暑假闯关复习作业13 光电效应和波粒二象性 -2026-2027学年高二物理人教版选择性必修第三册

**基本信息** 以“概念-规律-图像-应用”为逻辑主线，通过方法提炼与分层训练，系统突破光电效应及波粒二象性核心考点，强化科学思维与物理观念。 **专项设计** |模块|题量/典例|方法提炼|知识逻辑| |----|-----------|----------|----------| |黑体辐射与能量子|2题|能量子公式ε=hν应用；黑体辐射规律分析|从能量量子化引入，建立微观能量观| |光电效应规律|2题|光电效应方程Ek=hν-W0应用；实验现象判断|实验规律→光子说→方程推导，形成完整认知链| |光电效应图像|4题|四类图像（Ek-ν、I-U等）物理量提取法；图线斜率与截距意义|图像与规律结合，培养科学推理能力| |波粒二象性|1题|光的波粒二象性理解；物质波公式λ=h/p应用|从光到实物粒子，拓展物质观念|

暑假闯关复习作业13 光电效应和波粒二象性 目录： 学习目标 考点解析和例题 限时训练 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.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 (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。 (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(温度一定时,黑体辐射强度随波长的分布有一个极大值)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,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h=6.63×10-34 J·s)。 (3)能量子的理解 ①电磁波的能量是不连续的,只能是ε=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。 1．（25-26高二下·山东德州·期末）图甲为黑体在不同温度下，热辐射强度随频率变化的关系图像；图乙为氧气分子在两种不同温度下，各速率区间的分子数占总分子数的百分比随分子速率变化的分布曲线。下列判断正确的是（     ） A．甲图中曲线a对应的温度比曲线b对应的温度低 B．甲图中温度升高，辐射强度的峰值向频率更大的方向移动 C．乙图中的曲线可直接表示任意速率区间内氧气分子的实际数量 D．乙图中曲线c对应的状态，是氧气分子平均动能更大的状态 2．（25-26高二下·陕西西安·期末）人眼对绿光最为敏感，如果每秒有个绿光的光子射入瞳孔，眼睛就能察觉。一功率为的绿灯点光源均匀地向各个方向辐射波长约为的绿光，人瞳孔的直径约为，普朗克常量为，真空中光速为/s。（不计空气对光的吸收等其他因素）则人能够看到这盏绿灯的最远距离约为（     ） A． B． C． D． 考点二　光电效应规律的理解和应用 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的现象。发射出来的电子叫光电子。 2.光电效应规律 (1)每种金属都有一个截止(极限)频率,入射光的频率必须大于或等于这个极限频率νc才能发生光电效应。 (2)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。 (3)遏止电压:使光电流减小到零的反向电压Uc。 遏止电压Uc与入射光频率ν、逸出功W0间的关系式:Uc=ν-。 (4)光电效应的发生几乎是瞬时的,一般不超过10-9 s。  3.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)光电效应方程:hν=Ek+W0或Ek=hν-W0。 (3)逸出功W0:电子从金属中逸出所需做功的最小值。逸出功的大小由金属本身决定,与入射光无关。逸出功与极限频率的关系,W0=hνc。 (4)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.“几点”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)光电子不是光子,而是电子。 总结提升　光电效应的分析思路 3．（25-26高二下·河南新乡·期末）关于光电效应，下列说法正确的是（　　） A．紫外线照射到锌板上发生光电效应，锌板带负电 B．能否发生光电效应，由光的照射时间决定 C．对于同一种金属，光电子的最大初动能由入射光频率决定 D．只要有光照射到活泼的碱金属表面，就会发生光电效应 4．（25-26高二下·北京东城·期末）将一块锌板带上负电，并与静电计相连，然后用紫外线灯照射锌板，发现静电计指针夹角减小。下列说法正确的是（     ） A．夹角减小是因为电子从静电计的指针飞出 B．若用更弱的紫外线照射锌板，静电计指针夹角将保持不变 C．用家用节能灯照射锌板也会观察到相同的现象 D．