文档内容
第 72 讲 光电效应 波粒二象性
目录
复习目标
网络构建
知识点 光电效应的四类图像
考点一 光电效应
【提升·必考题型归纳】
【夯基·必备基础知识梳理】 考向1 E -ν图像
K
知识点1 与光电效应有关的五组概念对比 考向2 Uc-ν图像
知识点2 光电效应的研究思路 考向3 I-U图像
知识点3 三个定量关系式
知识点4 光电管问题 考点三 对波粒二象性、物质波的理解
【提升·必考题型归纳】
考向1 光电效应方程的应用 【夯基·必备基础知识梳理】
考向2 光电管问题 知识点1 波粒二象性
知识点2 物质波
考点二 光电效应的四类图像 知识点3 对光的波粒二象性的进一步理解
【提升·必考题型归纳】
【夯基·必备基础知识梳理】 考向1 德布罗意波长
考向2 波粒二象性
真题感悟
1、理解和掌握光电效应的规律及光电效应方程。
2、理解和掌握光的波粒二象性。考点要求 考题统计 考情分析
高考对光电效应和波粒二象性的考查
2023年北京卷第14题
（1）光电效应 较为频繁，大多以选择题中出现，题
2023年海南卷第10题
目难度要求大多不是太高，较为基
（2）光的波粒二象性
2023年6月浙江卷第15题
础。
1.光电效应规律
光电效应 2.光电效应方向
3.光电管
1.E-ν图像
k
光电效应 波粒二 光电效应的图像 2. Uc-ν图像
象性
3.I-U图像
1.波粒二象性
波粒二象性
2.物质波
考点一 光电效应
知识点1 与光电效应有关的五组概念对比
(1)光子与光电子：光子指光在空间传播时的每一份能量，光子不带电；光电子是金属表面受到光照射时发
射出来的电子，其本质是电子。光子是因，光电子是果。(2)光电子的动能与光电子的最大初动能：只有金属表面的电子直接向外飞出时，只需克服原子核的引力做
功的情况，才具有最大初动能。
(3)光电流和饱和光电流：金属板飞出的光电子到达阳极，回路中便产生光电流，随着所加正向电压的增大，
光电流趋于一个饱和值，这个饱和值是饱和光电流，在一定的光照条件下，饱和光电流与所加电压大小
无关。
(4)入射光强度与光子能量：入射光强度指单位时间内照射到金属表面单位面积上的总能量，而光子能量E
＝hν。
(5)光的强度与饱和光电流：频率相同的光照射金属产生光电效应，入射光越强，饱和光电流越大，但不是
简单的正比关系。
知识点2 光电效应的研究思路
(1)两条线索：
(2)两条对应关系：
入射光强度大→光子数目多→发射光电子多→光电流大；
光子频率高→光子能量大→光电子的最大初动能大。
知识点3 三个定量关系式
（1）爱因斯坦光电效应方程：E＝hν－W.
k 0
（2）最大初动能与遏止电压的关系：E＝eU.
k c
（3）逸出功与截止频率的关系：W＝hν.
