第二十七讲 光电效应 波粒二象性 课件 -2027届高三物理一轮复习

2027届高三一轮复习 · 物理 一轮复习讲练测 · 讲义配套课件 高考物理一轮复习 · 第 二 十 七 讲 光电效应　波粒二象性 光电效应现象与规律 · 爱因斯坦光电效应方程 四类图像 · 光的波粒二象性与物质波 2027届高三一轮复习 第二十七讲 · 光电效应 波粒二象性 四大考点 · 精讲精练 目 录 CONTENTS 第二十七讲 | 近代物理 知识梳理 · 考点精讲 · 巩固 01 知识梳理 · 光电效应 现象与条件、三条规律、光电效应方程、四类图像 02 知识梳理 · 波粒二象性 光的波粒二象性、概率波、物质波 03 考点一 · 二 · 三 · 四 效应理解（3 题）、方程应用（3 题）、图像（4 题）、二象性（3 题） 04 巩固练习与答案速查 8 道单选题 + 4 道多选题，逐题精练 01 知识梳理 量子论入门 光电效应抓住"极限频率"与"瞬时性"， 方程与图像是解题的两大支柱， 波粒二象性重在理解而非计算。 01 光电效应现象与规律 极限频率 · 瞬时性 · 三条规律 02 爱因斯坦光电效应方程 03 光电效应四类图像 04 波粒二象性与物质波 · 概率波 · 干涉衍射 2027届高三一轮复习 知识梳理 · 光电效应现象与规律 知识梳理 一、光电效应现象 定义： 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。 产生条件： 入射光的频率大于或等于金属的极限频率。 瞬时性： 光电效应的发生几乎是瞬时的， 一般不超过 s。 二、三条规律与效应方程 规律1： 每种金属都有一个极限频率，入射光频率必须大于等于它才能发生光电效应。 规律2： 光电子的最大初动能与入射光强度无关，只随入射光频率增大而增大。 光电效应方程： ，其中 为逸出功； 逸出的最大初动能 。 2027届高三一轮复习 04 / 30 知识梳理 · 研究思路与三个关系 知识梳理 两条线索与对应关系 频率线索： 光子频率高 → 光子能量大 → 光电子的最大初动能大。 强度线索： 入射光强度大 → 光子数目多 → 发射光电子多 → 光电流大。 三个重要关系 光电效应方程： ； 最大初动能与遏止电压： ； 逸出功与极限频率： 。 联立要点： 三式构成光电效应计算的完整链条，遇图像题先转化为斜率与截距。 2027届高三一轮复习 05 / 30 知识梳理 · 光电效应四类图像 知识梳理 Ek-ν 图线与 Uc-ν 图线 图线：斜率为 ，横轴截距为极限频率 ，纵轴截距绝对值为逸出功 ； 图线：斜率与电子电荷量的乘积为 ，即 ，横轴截距仍为 。 两类 I-U 曲线 颜色相同、强度不同： 遏止电压相同（横轴截距相同），饱和光电流不同。 颜色不同： 遏止电压不同， 、 。 2027届高三一轮复习 06 / 30 知识梳理 · 波粒二象性与物质波 知识梳理 光的波粒二象性 波动性证据： 干涉、衍射、偏振现象。 粒子性证据： 光电效应（以及康普顿效应）。 统一理解： 个别光子表现为粒子性，大量光子表现为波动性；频率越低波动性越显著，频率越高粒子性越显著；传播中显波动性，作用中显粒子性。 光子能量 ，光子动量 。 物质波与概率波 概率波： 亮条纹是光子到达概率大的地方，暗条纹是概率小的地方，光波又叫概率波。 物质波：任何运动着的物体都有对应的波 ，波长 （p 为动量）。 衍射判据： 波长与狭缝尺寸相近时衍射明显， 越接近 1 越明显。 2027届高三一轮复习 07 / 30 02 考点精讲 四个考点 判断光电效应先看频率与逸出功， 方程应用抓"三式联立"， 图像题转化为斜率与截距。 01 考点一 光电效应的理解（3 题） 02 考点二 光电效应方程的应用（3 题） 03 考点三 光电效应的图像（4 题） 04 考点四 对波粒二象性的理解（3 题） 2027届高三一轮复习 考点一 · 例1 产生条件的判断 例1. （2026·海南·高考真题）现有 、 两束单色光， 光的频率小于 光的频率。