

1.知道什么是光电效应，理解光电效应的实验规律.

2.会利用光电效应方程计算逸出功、截止频率、最大初动能等物理量.

3.知道光的波粒二象性，知道物质波的概念.

夯实基础

考点一光电效应的实验规律

1.光电效应

在光的照射下金属中的电子从金属表面逸出的现象，叫做光电效应，发射出来的电子叫做光电子.

2.实验规律

(1)每种金属都有一个极限频率.

(2)光子的最大初动能与入射光的强度无关，只随入射光的频率增大而增大.

(3)光照射到金属表面时，光闩，子的发射几乎是典的.

(4)光电流的强度与入射光的强度成正比.

3.遏止电压与截止频率

(1)遏止电压：使光电流减小到零的反向电压以.

(2)截止频率：能使某种金属发生光电效应的最小频率叫做该种金属的截止频率(又叫极限频率).不

同的金属对应着不同的极限频率.

(3)逸出功：电子从金属中逸出所需做功的最小值，叫做该金属的逸出功.

考点二光电效应方程和瓦一〃图象

1.光子说

爱因斯坦提出：空间传播的光不是连续的，而是一份一份的，每一份称为一个光子，光子具有的能

量与光的频率成正比，即：£="，其中力=6.63X1(T”J-s.

2.光电效应方程

(1)表达式：hv=反+或反=互上二瓯

(2)物理意义：金属中的电子吸收一个光了•获得的能量是力心这些能量的一部分用来克服金属的逸

出功做剩下的表现为逸出后电子的最大初动能氐=；勿/.

3.由笈一y图象(如图)可以得到的信息

(1)极限频率：图线与s轴交点的横坐标

(2)逸出功：图线与A轴交点的纵坐标的绝对值Q法

(3)普朗克常量：图线的斜率%=力.

考点三光的波粒二象性、物质波

1.光的波粒二象性

(1)光的干涉、衍射、偏振现象证明光具有波动性.

(2)光电效应说明光具有粒壬性.

(3)光既具有波动性，乂具有粒子性，称为光的波粒二象性.

2.物质波

(1)概率波

光的干涉现象是大量光子的运动遵守波动规律的表现，亮条纹是光子到达概率大的地方，暗条纹是

光子到达概率小的地方，因此光波又叫概率波.

(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，其波长久=々〃为运动

P

物体的动量，力为普朗克常量.