0 c
知识点4 光电管问题
(1)光电管加正向电压时的情况
①P右移时,参与导电的光电子数增加;
②P移到某一位置时,所有逸出的光电子恰好都参与了导电,光电流恰好达到最大值;
③P再右移时,光电流不再增大。(2)光电管加反向电压时的情况
①P右移时,参与导电的光电子数减少;
②P移到某一位置时,所有逸出的光电子恰好都不参与导电,光电流恰好为0,此时光电管两端加的电压为遏止
电压;
③P再右移时,光电流始终为0。
考向1 光电效应方程的应用
1．如图为光电管的示意图。若用波长为 的单色光照射该光电管时，两板间可产生的最大电压为
1.7V。取 ，则下列判断正确的是（ ）
A．该光电管K极的逸出功约为1.43eV
B．逸出光电子的最大初动能约为1.25eV
C．仅改变该单色光的强度，两板间的电压可能大于1.7V
D．若改用波长更长的单色光照射，两板间的电压可能大于1.7V
【答案】A
【详解】A．根据 该光电管K极的逸出功为 故A正确；
B．逸出光电子的最大初动能 故B错误；
C．当光照强度增大时，逸出光电子的最大初动能不变，极板间的电压不变，故C错误；
D．改用波长更长的光照射，频率变小，光子能量变小，逸出功不变，光电子的最大初动能变小，两极板
间的最大电压变小，故D错误。故选A。
2．光电继电器是一种利用光电效应工作的仪器。当光照射到光电管阴极时，阴极会逸出光电子，此时放
大器中有电流流过，进而使得电磁继电器工作，实现自动控制。下列说法正确的是（ ）A．只要入射光的强度足够大，光电管就能发生光电效应，与光的频率无关
B．保持入射光的强度不变，增大入射光的频率，放大器中的电流将变小
C．若将电源的正负极对调，放大器中的电流将减为零
D．若入射光的频率为 ，阴极材料的逸出功为 ，普朗克常量为h，则电子逸出时的动能为
【答案】B
【详解】A．根据光电效应的条件可知，入射光的频率必须大于或等于阴极金属的截止频率才能发生光电
效应，A错误；
B．保持入射光的强度不变，增大入射光的频率，则单位时间照射到阴极单位面积上的入射光的光子数目
减少，即阴极单位时间单位面积上接收到的光子数将减少，故而阴极单位时间内逸出的电子数减少，放大
器中的电流也将减小，B正确；
C．若将电源的正负极对调，电源将提供反向减速电压，如果该反向电压可能没有达到遏止电压，故而电
流不一定为零，C错误；
D．根据 可知， 为光电子的最大初动能，实际上电子逸出时的动能可能比 小，
D错误。故选B。
考向2 光电管问题
3．小刘同学用如图所示的装置研究光电效应， 已知a光的频率小于b光的频率， 两种光都能使阴极 K
发生光电效应，其中电压表可双向偏转。则下列说法正确的是（ ）
A．用a光照射， 开关S接1可研究光电管中电流随电压 的变化情况
B．分别用两种光照射阴极K，开关S接2时， 当电流表的示数为0时，
C．减小a光的强度，阴极K可能不发生光电效应
D．a光照射阴极K产生的最大初动能的光电子对应的物质波长小于b光照射阴极K产生的最大初动能
的光电子对应的物质波长
【答案】A
【详解】A．开关 接1，光电管上施加的是正向加速电压，可研究光电管中电流随电压 的变化情况，故A正确；
B．开关 接2时，光电管上施加的是减速电压，根据 ， 由于 可知
故B错误；
C．发生光电效应的条件是入射光的频率大于或等于截止频率，与光的强度无关，感应C错误；
D．根据上述可知，由于a光的频率小于b光的频率，则 光照射阴极K产生光电子的最大初动能小一些，
该光电子的最大动量也小一些，根据 可知，a光照射阴极K产生的最大初动能的光电子对应的物质
波长大于b光照射阴极K产生的最大初动能的光电子对应的物质波长，故D错误。故选A。
4．如图是研究光电效应的实验装置，O点是滑动变阻器的中点，变阻器阻值随滑片位置均匀变化。用某单
色光照射时，能够发生光电效应。若电源电动势为20V，内阻不计。滑动变阻器长为10cm，当滑片P距离
a端4cm时，微安表示数恰为0，则（ ）
A．当滑片P从此位置向左滑动时，微安表有电流
B．当滑片P从此位置向右滑动时，微安表有电流
C．光电子最大初动能为2eV
D．光电子最大初动能为8eV
【答案】BC
【详解】当滑片P距离a端4cm时，微安表示数恰为0，可知此时两极板间的电压为遏止电压，且滑片P
距离O点1cm；则遏止电压大小为
A．当划片P从此位置向左滑动时，所加反向电压增大，微安表无电流，故A错误；
B．当滑片P从此位置向右滑动时，所加反向电压减小，当滑片P位于O点右端时，所加电压为正向电压，
微安表有电流，故B正确；
