第54讲 光粒共生·光电效应与波粒二象性突破题型 专项训练 -2027届高考物理一轮复习

第54讲 光粒共生·光电效应与波粒二象性突破题型专项训练 〖组卷模式：解题口诀+高考考向+题型专练〗 题型01 光能推演·光电效应方程精准应用 1 题型02 图析量子·光电效应图像深度解码 9 题型03 科创赋能·光电效应现代科技应用 17 题型04 波粒悟理·波粒二象性深度理解 25 题型01 光能推演·光电效应方程精准应用 解题口诀：光子能量减逸功，初动能值自动通；遏压关联最大能，单位换算稳轻松。 高考考向：高考高频计算基础题型，聚焦爱因斯坦光电效应方程核心公式，考查逸出功、极限频率、最大初动能、遏止电压的互推运算，侧重公式灵活变形与eV、J单位换算，多以选择、填空小计算形式出现，是量子物理必考得分点。 1.（2026·云南·高考真题）云南省锡、铟等有色金属储量丰富。已知锡和铟的逸出功分别为和，若用光子能量为的紫外线分别照射这两种金属，则（　　） A．只有锡能发生光电效应 B．只有铟能发生光电效应 C．锡和铟都能发生光电效应 D．锡和铟都不能发生光电效应 【答案】B 【详解】光电效应的发生条件为：入射光子的能量大于等于金属的逸出功，即时可发生光电效应。 锡的逸出功，不满足光电效应发生条件，锡不能发生光电效应； 铟的逸出功，满足光电效应发生条件，只有铟能发生光电效应。 故选B。 2.（2026·贵州·高考真题）如图，密闭真空中，有一竖直放置的金属靶和水平放置的两平行极板，极板与金属靶受光面垂直，板间存在竖直向上的匀强电场。用频率为和的光分别照射靶时，垂直靶面逸出最大初动能分别为和的光电子，经狭缝、后进入电场，分别落到下极板M、N处。忽略极板边缘效应及电子间的相互作用，则（　　） A．， B．， C．， D．， 【答案】A 【详解】光电子进入匀强电场后做类平抛运动， 竖直方向：加速度 对所有电子，竖直方向加速度和位移均相同，根据可知，运动时间相同 水平方向做匀速运动，则落在M的电子初速度较小，即 对光电效应过程，根据爱因斯坦光电效应方程，可知。 故选A。 3.（2026·湖北·高考真题）光伏产业已发展成为我国新能源三大名片之一。太阳能电池发电时，材料原子中的电子被光子激发（这也是一种光电效应），激发后的电子向电池负极移动、形成一个持续的电动势。关于太阳能电池，下列说法正确的是（　　） A．任何频率的光均可使太阳能电池发电 B．太阳光的能量可以全部转化为电池的电能 C．太阳能电池在多云的白天，仍然可以发电 D．太阳能电池发电的功率与太阳光的照射方向无关 【答案】C 【详解】已知光电效应方程为，其中逸出功，为材料的极限频率。 A．只有入射光频率时，才能激发出光电子实现发电，低于极限频率的光无法产生光电效应，故A错误； B．太阳能电池的光电转化效率远小于100%，太阳光的能量会有部分转化为内能等其他形式的能量，不可能全部转化为电能，故B错误； C．多云的白天仍有频率满足要求的太阳光透过云层照射到电池板，可发生光电效应，因此仍然可以发电，故C正确； D．设垂直于光传播方向的光强为，太阳光入射方向与电池板法线的夹角为θ，则电池板单位面积接收的光功率为，θ不同时接收的光功率不同，发电功率也不同，因此发电功率与照射方向有关，故D错误。 故选C。 4.（2026·河南·高考真题）不同材料的金属板M、N的逸出功分别为和。用波长为的光照射，M、N均能发生光电效应，出射光电子的最大初动能分别为和；改用波长为的光照射，仅M能发生光电效应，出射光电子的最大初动能为。则（　　） A． B． C． D． 【答案】AD 【详解】A．波长为的光照射时，仅M能发生光电效应，说明、 可得，故A正确； B．波长为的光照射时，N也能发生光电效应，说明 结合 可得 化简得，故B错误； C．波长为的光照射时，， 已知 因此，故C错误； D．根据爱因斯坦光电效应方程， 因为 所以，故D正确。 故选AD。 5.太阳能电池应用了光电效应原理，其简化结构如图所示。太阳光穿过顶层N型硅并抵达结区域，光子被吸收后激发出自由电子，这些电子在结内建电场作用下被推向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，普朗克常量为h，光速为c，下列说法正确的是（　　） A．增大入射光的频率，太阳能电池的光电流变小 B．太阳能电池工作时，通过灯泡的电流方向为从A到B C．入射光的波长小于时，太阳能电池可以对外供电 D．入射光的频率为时，逸出电子的最大初动能为 【答案】C 【详解】A．光电流的大小主要取决于入射光的光强，增大入射光的频率，不清楚入射光的光强变化，所以无法判断太阳能电池光电流的大小变化，故A错误； B．由题图可知，太阳能电池工作时，电子的运动方向从A到B，由于电子带负电，则通过灯泡的电流方向为从B到A，故B错误； C．入射光的波长小于时，则入射光的频率 可以发生光电现象，太阳能电池可以对外供电，故C正确； D．入射光的频率为时，根据光电效应方程可得逸出电子的最大初动能，故D错误。 故选C。 6.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。 7.某同学利用如图甲装置来研究光电效应现象。实验中保持入射光频率不变，改变A极和K极间的电压U，测量光电子到达A极时的最大动能随U的变化关系如图乙所示，下列关于该实验的认识，正确的是（　　） A．光电子的产生与入射光频率无关 B．该材料的遏制电压为 C．光电子离开K极时的最大动能随U的增大而增大 D．图中倾斜直线的斜率为普朗克常量 【答案】B 【详解】A．根据光电效应方程，即电子吸收光子需要克服金属的逸出功W，所以光子频率需要大于材料的极限频率，故光电子的产生与入射光频率有关，故A错误； B．根据动能定理，即 由图乙可知横轴交点坐标大小 遏制电压，故即，故该材料的遏制电压为，故B正确； C．根据光电效应方程，光电子离开K极时的最大动能与U无关，故C错误； D．根据上述，图乙中倾斜直线的斜率为，故D错误。 故选B。 8.如图，用同一束单色光、在同一条件下先后照射阴极材料为钠和钾的两个光电管，均能发生光电效应。已知钠的逸出功大于钾的逸出功，下列说法正确的是（　　） A．钠和钾的截止频率相同 B．单色光的频率可能小于钾的截止频率 C．两次实验中光电子的初动能可能相同 D．两次实验中光电子的最大初动能一定相同 【答案】C 【详解】A．截止频率，已知钠的逸出功大于钾的逸出功，所以钠的截止频率大于钾的截止频率，故A错误； B．发生光电效应的条件是入射光频率大于金属的截止频率。既然均能发生光电效应，说明入射光频率大于钠和钾的截止频率，故B错误； CD．光电子的初动能介于和最大初动能之间。根据光电效应方程 由于钠的逸出功大于钾的逸出功，所以照射钠产生的光电子的最大初动能小。虽然最大初动能不同，但光电子的初动能范围在0-，所以两次实验中光电子的初动能可能相同，故C正确D错误； 故选C。 9.（2025·河北·高考真题）光纤光谱仪的部分工作原理如图所示。待测光在光纤内经多次全反射从另一端射出，再经棱镜偏转，然后通过狭缝进入光电探测器。 (1)若将光纤简化为真空中的长玻璃丝，设玻璃丝的折射率为，求光在玻璃丝内发生全反射时的最小入射角。 (2)若探测器光阴极材料的逸出功为，求该材料的截止频率。（普朗克常量） 【答案】(1)(2) 【详解】（1）光在玻璃丝内发生全反射的最小入射角满足 可得 （2）根据爱因斯坦光电方程 可得 10.如图，两根相距L的无限长的平行光滑金属轨固定放置。