第72讲 光电效应 波粒二象性（复习讲义）（北京专用）2027年高考物理一轮复习讲练测

第72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 黑体辐射及实验规律 考向1 黑体辐射规律 知识点2 能量子 考向2 能量子 考点二 对光电效应规律的理解及其应用 知识点1 光电效应 考向1 光电效应规律 重 考向2 光电效应的电路分析 重 【思维建模】光电效应电路的分析思路 考点三 光电效应的图像 知识点1 光电效应的图像 考考向1 图像信息应用 重 考点四 对波粒二象性、物质波的理解 知识点1 波粒二象性 考向1 对波粒二象性的理解 知识点2 物质波 考向2 对物质波的理解 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 黑体辐射 能量子 —— —— —— 对光电效应规律的理解及其应用 —— —— —— 对光电效应图像的理解和应用 —— —— —— 对波粒二象性、物质波的理解 —— —— —— 考情分析 题型与考向：题型多以选择题形式出现，整体难度不大，常以光电效应实验情境为背景，考查黑体辐射与能量子、光电效应规律与光电效应方程，光电效应图像分析，以及波粒二象性、物质波的概念辨析，侧重对光子模型、实验规律的理解。 情境与立意： 1.生活实践类：无。 2.学习探究类：光电效应现象、光的波粒二象性。 复习目标 1.掌握黑体辐射的定义及其实验规律，理解能量量子化的意义。 2.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，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。 思维建模·脉络梳理 ——搭建知识框架，构建系统思维 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 黑体辐射及实验规律 知●识●解●构 1．热辐射 （1）定义：周围的一切物体都在辐射_________，这种辐射与物体的_________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_________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_________全部外来的电磁波而不发生反射的物体。 （2）黑体辐射的实验：黑体辐射能量按波长分布的情况只与黑体的_________有关．随着温度的升高，一方面，各种波长的辐射能谱密度都_________，另一方面，辐射能谱密度的极大值向波长较短的方向移动，如图所示。 3．黑体辐射的实验规律提醒 （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。 考●向●破●译 考向1 黑体辐射规律 例1 （多选）普朗克为了解释黑体辐射现象，第一次提出了能量量子化理论。在任意给定温度（热力学温度）下，辐射强度的极大值对应的波长满足（为常量）；黑体单位面积上的热辐射功率（为常量）。假定地球、太阳与人体均可视为黑体，当地球接收到的太阳热辐射功率与自身热辐射功率相等时达到热平衡状态。已知：日地距离约为太阳半径的200倍，人体温度约为，，下列说法正确的是（　　） A．黑体辐射实验规律表明，随着温度的升高，短波区辐射强度增加，长波区辐射强度减少 B．根据题中所给信息可知太阳表面的温度约为5500℃ C．地球表面热力学温度约为太阳表面热力学温度的 D．地球表面热力学温度约为太阳表面热力学温度的 【变式训练1·变载体】下列四幅图涉及到不同的物理知识，图①为黑体辐射的实验规律示意图，图②为β衰变示意图，图③为光电效应实验中光电流与电压的关系示意图，图④为反应堆示意图。关于这四幅图，下列说法正确的是（ ） A．图①：可看出随着温度升高，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动 B．图②：β衰变的电子来源于原子核外 C．图③：同种光照射同种金属，入射光越强，饱和光电流越大，电子最大初动能也越大 D．图④：若要使链式反应速度变快，需要将镉棒插入深一些 【变式训练2·变载体】(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，各种波长的光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 知识点2 能量子 知●识●解●构 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＝_________，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2 能量子 例2 2026年1月，“中国天眼”FAST（如图）在国际上首次捕捉到重复快速射电暴，若FAST探测到某次快速射电暴发射的电磁波的频率范围为，已知普朗克常量，则该电磁波光子的能量为（ ） A． B． C． D． 【变式训练1·变载体】（多选）北京时间2025年10月7日，瑞典皇家科学院宣布将该年度诺贝尔物理学奖授予约翰·克拉克（JohnClarke）、米歇尔·H·德沃雷特（MichelH。 Devoret）和约翰·M·马蒂尼斯（JohnM。 Martinis）三位科学家。他们获奖的理由是“发现电路中的宏观量子力学隧穿效应和能量量子化”，其实验证明量子特性能在可置于掌心的宏观系统中具象呈现，该成果为量子密码学、量子计算机等下一代量子技术开辟了全新路径。在物理学发展的长河中，很多科学家做出了卓越的贡献，下列说法中正确的是（　　） A．爱因斯坦认为微观粒子的能量是量子化的，最小的能量子称为光子，利用光子成功解释了光电效应现象 B．牛顿“月地检验”。他比较的是月球表面上物体的重力加速度和地球表面上物体的重力加速度 C．伽利略首先建立了平均速度，瞬时速度以及加速度的概念 D．法拉第首先提出了电场的概念，并引入了电场线来形象地描述电场 【变式训练2·变思维】（2026·北京顺义·一模）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。现有一个光源以功率均匀地向各个方向发射波长为的绿光，不计空气吸收。已知人眼瞳孔在暗处的直径为，普朗克常量为，光速为。下列说法正确的是（ ） A．该绿光的频率为 B．该光源每秒辐射出的绿光光子数为个 C．