CD．根据动能定理可得 可得光电子最大初动能为 故C正确，D错误。故选BC。
考点二 光电效应的四类图像
知识点 光电效应的四类图像图像名称 图线形状 读取信息
①截止频率(极限频率)：横轴截距
最大初动能E 与入射光频 ②逸出功：纵轴截距的绝对值W＝|－
k 0
率ν的关系图线 E|＝E
③普朗克常量：图线的斜率k＝h
①截止频率ν：横轴截距
c
②遏止电压U：随入射光频率的增大
c
遏止电压U 与入射光频
c
而增大
率ν的关系图线
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
①遏止电压U：横轴截距
c
颜色相同、强度不同的
②饱和光电流I ：电流的最大值
m
光，光电流与电压的关系
③最大初动能：E ＝eU
km c
①遏止电压U 、U
c1 c2
颜色不同时，光电流与电
②饱和光电流
压的关系
③最大初动能E ＝eU ，E ＝eU
k1 c1 k2 c2
考向1 E -ν图像
K
1．爱因斯坦提出了光量子概念并成功地解释光电效应的规律而获得1921年的诺贝尔物理学奖。某种金属
逸出光电子的最大初动能 与入射光频率 的关系如图2所示，其中 为极限频率。从图中可以确定的
是（ ）
A．当入射光频率 时，会逸出光电子
B．该金属的逸出功与入射光频率 有关
C．最大初动能 与入射光强度成正比
D．图中直线的斜率为普朗克常量h【答案】D
【详解】根据光电效应方程可得 可知当入射光频率 时，不会产生光电效应现
象，不会逸出光电子；该金属的逸出功只由金属材料本身决定，与入射光频率 无关；最大初动能 与
入射光强度无关；图中直线的斜率为普朗克常量h。故选D。
考向2 U-ν图像
c
2．如图1所示是一款光电烟雾探测器的原理图。当有烟雾进入时，来自光源S的光被烟雾散射后进入光电
管C，光射到光电管中的钠表面时会产生光电流。如果产生的光电流大于 ，便会触发报警系统。金
属钠的遏止电压 随入射光频率 的变化规律如图2所示，则（ ）
A．要使该探测器正常工作，光源S发出的光波波长不能小于
B．图2中图像斜率的物理意义为普朗克常量h
C．触发报警系统时钠表面每秒释放出的光电子数最少是 个
D．通过调节光源发光的强度来调整光电烟雾探测器的灵敏度是可行的
【答案】CD
【详解】A．根据题意可知金属的截止频率为 则有
所以光源S发出的光波波长不能大于 ，A错误；
B．根据遏制电压与光电子的最大初动能之间的关系，同时结合爱因斯坦的光电效应方程可得
整理得 由此可得图像的斜率为 ， B错误；
C．当光电流等于 时，根据电流的定义式可知每秒产生的光子的个数为
，C正确；
D．当光源S发出的光能使光电管发生光电效应，则光源越强，被烟雾散射进入光电管的光就越多，越容
易探测到烟雾，也就是说光电烟雾探测器灵敏度越高，即通过调节光源发光的强度来调整光电烟雾探测器
的灵敏度是可行的，D正确；故选CD。
考向3 I-U图像
3．研究光电效应的电路如图所示，用蓝光、较强的黄光和较弱的黄光分别照射密封真空管中的金属极板
K，极板发射出的光电子在电路中形成的光电流I与AK之间的电压U的关系图像如图乙所示。关于1、
2、3三条曲线，下列说法正确的是（ ）A．2、3为用黄光照射时得到的曲线，曲线2对应的黄光较强
B．1、3为用黄光照射时得到的曲线，曲线1对应的黄光较强
C．当滑动变阻器的滑片在最左端时，电流表示数一定为零
D．电压表示数越大，则光电流越大，截止频率越小
【答案】B
【详解】AB．蓝光较黄光频率高，根据光电效应方程 对溢出的光电子，再根据动能定理可知
解得 因此蓝光的截止电压更高，2号曲线对应蓝光，1、3曲线对应黄光，而曲线1饱
和电流较大，因此对应较强的黄光，曲线2对应较弱的黄光，故A错误，B正确；
C．当滑动变阻器在最左端时，外接电压为零，此时光电效应产生的光电流不为零，故电流表示数不为零，
故C错误；
D．当光电流达到饱和时，光电流的大小和光的强度有关，与外接电压无关，外接电压再增大时，电流大
小不变，故D错误。故选B。
考点三 对波粒二象性、物质波的理解
知识点1 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。
知识点2 物质波
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。
知识点3 对光的波粒二象性的进一步理解从数量
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
