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2024 年高考一轮复习100 考点100 讲
第17 章 原子物理
第17.1 讲 光电效应和波粒二象性
【知识点精讲】
1. 黑体的辐射规律
黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的温度①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，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动。
为解释黑体辐射规律，普朗克提出能量子假设：组成黑体的振动着的带电微粒的能量只能是某一
最小能量值ε 的整数倍。例如，可能是ε或2ε、3ε ……把这个不可再分的最小能量值ε叫作能量子。
能量子大小：ε＝hν，其中ν 是电磁波的频率，h 是普朗克常量，数值h＝6.626
×
10
－ 34 __J·s(一
般h 取6.63×10－34 J·s)。21*cnjy*com
2．光电效应
(1)定义：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。
(2)光电子：光电效应中发射出来的电子。
(3)光电效应规律
①每种金属都有一个极限频率，入射光的频率必须大于这个极限频率才能产生光电效应。低
于这个频率的光不能产生光电效应。
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瞬时的，一般不超过10－9s。
④当入射光的频率大于极限频率时，饱和光电流的强度与入射光的强度成正比。
3．爱因斯坦光电效应方程
(1)光子说：在空间传播的光是不连续的，而是一份一份的，每一份叫做一个光的能量子，简
称光子，光子的能量ε＝hν。其中h＝6.63×10－34J·s。(称为普朗克常量)
(2)逸出功W0：使电子脱离某种金属所做功的最小值。
(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)爱因斯坦光电效应方程
①表达式：Ek＝hν－W0。
②物理意义：金属表面的电子吸收一个光子获得的能量是hν，这些能量的一部分用来克服金
属的逸出功
W
0，剩下的表现为逸出后光电子的最大初动能Ek＝mev 2 。
1
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4．光的波粒二象性
(1)光既具有波动性又具有粒子性，即光具有波粒二象性。
(2)光子的能量ε＝hν 和动量p＝。两式左侧的物理量ε 和p 描述光的粒子性，右侧的物理量ν
和λ 描述光的波动性，普朗克常量
h 架起了粒子性与波动性之间的桥梁。
5．粒子的波动性
(1)每一个运动的粒子都与一个对应的波相联系，这种与实物粒子相联系的波称为德布罗意波，
也叫做物质波。
(2)物质波的波长、频率关系式
波长：λ＝，频率：ν＝。
6．概率波
(1)光波是一种概率波
光的波动性不是光子之间相互作用的结果而是光子自身固有的性质，光子在空间出现的概率
可以通过波动规律确定，所以，光波是一种概率波。
(2)物质波也是一种概率波
对于电子和其他微观粒子，单个粒子的位置是不确定的，但在某点出现的概率的大小可以由
波动规律确定，而且对于大量粒子，这种概率分布导致确定的宏观结果，所以物质波也是概
率波。www.21-cn-jy.com
7．不确定性关系
(1)定义：在经典物理学中，一个质点的位置和动量是可以同时测定的，在微观物理学中，要
同时测出微观粒子的位置和动量是不太可能的，这种关系叫不确定性关系。
(2)表达式：Δ x Δ p ≥。其中以Δx 表示粒子位置的不确定量，以Δp 表示粒子在x 方向上的动量
的不确定量，h 是普朗克常量。
【方法归纳】
一 对光电效应规律理解
1．对光电效应的四点提醒
(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。
2．两条对应关系
(1)光强大→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→光电子的最大初动能大。
2
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3．定量分析时应抓住三个关系式
(1)爱因斯坦光电效应方程：Ek＝hν－W0。
(2)最大初动能与遏止电压的关系：Ek＝eUc。
(3)逸出功与极限频率的关系：W0＝hν0。
二 用图象表示光电效应方程
(1)最大初动能Ek与入射光频率ν 的关系图线如图。
(2)由曲线可以得到的物理量：
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轴交点的纵坐标的值W0＝E。
③普朗克常量：图线的斜率k＝h。
三、对波粒二象性的理解
光既有波动性，又有粒子性，两者不是孤立的，而是有机的统一体，其表现规律为：
(1)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。
(2)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。
