第16章 第1讲 光电效应和波粒二象性(Word学案)-【高考快车道】2026年高考物理大一轮总复习

该高中物理高考复习学案系统梳理了原子物理学中光电效应和波粒二象性专题，将黑体辐射、能量子、光电效应规律、波粒二象性等核心考点按概念内涵、规律应用和公式推导构建知识网络，通过填空式梳理、易错辨析题和双基落实任务，引导学生自主夯实基础，形成系统性物理观念。 亮点在于诊断性自测与进阶式考点突破设计，开篇设置5道易错辨析题帮助学生自主诊断认知盲点，每个考点配套基础练、真题练和规律总结，培养科学思维和科学探究素养。模块末附反思总结表，学生可记录知识漏洞，教师通过学情精准指导，有效提升备考实效。

第十六章　原子物理学 高考考点 三年考情 2024 2023 2022 黑体辐射、能 量子、物质波 湖南卷T1；辽宁卷T8；江西卷T2 北京卷T14；海南卷T10 江苏卷T14；浙江1月T11 浙江1月T16 光电效应 湖南卷T1；海南卷T8；辽宁卷T8 浙江6月T15；浙江1月T15 河北卷T4 能级跃迁 安徽卷T1；江苏卷T5 山东卷T1；湖北卷T1；辽宁卷T6 新课标卷T16；浙江1月T15 广东卷T5；浙江6月T7 北京卷T1；重庆卷T6 原子核的衰 变、半衰期 福建卷T1；北京卷T1 广西卷T4；山东卷T1 重庆卷T6；浙江6月T5 海南卷T1；浙江1月T9 全国甲卷T17；山东卷T1 浙江6月T14 核反应、核能 海南卷T2；甘肃卷T1；河北卷T1 湖北卷T2；广东卷T2；江苏卷T3 全国甲卷T14；浙江1月T7 全国甲卷T15；广东卷T1 天津卷T3；北京卷T3 湖南卷T1 浙江1月T14；湖北卷T1 辽宁卷T2 备考策略 高考对本章主要考查黑体辐射、光电效应、能级跃迁、原子核的衰变、半衰期、核反应与核能等问题，复习过程中： 1.重点关注以上所列有关知识的理解及应用问题。 2.重点关注衰变规律与磁场、动量知识的综合问题。 3.原子的核式结构很少考查，适当关注一下 第1讲　光电效应和波粒二象性 黑体辐射　能量子 1.热辐射 （1）定义：周围的一切物体都在　　　　电磁波，这种辐射与物体的　　　　有关，所以叫热辐射。 （2）特点：热辐射强度按波长的分布情况随物体　　　　的不同而有所不同。 2.黑体、黑体辐射的实验规律 （1）黑体：能够　　　　　　入射的各种波长的电磁波而不发生　　　　的物体。 （2）黑体辐射的实验规律 ①对于一般材料的物体，辐射电磁波的情况除与　　　　有关外，还与材料的　　　　及表面状况有关。 ②黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的　　　　有关。随着温度的升高，一方面，各种波长的辐射强度都有　　　　，另一方面，辐射强度的极大值向波长较　　　的方向移动，如图所示。 3.能量子 （1）定义：普朗克认为，当带电微粒辐射或吸收能量时，只能辐射或吸收某个最小能量值ε的　　　　倍，这个不可再分的最小能量值ε叫作能量子。 （2）大小：ε＝　　　　，其中ν是带电微粒吸收或辐射电磁波的频率，h称为普朗克常量（一般取h＝6.63×10－34 J·s）。 光电效应 1.光电效应及其规律 （1）光电效应现象 在光的照射下，金属中的　　　　从表面逸出的现象，发射出来的电子叫作　　　　。 （2）光电效应的产生条件 入射光的频率　　　　金属的极限频率。 （3）光电效应规律 ①每种金属都有一个极限频率，入射光的频率必须　　　　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　　　　无关，只随入射光频率的增大而　　　　。 ③光电效应的发生几乎是　　　　的，一般不超过10－9 s。 ④当入射光的频率大于极限频率时，饱和电流的大小与入射光的强度成　　　　。 2.爱因斯坦光电效应方程 （1）表达式：Ek＝hν－W0。 （2）物理意义：金属中的电子吸收一个光子获得的能量是hν，在这些能量中一部分大小为W0的能量被电子用来脱离金属，剩下的是逸出后电子的　　　　　。 （3）逸出功W0：电子从金属中逸出所需做功的　　　　。 波粒二象性 1.康普顿效应和光子的动量 在散射的X射线中，除了与入射波长λ0相同的成分外，还有波长大于λ0的成分，这个现象称为康普顿效应。康普顿效应说明光子不仅具有能量，而且具有　　　　。 2.光的波粒二象性 （1）光的干涉、衍射、偏振现象说明光具有　　　　性。 （2）光电效应和康普顿效应说明光具有　　　　性。 （3）　　　　　　　　　　　　　　　　，即光具有波粒二象性。 （4）光子的能量ε＝　　　　，光子的动量p＝　　　　。 3.