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考点55 光电效应 波粒二象性
（核心考点精讲精练）
1. 5 年真题考点分布
光电效应 波粒二象性
2023·海南卷·T10
2023·江苏卷·T14
2023·山东卷·T1
2023·重庆卷·T6
2022·全国卷·T18
2022·广东卷·T5
2022·浙江1 月选考·T16
2022·浙江6 月选考·T7
2022·北京卷·T1
2022·重庆卷·T6
2022·河北卷·T4
2021·海南卷·T3
2021·江苏卷·T8
2020·江苏卷·T12(2)
2020·天津卷·T1
2020·江苏卷·T12(1)
2019·全国卷Ⅰ·T14
2019·天津卷·T5
2018·全国卷Ⅱ·T17
2. 命题规律及备考策略
【命题规律】近几年高考主要考查：光电效应、爱因斯坦光电效应方程、波粒二象性、物质波
【备考策略】
1.了解黑体辐射的实验规律.
2.知道什么是光电效应，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、截止频率、最大初
动能等物理量.
3.了解实物粒子的波动性，知道物质波的概念
【命题预测】
爱因斯坦光电效应方程仍是考试的热点
1
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考向
1 黑体辐射及实验规律
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：能够完全吸收入射的各种波长的电磁波而不发生反射的物体．
(2)黑体辐射的实验规律：
①对于一般材料的物体，辐射电磁波的情况除了与温度有关，还与材料的种类及表面状况有关．
②黑体辐射电磁波的强度按波长的分布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
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，如图．
3．能量子
(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
2
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J·s(一般取h＝6.63×10－34 J·s)．
【特别提醒】
1.黑体辐射的实验规律
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。
2.能量子
（1）普朗克假设：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……他把这个不可再分的最小能量值ε 叫作能量子。
（2）表达式为ε＝hν，这里的ν 是带电微粒的振动频率，也即带电微粒吸收或辐射电磁波的频率。
（多选）（2023·海南·统考高考真题）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．在时间内激光器发射的光子数为
(针对所讲知识点进行即时练习，以达到加深理解、巩固所学的目的，1-3 题即可。)
考向
2 光电效应
爱因斯坦光电效应方程
1.光电效应的两条对应关系
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。
2.光电效应中三个重要关系式
（1）爱因斯坦光电效应方程：Ek＝hν－W0。
（2）光电子的最大初动能Ek与遏止电压Uc的关系：Ek＝eUc。
（3）逸出功W0与极限频率νc的关系：W0＝hνc。
3.光电管上加正向与反向电压情况分析
（1）光电管加正向电压的情况
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；
3
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③P 再右移时，光电流不再增大。
（2）光电管加反向电压的情况
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。
【特别提醒】
光电效应的分析思路
（多选）（2023·浙江·高考真题）氢原子从高能级向低能级跃迁时，会产生四种频率的可见光，其光谱如
图1 所示。氢原子从能级6 跃迁到能级2 产生可见光I，从能级3 跃迁到能级2 产生可见光Ⅱ。用同一双缝
干涉装置研究两种光的干涉现象，得到如图2 和图3 所示的干涉条纹。用两种光分别照射如图4 所示的实