是紫外线使电子从锌板表面逸出 考点三　光电效应的四类图像问题 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[Ek=hν+(-W0)=hν+(-hνc)]图线 ①极限频率:图线与ν轴交点的横坐标νc 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图线 ①两种色光对应的截止频率和频率相等 ②遏止电压Uc相等:图线与横轴的交点的横坐标 ③饱和光电流Im1 >Im2:光电流的最大值 ④最大初动能:Ek1=Ek2=eUc 颜色不同时,光电流与电压的关系图线 ①遏止电压大小Uc1>Uc2 ②饱和光电流大小I黄>I蓝 ③最大初动能:Ek1=eUc1>Ek2=eUc2 ④两色光频率ν1>ν2;两种色光对应的截止频率ν1=ν2 遏止电压Uc(注:此时两极之间接反向电压)与入射光频率ν的关系图线 ①极限频率νc:图线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:等于图线的斜率k与电子电荷量e的乘积,即h=ke 5．（25-26高二下·安徽六安·期末）在光电效应实验中，实验员用甲、乙、丙三束单色光分别照射同一光电管的阴极，得到了三条光电流与电压之间的关系曲线如图所示。下列说法正确的是（     ） A．甲光的光子能量小于乙光的光子能量 B．乙光和丙光分别射入同一双缝干涉装置，丙光的条纹间距更小 C．乙光对应光电管的截止频率比丙光大 D．甲光产生光电子的最大初动能比丙光大 6．（25-26高二下·河南三门峡·期末）如图甲所示，某种复合光由红、绿两种颜色的光组成，实验小组以此复合光照射光电管的阴极K（红、绿单色光均可使该光电管发生光电效应），进行光电效应实验。设光电管电压为U时测得的光电流为I，测得多组数据，并作出I-U图像如图乙所示，已知红光光子频率为，绿光光子频率为，光电管的逸出功为W0，普朗克常量为h，电子电荷量大小为e，下列说法正确的是（     ） A．光电子的最大初动能为 B．测量遏止电压Uc时，滑片P应向b移动 C．遏止电压 D．绿光的饱和光电流为3a 7．（25-26高二下·宁夏银川·期末）江门中微子实验室使用我国自主研发的光电倍增管成功捕捉中微子信号。光电倍增管基于光电效应工作，用不同频率的入射光照射阴极金属材料进行光电效应实验，测得遏止电压与入射光频率的关系如图所示。已知普朗克常量为，真空中光速为，电子的电荷量大小为，下列说法正确的是（     ） A．图线斜率表示普朗克常量 B．图像中 C．用频率为的入射光实验且入射光足够强，有光电子从阴极逸出 D．用频率为的入射光实验，入射光越强，逸出光电子的最大初动能越大 8．（25-26高二下·江西九江·期末）某科技小组用同一单色光分别照射金属、和，得到遏止电压与金属截止频率之间的关系图像如图所示。已知普朗克常量为，元电荷为，图线在纵轴上的截距为，则该单色光的频率为（     ） A． B． C． D． 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.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=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 3.物质波 (1)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=mv为运动物体的动量,h为普朗克常量。 (2)1927年戴维孙和G. P. 汤姆孙分别用单晶和多晶晶体做了电子束衍射的实验,得到了衍射图样,从而证实了电子的波动性。 9．（25-26高二下·北京朝阳·期末）康普顿在研究石墨对X射线的散射时，发现在散射的X射线中，有波长与入射波长不同的成分，这个现象称为康普顿效应。康普顿用光子与静止（或低速）电子的弹性碰撞模型成功解释了这种效应，我国物理学家吴有训进一步证实了该效应的普遍性。在康普顿效应中，散射后的光子跟入射光子相比（     ） A．能量增大 B．波长增大 C．速率增大 D．动量增大 限时训练 一、单选题 1．（25-26高二下·江西宜春·期末）将锌板与验电器相连，验电器指针闭合。用紫外线灯照射锌板，验电器指针张开一定张角，如图所示。移去紫外线灯，验电器指针的张角保持稳定。随后用红外线灯照射锌板，验电器指针的张角保持不变。下列说法正确的是（     ） A．紫外线灯照射后，验电器带负电 B．延长红外线照射时间，验电器指针张角将不变 C．增大红外线光照强度，验电器指针张角将增大 D．用丝绸摩擦的玻璃棒靠近锌板，验电器指针张角将减小 2．（25-26高二下·黑龙江·期末）硅太阳能电池结构如图所示，太阳光透过N型硅照到PN结区域，激发出光电子，光电子在PN结内电场作用下飞向N型硅区域，接通外部电路后即可对外供电。已知该太阳能电池材料的极限频率为，光速为，下列说法正确的是（    ） A．入射光的波长大于时，电池仍能产生光生电动势 B．PN结内部电场方向由P型硅指向N型硅 C．