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第59 讲 光电效应 波粒二象性
目录
01 考情解码·命题预警...............................................................................................................................1
02 体系构建·思维可视...............................................................................................................................3
03 核心突破·靶向攻坚...............................................................................................................................4
考点一 光电效应 ........................................................................................................................4
知识点1 光电效应现像及规律...................................................................................................4
知识点2 与光电效应有关的五组概念对比.................................................................................4
知识点3 光电效应的研究思路...................................................................................................4
知识点4 光电效应中三个重要关系............................................................................................5
考向1 光电效应的理解及规律
................................................................................................5
考向2 光电效应方程的应用
...................................................................................................6
考点二 光电效应的四类图像
.................................................................................................8
知识点 光电效应四类图像对比....................................................................................................8
考向1 EK-ν 图像.........................................................................................................................9
考向2 Uc-ν 图像......................................................................................................................10
考向3 I-U 图像.........................................................................................................................11
考点三 对波粒二象性、物质波的理解 .....................................................................................13
知识点1 波粒二象性、物质波...................................................................................................13
知识点2 对光的波粒二象性的理解...........................................................................................13
考向1 对康普顿效应的理解......................................................................................................13
考向2 对波粒二象性的理解......................................................................................................14
考向3 德布罗意波长的计算......................................................................................................15
04 真题溯源·考向感知.............................................................................................................................15
1
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考点
要求
考频
2025 年
2024 年
2023 年
（1）光电效应
（2）光的波粒二
象性
理解
低频
\
\
\
考情分析：
1.命题形式：单选题非选择题
2.命题分析：高考对光电效应和波粒二象性的考查较为频繁，大多以选择题中出现，题目难度要求大多不
是太高，较为基础。福建近三年考查以原子结构为主。
3.备考建议：本讲内容备考时候，需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、最大初
动能、截止频率等物理量，会分析光电效应的图像问题，理解物质波的概念，理解光的波粒二象性。
4.命题情境：
①生活实践类：光电开关/自动门，太阳能电池板等；
②学习探究类：光电子能谱仪，激光器工作原理、光电效应实验现象解释等。
5.常用方法：图像法、公式法
复习目标：
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
2
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3
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考点一 光电效应
知识点1 光电效应现像及规律
1．光电效应现象
(1)定义：在光的照射下，金属中的电子从表面逸出的现象，发射出来的电子叫光电子。
(2)产生条件：入射光的频率大于或等于金属的极限频率。
2．光电效应的三条规律
(1)每种金属都有一个极限频率，入射光的频率必须大于或等于这个极限频率才能产生光电效应。
(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是瞬时的，一般不超过10－9 s。
知识点2 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3 光电效应的研究思路
