第40讲　光电效应和波粒二象性

第40讲光电效应和波粒二象性目标要求1.掌握黑体辐射的定义及其实验规律，理解能量量子化的意义。2.理解光电效应的实验规律，会利用光电效应方程计算逸出功、最大初

动能、截止频率等物理量。3.会分析光电效应的图像问题。4.理解物质波的概念，理解光的波粒二象性。目录CONTENTS立足“四层”·夯基础着眼“四翼”·探考点课时跟踪训练立足“四层”·夯基础cccccc双基落实1.

易错判断（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。

（

×

）×××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.

验电器指针张开一个角度D.

锌板带负电√√解析：

用紫外线照射锌板时，锌板中的电子吸收紫外线的能量从锌板

表面逸出，这些逸出的电子称为光电子，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，验电器指针张角越大，故C正确，D错误。着眼“四翼”·探考点

考点一黑体辐射能量子

1.

（2026·江苏镇江期末）在T1、T2两种温度条件下，黑体辐射强度与辐射

波长的关系图像如图所示，则下列关于黑体辐射，说法正确的是（

）A.

T1＞T2B.

随着温度的升高，黑体辐射的峰值向波长较长的方

向移动C.

图像与坐标轴围成的面积相等且都是1D.

黑体不仅可以反射电磁波，还可以向外辐射电磁波√解析：

因为温度为T1时辐射强度的峰值较大，所以T1＞T2，A正确；随

着温度的升高，黑体辐射的峰值向波长较短的方向移动，B错误；图像与

坐标轴围成的面积不相等，C错误；黑体不反射电磁波，D错误。2.

一点光源以113

W的功率向周围所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

√3.

〔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（

）√√

1.

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。考点二

光电效应规律的理解及应用1.

两条思路（1）通过光的频率分析（2）通过光的强度分析2.

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。

（2025·江苏高考12题）江门中微子实验室使用我国自主研发的光电倍

增管，利用光电效应捕捉中微子信息。光电倍增管阴极金属材料的逸出功

为W0，普朗克常量为h。（1）求该金属的截止频率ν0；

（2）若频率为ν的入射光能使该金属发生光电效应，求光电子的最大初动

能Ek。答案：

hν－W0解析：

根据光电效应方程，光电子的最大初动能为Ek＝hν－W0。

（2025·广东高考3题）有甲、乙两种金属，甲的逸出功小于乙的逸出

功。使用某频率的光分别照射这两种金属，只有甲发射光电子，其最大初

动能为Ek，下列说法正确的是（

）A.

使用频率更小的光，可能使乙也发射光电子B.

使用频率更小的光，若仍能使甲发射光电子，则其最大初动能小于EkC.

频率不变，减弱光强，可能使乙也发射光电子D.

频率不变，减弱光强，若仍能使甲发射光电子，则其最大初动能小于Ek√解析：

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（截

止频率），由于甲的逸出功小于乙的逸出功，由W0＝hνc可知，甲的极限频

率（截止频率）小于乙的极限频率（截止频率），当使用某频率的光分别

照射甲、乙时，只有甲发射光电子，即发生光电效应现象，所以该光的频

率大于甲的极限频率（截止频率），小于乙的极限频率（截止频率），故

使用频率更小的光，乙更不会发生光电效应，若频率更小的光的频率仍大

于甲的极限频率（截止频率），则甲仍能发生光电效应，由爱因斯坦光电

效应方程Ek＝hν－W0可知甲发射的光电子的最大初动能小于之前的光电子

的最大初动能，A错误，B正确；由A、B项分析可知频率不变，减弱光强，光的频率仍小于乙的极限频率

（截止频率），仍不能使乙发生光电效应，C错误；由爱因斯坦光电效应

方程Ek＝hν－W0可知，频率不变，减弱光强，甲发射的光电子的最大初动

能不变，D错误。

（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√

光电管加正向与反向电压的情况分析

（1）P向右移时，参与导电的光电子数量增加；（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再向右移时，光电流不再增大

（1）P向右移时，参与导电的光电子数量减少；（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再向右移时，光电流始终为0