物质波 （1）1924年，法国物理学家德布罗意提出：实物粒子也具有波动性，即每一个运动的粒子都与一个对应的波相联系，这种波叫作物质波，也叫　　　　　　波。所以实物粒子也具有波粒二象性。 （2）粒子的能量ε和动量p跟它所对应的波的频率ν和波长λ之间，遵从的关系为：ν＝　　　　，λ＝　　　　。 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。（　　） 4.光的波长越长，越容易发生干涉和衍射现象。（　　） 5.光电效应、康普顿效应都说明光具有粒子性，说明光的波动说是错误的。（　　） 　　 1.〔多选〕（人教版选择性必修第三册，P68图4.1－2改编）如图所示，画出了四种温度下黑体辐射的强度与波长的关系图像，由图像可以看出，随着温度的升高，下列说法正确的是（　　） A.各种波长的辐射强度都有增加 B.只有波长短的辐射强度增加 C.辐射强度的极大值向波长较短的方向移动 D.辐射强度仍然是随波长的增大而先增大再减小 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 3.（人教版选择性必修第三册P76图4.2－6改编）康普顿效应证实了光子不仅具有能量，也具有动量，如图所示给出了光子与静止电子碰撞后电子的运动方向，则碰撞后光子可能沿　　　　（选填“1”“2”或“3”）方向运动，并且波长　　　　（选填“不变”“变短”或“变长”）。 4.（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 考点一　黑体辐射和能量子 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。 【练1】 关于黑体辐射的下列说法正确的是（　　） A.一般物体的热辐射强度只与物体的温度有关 B.黑体只吸收电磁波，不反射电磁波，所以黑体看上去一定是黑的 C.在黑体辐射的实验规律图中，一定温度下，黑体辐射强度有一个极大值 D.在黑体辐射的实验规律图中，温度升高时，黑体辐射强度的极大值向波长增大的方向移动 【练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 m B.3×102 m C.6×102 m D.9×102 m 考点二　光电效应规律的理解及应用 1.光电效应的两条对应关系 入射光强度大→光子数目多→发射光电子多→光电流大；光子频率高→光子能量大→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＝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。 〔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 尝试解答 （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U1 C.其他条件不变，使开关S与2接通，电流表示数仍为零 D.光电管阴极材料的截止频率νc＝ν1－ 尝试解答 规律总结 光电管加正向与反向电压的情况分析 （1）P右移时，参与导电的光电子数增加； （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再右移时，光电流不再增大 （1）P右移时，参与导电的光电子数减少； （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再右移时，光电流始终为0 如图所示为研究光电效应实验的电路图。初始时刻，滑动触头P在O点左侧靠近a点某位置；用一定强度的绿光照射光电管K极，当闭合开关后，微安表的示数不为0，则在P向b端移动的过程中（　　） A.微安表的示数不断增大 B.微安表的示数可能为零 C.到达A极的光电子动能不断增大 D.K极逸出的光电子的最大初动能不断增大 尝试解答 考点三　波粒二象性和物质波的理解 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 由光子的能量ε＝hν、光子的动量p＝也可以看出，光的波动性和粒子性并不矛盾，表示粒子性的粒子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 2.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：λ＝＝，h是普朗克常量。 【练3】 用极微弱的可见光做双缝干涉实验，随着时间的增加，在屏上先后出现如图a、b、c所示的图像，则（　　） A.图a表明光具有波动性 B.