导轨平面与水平面的夹角为θ（sinθ=0.6）。导轨间区域存在竖直向上的匀强磁场，磁感应强度大小为B。将导轨与阻值为R的电阻、开关S、真空器件P用导线连接，P侧面开有可开闭的通光窗N，其余部分不透光；P内有阴极K和阳极A，阴极材料的逸出功为W。断开S，质量为m的导体棒ab与导轨垂直且接触良好，沿导轨由静止下滑，下滑过程中始终保持水平，除R外，其余电阻均不计重力加速度大小为g。电子电荷量为e，普朗克常数为h。 (1)求ab开始下滑瞬间的加速度大小； (2)求ab速度能达到的最大值； (3)关闭N，闭合S，ab重新达到匀速运动状态后打开N，用单色光照射K，若ab保持运动状态不变，求单色光的最大频率。 【答案】(1)(2)(3) 【详解】（1）金属杆由静止释放瞬间，金属杆还没有切割磁感线，没有感应电流，不受安培力，根据牛顿第二定律得 解得 （2）当金属杆匀速运动时，速度最大，设为vm，由平衡条件得 而金属杆产生的感应电动势 感应电流为 联立解得 （3）若ab保持运动状态不变，可知P中不产生光电流，设单色光的最大频率为，根据光电效应方程可知 同时 解得 题型02 图析量子·光电效应图像深度解码 解题口诀：截距找阈频，斜率恒定普朗克；IU图像辨饱和，正负遏压细甄别。 高考考向：新高考热门辨析题型，主打、两类核心图像，依托斜率、截距、拐点挖掘隐藏物理量，辨析光强、频率对图像趋势的影响，极易混淆临界条件，属于选择题拔高考点。 11.（2025·山东·高考真题）在光电效应实验中，用频率和强度都相同的单色光分别照射编号为1、2、3的金属，所得遏止电压如图所示，关于光电子最大初动能的大小关系正确的是（　　） A． B． C． D． 【答案】B 【详解】根据光电子最大初动能与遏制电压的关系 根据图像有 故； 故选B。 12.（2025·浙江·高考真题）如图1所示，三束由氢原子发出的可见光P、Q、R分别由真空玻璃管的窗口射向阴极K。调节滑动变阻器，记录电流表与电压表示数，两者关系如图2所示。下列说法正确的是（　　） A．分别射入同一单缝衍射装置时，Q的中央亮纹比R宽 B．P、Q产生的光电子在K处最小德布罗意波长，P大于Q C．氢原子向第一激发态跃迁发光时，三束光中Q对应的能级最高 D．对应于图2中的M点，单位时间到达阳极A的光电子数目，P多于Q 【答案】BC 【详解】A．根据 因Q的截止电压大于R，可知Q的频率大于R的频率，Q的波长小于R的波长，则分别射入同一单缝衍射装置时，R的衍射现象比Q更明显，则Q的中央亮纹比R窄，选项A错误； B．同理可知P、Q产生的光电子在K处Q的最大初动能比P较大，根据 可知最小德布罗意波长，P大于Q，选项B正确； C．因Q对应的能量最大，则氢原子向第一激发态跃迁发光时，根据 可知三束光中Q对应的能级最高，选项C正确； D．对应于图2中的M点，P和Q的光电流相等，可知P和Q单位时间到达阳极A的光电子数目相等，选项D错误。 故选BC。 13．图1为光电效应实验电路图，某小组用红、绿两种颜色的激光分别照射光电管的阴极K，图2为两次实验得到的曲线，则（　　） A．图2中a光表示绿光，b光表示红光 B．研究图2中的规律时，图1的开关需接在1接线柱上 C．a光和b光分别射入同一块玻璃中，a光的传播速度更小 D．a、b两束光分别射入同一双缝干涉装置，a光的条纹间距更大 【答案】D 【详解】A．根据可知，图2中a光遏止电压较小，则频率较小，则a光表示红光，b光表示绿光，故A错误； B．研究图2中U>0的规律时，光电管加正向电压，则图1的开关需接在2接线柱上，故B错误； C．频率越大的光在同一介质中的折射率越大，即 由可知，即a光和b光分别射入同一块玻璃中，a光的传播速度更大，故C错误； D．a光的频率小，则波长较大，根据可知，a、b两束光分别射入同一双缝干涉装置，a光的条纹间距更大，故D正确。 故选D。 14．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．与成正比 B．图线斜率表示普朗克常量 C．图像中 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】C 【详解】A． ​与是线性关系（一次函数），不是正比关系（正比要求过原点，本图截距不为零），A错误； B．根据光电方程，结合 可得​​，—图线斜率为，不是普朗克常量h，B错误； C．将​、​、​代入公式中 解得，C正确； D．光电子的最大初动能只由入射光的频率决定，与入射光强度无关，D错误。 故选C。 15．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。 16．研究光电效应时，当用波长为的光照射某种金属时，遏止电压为，改变入射光波长，作出图像如图．其横轴截距为a，纵轴截距为b，元电荷为e，真空中光速为c．下列说法正确的是（　　） A．普朗克常量为 B．该金属的截止频率为 C．该金属的逸出功为 D．遏止电压与入射光的波长成反比 【答案】C 【详解】ABC．根据光电效应方程可知 可得 结合图像可知， 可得普朗克常量为 该金属的截止频率为 该金属的逸出功为 选项AB错误，C正确； D．根据光电效应方程 可知 可知遏止电压与入射光波长不是成反比，选项D错误。 故选C。 17．工业安防常用光电式火焰传感器监测火情，其核心部件为真空光电管，如图甲所示。用三束可见光P、Q、R分别照射光电管阴极K，调节滑动变阻器改变电压，记录光电流与电压表示数，得到关系图像如图乙所示。下列说法正确的是（　　） A．P光的频率大于Q光的频率 B．Q光的频率大于R光的频率 C．P光的频率大于R光的频率 D．R光的强度大于P光的强度 【答案】B 【详解】ABC．根据光电效应方程 最大初动能与遏止电压关系可知，遏止电压绝对值越大，入射光频率越高。由图像得 即。故AC错误，B正确； D．频率相同时，饱和光电流越大，光强越大。、频率相等，且 所以光强，故D错误。 故选B。 18．在某光学实验室中，研究小组正在进行一项关于“金属光电效应”的实验，旨在探索不同频率光对金属表面逸出光电子的影响。实验装置如图甲所示，他们使用频率不同的单色激光照射同一块金属阴极K，测得相应的遏止电压U0，并绘制了如图乙所示的图像。已知电子电荷量为e，、U0均为已知量，则下列说法正确的是（　　） A．电源左侧应为负极 B．当入射光的频率时，逸出光电子的最大初动能为eU0 C．普朗克常量 D．增大入射光的强度，金属的逸出功会减小 【答案】B 【详解】光电效应方程： 遏止电压与最大初动能的关系： 联立得：，这是图像的函数式，斜率为，截距为。 A．要测量遏止电压，需要给光电管加反向电压（即阴极K接高电势，阳极A接低电势），使光电子减速。因此电源右侧应为负极，左侧为正极，A错误。 B．当入射光的频率时，逸出光电子的最大初动能为 由图像可知，截止频率为，因此逸出功 当时，；当时，，代入得： ，因此 当时，最大初动能，B正确。 C．由，可得，C错误。 D．金属的逸出功由金属本身的性质决定，与入射光的频率、强度均无关，D错误。 故选B。 19．如图所示为光照射金属材料得到遏止电压随光的频率v变化的图线，已知逸出功为，普朗克常量为h，电子电荷量为e（），图线上有P和Q两点。下列说法正确的是（　　） A．图线描述了不同金属在各种频率光照射下随v变化的关系 B．图线的斜率是h C．图线与图中纵轴交点的截距绝对值为 D．用Q对应的光照射时逸出的电子最大初动能一定比P对应的光照射时大 【答案】D 【详解】A．