Ek-ν图像考点三

光电效应的图像问题图像名称图线形状读取信息最大初动能Ek与入射光频率ν的关系图线

①截止频率νc（极限频率）：横轴截距②逸出功：纵轴截距的绝对值W0＝｜－E｜＝E③普朗克常量：图线的斜率k＝h

金属钛由于其稳定的化学性质，良好的耐高温、耐低温、抗强酸、抗

强碱，以及高强度、低密度，被美誉为“太空金属”。用频率为2.5×1015

Hz的单色光照射金属钛表面，发生光电效应。从钛表面放出光电子的最大

初动能与入射光频率的关系图线如图所示。普朗克常量h＝6.63×10－34

J·s，则下列说法正确的是（

）A.

钛的极限频率为2.5×1015

HzB.

钛的逸出功为6.63×10－19

JC.

随着入射光频率的升高，钛的逸出功增大D.

光电子的最大初动能与入射光的频率成正比B解析：由题图可知，当最大初动能等于零时，入射光的频率等于金属的极

限频率，则有νc＝1.0×1015

Hz，可知钛的逸出功W0＝hνc＝6.63×10－

34×1.0×1015

J＝6.63×10－19

J，A错误，B正确；逸出功由金属本身的性

质决定，与入射光频率无关，C错误；由题图可知，光电子的最大初动能

与入射光的频率成一次函数关系，不是正比关系，D错误。故选B。

（2026·四川雅安模拟）如图甲所示，分别用a、b两种材料作K极进行光

电效应实验研究，用频率为ν的入射光照射K极，且保持入射光不变，则光

电子到达A极时动能的最大值Ekm随电压U变化关系图像如图乙所示，且两

线平行，已知普朗克常量为h。则下列说法正确的是（

）A.

图线a、b斜率k是普朗克常量hB.

图线a、b斜率k是电子电荷量eC.

材料a的逸出功W1＝hν＋E0D.

材料a、b的逸出功之比为1∶2√

图像名称图线形状读取信息遏止电压Uc与入射光频

率ν的关系图线

①截止频率νc：横轴截距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：等于图线的

斜率与电子电荷量的乘积，即

h＝keUc-ν图像

（2026·江苏南京一模）用图甲所示实验装置探究光电效应规律，得到

a、b两种金属材料遏止电压Uc随入射光频率ν的图线如图乙中1和2所示，则

下列有关说法中正确的是（

）A.

图线的斜率表示普朗克常量hB.

金属材料a的逸出功较大C.

用同一种光照射发生光电效应时，

a材料逸出的光电子最大初动能较大D.

光电子在真空管中被加速C

I-U图像图像名称图线形状读取信息颜色相同、强度不同的

光，光电流与电压的关

系图线

①遏止电压Uc：横轴截距②饱和光电流Im：电流的最大值③最大初动能：Ek＝eUc图像名称图线形状读取信息颜色不同时，光电流与

电压的关系图线

①遏止电压Uc1、Uc2②饱和光电流③最大初动能Ek1＝

eUc1，Ek2＝eUc2

〔多选〕（2025·浙江1月选考11题）如图1所示，三束由氢原子发出的可见光P、Q、R分别由真空玻璃管的窗口射向阴极K。调节滑动变阻器，记录电流表与电压表示数，两者关系如图2所示。下列说法正确的是（

）A.

分别射入同一单缝衍射装置时，Q的中央亮纹比R的宽B.

P、Q产生的光电子在K处的最小德布罗意波长，P大于QC.

氢原子向第一激发态跃迁发光时，三束光中Q对应的能级最高D.

对应于图2中的M点，单位时间到达阳极A的光电子数目，P多于QBC

结合A项分析，根据题图2可知Q的频率最大，由公式ε＝hν可知Q的光

子能量最大，则由能级跃迁的频率条件hν＝En－Em可知，氢原子向第

一激发态跃迁发光时，三束光中Q对应的能级最高，C正确；对应于题

图2中的M点，P和Q的光电流相等，则单位时间到达阳极A的光电子数

目相等，D错误。考点四

波粒二象性物质波1.

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：

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，少量的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，光的

波动性与粒子性是光子本身的一种属性，故无法仅用其中一种性质解释光

的所有行为，只能认为光具有波粒二象性，故D正确。2.