1例题精析“

［例题9］某科研团队设计了一种基于量子点材料的纳米级光电传感器，用于检测极微弱的光信号。

其工作原理为：量子点材料在吸收光子时克服其带隙能量产生电子-空穴对，电子-空穴对在量

子点内部的势阱中被束缚，形成激子(由一个电子和一个空穴通过库仑相互作用结合而成的准

粒子）；当外加电场作用于该量子点时，激子会分离为自由电子和空穴，形成光电流。量子点

可能吸收一个高能光子并产生多个激子。激子的束缚能是指将电子和空穴从激子状态分离为自

由电子和空穴所需的能量，束缚能越大，激子越稳定，其表达式近似为&=电子和空穴

之间的库仑力可表示为尸=黑C为电子和空穴之间的平均距离，£为材料的介电常数，k为静

电力常量，e为电子电荷量）。关于该光电传感器的工作特性，下列说法正确的是（）

A.只要外加电场强度大于黑，就能产生有效的光电流

B.增大外加电场强度，有效光电流可能不变

C.该光电传感器的工作原理与光电效应原理相同

D.产生一对自由电子和空穴需要的能量等于入射光子的能量与外加电场做功之和

【答案】B

【详解】A.电子和空穴之间的库仑力为时翳，山E.当外加电场强度大于等于融，能产

生有效的光电流，A错误；

B.若激子已经全部分离为自由电子和空穴，则即使增大外加电场强度，有效光电流也不变，B正

确；

C.光电效应是金属中的电子吸收光子的能量，逸出金属表面形成光电流，该光电传感器是量子点

材料吸收光子形成激子，当外加电场作用于该量子点时，激子会分离为自由电子和空穴，形成光电

流，二者原理不同，c错误：

D.量子点材料首先要吸收光子克服其带隙能量产生电子■空穴对，电子•空穴对在量子点内部的势

阱中被束缚，形成激子，当激子要分离为自由电子和空穴时，需要克服激子的束缚能，故产生一对

自由电子和空穴需要的能量等于入射光子的能量减去激子的束缚能，与外加电场无关，D错误。

故选B。

［例题10］《阳燧倒影》中记载的“凡宝石面凸，则光成一条，有数棱则必有一面五色“，表明白光通

过多棱晶体折射会发生色散现象。如图所示，一束复色光射向截面为半圆形玻璃砖的中心。，

有a、b两束单色光分别沿半径方向射出。下列说法正确的是（）

A.真空中。光光了能量小于力光光了能量

B.真空中a光光子动量大于b光光子动量

C.Q光在玻璃砖中传播时间大于b光在玻璃砖中传播时间

D.a、b光分别作为同一双缝干涉装置光源时，a光的干涉条纹间距小于b光的干涉条纹间距

【答案】A

【详解】A.由题图可知，复色光射入玻璃砖后，a光的偏折程度小于b光的偏折程度，则玻璃砖对

a光的折射率小于对b光的折射率，a光的频率小于b光的频率，根据£=的可知，真空中a元光子能

量小于b光光子能量，故A正确；

B.根据光子动量表达式p=

由于a光的频率小丁力光的频率，可知真空中a光光子动最小丁力光光子动量，故B错误；

C.根据口=二t二四

nv

由于玻璃病对a光的折射率小「•对b光的折射率，则a光在玻璃砖中的传播速度较大，所以a光在玻

璃砖中传播时间小于b光在玻璃砖中传播时间，故C错误；

D.由于a光的频率小于b光的频率.，可知a光的波长大于b光的波长，a、b光分别作为同一双缝干涉

装置光源时，根据Ax=：九可知。光的干涉条纹间距大于b光的干涉条纹间距，故D错误.

a

故选A。

［例题11］如图1所示，小明用甲、乙、丙三束单色光分别照射同一光电管的阴极K,调节滑动变阻

器的滑片P，得到了三条光电流/随电压U变化关系的曲线如图2所示。下列说法正确的是

A.甲光的光子能量最大

B.用乙光照射时饱和光电流最大

C.用乙光照射时光电子的最大初动能最大

D.分别射入同一单缝衍射装置时，乙光的中央亮条纹最宽

【答案】C

【详解】A.根据光电效应方程；由以=加一14/0

根据动能定理一。〃=0-

解得/n/=eUc4-Wo,

乙光时应的遏止电压〃较大，对应的光子能量最大，A错误；

B.用甲光照射时饱和光电流最大，B错误；

C.根据动能定理一叫=0-纲*

解得"瑶=eUc

用乙光照射时光电子的最大初动能最大，C正确；

D.乙光的光子能量最大，频率最高，波长最短，分别射入同一单缝衍射装置时，乙光的中央亮条

纹最窄，D错误。

故选Co

［例题12］中国科学家在国际上刊文宣布，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1亿电子伏特的宇宙线起源天体。已知普朗克常量九=6.63X10-34J.S,电子的

电荷量e=-1.6x10-19C,人眼能看见的最高能量的可见光为频率v=7.8x的紫光，

该紫光光子能量约为（）

A.1.2eVB.3.2eVC.4.1eVD.5.1eV

【答案】B

【详解】根据爱因斯坦的光子说，可得=/iv«5.17x10-1力

则该紫光光子能量可表示为坑=甯鲁eVx3.2eV

1.oX1U

故选Bo

［例题13］用如图所示的实验装置研究光电效应，滑动变阻器滑片P位于中间位置，当用某单色光照

射金属阴极K时，观察到光电流。下列说法正确的是（)