验装置，都能产生光电效应。下列说法正确的是（ ）
A．图1 中的
对应的是Ⅰ
B．图2 中的干涉条纹对应的是Ⅱ
C．Ⅰ的光子动量大于Ⅱ的光子动量
D．P 向a 移动，电流表示数为零时Ⅰ对应的电压表示数比Ⅱ的大
(针对所讲知识点进行即时练习，以达到加深理解、巩固所学的目的，1-3 题即可。)
考向
3 光电效应中常见的四类图像
4
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图像名称
图线形状
获取信息
最大初动能Ek与入
射光频率ν 的关系
①截止频率νc：图线与ν 轴交点的横坐标
②逸出功W0：图线与Ek 轴交点的纵坐标的
绝对值W0＝|－E|＝E
③普朗克常量h：图线的斜率k＝h
遏止电压Uc与入射
光频率ν 的关系
①截止频率νc：图线与横轴的交点的横坐标
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)
颜色相同、强度不
同的光，光电流与
电压的关系
①遏止电压Uc：图线与横轴的交点的横坐标
②饱和电流：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
（2022·河北·统考高考真题）如图是密立根于1916 年发表的钠金属光电效应的遏止电压
与入射光频率
的实验曲线，该实验直接证明了爱因斯坦光电效应方程，并且第一次利用光电效应实验测定了普朗克常量
h。由图像可知（ ）
5
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A．钠的逸出功为
B．钠的截止频率为
C．图中直线的斜率为普朗克常量h
D．遏止电压
与入射光频率
成正比
(针对所讲知识点进行即时练习，以达到加深理解、巩固所学的目的，1-3 题即可。)
考向
4 光的波粒二象性与物质波
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
光的频率越低，其波动性越显著，越容易看到光的干涉和衍射现象；光的频率越
高，其粒子性越显著，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p＝h
λ 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
（多选）（2023·浙江·统考高考真题）有一种新型光电效应量子材料，其逸出功为W0。当紫外光照射该材
料时，只产生动能和动量单一的相干光电子束。用该电子束照射间距为d 的双缝，在与缝相距为L 的观测
屏上形成干涉条纹，测得条纹间距为∆x。已知电子质量为m，普朗克常量为h，光速为c，则（ ）
A．电子的动量
B．电子的动能
C．光子的能量
D．光子的动量
(针对所讲知识点进行即时练习，以达到加深理解、巩固所学的目的，1-3 题即可。)
【基础过关】
1．（2023·西藏日喀则·统考一模）下列说法正确的是（ ）
A．光电效应中光电子的最大初动能与入射光的频率成正比
B．原子核的结合能越大，原子核越稳定
C．方程式
是核裂变反应，反应过程损失3 个中子
D．一个处于
能级的氢原子向基态跃迁最多可能产生3 种频率的光子
2．（2023·海南省直辖县级单位·嘉积中学校考三模）激光束可聚焦成半径很小的光斑，在很多领域都发挥
着重要的作用。现有一束波长为
、功率为
的激光，已知普朗克常量为
，真空中
6
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光速
，则（ ）
A．每个光子的动量大小为
B．每个光子的动量大小为
C．每秒发射的光子数约为
个
D．每秒发射的光子数约为
个
3．（2023 秋·山西运城·高三统考开学考试）一群处于第4 能级的氢原子，向低能级跃迁过程中能发出6 种
不同频率的光，将这些光分别照射到图甲电路阴板K 的金属上，只能测得3 条电流随电压变化的图象如图
乙所示，已知氢原子的能级图如图丙所示，则下列推断正确的是（ ）
A．图乙中的c 光是氢原子由第4 能级向基态跃迁发出的
B．图乙中的b 光光子能量为12.09eV
C．动能为1eV 的电子能使处于第3 能级的氨原子电离
D．阴极金属的逸出功可能为W0=1.75eV
4．（2023 秋·浙江·高三校联考开学考试）浙江省为落实国家“双碳”战略，推动能源绿色低碳转型，在很
多山区推进新型绿色光伏发电。假设太阳光子垂直射到发电板上并全部被吸收。已知光伏发电板面积为
S，发电板单位面积上受到光子平均作用力为F，普朗克常量为
