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第34 讲 光电效应 波粒二象性
1.知道什么是光电效应，理解光电效应的实验规律.
2.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.知道光的波粒二象性，知道物质波的概念．
考点一 光电效应的实验规律
1．光电效应
在光的照射下金属中的电子从金属表面逸出的现象，叫做光电效应，发射出来的电子叫做光电子．
2．实验规律
(1)每种金属都有一个极限频率．
(2)光子的最大初动能与入射光的强度无关，只随入射光的频率增大而增大．
(3)光照射到金属表面时，光电子的发射几乎是瞬时的．
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(4)光电流的强度与入射光的强度成正比．
3．遏止电压与截止频率
(1)遏止电压：使光电流减小到零的反向电压Uc.
(2)截止频率：能使某种金属发生光电效应的最小频率叫做该种金属的截止频率(又叫极限频率)．不
同的金属对应着不同的极限频率．
(3)逸出功：电子从金属中逸出所需做功的最小值，叫做该金属的逸出功．
[例题1] （2023•南通模拟）如图所示，用某频率的光照射光电管，研究饱和电流的影响
因素，则（ ）
A．电源的左端为负极
B．换更高频率的光照射，电流表示数一定增大
C．滑动变阻器滑片移至最左端，电流表示数为零
D．滑动变阻器滑片向右移的过程中，电流表示数可能一直增大
[例题2] （2023•抚州一模）光电效应实验的装置如图所示，现用发出紫外线的弧光灯照
射锌板，验电器指针张开一个角度。下列判断正确的是（ ）
A．锌板带正电，验电器带负电
B．将带负电的金属小球与锌板接触，验电器指针偏角变大
C．使验电器指针回到零，改用强度更大的弧光灯照射锌板，验电器指针偏角变大
D．使验电器指针回到零，改用强度更大的红外线灯照射锌板，验电器指针偏角变大
[例题3] （2023 春•东城区期末）把一块带负电的锌板连接在验电器上，验电器指针张开
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一定的角度。用紫外线灯照射锌板发现验电器指针的张角发生变化。下列说法正确的是
（ ）
A．验电器指针的张角会变大
B．锌板上的正电荷转移到了验电器指针上
C．验电器指针的张角发生变化是因为锌板获得了电子
D．验电器指针的张角发生变化是因为紫外线让电子从锌板表面逸出
考点二 光电效应方程和Ek－ν 图象
1．光子说
爱因斯坦提出：空间传播的光不是连续的，而是一份一份的，每一份称为一个光子，光子具有的能
量与光的频率成正比，即：ε＝hν，其中h＝6.63×10－34 J·s.
2．光电效应方程
(1)表达式：hν＝Ek＋W0或Ek＝hν
－
W
0.
(2)物理意义：金属中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W0，剩下的表现为逸出后电子的最大初动能Ek＝mv2.
3．由Ek－ν 图象(如图)可以得到的信息
(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E＝W0.
(3)普朗克常量：图线的斜率k＝h.
[例题4] （2024•成都三模）如图为美国物理学家密立根测量金属的遏止电压Uc与入射光
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频率ν 的实验图像，该实验证实了爱因斯坦光电效应方程的正确性，并且第一次利用光电效应
实验测定了普朗克常量h。若该图线的斜率和纵截距的绝对值分别为k 和b，电子电荷量的绝
对值为e，则普朗克常量h 可表示为（ ）
A．k
B．ek
C．b
D．eb
[例题5] （2024•河东区二模）在光电效应实验中，小张同学分别用甲光、乙光、丙光照
射同一光电管，得到了三条光电流与电压之间的关系曲线，如图所示，则可判断出（ ）
A．甲光的频率大于乙光的频率
B．甲光的强度大于乙光的强度
C．丙光的波长大于乙光的波长
D．甲光照射时光电子最大初动能大于丙光照射时光电子最大初动能
[例题6] （2024•绍兴二模）如图所示，波长为λ 的光子照射逸出功为W 的金属表面，由
正极板中央P 点逸出的光电子（电荷量为e）经由电压为U 的平行电极板作用后，最后经由负
极板上方的小孔Q 飞出。已知正负极板相距L，小孔Q 与负极板中心相距D。假设小孔不影响
电场的分布和电子的运动，hc
λ ＞W+eU，下列说法正确的是（ ）
A．P 点逸出的光电子初动能一定为hc
λ -W
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B．从Q 点飞出的电子动能最大值为hc
λ -W﹣eU
C．从Q 点飞出的电子动能一定大于hc
λ -W -eU
L
√L
2+ D
2
D．若正负极互换但电压大小不变，则从Q 点飞出的电子动能一定等于hc
λ -W+eU
考点三 光的波粒二象性、物质波
1．光的波粒二象性
(1)光的干涉、衍射、偏振现象证明光具有波动性．
(2)光电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．
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．
[例题7] （2023•苏州三模）激光冷却中性原子的原理如图所示，质量为m、速度为v0的
原子连续吸收多个迎面射来的频率为ν 的光子后，速度减小。不考虑原子质量的变化，光速为
c。下列说法正确的是（ ）
A．激光冷却利用了光的波动性
B．原子吸收第一个光子后速度的变化量为Δv =- hν
mC
C．原子每吸收一个光子后速度的变化量不同
D．原子吸收mc v0
hν
个光子后速度减小到原来的一半
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[例题8] （2023•台州模拟）《梦溪笔谈》是中国科学技术史上的重要文献，书中对彩虹
作了如下描述：“虹乃雨中日影也，日照雨则有之”。彩虹是太阳光经过雨滴的两次折射和一
次反射形成的，如图所示。设水滴是球形的，图中的圆代表水滴过球心的截面，入射光线在过
此截面的平面内，a、b 是两种不同频率的单色光。下列说法正确的是（ ）
A．在雨滴中a 光的波长比b 光大
B．在真空中a 光的波速比b 光小
C．在同一介质中a 光的光子动量比b 光大
D．从光的波粒二象性分析，a 光比b 光更能体现波动性
[例题9] （2022 秋•利通区校级期末）关于光的本性，下列说法正确的是（ ）
A．爱因斯坦于1905 年提出光子说，光子就是光电效应中的光电子
B．光电效应现象和康普顿效应分别从能量和动量角度反映了光的粒子性
C．光的波粒二象性是综合了牛顿的微粒说和惠更斯的波动说得出来的
D．大量光子产生的效果往往显示出粒子性，少量光子产生的效果往往显示出波动性
题型1 光电效应方程的应用
1.
（2024•德庆县模拟）被称为“火焰发现者”的火灾报警器，其光电管的阴极对室内
灯光中的紫外线毫无反应，只有被明火中的紫外线照射时才会报警。已知光电管阴极的金属发
生光电效应的截止频率为ν0，灯光中紫外线的频率为ν1，明火中紫外线的频率为ν2，则ν0、
ν1、ν2的大小关系是（ ）
A．ν2＞ν1＞ν0
B．ν1＞ν2＞ν0
C．ν2＞ν0＞ν1
D．ν0＞ν2＞ν1
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2.
（2024•湖州模拟）用各种频率的光照射两种金属材料得到遏止电压Uc随光的频率ν
变化的两条图线1、2，图线上有P 和Q 两点。下列说法正确的是（ ）
A．图线1、2 一定平行
B．图线1 对应金属材料的逸出功大
C．照射同一金属材料，用Q 对应的光比P 对应的光产生的饱和电流大
D．照射同一金属材料，用P 对应的光比Q 对应的光溢出的电子初动能大
题型2 光电管问题
3.
（2024•广州二模）如图，光电管接入电路，用紫外线照射光电管阴极时，发生了光
电效应，回路中形成电流。下列说法正确的是（ ）
A．电流方向为a→R→b
B．电流方向为b→R→a
C．光照时间越长，光电子的最大初动能越大
D．入射光光强增大，光电子的最大初动能增大
4.
（2024•海淀区一模）同学们设计的一种光电烟雾报警器的结构和原理如图1 和图2
所示。光源S 向外发射某一特定频率的光，发生火情时有烟雾进入报警器内，由于烟雾对光的
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散射作用，会使部分光改变方向进入光电管C 从而发生光电效应，于是有电流输入报警系统，
电流大于I0就会触发报警系统报警。某次实验中，当滑动变阻器的滑片P 处于图2 所示位置、
烟雾浓度增大到n 时恰好报警。假设烟雾浓度越大，单位时间内光电管接收到的光子个数越多。
已知元电荷为e，下列说法正确的是（ ）
A．仅将图2 中电源的正负极反接，在烟雾浓度为n 时也可能触发报警
B．为使烟雾浓度达到1.2n 时才触发报警，可以仅将滑片P 向左移动到合适的位置
C．单位时间内进入光电管的光子个数为I 0
e
时，一定会触发报警
D．报警器恰好报警时，将图2 中的滑片P 向右移动后，警报有可能会被解除
5.
（2024•长沙县校级模拟）光电管是应用光电效应原理制成的光电转换器件，在有声
电影、自动计数、自动报警等方面有着广泛的应用。现有含光电管的电路如图（a）所示，图
（b）是用甲、乙、丙三束光分别照射光电管得到的I﹣U 图线，U c1
、U c2
表示遏止电压。下列
说法中正确的是（ ）
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A．甲、乙、丙三束光的光子动量p 甲＝p 乙＞p 丙
B．甲光照射时比丙光照射时产生的光电子的最大初动能小
C．分别用甲光、丙光照射同一双缝干涉实验装置，甲光照射比丙光照射形成的干涉条纹间距窄
D．甲、乙是相同颜色的光，甲光束比乙光束的光强度弱
题型3EK-v 图像
6.
（2024•未央区校级模拟）照射到金属表面的光可能使金属中的电子逸出，可以用甲
图的电路研究电子逸出的情况。阴极K 在受到光照时能够逸出电子，阳极A 吸收阴极K 逸出
的电子，在电路中形成光电流。在光照条件不变的情况下改变光电管两端的电压得到乙图。换
用不同频率的单色光照射阴极K 得到电子最大初动能与入射光波长倒数的关系图像如丙图所
示。下列说法正确的是（ ）
A．乙图中遏止电压的存在意味着光电子具有最大初动能
B．乙图中电压由0 到U1，光电流越来越大，说明单位时间内逸出光电子的个数越来越多
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C．丙图中的λ0是产生光电效应的最小波长
D．由丙图可知普朗克常量h＝Eλ0
7.
（2024•厦门模拟）用不同频率的光照射锌板的表面，可得光电子最大初动能Ek随入
射光频率ν 的变化图像如图所示，图线与横轴、纵轴的截距分别为a、﹣b，则锌的逸出功为
b
，普朗克常量h 可表示为 b
a
。（结果均用a、b 表示）
8.
（2023•慈溪市校级模拟）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
频率的变化图像如图所示。图像与横轴交点的横坐标为4.27×1014Hz，与纵轴交点的纵坐标为
0.5eV。由图可知（ ）
A．该金属的极限频率为4.27×1014Hz
B．该金属的极限频率为5.5×1014 Hz
C．该图像的斜率的倒数表示普朗克常量
D．该金属的逸出功为0.5eV
题型4Uc-v 图像
9.
（2023•海淀区二模）如图所示为光电效应实验中某金属的遏止电压Ue与入射光的频
率ν 的关系图像。已知元电荷e。根据该图像不能得出的是（ ）
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A．饱和光电流
B．该金属的逸出功
C．普朗克常量
D．该金属的截止频率
10. （2023 秋•西宁期中）如图甲所示，用三个光源a、b、c 发出的光照射光电管阴极K
发生光电效应，测得电流随电压变化的图像如图乙所示，下列说法中正确的是（ ）
A．a、c 发出的光频率相同
B．a、c 发出的光光强相同
C．b 发出的光的频率比c 的小
D．随着电压的增大，电流一定增大
11. （2023•浙江模拟）爱因斯坦的光子说成功解释了光电效应实验中的各种实验现象，
下面是与光电效应实验有关的四幅图，下列说法正确的是（ ）
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A．在图1 装置中如果先让锌板带负电，再用紫外线灯照射锌板，则验电器的张角变大
B．由图2 可知，黄光越强，光电流越大，说明光子的能量与光强有关
C．由图3 可知，当入射光频率大于v2才能发生光电效应
D．由图3 和图4 可知，对同一种金属来说图中的vc＝v1
题型5I-U 图像
12. （2023•津市市校级开学）用图甲所示电路可以研究光电效应中电子的发射情况与光
照强弱、光频率等物理量间的关系（图中电源极性可对调）。图乙所示为a、b、c 三种光照下
得到的三条光电流I 与A 极、K 极间电压UAK的关系图线。下列说法正确的是（ ）
A．若开关闭合时电流表有示数，则开关断开时电流表示数为0
B．若想测量饱和电流，则图甲中电源极性需要对调
C．若b 是黄光，则a 可能是蓝光
D．b、c 是同种颜色的光，b 的光强比c 的光强大
13. （2023 春•渝中区校级期末）如图甲是研究光电效应规律的实验装置图，用绿光照射
阴极K，实验测得电流I 与电势差UAK满足图乙所示规律，电子的电荷量约为1.6×10﹣19C，关
于该实验说法正确的是（ ）
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A．光电子的最大初动能为0.64eV
B．每秒钟阴极逸出的光电子数约为4×1012个
C．滑动变阻器滑片从图示位置向右滑动，电流计示数一定增大
D．如果改用紫光照射阴极K，饱和光电流一定变大
14. （2023 春•厦门期末）如图所示，在研究光电效应实验中，用频率相同、强度不同的
光分别照射光电管的阴极形成光电流，则下列光电流与电压的关系I﹣UAK图像中正确的是（
）
A．
B．
C．
D．
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题型6 德布罗意波长、波粒二象性
15. （2023 春•府谷县校级月考）关于物质波，下列说法中正确的是（ ）
A．实物粒子与光子一样都具有波粒二象性，所以实物粒子与光子是本质相同的物质
B．物质波和光波都是机械波
C．粒子的动量越大，其波动性越易观察
D．粒子的动量越小，其波动性越易观察
16. （2023 春•虹口区校级期末）关于光的波粒二象性，则（ ）
A．光子的能量由光的强度决定
B．光子的能量与光子的频率成正比
C．光电效应现象反映光的粒子性，说明光没有波动性
D．光子说中的光子与牛顿微粒说中的微粒相似
17. （2022•宁波二模）甲图是用激光水平照射竖直圆珠笔中的小弹簧得到的衍射图样，
它和乙图的DNA 双螺旋结构的X 射线衍射图样非常相似，我们常用衍射图样来分析事物的形
状结构。请根据单缝衍射的实验规律，分析激光通过下列哪个小孔可得到丙图衍射图样
（ ）
A．
B．
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C．
D．
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