(3)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为
粒子性。
(4)波动性与粒子性的统一：由光子的能量E＝hν，光子的动量p＝表达式也可以看出，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。由以上两式和波速公式c＝λν 还可以得出E＝pc。
【最新高考题精练】
1. （2023 高考江苏学业水平选择性考试） “夸父一号”太阳探测卫星可以观测太阳辐射的硬X 射线。硬
X 射线是波长很短的光子，设波长为
。若太阳均匀地向各个方向辐射硬X 射线，卫星探测仪镜头正对着
太阳，每秒接收到N 个该种光子。已知探测仪镜头面积为S，卫星离太阳中心的距离为R，普朗克常量为
3
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h，光速为c，求：
（1）每个光子的动量p 和能量E；
（2）太阳辐射硬X 射线的总功率P。
2．（2023 高考北京卷）在发现新的物理现象后，人们往往试图用不同的理论方法来解释，比如，当发现
光在地球附近的重力场中传播时其频率会发生变化这种现象后，科学家分别用两种方法做出了解释．
现象：从地面P 点向上发出一束频率为
的光，射向离地面高为H（远小于地球半径）的Q 点处的接收器
上，接收器接收到的光的频率为
．
方法一：根据光子能量
（式中h 为普朗克常量，m 为光子的等效质量，c 为真空中的光速）
和重力场中能量守恒定律，可得接收器接收到的光的频率
．
方法二：根据广义相对论，光在有万有引力的空间中运动时，其频率会发生变化，将该理论应用于地球附
近，可得接收器接收到的光的频率
，式中G 为引力常量，M 为地球质量，R 为地
球半径．下列说法正确的是（ ）
A．由方法一得到
，g 为地球表面附近的重力加速度
B．由方法二可知，接收器接收到的光的波长大于发出时光的波长
C．若从Q 点发出一束光照射到P 点，从以上两种方法均可知，其频率会变小
D．通过类比，可知太阳表面发出的光的频率在传播过程中变大
3. （2023 高考海南卷） 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
4
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B. 光子的能量为
C. 光子的动量为
D. 在时间内激光器发射的光子数为
4. （2022 天津学业水平选择性考试）不同波长的电磁波具有不同的特性，在科研、生产和生活中有广泛
的应用。a、b 两单色光在电磁波谱中的位置如图所示。下列说法正确的是（ ）
A. 若a、b 光均由氢原子能级跃迁产生，产生a 光的能级能量差大
B. 若a、b 光分别照射同一小孔发生衍射，a 光的衍射现象更明显
C. 若a、b 光分别照射同一光电管发生光电效应，a 光的遏止电压高
D. 若a、b 光分别作为同一双缝干涉装置光源时，a 光的干涉条纹间距大
【最新模拟题精练】
1.. （2023 西南大学附中高考适应性考试）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
入射光频率的变化图像，下列说法正确的是（ ）
A. 该金属的逸出功为0.5eV
B. 该金属的极限频率为5.50×1014Hz
C. 根据该图像能求出普朗克常量
D. 根据该图像能求出电子的电荷量
2. . (2023 湖南名校5 月质检)氢原子能级如图甲所示，一群处于n＝5 能级的氢原子，向低能级跃迁时发出
多种光，分别用这些光照射图乙电路的阴极K，其中3 条光电流I 随电压U 变化的图线如图丙所示，已知
5
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可见光的光子能量范围约为1.62eV 到3.11eV 之间。则（ ）
A. 氢原子从n＝5 能级向低能级跃迁时能辐射出10 种频率的可见光
B. 图乙中当滑片P 从a 端移向b 端过程中，光电流I 有可能先增大后不变
C. 若图丙中3 条线均为可见光照射阴极得到，一个处于第一激发态的氢原子被1.99eV 的电子撞击后可以
发出c 光
D. 若图丙中3 条线均为可见光照射阴极得到，则a 光是氢原子从n＝5 的能级向n＝2 的能级跃迁时辐射出
的
3. （2023 浙江杭州学军中学质检）如图1、2、3 所示为与光电效应相关的三幅图，图3 为a、b、c 三种单
色光分别照射金属K 时得到的光电流I 与光电管两端电压U 的关系图线。下列说法正确的是（ ）
A. 光电效应是爱因斯坦最早在实验中发现，并用光子说成功加以解释
B. 图2 中，若仅将电源极性对调，则电流表一定无示数
C. 图2 中，若电流表无示数，说明金属K 受光照时一定没有发生光电效应
D. 根据图3 可知，b 光的光子动量一定大于c 光的光子动量
。
4. （2023 年广东广州一模） 如图，放映电影时，强光照在胶片上，一方面，将胶片上的“影”投到屏
幕上；另一方面，通过声道后的光照在光电管上，随即产生光电流，喇叭发出与画面同步的声音。电影实
现声音与影像同步，主要应用了光电效应的下列哪一条规律（ ）