光照越强，单个光子的能量越大，光生电流越大 D．能激发出光电子的入射光子最小能量为 3．（25-26高二下·河北保定·期末）研究光电效应的实验装置如图甲所示，实验器材有光电管、电压表、微安表、滑动变阻器、电源、单刀双掷开关。当滑动变阻器的滑片位于中间位置时，单刀双掷开关无论接1还是接2，微安表的示数均不为0，已知光电子的最大初动能与入射光频率的关系如图乙所示。下列说法中正确的是（     ） A．入射光的频率可能小于ν0 B．当开关接1时，仅将滑动变阻器的滑片适当向右滑动，微安表示数可能为0 C．当开关接2时，仅将滑动变阻器的滑片适当向右滑动，微安表示数可能变大 D．普朗克常量为 4．（25-26高二下·北京东城·期末）用图1所示的光电管研究光电效应的规律。用单色光a、b做实验，分别得到两条光电流I与光电管两极间电压U的关系图线如图2所示。下列说法正确的是（     ） A．电压U等于零时，电流I也等于零 B．Uc1或Uc2不同，说明不同光照射同一金属时，逸出功不同 C．开关接1时，P向右滑动，电流表示数逐渐增大 D．开关2时，P向右滑动，电流表示数先增大后不变 5．（25-26高二下·安徽宿州·期末）如图所示，是研究光电效应的电路图，用黄光照射某金属时，电流表指针发生偏转。则以下说法正确的是（     ） A．将K极换成逸出功小的金属板，仍用相同的黄光照射时，电流表的示数一定增大 B．将电源的正负极调换，仍用相同的黄光照射时，将滑动变阻器滑动片向右移动一些，电流表的读数可能不为零 C．将滑动变阻器滑动片向右移动，电流表的示数一定增大 D．如果改用紫光照射该金属时，电流表可能无示数 二、多选题 6．（25-26高二下·河南许昌·期末）如图所示，分别用a、b两束单色光照射阴极K时均可产生光电流。调节滑片P，当光电流恰好减小到零时，对应的电压表示数分别为、，已知。下列说法正确的是（　　） A．a光的波长小于b光的波长 B．a光子动量小于b光子动量 C．经过同一双缝干涉装置得到的图样中，a光条纹间距较小 D．若a、b两束单色光都从同一玻璃砖射向空气，则a光发生全反射的临界角较大 7．（25-26高二下·广东中山·期末）如图所示，甲是研究光电效应的电路图，乙是三个不同光源分别照射到光电管阴极上时光电流I与电压U的关系图像。下列说法正确的有（     ） A．由图乙可知，③光子的频率大于①光子的频率 B．闭合开关，增大正向电压至足够大，电流表读数会一直增大 C．由图乙可知，①②频率相同，光强不同 D．断开开关，则电流表读数变为零 8．（25-26高二下·广东汕尾·期末）如图所示，在光电效应实验中，某同学用甲、乙、丙三种光照射同一光电管得到了三条光电流与电压之间的关系曲线。则关于三种光的频率、三次实验中光电子的最大初动能的大小关系正确的有（     ） A． B． C． D． 9．（25-26高二下·河北石家庄·期末）用某金属做光电效应实验中得到遏止电压与入射光频率的关系图线如图所示，图线的斜率为，与纵轴的截距为，电子的电荷量为。下列说法中正确的是（     ） A．该金属的极限频率 B．普朗克常量 C．用不同的金属做实验，图线的斜率不同 D．由金属材料决定，与入射光的频率无关 三、实验题 10．（25-26高二下·河南南阳·期末）实验小组研究光电效应相关规律，按照图甲所示电路图连接仪器。    (1)用蓝光照射光电管，逐渐增大光电管上的正反向电压时，观察光电流的变化。当正向电压增大时，光电流逐渐增大，光电管存在着_____；当反向电压增大时，光电流逐渐减小，光电管存在着_____。（选填“遏止电压”或“饱和电流”） (2)用蓝光照射光电管，以光电管所加电压为横坐标，以光电流为纵坐标，如图乙所示，研究光电流随所加电压变化的关系为图线；现增大蓝光强度，再次研究光电流随所加电压变化的关系应是_____（选填“图线”或“图线”）。 (3)换用紫光进行实验，如图丙所示，研究光电流随所加电压变化的关系应是_____（选填“图线”或“图线”）。若已知蓝光频率为，则金属的逸出功为_____，紫光频率为_____（已知普朗克常量为，电子电荷量为）。 (4)有关本实验，下列说法正确的是（     ） A．流过表的电流是电源提供的 B．入射光的光强一定时，频率越高，单位时间内逸出的光电子数就越多 C．测定频率的光照的饱和电流值，触头P应向端滑动 D．若，则光照出的光电子的最大初动能大 11．（25-26高二下·河北沧州·期末）某学习小组为探究光电效应的规律，设计了如图甲所示的电路图，已知实验所用光源能使阴极板发生光电效应。 (1)图甲中，当开关S断开时，电流计____________（填“有”或“没有”）示数。 (2)图甲中，当开关S接b，滑片从c端向d端移动的过程中，电流计的示数____________（填“可能一直减小”或“可能一直增大”）。 (3)图甲中，若阴极材料的逸出功为，普朗克常量为h，入射光的频率为，电子电荷量为e，要移动滑片能使电流计的示数变为0，开关S应该接____________（填“a”或“b”），当电流计的示数刚好为0时，电压表的示数为____________（用、h、、e表示）。 (4)为了实现用滑动变阻器可以控制输出正向电压或反向电压，该学习小组对实验方案进行了改进，设计电路图如图乙所示。为给光电管提供正向电压应闭合S，将滑片P往____________（填“c”或“d”）端移动。 学科网（北京）股份有限公司 $ 暑假闯关复习作业13 光电效应和波粒二象性 目录： 学习目标 考点解析和例题 限时训练 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.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 (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。 (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(温度一定时,黑体辐射强度随波长的分布有一个极大值)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,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h=6.63×10-34 J·s)。 (3)能量子的理解 ①电磁波的能量是不连续的,只能是ε=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。 1．（25-26高二下·山东德州·期末）图甲为黑体在不同温度下，热辐射强度随频率变化的关系图像；图乙为氧气分子在两种不同温度下，各速率区间的分子数占总分子数的百分比随分子速率变化的分布曲线。下列判断正确的是（     ） A．甲图中曲线a对应的温度比曲线b对应的温度低 B．甲图中温度升高，辐射强度的峰值向频率更大的方向移动 C．乙图中的曲线可直接表示任意速率区间内氧气分子的实际数量 D．乙图中曲线c对应的状态，是氧气分子平均动能更大的状态 【答案】B 【详解】AB．黑体辐射的规律为：温度越高，总辐射强度越大，且辐射强度的峰值向频率更高的方向移动。 甲图中，曲线的辐射强度整体大于，且峰值对应频率更大，因此的温度高于，A错误，B正确； C．乙图纵坐标是各速率区间的分子数占总分子数的百分比，不是分子的实际数量，因此不能直接表示实际分子数量，C错误； D．温度越高，分子平均动能越大，分子速率分布曲线的峰值向速率更大的方向移动，同时峰值（纵坐标值）降低。乙图中曲线的峰值对应速率更大、峰值更低，说明对应温度更高，氧气分子平均动能更大，因此对应的平均动能更小，D错误。 故选B。 2．（25-26高二下·陕西西安·期末）人眼对绿光最为敏感，如果每秒有个绿光的光子射入瞳孔，眼睛就能察觉。一功率为的绿灯点光源均匀地向各个方向辐射波长约为的绿光，人瞳孔的直径约为，普朗克常量为，真空中光速为/s。（不计空气对光的吸收等其他因素）则人能够看到这盏绿灯的最远距离约为（     ） A． B． C． D． 【答案】D 【详解】设人能看到绿灯的最远距离为，点光源向四周均匀辐射，距离处单位面积每秒接收的能量为 瞳孔面积为 则每秒瞳孔接收的总能量为 刚好能察觉时，每秒接收的能量等于6个光子的总能量，单个光子能量为，故 联立解得 故选D。 考点二　光电效应规律的理解和应用 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的现象。发射出来的电子叫光电子。 2.光电效应规律 (1)每种金属都有一个截止(极限)频率,入射光的频率必须大于或等于这个极限频率νc才能发生光电效应。 (2)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。 (3)遏止电压:使光电流减小到零的反向电压Uc。 遏止电压Uc与入射光频率ν、逸出功W0间的关系式:Uc=ν-。 (4)光电效应的发生几乎是瞬时的,一般不超过10-9 s。  3.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)光电效应方程:hν=Ek+W0或Ek=hν-W0。 (3)逸出功W0:电子从金属中逸出所需做功的最小值。逸出功的大小由金属本身决定,与入射光无关。逸出功与极限频率的关系,W0=hνc。 (4)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.“几点”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)光电子不是光子,而是电子。 总结提升　光电效应的分析思路 3．（25-26高二下·河南新乡·期末）关于光电效应，下列说法正确的是（　　） A．紫外线照射到锌板上发生光电效应，锌板带负电 B．能否发生光电效应，由光的照射时间决定 C．对于同一种金属，光电子的最大初动能由入射光频率决定 D．只要有光照射到活泼的碱金属表面，就会发生光电效应 【答案】C 【详解】A．光电效应过程中，金属表面的电子吸收光子能量后逸出，锌板因失去电子而带正电，故A错误； B．能否发生光电效应，取决于入射光的频率是否大于金属的极限频率，与光的照射时间无关，故B错误； C．根据爱因斯坦光电效应方程，同一种金属的逸出功为定值，因此光电子的最大初动能仅由入射光的频率决定，故C正确； D．活泼碱金属仍存在固有极限频率，若入射光频率低于其极限频率，无论照射光强多大都不会发生光电效应，故D错误。 故选C。 4．（25-26高二下·北京东城·期末）将一块锌板带上负电，并与静电计相连，然后用紫外线灯照射锌板，发现静电计指针夹角减小。下列说法正确的是（     ） A．夹角减小是因为电子从静电计的指针飞出 B．若用更弱的紫外线照射锌板，静电计指针夹角将保持不变 C．用家用节能灯照射锌板也会观察到相同的现象 D．是紫外线使电子从锌板表面逸出 【答案】D 【详解】AD．用紫外线灯照射锌板，锌板发生光电效应，电子从锌板表面逸出，使锌板出现多余的正电荷，中和一部分原来锌板上带的负电荷，锌板所带的多余负电荷减少，这样使得静电计指针夹角减小，A错误，D正确。 B．若用更弱的紫外线照射锌板，则相同时间内从锌板中逸出的电子数减小，但静电计指针夹角仍减小，B错误； C．用家用节能灯只能发出可见光，频率小于紫外线，则家用节能灯照射锌板不能使锌板发生光电效应，不会观察到相同的现象，C错误。 故选D。 考点三　光电效应的四类图像问题 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[Ek=hν+(-W0)=hν+(-hνc)]图线 ①极限频率:图线与ν轴交点的横坐标νc 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图线 ①两种色光对应的截止频率和频率相等 ②遏止电压Uc相等:图线与横轴的交点的横坐标 ③饱和光电流Im1 >Im2:光电流的最大值 ④最大初动能:Ek1=Ek2=eUc 颜色不同时,光电流与电压的关系图线 ①遏止电压大小Uc1>Uc2 ②饱和光电流大小I黄>I蓝 ③最大初动能:Ek1=eUc1>Ek2=eUc2 ④两色光频率ν1>ν2;两种色光对应的截止频率ν1=ν2 遏止电压Uc(注:此时两极之间接反向电压)与入射光频率ν的关系图线 ①极限频率νc:图线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:等于图线的斜率k与电子电荷量e的乘积,即h=ke 5．（25-26高二下·安徽六安·期末）在光电效应实验中，实验员用甲、乙、丙三束单色光分别照射同一光电管的阴极，得到了三条光电流与电压之间的关系曲线如图所示。下列说法正确的是（     ） A．甲光的光子能量小于乙光的光子能量 B．乙光和丙光分别射入同一双缝干涉装置，丙光的条纹间距更小 C．乙光对应光电管的截止频率比丙光大 D．甲光产生光电子的最大初动能比丙光大 【答案】A 【详解】A．由图像可知，甲光和丙光的遏止电压绝对值相同，乙光的遏止电压绝对值较大；同一光电管阴极逸出功相同，由 可知乙光频率较大，光子能量较大，故甲光的光子能量小于乙光的光子能量，故A正确； B．乙光频率大于丙光频率，所以乙光波长小于丙光波长；双缝干涉条纹间距满足，可知乙光的条纹间距更小，故B错误； C．光电管的截止频率由阴极材料决定，同一光电管的截止频率相同，与入射光频率无关，故C错误； D．甲光和丙光的遏止电压绝对值相同，由，可知二者光电子的最大初动能相同，故D错误。 故选A。 6．（25-26高二下·河南三门峡·期末）如图甲所示，某种复合光由红、绿两种颜色的光组成，实验小组以此复合光照射光电管的阴极K（红、绿单色光均可使该光电管发生光电效应），进行光电效应实验。设光电管电压为U时测得的光电流为I，测得多组数据，并作出I-U图像如图乙所示，已知红光光子频率为，绿光光子频率为，光电管的逸出功为W0，普朗克常量为h，电子电荷量大小为e，下列说法正确的是（     ） A．光电子的最大初动能为 B．测量遏止电压Uc时，滑片P应向b移动 C．遏止电压 D．绿光的饱和光电流为3a 【答案】A 【详解】A．光电子的最大初动能由频率最大的入射光决定，绿光频率大于红光频率，根据爱因斯坦光电效应方程，最大初动能，故A正确； B．测量遏止电压需要给光电管加反向电压（阴极电势高于阳极，阻碍光电子向运动）。由图甲电路可知：电源正极接滑动变阻器端，负极接端，越靠近，的电势越高，会得到正向电压，因此测量遏止电压滑片应向移动，故B错误； C．根据 得遏止电压，故C错误； D．由图乙可知，总饱和光电流为，因此绿光的饱和光电流小于，故D错误。 故选A。 7．（25-26高二下·宁夏银川·期末）江门中微子实验室使用我国自主研发的光电倍增管成功捕捉中微子信号。光电倍增管基于光电效应工作，用不同频率的入射光照射阴极金属材料进行光电效应实验，测得遏止电压与入射光频率的关系如图所示。已知普朗克常量为，真空中光速为，电子的电荷量大小为，下列说法正确的是（     ） A．图线斜率表示普朗克常量 B．图像中 C．用频率为的入射光实验且入射光足够强，有光电子从阴极逸出 D．用频率为的入射光实验，入射光越强，逸出光电子的最大初动能越大 【答案】B 【详解】A．由爱因斯坦光电效应方程有 整理得 所以图线斜率表示，不是普朗克常量，故A错误； B．图线经过和，由斜率关系有= 解得，故B正确； C．为极限频率，对应光电子最大初动能为零，入射光强只影响单位时间逸出光电子的数目，不能改变极限频率条件，不能据“入射光足够强”判断一定有光电子逸出，故C错误； D．频率为时，逸出光电子的最大初动能由入射光频率决定，光强增大只会使光电子数目增多，不会使最大初动能增大，故D错误。 故选B。 8．（25-26高二下·江西九江·期末）某科技小组用同一单色光分别照射金属、和，得到遏止电压与金属截止频率之间的关系图像如图所示。已知普朗克常量为，元电荷为，图线在纵轴上的截距为，则该单色光的频率为（     ） A． B． C． D． 【答案】B 【详解】根据光电效应方程和动能定理可得 所以 结合图线可得 所以，故选B。 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.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=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 3.物质波 (1)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=mv为运动物体的动量,h为普朗克常量。 (2)1927年戴维孙和G. P. 汤姆孙分别用单晶和多晶晶体做了电子束衍射的实验,得到了衍射图样,从而证实了电子的波动性。 9．（25-26高二下·北京朝阳·期末）康普顿在研究石墨对X射线的散射时，发现在散射的X射线中，有波长与入射波长不同的成分，这个现象称为康普顿效应。康普顿用光子与静止（或低速）电子的弹性碰撞模型成功解释了这种效应，我国物理学家吴有训进一步证实了该效应的普遍性。在康普顿效应中，散射后的光子跟入射光子相比（     ） A．能量增大 B．波长增大 C．速率增大 D．动量增大 【答案】B 【详解】A．在康普顿效应中，光子与电子发生弹性碰撞，光子将一部分能量传递给电子，使电子获得动能。根据能量守恒定律，散射光子的能量小于入射光子的能量，即能量减小，故A错误； B．根据光子能量公式 可知，由于散射光子的能量减小，则其频率减小，对应的波长增大，故B正确； C．光子在真空中的传播速度为光速保持不变，故C错误； D．散射光子的波长增大，由 可知动量减小，故D错误。 故选B。 限时训练 一、单选题 1．（25-26高二下·江西宜春·期末）将锌板与验电器相连，验电器指针闭合。用紫外线灯照射锌板，验电器指针张开一定张角，如图所示。移去紫外线灯，验电器指针的张角保持稳定。随后用红外线灯照射锌板，验电器指针的张角保持不变。下列说法正确的是（     ） A．紫外线灯照射后，验电器带负电 B．延长红外线照射时间，验电器指针张角将不变 C．增大红外线光照强度，验电器指针张角将增大 D．用丝绸摩擦的玻璃棒靠近锌板，验电器指针张角将减小 【答案】B 【详解】A．紫外线照射锌板时发生光电效应，锌板的电子逸出，锌板失去电子带正电，验电器与锌板相连，因此验电器也带正电，A错误； BC．光电效应的发生条件是入射光频率大于金属的极限频率，与照射时间、光照强度无关，题干中红外线照射后验电器指针的张角不变，说明红外线频率低于锌板的极限频率，不能发生光电效应，因此延长照射时间、增大光照强度都不会使张角增大，B正确，C错误； D．丝绸摩擦过的玻璃棒带正电，靠近原本带正电的锌板时，根据静电感应原理，正电荷会被排斥向远端的验电器移动，验电器带电量增加，指针张角会增大，D错误。 故选B。 2．（25-26高二下·黑龙江·期末）硅太阳能电池结构如图所示，太阳光透过N型硅照到PN结区域，激发出光电子，光电子在PN结内电场作用下飞向N型硅区域，接通外部电路后即可对外供电。已知该太阳能电池材料的极限频率为，光速为，下列说法正确的是（    ） A．入射光的波长大于时，电池仍能产生光生电动势 B．PN结内部电场方向由P型硅指向N型硅 C．光照越强，单个光子的能量越大，光生电流越大 D．能激发出光电子的入射光子最小能量为 【答案】D 【详解】A．入射光的波长大于时，则入射光的频率 低于极限频率，不能发生光电现象，所以电池不能产生光生电动势，故A错误； B．由于光电子在PN结内电场作用下飞向N型硅区域，电子受电场力方向与电场方向相反，所以PN结内部电场方向由N型硅指向P型硅，故B错误； C．太阳光强度越大，光电效应释放的电子越多，光生电流越大，但因为入射光频率不变，所以单个光子的能量不变，故C错误； D．该太阳能电池材料的极限频率为，即能激发出光电子的入射光子最小能量为，故D正确。 故选D。 3．（25-26高二下·河北保定·期末）研究光电效应的实验装置如图甲所示，实验器材有光电管、电压表、微安表、滑动变阻器、电源、单刀双掷开关。当滑动变阻器的滑片位于中间位置时，单刀双掷开关无论接1还是接2，微安表的示数均不为0，已知光电子的最大初动能与入射光频率的关系如图乙所示。下列说法中正确的是（     ） A．