第40讲 光电效应 波粒二象性（复习讲义）（黑吉辽蒙专用）2027年高考物理一轮复习讲练测

该高中物理讲义聚焦黑体辐射、能量子、光电效应及波粒二象性等高考核心考点，按命题透视、思维建模、考点精讲、真题溯源逻辑架构知识，通过考情分析、框架搭建、考点拆解、真题训练环节，助力学生系统梳理知识脉络，突破概念辨析与图像应用难点。 讲义以“知识点解构+考向破译”创新设计，结合光电管实验、光电传感器等情境培养科学思维与物理观念，通过遏止电压图像分析等变式训练提升解题能力，为教师提供分层教学指导，短时间内高效强化学生应考素养，把控复习节奏。

第40讲 光电效应 波粒二象性 内容导航 01 命题透视·考情前瞻 对标素养，研判高考命题趋势 02 思维建模·脉络梳理 搭建知识框架，构建系统思维 03 考点精讲·靶向突破 拆解核心考点，归纳解题范式 考点一 黑体辐射、能量子 知识点1 黑体辐射、能量子 考向1 黑体辐射、能量子 考点二 光电效应 知识点1 光电效应 知识点2 光电效应及图像 考向1 光电效应及规律 考向2 光电效应的图像问题 考点三 波粒二象性 知识点1 波粒二象性 考向1 波粒二象性 04 真题溯源·考向感知 溯源真题逻辑，感知高考考向 命题透视·考情前瞻 ——对标素养，研判高考命题趋势 核心考点 2026年 2025年 2024年 爱因斯坦光电效应方程 黑吉辽卷8T，6分 考情分析 题型与考向：高考对这部分内容的考查，多数以选择题形式出现，多是概念辨析类选择题，有时会融合在原子物理综合题中考查。结合其他模块的综合填空，难度不高。重点仍聚焦基础概念，光电效应核心规律和波粒二象性概念辨析。 情境与立意： 1. 以实验情景考查：光电管伏安特性测量、锌板光电效应验电器实验、遏止电压与频率关系探究实验。 2. 结合生活实际情景：光电传感器（自动门、光电计数器）的工作原理、光伏太阳能电池的光电转化、夜视仪的光电效应原理。 3. 学习探究类：单光子干涉实验、量子通信中的光子探测等 复习目标 1. 记牢光电效应发生条件、方程运用，可以熟练使用。 2. 概念辨析类选择题提高准确率，可利用光电效应方程完成简单计算。 3. 实验情景分析准确。能熟练应用公式应对创新情境中的简单计算。 思维建模·脉络梳理 考点精讲·靶向突破 ——拆解核心考点，归纳解题范式 考点一 黑体辐射、能量子 知识点1 黑体辐射、能量子 知●识●解●构 一、普朗克黑体辐射理论 1.热辐射 （1）定义：我们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，所以叫作热辐射。 2.热辐射的特点 （1）在任何温度下，任何物体都会发射电磁波，并且其辐射强度按波长的分布情况随物体的温度而有所不同。 （2）在一定温度下，不同物体所辐射的光谱成分有显著的不同。 3.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。 ②随着温度的升高，一方面，各种波长的辐射强度都有增大，另一方面，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动，如图。 4.能量子 （1）定义：普朗克认为，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）能量子大小：ε＝hν，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，h＝6.626×10－34 J·s（一般取h＝6.63×10－34 J·s）。 （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不连续的。 5.光子 光子及光子能量：爱因斯坦认为，光本身是由一个个不可分割的能量子组成的，频率为ν的光的能量子ε＝hν，称为光子。 6.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●向●破●译 考向1 黑体辐射、能量子 例1 （2026·辽宁朝阳·模拟预测）下列图片及其相应描述正确的是（　　） A．图甲：卢瑟福通过分析粒子散射实验结果，发现了质子和中子 B．图乙：随着温度的升高，各种波长的辐射强度都有所增加，辐射强度的极大值向着频率较大的方向移动 C．图丙：电子束通过电场加速后，穿过铝箔得到的衍射图样，加速电压越大，电子的物质波波长越长 D．铋-212衰变时释放高能α粒子，可精准摧毁癌细胞DNA，研究人员测试初始质量为的铋-212发生衰变后的剩余质量随时间变化的图像如图丁，则铋-212的半衰期为2.00 h 【变式训练1·变情境】（24-25高二下·辽宁）对比学习可以帮助同学们抓住规律的要点。