A.增大入射光强度，光电子的最大初动能将增大

B.入射光频率越高，饱天光电流一定越大

C.将滑动变阻器滑片P滑至最左端时，没有光电流

D.施加反向电压时，遏止电压由入射光频率和阴极金属材料决定

【答案】D

【详解】A.光电子的最大初动能只与入射光的频率有关，与入射光强度无关，选项A错误；

B.饱和光电流大小与入射光的强度有关，当入射光强度一定时，入射光频率越高，则单位时间逸

出光电子数目越小，则饱和光电流越小，选项B错误；

C.将滑动变阻器滑片尸滑至最左端时，光电管正向电压为零，也会有光电子达到A极形成光电

流，选项C错误；

D.施加反向电压时，根据=&血二九"一W逸出功

可知遏止电压由入射光频率和阴极金属材料决定，选项D正确。

故选D。

［例题14］在光电效应实验中，小明用甲、乙、丙三种光分别照射同一光电管，得到的光电流/与电

A.甲光照射时光电子的最大初动能比丙光大B.甲光的强度比丙光大

C.甲光的频率比乙光大D.乙光的波长比闪光长

【答案】B

【详解】结合图像，由光电子最大初动能公式Ek=ea=/iv-Wo,可知甲与丙的最大初动能相

同；遏止电压Uc越大，光子频率y越大，甲光和丙光的频率相同，但甲光的强度比丙光大；乙光的

频率最大，波长最短。故ACD均错误，只有B正确。

故选Bo

［例题15］陪南南同学购买奶茶付款时，开开同学观察了条形码扫描笔，突然对此很感兴趣。查询资

料后，得知某款条形码扫描笔的工作原理如图所示为：发光二极管发出的光频率为将扫描

笔笔口打开，在条形码上匀速移动，遇到黑色线条光几乎全部被吸收；遇到白色线条光被大量

反射到光电管中的金属表面（截止频率0.8v0）,产生光电流，如果光电流大于某个值，会使信

号处理系统导通，将条形码变成一个个脉冲电信号。则（）

移动方向扫描笔

卜光电管

发光二极管、接信号处理系统

扫描笔外壳

A.扫描笔在条形码上移动的速度不影响相邻脉冲电信号的时间间隔

B,频率为％的光照到光电管的金属表面立即产生光电子

C.若发光二极管发出频率为0.5%的光，扫描笔缓慢移动，也能正常识别条形码

D.将光电管中的金属更换成截止频率更大的材料，更易使得信号处理系统导通

【答案】B

【详解】A.扫描笔在条形码上移动的速度越快，相邻脉冲电信号的时间间隔就越短，所以扫描笔

在条形码上移动的速度会影响相邻脉冲电信号的时间间隔，故A错误；

B.频率为％的光照到光电管发生光电效应是瞬间的，会立刻产生光电子，故B正确；

C.发光二极管发出频率为0.5%的光，小于截止频率，无法产生光电流，无法正常识别条形码，故

C错误；

D.将光电管中的金属更换成截止频率更大的材料，此时发光二极管发出光的频率不一定超过截止

频率，可能不会发生光电效应，因此不一定会使信号处理系统导通。故D错误。

故选B。

［例题16］我国物理学家曾谨言曾说：“20世纪量子物理学所碰到的问题是如此复杂和困难，以至没

有可能期望一个物理学家能一手把它发展成一个完整的理论体系。''下列一系列理论都和量子

力学的建立紧密相关，其内容正确的是（）

A.普朗克黑体辐射理论认为：微观粒子的能量是分立的

B.玻尔的氢原了•模型认为：电子绕核运动的轨道可以是任意半径

c.德布罗意的“物质波”假设认为：实物粒子也具有波动性，波长;1=?

D.爱因斯坦的光电效应理论认为：光电子的最大初动能与入射光的强弱有关

【答案】A

【详解】A.普朗克黑体辐射理论提出微观粒子的能量是分立的，A正确；

B.玻尔的氢原了•模型认为电了绕核运动的轨道不是任意半径，B错误；

C.德布罗意的“物质波”假设认为实物粒子也具有波动性，波长;1=2C错误；

P

D.爱因斯坦的光电效应理论认为光电子的最大初动能与入射光的频率有关，D错误。

故选A。

□

题型专炼

题型1光电效应方程的应用

17.如图所示为研究光电效应的实验电路图，以下说法正确的是（）

A.光电效应中产生的电子称作光电子，是由原子核内放出的

B.爱因斯坦的光电效应理论成功解释了实验现象，有力地支持了波动说

C.将图中的滑片由C端向。端移动过程中电流表示数无能一直在增大

D.用某一频率的光实验时有光电子逸出，现在将电源正负极调转，则无光电子逸出

【答案】C

【详解】A.电效应中产生的电子称作光电子，是阴极上的电子吸收了光子的能最，从而脱离阴极

板的束缚，运动到A极板，故A错误；

B.爱因斯坦的光电效应理论成功解释了实验现象，有力地支持了微粒说，故B错误；

C.将图中的滑片由c端向。端移动过程中，正向电压逐渐增大，电流表示数可能一直在增大，也

可能先增大后不变，故c正确；

D.将电源正负极反接，光电子仍然会从金属板中逸出，只不过做减速运动，有可能到达另一侧极

板，也有可能到达不了另一个极板，D错误。

故选C。

is.利用如图所示的实验装置测量遏止电压”与入射光频率丫的关系。则（）

A.电源的左端应该为正极

B.逸出的光电子初速度一样大

C.增大入射光频率，遏止电压一定增大

D.电压表读数为0时，电流表的读数也为0

【答案】C

【详解】A.实验是测显遏止电压■与入射光频率v的关系，所以光电管应加反向电压，电源右端

应为正极，A错误；

B.从K板逸出的光电子速度有大有小，初速度不是一样大，B错误；

C.增大入射光频率，由成-%=Ekm、eUc=Ekm

可知遏止电压3增大，c正确;