入射光的频率可能小于ν0 B．当开关接1时，仅将滑动变阻器的滑片适当向右滑动，微安表示数可能为0 C．当开关接2时，仅将滑动变阻器的滑片适当向右滑动，微安表示数可能变大 D．普朗克常量为 【答案】D 【详解】A．由图乙可知，为截止频率，因此入射光的频率不可能小于，故A错误； B．当开关接1时，加在极板间的电压为正向电压，仅将滑动变阻器的滑片适当向右滑动，正向电压增大，微安表示数不可能为0，故B错误； C．当开关接2时，加在极板间的电压为反向电压，仅将滑动变阻器的滑片适当向右滑动，反向电压增大，微安表示数减小，故C错误； D．根据 可知图像斜率，故D正确。 故选D。 4．（25-26高二下·北京东城·期末）用图1所示的光电管研究光电效应的规律。用单色光a、b做实验，分别得到两条光电流I与光电管两极间电压U的关系图线如图2所示。下列说法正确的是（     ） A．电压U等于零时，电流I也等于零 B．Uc1或Uc2不同，说明不同光照射同一金属时，逸出功不同 C．开关接1时，P向右滑动，电流表示数逐渐增大 D．开关2时，P向右滑动，电流表示数先增大后不变 【答案】D 【详解】A．电压U等于零时，因光电子有初动能，故仍然有光电流，故电流I不等于零，故A错误； B．金属的逸出功由金属材料决定，与入射光无关，Uc1或Uc2不同，是入射光频率不同所致，故B错误； C．开关接1时，K为正极，A为负极，P向右滑动，增加了反向电压，更多的光电子被阻挡，光电流逐渐减小，故C错误； D．开关接2时，K为负极，A为正极，P向右滑动，正向电压逐渐增大，饱和后，电流示数不再改变，故D正确。 故选D。 5．（25-26高二下·安徽宿州·期末）如图所示，是研究光电效应的电路图，用黄光照射某金属时，电流表指针发生偏转。则以下说法正确的是（     ） A．将K极换成逸出功小的金属板，仍用相同的黄光照射时，电流表的示数一定增大 B．将电源的正负极调换，仍用相同的黄光照射时，将滑动变阻器滑动片向右移动一些，电流表的读数可能不为零 C．将滑动变阻器滑动片向右移动，电流表的示数一定增大 D．如果改用紫光照射该金属时，电流表可能无示数 【答案】B 【详解】A．将K极换成逸出功小的金属板，仍用相同的黄光照射时，由可知，光电子最大初动能变大，若光电流未达到饱和光电流时，光电流变大，电流表示数变大，若光电流已达到饱和光电流，入射光的功率未变，饱和光电流不变，电流表示数不变，故A错误； B．将电源的正负极调换，光电效应管两端电压由正向电压变为反向电压，滑动变阻器滑片向右移动时，反向电压增大，若仍小于遏止电压，则光电流不为零，即电流表读数不为零，故B正确； C．将滑动变阻器的滑动片向右移动，光电效应管两端电压增大，若移动前光电流已经达到饱和光电流，则正向电压增大时，光电流不再增大，即电流表示数不变，故C错误； D．紫光的频率大于黄光的频率，单个光子能量更高，一定能发生光电效应，即电流表一定有示数，故D错误。 故选B。 二、多选题 6．（25-26高二下·河南许昌·期末）如图所示，分别用a、b两束单色光照射阴极K时均可产生光电流。调节滑片P，当光电流恰好减小到零时，对应的电压表示数分别为、，已知。下列说法正确的是（　　） A．a光的波长小于b光的波长 B．a光子动量小于b光子动量 C．经过同一双缝干涉装置得到的图样中，a光条纹间距较小 D．若a、b两束单色光都从同一玻璃砖射向空气，则a光发生全反射的临界角较大 【答案】BD 【详解】A．由光电效应方程，阴极K相同，则相同 已知遏止电压，则，即 由可得，，故A错误； B．光子动量 由，故，故B正确； C．相邻条纹间距 由，故，a光条纹间距更大，故C错误； D．同种介质对频率越大的光折射率越大，即 临界角，因此，a光的全反射临界角更大，故D正确。 故选BD。 7．（25-26高二下·广东中山·期末）如图所示，甲是研究光电效应的电路图，乙是三个不同光源分别照射到光电管阴极上时光电流I与电压U的关系图像。下列说法正确的有（     ） A．由图乙可知，③光子的频率大于①光子的频率 B．闭合开关，增大正向电压至足够大，电流表读数会一直增大 C．由图乙可知，①②频率相同，光强不同 D．断开开关，则电流表读数变为零 【答案】AC 【详解】A．根据爱因斯坦光电效应方程有 其中为遏止电压，为入射光频率，为逸出功。从图乙可以看出③的遏止电压要大于①的遏止电压，因此③光子的频率大于①光子的频率，A正确； B．当正向电压增大到一定程度后，光电流会达到饱和电流，此时继续增大正向电压，光电流不会再继续增大因此电流表读数不会一直增大，B错误； C．从图乙中看出①②遏止电压相同，说明两者频率相同；同时两条曲线饱和电流不同，代表单位时间内逸出光电子数不同，也就是入射光的光强不同，C正确； D．光电管在入射光的照射下仍然发生光电效应，逸出的光电子在电路中形成短暂的光电流，电流表读数不会立刻变成零，D错误。 故选AC。 8．（25-26高二下·广东汕尾·期末）如图所示，在光电效应实验中，某同学用甲、乙、丙三种光照射同一光电管得到了三条光电流与电压之间的关系曲线。则关于三种光的频率、三次实验中光电子的最大初动能的大小关系正确的有（     ） A． B． C． D． 