由光电效应方程和动能定理结合有 即 图线描述同一金属在各种频率光照射下随v变化的关系，A错误； B．图线斜率为，B错误； C．图线与图中横轴交点的截距绝对值为，C错误； D．由光电效应方程 Q对应的光频率大，最大初动能大，D正确。 故选D。 20．如图甲为研究光电效应的实验电路图，图乙中横坐标为入射光的频率，纵坐标为电压，阴影部分表示能产生光电流的区域；点坐标为，边界与轴平行，直线的斜率绝对值为。现有大量氢原子处于某激发态，在向低能级跃迁时只能放出1种可见光，且该可见光恰好能使实验所用的金属材料发生光电效应。已知氢原子各能级关系为，其中为基态能级值，量子数；巴耳末系的可见光是从能级跃迁到产生的。电子电量为，光速为，则（　　） A．滑片P从中点向左移动，电流表示数始终在变化 B．若换用逸出功较小的金属，阴影部分将向右平移 C．普朗克常量 D．氢原子基态的能级值为 【答案】CD 【详解】A．滑片P从中间向左移动时，从开始反向增大，光电流逐渐减小。 当反向电压达到遏止电压后，光电流变为零。此后若继续左移，反向电压继续增大，但光电流仍保持为零，不再变化，故A错误； B．金属的逸出功减小，则截止频率减小。在图乙中，截止频率对应点的横坐标。因此点会向左移动，阴影区域应向左平移，而不是向右，故B错误； C．由光电效应方程；光电子最大初动能，其中为反向电压的大小。 联立解得，在图乙中， 因此直线的斜率绝对值 解得，故C正确； D．由题意，该可见光恰好能使金属发生光电效应，则光频率为 由题意，巴耳末系的可见光是从能级跃迁到产生，且氢原子在向低能级跃迁时只能放出1种可见光，则该可见光光子能量 联立解得，故D正确。 故选CD。 题型03 科创赋能·光电效应现代科技应用 解题口诀：光电转化赋能技，光敏光电太阳能；情境剥壳抓本质，频率光强定机理。 高考考向：贴合新高考情境命题趋势，结合光电管、光敏电阻、光电传感器、太阳能电池等现代科技场景，考查光电效应原理迁移应用，立足生活与前沿科技，侧重物理本质与实际装置的对应辨析。 21．2024年2月，复旦大学的研究团队成功研发了新型钙基电池，其特点是成本低、更环保。图甲是研究光电效应的电路图，光电管阴极为钙金属，逸出功为，图乙是氢原子的能级图。若用大量处于能级的氢原子发光照射阴极，下列跃迁过程不能发生光电效应现象的是（　　） A．从跃迁到 B．从跃迁到 C．从跃迁到 D．从跃迁到 【答案】B 【详解】由可知，从能级跃迁到能级发出的光子的能量为0.66eV，小于金属钙的逸出功，所以不能使金属钙发生光电效应。 故选B。 22．如图是通过光电效应实现信号传输控制的设备——光继电器．LED发出波长为的光，光电管阴极K被照射后恰能发生光电效应，从而引起信号接收电路产生电流，实现对外部电路的控制。已知普朗克常量为h，真空中的光速为c，则（　　） A．阴极K的逸出功小于 B．阴极K的截止频率为 C．逸出光电子的最大初动能为 D．信号接收电路中电源的a端是正极 【答案】B 【详解】AB．因波长为的光照射在光电管阴极K后恰能发生光电效应，可知阴极K的逸出功等于 阴极K的截止频率为 选项A错误，B正确； C．因为恰能发生光电效应，可知逸出光电子的最大初动能为零，选项C错误； D．逸出的电子被加速，可知信号接收电路中电源的a端是负极，选项D错误。 故选B。 23．光电管可将光信号转换成电信号，广泛应用于多个领域。如图所示为某光电管的工作电路图，用某单色光照射在阴极K上，有电信号从电阻R两端输出。下列方式一定能使R两端电压增大的是（　　） A．保持其他条件不变，将滑动变阻器滑片向左滑动 B．保持其他条件不变，将滑动变阻器滑片向右滑动 C．保持其他条件不变，增大照射光的强度 D．保持其他条件不变，减小照射光的强度 【答案】C 【详解】AB．保持其他条件不变，将滑动变阻器滑片向左滑动，光电管电压减小，但如果此时仍然达到饱和电流，则光电流不变，则R两端电压不变；如果此时没有达到饱和电流，光电流减小，R两端电压减小，可知滑动变阻器滑片向左滑动，R两端电压可能不变，也可能减小；同理将滑动变阻器滑片向右滑动，光电管电压增大，如果已达到饱和电流，则光电流不变，则R两端电压不变；如果此时没有达到饱和电流，光电流增大，R两端电压增大，可知滑动变阻器滑片向右滑动，R两端电压可能不变，也可能增大，故AB错误； CD．根据光电效应，增加光照强度会增加单位时间内照射到阴极的光子数，从而增加发射出来的光电子数。光电子数量的增加会导致形成的电流增大，导致光电管两端的电压增大，故C正确，D错误。 故选C。 24．光电传感器如图甲所示，若通过放大器的电流发生变化，工作电路立即报警。图乙为a，b两种单色光分别照射K极时，光电子到达A极时动能的最大值与光电管两端电压U的关系图像。则下列说法正确的是（　　） A．用同一装置做双缝干涉实验，a光的条纹间距较小 B．图乙中图线a、b的斜率均是电子电量的大小 C．单色光a、b的频率之比为1:2 D．图甲中电源电压及变阻器滑片位置不变，部分光线被遮挡，则放大器的电流将增大，一定会引发报警 【答案】B 【详解】AB．根据 由图像可知，斜率k=e，即图乙中图线a、b的斜率均是电子电量的大小；截距 因b截距较大，可知b光频率较大，波长较小，根据 可知用同一装置做双缝干涉实验，b光的条纹间距较小，选项A错误，B正确； C．由图像可知， 可知单色光a、b的频率之比不等于1:2，选项C错误； D．图甲中电源电压及变阻器滑片位置不变，若部分光线被遮挡，即光照强度减小，单位时间逸出的光电子数目减小，则放大器的电流将减小，选项D错误。 故选B。 25．清华大学团队联合多家大学首次让绝缘的稀土纳米晶实现了高效电致发光，打破了全球光电领域“绝缘材料无法电驱动发光”的技术困局。如图甲，现利用稀土纳米晶发出的波长分别为、的单色光1和2照射同一阴极K，产生的光电子的最大初动能分别为、，测得电流表示数I与电压表示数U的关系如图乙所示。则下列说法正确的是（　　） A． B． C．单色光2照射阴极K后，所有电子逸出的初动能大小均为 D．若直流电源左端为正极，仅增大电压表示数，则电流表示数不一定增大 【答案】D 【详解】AB．光的强度影响饱和光电流的大小，光越强饱和光电流越大，由图可知遏止电压，根据光电效应方程，则，，故AB错误。 C．根据光电效应方程，单色光2照射阴极K后，所有电子逸出的最大初动能大小为，不是所有电子逸出的初动能大小为，故C错误。 D．若直流电源左端为正极，则光电管两端为正向电压，电压较低时增大电压表示数光电流增大，电流表示数增大，当电压增大到一定值时光电流达到饱和光电流，电压再增大电流表示数不变，所以若直流电源左端为正极，仅增大电压表示数，则电流表示数不一定增大，故D正确。 故选D。 26．地铁靠站时列车车体和屏蔽门之间安装有光电传感器。如图甲所示，若光线被乘客阻挡，电流发生变化，工作电路立即报警。如图乙所示，光线发射器内大量处于激发态的氢原子向低能级跃迁时，辐射出的光中只有a、b两种可以使该光电管阴极逸出光电子，图丙所示为a、b光单独照射光电管时产生的光电流I与光电管两端电压U的关系图线。下列说法正确的是（　　） A．该光电管阴极材料的逸出功不能小于1.89eV B．a光的频率高于b光的频率 C．经同一障碍物时，b光比a更容易发生明显衍射 D．若部分光线被遮挡，则放大器的电流将增大，从而引发报警 【答案】A 【详解】A．激发态的氢原子向低能级跃迁时释放的能量为 辐射出的三种光中只有a、b两种可以使该光电管阴极逸出光电子，所以该光电管阴极材料的逸出功不能小于1.89eV，故A正确； B．