对比教材中两组相似的曲线，图甲为某气体在0℃和100℃温度下单位速率区间的分子数占总分子数的百分比随气体分子速率的变化规律；图乙为在T1、T2两种温度下黑体的辐射强度与其辐射电磁波波长的关系。下列说法正确的是（　　） A．图甲中虚线对应100℃时的情形 B．由图甲可知，温度升高后每个速率区间的分子数占总分子数的百分比都变大了 C．由图乙可知，温度升高后各种波长的辐射强度都增加了 D．由图乙可知，温度升高后黑体辐射强度的极大值向波长较长的方向移动 【变式训练2·变情境】 （24-25高二下·辽宁）某气体在、两种不同温度下的分子速率分布图像如图甲所示，纵坐标表示各速率区间的分子数占总分子数的百分比，横坐标表示分子的速率。黑体辐射的实验规律如图乙所示，图乙中画出了两种不同温度下黑体辐射的强度与波长的关系，下列说法正确的是（　　） A．图甲中，图乙中 B．图甲中、图乙中 C．图甲中，图乙中 D．图甲中、图乙中 考点二 光电效应 知识点1 光电效应 知●识●解●构 1.光电效应现象 在光的照射下，金属中的电子从表面逸出的现象，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极限频率。 3.光电效应的四个规律 （1）每种金属都有一个极限频率，入射光的频率必须大于截止频率（极限频率）才能产生光电效应。低于截止频率时不能发生光电效应。 （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极限频率时，饱和光电流的强度与入射光的强度成正比。 注意：入射光频率一定时，光照强度决定于每秒钟光源发射的光子数，而光的频率决定着每个光子的能量。 4.用光电管研究光电效应 （1）光电效应电路图。 （2）光电流与饱和光电流。 ①入射光强度：单位时间内入射到金属表面单位面积上的能量。频率一定时，光强越大，光子数越多。 ②光电流：光电子在电路中形成的电流。 ③饱和光电流：在一定频率与强度的光照射下的最大光电流。 （3）遏止电压：使光电流减小到零的反向电压Uc。 5.爱因斯坦光电效应方程 （1）光电效应方程 ①表达式：hν＝Ek＋W0或Ek＝hν－W0。 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。 （2）逸出功W0：电子从金属中逸出所需做功的最小值，W0＝hνc＝h。 （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。 6.与光电效应有关的两组概念对比 （1）光电子的初动能与光电子的最大初动能：从金属表面直接向外飞出的光电子，只需克服原子核的引力做功，此时，光电子具有最大初动能。光电子的初动能小于或等于光电子的最大初动能。 （2）光电流与饱和光电流的决定因素：光电流与入射光的强度和所加电压有关；饱和光电流是光电流的最大值，与所加电压无关，随入射光强度的增大而增大。 7.两条对应关系 （1）入射光频率一定，光照强度大→光子数目多→发射光电子多→光电流大； （2）光子频率高→光子能量大→光电子的最大初动能大。 8.三个重要关系式 （1）爱因斯坦光电效应方程：Ek＝hν－W0。 （2）最大初动能与遏止电压的关系：Ek＝eUc。 （3）逸出功与极限频率的关系W0＝hν0。 知识点2 光电效应的图像 知●识●解●构 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Ekm与入射光频率ν的关系图线 ①极限频率：图线与ν轴交点的横坐标ν0 ②逸出功：图线与Ek轴交点的纵坐标的绝对值W0＝|－E|＝E ③普朗克常量：图线的斜率k＝h 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：图线与横轴的交点 ②饱和光电流I m：电流的最大值 ③最大初动能：Ekm＝eUc 颜色不同时，光电流与电压的关系 ①遏止电压Uc1、Uc2 ②饱和光电流 ③最大初动能Ek1＝eUc1，Ek2＝eUc2 遏止电压Uc与入射光频率ν的关系图线 ①截止频率ν0：图线与横轴的交点 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量的乘积，即h＝ke。（注：此时两极之间接反向电压） 注：I-U图中为什么黄光的饱和光电流更大？ （1）饱和光电流的大小由“光子数”决定，而非“光子能量” 光电效应第一定律：当入射光频率高于截止频率时，饱和光电流与入射光的光强（单位时间的光子总数）成正比。 