【答案】AC 【详解】AB．根据 入射光的频率越高，对应的遏止电压越大。甲光、乙光的遏止电压相等，所以甲光、乙光的频率相等；丙光的遏止电压最大，所以丙的频率最大，故，故A正确，B错误； CD．根据可知，甲光、乙光对应的光电子最大初动能相等，且小于丙光的光电子最大初动能，则，故C正确，D错误。 故选AC。 9．（25-26高二下·河北石家庄·期末）用某金属做光电效应实验中得到遏止电压与入射光频率的关系图线如图所示，图线的斜率为，与纵轴的截距为，电子的电荷量为。下列说法中正确的是（     ） A．该金属的极限频率 B．普朗克常量 C．用不同的金属做实验，图线的斜率不同 D．由金属材料决定，与入射光的频率无关 【答案】ABD 【详解】AB．根据爱因斯坦光电效应方程 整理可得 结合图像可得， 解得， 又因为 解得故AB正确； ．结合上述分析可知 即图像的斜率与金属种类无关，故错误； D．由题可知 则b只由金属材料决定，与入射光的频率无关，故正确。 故选ABD。 【点睛】． 三、实验题 10．（25-26高二下·河南南阳·期末）实验小组研究光电效应相关规律，按照图甲所示电路图连接仪器。    (1)用蓝光照射光电管，逐渐增大光电管上的正反向电压时，观察光电流的变化。当正向电压增大时，光电流逐渐增大，光电管存在着_____；当反向电压增大时，光电流逐渐减小，光电管存在着_____。（选填“遏止电压”或“饱和电流”） (2)用蓝光照射光电管，以光电管所加电压为横坐标，以光电流为纵坐标，如图乙所示，研究光电流随所加电压变化的关系为图线；现增大蓝光强度，再次研究光电流随所加电压变化的关系应是_____（选填“图线”或“图线”）。 (3)换用紫光进行实验，如图丙所示，研究光电流随所加电压变化的关系应是_____（选填“图线”或“图线”）。若已知蓝光频率为，则金属的逸出功为_____，紫光频率为_____（已知普朗克常量为，电子电荷量为）。 (4)有关本实验，下列说法正确的是（     ） A．流过表的电流是电源提供的 B．入射光的光强一定时，频率越高，单位时间内逸出的光电子数就越多 C．测定频率的光照的饱和电流值，触头P应向端滑动 D．若，则光照出的光电子的最大初动能大 【答案】(1) 饱和电流 遏止电压 (2)图线 (3) 图线 (4)D 【详解】（1）[1]用蓝光照射光电管，当正向电压增大，光电流逐渐增大，最终达到定值，说明光电管存在着饱和电流。 [2]当反向电压增大，光电流逐渐减小，光电管存在着遏止电压。 （2）增大蓝光强度，饱和光电流增大，遏止电压不变，故再次研究光电流随所加电压变化的关系应是图线。 （3）[1]换用紫光进行实验，紫光频率高，根据，可知紫光的遏止电压高，故应为图线。 [2]蓝光频率为，对应的遏止电压为，根据 可得金属的逸出功为 [3]紫光照射时有，解得 （4）A．流过表的电流是由于光电管在发生光电效应的情况下，产生的光电子通过表而形成的，故A错误； B．入射光的光强一定时，单位时间内发出光电子的数目一定，频率越高，光子的数量越少，单位时间内逸出的光电子数就越少，故B错误； C．测定频率的光照的饱和电流值，应加正向电压，即应使K极的电势低于A极，即触头P向b端滑动，故C错误； D．根据光电效应方程得当频率越高，光电子的最大初动能越大。若，则光照出的光电子的最大初动能大，故D正确。 故选D。 11．（25-26高二下·河北沧州·期末）某学习小组为探究光电效应的规律，设计了如图甲所示的电路图，已知实验所用光源能使阴极板发生光电效应。 (1)图甲中，当开关S断开时，电流计____________（填“有”或“没有”）示数。 (2)图甲中，当开关S接b，滑片从c端向d端移动的过程中，电流计的示数____________（填“可能一直减小”或“可能一直增大”）。 (3)图甲中，若阴极材料的逸出功为，普朗克常量为h，入射光的频率为，电子电荷量为e，要移动滑片能使电流计的示数变为0，开关S应该接____________（填“a”或“b”），当电流计的示数刚好为0时，电压表的示数为____________（用、h、、e表示）。 (4)为了实现用滑动变阻器可以控制输出正向电压或反向电压，该学习小组对实验方案进行了改进，设计电路图如图乙所示。为给光电管提供正向电压应闭合S，将滑片P往____________（填“c”或“d”）端移动。 【答案】(1)有 (2)可能一直增大 (3) (4) 【详解】（1）图甲中，当开关S断开时，由于电子有初动能，有电子能打到阳极形成闭合回路，故电流计有示数。 （2）图甲中，当开关S接时为正向电压，滑片从端向端移动的过程中，正向电压一直增加，可知电流计的示数可能一直增大，也可能先增加后不变。 （3）[1]图甲中，要移动滑片能使电流计的示数变为0，应加反向电压，开关S应该接； [2]当电流计的示数刚好为0时，由光电效应方程有，解得。 （4）由图乙可知，为给光电管提供正向电压，应将滑片P靠近电源的负极，则滑片P应往端移动。 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