瞳孔正对光源且距离为时，在单位时间内，瞳孔接收到的光能量与光源辐射总能量之比为 D．人眼能看到此光源的最远距离为 考点二 对光电效应规律的理解及其应用 知识点1 光电效应 知●识●解●构 1.光电效应现象 照射到金属表面的光，能使金属中的_________从表面逸出的现象称为光电效应，这种电子常称为_________。 2．光电子：_________中发射出来的电子。 3．研究光电效应的电路图 如图所示，其中A是_________，K是_________。 4.光电效应规律 （1）每种金属都有一个截止频率νc，也称作极限频率，入射光的频率必须_________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_________，只随入射光_________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）饱和电流的大小与入射光的强度成_________。 5.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=_________。 （2）逸出功W0：电子从金属中逸出所需做功的_________。 （3）最大初动能：发生光电效应时，金属表面上的_________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）光电效应方程：hν=Ek+W0或Ek=_________。 6．“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。 7．两条线索 8．“两条”关系 （1）光的强度大→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→产生光电子的最大初动能大→截止电压大。 9．“三个”关系式 （1）爱因斯坦光电效应方程：Ekm＝hν－W。 （2）最大初动能与遏止电压的关系：mev＝eU0。 （3）逸出功与极限频率的关系：W＝hν0。 考●向●破●译 考向1 光电效应规律 【重】 例1 （2025·北京朝阳·二模）某科研团队设计了一种基于量子点材料的纳米级光电传感器，用于检测极微弱的光信号。其工作原理为：量子点材料在吸收光子时克服其带隙能量产生电子-空穴对，电子-空穴对在量子点内部的势阱中被束缚，形成激子（由一个电子和一个空穴通过库仑相互作用结合而成的准粒子）；当外加电场作用于该量子点时，激子会分离为自由电子和空穴，形成光电流。量子点可能吸收一个高能光子并产生多个激子。激子的束缚能是指将电子和空穴从激子状态分离为自由电子和空穴所需的能量，束缚能越大，激子越稳定，其表达式近似为，电子和空穴之间的库仑力可表示为（r为电子和空穴之间的平均距离，为材料的介电常数，k为静电力常量，e为电子电荷量）。关于该光电传感器的工作特性，下列说法正确的是（　　） A．只要外加电场强度大于，就能产生有效的光电流 B．增大外加电场强度，有效光电流可能不变 C．该光电传感器的工作原理与光电效应原理相同 D．产生一对自由电子和空穴需要的能量等于入射光子的能量与外加电场做功之和 【变式训练1·变考法】（2025·北京丰台·二模）金属板M受到紫外线照射时，会持续向各个方向发射不同速率的电子，电子最大速率为，质量为m，电量为e。正对M放置一金属网N，M与N间距为d（远小于板长）。在M、N之间加一个恒定电压U，M与电源正极相连，如图所示。下列说法正确的是（　　） A．U增大，电流表的读数将增大 B．d减小，电子由M到N的过程，动能变化量将减小 C．仅将正、负极对调，从M逸出的电子，到达N时的最大动能为 D．仅将正、负极对调，电流表的读数将减小 【变式训练2·变载体】（2026·北京房山·二模）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，验电器张角保持稳定。随后用红外线灯照射锌板，验电器指针张角保持不变。下列说法正确的是（　　） A．紫外线灯照射后，验电器带正电 B．延长红外线照射时间，验电器指针张角将增大 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 考向2 光电效应的电路分析 【重】 例2 （2025·北京昌平·二模）如图1所示，小明用甲、乙、丙三束单色光分别照射同一光电管的阴极K，调节滑动变阻器的滑片P，得到了三条光电流I随电压U变化关系的曲线如图2所示。下列说法正确的是（　　） A．甲光的光子能量最大 B．用乙光照射时饱和光电流最大 C．用乙光照射时光电子的最大初动能最大 D．分别射入同一单缝衍射装置时，乙光的中央亮条纹最宽 【变式训练1·变思维】(2026·北京十一学校)如图甲为研究光电效应的实验电路，图乙纵坐标为实验中AK间的电压U（A电势高于K时U为正值），横坐标为入射光的频率v，图乙中BC为平行于U轴的直线，CD是一条斜率绝对值为k的直线，C点的坐标为，图中阴影部分表示能产生光电流的区域。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，电子电荷量大小为e，光速为c，则（　　） A．直线CD是滑片P在Ob之间滑动所收集的数据绘制而成 B．直线CD斜率绝对值k等于普朗克常量数值 C．能使实验所用金属材料发生光电效应的可见光光子动量至少为 D．根据实验结果，氢原子基态的能级值为 【变式训练2·变载体】(2026·北京东城区)如图1所示，阴极和阳极是密封在真空玻璃管中的两个电极，阴极在受到光照时能够发射光电子。阴极与阳极之间电压的大小可以调整，电源的正负极也可以对调。电源按图示极性连接时，闭合开关后，阳极吸收阴极发出的光电子，在电路中形成光电流。利用三束单色光分别照射图1装置的阴极，调节电压进行多次实验，通过收集的实验数据得到如图2所示的图像。下列说法正确的是（ ） A．单色光的频率大于单色光的频率 B．单色光的强度小于单色光的强度 C．三束光分别照射阴极发生光电效应，其中单色光照射发生光电效应产生的光电子的最大初动能最大 D．相同时间内单色光比单色光照射到阴极上的光子数少 思维建模 光电效应电路的分析思路 1. 2. 考点三 光电效应的图像 知识点1 光电效应的图像 知●识●解●构 1.