第16章 第1讲 光电效应 波粒二象性（教师用书word）-【金版新学案】2026年高考物理高三总复习大一轮复习讲义（新高考）

该高中物理高考复习讲义聚焦原子物理模块，覆盖光电效应、能级跃迁、波粒二象性、原子核衰变及核反应等高频考点，按“知识点梳理-规律总结-真题应用”逻辑架构知识体系，通过考点精析、方法提炼、真题演练三环节帮助学生突破重点难点。 讲义采用图像分析与模型建构教学策略，如通过E_k-ν图像推导截止频率和逸出功，结合2025年山东联考真题培养学生科学思维，设置基础自主练与综合例题分层训练，助力学生高效掌握解题技巧，为教师把控复习进度提供清晰路径。

年份 2022 2023 2024 三年考情 光子、光电效应 河北卷·T4　江苏卷·T4 全国乙卷·T17 海南卷·T10　江苏卷·T14 浙江1月·T11　浙江1月·T15 贵州卷·T8　海南卷·T8 黑吉辽卷·T8　浙江1月·T11 能级跃迁 广东卷·T5　浙江6月·T7 北京卷·T1　重庆卷·T6 海南卷·T10 辽宁卷·T6　山东卷·T1 新课标卷·T16　湖北卷·T1 河北卷·T1 安徽卷·T1　重庆卷·T8 江西卷·T2　江苏卷·T5 浙江6月·T10 原子的核式结构、波粒二象性 浙江1月·T16　湖南卷·T1 浙江6月·T15 湖南卷·T1　浙江1月·T14 原子核的衰变、半衰期 全国甲卷·T17　山东卷·T1 浙江6月·T14　福建卷·T2 海南卷·T2 浙江1月·T9　浙江6月·T5 海南卷·T1　重庆卷·T6 北京卷·T1　广西卷·T4 山东卷·T1　福建卷·T1 核反应、核能 浙江1月·T14　湖北卷·T1 辽宁卷·T2　天津卷·T1 全国甲卷·T15　全国乙卷·T16 湖南卷·T1　福建卷·T9 天津卷·T3　北京卷·T3 浙江6月·T4　海南卷·T2 甘肃卷·T1　河北卷·T1 湖北卷·T2　江苏卷·T3 全国甲卷·T14 命题规律 本章主要考查光电效应、能级跃迁、原子核的衰变、半衰期、核反应与核能。原子的核式结构考查较少，能级跃迁、原子核的衰变考查频次增加。该知识模块综合性不强。常见的综合点有：能级跃迁与光电效应、衰变次数与半衰期的计算、核反应方程与核能的计算等。 第1讲　光电效应　波粒二象性 【学习目标】　1.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。 2.会分析光电效应的图像问题。 3.理解物质波的概念，理解光的波粒二象性。 考点一　黑体辐射　能量子 1．热辐射 (1)定义：周围的一切物体都在辐射电磁波，这种辐射与物体的温度有关，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温度的不同而有所不同。 2．黑体、黑体辐射的实验规律 (1)黑体：能够完全吸收入射的各种波长的电磁波而不发生反射的物体。 (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温度有关外，还与材料的种类及表面状况有关。 学生用书第335页 ②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。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，如图所示。 3．能量子 (1)定义：普朗克认为，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，这个不可再分的最小能量值ε叫作能量子。 (2)能量子的大小：ε＝hν，其中ν是带电微粒的振动频率，也即带电微粒吸收或辐射电磁波的频率；h为普朗克常量(一般取h＝6.63×10-34 J·s)。 自主练1.(多选)关于黑体辐射的实验规律如图所示，下列说法正确的是(　　) A．黑体能够完全吸收照射到它上面的光波 B．随着温度的降低，各种波长的辐射强度都有所增加 C．随着温度的升高，辐射强度极大值向波长较长的方向移动 D．黑体辐射的强度只与它的温度有关，与形状和黑体材料无关 答案：AD 解析：能完全吸收照射到它上面的各种频率的电磁波而不发生反射的物体称为黑体，选项A正确；由题图可知，随着温度的降低，各种波长的辐射强度都有所减小，选项B错误；随着温度的升高，黑体辐射强度的极大值向波长较短的方向移动，选项C错误；一般物体辐射电磁波的情况与温度有关，还与材料的种类及表面情况有关，但黑体辐射电磁波的情况只与它的温度有关，选项D正确。 自主练2.(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 B．光子的能量为 C．光子的动量为 D．