17.1光电效应和波粒二象性 讲义 -2025届高考物理一轮复习三精系列

2025高考物理一轮复习三精系列 第十七章 原子物理 专题17.1 光电效应与波粒二象性 第一部分 知识点精讲 一、黑体辐射 1.黑体辐射的维恩和瑞利理论解释 （1）建立理论的基础：依据热学和电磁学的知识寻求黑体辐射的理论解释。 （2）维恩公式：在短波区与实验非常接近，在长波区则与实验偏离较大。 （3）瑞利公式：在长波区与实验基本一致，但在短波区与实验严重不符，由瑞利公式得出的荒谬结果被称为“紫外灾难”。 2.能量子的理解 （1）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，可能是或、 ……把这个不可再分的最小能量值叫作能量子。 （2）能量子公式：，其中ν是电磁波的频率，称为普朗克常量。。 （3）能量的量子化：微观粒子的能量是量子化的，或者说微观粒子的能量是分立的。 3.黑体辐射的实验规律 （1）温度一定时，黑体辐射强度随波长的分布有一个极大值。 （2）随着温度的升高，各种波长的辐射强度都有增加；辐射强度的极大值向波长较短的方向移动。 （3）普朗克能量量子化假设对黑体辐射的解释： 在能量量子化假设的基础上，普朗克得出了黑体辐射的强度按照波长分布的公式，根据公式得出的理论结果与实验结果完全相符。如图所示，曲线是根据普朗克公式得出黑体辐射强度按照波长分布的函数图像，小圆圈代表黑体辐射的实验值。从图像看出，两者吻合的非常完美。 4.能量量子化假说的意义 普朗克的量子化假设把人类对微观世界的认识推到了一个新的高度，对现代物理学的发展产生了革命性的影响。普朗克常量是自然界中最基本的常量之一，它展现了微观世界的基本特征，架起了电磁波的波动性与粒子性的桥梁。 二、光电效应及其规律 1.光电效应现象 金属在光的照射下发射电子的现象，发射出来的电子叫光电子。 2.光电效应的产生条件 入射光的频率大于金属的截止频率。 3.光电效应规律 (1)每种金属都有一个截止频率，入射光的频率必须大于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强度无关，只随入射光频率的增大而增大。 (3)光电效应的发生几乎是瞬时的，一般不超过10－9 s。 (4)当入射光的频率大于截止频率时，饱和光电流的大小与入射光的强度成正比。 三、爱因斯坦光电效应方程 1..光子说：在空间传播的光不是连续的，而是一份一份的，每一份叫作一个光子，光子的能量ε＝hν。 2.逸出功W0：电子从金属中逸出所需做功的最小值。 3.最大初动能：发生光电效应时，金属表面上的电子吸收光子后克服原子核的引力逸出时所具有的动能的最大值。 4.光电效应方程 (1)表达式：Ek＝hν－W0。 光电效应方程表明，光电子最大初动能与入射光的频率ν呈线性关系但不是成正比，与光强无关。只有当时，才有光电子逸出。 (2)物理意义：金属表面的电子吸收一个光子获得的能量是hν，这些能量的一部分用来克服金属的逸出功W0，剩下的表现为逸出后光电子的最大初动能Ek＝mev2。 五、光的波粒二象性与物质波 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、康普顿效应说明光具有粒子性。 (3)光既具有波动性，又具有粒子性，即光具有波粒二象性。 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λ＝，p为运动物体的动量，h为普朗克常量。 实物粒子也具有波动性①，即每一个运动的粒子都与一个对应的波相联系。粒子的能量ε和动量跟它所对应的波的频率ν和波长λ之间，遵从如下关系：，。这种与实物粒子相联系的波称为德布罗意波，也叫作物质波。 物质波的实验验证 （1）实验探究思路：干涉、衍射是波特有的现象，如果实物粒子具有波动性，则在一定条件下，也应该发生干涉或衍射现象。 （2）实验验证：1927年戴维森和汤姆孙分别利用晶体做了电子束衍射实验，得到了电子的衍射图样，证实了电子的波动性。 （3）人们陆续证实了质子、中子以及原子、分子的波动性。对于这些粒子，德布罗意给出的和关系同样正确。 （4）宏观物体的质量比微观粒子大得多，运动时的动量很大，对应的德布罗意波的波长很小，根本无法观察到它的波动性。 .对物质波的理解 （1）任何运动的物体，小到电子、质子，大到行星、太阳，都与一个对应的物质波相联系，我们之所以观察不到宏观物体的波动性，是因为宏观物体对应的波长太小的缘故。 （2）粒子在空间各处出现的概率受统计规律支配，不能以宏观观点中的波来理解。 （3）德布罗意假说是光子的波粒二象性的一种推广，包括了所有的物质粒子，即光子与实物粒子都具有粒子性，又都具有波动性，与光子对应的波是电磁波，与实物粒子对应的波是物质波。 