D.A、K之间不加电压，K板仍然有光电子逸出，到达A板，电流表的读数不为0,D错误。

故选C。

19.在物理课上，张老师让同学们用“听觉”来感受光的变化，其原理简化图如图所示。用频率相同

的一束蓝光照射光电管，调节滑动变阻器的滑片到适当位置，喇叭发出声音的大小可以反映照

射光的亮暗变化。下列说法正确的是（）

A.该实验的主要原理是光的全反射

B.若仅将蓝光改成红光，实验演示一定能够成功

C.若仅将电源的极性互换，喇叭一定还会发出声音

D.逸出光电子的最大初动能与照射光的频率有关

【答案】D

【详解】A.该实验的原理是光电效应，A项错误；

B.若仅将蓝光改成红光，则照射光的频率变低，光电管有可能不发生光电效应，’实验演示可能将

无法进行，B项错误；

C.由题图可知光电管所加电压为正向电压，若仅将电源的极性互换，光电管加反向电压时可能不

会形成光电流，喇叭可能不会发出声音，C项错误；

D.由爱因斯坦光电效应方程可知，逸出光电子的最大初动能与照射光的频率是一次函数关系，D

项正确。

故选D。

题型2光电管问题

20.赫兹于1887年发现光电效应，而正确的解释为爱因斯坦所提出，这对波粒二象性概念的诞生

有重大影响。如图所示为研究光电效应的实验装置，用A、B、C三种颜色或强度不同的单色

光照射到极限频率为%的电极K上，发现微安表都有示数。图的三条曲线依次为用A、B、C

三种光照射K极所得到的微安表示数随电压表变化的图像。下列说法正确的是（）

A

B.将滑动变阻器的滑片P向。端移动可以使微安表的示数增大

C.让A、C两种光分别通过相同的双缝，A光得到的干涉条纹间距更宽

D.实验中的三种光，C光单位时间内照射到K极的能量一定最大

【答案】C

【详解】A.由于用A、B、C三种颜色或强度不同的单色光照射到极限频率为%的电极K上，发

现微安表都有示数，则说明三种光均能发生光电效应，则入射光的频率大于极限频率，即

1=-

V

所以入＜£

V。

故A错误；

B.将滑动变阻器的滑片P向a端移动，此时光电管两端为反向电压，随着反向电压增大，光电流

减小，所以微安表的示数减小，故B错误；

C.由图可知，A光所对应的遏止电压较小，则A光的频率较小，波长较大，让A、C两种光分别

通过相同的双缝，根据Ax=可知，A光得到的干涉条纹间距更宽，故C正确；

D.由图可知，实验中的三种光，C光的饱和电流最小，所以C光的强度最小，则C光单位时间内

照射到K极的能量一定最小，故D错误。

故选C。

21.如图所示为研究光电效应的电路图，用频率为师的单色光照射光电管的阴极K,滑动变阻器的

滑片处在图中所示位置，开关断开和闭合时电流表均有示数，下列说法正确的是（）

A.阴极K的截止频率大于V。

B.开关闭合时电流表的示数大于开关断开时电流表的示数

C.开关闭合时滑片P向左移动，到达阳极A的光电子最大动能会增大

D.开关断开时，改用波长更短的光照射阴极K,电流表的示数一定会变大

【答案】C

【详解】A.由题意可知，用频率为师的单色光照射光电管的阴极K能发生光电效应，可知阴极K

的截止频率小于为，故A错误；

B.开关闭合时加了反向电压，因此光电流会变小，故B错误；

C.滑动变阻器的滑片向左移，反向电压减小，到达阳极A的光电子最大动能会增大，故C正确；

D.开关断开时，改用波长更差的光照射阴极K,电流表的示数不•定会变大，因为不知道照射光

的强弱，故D错误。

故选C。

22.如图所示，用频率为"的光照射阴极K,闭合开关，调节滑动变阻器的滑片，使微安表的示数

减小为0,此时电压表的示数为U。已知普朗克常量为儿电子电荷量为e,下列说法正确的是

A.Q端为电源正极

B.K板材料的逸出功为Zn/-eU

C.若保持入射光的频率大变，增大入射光的强度，遏止电压会增大

D.只要照射足够长的时间，任何频率的光都能够使K板发出光电子

【答案】B

【详解】A.调节滑动变阻器的滑片，使微安表的示数减小为0,此时电压表的示数为U,可知此时