四类光电效应图像的对比 图像名称 图像形状 由图像直接（间接）得到的物理量 最大初动能Ek与入射光频率ν的关系图像（方程：Ek=hν-W0） （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像 （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 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 遏止电压Uc与入射光频率ν的关系图线（方程：Uc=ν-） （1）极限频率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（注：此时两极之间接反向电压） 2.光电流与电压的关系 3.光电效应中有关图像问题的解题技巧 （1）明确图像中纵坐标和横坐标所表示的物理量． （2）明确图像所表示的物理意义及所对应的函数关系，同时还要知道截距、交点等特殊点的意义．例如： ①Ekm­ν图像，表示了光电子的最大初动能Ekm随入射光频率ν的变化曲线，图甲中横轴上的截距是阴极金属的极限频率，纵轴上的截距表示了阴极金属的逸出功负值，直线的斜率为普朗克常量，图像的函数式：Ek＝hν－W0. ②光电效应中的I­U图像，是光电流强度I随两极板间电压U的变化曲线，图乙中的Im是饱和光电流，Uc为遏止电压． 考●向●破●译 考向1 图像信息应用 【重】 例1（2025·北京三十五中·三模）在光电效应实验中，小明用同一光电管在不同实验条件下得到了三条光电流与电压之间的关系曲线（甲、乙、丙），如图2所示。则（　　） A．乙、丙所对应的截止频率一样大 B．甲光所产生光电子的最大初动能最大 C．甲光比乙光的频率大 D．乙光比丙光的波长大 【变式训练1·变情境】(2026·北京师范大学第二附属中学)从1907年起，密立根就开始测量金属的遏止电压（即图1所示的电路中电流表的读数减小到零时加在电极、之间的反向电压）与入射光的频率，由此算出普朗克常量，并与普朗克根据黑体辐射得出的值相比较，以检验爱因斯坦光电效应方程的正确性。按照密立根的方法我们利用图示装置进行实验，得到了某金属的图像如图2所示。下列说法正确的是（ ） A．该金属的极限频率约为 B．该金属的极限频率约为 C．该图线的斜率为普朗克常量 D．该图线的斜率为这种金属的逸出功 【变式训练2·变情境】(2026·北京东城区)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 考点四 对波粒二象性、物质波的理解 知识点1 波粒二象性 知●识●解●构 1.光的波粒二象性 （1）波动性：光的干涉、衍射、偏振现象证明光具有_________性。 （2）粒子性：光电效应、康普顿效应说明光具有_________性。 （3）光既具有_________性，又具有_________性，称为光的波粒二象性。 （4）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 考●向●破●译 考向1 对波粒二象性的理解 例1(2026·湖北大学附属中学·期中)关于波粒二象性，下列说法正确的是（　　） A．光的干涉、衍射现象说明光具有粒子性 B．光电效应说明光具有波动性 C．实物粒子不具有波粒二象性 D．康普顿效应体现了光的粒子性 【变式训练1·变情景】2026年除夕之夜的央视春晚，合肥分会场潘建伟院士向全球观众讲述量子科技的中国突破，并发出“量子的未来，就在我们手中”的铿锵誓言。潘建伟院士团队的反冲光子干涉实验证明了波粒二象性在量子界是跷跷板，一端翘起，另一端必然下沉，波动性和粒子性不会同时显现。下列能反映光的波动性的是（　　） A．光的衍射现象 B．黑体辐射现象 C．光电效应 D．康普顿效应 【变式训练2·变情境】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 知识点2 物质波 知●识●解●构 1．概率波 光的干涉现象是大量光子的运动遵守波动规律的表现，亮条纹是光子到达概率_________的地方，暗条纹是光子到达概率_________的地方，因此光波又叫概率波。 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_________，h为普朗克常量。 考●向●破●译 考向2 对物质波的理解 例2（2026·北京昌平·一模）一束电子穿过铝箔，在铝箔后方的屏幕上观测到如图所示的电子衍射图样，下列说法正确的是（　　） A．该实验表明电子具有粒子性 B．亮纹处电子出现的概率大 C．亮纹为电子运动的轨迹 D．暗纹处说明没有电子到达 【变式训练1·变情境】（2025·北京朝阳·一模）在卫星导航系统中，既要测量物体平动的线性加速度，又要测量物体转动的角速度。最近，量子导航领域的动态引人注目。一种是冷原子技术，使用的是冷原子的物质波干涉。通用的电子设备无法观测到常温下原子的物质波干涉。由于原子具有质量，加速度与外力对应，导致冷原子的物质波干涉效应会随着所在系统的加速度而变化，根据这种变化既能测量线性加速度（加速度计），也能测量转动角速度（陀螺仪）。另一种是原子自旋陀螺技术，能获得更高灵敏度的转动测量陀螺仪。测量前在接近零磁场环境下，原子通过光泵极化，使其自旋状态趋向一致。测量角速度时，原子的自旋方向会发生偏转。通过自旋磁场自补偿，能够实现对惯性的敏感和对磁场波动的抑制，从而实现对旋转角速度的精确探测，广泛用于精密导航和基础物理研究。根据上述信息，下列说法正确的是（　　） A．相对于常温原子，冷原子的物质波的波长较短 B．基于冷原子技术的原子加速度计和原子陀螺仪可以共用冷原子资源 C．基于原子自旋陀螺技术的转动测量陀螺仪需要在接近零磁场环境下工作 D．在原子自旋陀螺技术中，不能测量匀速转动系统的角速度 【变式训练2·变角度】我国建造的世界上亮度最高的第四代同步辐射光源“未来之光”，和第三代同步辐射光源相比，电子被加速后的能量更高，辐射的X射线穿透能力更强，则（　　） A．电子的物质波波长更长、辐射的X射线波长更长 B．电子的物质波波长更长、辐射的X射线波长更短 C．电子的物质波波长更短、辐射的X射线波长更长 D．电子的物质波波长更短、辐射的X射线波长更短 真题溯源·考向感知 ——溯源真题逻辑，感知高考考向 1．（2026·湖北·高考）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 2．（2026·云南·高考）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 3．（2025·浙江·高考）光子能量，式中是光子的频率，h是普朗克常量。