根据 a光的遏止电压低于b光的遏止电压，a光的频率低于b光的频率，故B错误； C．a光的频率低于b光的频率，则a光的波长大于b光的波长，经同一障碍物时，a光比b更容易发生明显衍射，故C错误； D．若部分光线被遮挡，光电子减少，则放大器的电流将减小，从而引发报警，故D错误。 故选A。 27．如图是工业生产中用到的光控继电器示意图（部分），它由电源、光电管、放大器、电磁继电器等组成。当用黄光照射光电管阴极时，没有发生光电效应，当用蓝光照射光电管阴极时，发生了光电效应。则（　　） A．端应该接电源正极 B．增大黄光照射强度，电路中可能存在光电流 C．增大蓝光照射强度，光电子的最大初动能增大 D．若将电源正负极对调，电路中可能没有电流 【答案】D 【详解】A．电路中要产生电流，则a端接电源的正极，使逸出的光电子在光电管中加速，放大器的作用是将光电管中产生的电流放大后，使铁蕊磁化，将衔铁吸住，故A错误； B．否发生光电效应取决于入射光的频率，与入射光强度无关。黄光照射时未发生光电效应，说明黄光频率低于光电管阴极材料的截止频率，即便增大黄光强度，也不会发生光电效应，电路中不会有光电流，故B错误； C．光电子的最大初动能只与入射光频率有关，增大蓝光照射强度，即增加蓝光的光子数，但蓝光频率不变，所以光电子的最大初动能不变，故C错误； D．调转电源正负极，可以减小电路中的电流，若当电源电压小于光电管的遏制电压时，电路中有电流出现，当电源电压大于光电管的遏制电压时，电路中没有电流，故若将电源正负极对调，电路中可能没有电流，故D正确。 故选D。 28．某防盗报警器工作原理如图所示。用紫外线照射光敏材料制成的阴极时，逸出的光电子在电路中产生电流，电流经放大后使电磁铁吸住铁条。当光源与阴极间有障碍物时，警报器响起。下列说法正确的是（　　） A．若用红外光源代替紫外光源，该报警器一定能正常工作 B．逸出光电子的最大初动能与照射光频率成正比 C．若用更强的同一频率紫外线照射阴极，光电流变大 D．若用更强的同一频率紫外线照射阴极，所有光电子的初动能均增大 【答案】C 【详解】A．由光电效应方程知 紫外光频率大于红外光频率，该光敏材料极限频率未知，不能确保红外光照射会发生光电效应，A错误； B．由光电效应方程知，逸出光电子的最大初动能与照射光频率有关，但不成正比，B错误； C．光照强度越强，光电子越多，光电流越大，C正确； D．由光电效应方程知，光电子的最大初动能只与光的频率有关，与光照强度无关，D错误； 故选C。 29．如图甲所示，某款条形码扫描探头上装有发光二极管和光电管，工作原理图如图乙。打开扫描探头，发光二极管发出红光。将探头对准条形码移动，红光遇到条形码的黑色线条时，光几乎全部被吸收；遇到白色空隙时光被大量反射到探头上，光电管发生光电效应产生光电流。通过信号处理系统，条形码就被转换成了脉冲电信号，则（　　） A．扫描探头在条形码上移动的速度不能太快，否则光电管来不及发生光电效应 B．若仅将扫描探头的发光强度增大，光电子的最大初动能不变 C．若仅将发光二极管换为发蓝光，也能发生光电效应 D．若将发光二极管发出的光的频率减小，只要照射时间够长，也一定能正常识别条形码 【答案】BC 【详解】A．光照到光电管发生光电效应是瞬间的，即立刻产生光电子，故A错误； B．根据爱因斯坦光电效应方程，光电子的最大初动能与发光的频率有关，发光强度变强时，发光频率不变，最大初动能不变，故B正确； C．仅将发光二极管换为发蓝光，频率变高，一定能发生光电效应，故C正确； D．仅将发光二极管频率变减小，不一定超过截止频率，不一定能发生光电效应，所以不一定能识别条形码，故D错误。 故选BC。 30．如图所示为一种光电效应演示仪，光电管与电流计、电源相连，其入射光的波长与光强可以通过光调节器调节。逐渐调节照射到金属板M的入射光波长，当波长为时，电流计的示数刚好为零，此时将电源正负极对调，电流计示数不为零，再逐渐调节入射光照的波长至，电流计的示数恰好变成零。已知电源路端电压为U，不考虑电流计内阻，元电荷为e，真空中光速为c，则（　　） A． B．可求得普朗克常量 C．当光的波长为时，仅增大光的波长，电流计示数将不为零 D．当光的波长为时，仅增大光的强度，电流计示数将不为零 【答案】AB 【详解】AB．根据题意可知，当波长为时，电流计的示数刚好为零，此时将电源正负极对调，电流计示数不为零，电源路端电压为U，则有 再逐渐调节入射光照的波长至，电流计的示数恰好变成零，则有 联立可得， 故AB正确； CD．根据题意可知，为入射光为极限频率的波长，仅增大光的波长，光的频率减小，不能发生光电效应，电流计示数仍为零，仅增大光的强度，光的频率不增加，不能发生光电效应，电流计示数仍为零，故CD错误。 故选AB。 题型04 波粒悟理·波粒二象性深度理解 解题口诀：频高显粒子，波长波动性；实物有波德罗意，粒波一体两相承。 高考考向：量子物理概念核心考点，摒弃复杂计算，侧重本质理解。辨析光的波动性、粒子性适用场景，掌握德布罗意物质波核心规律，区分宏观粒子与微观粒子特性，多以概念判断、正误辨析选择题考查，侧重科学思维素养。 31.（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。 32.（2025·重庆·高考真题）在科学实验中可利用激光使原子减速，若一个处于基态的原子朝某方向运动，吸收一个沿相反方向运动的能量为E的光子后跃迁到相邻激发态，原子速度减小，动量变为P。普朗克常量为h，光速为c，则（　　） A．光子的波长为 B．该原子吸收光子后质量减少了 C．该原子吸收光子后德布罗意波长为 D．一个波长更长的光子也能使该基态原子跃迁到激发态 【答案】C 【详解】A．光子能量公式为 解得波长 ，故A错误； B．原子吸收光子后，能量增加 ，根据质能方程，质量应增加而非减少，故B错误； C．德布罗意波长公式为，题目明确吸收后原子动量为 ，因此波长为，故C正确； D．吸收光子跃迁需光子能量严格等于能级差。波长更长的光子能量更低（），无法满足跃迁条件，故D错误。 故选C。 33.（2025·四川·高考真题）某多晶薄膜晶格结构可以等效成缝宽约为3.5×10−10m的狭缝。下列粒子束穿过该多晶薄膜时，衍射现象最明显的是（　　） A．德布罗意波长约为7.9×10−13m的中子 B．德布罗意波长约为8.7×10−12m的质子 C．德布罗意波长约为2.6×10−11m的氮分子 D．德布罗意波长约为1.5×10−10m的电子 【答案】D 【详解】当波通过尺寸与其波长相近的障碍物或狭缝时，会发生明显的衍射现象。对于粒子而言，德布罗意波长λ决定了其波动性，衍射的明显程度通常与波长λ和狭缝宽度的比值相关，当接近或大于1时，衍射现象非常明显，则可知电子的衍射现象最明显。 故选D。 34.（2025·陕晋青宁卷·高考真题）我国首台拥有自主知识产权的场发射透射电镜TH—F120实现了超高分辨率成像，其分辨率提高利用了高速电子束波长远小于可见光波长的物理性质。一个静止的电子经电压加速后，其德布罗意波长为，若加速电压为，不考虑相对论效应，则其德布罗意波长为（　　） A． B． C． D． 【答案】C 【详解】设电子经过电压加速后速度大小为，由动能定理得 电子的动量大小为 电子的德布罗意波长为 联立解得 因为 可解得 C正确，ABD错误。 故选C。 35.（2025·浙江·高考真题）一束高能电子穿过铝箔，在铝箔后方的屏幕上观测到如图所示的电子衍射图样则（　　） A．该实验表明电子具有粒子性 B．图中亮纹为电子运动的轨迹 C．