在时间t内激光器发射的光子数为 答案：AC 解析：光的频率ν＝，A正确；光子的能量E＝hν＝，B错误；光子的动量p＝，C正确；在时间t内激光器发射的光子数N＝，D错误。 1．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。 2．能量子的理解 (1)物体热辐射所发出的电磁波的能量是不连续的，只能是hν的整数倍。 (2)微观世界中的物理系统，如原子、分子和离子等，其能量正如普朗克所假设的那样，只能取某些特定的值，即能量是量子化的。 考点二　光电效应 1．光电效应及其规律 (1)光电效应现象 照射到金属表面的光，能使金属中的电子从表面逸出，这种电子叫作光电子。 (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截止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在入射光的频率(大于截止频率)不变的情况下，入射光越强，饱和电流越大。 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初动能。 学生用书第336页 (3)逸出功W0：电子从金属中逸出所需做功的最小值。 (4)截止频率：νc＝。 (5)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。 1．光子和光电子都是实物粒子。(×) 2．只要入射光的强度足够强，就可以使金属发生光电效应。(×) 3．要想在光电效应实验中测到光电流，入射光子的能量必须大于金属的逸出功。(√) 4．光电子的最大初动能与入射光子的频率成正比。(×) 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．光电效应中的三个重要关系式 (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与截止频率νc的关系：W0＝hνc。 3．四点提醒 (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。 光电效应的规律 (多选)现用某一光电管进行光电效应实验，当用某一频率的光入射时，有光电流产生。下列说法正确的是(　　) A．保持入射光的频率不变，入射光的强度变大，饱和电流变大 B．入射光的频率变高，饱和电流变大 C．入射光的频率变高，光电子的最大初动能变大 D．保持入射光的强度不变，不断减小入射光的频率，始终有光电流产生 答案：AC 解析：根据光电效应实验得出的结论，保持入射光的频率不变，入射光的强度变大，饱和电流变大，故A正确，B错误；根据爱因斯坦光电效应方程得，入射光的频率变高，光电子的最大初动能变大，故C正确；保持入射光的强度不变，若入射光的频率低于截止频率，则没有光电流产生，故D错误。 光电效应规律的研究 利用光电效应原理制成的光电器件，如图所示，用频率为ν的单色光照射光电管，能发生光电效应现象，则(　　) A．此电路可用于研究光电管的饱和电流 B．用频率小于ν的单色光照射阴极K时，金属的截止频率不同 C．增加入射光的强度，遏止电压不变 D．滑动变阻器滑片P从左端缓慢向右移动时，电流表示数逐渐增大 答案：C 解析：此电路研究的是光电管的遏止电压，不可用于研究光电管的饱和电流，A错误；金属的截止频率只与自身有关，与外界光照条件无关，B错误；遏止电压的大小与入射光的频率有关，与入射光的强度无关，C正确；因光电管所加电压为反向电压，则滑片P从左向右移动，电压变大，射到A极的电子变少，电流变小，D错误。 光电效应方程的应用 (2025·山东齐鲁名校联盟联考)用波长为λ、3λ的两种单色光分别照射某金属，均能发生光电效应现象，两种情况下逸出光电子的最大速度之比为3∶1，普朗克常量和真空中光速分别用h和c表示，则该种金属的逸出功为(　　) A． B． C． D． 答案：B 解析：设此金属的逸出功为W0，根据光电效应方程，当用波长为λ的光照射时Ek1＝h－W0，当用波长为3λ的光照射时Ek2＝h－W0，又因为逸出光电子的最大速度之比为3∶1，则动能之比Ek1∶Ek2＝∶＝9∶1，联立可得该种金属的逸出功为W0＝，故选B。 学生用书第337页 考点三　光电效应的图像 光电效应的四类图像 图像名称 图线形状 由图线直接(间接)得到的物理量 最大初动能Ek与入射光频率ν的关系 (1)截止频率νc：图线与ν轴交点的横坐标 (2)逸出功W0：图线与Ek轴交点的纵坐标的绝对值，即W0＝＝E (3)普朗克常量h：图线的斜率，即h＝k 遏止电压Uc与入射光频率ν的关系 (1)截止频率νc：图线与横轴交点的横坐标 (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：等于图线的斜率与电子电荷量的乘积，即h＝ke (4)逸出功W0：图线与Uc轴交点的纵坐标的绝对值与电荷量的乘积，即W0＝eUm 颜色不同时，光电流与电压的关系 (1)遏止电压Uc1、Uc2 (2)饱和电流 (3)最大初动能Ek1＝eUc1，Ek2＝eUc2 颜色相同、强度不同的光，光电流与电压的关系 (1)遏止电压Uc：图线与横轴交点的横坐标 (2)饱和电流Im1、Im2：光电流的最大值 (3)最大初动能Ek＝eUc Ek­ν图像 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 Hz B．