h的单位是（　　） A． B． C． D．m 4．（2025·四川·高考）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 5．（2025·陕西&山西·高考）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． 6．（2025·山东·高考）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． 7．（2026·浙江·高考）（多选）关于下列关系曲线，说法正确的是（ ） A．图甲中 B．图乙中 C．图丙中 D．图丁中1为半导体，2为金属 8．（2025·浙江·高考）（多选）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 1 / 19 学科网（北京）股份有限公司 $ 第72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 黑体辐射及实验规律 考向1 黑体辐射规律 知识点2 能量子 考向2 能量子 考点二 对光电效应规律的理解及其应用 知识点1 光电效应 考向1 光电效应规律 重 考向2 光电效应的电路分析 重 【思维建模】光电效应电路的分析思路 考点三 光电效应的图像 知识点1 光电效应的图像 考考向1 图像信息应用 重 考点四 对波粒二象性、物质波的理解 知识点1 波粒二象性 考向1 对波粒二象性的理解 知识点2 物质波 考向2 对物质波的理解 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 黑体辐射 能量子 —— —— —— 对光电效应规律的理解及其应用 对光电效应图像的理解和应用 —— —— —— 对波粒二象性、物质波的理解 —— —— —— 考情分析 题型与考向：题型多以选择题形式出现，整体难度不大，常以光电效应实验情境为背景，考查黑体辐射与能量子、光电效应规律与光电效应方程，光电效应图像分析，以及波粒二象性、物质波的概念辨析，侧重对光子模型、实验规律的理解。 情境与立意： 1.生活实践类：无。 2.学习探究类：光电效应现象、光的波粒二象性。 复习目标 1.掌握黑体辐射的定义及其实验规律，理解能量量子化的意义。 2.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，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。 思维建模·脉络梳理 ——搭建知识框架，构建系统思维 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 黑体辐射及实验规律 知●识●解●构 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：能够完全吸收全部外来的电磁波而不发生反射的物体。 （2）黑体辐射的实验：黑体辐射能量按波长分布的情况只与黑体的温度有关．随着温度的升高，一方面，各种波长的辐射能谱密度都增加，另一方面，辐射能谱密度的极大值向波长较短的方向移动，如图所示。 3．黑体辐射的实验规律提醒 （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。 考●向●破●译 考向1 黑体辐射规律 例1 （多选）普朗克为了解释黑体辐射现象，第一次提出了能量量子化理论。在任意给定温度（热力学温度）下，辐射强度的极大值对应的波长满足（为常量）；黑体单位面积上的热辐射功率（为常量）。假定地球、太阳与人体均可视为黑体，当地球接收到的太阳热辐射功率与自身热辐射功率相等时达到热平衡状态。已知：日地距离约为太阳半径的200倍，人体温度约为，，下列说法正确的是（　　） A．黑体辐射实验规律表明，随着温度的升高，短波区辐射强度增加，长波区辐射强度减少 B．根据题中所给信息可知太阳表面的温度约为5500℃ C．地球表面热力学温度约为太阳表面热力学温度的 D．地球表面热力学温度约为太阳表面热力学温度的 【答案】BC 【解析】A．黑体辐射的实验规律为：温度升高时，所有波长的辐射强度均增加，仅辐射强度的极大值向短波方向移动，长波区辐射强度并未减少，故A错误； B．辐射强度的极大值对应的波长满足 人体温度约为， 根据，可知 解得，故B正确； CD．设太阳半径为R，由题知日地距离r=200R，太阳总辐射功率 太阳辐射均匀分布在半径为r的球面上，地球所在位置单位面积接收功率为 热平衡时，地球接收功率等于自身辐射功率：设地球半径为RE​，地球接收功率 地球辐射总功率 联立解得，故C正确，D错误；故选BC。 【变式训练1·变载体】下列四幅图涉及到不同的物理知识，图①为黑体辐射的实验规律示意图，图②为β衰变示意图，图③为光电效应实验中光电流与电压的关系示意图，图④为反应堆示意图。关于这四幅图，下列说法正确的是（ ） A．图①：可看出随着温度升高，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动 B．图②：β衰变的电子来源于原子核外 C．图③：同种光照射同种金属，入射光越强，饱和光电流越大，电子最大初动能也越大 D．图④：若要使链式反应速度变快，需要将镉棒插入深一些 【答案】A 【解析】A．图①为黑体辐射的实验规律示意图，由图可知随着温度升高，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动，故A正确； B．图②为衰变示意图，衰变的实质是原子核内的一个中子转化为一个质子和一个电子，因此衰变放出的电子来源于原子核内，并不是来源于原子核外，故B错误； C．图③为光电效应实验中光电流与电压的关系示意图，同种光照射同种金属，入射光的频率和金属的逸出功均不变，根据爱因斯坦光电效应方程有 可知光电子的最大初动能不变，但入射光越强，单位时间内逸出的光电子数量越多，对应的饱和光电流越大，故C错误； D．图④为反应堆示意图，镉棒的作用是吸收反应中产生的中子，以控制反应堆的功率，若要使链式反应速度变快，需要减少中子的吸收，应将镉棒向外拔出一些，而不是插入深一些，故D错误。故选A。 【变式训练2·变载体】(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，各种波长的光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辐射的物体称为黑体，选项A正确；由题图可知，随温度的降低，各种波长的光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。 