图中亮纹处电子出现的概率大 D．电子速度越大，中心亮斑半径越大 【答案】C 【详解】A．该实验表明电子具有波动性，A错误； BC．根据“概率波”特点可知，图中亮纹处电子出现的概率大，亮纹处并非电子运动的轨迹，B错误，C正确； D．根据物质波的表达式有 可知，电子的速度越大，其物质波波长变短，衍射现象越不明显，则中心亮斑半径越小，D错误。 故选C。 36．激光减速是一种用激光对热运动的原子进行“刹车”，将其冷却到极低温度的技术。如图甲，一质量为m的原子和波长为λ0的激光束发生正碰，原子吸收光子后，从低能级跃迁到激发态，然后随机向各个方向自发辐射出光子（如图乙，对原子动量的影响忽略不计），落回低能级。根据多普勒效应，当原子迎着光束的方向运动时，其接收到的光的频率会升高。当原子接收到的光的频率等于该原子的固有频率时，原子吸收光子的概率最大。已知该原子平均每秒吸收n个光子，忽略原子质量的变化，普朗克常量为h，下列说法不正确的是（　　） A．为使原子减速，所用激光的频率应小于原子的固有频率 B．原子每吸收一个光子后，其速度的变化量逐渐变小 C．单个光子的动量大小为 D．该原子减速的加速度大小为 【答案】B 【详解】A．根据题意可知，根据多普勒效应，当原子迎光束的方向运动时，其接收到的光的频率会升高，当原子接收到的光的频率等于该原子的固有频率时，原子吸收光子的概率最大，所以为了使原子有效吸收光子减速，所用激光的频率应小于原子的固有频率，故A正确，不符合题意； B．原子吸收光子时发生完全非弹性碰撞，则 所以 由此可知，原子每吸收一个光子后，其速度的变化量不变，故B错误，符合题意； C．单个激光光子的动量为，故C正确，不符合题意； D．原子平均每秒吸收n个光子，根据动量定理可得 根据牛顿第三定律可知，每秒原子受到光子的冲击力大小为 由牛顿第二定律可得加速度为，故D正确，不符合题意。 故选B。 37．动量守恒定律和能量守恒定律不仅适用于宏观物理过程，也适用于微观领域，是解释自然现象的重要规律。在研究石墨对射线的散射时，发现在散射的射线中，有波长与入射波长不同的成分，这个现象称为康普顿效应。科学家用光子与静止（或低速）电子碰撞的模型成功解释了这种效应。逆康普顿效应可看作光子与高速运动电子碰撞的过程，其动量和能量转移的方向与康普顿效应相反。下列说法正确的是（　　） A．康普顿效应中，散射光的波长与散射角无关 B．光子与静止的电子作用可能发生逆康普顿效应 C．光子与高速电子作用后波长变大 D．可见光与高速电子作用后可能产生射线 【答案】D 【详解】A．康普顿散射的波长偏移满足公式 ，其中为散射角，可知散射光波长与散射角有关，故A错误； B．根据题干定义，逆康普顿效应是光子与高速运动电子碰撞的过程，光子与静止电子作用只会发生普通康普顿效应，故B错误； C．光子与高速电子发生逆康普顿效应时，高速电子将部分能量转移给光子，光子能量增大，由光子能量公式可知，光子波长会变小，故C错误； D．可见光光子能量较低，与高速电子作用后获得能量，频率升高、波长变短，可达到X射线的能量/波长范围，因此可能产生X射线，故D正确。 故选D。 38．我国预计2027年发射巡天空间望远镜（CSST），与天宫空间站共轨飞行，其设计能记录单个光子到达的时刻与能量，并利用光谱分析重构遥远星系的精细结构。关于遥远星系辐射的星光说法正确的是（　　） A．是一种纵波 B．仅具有粒子性 C．仅具有波动性 D．具有波粒二象性 【答案】D 【详解】A．遥远星系的星光属于电磁波，电磁波的振动方向与传播方向垂直，是横波，不是纵波，故A错误； BCD．光既具有粒子性（如光电效应、光子能量特性）也具有波动性（如干涉、衍射现象），并非仅具有粒子性或波动性，故BC错误，故D正确。 故选D。 39．如图所示，假设入射光子的动量为p0，光子与静止的电子发生弹性碰撞。碰后光子的动量大小为p1，传播方向与入射方向夹角为α：碰后电子的动量大小为p2，出射方向与光子入射方向夹角为β。已知光速为c，普朗克常量为h，下列说法正确的是（　　） A．碰前入射光的波长为 B．碰后电子的能量为 C． D． 【答案】C 【详解】A．根据德布罗意公式可知，碰前入射光的波长为 选项A错误； B．设电子的质量为m，则碰后电子的能量为 选项B错误； CD．沿光子入射方向的动量守恒，根据动量守恒定律可知 选项C正确，D错误。 故选C。 40．关于高中物理教科书中的以下四张图片，下列说法正确的是（　　） A．图甲中，车从你身边疾驰而过，鸣笛的音调由高变低，是由声波反射引起的 B．图乙中，若换用频率更大的单色光，其他条件不变，观察到的干涉条纹变窄 C．图丙中，光子与电子碰撞时，一部分动量转移给电子，光子的波长变长 D．图丁中，卢瑟福根据粒子散射实验提出了原子的核式结构模型，成功解释了氢原子光谱分立特点 【答案】BC 【详解】A．车从身边疾驰而过，鸣笛音调由高变低，是由多普勒效应引起的，不是声波反射，A错误； B．在双缝干涉中，根据条纹间距公式可知，若换用频率更大的单色光，波长λ变短，其他条件不变，则干涉条纹变窄，B正确； C．光子与电子碰撞时，一部分动量转移给电子，光子动量减小。由可知，光子的波长变长，C正确； D．卢瑟福根据粒子散射实验提出了原子的核式结构模型，但成功解释氢原子光谱分立特点的是玻尔的原子模型，D错误。 故选BC。 41.（2026·上海·高考真题）光刻是半导体芯片生产流程中最复杂、最关键的工艺步骤，耗时长、成本高。半导体芯片生产的难点和关键点在于如何在硅片上制作出目标电路图样，这一过程通过光刻来实现，光刻的工艺水平直接决定芯片的制程水平和性能水平。一般芯片在生产中需要进行20-30次的光刻，耗时占到IC生产环节的50%左右，占芯片生产成本的1/3.浦济之光是一种很好的光刻材料，你认识吗？在诸如硅片的基底表面覆盖一层具有高度光敏感性的光刻胶，再用特定光（一般是紫外光、深紫外光、极紫外光）透过包含目标图案信息的掩模版照射在基底表面，被光线照射到的光刻胶会发生反应，因此，在显影后被照到的区域会产生与未被照到的区域不同的效果。已知普朗克常量为，真空中的光速为，某光子的波长为。 （1）该光子的能量为________。 （2）若有一质量为的氦原子，要使其德布罗意波长小于上述光子的波长，则氦原子的速度至少为________。 【答案】 【详解】（1）[1]光子的能量为 其中 解得 （2）[2]德布罗意波长 由题意可知 解得 则氦原子的速度至少为。 42.（2026·浙江·高考真题）俄歇电子能谱（AES）广泛应用于材料表面成分分析。如图1所示，一束高能电子入射到样品表面，将某原子内层（如K层）的一个电子击出，形成一个空穴。随后，较外层（如L层）的一个电子跃迁至该空穴，并释放出能量，该能量可能以X光子的形式射出，也可能立即将另一核外电子（如L层或M层的电子）电离而逸出样品表面，该电子称为俄歇电子；现用电子动能的电子束轰击某样品表面，成功激发KLM俄歇过程（即初始空穴为K层、跃迁电子来自L层、逸出电子来自M层）和KLL俄歇过程（逸出电子来自L层）。已知该原子K层的电离能L层的电离能已知电子的电荷量，电子质量，光速，普朗克常量。（计算结果保留一位有效数字）请回答： (1)入射电子的德布罗意波长。 (2)求射出的X光子的波长； (3)甲同学利用带电粒子在磁场中的运动规律，设计了如图2所示的测量俄歇电子动能的方案；俄歇电子从原点O垂直y轴和磁场方向进入匀强磁场，则y1=10.0cm和y2=10.5cm处被探测到，通过测得的俄歇电子的动能，求原子M层的电离能； (4)乙同学认为用带电粒子在电场中的运动规律，测出俄歇电子的动能，请你帮乙同学设计一个方案，列出所需要测量的物理量，并给出计算俄歇电子动能的表达式。 