上看
从频率 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
上看 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
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
作用上看
波动性
由光子的能量ε＝hν、光子的动量p＝也可以看出，光的波动性和粒子性并不矛盾，表示
与粒子
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
性的统一
考向1 德布罗意波长
1．实物粒子的波动性不容易被观察到，可以利用金属晶格（大小约10-10m）作为障碍物观察电子的衍射图
样从而研究其波动性，方法是让电子通过电场加速，然后让电子束照射到金属晶格上，从而得到电子的衍
射图样。已知电子的质量为m、电荷量为e。初速度为零，加速电压为U，普朗克常量为h，则下列说法中
正确的是（ ）
A．该实验中加速电压U形成的电场一定要是匀强电场
B．实验中电子束的德布罗意波长λ=
C．加速电压U越大，电子束的衍射现象越不明显
D．若用速度相同的质子代替电子，衍射现象将更加明显
【答案】BC
【详解】A B．根据 和 得 知加速电场不一定是匀强电场，A错误；B正
确；
C．加速电压U越大，电子束的波长越小，衍射现象越不明显，C正确；
D．若用速度相同的质子代替电子，波长大大减小，衍射现象更不明显，D错误。故选BC。
2．中国科幻大片《流浪地球》引起了巨大的观影热潮，在电影中，为了推动地球离开太阳系，人类在地
球上建造了上万座高耸入云的核聚变发动机。目前，人类首先要实现的是氘氚的核聚变，也是相对最容易
的一种核聚变。其具体的核反应方程式为 ，氘核的质量为m，氚核的质量为m，氦核
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的质量为m，中子的质量为m。核反应中放出γ光子，该γ光子照射到逸出功为W 的金属板上，打出的
3 4 0
光电子最大初动能为E，已知光电子的质量为m，光速为c，普朗克常量为h，则（ ）
k
A．核聚变反应释放的核能为
B．γ光子来源于核外电子的能级跃迁
C．光电子的德布罗意波长为D．γ光子的频率为
【答案】AC
【详解】A．核反应过程中质量亏损为 由爱因斯坦的质能方程可知，核反应释放的能
量为 故A正确；
B．核反应释放能量，γ光子的能量就是来源于核反应释放的能量，故B错误；
C．光电子的德布罗意波波长为 故C正确；
D．根据光电效应方程可知，光电子的最大初动能为 所以光子的频率为 故D错误。
故选AC。
考向2 波粒二象性
3．关于粒子的说法，正确的是（ ）
A．发生 衰变时放出的 射线是电子流，射线来自原子核，说明原子核里有电子
B．德布罗意通过实验验证了实物粒子具有波动性
C．发生光电效应时，从金属表面逸出的光电子是一次性吸收光子的全部能量，不需要积累的时间
D．光子、电子、质子和中子是组成物质的不可再分的最基本粒子，叫作“基本粒子”
【答案】C
【详解】A．发生 衰变时放出的电子流是原子核内部中子转变成质子，同时释放出一个电子，不是原子
核里有电子，故A错误；
B．德布罗意通过理论提出实物粒子具有波动性，故B错误；
C．光子能量不可再分，发生光电效应时，从金属表面逸出的光电子是一次性吸收光子的全部能量，不需
要积累的时间，故C正确；
D．光子不是组成物质的不可再分的最基本粒子，故D错误。故选C。
4．图甲、图乙分别是电子束穿过铝箔后的衍射图样和泊松亮斑，下列说法正确的是（ ）
A．图甲是泊松亮斑 B．图乙是干涉现象
C．图甲证明了电子的粒子性 D．图乙证明了光的波动性
【答案】D
【详解】AB.图甲为电子束穿过铝箔后的衍射图样，图乙为泊松亮斑，属于圆盘衍射现象，AB错误；
CD.图甲、图乙分别证明了电子和光的波动性，C错误，D正确。故选D。（2023年辽宁卷高考真题）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E，则（ ）
k
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E
k
【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E，根据 则用④照射该金属逸出光电子的最大初动
k
能大于E，选项D错误。故选A。
k