所加电压为反向电压，则K板带正电，A板带负电，b端为电源正极，a端为电源负极，故A错

误；

BC.根据光电效应方程可得瓦=前一％

根据动能定理可得-eU=0-Ek

联立可得K板材料的逸出功为％=hv-eU

若保持入射光的频率不变，增大入射光的强度，逸出的光电子最大初动能不变，则遏止电压不变，

故B正确，C错误；

D.只有当入射光的频率大于等于K板材料对应的截止频率时，才能产生光电效应，使K板发出光

电子，故D错误。

故选Be

题型3EK-V图像

23.如图甲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像（直线

与横轴的交点的横坐标为4.29,与纵轴的交点的纵坐标为0.5）,如图乙所示是氢原子的能级

图，下列说法正确的是（）

〃£$/

8

5CV

454

3-/085

51

240

-3

4.55.05.56.06.57.0v/(xlOl4Hz)

A.根据该图像能求出普朗克常量

B.光电子的最大初动能与入射光频率成正比

C.该金属的极限频率为5.5OxlO"Hz

D.氢原子从几=4能级的跃迁到n=2能级时所辐射的光能使该金属发生光电效应

【答案】AD

【详解】A.根据爱因斯坦光电效应方程

Ekm=hv-W

知该图线的斜率表示普朗克常量，得普朗克常量为

0.5x1.6x10-192A

h=--------------------------J-sx6.61x10~34J•s

(5.5-4.29)x1014

故A正确；

BC.根据爱因斯坦光电效应方程

Ekm=hv—W=hv—hv0

可知，光电子的最大初动能与入射光频率为线性关系，并不成正比，其中Ekm-y图像的横轴的截

距大小等于截止频率，由图知该金属的截止频率为

14

v0=4.29x10HZ

故BC错误；

D.n=4能级的氢原子跃迁到n=2能级时所辐射的光子能量为

AE=E4-F2=2.55eV

明显

AE>W

得所辐射的光照射该金属能使该金属发生光电效应，故D正确。

故选ADo

题型4Uc-v图像

24.图甲所示实验装置中阴极K由金属M制成，由此装置测出金属M的遏止电压〃与入对光的频

率1/关系如图乙所示。已知普朗克常量6=6.626XIO-MJT。下列说法正确的是()

A

V/(10I4H2)

甲

A.测显遏止电压时应将图甲中滑片P向。端移动

B.乙图中直线的斜率为普朗克常量h

C.由图乙可知金属M的逸出功约为4.27eV

D.图乙中A点对应的入射光光子动量大小数量级为10-27kg•m/s

【答案】AD

【详解】A.测量遏止电压时，应接反向电压，则应将图甲中滑片P向。端移动，故A正确;

B.根据光电效应方程和动能定理可得

联立可得

7)

ee

可知乙图中直线的斜率冷故B错误;

C.根据题意可知，当4=0时，可得金属M的逸出功为

6.626x10~34x4.3x1014

W=hv=6.626x10-34x4.3x1014J=eVx1.78eV

Q1.6xIO-"

故C错误;

D.图乙中A点时应的入射光光子动量大小为

hhv6.626x10~34x5.5x1014

=kg-m/s工1.2x10-27kg•m/s

PA=T=3x108

故D正确。

故选ADo

25.用金属锄制成的光电管观测光电效应的装置如图甲所示，用不同频率的光照射该光电管，测得

锄的遏止电压上与入射光频率v的关系图像如图乙所示。已知普朗克常量/?=6.6xlO-Mj.s。下列

说法正确的是（）

A.要测量遏止电压，电源右端为正极

B.要测量饱和电流，电源右端为正极

C.由图像乙可知，锄的截止频率为匕=5.0x1014Hz

D.由图像乙计算可得金属枷的逸出功为名=3.3x10-20J

【答案】AC

【详解】A.要测量遏止电压：则加反向电压，故电源右端为正极，故A正确:

B.要测量饱和电流，则加正向电压，故电源右端为负极，故B错误；

C.根据爱因斯坦光电效应方程

eUc=hv-W0

当Uc=0时，则锄的截止频率为

14

vc=5.0x10Hz

故C正确；

D.由图像乙计算可得金属锄的逸出功为

341419

W0=hvc=6.6x10~x5.0x10J=3.3x10-J

故D错误。

故选ACo

题型5I-U图像

26.爱因斯坦提出的光子说成功地解释了光电效应的实验现象，在物理学发展历程中具有重大意

义。如图所示为四个与光电效应有关的图像，下列说法正确的是（）

图甲光电效应实验图乙光电流与电压的关系图内金属的通止电压a与图丁光电子最大初动

入射光频率y的美系能心与入射光频

率y的关系

A.在图甲装置中，改用强度更大的红光照射锌板也一定有光电子飞出

B.由图乙可知，当正向电压增大时，光电流一定增大

C.由图丙可知，入射光的频率越高，金属的逸出功越大

D.由图丁可知，该图线的斜率为普朗克常量

【答案】D

【详解】A.是否能发生.光电效应取决于入射光的频率，红光频率小于紫外线，则改用强度更大的

红光照射锌板不一定有光电子飞出，故A错误；

B.当正向电压达到•定时，光电流达到饱和，再增大电压时，光电流保持不变，故B错误；

C.金属的逸出功取决于金属本身，与入射光频率无关，故C错误；

D.根据爱因斯坦光电效应方程

Ekm=hv-wo

图线斜率就是普朗克常量，故D正确。

故选D。

27.用图中同一实验装置研究光电效应现象，分别用A、B、C三束光照射光电管阴极，得到光电

管两端电压与相应的光电流的关系如图乙所示，其中A、C两束光照射时对应的遏止电压相

同，均为Um根据你所学的相关理论判断下列论述正确的是（）

A.B光束光子的动量最大

B.A、C两束光的波长在同，要比B的波长长

C.三个光束中B光束照射时单位时间内产生的光电子数量最多

D.三个光束中A光束照射时光电管发出的光电子最大初动能最大

【答案】AB

【详解】BD.光电流恰为零，此时光电管两端加的电压为撤止电压，对应的光的频率为截止频

率，根据光电效应方程

Ek=hv-Wo

根据动能定理

叫=Ek

可得

hv%

u=---------

cee

可知入射光的频率越高，对应的截止电压越大，A光、C光的截止电压相等，所以A光、C光的频

率相等，则波长相同，同时它们的最大初动能也相等，而B光的频率最大，能量大，则最大初动能

也大，旦对应的波长最小，即A、C两束光的波长要比B的波长长，故B正确，D错误；

A.A、C两束光的波长相同，要比B的波长长，根据p=?可知，B光束光子的动量最大，故A正

A

确；

C.由图可知，A的饱和电流最大，因此A光束照射时单位时间内产生的光电子数量最多，故C错

误。

故选ABo

28.光电管是应用光电效应原理制成的光电转换器件，在有声电影、自动计数、自动报警等方面有

着广泛的应用。现有含光电管的电路如图所示，图S）是用甲、乙、丙三束光分别照射

光电管得到的/-〃图线，41、表示遏止电压。下列说法中正确的是（）

A.甲、乙是不同颜色的光且甲光束比乙光束的光照强度强

B.甲光照射时比丙光照射时产生的光电子的最大初动能小

C.分别用甲光、闪光照射同一双健干涉实验装置，甲光照射比闪光照射形成的干涉条纹间距

宽

D.甲、乙、丙三束光的光子动量p甲=2乙V

【答案】BCD

【详解】A.根据e&=/n/-%结合题图可知，甲光和乙光频率相同，则甲、乙是同种颜色的光，

但是甲光比乙光的饱和电流大，即甲光的光强大于乙光，故A错误；

B.光电效应中e4-"m利用图像遏止电仄的值可知，甲光照射时比丙光照射时产生的光电子的最

大初动能小，故B正确；

C.光的双缝干涉实验中，相邻干涉条纹的宽度为=

根据光电效应方程=Ekm=hv-W0

可得v丙＞v甲

则入内v2甲

所以分别用甲光、丙光照射同一双缝干涉实验装置，甲光形成的干涉条纹间距比丙光的宽，故