【答案】(1)(2)(3)(4)见解析 【详解】（1）由德布罗意公式 解得 （2）因线是由电子从L层跃迁到K层时释放的光子，则光子的能量为 则由 解得 （3）电子在磁场中做圆周运动，洛伦兹力提供向心力 俄歇电子的动能为（d表示直径） 设KLL俄歇电子的动能为EKLL；KLM俄歇电子的动能为EKLM，则有 KLL俄歇电子：K层空穴由L层电子填充，释放的能量为EK-EL，并传递给L层另一个电子使其逸出，又消耗EL，则KLL俄歇电子的动能为 同理可得，KLM俄歇电子的动能为 解得 （4）让待测电子束以水平初速度射入两块平行金属板之间，金属板长为L，板间距为d，两板之间加恒定的电压U，形成匀强电场，在离开金属板右侧距离L1处垂直电子入射方向放置一荧光屏，如图所示 需要测量的物理量：金属板长度L，板间电压U，板间距d以及L1，电子飞出电场后打到荧光屏时垂直电子入射方向的侧移量y； 计算方法：电子在水平方向做匀速直线运动，则 电子在竖直方向做初速度为零的匀加速直线运动，则加速度 侧移量满足 俄歇电子动能表达式 1 / 37 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $ 第54讲 光粒共生·光电效应与波粒二象性突破题型专项训练 〖组卷模式：解题口诀+高考考向+题型专练〗 题型01 光能推演·光电效应方程精准应用 1 题型02 图析量子·光电效应图像深度解码 5 题型03 科创赋能·光电效应现代科技应用 9 题型04 波粒悟理·波粒二象性深度理解 14 题型01 光能推演·光电效应方程精准应用 解题口诀：光子能量减逸功，初动能值自动通；遏压关联最大能，单位换算稳轻松。 高考考向：高考高频计算基础题型，聚焦爱因斯坦光电效应方程核心公式，考查逸出功、极限频率、最大初动能、遏止电压的互推运算，侧重公式灵活变形与eV、J单位换算，多以选择、填空小计算形式出现，是量子物理必考得分点。 1.（2026·云南·高考真题）云南省锡、铟等有色金属储量丰富。已知锡和铟的逸出功分别为和，若用光子能量为的紫外线分别照射这两种金属，则（　　） A．只有锡能发生光电效应 B．只有铟能发生光电效应 C．锡和铟都能发生光电效应 D．锡和铟都不能发生光电效应 2.（2026·贵州·高考真题）如图，密闭真空中，有一竖直放置的金属靶和水平放置的两平行极板，极板与金属靶受光面垂直，板间存在竖直向上的匀强电场。用频率为和的光分别照射靶时，垂直靶面逸出最大初动能分别为和的光电子，经狭缝、后进入电场，分别落到下极板M、N处。忽略极板边缘效应及电子间的相互作用，则（　　） A．， B．， C．， D．， 3.（2026·湖北·高考真题）光伏产业已发展成为我国新能源三大名片之一。太阳能电池发电时，材料原子中的电子被光子激发（这也是一种光电效应），激发后的电子向电池负极移动、形成一个持续的电动势。关于太阳能电池，下列说法正确的是（　　） A．任何频率的光均可使太阳能电池发电 B．太阳光的能量可以全部转化为电池的电能 C．太阳能电池在多云的白天，仍然可以发电 D．太阳能电池发电的功率与太阳光的照射方向无关 4.（2026·河南·高考真题）不同材料的金属板M、N的逸出功分别为和。用波长为的光照射，M、N均能发生光电效应，出射光电子的最大初动能分别为和；改用波长为的光照射，仅M能发生光电效应，出射光电子的最大初动能为。则（　　） A． B． C． D． 5.太阳能电池应用了光电效应原理，其简化结构如图所示。太阳光穿过顶层N型硅并抵达结区域，光子被吸收后激发出自由电子，这些电子在结内建电场作用下被推向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，普朗克常量为h，光速为c，下列说法正确的是（　　） A．增大入射光的频率，太阳能电池的光电流变小 B．太阳能电池工作时，通过灯泡的电流方向为从A到B C．入射光的波长小于时，太阳能电池可以对外供电 D．入射光的频率为时，逸出电子的最大初动能为 6.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 7.某同学利用如图甲装置来研究光电效应现象。实验中保持入射光频率不变，改变A极和K极间的电压U，测量光电子到达A极时的最大动能随U的变化关系如图乙所示，下列关于该实验的认识，正确的是（　　） A．光电子的产生与入射光频率无关 B．该材料的遏制电压为 C．光电子离开K极时的最大动能随U的增大而增大 D．图中倾斜直线的斜率为普朗克常量 8.如图，用同一束单色光、在同一条件下先后照射阴极材料为钠和钾的两个光电管，均能发生光电效应。已知钠的逸出功大于钾的逸出功，下列说法正确的是（　　） A．钠和钾的截止频率相同 B．单色光的频率可能小于钾的截止频率 C．两次实验中光电子的初动能可能相同 D．两次实验中光电子的最大初动能一定相同 9.（2025·河北·高考真题）光纤光谱仪的部分工作原理如图所示。待测光在光纤内经多次全反射从另一端射出，再经棱镜偏转，然后通过狭缝进入光电探测器。 (1)若将光纤简化为真空中的长玻璃丝，设玻璃丝的折射率为，求光在玻璃丝内发生全反射时的最小入射角。 (2)若探测器光阴极材料的逸出功为，求该材料的截止频率。（普朗克常量） 10.如图，两根相距L的无限长的平行光滑金属轨固定放置。导轨平面与水平面的夹角为θ（sinθ=0.6）。导轨间区域存在竖直向上的匀强磁场，磁感应强度大小为B。将导轨与阻值为R的电阻、开关S、真空器件P用导线连接，P侧面开有可开闭的通光窗N，其余部分不透光；P内有阴极K和阳极A，阴极材料的逸出功为W。断开S，质量为m的导体棒ab与导轨垂直且接触良好，沿导轨由静止下滑，下滑过程中始终保持水平，除R外，其余电阻均不计重力加速度大小为g。电子电荷量为e，普朗克常数为h。 (1)求ab开始下滑瞬间的加速度大小； (2)求ab速度能达到的最大值； (3)关闭N，闭合S，ab重新达到匀速运动状态后打开N，用单色光照射K，若ab保持运动状态不变，求单色光的最大频率。 题型02 图析量子·光电效应图像深度解码 解题口诀：截距找阈频，斜率恒定普朗克；IU图像辨饱和，正负遏压细甄别。 高考考向：新高考热门辨析题型，主打、两类核心图像，依托斜率、截距、拐点挖掘隐藏物理量，辨析光强、频率对图像趋势的影响，极易混淆临界条件，属于选择题拔高考点。 11.（2025·山东·高考真题）在光电效应实验中，用频率和强度都相同的单色光分别照射编号为1、2、3的金属，所得遏止电压如图所示，关于光电子最大初动能的大小关系正确的是（　　） A． B． C． D． 12.（2025·浙江·高考真题）如图1所示，三束由氢原子发出的可见光P、Q、R分别由真空玻璃管的窗口射向阴极K。调节滑动变阻器，记录电流表与电压表示数，两者关系如图2所示。下列说法正确的是（　　） A．分别射入同一单缝衍射装置时，Q的中央亮纹比R宽 B．P、Q产生的光电子在K处最小德布罗意波长，P大于Q C．氢原子向第一激发态跃迁发光时，三束光中Q对应的能级最高 D．对应于图2中的M点，单位时间到达阳极A的光电子数目，P多于Q 13．图1为光电效应实验电路图，某小组用红、绿两种颜色的激光分别照射光电管的阴极K，图2为两次实验得到的曲线，则（　　） A．图2中a光表示绿光，b光表示红光 B．研究图2中的规律时，图1的开关需接在1接线柱上 C．