用 光照某金属表面能发生光电效应。 下列说法正确的是（　　） A． 若用 光照射该金属，则能发生光电效应 B． 若用 光照射该金属，则该金属的逸出功减小 C． 若增大 光强度，则该金属的逸出功增大 D． 若减弱 光强度，则不能发生光电效应 答案 A A． ，且 光能发生光电效应，说明 ，因此 ， 光也能发生光电效应，A正确； B．逸出功是金属的固有属性，与入射光频率无关，B错误； C．逸出功与入射光强度无关，C错误； D．光电效应的发生仅由入射光频率决定，与光强无关，只要频率大于极限频率仍能发生，D错误。 2027届高三一轮复习 09 / 30 考点一 · 例2 逸出功比较 例2. （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 发生条件：入射光子能量 ； 锡的逸出功 ，不满足条件，不能发生光电效应； 铟的逸出功 ，满足条件，能发生光电效应。 故只有铟发生，选B。 2027届高三一轮复习 10 / 30 考点一 · 变式训练 逸出功与光子能量 【变式训练】 （2025·广西·高考真题）已知金属铷、钾、钠、钙的逸出功分别为 2.13 eV、2.25 eV、2.29 eV、3.20 eV。用光子能量为 2.20 eV 的单色光照射这些金属的表面，能逸出光电子的金属是（　　） A． 铷 B． 钾 C． 钠 D． 钙 答案 A 光子能量大于金属逸出功时才能发生光电效应； 四种金属中只有铷的逸出功 ，其余均大于 。故选A。 2027届高三一轮复习 11 / 30 考点二 · 例1 光电效应方程应用 例1. （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 A．由 、 ，只有 才能发电，A错误； B．光电转化效率远小于 100%，太阳光能量部分转化为内能等其他形式，B错误； C．多云白天仍有满足频率的太阳光透过云层，可发生光电效应发电，C正确； D．电池板单位面积接收光功率 ，与照射方向有关，D错误。 2027届高三一轮复习 12 / 30 考点二 · 变式训练 德布罗意波长 【变式训练】 （2026·重庆·高考真题） 通过"角分辨光电子能谱仪"测量光电效 应中光电子的动能和出射角。 一束频率为 的紫外光照射样品表面产生光电子， 某具有最大初动能 的光电子，其速度方向与样品表面法线 的夹角为 ，光电子质量为 ，则（　　） A． 样品的逸出功为 B． 该光电子的德布罗意波长为 C． 该光电子速度沿法线方向的分量大小为 D． 当入射光频率变为 时，最大初动能变为 答案 B A．最大初动能仅与频率和逸出功有关， 与出射方向无关， ，A错误； B． ，由 得 ，故 ，B正确； C．法线方向分量为 ，C错误； D．频率变 时 ，D错误。 2027届高三一轮复习 13 / 30 考点二 · 例2 波长与逸出功 例2. （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， 最大初动能为 。则（　　） A． B． C． D． 答案 AD A．波长 照射时仅 M 能发生，说明 且 ，故 ，A正确； B． 照射时 N 也能发生， ，得 ，B错误； C． ， ，由 得 ，C错误； D． ，由 得 ，D正确。 2027届高三一轮复习 14 / 30 考点三 · 例1 Ek-W 图像 例1. （2026·陕西西安·一模） 在光电效应实验中， 用频率和光照强度都相同的单色光照射不 同的金属，所得光电子最大初动能 与金属材料逸出功 的关系图像如图所示， 若使用频率更高的单色光进行该实验， 则得到 图像的（　　） A． 截距增大 B． 截距减小 C． 斜率增大 D． 斜率减小 答案 A 由光电效应方程 ， 图像中纵截距为 ，斜率为 ； 换用频率更高的单色光后 增大，纵截距 增大，斜率不变仍为 。