蓝光光子能量大（波长短），黄光光子能量小（波长长）。 关键前提：在中学或大学基础物理实验中，对比黄光和蓝光时，通常控制的是 “光功率相同” 或 “照度相同”，而不是“光子数相同”。 （2）相同光功率下，黄光的光子数远多于蓝光 光功率 P=N⋅hν （N 为每秒发射的光子数，hν 为单光子能量）。因为黄光频率低（黄〈蓝），单光子能量小。在相同的输入光功率下，为了让等式成立，黄光每秒射出的光子数 N 必须远大于蓝光。每一个光子打出一个光电子（假设量子效率相同），黄光产生的光电子数量就多，因此饱和光电流更大。 考●向●破●译 考向1 光电效应及规律 例1 （2026·辽宁锦州·二模）如图所示，用同一束单色光、在同一条件下先后照射阴极材料为铯和钾的两个光电管，均能发生光电效应。已知钾的逸出功大于铯的逸出功，下列说法正确的是（　　） A．铯和钾的截止频率相同 B．单色光的频率一定小于铯的截止频率 C．单色光的频率一定大于钾的截止频率 D．钾光电管逸出光电子的最大初动能更大 【变式训练1·变情境】 （2026高三·黑龙江、辽宁）用不同频率的光照射某金属表面，测得遏止电压Uc与入射光频率的关系如图所示，图中直线交横轴于斜率为k。已知电子电荷量为e，则下列说法正确的是（     ） A．金属的极限频率为，逸出功为 B．普朗克常量可表示为 C．图线斜率k与入射光强度有关 D．若换用逸出功更小的金属，图线斜率将减小 【变式训练2·变情境】（2026·辽宁大连·二模）三束单色光1、2和3的波长分别为、和（），分别用这三束光照射同一种金属，已知用光束2照射时，恰能产生光电子，下列说法正确的是（　　） A．用光束1照射时，能产生光电子 B．用光束3照射时，不能产生光电子 C．用光束2照射时，光越强，单位时间内产生的光电子数目越多 D．用光束2照射时，光越强，产生的光电子的最大初动能越大 考向2 光电效应的图像问题 例2 （2026·辽宁大连·模拟预测）在某次光电效应实验中，得到的遏止电压与入射光的波长的关系如图所示。已知电子的电荷量大小为，光在真空中的传播速度大小为，则普朗克常量可表示为（　　） A． B． C． D． ▶新情境◀【变式训练1·时事热点与学科知识结合】（2026·四川成都·二模）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。图甲是光电效应实验装置示意图，图乙是研究光电效应电路中a、b两束入射光照射同种金属时产生的光电流与电压的关系图像，图丙是P、Q两种金属的光电子最大初动能与入射光频率的关系图像，图丁是某种金属的遏止电压与入射光频率之间的关系图像。下列说法正确的是（　　） A．在图甲实验中，改用红外线照射锌板验电器指针也会张开 B．由图乙可知，a光的频率等于b光 C．由图丙可知，金属P的逸出功大于金属Q的逸出功 D．由图丁可知，该图线的斜率为普朗克常量h 【变式训练2·变考法】 （2026·辽宁营口·二模）研究光电效应规律的实验装置如图甲所示，用波长分别为、的单色光1、2照射同一阴极K，测得电流表示数I与电压表示数U的关系如图乙所示，电子电荷量为e。下列说法正确的是（　　） A．单色光2照射阴极K后，电子逸出的初动能大小一定为eUc2 B． C．测量遏止电压Uc时，开关应该闭合到1 D．光电效应实验证实了光具有波动性 考点三 波粒二象性 知识点1 波粒二象性 考●向●破●译 考向1 波粒二象性 例1 （2026·辽宁沈阳·模拟预测）大量处于某一激发态的氢原子向基态跃迁时，能够产生6种不同频率的光，波长分别为、、、、、，且，已知氢原子基态的能量为，第能级的能量（其中，，，…），则下列说法正确的是（　　） A．这些氢原子最初处于第3能级 B．波长为的光子动量最小 C． D． 【变式训练1·变考法】（2026·吉林长春·三模）两种光子的动量之比为，它们都能使金属A发生光电效应，且其逸出光电子的最大初动能分别为、。则（　　） A．两种光子的波长之比为 B．两种光子的能量之比为 C．A金属的逸出功为 D．A金属的逸出功为 【变式训练2·变考法】（▶新情境◀2026·山东淄博·三模）电子双缝干涉实验是近代证实物质波存在的实验。如图所示，电子枪持续发射动量大小为P的电子，然后让它们通过双缝打到屏上。已知电子质量为m，普朗克常量为h，下列说法正确的是（     ） A．电子的物质波波长 B．仅增大电子的动量，干涉条纹的间距减小 C．电子的动能 D．该实验说明电子也是一种电磁波 04 真题溯源·考向感知 溯源真题逻辑，感知高考考向 1．