a光和b光分别射入同一块玻璃中，a光的传播速度更小 D．a、b两束光分别射入同一双缝干涉装置，a光的条纹间距更大 14．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．与成正比 B．图线斜率表示普朗克常量 C．图像中 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 15．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 16．研究光电效应时，当用波长为的光照射某种金属时，遏止电压为，改变入射光波长，作出图像如图．其横轴截距为a，纵轴截距为b，元电荷为e，真空中光速为c．下列说法正确的是（　　） A．普朗克常量为 B．该金属的截止频率为 C．该金属的逸出功为 D．遏止电压与入射光的波长成反比 17．工业安防常用光电式火焰传感器监测火情，其核心部件为真空光电管，如图甲所示。用三束可见光P、Q、R分别照射光电管阴极K，调节滑动变阻器改变电压，记录光电流与电压表示数，得到关系图像如图乙所示。下列说法正确的是（　　） A．P光的频率大于Q光的频率 B．Q光的频率大于R光的频率 C．P光的频率大于R光的频率 D．R光的强度大于P光的强度 18．在某光学实验室中，研究小组正在进行一项关于“金属光电效应”的实验，旨在探索不同频率光对金属表面逸出光电子的影响。实验装置如图甲所示，他们使用频率不同的单色激光照射同一块金属阴极K，测得相应的遏止电压U0，并绘制了如图乙所示的图像。已知电子电荷量为e，、U0均为已知量，则下列说法正确的是（　　） A．电源左侧应为负极 B．当入射光的频率时，逸出光电子的最大初动能为eU0 C．普朗克常量 D．增大入射光的强度，金属的逸出功会减小 19．如图所示为光照射金属材料得到遏止电压随光的频率v变化的图线，已知逸出功为，普朗克常量为h，电子电荷量为e（），图线上有P和Q两点。下列说法正确的是（　　） A．图线描述了不同金属在各种频率光照射下随v变化的关系 B．图线的斜率是h C．图线与图中纵轴交点的截距绝对值为 D．用Q对应的光照射时逸出的电子最大初动能一定比P对应的光照射时大 20．如图甲为研究光电效应的实验电路图，图乙中横坐标为入射光的频率，纵坐标为电压，阴影部分表示能产生光电流的区域；点坐标为，边界与轴平行，直线的斜率绝对值为。现有大量氢原子处于某激发态，在向低能级跃迁时只能放出1种可见光，且该可见光恰好能使实验所用的金属材料发生光电效应。已知氢原子各能级关系为，其中为基态能级值，量子数；巴耳末系的可见光是从能级跃迁到产生的。电子电量为，光速为，则（　　） A．滑片P从中点向左移动，电流表示数始终在变化 B．若换用逸出功较小的金属，阴影部分将向右平移 C．普朗克常量 D．氢原子基态的能级值为 题型03 科创赋能·光电效应现代科技应用 解题口诀：光电转化赋能技，光敏光电太阳能；情境剥壳抓本质，频率光强定机理。 高考考向：贴合新高考情境命题趋势，结合光电管、光敏电阻、光电传感器、太阳能电池等现代科技场景，考查光电效应原理迁移应用，立足生活与前沿科技，侧重物理本质与实际装置的对应辨析。 21．2024年2月，复旦大学的研究团队成功研发了新型钙基电池，其特点是成本低、更环保。图甲是研究光电效应的电路图，光电管阴极为钙金属，逸出功为，图乙是氢原子的能级图。若用大量处于能级的氢原子发光照射阴极，下列跃迁过程不能发生光电效应现象的是（　　） A．从跃迁到 B．从跃迁到 C．从跃迁到 D．从跃迁到 22．如图是通过光电效应实现信号传输控制的设备——光继电器．LED发出波长为的光，光电管阴极K被照射后恰能发生光电效应，从而引起信号接收电路产生电流，实现对外部电路的控制。已知普朗克常量为h，真空中的光速为c，则（　　） A．阴极K的逸出功小于 B．阴极K的截止频率为 C．逸出光电子的最大初动能为 D．信号接收电路中电源的a端是正极 23．光电管可将光信号转换成电信号，广泛应用于多个领域。如图所示为某光电管的工作电路图，用某单色光照射在阴极K上，有电信号从电阻R两端输出。下列方式一定能使R两端电压增大的是（　　） A．保持其他条件不变，将滑动变阻器滑片向左滑动 B．保持其他条件不变，将滑动变阻器滑片向右滑动 C．保持其他条件不变，增大照射光的强度 D．保持其他条件不变，减小照射光的强度 24．光电传感器如图甲所示，若通过放大器的电流发生变化，工作电路立即报警。图乙为a，b两种单色光分别照射K极时，光电子到达A极时动能的最大值与光电管两端电压U的关系图像。则下列说法正确的是（　　） A．用同一装置做双缝干涉实验，a光的条纹间距较小 B．图乙中图线a、b的斜率均是电子电量的大小 C．单色光a、b的频率之比为1:2 D．图甲中电源电压及变阻器滑片位置不变，部分光线被遮挡，则放大器的电流将增大，一定会引发报警 25．清华大学团队联合多家大学首次让绝缘的稀土纳米晶实现了高效电致发光，打破了全球光电领域“绝缘材料无法电驱动发光”的技术困局。如图甲，现利用稀土纳米晶发出的波长分别为、的单色光1和2照射同一阴极K，产生的光电子的最大初动能分别为、，测得电流表示数I与电压表示数U的关系如图乙所示。则下列说法正确的是（　　） A． B． C．单色光2照射阴极K后，所有电子逸出的初动能大小均为 D．若直流电源左端为正极，仅增大电压表示数，则电流表示数不一定增大 26．地铁靠站时列车车体和屏蔽门之间安装有光电传感器。如图甲所示，若光线被乘客阻挡，电流发生变化，工作电路立即报警。如图乙所示，光线发射器内大量处于激发态的氢原子向低能级跃迁时，辐射出的光中只有a、b两种可以使该光电管阴极逸出光电子，图丙所示为a、b光单独照射光电管时产生的光电流I与光电管两端电压U的关系图线。下列说法正确的是（　　） A．该光电管阴极材料的逸出功不能小于1.89eV B．a光的频率高于b光的频率 C．经同一障碍物时，b光比a更容易发生明显衍射 D．若部分光线被遮挡，则放大器的电流将增大，从而引发报警 27．如图是工业生产中用到的光控继电器示意图（部分），它由电源、光电管、放大器、电磁继电器等组成。当用黄光照射光电管阴极时，没有发生光电效应，当用蓝光照射光电管阴极时，发生了光电效应。则（　　） A．端应该接电源正极 B．增大黄光照射强度，电路中可能存在光电流 C．增大蓝光照射强度，光电子的最大初动能增大 D．若将电源正负极对调，电路中可能没有电流 28．某防盗报警器工作原理如图所示。用紫外线照射光敏材料制成的阴极时，逸出的光电子在电路中产生电流，电流经放大后使电磁铁吸住铁条。当光源与阴极间有障碍物时，警报器响起。下列说法正确的是（　　） A．若用红外光源代替紫外光源，该报警器一定能正常工作 B．逸出光电子的最大初动能与照射光频率成正比 C．若用更强的同一频率紫外线照射阴极，光电流变大 D．若用更强的同一频率紫外线照射阴极，所有光电子的初动能均增大 29．如图甲所示，某款条形码扫描探头上装有发光二极管和光电管，工作原理图如图乙。打开扫描探头，发光二极管发出红光。将探头对准条形码移动，红光遇到条形码的黑色线条时，光几乎全部被吸收；遇到白色空隙时光被大量反射到探头上，光电管发生光电效应产生光电流。通过信号处理系统，条形码就被转换成了脉冲电信号，则（　　） A．扫描探头在条形码上移动的速度不能太快，否则光电管来不及发生光电效应 B．若仅将扫描探头的发光强度增大，光电子的最大初动能不变 C．若仅将发光二极管换为发蓝光，也能发生光电效应 D．