【方法归纳】 1.光电效应中常见物理量的计算 物理量 求解方法 最大初动能 ， 遏止电压 截止频率 2. 光的波粒二象性的理解 分析角度 波动性与粒子性的表现 从频率上看 频率越低波动性越显著，越容易看到光的干涉和衍射现象；频率越高粒子性越显著，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、光子的动量表达式也可以看出，光的波动性和粒子性并不矛盾，表示粒子性的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 3.粒子波动性的理解 （1）一切运动着的物体都具有波动性，宏观物体观察不到其波动性，但并不否定其具有波动性。 （2）电子、质子等实物粒子，具有能量和动量，当和其他物质相互作用时，粒子性起主导作用。 （3）在宏观世界中，波与粒子是对立的概念；在微观世界中，波与粒子可以统一。 4.量子力学与牛顿经典力学的比较 比较内容 牛顿经典力学 量子力学 粒子的特征 物质是由粒子组成的，粒子是一个实体 粒子是波，波是无边无际的 研究对象 研究对象分成几部分，可以对每一部分进行研究 不能把微观体系看成是由可以分开的几部分组成的，因为两个粒子从波的角度来看，它们是纠缠在一起的 轨迹描述 可以同时用质点的位置和动量精确地描述它的运动，轨迹可以确定 不可能同时准确地知道粒子的位置和动量，不能用轨迹描述运动 运动预言 如果知道了加速度，可以预言质点在以后任意时刻的位置和动量 自然界在微观层次上是由随机性和机遇支配的，不能预言粒子的位置和动量 自然界的变化 自然界的变化是连续的 自然界的变化是不连续的 第二部分 最新高考题精选 1. （2024年1月浙江选考·11） 如图所示，金属极板M受到紫外线照射会逸出光电子，最大速率为。正对M放置一金属网N，在M、N之间加恒定电压U。己知M、N间距为d（远小于板长），电子的质量为m，电荷量为e，则（　　） A. M、N间距离增大时电子到达N的动能也增大 B. 只有沿x方向逸出的电子到达N时才有最大动能 C. 电子从M到N过程中y方向位移大小最大为 D. M、N间加反向电压时电流表示数恰好为零 2. （2024年1月浙江选考·14） 下列说法正确的是（　　） A. 相同温度下，黑体吸收能力最强，但辐射能力最弱 B. 具有相同动能的中子和电子，其德布罗意波长相同 C. 电磁场是真实存在的物质，电磁波具有动量和能量 D. 自然光经玻璃表面反射后，透过偏振片观察，转动偏振片时可观察到明暗变化 3．（2023年6月高考浙江选考科目）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∆x。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 B．电子的动能 C．光子的能量 D．光子的动量 4. （2023高考海南卷） 已知一个激光发射器功率为，发射波长为的光，光速为，普朗克常量为，则（ ） A. 光的频率为 B. 光子的能量为 C. 光子的动量为 D. 在时间内激光器发射的光子数为 5. （2022高考河北）如图是密立根于1916年发表的纳金属光电效应的遏止电压与入射光频率的实验曲线，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 B. 钠的截止频率为 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成正比 第三部分 最新模拟题精选 1. (2024年5月河北保定九校联考)用如图甲所示的实验装置研究光电效应，电路中电源的正负极可以对调，用一定强度、频率为的激光照射阴极K时，得到的光电子遏止电压为，饱和电流为，如图乙所示。已知光电子的质量为m，所带的电荷量为，普朗克常量为h，下列说法正确的是（　　） A. 阴极K的逸出功为 B. 阴极K的截止频率为 C. 光电子的最大初速度为 D. 阴极K单位时间内射出的光电子数为 2．（2024广东名校联盟4月二轮复习联考）钙钛矿是新型太阳能电池的重点研发方向之一，我国科研团队刷新大面积全钙钛矿光伏组件光电转化效率世界纪录。面积为的太阳能电池板总保持与太阳光线垂直，在电池板处太阳光的强度为，假设太阳鎘射波长为的单色光，而且所有辐射到电池板上的光子均被板吸收，已知，，则电池板每秒钟吸收的光子数目约为（ ） A．个 B．个 C．个 D．个 3. (2024安徽芜湖重点高中二模)我国成功研制出世界首台分辨力最高紫外超分辨光刻装备，如图所示，该装备已达到实用化水平。使用时所用光的频率越大，分辨率越高。