，光子的频率为
，真空中的光速为c，
则经过时间t，该光伏发电板上接收到的太阳光能量为（ ）
A．
B．
C．
D．
5．（2023 秋·内蒙古包头·高三统考开学考试）太阳不断向外辐射能量，太阳的质量在不断的减小，已知地
球所处位置每平方米每秒接收到的太阳能约为
，日地间距离约为
，设太阳辐射的
能量均匀分布在以太阳为球心、日地距离为半径的球面上，则太阳每秒减少的质量约为（ ）
A．
B．
C．
D．
6．（2023·湖北襄阳·襄阳四中校考模拟预测）2022 年的诺贝尔物理学奖同时授予法国物理学家阿兰·阿斯
佩、美国物理学家约翰·克劳泽及奥地利物理学家安东·蔡林格，以奖励他们在量子纠缠、验证违反贝尔不
等式及量子信息科学方面所作出的杰出贡献．量子论的建立是20 世纪物理学的最大成就之一。下列说法中
7
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正确的是（ ）
A．黑体辐射实验中，随着温度的升高，各种波长的辐射强度都有增加
B．卢瑟福提出了原子的核式结构模型，认为电子的轨道是量子化的
C．爱因斯坦在解释光电效应现象时，利用了量子论的观点，提出了光子说，并用实验验证了光电效应方
程的正确性
D．德布罗意提出了物质波的概念，并给出了波长公式，根据公式，运动物体的动量越大，对应的物质波
的波长越长
7．（多选）（2023 秋·云南昆明·高三昆明一中校考开学考试）如图甲所示为氢原子光谱的巴耳末系（其光
谱线是由
的能级向
的能级跃迁时发出的），四条可见光谱线的波长已在图甲中标出。氢原子能
级图如图乙所示。几种金属的逸出功如表所示。则下列说法中正确的是（ ）
金属
钨
钙
钾
铷
4.5
4
3.20
2.2
5
2.13
A．用
光照射时可让表中的两种金属发生光电效应
B．
谱线对应光子的能量小于
谱线对应光子的能量
C．
谱线对应的光子是氢原子从
能级向
能级跃迁发出的
D．氢原子从
能级向
能级跃迁时发出的光属于
射线
8．（多选）（2023 秋·新疆巴音郭楞·高三校考开学考试）下列四幅图是与光电效应实验有关的图，则关于
这四幅图的说法正确的是（ ）
8
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A．图1 中，如果先让锌板带负电，再用紫外线灯照射锌板，则验电器的张角先变小后变大
B．图2 中，同一频率的黄光越强，饱和光电流越大
C．图3 中，图像的斜率为普朗克常量
D．由图4 可知，E 等于该金属的逸出功
9．（2023 秋·新疆巴音郭楞·高三校考开学考试）从1907 年起，密立根就开始测量金属的遏制电压Uc与入
射光的频率
的关系，由此计算普朗克常量h，并与普朗克根据黑体辐射得出的h 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，我们利用图甲所示装置进行实验，得到某金属的
图
像如图乙所示，电子的电荷量e、图中
和U1均已知，求：
（1）金属的逸出功W0；
（2）当入射光的频率为
时，逸出光电子的最大初动能。
【能力提升】
10．（2023 秋·江苏南京·高三校考开学考试）我们用如图所示的电路研究光电效应时，当开关闭合后，以
下操作可能使微安表示数增大的有（ ）
9
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A．把滑动变阻器滑动头向右滑动
B．把滑动变阻器滑动头向左滑动
C．入射光颜色不变强度减小
D．更换电源的正负极
11．（2023 秋·辽宁·高三校联考开学考试）如图甲是研究光电效应的实验装置，图乙是氢原子的能级结构。
实验发现处于n＝4 激发态的氢原子跃迁到n＝2 激发态时发出的某种光照射图甲实验装置的阴极时，电流
表示数不为零，已知可见光单个光子能量的范围是1.64eV～3.1eV，现有大量处于n=6 激发态的氢原子，
关于处于激发态的氢原子向低能级跃迁时释放出的射线，以下说法正确的是（ ）
A．处于n=6 激发态的氢原子向低能级跃迁时释放出的射线，落在可见光区域的射线以相同的入射角从水
射向空气时，随着入射角的增大，在空气中最先消失的折射光是由n=6 向n=2 跃迁时释放出的射线
B．分别利用氢原子向低能级跃迁时释放出落在可见光区域的射线，通过相同装置做双缝干涉实验，其中
相邻亮条纹间距最宽的是n=4 向n=2 跃迁时释放出的射线
C．处于n=6 激发态的氢原子向低能级跃迁时共释放出15 种不同频率的射线，其中在可见光区域的有5 种
D．用处于n=6 激发态的氢原子向低能级跃迁时释放出的射线照射图甲光电管的阴极，其中能使电流表有
示数的射线最多有8 种
12．（2023 秋·北京大兴·高三校考开学考试）下列说法中正确的是（ ）
A．只要照射到某种金属的光足够强，就能在金属表面发生光电效应
B．卢瑟福通过
粒子轰击金箔的实验，证实了原子核内部存在质子
C．目前我国核电事业蓬勃发展，新建核电站的能量来源主要是轻核聚变
D．用单色光照射大量处于基态的氢原子，氢原子发出所有光的频率不可能大于入射频率
13．（2023 秋·浙江·高三校联考开学考试）一群处于第4 能级的氢原子，向低能级跃迁过程中能发出6 种
不同频率的光，将这些光分别照射到图甲电路阴极K 的金属上，只能测得3 条电流随电压变化的图像如图
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乙所示，已知氢原子的能级图如图丙所示，则下列推断正确的是（ ）
A．动能为1.51eV 的电子撞击氢原子，能使处于第3 能级的氢原子电离
B．阴极金属的逸出功可能为W0=1.75eV
C．图乙中的a 光是氢原子由第2 能级向基态跃迁发出的
D．图乙中的b 光光子能量为12.09eV
14．（2023 秋·江苏南通·高三统考开学考试）人眼对绿光最为敏感，如果每秒有6 个绿光的光子射入瞳孔，
眼睛就能察觉。一光源以功率P 均匀地向各个方向发射波长为
的绿光，假设瞳孔在暗处的直径为d，且
不计空气对光的吸收。普朗克常量为h，真空中光速为c，则眼睛能够看到这个光源的最远距离为（ ）
A．
B．
C．
D．
15．（2023 秋·河南·高三校联考开学考试）观察光电效应现象的演示实验装置如图所示，把一块锌板连接
在验电器上，并使锌板带上一定量的负电，验电器指针会张开角度
。现用高频短波紫外线灯持续照射锌
板一定时间，可能观察到验电器指针的变化是（ ）
A．指针张开的角度θ 会一直变大
B．指针张开的角度
先变大后变小
C．指针张开的角度θ 先变小后变大
D．指针张开的角度
忽大忽小不断变化
16．（2023 秋·山东·高三校联考开学考试）装修石材通常具有一定的辐射，主要是因为其中含有放射性元
素氡，氡核（
）发生一次衰变后生成新核钋（
），放出一个粒子X 及一个
光子。氡的半衰期
为
天，下列说法正确的是（ ）
A．X 为
粒子
B．X 与
光子均属于实物粒子
C．钋核的比结合能比氡核大
D．石材中氡经过
天会全部衰变完
17．（2023 秋·河南三门峡·高三统考期末）利用如图甲所示电路，测出光电流I 随电压U 的变化图像如图
11
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乙所示，已知
，如图丙所示是氢原子能级图，大量处于
能级的氢原子跃迁到基态时，发射
出的光照射图甲中的光电管阴极K，下列判断正确的是（ ）
A．氢原子跃迁发射出的光越强，照射到光电管阴极K 产生的光电子能量越高
B．氢原子跃迁发射出的光照射到光电管阴极K 的时间越长，
越大
C．电子从阴极K 表面逸出的最大初动能为46eV
D．阴极K 材料的逸出功为4.6eV
18．（2023·贵州·校联考一模）光刻机是制造芯片的核心装备，如图甲所示，它采用类似照片冲印的技术，
通过曝光去除晶圆表面保护膜的方式，先将掩膜版上的精细图形印制到硅片上，然后将晶圆浸泡在腐化剂
中，失去保护膜的部分被腐蚀掉后便形成电路。某光刻机使用的是真空中波长为
的极紫外线光源（
），如图乙所示，在光刻胶和投影物镜之间填充了折射率为1.8 的液体用于提高光刻机投影精细图的
能力，则该紫外线由真空进入液体后（ ）
A．光子能量减小
B．传播速度不变
C．波长变为
D．更容易发生明显衍射
19．（多选）（2023 秋·广西南宁·高三南宁二中校联考开学考试）如图所示，图1 是不同温度下的黑体辐
射强度随波长
的变化规律图；图2 为光电效应原理图，某种单色光照射到光电管的阴极上时，电流表有
示数；图3 为氢原子的能级图，有大量处于
能级的氢原子向能级跃迁；图4 为放射性元素
剩余质
量
与原质量
的比值随时间的变化规律图，下列说法中正确的是（ ）
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A．图1 中，随着温度的升高，各种波长辐射强度的极大值向波长较短的方向移动
B．图2 中，用频率更低的光照射光电管的阴极时，电流表一定没有示数
C．图3 中，从
能级跃迁到
能级时产生的光子波长最长
D．图4 中，
的半衰期是5700 年，则100 个
经过5700 年还剩50 个
20．（多选）（2023·福建厦门·厦门一中校考三模）如图所示，是研究光电效应的电路图。①、②两束单
色光是由处在同一激发态的原子跃迁到I 态和II 态时产生的，若光束①通过窗口照射到阴极K 后，滑动变
阻器的滑片P 滑到位置a 时，电流表的读数恰好变为0：光束②通过窗口照射到阴极K 后，滑动变阻器的
滑片P 滑到位置b 时，电流表的读数恰好变为0，则下列说法正确的是（ ）
A．光束①产生的饱和电流一定小于光束②的饱和电流
B．光束①产生的光电子初动能一定小于光束②产生的光电子初动能
C．发生原子跃迁后对应能级的能量
D．光束①和光束②通过同一狭缝后，光束①的中央亮纹更宽
21．（多选）（2023 秋·山东淄博·高三校考开学考试）如图所示为研究光电效应的实验装置，当用能量为
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的光照射涂有某种金属的阴极K 时，电流表有示数。若阴极K 与阳极A 间的电势差
，
电流表示数刚好为零，电子的电荷量为e。下列说法正确的是（ ）
A．从金属表面逸出的光电子的最大初动能为
B．此金属的逸出功为
C．将P 向右移动，电流表的示数可能先增大后不变
D．将P 向右移动，从金属表面逸出的光电子的最大初动能增加
22．（2023 秋·江苏南通·高三统考开学考试）某点光源以功率P 向外均匀辐射某频率的光子，点光源正对
图中的光电管窗口，窗口的有效接收面积为S，每个光子照射到阴极K 都能激发出一个光电子。已知闭合
开关时电压表示数为U，阴极K 的逸出功为W0，光速为c，电子电荷量为e，光子能量为E，光电管每秒
接收到N 个光子。求：
（1）光子的动量大小p 和光电子到达阳极A 时的最大动能Ekm；
（2）微安表的最大电流强度I 和光电管窗口距点光源的距离R。
23．（2023 秋·江苏镇江·高三统考开学考试）人眼对绿光最为敏感。 现有一个绿光光源以P0的功率均匀地
向各个方向发射波长为λ 的绿光，人站在离光源为L 的地方，人眼瞳孔的直径为d，不计空气对光的吸收，
普朗克常量为h， 真空中光速为c，球体表面积公式为S=4πr2。
（1）绿光光子的能量ε 为多大？单位时间内绿光源发射的光子数N 为多少？
（2）单位时间内进入人眼的光子数 n 又为多少？
【真题感知】
24．（2023·浙江·高考真题）被誉为“中国天眼”的大口径球面射电望远镜已发现660 余颗新脉冲星，领
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先世界。天眼对距地球为L 的天体进行观测，其接收光子的横截面半径为R。若天体射向天眼的辐射光子
中，有
倍被天眼接收，天眼每秒接收到该天体发出的频率为v 的N 个光子。普朗克常量为h，则该
天体发射频率为v 光子的功率为（ ）
A．
B．
C．
D．
25．（2023·江苏·统考高考真题）“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。
26．（2022·全国·统考高考真题）一点光源以113W 的功率向周围所有方向均匀地辐射波长约为6 × 10 - 7m
的光，在离点光源距离为R 处每秒垂直通过每平方米的光子数为3 × 1014个。普朗克常量为h = 6.63 × 10 -
34Js。R 约为（ ）
A．1 × 102m
B．3 × 102m
C．6 × 102m
D．9 × 102m
27．（多选）（2022·浙江·统考高考真题）电子双缝干涉实验是近代证实物质波存在的实验。如图所示，
电子枪持续发射的电子动量为1.2×10-23kg·m/s，然后让它们通过双缝打到屏上。已知电子质量取9.1×10-
31kg，普朗克常量取6.6×10-34J·s，下列说法正确的是（ ）
A．发射电子的动能约为8.0×10-15J
B．发射电子的物质波波长约为5.5×10-11m
C．只有成对电子分别同时通过双缝才能发生干涉
D．如果电子是一个一个发射的，仍能得到干涉图样
28．（2021·海南·高考真题）某金属在一束单色光的照射下发生光电效应，光电子的最大初动能为
，已
知该金属的逸出功为
，普朗克常量为h。根据爱因斯坦的光电效应理论，该单色光的频率
为（ ）
A．
B．
C．
D．
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29．（2021·江苏·高考真题）如图所示，分别用1、2 两种材料作K 极进行光电效应探究，其截止频率
，保持入射光不变，则光电子到达A 极时动能的最大值
随电压U 变化关系的图像是（ ）
A．
B．
C．
D．
16