知识点2 能量子 知●识●解●构 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（一般取h＝6.63×10－34 J·s）. 3．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2 能量子 例2 2026年1月，“中国天眼”FAST（如图）在国际上首次捕捉到重复快速射电暴，若FAST探测到某次快速射电暴发射的电磁波的频率范围为，已知普朗克常量，则该电磁波光子的能量为（ ） A． B． C． D． 【答案】A 【解析】根据光子能量公式 ，其中 为普朗克常量， 为电磁波频率。当频率为 时，光子能量为： 当频率为 时，光子能量为： 所以该电磁波光子的能量范围为 ；故选A。 【变式训练1·变载体】（多选）北京时间2025年10月7日，瑞典皇家科学院宣布将该年度诺贝尔物理学奖授予约翰·克拉克（JohnClarke）、米歇尔·H·德沃雷特（MichelH。 Devoret）和约翰·M·马蒂尼斯（JohnM。 Martinis）三位科学家。他们获奖的理由是“发现电路中的宏观量子力学隧穿效应和能量量子化”，其实验证明量子特性能在可置于掌心的宏观系统中具象呈现，该成果为量子密码学、量子计算机等下一代量子技术开辟了全新路径。在物理学发展的长河中，很多科学家做出了卓越的贡献，下列说法中正确的是（　　） A．爱因斯坦认为微观粒子的能量是量子化的，最小的能量子称为光子，利用光子成功解释了光电效应现象 B．牛顿“月地检验”。他比较的是月球表面上物体的重力加速度和地球表面上物体的重力加速度 C．伽利略首先建立了平均速度，瞬时速度以及加速度的概念 D．法拉第首先提出了电场的概念，并引入了电场线来形象地描述电场 【答案】CD 【解析】A．普朗克最早提出能量量子化假设，爱因斯坦仅在其基础上提出光子说，认为光的能量是量子化的，每份为一个光子，成功解释了光电效应，并非爱因斯坦提出微观粒子能量量子化的结论，故A错误； B．牛顿的月地检验比较的是月球绕地球公转的向心加速度和地球表面物体的重力加速度，验证二者遵循相同的平方反比引力规律，并非比较月球表面的重力加速度，故B错误； C．伽利略研究运动规律时，首次建立了平均速度、瞬时速度、加速度的运动学概念，为后续动力学发展奠定了基础，故C正确； D．法拉第提出了电场的概念，并引入电场线来直观形象地描述电场的分布，故D正确。故选CD。 【变式训练2·变思维】（2026·北京顺义·一模）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。现有一个光源以功率均匀地向各个方向发射波长为的绿光，不计空气吸收。已知人眼瞳孔在暗处的直径为，普朗克常量为，光速为。下列说法正确的是（ ） A．该绿光的频率为 B．该光源每秒辐射出的绿光光子数为个 C．瞳孔正对光源且距离为时，在单位时间内，瞳孔接收到的光能量与光源辐射总能量之比为 D．人眼能看到此光源的最远距离为 【答案】D 【解析】A．根据光速、波长和频率的关系，可得绿光频率，不是，故A错误； B．单个绿光光子的能量为，光源每秒辐射的总能量为，因此每秒辐射的光子数，不是，故B错误； C．光源向各方向均匀辐射，能量均匀分布在半径为的球面上，球面面积，瞳孔面积 二者比值为，不是，故C错误； D．人眼刚好能看到光源时，每秒进入瞳孔的光子数为。每秒进入瞳孔的光子数满足 代入、，化简可得，故D正确。故选D。 考点二 对光电效应规律的理解及其应用 知识点1 光电效应 知●识●解●构 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称为光电效应，这种电子常称为光电子。 2．光电子：光电效应中发射出来的电子。 3．研究光电效应的电路图 如图所示，其中A是阳极，K是阴极。 4.光电效应规律 （1）每种金属都有一个截止频率νc，也称作极限频率，入射光的频率必须大于或等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）饱和电流的大小与入射光的强度成正比。 5.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）逸出功W0：电子从金属中逸出所需做功的最小值。 （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。 （4）光电效应方程：hν=Ek+W0或Ek=hν-W0。 6．“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。 7．两条线索 8．“两条”关系 （1）光的强度大→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→产生光电子的最大初动能大→截止电压大。 9．“三个”关系式 （1）爱因斯坦光电效应方程：Ekm＝hν－W。 （2）最大初动能与遏止电压的关系：mev＝eU0。 （3）逸出功与极限频率的关系：W＝hν0。 考●向●破●译 考向1 光电效应规律 【重】 例1 （2025·北京朝阳·二模）某科研团队设计了一种基于量子点材料的纳米级光电传感器，用于检测极微弱的光信号。其工作原理为：量子点材料在吸收光子时克服其带隙能量产生电子-空穴对，电子-空穴对在量子点内部的势阱中被束缚，形成激子（由一个电子和一个空穴通过库仑相互作用结合而成的准粒子）；当外加电场作用于该量子点时，激子会分离为自由电子和空穴，形成光电流。量子点可能吸收一个高能光子并产生多个激子。激子的束缚能是指将电子和空穴从激子状态分离为自由电子和空穴所需的能量，束缚能越大，激子越稳定，其表达式近似为，电子和空穴之间的库仑力可表示为（r为电子和空穴之间的平均距离，为材料的介电常数，k为静电力常量，e为电子电荷量）。关于该光电传感器的工作特性，下列说法正确的是（　　） A．只要外加电场强度大于，就能产生有效的光电流 B．增大外加电场强度，有效光电流可能不变 C．该光电传感器的工作原理与光电效应原理相同 D．产生一对自由电子和空穴需要的能量等于入射光子的能量与外加电场做功之和 【答案】B 【解析】A．电子和空穴之间的库仑力为，由，当外加电场强度大于等于时，能产生有效的光电流，A错误； B．