（2023·辽宁·高考真题）原子处于磁场中，某些能级会发生劈裂。某种原子能级劈裂前后的部分能级图如图所示，相应能级跃迁放出的光子分别设为①②③④。若用①照射某金属表面时能发生光电效应，且逸出光电子的最大初动能为Ek，则（　　）    A．①和③的能量相等 B．②的频率大于④的频率 C．用②照射该金属一定能发生光电效应 D．用④照射该金属逸出光电子的最大初动能小于Ek 2．（2021·辽宁·高考真题）赫兹在研究电磁波的实验中偶然发现，接收电路的电极如果受到光照，就更容易产生电火花。此后许多物理学家相继证实了这一现象，即照射到金属表面的光，能使金属中的电子从表面逸出。最初用量子观点对该现象给予合理解释的科学家是（　　） A．玻尔 B．康普顿 C．爱因斯坦 D．德布罗意 3．（2026·陕晋青宁卷·高考真题）正电子 与电子湮灭产生的光子是探测中微子的重要信号。一个静止的正电子与一个静止的电子湮灭转化为两个光子，该过程动量和能量都守恒。已知正电子与电子的质量均为，光速为，普朗克常量为，则这两个光子（     ） A．总能量为 B．频率均为 C．总动量为 D．波长均为 1 / 5 学科网（北京）股份有限公司 $可学科网·上好课 www.zxxk.com 上好每一堂课 第40讲光电效应波粒二象性 考点一黑体辐射、能量子、 考向1黑体辐射、能量子 例1【答案】B 【变式训练1变情境】【答案】C 【变式训练2变情境】【答案】A 考点二光电效应、 考向1光电效应及规律 例1【答案】c 【变式训练1变情境】【答案】A 【变式训练2变情境】【答案】C 考向2光电效应的图像问题 例2【答案】c )新情境☒【变式训练1时事热点与学科知识结合】【答案】B 【变式训练2变考法】【答案】C 1/2 可学科网·上好课 www.zxxk.com 上好每一堂课 考点三波粒二象性、 考向1波粒二象性 例1 【答案】D 【变式训练1变考法】【答案】C )新情境口【变式训练2·变考法】【答案】B 逻真题溯源老約感知 1.【答案】A 2.【答案】C 3.【答案】B 2/2 第40讲 光电效应 波粒二象性 内容导航 01 命题透视·考情前瞻 对标素养，研判高考命题趋势 02 思维建模·脉络梳理 搭建知识框架，构建系统思维 03 考点精讲·靶向突破 拆解核心考点，归纳解题范式 考点一 黑体辐射、能量子 知识点1 黑体辐射、能量子 考向1 黑体辐射、能量子 考点二 光电效应 知识点1 光电效应 知识点2 光电效应及图像 考向1 光电效应及规律 考向2 光电效应的图像问题 考点三 波粒二象性 知识点1 波粒二象性 考向1 波粒二象性 04 真题溯源·考向感知 溯源真题逻辑，感知高考考向 命题透视·考情前瞻 ——对标素养，研判高考命题趋势 核心考点 2026年 2025年 2024年 爱因斯坦光电效应方程 黑吉辽卷8T，6分 考情分析 题型与考向：高考对这部分内容的考查，多数以选择题形式出现，多是概念辨析类选择题，有时会融合在原子物理综合题中考查。结合其他模块的综合填空，难度不高。重点仍聚焦基础概念，光电效应核心规律和波粒二象性概念辨析。 情境与立意： 1. 以实验情景考查：光电管伏安特性测量、锌板光电效应验电器实验、遏止电压与频率关系探究实验。 2. 结合生活实际情景：光电传感器（自动门、光电计数器）的工作原理、光伏太阳能电池的光电转化、夜视仪的光电效应原理。 3. 学习探究类：单光子干涉实验、量子通信中的光子探测等 复习目标 1. 记牢光电效应发生条件、方程运用，可以熟练使用。 2. 概念辨析类选择题提高准确率，可利用光电效应方程完成简单计算。 3. 实验情景分析准确。能熟练应用公式应对创新情境中的简单计算。 思维建模·脉络梳理 考点精讲·靶向突破 ——拆解核心考点，归纳解题范式 考点一 黑体辐射、能量子 知识点1 黑体辐射、能量子 知●识●解●构 一、普朗克黑体辐射理论 1.热辐射 （1）定义：我们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，所以叫作热辐射。 2.热辐射的特点 （1）在任何温度下，任何物体都会发射电磁波，并且其辐射强度按波长的分布情况随物体的温度而有所不同。 （2）在一定温度下，不同物体所辐射的光谱成分有显著的不同。 3.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。 ②随着温度的升高，一方面，各种波长的辐射强度都有增大，另一方面，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动，如图。 