下列有关光的说法正确的是（ ） A. 大量光子才显示光的波动性，少量光子不具有波动性 B. 光电效应发生的条件是入射光的波长小于金属的极限波长 C. 用某频率一定单色光照射金属能使其发生光电效应，产生的光电子的初动能都相同 D. 金属内部电子吸收光子的能量大于该金属的逸出功时就一定能成为光电子 4（2024年4月山西运城重点高中质检）.胶片电影利用光电管把“声音的照片”还原成声音，如图所示，在电影放映机中用频率和强度不变的一极窄光束照射明暗不同的声音轨道，在胶片移动的过程中，通过声音轨道后的光强也随之变化.光束射向光电管的阴极后释放出光电子，在电路中产生变化的电流，把声音放大还原.下列说法正确的是 A.任何频率的光通过声音轨道照射在光电管上都可以释放出光电子 B.光电管中产生光电子的最大初动能将随胶片移动发生变化 C.单位时间光电管中产生光电子的数目将随胶片移动发生变化 D.由于吸收光子能量需要积累能量的时间，以致声像有明显不同步 5．（2024年3月江苏无锡四校调研）如图是研究光电效应的电路图，当用波长为λ0的光照射到阴极K上时，微安表μA中有电流通过，则（　　） A．若将该入射光强度减小一半，微安表中的电流可能为零 B．若增加光电管两端电压，微安表中的电流可能先增大后不变 C．若将电源极性反接，微安表中的电流一定为零 D．若换用波长为λ1（λ1>λ0）的光照射阴极K，微安表中的电流一定为零 6. （2024河南创新发展2月质检）图甲为演示光电效应的实验装置，用红、绿光分别照射阴极K，得到两条电流表与电压表读数之间的关系曲线a、b（如图乙所示），下列说法正确的是（　　） A. 曲线a对应红光 B. 红光的遏止电压较大 C. 单位时间内照射到阴极上的红光子数较少 D. 单位时间内照射到阴极上的红、绿光子数相等 7. （2024山东威海期末）下列对光电效应规律的理解正确的是（　　） A. 遏止电压与入射光频率成正比 B. 极限频率是能发生光电效应的最小频率 C. 饱和电流大小由入射光频率决定，与光照强度无关 D. 所有光电子的初动能都等于光电子的最大初动能 8. （2024江苏泰州3月调研）小明用同一光电管在不同实验条件下做光电效应实验，得到了三条光电流与电压之间的关系曲线，如图所示。关于本实验，下列说法中正确的是（　　） A. 甲光的频率比乙光的频率大 B. 乙光的波长比丙光的波长大 C. 乙光所对应的截止频率与丙光所对应的截止频率一样大 D. 甲光所产生光电子的最大初动能比丙光所产生光电子的最大初动能大 9 （2024河北五市联考）图像可以直观地反映物理量之间的关系，如图所示，是光电效应实验中a、b两种单色光的光电流与电压的关系图像，下列说法正确的是（　　） A. 在同一介质中a光的波长大于b光的波长 B. a光单个光子的能量比b光单个光子的能量大 C. 若正向电压不断升高，则光电流不断增大 D. 若增大光强，则反向遏止电压增大 10．（2024重庆名校2月质检）Cs和Ca两种金属发生光电效应时，其对应的截止电压与入射光频率的关系如图所示，已知Cs的逸出功小于Ca，则（ ） A．图像中①对应的是Cs，②对应的是Ca B．两条图像的斜率不同 C．若同频率的光照射两种金属均发生光电效应，Cs产生的光电子的最大初动能较大 D．光电效应说明光具有波动性 11. （2024河南高考适应性考试）某光源包含不同频率的光，光的强度与频率的关系如图所示。表中给出了一些金属的截止频率，用该光源照射这些金属。则（　　） 金属 铯 4.69 钠 5.53 锌 806 钨 10.95 A. 仅铯能产生光电子 B. 仅铯、钠能产生光电子 C. 仅铯、钠、锌能产生光电子 D. 都能产生光电子 12．(2024安徽”江南十校”3月联考)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（a）所示，图（b）是用甲、乙、丙三束光分别照射光电管得到的I-U图线，、表示遏止电压。下列说法中正确的是（ ） A．甲、乙、丙三束光的光子动量 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、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窄 D．甲、乙是相同颜色的光，甲光束比乙光束的光强度弱 13．（2024河北强基联盟联考）某金属在光的照射下产生的光电子的最大初动能Eₖ与入射光频率ν的关系图像如图所示。由图像可知（ ） A．该金属的逸出功等于E B．由该图像可得出普朗克常量 C．入射光的频率为时，产生的光电子的最大初动能为2E D．入射光的频率为时，由该金属做成的光电管的遏止电压为 14．