（2025·陕晋宁青高考5题）我国首台拥有自主知识产权的场发射透射电

镜TH-F120实现了超高分辨率成像，其分辨率提高是利用了高速电子束波

长远小于可见光波长的物理性质。一个静止的电子经100

V电压加速后，其

德布罗意波长为λ，若加速电压为10

kV，不考虑相对论效应，则其德布罗

意波长为（

）A.100λB.10λ√

3.

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。

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，越容易看到光的干涉和衍

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

子性的统一

课时跟踪训练

1.

下列描绘两种温度下黑体辐射强度与波长关系的图中，符合黑体辐射规

律的是（

）1234567891011√解析：

黑体辐射的特点是：随着温度的升高，一方面，各种波长的波

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，故选A。12345678910112.

（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√1234567891011解析：

普朗克认为黑体辐射的能量是量子化的（并非连续的），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。12345678910113.

（2025·广西高考1题）已知金属铷、钾、钠、钙的逸出功分别为2.13

eV、2.25

eV、2.29

eV、3.20

eV。用光子能量为2.20

eV的单色光照射这

些金属的表面，能逸出光电子的金属是（

）A.

铷B.

钾C.

钠D.

钙解析：

当光照射金属表面时，电子吸收光子能量，若金属表面的电子

吸收的能量超过逸出功，电子就能从金属表面逸出，成为光电子。由题意

可知照射这些金属的单色光的光子能量只大于金属铷的逸出功，故能逸出

光电子的金属是铷，A正确。√12345678910114.

（2025·山东高考1题）在光电效应实验中，用频率和强度都相同的单色

光分别照射编号为1、2、3的金属，所得遏止电压如图所示，关于光电子

最大初动能Ek的大小关系正确的是（

）A.

Ek1＞Ek2＞Ek3B.

Ek2＞Ek3＞Ek1C.

Ek3＞Ek2＞Ek1D.

Ek3＞Ek1＞Ek2解析：

因－eUc＝Ek，｜Uc2｜＞｜Uc3｜＞｜Uc1｜，所以Ek2＞Ek3＞

Ek1，故B正确。√12345678910115.

（2026·河南部分名校联考）研究某种金属的光电效应规律，所得相关图像分别如图甲、乙、丙、丁所示，Ek为光电子的最大初动能、ν为入射光的频率、I为光电流、U为两极板间的电压、Uc为遏止电压。下列说法正确的是（

）B.

由图乙知，入射光的光照强度越大，光电子的最大初动能越大C.

由图丙知，入射光2的频率大于入射光1的频率D.

由图丁知，入射光的频率大于νc时，入射光的频率越大，遏止电压越大√1234567891011

12345678910116.

〔多选〕（2026·河南开封模拟）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Uc与入射光的频率ν关系如图乙所示。

已知普朗克常量h＝6.626×10－34

J·s。下列说法正确的是（

）1234567891011A.

测量遏止电压时应将图甲中滑片P向a端移动B.

乙图中直线的斜率为普朗克常量hC.

由图乙可知金属M的逸出功约为4.27

eVD.

图乙中A点对应的入射光光子动量大小数量级为10－27

kg·m/s√√1234567891011

1234567891011

7.

（2026·山东青岛高三月考）从1907年起，美国物理学家密立根用如图

所示的实验装置测量光电效应中几个重要的物理量。在这个实验中，若先

后用频率为ν1、ν2的单色光照射阴极K均可产生光电流。调节滑片P，当电

压表示数分别为U1、U2时，ν1、ν2的光电流恰减小到零。已知U1＞U2，电

子电荷量为e，下列说法正确的是（

）A.

两种单色光光子的动量p1＜p2B.

光电子的最大初动能Ek1＜Ek2√1234567891011

12345678910118.

（2025·广东深圳一模）图甲为研究光电效应的实验装置，用不同频率

的单色光照射阴极K，正确操作下，记录相应电表示数并绘制如图乙所示

的Uc-ν图像，当频率为ν1时绘制了如图丙所示的I-U图像，图中所标数据均为已知量，则下列说法正确的是（

）√1234567891011

12345678910119.

〔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√√1234567891011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