4.能量子 （1）定义：普朗克认为，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）能量子大小：ε＝hν，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，h＝6.626×10－34 J·s（一般取h＝6.63×10－34 J·s）。 （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不连续的。 5.光子 光子及光子能量：爱因斯坦认为，光本身是由一个个不可分割的能量子组成的，频率为ν的光的能量子ε＝hν，称为光子。 6.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●向●破●译 考向1 黑体辐射、能量子 例1 （2026·辽宁朝阳·模拟预测）下列图片及其相应描述正确的是（　　） A．图甲：卢瑟福通过分析粒子散射实验结果，发现了质子和中子 B．图乙：随着温度的升高，各种波长的辐射强度都有所增加，辐射强度的极大值向着频率较大的方向移动 C．图丙：电子束通过电场加速后，穿过铝箔得到的衍射图样，加速电压越大，电子的物质波波长越长 D．铋-212衰变时释放高能α粒子，可精准摧毁癌细胞DNA，研究人员测试初始质量为的铋-212发生衰变后的剩余质量随时间变化的图像如图丁，则铋-212的半衰期为2.00 h 【答案】B 【详解】A．图甲为卢瑟福粒子散射实验，根据实验结果卢瑟福提出了原子的核式结构理论，A项错误； B．随着温度的升高，黑体热辐射的强度一方面各种波长的辐射强度都有所增加，另一方面其极大值向着波长较短（频率较大）的方向移动，B项正确； C．根据， 解得 加速电压越大，电子的物质波波长越短，C项错误； D．根据图像可以看出当质量为和的时间差即为铋-212的半衰期，D项错误。 故选B。 【变式训练1·变情境】（24-25高二下·辽宁）对比学习可以帮助同学们抓住规律的要点。对比教材中两组相似的曲线，图甲为某气体在0℃和100℃温度下单位速率区间的分子数占总分子数的百分比随气体分子速率的变化规律；图乙为在T1、T2两种温度下黑体的辐射强度与其辐射电磁波波长的关系。下列说法正确的是（　　） A．图甲中虚线对应100℃时的情形 B．由图甲可知，温度升高后每个速率区间的分子数占总分子数的百分比都变大了 C．由图乙可知，温度升高后各种波长的辐射强度都增加了 D．由图乙可知，温度升高后黑体辐射强度的极大值向波长较长的方向移动 【答案】C 【详解】A．根据麦克斯韦速率分布图像可知，温度升高时，分子速率分布会向速率较大的方向偏移，则图甲中虚线对应0℃时的情形，故A错误； B．温度升高后，分子速率分布向速率较大的方向偏移，只是在速率较大区间分子数占分子数的百分比增大，而在速率较小区间分子数占总分子数的百分比减小，并不是每个速率区间的分子数占总分子数的百分比都变大，故B错误； CD．根据黑体辐射的实验规律，温度升高时，黑体辐射强度的极大值向波长较短的方向移动，同时各种波长的辐射强度都增加了，故C正确，D错误。 故选C。 【变式训练2·变情境】 （24-25高二下·辽宁）某气体在、两种不同温度下的分子速率分布图像如图甲所示，纵坐标表示各速率区间的分子数占总分子数的百分比，横坐标表示分子的速率。黑体辐射的实验规律如图乙所示，图乙中画出了两种不同温度下黑体辐射的强度与波长的关系，下列说法正确的是（　　） A．图甲中，图乙中 B．图甲中、图乙中 C．图甲中，图乙中 D．图甲中、图乙中 【答案】A 【详解】由图甲可知，温度为的图线中速率大分子占据的比例较大，则说明其对应的平均动能较大，故对应的温度较高，故。由图乙可以看出，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方向移动，所以有。 故选A。 考点二 光电效应 知识点1 光电效应 知●识●解●构 1.光电效应现象 在光的照射下，金属中的电子从表面逸出的现象，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极限频率。 3.光电效应的四个规律 （1）每种金属都有一个极限频率，入射光的频率必须大于截止频率（极限频率）才能产生光电效应。低于截止频率时不能发生光电效应。 （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极限频率时，饱和光电流的强度与入射光的强度成正比。 