若激子已经全部分离为自由电子和空穴，则即使增大外加电场强度，有效光电流也不变，B正确； C．光电效应是金属中的电子吸收光子的能量，逸出金属表面形成光电流，该光电传感器是量子点材料吸收光子形成激子，当外加电场作用于该量子点时，激子会分离为自由电子和空穴，形成光电流，二者原理不同，C错误； D．量子点材料首先要吸收光子克服其带隙能量产生电子-空穴对，电子-空穴对在量子点内部的势阱中被束缚，形成激子，当激子要分离为自由电子和空穴时，需要克服激子的束缚能，故产生一对自由电子和空穴需要的能量等于入射光子的能量减去激子的束缚能，与外加电场无关，D错误。故选B。 【变式训练1·变考法】（2025·北京丰台·二模）金属板M受到紫外线照射时，会持续向各个方向发射不同速率的电子，电子最大速率为，质量为m，电量为e。正对M放置一金属网N，M与N间距为d（远小于板长）。在M、N之间加一个恒定电压U，M与电源正极相连，如图所示。下列说法正确的是（　　） A．U增大，电流表的读数将增大 B．d减小，电子由M到N的过程，动能变化量将减小 C．仅将正、负极对调，从M逸出的电子，到达N时的最大动能为 D．仅将正、负极对调，电流表的读数将减小 【答案】C 【解析】A．由于M与电源正极相连，可知所加电压为反向电压，电场力对电子做负功，则U增大，电流表的读数将减小，故A错误； B．电子由M到N的过程，根据动能定理可得 可知d减小，由于电压U不变，则动能变化量不变，故B错误； C．仅将正、负极对调，则电场力对电子做正功，从M逸出的电子，根据动能定理可得 可得到达N时的最大动能为；故C正确； D．仅将正、负极对调，所加电压为正向电压，电场力对电子做正功，电流表的读数将增大，故D错误。故选C。 【变式训练2·变载体】（2026·北京房山·二模）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，验电器张角保持稳定。随后用红外线灯照射锌板，验电器指针张角保持不变。下列说法正确的是（　　） A．紫外线灯照射后，验电器带正电 B．延长红外线照射时间，验电器指针张角将增大 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】A 【解析】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，故A正确； 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，故BC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，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，故D错误。故选A。 考向2 光电效应的电路分析 【重】 例2 （2025·北京昌平·二模）如图1所示，小明用甲、乙、丙三束单色光分别照射同一光电管的阴极K，调节滑动变阻器的滑片P，得到了三条光电流I随电压U变化关系的曲线如图2所示。下列说法正确的是（　　） A．甲光的光子能量最大 B．用乙光照射时饱和光电流最大 C．用乙光照射时光电子的最大初动能最大 D．分别射入同一单缝衍射装置时，乙光的中央亮条纹最宽 【答案】C 【解析】A．根据光电效应方程 根据动能定理 解得， 乙光对应的遏止电压较大，对应的光子能量最大，A错误； B．用甲光照射时饱和光电流最大，B错误； C．根据动能定理 解得 用乙光照射时光电子的最大初动能最大，C正确； D．乙光的光子能量最大，频率最高，波长最短，分别射入同一单缝衍射装置时，乙光的中央亮条纹最窄，D错误。故选C。 【变式训练1·变思维】(2026·北京十一学校)如图甲为研究光电效应的实验电路，图乙纵坐标为实验中AK间的电压U（A电势高于K时U为正值），横坐标为入射光的频率v，图乙中BC为平行于U轴的直线，CD是一条斜率绝对值为k的直线，C点的坐标为，图中阴影部分表示能产生光电流的区域。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，电子电荷量大小为e，光速为c，则（　　） A．直线CD是滑片P在Ob之间滑动所收集的数据绘制而成 B．直线CD斜率绝对值k等于普朗克常量数值 C．能使实验所用金属材料发生光电效应的可见光光子动量至少为 D．根据实验结果，氢原子基态的能级值为 【答案】C 【解析】A．由图可知，直线CD表示AK间电压为负值，则A电势低于K，所以滑片P应在aO之间滑动，故A错误； B．根据光电效应方程可得 所以 所以斜率的绝对值为，故B错误； C．由选项B得， C点的横坐标 能使实验所用金属材料发生光电效应的可见光光子动量至少为，故C正确； D．氢原子能级跃迁时发出的可见光都是从高能级向能级跃迁发出的，当在向低能级跃迁时只能放出1种可见光，可知是从能级向跃迁，列式得 又， 联立解得，故D错误。故选C。 【变式训练2·变载体】(2026·北京东城区)如图1所示，阴极和阳极是密封在真空玻璃管中的两个电极，阴极在受到光照时能够发射光电子。阴极与阳极之间电压的大小可以调整，电源的正负极也可以对调。电源按图示极性连接时，闭合开关后，阳极吸收阴极发出的光电子，在电路中形成光电流。利用三束单色光分别照射图1装置的阴极，调节电压进行多次实验，通过收集的实验数据得到如图2所示的图像。下列说法正确的是（ ） A．单色光的频率大于单色光的频率 B．单色光的强度小于单色光的强度 C．三束光分别照射阴极发生光电效应，其中单色光照射发生光电效应产生的光电子的最大初动能最大 D．相同时间内单色光比单色光照射到阴极上的光子数少 【答案】D 【解析】AC．根据光电效应规律， 遏止电压绝对值越大，光的频率越高，光电子的最大初动能越大 ；a、c的遏止电压绝对值相等，且小于b的遏止电压绝对值，因此 ，单色光照射发生光电效应产生的光电子的最大初动能最大，故AC错误； BD．a、c两单色光频率相同，a饱和光电流更大，所以单色光的强度大于单色光的强度，相同时间内单色光比单色光照射到阴极上的光子数少，故B错误，D正确。故选 D。 思维建模 光电效应电路的分析思路 1. 2. 考点三 光电效应的图像 知识点1 光电效应的图像 知●识●解●构 1.