故选A。 2027届高三一轮复习 15 / 30 考点三 · 例2 Ek-ν 图线对比 例2. 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 随入射光频率 变化的 图像。已知钨的逸出功是 ，锌的逸出功是 ，若将两者的图线画在同一个 坐标中，实线表示钨，虚线表示锌， 则正确的图像是（　　） 答案 A 由 可知 图线斜率为 ，两直线平行； 直线与 轴交点为 ；锌的逸出功较大，极限频率较大， 虚线应在右侧。故选A。 2027届高三一轮复习 16 / 30 考点三 · 例3 I-U 曲线分析 例3. 如图甲是研究光电效应的实验装置，滑片 P 初始位置处于滑动变阻器中点 O。用同一光电管在不同实验条件下得到三条光电流与电压的关系曲线如图乙所示，则（　　） A． 甲光的频率小于乙光频率 B． 乙光的光子数小于丙光的光子数 C． 滑片 P 向 b 端移动，电流表示数会一直增大 D． 乙光照射产生的光电子到达阳极的一定动能最大 答案 A A．乙光的遏止电压绝对值大于甲光， 说明乙光产生的光电子最大初动能更大； 由 ，同一光电管逸出功相同， 乙光频率更高，即甲光频率小于乙光， A正确； B．乙光饱和光电流大于丙光，单位时间逸出的光电子更多，不能说乙光光子数更少，B错误； C．滑片 P 由 O 向 b 端移动时电压升高，光电流增大后会趋于饱和，不会一直增大，C错误； D．并非每个光电子的动能都等于最大初动能，D错误。 2027届高三一轮复习 17 / 30 考点三 · 例4 Uc-ν 图像 例4. 如图所示为某实验小组探究金属甲和金属 乙的遏止电压 与入射光频率 的关系图（图中所标物理量均为已知量 ）。电子的电量为 e， 普朗克常量为 h，金属甲的逸出功为 ，金属乙的逸出功为 。下列说法正确的是（　　） A． B． C． D． 答案 C 由光电效应方程 、 与 ，得 、 ； 遏止电压为 0 时 、 ；由图知 ，则 ，AB错误； 图线斜率 ，解得 ，C正确、D错误。 2027届高三一轮复习 18 / 30 考点四 · 例1 物质波与衍射 例1. （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 A．电子衍射图样表明电子具有波动性，A错误； BC．由"概率波"特点可知，亮纹处电子出现的概率大，亮纹并非电子运动轨迹，B错误、C正确； D．由 ，电子速度越大波长越短， 衍射越不明显，中心亮斑半径越小， D错误。 2027届高三一轮复习 19 / 30 考点四 · 例2 衍射明显程度 例2. （2025·四川·高考真题） 某多晶薄膜晶格结构可等效成缝宽约为 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 的中子 B． 德布罗意波长约 的质子 C． 德布罗意波长约 的氮分子 D． 德布罗意波长约 的电子 答案 D 波通过尺寸与其波长相近的障碍物或狭缝时发生明显衍射； 当 接近或大于 1 时衍射非常明显， 四个选项中电子的波长 与缝宽 最接近，衍射最明显。故选D。 2027届高三一轮复习 20 / 30 考点四 · 例3 概率波理解 例3. 在双缝干涉实验中，在光屏处放上照相底片，若减小入射光的强度，使光子一个一个地通过狭缝。曝光时间不太长时，底片上只出现不规则的点；曝光时间足够长，底片上就出现规则的干涉条纹。对于这个实验结果的认识正确的是（　） A． 曝光时间不长时，光的能量太小，底片上的条纹看不清楚，故出现不规则的点 B． 单个光子的运动没有确定的轨道 C． 干涉条纹中明亮的部分是光子到达机会较多的地方 D． 只有光子具有波粒二象性，微观粒子不具有波粒二象性 答案 BC 单个光子通过双缝后的落点无法预测，大量光子的落点呈规律性，落在干涉加强区域的可能性大； 光具有波粒二象性：少数光子表现为粒子性，大量光子表现为波动性；不论光子还是微观粒子都具有波粒二象性。