钛的逸出功为6.63×10-19 J C．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 答案：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。 Uc ­ν图像 (2025·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h B．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 答案：C 解析：由爱因斯坦光电效应方程有hν－W0＝Ek，遏止电压Uc与最大初动能关系为Ek＝eUc，可得Uc＝，可知图线的斜率k＝，A错误；由Uc＝，可知图线在纵轴上的截距为－，由题图乙可知b的截距的绝对值大于a的截距的绝对值，所以W0b>W0a，B错误；由爱因斯坦光电效应方程有hν－W0＝Ek，由于a材料的逸出功较小，则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，C正确；题图甲中光电管加的是反向电压，光电子在真空管中被减速，D错误。 I ­U图像 (多选)分别用a、b两种单色光照射同一金属，测得的光电流和电压的关系如图所示，则(　　) 学生用书第338页 A．a、b两种光从同种介质射入空气发生全反射时，a光的临界角大 B．b光的光子动量大于a光的光子动量 C．该金属被a光照射时的逸出功小于被b光照射时的逸出功 D．该金属被a光照射时射出的光电子的动能一定大于被b光照射时射出的光电子的动能 答案：AB 解析：根据eUc＝Ek＝hν－W0可知，频率越大，遏止电压越大，所以a光的频率比b光的小，同种介质对 a光的折射率更小，根据全反射临界角公式sin C＝，可知a光的临界角大，故A正确；由于a光的频率比b光的小，则a光的波长比b光大，根据p＝，可知a光的光子动量比b光的光子动量小，故B正确；逸出功是金属的自身属性，与入射光无关，故C错误；b光照射时的最大初动能比a光照射时的大，但是光电子的动能介于零和最大初动能之间，因此无法比较，故D错误。故选AB。 1．光电流为零时对应的电压为遏止电压Uc。 2．结合爱因斯坦光电效应方程Ek＝hν－W0和遏止电压计算公式eUc＝Ek分析求解。　　 考点四　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，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。 自主练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 答案：D 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，个别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，故D正确。 自主练2.已知电子的质量约为9.1 × 10-31 kg，一个电子和一个直径为4 μm的油滴具有相同的动能，已知油滴的密度ρ＝0.8×103 kg/m3，则电子与该油滴的德布罗意波长之比的数量级为(　　) A．10-8 B．10-4 C．102 D．108 答案：D 解析：根据德布罗意波长公式λ＝和p＝，解得λ＝，由题意可知，电子与油滴的动能相同，则有，油的密度约为ρ＝，由于已知油滴的直径，则油滴的质量为m油＝≈ 2.7 × 10-14 kg，代入数据解得 ≈1.7 × 108。故选D。 1．对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 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、光子的动量表达式p＝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 (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。 学科网（北京）股份有限公司 $