四类光电效应图像的对比 图像名称 图像形状 由图像直接（间接）得到的物理量 最大初动能Ek与入射光频率ν的关系图像（方程：Ek=hν-W0） （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像 （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 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 遏止电压Uc与入射光频率ν的关系图线（方程：Uc=ν-） （1）极限频率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（注：此时两极之间接反向电压） 2.光电流与电压的关系 3.光电效应中有关图像问题的解题技巧 （1）明确图像中纵坐标和横坐标所表示的物理量． （2）明确图像所表示的物理意义及所对应的函数关系，同时还要知道截距、交点等特殊点的意义．例如： ①Ekm­ν图像，表示了光电子的最大初动能Ekm随入射光频率ν的变化曲线，图甲中横轴上的截距是阴极金属的极限频率，纵轴上的截距表示了阴极金属的逸出功负值，直线的斜率为普朗克常量，图像的函数式：Ek＝hν－W0. ②光电效应中的I­U图像，是光电流强度I随两极板间电压U的变化曲线，图乙中的Im是饱和光电流，Uc为遏止电压． 考●向●破●译 考向1 图像信息应用 【重】 例1（2025·北京三十五中·三模）在光电效应实验中，小明用同一光电管在不同实验条件下得到了三条光电流与电压之间的关系曲线（甲、乙、丙），如图2所示。则（　　） A．乙、丙所对应的截止频率一样大 B．甲光所产生光电子的最大初动能最大 C．甲光比乙光的频率大 D．乙光比丙光的波长大 【答案】A 【解析】B．根据动能定理有 根据图示可知甲丙的遏止电压相等，均小于乙的遏止电压，则乙光所产生光电子的最大初动能最大，故B错误； C．根据光电效应方程有 结合上述，甲光所产生光电子的最大初动能小于乙所产生光电子的最大初动能，则甲光比乙光的频率小，故C错误； D．结合上述可知乙光比丙光的频率大，频率越大，波长越小，则乙光比丙光的波长小，故D错误； A．截止频率由金属材料自身决定，与入射光无关，由于实验采用的是同一光电管，可知，乙、丙所对应的截止频率一样大，故A正确。故选A。 【变式训练1·变情境】(2026·北京师范大学第二附属中学)从1907年起，密立根就开始测量金属的遏止电压（即图1所示的电路中电流表的读数减小到零时加在电极、之间的反向电压）与入射光的频率，由此算出普朗克常量，并与普朗克根据黑体辐射得出的值相比较，以检验爱因斯坦光电效应方程的正确性。按照密立根的方法我们利用图示装置进行实验，得到了某金属的图像如图2所示。下列说法正确的是（ ） A．该金属的极限频率约为 B．该金属的极限频率约为 C．该图线的斜率为普朗克常量 D．该图线的斜率为这种金属的逸出功 【答案】A 【解析】AB．爱因斯坦光电效应方程 光电子最大初动能与遏止电压的关系 联立两式可得遏止电压 与入射光频率 （题中为 ）的函数关系式为 当 时，对应的频率即为极限频率 。由 可知 。观察图2可知，图线与横轴的交点坐标约为 ，即该金属的极限频率约为 ，故A正确，故B错误； C．由关系式 可知，图线的斜率 ，即斜率为普朗克常量与元电荷的比值，而不是普朗克常量，故C错误； D．由关系式可知，图线的斜率为 ，而逸出功 对应的是图线纵轴截距绝对值的 倍，即 ，故D错误。故选A。 【变式训练2·变情境】(2026·北京东城区)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 【解析】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。 考点四 对波粒二象性、物质波的理解 知识点1 波粒二象性 知●识●解●构 1.光的波粒二象性 （1）波动性：光的干涉、衍射、偏振现象证明光具有波动性。 （2）粒子性：光电效应、康普顿效应说明光具有粒子性。 （3）光既具有波动性，又具有粒子性，称为光的波粒二象性。 （4）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 考●向●破●译 考向1 对波粒二象性的理解 例1(2026·湖北大学附属中学·期中)关于波粒二象性，下列说法正确的是（　　） A．光的干涉、衍射现象说明光具有粒子性 B．光电效应说明光具有波动性 C．实物粒子不具有波粒二象性 D．康普顿效应体现了光的粒子性 【答案】D 【解析】A．干涉、衍射是波特有的标志性现象，光的干涉、衍射现象说明光具有波动性，故A错误； B．光电效应表明光的能量是分立的、一份一份的，体现了光的粒子性，故B错误； C．德布罗意提出实物粒子也具有波动性（物质波），因此实物粒子和光一样都具有波粒二象性，故C错误； D．康普顿效应中光子与电子碰撞时满足动量守恒、能量守恒，证明光具有动量，体现了光的粒子性，故D正确。故选D。 【变式训练1·变情景】2026年除夕之夜的央视春晚，合肥分会场潘建伟院士向全球观众讲述量子科技的中国突破，并发出“量子的未来，就在我们手中”的铿锵誓言。潘建伟院士团队的反冲光子干涉实验证明了波粒二象性在量子界是跷跷板，一端翘起，另一端必然下沉，波动性和粒子性不会同时显现。下列能反映光的波动性的是（　　） A．光的衍射现象 B．黑体辐射现象 C．光电效应 D．康普顿效应 【答案】A 【解析】A．衍射是波特有的固有性质，光的衍射现象可以直接反映光的波动性，故A正确； B．黑体辐射的实验规律无法用经典波动理论解释，普朗克通过能量子假说才完成解释，体现的是辐射能量的量子化，不能反映光的波动性，故B错误； C．光电效应需用光子说解释，证明光具有一份一份的能量，反映的是光的粒子性，故C错误； D．康普顿效应证明光子除了能量外还具有动量，光子和实物粒子一样满足动量、能量守恒，反映的是光的粒子性，故D错误。故选A。 【变式训练2·变情境】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 【解析】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。 知识点2 物质波 知●识●解●构 1．概率波 光的干涉现象是大量光子的运动遵守波动规律的表现，亮条纹是光子到达概率大的地方，暗条纹是光子到达概率小的地方，因此光波又叫概率波。 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。 考●向●破●译 考向2 对物质波的理解 例2（2026·北京昌平·一模）一束电子穿过铝箔，在铝箔后方的屏幕上观测到如图所示的电子衍射图样，下列说法正确的是（　　） A．