（2024广东百日冲刺联合检测）如图所示是氢原子的能级图，一群氢原子处于量子数的激发态，这些氢原子能够自发地跃迁到较低的能量状态，并向外辐射多种频率的光，用辐射出的光照射图乙光电管的阴极K，已知阴极K的逸出功为，则（　　） A．波长最短的光是原子从激发态跃迁产生的 B．波长最长的光是原子从激发态跃迁到基态时产生的 C．阴极逸出光电子的最大初动能为 D．阴极K逸出光电子的最大初动能与阴极K的逸出功相等 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！1 学科网（北京）股份有限公司 $$ 2025高考物理一轮复习三精系列 第十七章 原子物理 专题17.1 光电效应与波粒二象性 第一部分 知识点精讲 一、黑体辐射 1.黑体辐射的维恩和瑞利理论解释 （1）建立理论的基础：依据热学和电磁学的知识寻求黑体辐射的理论解释。 （2）维恩公式：在短波区与实验非常接近，在长波区则与实验偏离较大。 （3）瑞利公式：在长波区与实验基本一致，但在短波区与实验严重不符，由瑞利公式得出的荒谬结果被称为“紫外灾难”。 2.能量子的理解 （1）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，可能是或、 ……把这个不可再分的最小能量值叫作能量子。 （2）能量子公式：，其中ν是电磁波的频率，称为普朗克常量。。 （3）能量的量子化：微观粒子的能量是量子化的，或者说微观粒子的能量是分立的。 3.黑体辐射的实验规律 （1）温度一定时，黑体辐射强度随波长的分布有一个极大值。 （2）随着温度的升高，各种波长的辐射强度都有增加；辐射强度的极大值向波长较短的方向移动。 （3）普朗克能量量子化假设对黑体辐射的解释： 在能量量子化假设的基础上，普朗克得出了黑体辐射的强度按照波长分布的公式，根据公式得出的理论结果与实验结果完全相符。如图所示，曲线是根据普朗克公式得出黑体辐射强度按照波长分布的函数图像，小圆圈代表黑体辐射的实验值。从图像看出，两者吻合的非常完美。 4.能量量子化假说的意义 普朗克的量子化假设把人类对微观世界的认识推到了一个新的高度，对现代物理学的发展产生了革命性的影响。普朗克常量是自然界中最基本的常量之一，它展现了微观世界的基本特征，架起了电磁波的波动性与粒子性的桥梁。 二、光电效应及其规律 1.光电效应现象 金属在光的照射下发射电子的现象，发射出来的电子叫光电子。 2.光电效应的产生条件 入射光的频率大于金属的截止频率。 3.光电效应规律 (1)每种金属都有一个截止频率，入射光的频率必须大于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强度无关，只随入射光频率的增大而增大。 (3)光电效应的发生几乎是瞬时的，一般不超过10－9 s。 (4)当入射光的频率大于截止频率时，饱和光电流的大小与入射光的强度成正比。 三、爱因斯坦光电效应方程 1..光子说：在空间传播的光不是连续的，而是一份一份的，每一份叫作一个光子，光子的能量ε＝hν。 2.逸出功W0：电子从金属中逸出所需做功的最小值。 3.最大初动能：发生光电效应时，金属表面上的电子吸收光子后克服原子核的引力逸出时所具有的动能的最大值。 4.光电效应方程 (1)表达式：Ek＝hν－W0。 光电效应方程表明，光电子最大初动能与入射光的频率ν呈线性关系但不是成正比，与光强无关。只有当时，才有光电子逸出。 (2)物理意义：金属表面的电子吸收一个光子获得的能量是hν，这些能量的一部分用来克服金属的逸出功W0，剩下的表现为逸出后光电子的最大初动能Ek＝mev2。 五、光的波粒二象性与物质波 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、康普顿效应说明光具有粒子性。 (3)光既具有波动性，又具有粒子性，即光具有波粒二象性。 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λ＝，p为运动物体的动量，h为普朗克常量。 实物粒子也具有波动性①，即每一个运动的粒子都与一个对应的波相联系。粒子的能量ε和动量跟它所对应的波的频率ν和波长λ之间，遵从如下关系：，。这种与实物粒子相联系的波称为德布罗意波，也叫作物质波。 物质波的实验验证 （1）实验探究思路：干涉、衍射是波特有的现象，如果实物粒子具有波动性，则在一定条件下，也应该发生干涉或衍射现象。 （2）实验验证：1927年戴维森和汤姆孙分别利用晶体做了电子束衍射实验，得到了电子的衍射图样，证实了电子的波动性。 （3）人们陆续证实了质子、中子以及原子、分子的波动性。对于这些粒子，德布罗意给出的和关系同样正确。 （4）宏观物体的质量比微观粒子大得多，运动时的动量很大，对应的德布罗意波的波长很小，根本无法观察到它的波动性。 .对物质波的理解 （1）任何运动的物体，小到电子、质子，大到行星、太阳，都与一个对应的物质波相联系，我们之所以观察不到宏观物体的波动性，是因为宏观物体对应的波长太小的缘故。 （2）粒子在空间各处出现的概率受统计规律支配，不能以宏观观点中的波来理解。 （3）德布罗意假说是光子的波粒二象性的一种推广，包括了所有的物质粒子，即光子与实物粒子都具有粒子性，又都具有波动性，与光子对应的波是电磁波，与实物粒子对应的波是物质波。 【方法归纳】 1.光电效应中常见物理量的计算 物理量 求解方法 最大初动能 ， 遏止电压 截止频率 2. 光的波粒二象性的理解 分析角度 波动性与粒子性的表现 从频率上看 频率越低波动性越显著，越容易看到光的干涉和衍射现象；频率越高粒子性越显著，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、光子的动量表达式也可以看出，光的波动性和粒子性并不矛盾，表示粒子性的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 3.粒子波动性的理解 （1）一切运动着的物体都具有波动性，宏观物体观察不到其波动性，但并不否定其具有波动性。 （2）电子、质子等实物粒子，具有能量和动量，当和其他物质相互作用时，粒子性起主导作用。 （3）在宏观世界中，波与粒子是对立的概念；在微观世界中，波与粒子可以统一。 4.量子力学与牛顿经典力学的比较 比较内容 牛顿经典力学 量子力学 粒子的特征 物质是由粒子组成的，粒子是一个实体 粒子是波，波是无边无际的 研究对象 研究对象分成几部分，可以对每一部分进行研究 不能把微观体系看成是由可以分开的几部分组成的，因为两个粒子从波的角度来看，它们是纠缠在一起的 轨迹描述 可以同时用质点的位置和动量精确地描述它的运动，轨迹可以确定 不可能同时准确地知道粒子的位置和动量，不能用轨迹描述运动 运动预言 如果知道了加速度，可以预言质点在以后任意时刻的位置和动量 自然界在微观层次上是由随机性和机遇支配的，不能预言粒子的位置和动量 自然界的变化 自然界的变化是连续的 自然界的变化是不连续的 第二部分 最新高考题精选 1. （2024年1月浙江选考·11） 如图所示，金属极板M受到紫外线照射会逸出光电子，最大速率为。正对M放置一金属网N，在M、N之间加恒定电压U。己知M、N间距为d（远小于板长），电子的质量为m，电荷量为e，则（　　） A. M、N间距离增大时电子到达N的动能也增大 B. 只有沿x方向逸出的电子到达N时才有最大动能 C. 电子从M到N过程中y方向位移大小最大为 D. M、N间加反向电压时电流表示数恰好为零 【参考答案】C 【名师解析】．根据动能定理，从金属板M上逸出的光电子到到达N板时 则到达N板时的动能为 与两极板间距无关，与电子从金属板中逸出的方向无关，选项AB错误； 平行极板M射出的电子到达N板时在y方向的位移最大，则电子从M到N过程中y方向最大位移为 ， 解得，选项C正确； M、N间加反向电压电流表示数恰好零时，则 解得，选项D错误。 2. （2024年1月浙江选考·14） 下列说法正确的是（　　） A. 相同温度下，黑体吸收能力最强，但辐射能力最弱 B. 具有相同动能的中子和电子，其德布罗意波长相同 C. 电磁场是真实存在的物质，电磁波具有动量和能量 D. 自然光经玻璃表面反射后，透过偏振片观察，转动偏振片时可观察到明暗变化 【参考答案】CD 【名师解析】 相同温度下，黑体吸收和辐射能力最强，故A错误； 根据德布罗意公式，物质波波长 具有相同动能的中子和电子，电子质量较小，德布罗意波长较长，故B错误； 电磁场是真实存在的物质，电磁波具有动量和能量，故C正确； 自然光在玻璃、水面等表面反射时，反射光可视为偏振光，透过偏振片观察，转动偏振片时能观察到明暗变化，故D正确。 3．（2023年6月高考浙江选考科目）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∆x。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 B．电子的动能 C．光子的能量 D．光子的动量 【参考答案】.AD 【名师解析】根据双缝干涉条纹间隔公式△x=Lλ/d，可得λ=d△x/L。电子动量p=h/λ=，A正确；电子动能Ek===，B错误；根据爱因斯坦光电效应方程，Ek=E-W0，解得光子能量E=W0+，C错误；由E=cp可得光子动量p= W0/c+，D正确。 4. （2023高考海南卷） 已知一个激光发射器功率为，发射波长为的光，光速为，普朗克常量为，则（ ） A. 