故BC正确，A、D错误。 2027届高三一轮复习 21 / 30 03 巩固练习 学以致用 12 道巩固题覆盖光电效应条件判断、 方程应用、图像分析与物质波， 先独立完成再对照订正。 01 单选题 8 道：量子概念 · 遏止电压 · 德布罗意波长 02 多选题 4 道：光子能量 · I-U 曲线 · Ek-ν 图线 03 答案速查 逐题给出答案与要点简析 2027届高三一轮复习 巩固练习 课后巩固 1. 2020 年 12 月我国科学家构建了一台 76 个光子 100 个模式的量子计算机"九章"，其处理"高斯玻色取样"的速度比目前最快的超级计算机快一百万亿倍。关于量子，下列说法正确的是（　　） A． 是计算机运算的一种程序 B． 表示运算速度的一个单位 C． 表示微观世界的不连续性观念 D． 类似于质子、中子的微观粒子 答案 C 量子是不可分割的最小单元，体现物质的不连续性，即"量子化"。故选C。 2. （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 由 及图像 ，故 ，选B。 2027届高三一轮复习 23 / 30 巩固练习 课后巩固 3. （2024·湖南·高考真题）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，红光照射能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 答案 B 普朗克认为能量是一份一份的量子化的，A错；紫光频率大于红光，红光能发生则紫光也能，B对；散射后波长变长的成分存在，C错；德布罗意认为物质都具有波动性，D错。 4. （2025·陕晋青宁卷·高考真题） 我国首台自主知识产权的场发射透射电镜 TH-F120 实现超高分辨率成像 ，利用了高速电子束波长远小于可见光波 长的性质。一个静止电子经 电压加速后德布罗意波长为 ，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 由 、 、 得 ； ，故 ，选C。 2027届高三一轮复习 24 / 30 巩固练习 课后巩固 5. （2026·北京·高考真题） 光照射到某半导体上， 光子能量超过特定值 ，会激发半导体内部受束缚的电子自由运 动，增强导电能力，这属于光电导效应。 用频率为 的单色光分别均匀照射该半导体和逸出 功为 的金属， 。下列说法错误的是（　　） A． 金属不发生光电效应，半导体发生光电导效应 B． 增大单色光的强度，电流表示数增大 C． 对调电源的正负极，通过半导体的电流反向 D． 半导体两端电压为 0 时，电流表示数不为 0 答案 D 金属不发生光电效应， 半导体发生光电导效应，A对； 增强光强激发电子增多、 电阻减小电流增大，B对； 对调极性电子受力反向、电流反向， C对；电压为 0 时无驱动电场， 电流为 0，D错。本题选错误项， 故选D。 6. （2025·广东·高考真题）有甲、 乙两种金属，甲的逸出功小于乙的逸出功 。使用某频率的光分别照射这两种金属， 只有甲发射光电子，其最大初动能为 ，下列说法正确的是（　　） A． 使用频率更小的光，可能使乙也发射光电子 B． 使用频率更小的光， 若仍能使甲发射光电子， 则其最大初动能小于 C． 频率不变，减弱光强，可能使乙也发射光电子 D． 频率不变，减弱光强， 若仍能使甲发射光电子， 则其最大初动能小于 答案 B 该光频率小于乙的截止频率， 再减小频率更不能发生，A错；由 ，频率减小最大初动能变小，B对； 频率不变光强改变不能使乙发生光电效应 ，C错；频率不变最大初动能不变， D错。 2027届高三一轮复习 25 / 30 巩固练习 课后巩固 7. （2026·云南·模拟预测）如图甲，氢原子由较高能级向 n=2 能级跃迁时，发出的两种可见光 a、b 分别由真空玻璃管窗口射向阴极 K。