注意：入射光频率一定时，光照强度决定于每秒钟光源发射的光子数，而光的频率决定着每个光子的能量。 4.用光电管研究光电效应 （1）光电效应电路图。 （2）光电流与饱和光电流。 ①入射光强度：单位时间内入射到金属表面单位面积上的能量。频率一定时，光强越大，光子数越多。 ②光电流：光电子在电路中形成的电流。 ③饱和光电流：在一定频率与强度的光照射下的最大光电流。 （3）遏止电压：使光电流减小到零的反向电压Uc。 5.爱因斯坦光电效应方程 （1）光电效应方程 ①表达式：hν＝Ek＋W0或Ek＝hν－W0。 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。 （2）逸出功W0：电子从金属中逸出所需做功的最小值，W0＝hνc＝h。 （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。 6.与光电效应有关的两组概念对比 （1）光电子的初动能与光电子的最大初动能：从金属表面直接向外飞出的光电子，只需克服原子核的引力做功，此时，光电子具有最大初动能。光电子的初动能小于或等于光电子的最大初动能。 （2）光电流与饱和光电流的决定因素：光电流与入射光的强度和所加电压有关；饱和光电流是光电流的最大值，与所加电压无关，随入射光强度的增大而增大。 7.两条对应关系 （1）入射光频率一定，光照强度大→光子数目多→发射光电子多→光电流大； （2）光子频率高→光子能量大→光电子的最大初动能大。 8.三个重要关系式 （1）爱因斯坦光电效应方程：Ek＝hν－W0。 （2）最大初动能与遏止电压的关系：Ek＝eUc。 （3）逸出功与极限频率的关系W0＝hν0。 知识点2 光电效应的图像 知●识●解●构 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Ekm与入射光频率ν的关系图线 ①极限频率：图线与ν轴交点的横坐标ν0 ②逸出功：图线与Ek轴交点的纵坐标的绝对值W0＝|－E|＝E ③普朗克常量：图线的斜率k＝h 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：图线与横轴的交点 ②饱和光电流I m：电流的最大值 ③最大初动能：Ekm＝eUc 颜色不同时，光电流与电压的关系 ①遏止电压Uc1、Uc2 ②饱和光电流 ③最大初动能Ek1＝eUc1，Ek2＝eUc2 遏止电压Uc与入射光频率ν的关系图线 ①截止频率ν0：图线与横轴的交点 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量的乘积，即h＝ke。（注：此时两极之间接反向电压） 注：I-U图中为什么黄光的饱和光电流更大？ （1）饱和光电流的大小由“光子数”决定，而非“光子能量” 光电效应第一定律：当入射光频率高于截止频率时，饱和光电流与入射光的光强（单位时间的光子总数）成正比。 蓝光光子能量大（波长短），黄光光子能量小（波长长）。 关键前提：在中学或大学基础物理实验中，对比黄光和蓝光时，通常控制的是 “光功率相同” 或 “照度相同”，而不是“光子数相同”。 （2）相同光功率下，黄光的光子数远多于蓝光 光功率 P=N⋅hν （N 为每秒发射的光子数，hν 为单光子能量）。因为黄光频率低（黄〈蓝），单光子能量小。在相同的输入光功率下，为了让等式成立，黄光每秒射出的光子数 N 必须远大于蓝光。每一个光子打出一个光电子（假设量子效率相同），黄光产生的光电子数量就多，因此饱和光电流更大。 考●向●破●译 考向1 光电效应及规律 例1 （2026·辽宁锦州·二模）如图所示，用同一束单色光、在同一条件下先后照射阴极材料为铯和钾的两个光电管，均能发生光电效应。已知钾的逸出功大于铯的逸出功，下列说法正确的是（　　） A．铯和钾的截止频率相同 B．单色光的频率一定小于铯的截止频率 C．单色光的频率一定大于钾的截止频率 D．钾光电管逸出光电子的最大初动能更大 【答案】C 【详解】A．截止频率由金属材料自身决定，材料不相同，截止频率不相同，可知，铯和钾的截止频率不相同，故A错误； BC．单色光照射铯和钾的两个光电管，均能发生光电效应，可知，单色光的频率一定大于铯和钾的截止频率，故B错误，C正确； D．根据 由于钾的逸出功大于铯的逸出功，则钾光电管逸出光电子的最大初动能更小，故D错误。 故选C。 【变式训练1·变情境】 （2026高三·黑龙江、辽宁）用不同频率的光照射某金属表面，测得遏止电压Uc与入射光频率的关系如图所示，图中直线交横轴于斜率为k。已知电子电荷量为e，则下列说法正确的是（     ） A．