图c表明光具有粒子性 C.用紫外线观察不到类似的图像 D.实验表明光是一种概率波 【练4】 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 【练5】 已知普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s，电子的质量为9.11×10－31 kg，一个电子和一滴直径约为4 μm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（　　） A.10－8 B.106 C.108 D.1016 　光电效应的图像问题 光电效应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 最大初动能Ek与入射光频率ν的关系图像 （1）极限频率：图像与ν轴交点的横坐标νc。 （2）逸出功：图像与Ek轴交点的纵坐标的绝对值W0＝｜－E｜＝E。 （3）普朗克常量：图像的斜率k＝h 光电流I与电压U的关系图像 颜色相同、强度不同的光 （1）遏止电压Uc：图像与横轴的交点的横坐标。 （2）饱和光电流Im1、Im2：光电流的最大值。 （3）最大初动能：Ek＝eUc 颜色不同的光 （1）遏止电压Uc1、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：Ek1＝eUc1，Ek2＝eUc2 遏止电压Uc与入射光频率ν的关系图像 （1）极限频率νc：图像与横轴的交点的横坐标。 （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：等于图像的斜率与电子电荷量的乘积，即h＝ke 　　 用不同频率的紫外线分别照射钨和锌的表面而产生光电效应，可得到光电子最大初动能Ek随入射光频率ν变化的Ek-ν图像，已知钨的逸出功是4.54 eV，锌的逸出功是3.34 eV，若将二者的图线画在同一个Ek-ν图像中，如图所示，用实线表示钨的Ek-ν图线，虚线表示锌的Ek-ν图线，则正确反映这一过程的是（　　） 尝试解答 （2025·广东湛江模拟）用图甲所示的电路研究光电效应中电子发射的情况与照射光的强弱、光的颜色（频率）等物理量之间的关系。分别用三束光照射同一阴极K进行了三次实验，得到电流表示数I与电压表示数U之间的关系如图乙所示。下列说法正确的是（　　） A.入射光光子的能量E①＞E②＞E③ B.光电子的最大初动能Ek①＞Ek②＞Ek③ C.单位时间照射到K上的光子数n①＞n③ D.照射到K上时金属的逸出功②最大 尝试解答 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hνc B.钠的截止频率为8.5×1014 Hz C.图中直线的斜率为普朗克常量h D.遏止电压Uc与入射光频率ν成正比 尝试解答 提示：完成课后作业　第十六章　第1讲 第十六章　原子物理学 第1讲　光电效应和波粒二象性 【立足“四层”·夯基础】 基础知识梳理 知识点1 1.（1）辐射　温度　（2）温度　2.（1）完全吸收　反射 （2）①温度　种类　②温度　增加　短　3.（1）整数　（2）hν 知识点2 1.（1）电子　光电子　（2）大于　（3）①大于　②强度　增大 ③瞬时　④正比　2.（2）初动能　（3）最小值 知识点3 1.动量　2.（1）波动　（2）粒子　（3）光既具有波动性，又具有粒子性　（4）hν　　3.（1）德布罗意　（2）　 易错易混辨析 1.×　2.×　3.×　4.√　5.× 双基落实筑牢 1.ACD　由题给图像可以看出，随着温度的升高，各种波长的辐射强度都有增加，且辐射强度的极大值向波长较短的方向移动，故B错误，A、C正确；随着温度的升高，黑体的辐射强度仍然是随波长的增大而先增大再减小，故D正确。 2.BC　用紫外线照射锌板时，锌板里的电子吸收紫外线的能量从锌板表面逸出，称之为光电子，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。 3.1　变长 解析：因为光子与电子碰撞过程中动量守恒，所以碰撞之后光子和电子的总动量的方向与光子碰撞前的方向一致，可见碰撞后光子的方向可能沿1方向，不可能沿2或3方向；通过碰撞，光子将一部分能量转移给电子，能量减少，由ε＝hν知，频率变小，再根据c＝λν知，波长变长。 4.B　普朗克认为黑体辐射的能量是量子化的，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。 