调节滑动变阻器滑片 P，记录电流表与电压表示数，关系如图乙。下列说法正确的是（　　） A． 相比可见光 b，可见光 a 是从更高能级跃迁到 n=2 能级产生的 B． 测遏止电压时需将图甲所示的滑片 P 向右移动 C． a、b 产生的光电子在 K 处最小德布罗意波长 λca＞λcb D． 对应于图乙中的 M 点，单位时间到达阳极 A 的光电子数目，a 光产生的多于 b 光产生的 答案 C b 的遏止电压大、频率高， b 从更高能级跃迁产生，A错； 测遏止电压需 K 板电势高于 A 板 ，滑片应向左移，B错； b 的最大初动能大，由 知 λca＞λcb，C对； M 点两光电流相等，D错。 8. 如图甲所示实验装置中，分别用 a、b 两束光照射阴极，移动滑片 P，得到电压表示数与微安表示数的关系如图乙所示。下列说法正确的是（　　） A． 测量遏止电压 时滑片 P 应向 n 端滑动 B． a 光光子的动量大 C． 分别射入同一单缝衍射装置时，a 光的中央亮纹比 b 窄 D． a 光照射后电子逸出的最大初动能小于 b 光 答案 D 测遏止电压应使 A 电势低 K 电势 高，滑片向 m 端滑，A错； a 光遏止电压小、光子能量小，由 知 a 光动量小，B错； a 波长长、中央亮纹宽，C错； ，a 光最大初动能小，D对。 2027届高三一轮复习 26 / 30 巩固练习 课后巩固 9. （2023·海南·高考真题） 已知一个激光发射器功率为 ，发射波长为 的光，光速为 ，普朗克常量为 ，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 由 知 A 对；光子能量 ，B 错；光子动量 ，C 对；光子数 ，D 错。 10. 研究光电效应实验电路图如图（a）所示，其光电流与电压的关系如图（b）所示。则下列说法中正确的是（　　） A． 若把滑动变阻器的滑动触头向右滑动，光电流一定增大 B． 图线甲与乙是同一种入射光，且入射光甲的强度大于乙光的强度 C． 由图可知，乙光的频率小于丙光的频率 D． 若将甲光换成丙光来照射锌板，其逸出功将减小 答案 BC 已达饱和电流后增大电压光电流不再增大，A错；甲乙遏止电压相同故频率相同，甲饱和光电流大即强度大，B对；乙遏止电压小于丙，乙频率小于丙，C对；同一金属逸出功不变，D错。 2027届高三一轮复习 27 / 30 巩固练习 课后巩固 11. （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，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 Q 的截止电压大于 R， Q 频率高波长短， Q 的中央亮纹比 R 窄，A错； Q 的最大初动能大，由 知 P 的波长大于 Q，B对； Q 能量最大，对应能级最高，C对； M 点 P、Q 光电流相等，D错。 12. 如图所示是用光照射某种金属时逸出的光电子的最大初动能随入射光频率变化的图线，由图可知（　　） A． 该金属的极限频率为 B． 该金属的极限频率为 C． 该图线的斜率表示普朗克常量 D． 该金属的逸出功为 答案 AC 由 ， 对应的频率即极限频率 ，A对B错；图线斜率表示 ，C对； 时纵轴交点才是逸出功，D错。 2027届高三一轮复习 28 / 30 答案速查 课后巩固 巩固练习答案速查 第 1 题 C 第 2 题 B 第 3 题 B 第 4 题 C 第 5 题 D 第 6 题 B 第 7 题 C 第 8 题 D 第 9 题 AC 第 10 题 BC 第 11 题 BC 第 12 题 AC 2027届高三一轮复习 29 / 30 ✓ 本讲到此结束 第二十七讲 · 光电效应　波粒二象性 产生条件看频率 · 方程联系三参量 · 图像抓斜率截距 2027届高三一轮复习 · 讲练测配套课件 $