金属的极限频率为，逸出功为 B．普朗克常量可表示为 C．图线斜率k与入射光强度有关 D．若换用逸出功更小的金属，图线斜率将减小 【答案】A 【详解】A．根据光电效应方程和遏止电压的定义推导关系： 光电子最大初动能满足 结合光电效应方程 （为逸出功，为入射光频率） 联立整理得： 该式为的一次函数，斜率 ，因此 当遏止电压时，入射光频率等于金属极限频率，由题意极限频率为，代入得，整理得逸出功，A正确； B．由推导得，不是，B错误； C．图线斜率，为普朗克常量、为电子电荷量，都是常数，与入射光强度无关，C错误； D．斜率，与金属逸出功无关，换用逸出功更小的金属，图线斜率不变，D错误。 故选A 。 【变式训练2·变情境】（2026·辽宁大连·二模）三束单色光1、2和3的波长分别为、和（），分别用这三束光照射同一种金属，已知用光束2照射时，恰能产生光电子，下列说法正确的是（　　） A．用光束1照射时，能产生光电子 B．用光束3照射时，不能产生光电子 C．用光束2照射时，光越强，单位时间内产生的光电子数目越多 D．用光束2照射时，光越强，产生的光电子的最大初动能越大 【答案】C 【详解】AB．根据真空中波长与频率的关系 可得到 光束2能使金属恰好产生光电子，说明光束2的频率刚好是材料的截止频率，只有光束的频率大于等于截止频率时能够发生光电效应，所以光束1不能使材料产生光电子，光束3可以使材料产生光电子，故AB错误； C．光束2能够使材料发生光电效应，光越强，单位时间内照射到材料上的光子数目越多，产生的光电子数目也越多，故C正确； D．光电子的最大初动能公式为 光的强度对最大初动能没有影响，故D错误。 故选C。 考向2 光电效应的图像问题 例2 （2026·辽宁大连·模拟预测）在某次光电效应实验中，得到的遏止电压与入射光的波长的关系如图所示。已知电子的电荷量大小为，光在真空中的传播速度大小为，则普朗克常量可表示为（　　） A． B． C． D． 【答案】C 【详解】爱因斯坦光电效应方程 遏止电压与最大初动能的关系为 光的频率 联立解得 由图像可知，当时，，即 当时， 联立解得 故选C。 ▶新情境◀【变式训练1·时事热点与学科知识结合】（2026·四川成都·二模）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。图甲是光电效应实验装置示意图，图乙是研究光电效应电路中a、b两束入射光照射同种金属时产生的光电流与电压的关系图像，图丙是P、Q两种金属的光电子最大初动能与入射光频率的关系图像，图丁是某种金属的遏止电压与入射光频率之间的关系图像。下列说法正确的是（　　） A．在图甲实验中，改用红外线照射锌板验电器指针也会张开 B．由图乙可知，a光的频率等于b光 C．由图丙可知，金属P的逸出功大于金属Q的逸出功 D．由图丁可知，该图线的斜率为普朗克常量h 【答案】B 【详解】A．图甲中，当紫外线照射锌板时，验电器指针张开，由于红光的频率较小，所以用红外线照射锌板不一定有光电子飞出，验电器指针不一定会张开，故A错误； B．图乙中，从光电流与电压的关系图中可以看出，遏止电压相同，根据可知a光的频率等于b光的频率，故B正确； C．根据光电效应方程 由图可得金属Q的极限频率大，可知金属P的逸出功小于金属Q的逸出功，故C错误； D．根据 解得 则斜率，故D错误。 故选B。 【变式训练2·变考法】 （2026·辽宁营口·二模）研究光电效应规律的实验装置如图甲所示，用波长分别为、的单色光1、2照射同一阴极K，测得电流表示数I与电压表示数U的关系如图乙所示，电子电荷量为e。下列说法正确的是（　　） A．单色光2照射阴极K后，电子逸出的初动能大小一定为eUc2 B． C．测量遏止电压Uc时，开关应该闭合到1 D．光电效应实验证实了光具有波动性 【答案】C 【详解】A．遏止电压满足 即逸出光电子的最大初动能为，并非所有电子的初动能都等于该值，故A错误； B．由光电效应方程 可知遏止电压越大，频率越大，波长越小，结合题图可得，故B错误； C．测量遏止电压时，需加反向电压使光电子做减速运动，开关应闭合到1，故C正确； D．光电效应实验证实了光具有粒子性，故D错误。 故选C。 考点三 波粒二象性 知识点1 波粒二象性 考●向●破●译 考向1 波粒二象性 例1 （2026·辽宁沈阳·模拟预测）大量处于某一激发态的氢原子向基态跃迁时，能够产生6种不同频率的光，波长分别为、、、、、，且，已知氢原子基态的能量为，第能级的能量（其中，，，…），则下列说法正确的是（　　） A．这些氢原子最初处于第3能级 B．波长为的光子动量最小 C． D． 