光的频率为 B. 光子的能量为 C. 光子的动量为 D. 在时间内激光器发射的光子数为 【参考答案】AC 【名师解析】 光的频率 ，选项A正确； 光子的能量 ，选项B错误； 光子的动量 ，选项C正确； 在时间t内激光器发射的光子数 ，选项D错误。 5. （2022高考河北）如图是密立根于1916年发表的纳金属光电效应的遏止电压与入射光频率的实验曲线，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 B. 钠的截止频率为 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成正比 【参考答案】A 【命题意图】本题考查光电效应、对遏止电压与入射光频率的实验曲线的理解及其相关知识点。 【名师解析】 根据遏止电压与最大初动能的关系有 根据爱因斯坦光电效应方程有 当结合图像可知，当为0时，解得，选项A正确； 钠的截止频率为，根据图像可知，截止频率小于，选项B错误； 结合遏止电压与光电效应方程可解得，对比遏止电压与入射光频率的实验曲线可知，图中直线的斜率表示，选项C错误；根据遏止电压与入射光的频率关系式可知，遏止电压与入射光频率成线性关系，不是成正比，选项D错误。 第三部分 最新模拟题精选 1. (2024年5月河北保定九校联考)用如图甲所示的实验装置研究光电效应，电路中电源的正负极可以对调，用一定强度、频率为的激光照射阴极K时，得到的光电子遏止电压为，饱和电流为，如图乙所示。已知光电子的质量为m，所带的电荷量为，普朗克常量为h，下列说法正确的是（　　） A. 阴极K的逸出功为 B. 阴极K的截止频率为 C. 光电子的最大初速度为 D. 阴极K单位时间内射出的光电子数为 【参考答案】D 【名师解析】 根据爱因斯坦光电效应方程得 由动能定理得 解得阴极K的逸出功与光电子的最大初速度分别为 AC错误； 逸出功与截止频率的关系为 解得阴极K的截止频率为 B错误； 光电效应产生是瞬时的，设单位时间内射出的光电子数为n，根据电流的定义得 解得阴极K单位时间内射出的光电子数为，D正确。 2．（2024广东名校联盟4月二轮复习联考）钙钛矿是新型太阳能电池的重点研发方向之一，我国科研团队刷新大面积全钙钛矿光伏组件光电转化效率世界纪录。面积为的太阳能电池板总保持与太阳光线垂直，在电池板处太阳光的强度为，假设太阳鎘射波长为的单色光，而且所有辐射到电池板上的光子均被板吸收，已知，，则电池板每秒钟吸收的光子数目约为（ ） A．个 B．个 C．个 D．个 【参考答案】．A 【名师解析】太阳能电池板接收的功率， 一个光子的能量， 则电池板每秒钟吸收的光子数目个，A正确。 3. (2024安徽芜湖重点高中二模)我国成功研制出世界首台分辨力最高紫外超分辨光刻装备，如图所示，该装备已达到实用化水平。使用时所用光的频率越大，分辨率越高。下列有关光的说法正确的是（ ） A. 大量光子才显示光的波动性，少量光子不具有波动性 B. 光电效应发生的条件是入射光的波长小于金属的极限波长 C. 用某频率一定单色光照射金属能使其发生光电效应，产生的光电子的初动能都相同 D. 金属内部电子吸收光子的能量大于该金属的逸出功时就一定能成为光电子 【参考答案】B 【名师解析】 无论是少量光子还是大量光子，都同时具有粒子性和波动性，只是少量光子粒子性显著，大量光子波动性显著，选项A错误； 光电效应的发生条件是入射光的频率大于金属的极限频率，由可知，入射光的波长小于金属的极限波长，选项B正确； . 在光电效应中，由于电子脱离金属所做的功不同，产生的光电子的动能就有所不同，即产生的光电子的初动能有大有小，选项C错误； . 在光电效应中，金属逸出功是指金属表面电子逸出所需的最小能量，所以当金属内电子吸收光子的能量大于该金属的逸出功时，不一定能成为光电子，选项D错误。 4（2024年4月山西运城重点高中质检）.胶片电影利用光电管把“声音的照片”还原成声音，如图所示，在电影放映机中用频率和强度不变的一极窄光束照射明暗不同的声音轨道，在胶片移动的过程中，通过声音轨道后的光强也随之变化.光束射向光电管的阴极后释放出光电子，在电路中产生变化的电流，把声音放大还原.下列说法正确的是 A.任何频率的光通过声音轨道照射在光电管上都可以释放出光电子 B.光电管中产生光电子的最大初动能将随胶片移动发生变化 C.单位时间光电管中产生光电子的数目将随胶片移动发生变化 D.