【着眼“四翼”·探考点】 考点一 【练1】 C　一般物体的热辐射强度除与温度有关之外，还与材料、表面状况等因素有关，故A错误；黑体可以完全吸收电磁波而不发生反射，同时自身可以有较强的辐射，所以看上去不一定是黑的，故B错误；根据黑体辐射实验规律可得，一定温度下黑体辐射强度有一个极大值，故C正确；根据黑体辐射实验规律可知，黑体热辐射强度的极大值随温度的升高向波长较小的方向移动，故D错误。 【练2】 B　根据题意，点光源向所有方向均匀辐射一定波长的光，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P＝4πR2×nE0，其中E0＝，联立解得R≈3×102 m，选项B正确。 考点二 【例1】 BD　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正确；根据爱因斯坦光电效应方程Ek＝hν－W0，结合A、B项分析可知，逸出的光电子最大初动能与照射光的强度无关，C错误；若增加此X光的强度，则单位时间入射到金属表面的光子数增多，单位时间逸出的光电子数增多，D正确。 【例2】 D　根据爱因斯坦光电效应方程有Ek＝hν－W0，根据动能定理有－eUc＝0－Ek，联立解得Uc＝ν－，因此仅改变光强不会使遏止电压的大小发生变化，由题意可知电压表测量遏止电压，所以增大光强，电压表示数不变，A错误；根据A项表达式可知，若改用比ν1更大频率的光照射，遏止电压增大，即此时电压表示数大于U1，B错误；当仅将开关S与2接通，则光电管两端的电压变为正向电压，逸出的光电子在电场中加速，一定能到达右极板，电流表一定有示数，C错误；截止频率与逸出功的关系为W0＝hνc，结合A项表达式并代入题干条件可得νc＝ν1－，D正确。 【例3】 C　在P向b端移动的过程中，在到达O点之前，A极电势低于K极电势，随着P靠近O，静电力对光电子做的负功越来越少，微安表的示数增大；过了O点之后，A极电势高于K极电势，静电力对光电子做正功，微安表的示数增大，当达到饱和电流后微安表的示数不再增大，A、B错误；A极电势逐渐升高，P到达O点前静电力对光电子做的负功减小，过了O点后静电力对光电子做的正功逐渐增大，根据动能定理可知到达A极的光电子动能不断增大，C正确；根据爱因斯坦光电效应方程Ek＝hν－W0，可知K极逸出的光电子的最大初动能不变，D错误。 考点三 【练3】 D　题图a只有分散的亮点，表明光具有粒子性；题图c呈现干涉条纹，表明光具有波动性，A、B错误；紫外线也具有波粒二象性，也可以观察到类似的图像，C错误；实验表明光是一种概率波，D正确。 【练4】 B　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。 【练5】 C　根据德布罗意波长公式λ＝，由p＝，解得λ＝。电子与油滴的动能相同，则其波长与质量的二次方根成反比，所以有＝，其中m油＝ρ·πd3＝0.8×103××3.14×（4×10－6）3 kg≈2.7×10－14 kg，代入数据解得＝≈1.7×108，所以C正确，A、B、D错误。 【聚焦“素养”·提能力】 【典例1】 B　依据光电效应方程Ek＝hν－W0可知，Ek-ν图线的斜率代表普朗克常量h，因此钨和锌的Ek-ν图线应该平行。图线在横轴的截距代表极限频率νc，而νc＝，因此钨的极限频率νc大些。综上所述，B正确。 【典例2】 C　由爱因斯坦光电效应方程得eUc＝Ek＝hν－W0，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，所以由图乙可知，①光的频率等于③光的频率，③光的频率低于②光的频率，所以入射光光子的能量E②＞E①＝E③，光电子的最大初动能Ek②＞Ek①＝Ek③，故A、B错误；由图乙可得，①光对应饱和光电流大于③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，且逸出的光电子数等于入射的光子数，所以单位时间照射到K上的光子数n①＞n③，故C正确；同一阴极K的逸出功相等，故D错误。 【典例3】 A　根据遏止电压与最大初动能的关系有eUc＝Ek，根据爱因斯坦光电效应方程有Ek＝hν－W0，由题图可知，当Uc为0时，解得W0＝hνc，选项A正确；钠的截止频率为νc，根据题图可知，截止频率小于8.5×1014 Hz，选项B错误；结合遏止电压与光电效应方程可解得Uc＝ν－，对比遏止电压Uc与入射光频率ν的实验曲线可知，题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Uc与入射光频率ν成线性关系，不是成正比，选项D错误。 8 / 8 学科网（北京）股份有限公司 $