该实验表明电子具有粒子性 B．亮纹处电子出现的概率大 C．亮纹为电子运动的轨迹 D．暗纹处说明没有电子到达 【答案】B 【解析】A．衍射是波的特有现象，该实验证明电子具有波动性，而非粒子性，故A错误； B．根据概率波的解释，衍射图样中的亮纹是电子出现概率大的区域，暗纹是电子出现概率小的区域，故B正确； C．电子的运动没有确定的轨迹，亮纹只是电子到达概率高的位置，并非电子的运动轨迹，故C错误； D．暗纹处只是电子出现的概率极小，并非完全没有电子到达，故D错误。故选B。 【变式训练1·变情境】（2025·北京朝阳·一模）在卫星导航系统中，既要测量物体平动的线性加速度，又要测量物体转动的角速度。最近，量子导航领域的动态引人注目。一种是冷原子技术，使用的是冷原子的物质波干涉。通用的电子设备无法观测到常温下原子的物质波干涉。由于原子具有质量，加速度与外力对应，导致冷原子的物质波干涉效应会随着所在系统的加速度而变化，根据这种变化既能测量线性加速度（加速度计），也能测量转动角速度（陀螺仪）。另一种是原子自旋陀螺技术，能获得更高灵敏度的转动测量陀螺仪。测量前在接近零磁场环境下，原子通过光泵极化，使其自旋状态趋向一致。测量角速度时，原子的自旋方向会发生偏转。通过自旋磁场自补偿，能够实现对惯性的敏感和对磁场波动的抑制，从而实现对旋转角速度的精确探测，广泛用于精密导航和基础物理研究。根据上述信息，下列说法正确的是（　　） A．相对于常温原子，冷原子的物质波的波长较短 B．基于冷原子技术的原子加速度计和原子陀螺仪可以共用冷原子资源 C．基于原子自旋陀螺技术的转动测量陀螺仪需要在接近零磁场环境下工作 D．在原子自旋陀螺技术中，不能测量匀速转动系统的角速度 【答案】B 【解析】A．根据德布罗意波长公式 其中h为普朗克常量，p为动量，因冷原子是通过降低温度等方式使得原子热运动减缓，其动量p减小，所以冷原子的物质波波长较长，故A错误； B．由题知，由于原子具有质量，加速度与外力对应，导致冷原子的物质波干涉效应会随着所在系统的加速度而变化，根据这种变化既能测量线性加速度（加速度计），也能测量转动角速度（陀螺仪），故基于冷原子技术测量线性加速度（加速度计）和测量转动角速度（陀螺仪）都是利用冷原子的物质波干涉效应随加速度的变化这一原理，所以可以共用冷原子资源，故B正确； C．由题知，在测量前在接近零磁场环境下，原子通过光泵极化，使其自旋状态趋向一致。而测量角速度时，原子的自旋方向会发生偏转，会通过自旋磁场自补偿，能够实现对惯性的敏感和对磁场波动的抑制，从而实现对旋转角速度的精确探测，此时存在自旋磁场，故不是在接近零磁场环境下工作，故C错误； D．由题知，通过自旋磁场自补偿，能够实现对惯性的敏感和对磁场波动的抑制，从而实现对旋转角速度的精确探测，并没有表明不能测量匀速转动系统的角速度，故D错误。故选B。 【变式训练2·变角度】我国建造的世界上亮度最高的第四代同步辐射光源“未来之光”，和第三代同步辐射光源相比，电子被加速后的能量更高，辐射的X射线穿透能力更强，则（　　） A．电子的物质波波长更长、辐射的X射线波长更长 B．电子的物质波波长更长、辐射的X射线波长更短 C．电子的物质波波长更短、辐射的X射线波长更长 D．电子的物质波波长更短、辐射的X射线波长更短 【答案】D 【解析】电子的物质波波长为 电子被加速后能量更高，即更大，因此电子的物质波波长更短。光子能量 题意知X射线穿透能力更强，说明光子能量E更高，对应的波长更短。故选D。 真题溯源·考向感知 ——溯源真题逻辑，感知高考考向 1．（2026·湖北·高考）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 【解析】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。 2．（2026·云南·高考）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 【解析】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。 3．（2025·浙江·高考）光子能量，式中是光子的频率，h是普朗克常量。h的单位是（　　） A． B． C． D．m 【答案】A 【解析】根据公式，能量的单位是焦耳（），频率的单位是赫兹（，即）。因此，普朗克常量的单位为；故选A。 4．（2025·四川·高考）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 【解析】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。 5．（2025·陕西&山西·高考）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 【解析】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。 6．（2025·山东·高考）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 【解析】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。 7．（2026·浙江·高考）（多选）关于下列关系曲线，说法正确的是（ ） A．图甲中 B．图乙中 C．图丙中 D．图丁中1为半导体，2为金属 【答案】BC 【解析】A．根据黑体辐射的维恩位移定律：温度越高，黑体辐射强度的峰值对应的波长越短。图甲中的峰值波长更短，因此，故A错误； B．单摆的固有频率公式为，摆长越小，固有频率越大。受迫振动的振幅峰值对应驱动力频率等于单摆固有频率，图乙中的共振峰对应频率更小，则有，故B正确； C．根据可知，图像与横轴围成的面积表示电容器充电后储存的电荷量，由图丙可知电容器充电后储存的电荷量更大，根据，由于一定，所以，故C正确； D．金属的电阻率随温度升高略有增大，电阻随温度上升近似平稳增大，对应曲线1；半导体存在热敏特性，随温度升高载流子数量急剧增加，电阻随温度升高快速减小，对应曲线2，故D错误。故选BC。 8．（2025·浙江·高考）（多选）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 【解析】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。 1 / 19 学科网（北京）股份有限公司 $