【答案】D 【详解】A．根据跃迁谱线数公式有 解得 可知氢原子最初处于第4能级，故A错误； B．根据光子能量可知，波长越长对应能级差越小，能级差从小到大的跃迁分别为 、 、 、 、 、，根据可知，对应动量最大，故B错误； C．的能级差满足 即 整理得，故C错误； D．的能级差满足 即 整理得，故D正确。 故选D。 【变式训练1·变考法】（2026·吉林长春·三模）两种光子的动量之比为，它们都能使金属A发生光电效应，且其逸出光电子的最大初动能分别为、。则（　　） A．两种光子的波长之比为 B．两种光子的能量之比为 C．A金属的逸出功为 D．A金属的逸出功为 【答案】C 【详解】A．根据光子动量与波长的关系 可得 因此两种光子的波长比 故A错误； B．根据光子能量与动量的关系 可得两种光子的能量比，故B错误； CD．根据光电效应方程 对两个光子分别列方程， 代入 整理可得 故C正确，D错误； 故选C。 ▶新情境◀【变式训练2·变考法】（2026·山东淄博·三模）电子双缝干涉实验是近代证实物质波存在的实验。如图所示，电子枪持续发射动量大小为P的电子，然后让它们通过双缝打到屏上。已知电子质量为m，普朗克常量为h，下列说法正确的是（     ） A．电子的物质波波长 B．仅增大电子的动量，干涉条纹的间距减小 C．电子的动能 D．该实验说明电子也是一种电磁波 【答案】B 【详解】A．根据德布罗意物质波公式，电子的物质波波长为，故A错误； B．增大电子动量，由可知物质波波长减小；根据双缝干涉条纹间距公式，波长减小会导致干涉条纹间距减小，故B正确； C．由动量，推导得电子动能，故C错误； D．该实验证明电子具有波动性，电子是实物粒子，不是电磁波，故D错误。 故选B 。 04 真题溯源·考向感知 溯源真题逻辑，感知高考考向 1．（2023·辽宁·高考真题）原子处于磁场中，某些能级会发生劈裂。某种原子能级劈裂前后的部分能级图如图所示，相应能级跃迁放出的光子分别设为①②③④。若用①照射某金属表面时能发生光电效应，且逸出光电子的最大初动能为Ek，则（　　）    A．①和③的能量相等 B．②的频率大于④的频率 C．用②照射该金属一定能发生光电效应 D．用④照射该金属逸出光电子的最大初动能小于Ek 【答案】A 【详解】A．由图可知①和③对应的跃迁能级差相同，可知①和③的能量相等，选项A正确； B．因②对应的能级差小于④对应的能级差，可知②的能量小于④的能量，根据可知②的频率小于④的频率，选项B错误； C．因②对应的能级差小于①对应的能级差，可知②的能量小于①，②的频率小于①，则若用①照射某金属表面时能发生光电效应，用②照射该金属不一定能发生光电效应，选项C错误； D．因④对应的能级差大于①对应的能级差，可知④的能量大于①，即④的频率大于①，因用①照射某金属表面时能逸出光电子的最大初动能为Ek，根据 则用④照射该金属逸出光电子的最大初动能大于Ek，选项D错误。 故选A。 2．（2021·辽宁·高考真题）赫兹在研究电磁波的实验中偶然发现，接收电路的电极如果受到光照，就更容易产生电火花。此后许多物理学家相继证实了这一现象，即照射到金属表面的光，能使金属中的电子从表面逸出。最初用量子观点对该现象给予合理解释的科学家是（　　） A．玻尔 B．康普顿 C．爱因斯坦 D．德布罗意 【答案】C 【详解】A．玻尔引入量子化的观念解释了氢原子光谱，与题意不符，A错误； B．康普顿提出康普顿效应，发现了光子不仅具有能量，还具有动量，证明了光具有粒子性，与题意不符，B错误； C．爱因斯坦提出光子说，从理论上解释了光电效应的实验现象，符合题意，C正确； D．德布罗意提出一切物质都具有波粒二象性，与题意不符，D错误。 故选C。 3．（2026·陕晋青宁卷·高考真题）正电子 与电子湮灭产生的光子是探测中微子的重要信号。一个静止的正电子与一个静止的电子湮灭转化为两个光子，该过程动量和能量都守恒。已知正电子与电子的质量均为，光速为，普朗克常量为，则这两个光子（     ） A．总能量为 B．频率均为 C．总动量为 D．波长均为 【答案】B 【详解】静止的正电子和电子总静能为，总动量为0，湮灭过程满足能量守恒和动量守恒，因此两个光子总能量为，总动量为0，两光子反向运动，每个光子的能量、动量大小均相等，单个光子能量为，动量大小 A．两个光子总能量等于正负电子总静能，并非，故A错误； B．单个光子能量满足，解得频率，故B正确； C．初始系统总动量为0，由动量守恒可知两个光子总动量为0，并非，故C错误； D．光子动量满足 解得波长，并非，故D错误。 故选B。 1 / 5 学科网（北京）股份有限公司 $