由于吸收光子能量需要积累能量的时间，以致声像有明显不同步 【参考答案】C 【名师解析】产生光电效应的条件是照射光的频率要大于光电材料的截止频率，所以不是任何频率的光通过声音轨道照射在光电管上都可以释放出光电子，A错误；根据光电效应的方程，Ek=hν-W，可知光电子的最大初动能与入射光的频率成线性关系，而与光的强度无关，B错误；对于同种频率的光，在发生光电效应的情况下，照射光强度越大，单位时间内照射到金属表面的光子数越多，照射金属时产生的光电子就越多，因而光电管中产生光电子数目将随影片移动发生变化，C正确；电子一次性吸收光子的全部能量，不需要积累能量的时间，光电流几乎是瞬时产生的，不是导致声像明显不同步的原因，D错误。 5．（2024年3月江苏无锡四校调研）如图是研究光电效应的电路图，当用波长为λ0的光照射到阴极K上时，微安表μA中有电流通过，则（　　） A．若将该入射光强度减小一半，微安表中的电流可能为零 B．若增加光电管两端电压，微安表中的电流可能先增大后不变 C．若将电源极性反接，微安表中的电流一定为零 D．若换用波长为λ1（λ1>λ0）的光照射阴极K，微安表中的电流一定为零 【参考答案】B 【名师解析】根据光电效应规律，可知入射光的强度只影响光电流的强弱，是否产生光电流只与入射光的频率有关，因此将该入射光强度减小一半，仍然产生光电效应，仍有光电子逸出，在电路中形成电流，微安表中的电流不可能为零，选项A错误；初始时电压增加，打到阳极板的光电子数可能变多，光电流可能会增加，当从阴极板K射出的光电子都打到阳极板A上，光电流不会再增大，因此微安表中的电流可能先增大后不变，选项B正确；电路中将电源极性反接，若加在光电管上的电压小于截止电压，电路中仍然有光电流产生，选项C错误；波长为λ1（λ1>λ0）的光的频率有可能大于极限频率，电路中仍然可能有光电流，选项D错误。. 6. （2024河南创新发展2月质检）图甲为演示光电效应的实验装置，用红、绿光分别照射阴极K，得到两条电流表与电压表读数之间的关系曲线a、b（如图乙所示），下列说法正确的是（　　） A. 曲线a对应红光 B. 红光的遏止电压较大 C. 单位时间内照射到阴极上的红光子数较少 D. 单位时间内照射到阴极上的红、绿光子数相等 【参考答案】A 【名师解析】 根据爱因斯坦光电效应方程可知 可知光对应的遏止电压较小，即光的频率较小，则对应红光，故A正确； 由可知，绿光的遏止电压较大，故B错误； 由图像可读出，加正向电压时对应的饱和电流较大，由可知单位时间内照射到阴极上的红光子数较多，故CD错误。 7. （2024山东威海期末）下列对光电效应规律的理解正确的是（　　） A. 遏止电压与入射光频率成正比 B. 极限频率是能发生光电效应的最小频率 C. 饱和电流大小由入射光频率决定，与光照强度无关 D. 所有光电子的初动能都等于光电子的最大初动能 【参考答案】B 【名师解析】 根据光电效应方程 又有 得 可知遏止电压与入射光频率成线性关系，不成正比。故A错误； 极限频率是能发生光电效应的最小频率，故B正确； 光的频率一定时，入射光越强，单位时间内逸出的光电子数越多，饱和光电流越大，故C错误； 光照射到金属表面时，电子吸收光子的能量,就可能向各个方向运动，运动过程中要克服原子核和其他原子的阻碍而损失一部分能量,剩余部分能量转化为光电子的初动能.所以金属表面的电子，只需克服原子核的引力做功就能从金属表面逸出，那么这些光电子具有最大初动能。而不从金属表面发射的光电子，在逸出的过程中损失的能量会更多，所以此时光电子的动能小于最大初动能 。所以一般情况下光电子的动能小于等于最大初动能。故D错误。 8. （2024江苏泰州3月调研）小明用同一光电管在不同实验条件下做光电效应实验，得到了三条光电流与电压之间的关系曲线，如图所示。关于本实验，下列说法中正确的是（　　） A. 甲光的频率比乙光的频率大 B. 乙光的波长比丙光的波长大 C. 乙光所对应的截止频率与丙光所对应的截止频率一样大 D. 甲光所产生光电子的最大初动能比丙光所产生光电子的最大初动能大 【参考答案】C 【名师解析】根据图像可知，甲、丙光的遏止电压相等，小于乙光的遏止电压，根据动能定理， ，由此可知，甲光所产生光电子的最大初动能与丙光所产生光电子的最大初动能相等，D错误； 根据逸出功与截止频率的关系有：，由于逸出功与截止频率均由金属材料本身决定，实验中小明用的是同一光电管，则乙光所对应的截止频率与丙光所对应的截止频率一样大，C正确；根据爱因斯坦光电效应方程，有，解得：。 由于甲的遏止电压小于乙的遏止电压，由可知甲光的频率比乙光的频率小，A错误；由可知，乙光的频率比丙光的频率大，根据，解得。由可知，乙光的波长比丙光的波长小，B错误。 9 （2024河北五市联考）图像可以直观地反映物理量之间的关系，如图所示，是光电效应实验中a、b两种单色光的光电流与电压的关系图像，下列说法正确的是（　　） A. 在同一介质中a光的波长大于b光的波长 B. a光单个光子的能量比b光单个光子的能量大 C. 