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A. 光电效应的发生时间极短，光停止照射，光电效应立即停止
B. 入射光的频率必须大于金属的极限频率，光电效应才能发生
C. 光电子的最大初动能与入射光的强度无关，只随着入射光的频率增大而增大
D. 当入射光的频率大于极限频率时，光电流的强度随入射光的强度增大而增大
5．（2023 四川成都七中二诊）如图所示，图甲为氢原子的能级图，大量处于
激发态的氢原子跃迁时，
发出频率不同的大量光子，其中频率最高的光子照射到图乙电路中光电管阴极
上时，电路中电流随电压
变化的图像如图丙所示。下列说法不正确的是（ ）
A．光电管阴极
金属材料的逸出功为
B．这些氢原子跃迁时共发出6 种频率的光
C．若调节滑动变阻器滑片能使光电流为零，则可判断图乙中电源右侧为正极
D．氢原子从
能级跃迁到
能级时，氢原子能量减小，核外电子动能增加
6. （2023 吉林通化梅河口五中二模）光电倍增管是进一步提高光电管灵敏度的光电转换器件。管内除光
电阴极和阳极外，两极间还放置多个瓦形倍增电极。使用时相邻两倍增电极间均加有电压，以此来加速电
子。如图所示，光电阴极受光照后释放出光电子，在电场作用下射向第一倍增电极，引起电子的二次发射，
激发出更多的电子，然后在电场作用下飞向下一个倍增电极，又激发出更多的电子，如此电子数不断倍增，
使得光电倍增管的灵敏度比普通光电管要高得多，可用来检测微弱光信号。下列说法正确的是（ ）
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A. 光电倍增管正常工作时，每个倍增电极上都发生了光电效应
B. 光电倍增管中增值的能量来源于照射光
C. 图中标号为偶数的倍增电极的电势要高于标号为奇数的电极的电势
D. 适当增大倍增电极间的电压有利于探测更微弱的信号
7. （2023 浙江台州二模）如乙图所示，一束复色光从空气射向一个球状水滴后被分成了a、b 两束单色光，
分别将这两束单色光射向图甲所示的装置，仅有一束光能发生光电效应。调节滑片P 的位置，当电流表示
数恰为零时，电压变示数为
。已知该种金属的极限频率为
，电子电荷量的绝对值为e，普朗克常量为
h，下列说法正确的是（ ）
A. a 光在玻璃中的传播速度比b 光小
B. b 光的光子能量为
C 保持光强不变，滑片P 由图示位置向左移，电流表示数变大
D. 用同一双缝做光的干涉实验，a 光产生的干涉条纹间距比b 光的大
8. （2023 河南开封二模）在利用光电管探究光电效应规律的实验中，当用不同波长的光照射光电管的阴
极时，测出光电管的遏止电压
与对应入射光的波长
。以遏止电压
为纵坐标，人射光波长倒数
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为横坐标，作出
图像如图所示。已知a、b 为已知量，光电子的电荷量为e，光速为c，则下列说法
正确的是（ ）
A. 光电管阴极材料的逸出功为be
B. 普朗克常量为
C. 波长
的光照射光电管的阴极时，产生的光电流与
成正比
D. 波长
的光照射光电管的阴极时，一定能发生光电效应
。
9.（2023 云南昆明云南师大附中质检）现用某一频率为
光照射在阴极K 上，阴极材料极限频率为
，
如图所示，调节滑动变阻器滑片的位置，当电压表
示数为
时，电流表G 示数恰好为零。电子电荷量
的大小为，普朗克常量为
，下列说法正确的是（ ）
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A. 若入射光频率变为原来的2 倍，则遏止电压为
B. 若入射光频率变为原来的3 倍，则光电子的最大初动能为2
C. 保持滑动变阻器滑片位置不变，若入射光频率变为原来
3 倍，则电子到达A 极的最大动能为
D. 入射光频率为
，若改变电路，加大小为
的正向电压，电子到达A 极的最大动能为
10. （2023 湖南新高考教研联盟第二次联考）关于光电效应，下列说法中正确的是（ ）
A.爱因斯坦提出了光子的观点，成功的解释了光电效应实验现象
B.光的电磁理论也可以解释光电效应实验中存在截止频率这一现象
C.光束通过窗口照射光电管发生了光电效应，调节加给光电管的反向电压达到遏止电压时，将不再有电子
从光电管的阴极射出
D.分别用蓝光和紫光照射光电管，均逸出了光电子，蓝光照射和紫光照射逸出的光电子的动能可能相等
11.(2022 山东济南一模)光电管是一种利用光照产生电流的装置,当入射光照在管中金属板上时,可以形成光
电流。下表中记录了某同学进行光电管实验时的数据。
次数入射光子的能量/eV
光的强弱
饱和光电流大小/mA
逸出光电子的最大初动能/eV
1
4.0
弱
29
0.8
2
4.0
中
43
0.8
3
4.0
强
60
0.8
由表中数据得出的以下论断正确的是( )
A.三次实验采用了不同频率的入射光
B.三次实验光电管中的金属板材质不同
C.若入射光子的能量为5.0 eV,不论光照多强,饱和光电流一定大于60 mA
D.若入射光子的能量为5.0 eV,逸出光电子的最大初动能为1.8 eV
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