若将发光二极管发出的光的频率减小，只要照射时间够长，也一定能正常识别条形码 30．如图所示为一种光电效应演示仪，光电管与电流计、电源相连，其入射光的波长与光强可以通过光调节器调节。逐渐调节照射到金属板M的入射光波长，当波长为时，电流计的示数刚好为零，此时将电源正负极对调，电流计示数不为零，再逐渐调节入射光照的波长至，电流计的示数恰好变成零。已知电源路端电压为U，不考虑电流计内阻，元电荷为e，真空中光速为c，则（　　） A． B．可求得普朗克常量 C．当光的波长为时，仅增大光的波长，电流计示数将不为零 D．当光的波长为时，仅增大光的强度，电流计示数将不为零 题型04 波粒悟理·波粒二象性深度理解 解题口诀：频高显粒子，波长波动性；实物有波德罗意，粒波一体两相承。 高考考向：量子物理概念核心考点，摒弃复杂计算，侧重本质理解。辨析光的波动性、粒子性适用场景，掌握德布罗意物质波核心规律，区分宏观粒子与微观粒子特性，多以概念判断、正误辨析选择题考查，侧重科学思维素养。 31.（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 32.（2025·重庆·高考真题）在科学实验中可利用激光使原子减速，若一个处于基态的原子朝某方向运动，吸收一个沿相反方向运动的能量为E的光子后跃迁到相邻激发态，原子速度减小，动量变为P。普朗克常量为h，光速为c，则（　　） A．光子的波长为 B．该原子吸收光子后质量减少了 C．该原子吸收光子后德布罗意波长为 D．一个波长更长的光子也能使该基态原子跃迁到激发态 33.（2025·四川·高考真题）某多晶薄膜晶格结构可以等效成缝宽约为3.5×10−10m的狭缝。下列粒子束穿过该多晶薄膜时，衍射现象最明显的是（　　） A．德布罗意波长约为7.9×10−13m的中子 B．德布罗意波长约为8.7×10−12m的质子 C．德布罗意波长约为2.6×10−11m的氮分子 D．德布罗意波长约为1.5×10−10m的电子 34.（2025·陕晋青宁卷·高考真题）我国首台拥有自主知识产权的场发射透射电镜TH—F120实现了超高分辨率成像，其分辨率提高利用了高速电子束波长远小于可见光波长的物理性质。一个静止的电子经电压加速后，其德布罗意波长为，若加速电压为，不考虑相对论效应，则其德布罗意波长为（　　） A． B． C． D． 35.（2025·浙江·高考真题）一束高能电子穿过铝箔，在铝箔后方的屏幕上观测到如图所示的电子衍射图样则（　　） A．该实验表明电子具有粒子性 B．图中亮纹为电子运动的轨迹 C．图中亮纹处电子出现的概率大 D．电子速度越大，中心亮斑半径越大 36．激光减速是一种用激光对热运动的原子进行“刹车”，将其冷却到极低温度的技术。如图甲，一质量为m的原子和波长为λ0的激光束发生正碰，原子吸收光子后，从低能级跃迁到激发态，然后随机向各个方向自发辐射出光子（如图乙，对原子动量的影响忽略不计），落回低能级。根据多普勒效应，当原子迎着光束的方向运动时，其接收到的光的频率会升高。当原子接收到的光的频率等于该原子的固有频率时，原子吸收光子的概率最大。已知该原子平均每秒吸收n个光子，忽略原子质量的变化，普朗克常量为h，下列说法不正确的是（　　） A．为使原子减速，所用激光的频率应小于原子的固有频率 B．原子每吸收一个光子后，其速度的变化量逐渐变小 C．单个光子的动量大小为 D．该原子减速的加速度大小为 37．动量守恒定律和能量守恒定律不仅适用于宏观物理过程，也适用于微观领域，是解释自然现象的重要规律。在研究石墨对射线的散射时，发现在散射的射线中，有波长与入射波长不同的成分，这个现象称为康普顿效应。科学家用光子与静止（或低速）电子碰撞的模型成功解释了这种效应。逆康普顿效应可看作光子与高速运动电子碰撞的过程，其动量和能量转移的方向与康普顿效应相反。下列说法正确的是（　　） A．康普顿效应中，散射光的波长与散射角无关 B．光子与静止的电子作用可能发生逆康普顿效应 C．光子与高速电子作用后波长变大 D．可见光与高速电子作用后可能产生射线 38．我国预计2027年发射巡天空间望远镜（CSST），与天宫空间站共轨飞行，其设计能记录单个光子到达的时刻与能量，并利用光谱分析重构遥远星系的精细结构。关于遥远星系辐射的星光说法正确的是（　　） A．是一种纵波 B．仅具有粒子性 C．仅具有波动性 D．具有波粒二象性 39．如图所示，假设入射光子的动量为p0，光子与静止的电子发生弹性碰撞。碰后光子的动量大小为p1，传播方向与入射方向夹角为α：碰后电子的动量大小为p2，出射方向与光子入射方向夹角为β。已知光速为c，普朗克常量为h，下列说法正确的是（　　） A．碰前入射光的波长为 B．碰后电子的能量为 C． D． 40．关于高中物理教科书中的以下四张图片，下列说法正确的是（　　） A．图甲中，车从你身边疾驰而过，鸣笛的音调由高变低，是由声波反射引起的 B．图乙中，若换用频率更大的单色光，其他条件不变，观察到的干涉条纹变窄 C．图丙中，光子与电子碰撞时，一部分动量转移给电子，光子的波长变长 D．图丁中，卢瑟福根据粒子散射实验提出了原子的核式结构模型，成功解释了氢原子光谱分立特点 41.（2026·上海·高考真题）光刻是半导体芯片生产流程中最复杂、最关键的工艺步骤，耗时长、成本高。半导体芯片生产的难点和关键点在于如何在硅片上制作出目标电路图样，这一过程通过光刻来实现，光刻的工艺水平直接决定芯片的制程水平和性能水平。一般芯片在生产中需要进行20-30次的光刻，耗时占到IC生产环节的50%左右，占芯片生产成本的1/3.浦济之光是一种很好的光刻材料，你认识吗？在诸如硅片的基底表面覆盖一层具有高度光敏感性的光刻胶，再用特定光（一般是紫外光、深紫外光、极紫外光）透过包含目标图案信息的掩模版照射在基底表面，被光线照射到的光刻胶会发生反应，因此，在显影后被照到的区域会产生与未被照到的区域不同的效果。已知普朗克常量为，真空中的光速为，某光子的波长为。 （1）该光子的能量为________。 （2）若有一质量为的氦原子，要使其德布罗意波长小于上述光子的波长，则氦原子的速度至少为________。 42.（2026·浙江·高考真题）俄歇电子能谱（AES）广泛应用于材料表面成分分析。如图1所示，一束高能电子入射到样品表面，将某原子内层（如K层）的一个电子击出，形成一个空穴。随后，较外层（如L层）的一个电子跃迁至该空穴，并释放出能量，该能量可能以X光子的形式射出，也可能立即将另一核外电子（如L层或M层的电子）电离而逸出样品表面，该电子称为俄歇电子；现用电子动能的电子束轰击某样品表面，成功激发KLM俄歇过程（即初始空穴为K层、跃迁电子来自L层、逸出电子来自M层）和KLL俄歇过程（逸出电子来自L层）。已知该原子K层的电离能L层的电离能已知电子的电荷量，电子质量，光速，普朗克常量。（计算结果保留一位有效数字）请回答： (1)入射电子的德布罗意波长。 (2)求射出的X光子的波长； (3)甲同学利用带电粒子在磁场中的运动规律，设计了如图2所示的测量俄歇电子动能的方案；俄歇电子从原点O垂直y轴和磁场方向进入匀强磁场，则y1=10.0cm和y2=10.5cm处被探测到，通过测得的俄歇电子的动能，求原子M层的电离能； (4)乙同学认为用带电粒子在电场中的运动规律，测出俄歇电子的动能，请你帮乙同学设计一个方案，列出所需要测量的物理量，并给出计算俄歇电子动能的表达式。 1 / 37 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $