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第59 讲 光电效应 波粒二象性
目录
01 课标达标
练.................................................................................................................................................................................1
题型01 光电效应的理解及规律.............................................................................................................................1
题型02 光电效应方程的应用.................................................................................................................................2
题型03 EK-ν 图像................................................................................................................................................4
题型04 Uc-ν 图像....................................................................................................................................................5
题型05 I-U 图像.....................................................................................................................................................6
题型06 对康普顿效应的理解...............................................................................................................................7
题型07 对波粒二象性的理解...............................................................................................................................8
题型08 德布罗意波长的计算...............................................................................................................................9
02 核心突破练.....................................................................................................................................................10
03 真题溯源练.....................................................................................................................................................14
1
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01 光电效应的理解及规律
1．（24-25 高三上·福建三明·开学考试）如图所示，一静电计与锌板相连，用一紫外线灯照射锌板，关灯
后，静电计指针保持一定偏角。完成下列填空：
(1)紫外线照射锌板， 能量被电子吸收（选填“光子”“光电子”或“光球”）。
(2)静电计带 ；锌板带 （选填“负电荷”或“正电荷”）。
(3)用一带少量负电荷的金属小球与锌板接触，静电计指针偏角将 （选填“增大”“减小”或
“不变”）。
(4)使静电计指针不偏转，再用相同强度的黄光灯照射锌板，静电计指针无偏转。那么，若改用光照强度更
大的红光灯照射锌板，可观察到静电计指针 （选填“有”“无”或“可能”）偏转。
【答案】(1)光子
(2) 正电荷 正电荷
(3)减小
(4)无
【详解】（1）紫外线照射锌板，光子能量被电子吸收。
（2）[1][2] 紫外线照射锌板，锌板有电子逸出，锌板带正电荷，静电计带正电荷。
（3）用一带少量负电荷的金属小球与锌板接触，由于电荷的中和，静电计指针偏角将减小。
（4）红光的频率比黄光小，黄光不发生光电效应，红光也不会发生光电效应，则静电计指针不偏转。
2
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2．（2023·福建）在物理学史的发展过程中，观测、实验、假说和逻辑推理等方法都起到了重要作用。下
列学术符合史实的是（ ）
A．奥斯特在实验中观察到电流的磁效应，该效应揭示了电和磁存在联系
B．法拉第在实验中观察到，在通有恒定电流的静止导线附近的固定线圈中会出现感应电流
C．普朗克为解释黑体辐射的实验结果提出了量子论的假说。
D．爱因斯坦为解释光电效应现象提出了光子说的假说
【答案】ACD
【详解】A．奥斯特在实验中观察到电流的磁效应，该效应揭示了电和磁存在联系，故A 正确；
B．法拉第在实验中观察到，在通有变化电流的静止导线附近的固定线圈中会出现感应电流，故B 错误；
C．普朗克为解释黑体辐射的实验结果提出了量子论的假说，故C 正确；
D．爱因斯坦为解释光电效应现象提出了光子说的假说，故D 正确。
故选ACD。
02 光电效应方程的应用
3．（2025·福建龙岩·二模）某种原子能级跃迁时放出三种频率分别为
、
、
的光子，且
。
若用这三种光照射图中的光电管时均能发生光电效应，则用频率为 （填“
”“
”或“
”）
的光照射时逸出光电子的最大初动能最大。欲使电流计G 示数为零，应将滑片P 向 （填向“左”
“右”）移动。
3
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【答案】
左
【详解】[1]根据光电效应方程
变形得
频率越大，能量越高，所以用频率为
的光照射时逸出光电子的最大初动能最大；
[2]根据电路图，结合逸出电子受到电场阻力时，电流计G 示数才可能为零，因只有K 的电势高于A 点，即
触头P 向左端滑动，才能实现微安表示数恰好变为零。
4．（24-25 高三上·福建·模拟练习）研究光电效应现象的实验装置如图所示。闭合开关S，当用单色光（光
子能量为4.7eV）照射到光电管阴极上时，电流表示数大于零。移动滑动变阻器的触头，当电压表的示数
大于或等于2.4V 时，电流表的示数为0，光电管阴极的逸出功为
，用光子能量为5.0eV 的单色光
照射光电管阴极，光电子的最大初动能为 eV，对应的遏止电压为 V。
【答案】 2.3 2.7 2.7
【详解】[1]当电压表的示数大于或等于时2.4V，电流表的示数为0，可知，遏止电压为2.4V，根据
可得
根据光电效应方程有
解得
4
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[2][3]用光子能量为5.0eV 的单色光照射光电管阴极，光电子的最大初动能为
根据
可得的遏止电压
03 EK-ν 图像
5．（2024·福建·三模）用不同频率的光照射锌板的表面，可得光电子最大初动能
随入射光频率
的变化
图像如图所示，图线与横轴、纵轴的截距分别为a、
，则锌的逸出功为 ，普朗克常量h 可
表示为 。（结果均用a、b 表示）
【答案】 b
【详解】[1][2]根据光电效应方程有
结合图像可知纵截距
可得锌的逸出功为
图像斜率为
5
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可得普朗克常量为
04 Uc-ν 图像
6．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；
6
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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。
05 I-U 图像
7．（2024·福建厦门·二模）在研究光电效应实验中，光电管的阴极材料为铯（Cs），用某一频率的光照射，
实验测得光电流I 随光电管两端电压U 变化图像如图所示，图像与横轴交点为
，已知铯的逸出功为
W，普朗克常量为h，电子电荷量的绝对值为e，则该实验产生的光电子的最大初动能为 ，入射光
的频率为 。
【答案】
【详解】[1]该实验产生的光电子的最大初动能为
[2]根据光电效应方程
，得入射光的频率为
8．（2024 高三上·福建三明·模拟练习）研究光电效应实验的电路如甲图所示，实验中光电流与电压的关系
如乙图所示。乙图中①、②两束入射光较强的是光束 （选填“①”或“②”）；光束①比光束③
7
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的频率 （选填“大”或“小”或“相等”）；用光束①照射K 极时，逸出的光电子的最大初动能
（已知电子电量为e）。
【答案】 ① 小
【详解】[1]由图乙可知，光束①照射K 极产生的饱和光电流比②的大，根据光电效应规律：用光照射金属
发生光电效应，光的强度越强，产生的光电子数目就越多，对应的光电流越大，故入射光较强的是光束①。
[2]根据光电效应方程可得
由图可知光束③的遏止电压大，故光束①比光束③的频率小。
[3]用光束①照射K 极时，逸出的光电子的最大初动能为
06 对康普顿效应的理解
9．（2023 高三上·福建龙岩）下列说法中正确的是（ ）
A．在康普顿效应中，当入射光子与晶体中的电子碰撞时，把一部分动量转移给电子，因此光子散射
后波长变长
B．a 粒子散射实验中少数a 粒子发生了较大偏转，这是卢瑟福猜想原子核式结构模型的主要依据之一
C．由波尔理论可知，氢原子的核外电子由较高能级跃迁到较低能级时，要释放一定频率的光子，同时
电子的动能减少，电势能增大
D．原子核发生α 衰变时，新核与原来的原子核相比，中子数减少了4
E．有核能释放的核反应一定有质量亏损
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【答案】ABE
【详解】A．在康普顿效应中，当入射光子与晶体中的电子碰撞时，把一部分动量转移给电子，根据
λ＝
光子散射后波长变长，故A 正确；
B．卢瑟福根据α 粒子散射实验中少数α 粒子发生了较大偏转，提出了原子核式结构模型，故B 正确；
C．由波尔理论可知，氢原子的核外电子由较高能级跃迁到较低能级时，要释放一定频率的光子，同时电
子的动能增加，电势能减小，故C 错误；
D．原子核发生α 衰变时，新核与原来的原子核相比，中子数减少了2，质子数也减小了2，故D 错误；
E．根据爱因斯坦质能方程，有核能释放的核反应一定有质量亏损，故E 正确。
故选ABE。
07 对波粒二象性的理解
10．（2025 高三·福建·专题练习）氢原子在量子物理和计量学领域扮演着举足轻重的角色。氢原子部分能
级图如图所示，大量处于
能级的氢原子向较低能级跃迁时，发射a、b、c 三种光子，其中a 是红光。
下列说法正确的是（ ）
A．三种光子的波长满足
B．三种光子的频率满足
C．b 光可能为红外线
D．三种光相比，a 光的粒子性更显著
【答案】B
【详解】根据氢原子能级及跃迁理论有
，
，
可得
，
，
，
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可得
b 光能量比a 光大，频率比a 光高，b 光不可能为红外线。根据光的波粒二象性理论，光的频率越高，粒子
性越显著，三种光相比较，c 光的粒子性更显著。
故选B。
11．关于光的波粒二象性，正确的说法是( )
A．光的频率越高，光子的能量越大，粒子性越显著
B．光的波长越长，光的能量越小，波动性越显著
C．频率高的光子不具有波动性，波长较长的光子不具有粒子性
D．个别光子产生的效果往往显示粒子性，大量光子产生的效果往往显示波动性
解析：选ABD 光具有波粒二象性，但在不同情况下表现不同，频率越高，波长越短，粒子性越强，
反之波动性明显，个别光子易显示粒子性，大量光子显示波动性，A、B、D 正确。
08 德布罗意波长的计算
12．（2025·四川·高考真题）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
【详解】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。
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1．（2024·福建泉州·二模）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产生光电流而引起报警。已知光电管阴极的金属发生光电效
应的截止频率为
，灯光中紫外线的频率为
，明火中紫外线的频率为
，则
（选填“>”“<”）；
已知普朗克常量为h，发生火灾时从光电管逸出的光电子的最大初动能为 。
【答案】 <
【详解】[1]由题知，其光电管的阴极对室内灯光中的紫外线毫无反应，说明
，被明火中的紫外线照
射时才会产生光电流，说明
，则
。
[2]由光电效应方程知
且
代入得
2．（2025·福建·模拟预测）甲图，一群处于
能级的氢原子受到动能为
的自由电子碰撞
（填“能”或“不能”）跃迁至
能级；从
跃迁至
能级释放出的谱线称为“巴尔末系”，现
从
、
、
三个能级跃迁至
能级产生的光子照射至乙图的光电管，形成的
图线如丙
图所示，则从
跃迁至
所形成的
图线为丙图中的 （填“a 光”、“b 光”或“c
光”）。
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【答案】 能 c 光
【详解】[1]自由电子
所以氢原子能跃迁至
能级；
[2]由光电效应方程
，从
跃迁至
的能量最小，则遏止电压最小，应是c 光。
3．（2024·福建福州·一模）某同学用如图甲所示的装置进行光电效应实验。用波长为
的光照射阴极K，
保持滑动变阻器的下滑片不动，调节滑动变阻器的上滑片P、测得流过灵敏电流计的电流I 与AK 之间的电
势差
满足如图乙所示的规律，已知电子的电荷量大小为。阴极材料的逸出功为
，下列说法正确的
是（ ）
A．将滑动变阻器的滑片P 由最左端向右移动的过程中电流I 逐渐增大
B．若用波长为
的光照射阴极K，则遏止电压将变为
C．只增加入射光的光照强度，
的绝对值会变大
D．只增加入射光的光照强度，电流I 的最大值会变大
【答案】BD
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【详解】A．滑动变阻器的滑片P 在最左端时
将滑动变阻器的滑片P 由左端向右移动，逐渐减小，电流I 逐渐减小，故A 错误；
B．由爱因斯坦光电效应方程可得
解得
故B 正确；
C．根据爱因斯坦光电效应方程
可得
可知只增加入射光的光照强度，
的绝对值不变，故C 错误；
D．只增加入射光的光照强度，则单位时间内产生的光电子数量增多，电流I 的最大值会变大，故D 正确。
故选BD。
4．（2024·福建福州·模拟预测）一群处于
能级的氢原子，向低能级跃迁的过程中能发出6 种不同频率
的光。将这些不同频率的光分别照射到图甲所示电路的阴极K 表面的金属上，只能测得2 条电流随电压变
化的图像，如图乙所示。已知氢原子的能级图如图丙所示，则下列说法正确的是（ ）
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A．动能为1eV 的电子能使处于
能级的氢原子电离
B．图乙中的a 光光子能量为12.75eV
C．图乙中的a 光是氢原子从
能级向基态跃迁发出的
D．阴极金属的逸出功可能为
【答案】AD
【详解】A．要使处于
能级的氢原子电离，入射电子的能量应大于0.85eV，故动能为1eV 的电子能使
处于
能级的氢原子电离，故A 正确。
BC．跃迁产生的6 种频率的光中只有2 种能使阴极金属发生光电效应，说明这2 种频率的光对应的能量最
大，即分别是氢原子从
能级向基态跃迁和从
能级向基态跃迁发出的，由图乙可知，b 光对应的遏
止电压较大，根据爱因斯坦光电效应方程
动能定理
可知a 光的频率较小，所以a 光是氢原子从
能级向基态跃迁发出的，对应的光子能量
故BC 错误。
D．阴极金属的逸出功大于氢原子
能级与基态的能量差，小于氢原子
能级与基态的能量差，即
故D 正确。
故选AD。
5.（2025·福建福州·模拟预测）平行光a 垂直射向一半径为R 的玻璃半球的平面，其截面如图所示，发现只
有P、Q 之间所对圆心角为60°的球面上有光射出，若仅将a 平行光换成b 平行光，测得有光射出的范围增
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大，则（ ）
A．玻璃对a 的折射率比对b 的折射率小
B．在真空中传播，b 光的传播速度较大
C．分别通过同一双缝干涉装置，b 光的相邻亮条纹间距大
D．若a 光照射某金属表面能发生光电效应，b 光也一定能
【答案】C
【详解】A．由题，玻璃半球面上只有P、Q 之间所对圆心角为60°的球面上有光射出，说明光线在P、Q
两点恰好发生全反射，由几何知识得到，光线在P、Q 两点的临界角为Ca=30°，换成平行光b，光射出的
范围变大，则Ca<Cb，由
，有na>nb，
B．在真空中传播，光的传播速度都为c，故B 错误；
C．因为na>nb，故λa<λb，根据
，知
，故C 正确；
D．因为na>nb，故νa>νb，根据爱因斯坦光电效应方程
，可知b 光照射某金属表面不一定能
发生光电效应，故D 错误。
故选C。
1．（2025·重庆·高考真题）在科学实验中可利用激光使原子减速，若一个处于基态的原子朝某方向运动，
吸收一个沿相反方向运动的能量为E 的光子后跃迁到相邻激发态，原子速度减小，动量变为P。普朗克常
量为h，光速为c，则（ ）
A．光子的波长为
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B．该原子吸收光子后质量减少了
C．该原子吸收光子后德布罗意波长为
D．一个波长更长的光子也能使该基态原子跃迁到激发态
【答案】C
【详解】A．光子能量公式为
解得波长
，故A 错误；
B．原子吸收光子后，能量增加
，根据质能方程
，质量应增加而非减少，故B 错误；
C．德布罗意波长公式为
，题目明确吸收后原子动量为
，因此波长为
，故C 正确；
D．吸收光子跃迁需光子能量严格等于能级差。波长更长的光子能量更低（
），无法满足跃迁
条件，故D 错误。
故选C。
2．（2025·江苏·高考真题）江门中微子实验室使用我国自主研发的光电倍增管，利用光电效应捕捉中微子
信息。光电倍增管阴极金属材料的逸出功为
，普朗克常量为h。
(1)求该金属的截止频率
；
(2)若频率为
的入射光能使该金属发生光电效应，求光电子的最大初动能
。
【答案】(1)
(2)
【详解】（1）根据题意，由光电效应方程有
当
时，可得该金属的截止频率
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（2）根据题意，由光电效应方程可得，光电子的最大初动能为
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