若正向电压不断升高，则光电流不断增大 D. 若增大光强，则反向遏止电压增大 【参考答案】B 【名师解析】 由图可知，a光的截止电压大，根据 可知，a光频率大，a光单个光子的能量比b光单个光子的能量大，由公式可知，a光波长短，故A错误，B正确； 由于有饱和光电流存在，光电流不能不断增大，故C错误； 由AB分析可知，反向遏止电压与光强无关，故D错误。 10．（2024重庆名校2月质检）Cs和Ca两种金属发生光电效应时，其对应的截止电压与入射光频率的关系如图所示，已知Cs的逸出功小于Ca，则（ ） A．图像中①对应的是Cs，②对应的是Ca B．两条图像的斜率不同 C．若同频率的光照射两种金属均发生光电效应，Cs产生的光电子的最大初动能较大 D．光电效应说明光具有波动性 【参考答案】AC 【名师解析】由图可知，①的截止频率较低，逸出功W与截止频率的关系为，故①的逸出功hW较小，为Cs；由光电效应方程和电场力做功的关系式可得，得，两直线的斜率均为；由于Cs的逸出功较小，故同频率的光照射时光电子的最大初动能较大：光电效应说明光具有粒子性，故选AC． 11. （2024河南高考适应性考试）某光源包含不同频率的光，光的强度与频率的关系如图所示。表中给出了一些金属的截止频率，用该光源照射这些金属。则（　　） 金属 铯 4.69 钠 5.53 锌 806 钨 10.95 A. 仅铯能产生光电子 B. 仅铯、钠能产生光电子 C. 仅铯、钠、锌能产生光电子 D. 都能产生光电子 【参考答案】C 【名师解析】根据爱因斯坦光电效应方程，，可知金属的逸出功为 ， 由题给的光的强度与频率的关系图可知光源中光的频率范围为，该频率范围中最大频率小于钨的截止频率，大于铯、钠、锌的截止频率，根据发生光电效应的条件可知，用该光源照射钨，不能发生光电效应，产生光电子，而照射铯、钠、锌，均能发生光电效应产生光电子，所以C正确。 12．(2024安徽”江南十校”3月联考)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（a）所示，图（b）是用甲、乙、丙三束光分别照射光电管得到的I-U图线，、表示遏止电压。下列说法中正确的是（ ） A．甲、乙、丙三束光的光子动量 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、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窄 D．甲、乙是相同颜色的光，甲光束比乙光束的光强度弱 【参考答案】B 【名师解析】根据光电效应方程 再根据动能定理 联立可得 利用图像遏止电压的值可知 而光子动量 因此光子动量之间的关系为，A错误； B．光电效应中 利用图像遏止电压的值可知 所以B正确； C．光的双缝干涉实验中，相邻干涉条纹的宽度为 由 又 得 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，所以C错误； 由题图可知，甲光和乙光频率相同，但是甲光比乙光的饱和电流大，即甲光的光强大于乙光，所以D错误。 13．（2024河北强基联盟联考）某金属在光的照射下产生的光电子的最大初动能Eₖ与入射光频率ν的关系图像如图所示。由图像可知（ ） A．该金属的逸出功等于E B．由该图像可得出普朗克常量 C．入射光的频率为时，产生的光电子的最大初动能为2E D．入射光的频率为时，由该金属做成的光电管的遏止电压为 【参考答案】A 【名师解析】：根据爱因斯坦的光电效应方程，光电子的最大初动能，图像的纵轴截距即为逸出功，故A正确；图像的斜率即为普朗克常量，，故B错误；由图像可知，入射光的频率为时，产生的光子的最大初动能为E，故C错误；根据动能定理，遏止电压，故D错误。 14．（2024广东百日冲刺联合检测）如图所示是氢原子的能级图，一群氢原子处于量子数的激发态，这些氢原子能够自发地跃迁到较低的能量状态，并向外辐射多种频率的光，用辐射出的光照射图乙光电管的阴极K，已知阴极K的逸出功为，则（　　） A．波长最短的光是原子从激发态跃迁产生的 B．波长最长的光是原子从激发态跃迁到基态时产生的 C．阴极逸出光电子的最大初动能为 D．阴极K逸出光电子的最大初动能与阴极K的逸出功相等 【参考答案】C 【名师解析】．由可知，波长越长，频率越小，光子的能量越小，波长最长的光是原子从激发态跃迁到时产生的，波长最短的光是从激发态跃迁到产生的，AB错误； CD．氢原子从到基态跃迁，释放的光子能量最大 阴极K逸出光电子的最大初动能为 C正确，D错误。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！1 学科网（北京）股份有限公司 $$