(1)两条线索：
4
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(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4 光电效应中三个重要关系
(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。
考向1 光电效应的理解及规律
例1 （2025·福建南平·模拟预测）如图（a）为某光电烟雾探测器的工作原理图，该探测器可用于火灾报
警。当烟雾进入检测室时，光源（S）发出的光被烟雾颗粒散射，部分散射光进入光电管（M）。光照射
到光电管中的钠表面时，会发生光电效应产生光电流，当光电流大于预设范围便会触发警报。已知烟雾浓
度越高，散射光越强，金属钠的遏止电压
随入射光频率
的变化规律如图（b）所示，电子电荷量大小
为，光速为。则（ ）
A．产生的光电子的最大初动能与烟雾浓度无关
B．
不变时，烟雾浓度越低，产生的光电流越大
C．要使钠发生光电效应，S 发出的光波波长应大于
D．金属钠的逸出功为
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【答案】AD
【详解】A．根据光电效应方程
光电子的最大初动能由光子频率和金属的逸出功决定，与烟雾浓度无关，故A 正确；
B．
不变，烟雾浓度越低，到达光电管M 的散射光越弱，产生的光电流越小，故B 错误；
C．发生光电效应的条件为光子频率大于极限频率
，根据
光波波长小于
才有光电子逸出，故C 错误；
D．根据
，
得
利用图（b）的斜率和横轴截距计算可得
，故D 正确。
故选AD。
【变式训练1·变载体】（2024·福建三明·三模）某学习小组用如图电路研究光电效应的规律。当用某种频
率的光照射阴极K 时，电流表有示数，则（ ）
A．换用不同频率的光照射，电流表仍有示数
B．只增加照射光的强度，电流表示数将增大
C．把电源的正负极对调，电流表将无示数
D．保持光照条件不变，调节滑动变阻器，逐渐提高电压，电流表示数将增大
【答案】B
【详解】A．当用某种频率的光照射有光电效应发生，说明光频率大于极限频率，换用其他频率的入射光
照射，有可能小于极限频率，不会产生光电效应，故A 错误；
B．增加照射光的强度，产生的光电子数更多，形成的光电流更大，故B 正确；
C．阴极逸出的光电子具有初动能，因此在外加电压调到零时仍有光电流。如果施加反向电压，在电压较
低时也还有光电流，只有当反向电压大于遏止电压时，光电流才为零，因此电源正负极对调后，只要电压
小于遏止电压仍有光电流，故C 错误；
D．产生光电效应时，在光照强度不变的情况下，光电流随电压的增大而增大，当电流增大到一定值后，
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即使电压再增大，电流也不再增加，达到一个饱和值，即为饱和电流。在光频率不变的情况下，入射光越
强，单位时间内逸出的电子数也越多，饱和电流越大，故D 错误。
故选B。
【变式训练2·变载体】 （2023·福建·模拟预测）近代物理和相应技术的发展，极大地改变了人类的生产和
生活方式，推动了人类文明的进步。关于近代物理知识下列说法正确的是（ ）
A．光电效应发生的条件是入射光的波长大于金属的极限波长
B．黑体辐射的电磁波的波长分布只与黑体的温度有关
C．光的干涉、衍射、偏振、康普顿效应证明了光具有波动性
D．德国物理学家普朗克提出了光的量子说，并成功地解释了光电效应现象
【答案】B
【详解】A．光电效应的发生条件是入射光的频率大于金属的极限频率，A 错误；
B．黑体辐射的电磁波的波长分布只与黑体的温度有关，温度越高波长短的部分占比越大，B 正确；
C．光的干涉、衍射、偏振，证明了光具有波动性，康普顿效应证明了光具有粒子性，C 错误；
D．德国物理学家普朗克提出了量子说，爱因斯坦解释了光电效应现象，D 错误。
故选B。
考向2 光电效应方程的应用
例2 （2025·福建漳州·模拟预测）光控继电器在光伏发电系统中用于控制太阳能电池板的开关和进行动态
监测。如图所示为光控继电器的原理示意图，它由电源、光电管、放大器、电磁继电器等组成，K 为光电
管阴极。用绿光照射K 时，能发生光电效应，衔铁被吸住，则（ ）
A．仅增大绿光照射强度，电磁铁磁性将变弱
B．仅增大绿光照射强度，电磁铁磁性将变强
C．改用紫光照射K 时，阴极金属材料的逸出功将变大
D．改用紫光照射K 时，光电子的最大初动能将变大
【答案】BD
【详解】A B．仅增大绿光照射强度，根据光电效应规律可知，单位时间内逸出的光电子数增多。光电子
数增多，经过放大器后，通过电磁铁的电流增大。又因为电流越大，电磁铁的磁性越强，所以仅增大绿光
照射强度时，电磁铁磁性将变强。故A 错误，B 正确；
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C．阴极金属材料的逸出功是金属的固有属性，只与金属材料本身有关，与入射光的频率无关。所以改用
紫光照射K 时，阴极金属材料的逸出功不变，故C 错误；
D．爱因斯坦光电效应方程为
根据爱因斯坦光电效应方程可判断，因为紫光频率大于绿光频率，而金属的逸出功
不变，所以改用紫光
照射K 时，光电子的最大初动能将变大，故D 正确。
故选BD。
【变式训练1·变考法】（2025·福建·二模）如图所示是利用光电管研究光电效应的实验电路图，用光子能
量为
的单色光照射光电管的阴极
，闭合开关
，调节滑动变阻器
，当电压表示数为
时，电
流表示数恰好为0，则（ ）
A．该阴极材料的逸出功为
B．该阴极材料的逸出功为
C．断开开关
，电流表示数为0
D．断开开关
，电流表示数不为0
【答案】AD
【详解】AB．根据光电效应方程，截止电压
满足
题目中给出截止电压
=0.7V，因此逸出功
1.8eV
故A 正确，B 错误；
CD．断开开关后，光电管电路依然闭合，只要发生光电效应，电流不为0，故C 错误，D 正确。
故选AD。
【变式训练2·变考法】（2025 高三·福建·专题练习）在光电效应实验中，某金属的截止频率对应的光的波
长为
，该金属的逸出功为 。若用波长为
的单色光照射该金属，逸出光电子的最大初动
能为 ；若照射光的频率减小（仍高于金属截止频率），则逸出光电子的最大初动能 （选填
“减小”“增大”或“不变”）。（已知元电荷为e、真空中的光速为c 和普朗克常量为h）
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【答案】
减小
【详解】[1]逸出功
[2]根据爱因斯坦光电效应方程可知，光电子的最大初动能
[3]根据爱因斯坦光电效应方程
可知入射光的频率
减小，逸出光电子的最大初动能
减小。
考点二 光电效应的四类图像
知识点 光电效应四类图像对比
图像名称
图线形状
读取信息
最大初动能Ek与入射光频
率ν 的关系图线
①截止频率(极限频率)：横轴截距
②逸出功：纵轴截距的绝对值W0＝|－
E|＝E
③普朗克常量：图线的斜率k＝h
遏止电压Uc与入射光频
率ν 的关系图线
①截止频率νc：横轴截距
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
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：横轴截距
②饱和光电流Im：电流的最大值
③最大初动能：Ekm＝eUc
颜色不同时，光电流与电
压的关系
①遏止电压Uc1、Uc2
②饱和光电流
③最大初动能Ek1＝eUc1，Ek2＝eUc2
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考向1 EK-ν 图像
例1 （2025·福建福州·模拟预测）利用如图甲所示的实验装置探究光电效应规律，图乙是该光电管发生光
电效应时光电子的最大初动能Ek与入射光频率
的关系图像，为测量电子的最大初动能，电源左侧应是
（填“正极”或“负极”），普朗克常量h= ，该金属的逸出功W0= 。
【答案】 负极
【详解】[1]为了测量电子的最大初动能，需要在光电管上加反向电压，使电子在光电管中做减速运动，当
电流表的示数为零时，此时光电管两端的电压即为遏止电压，可以根据动能定理计算电子的最大初动能，
故电源的左侧应为负极；
[2][3]根据光电效应方程可得
因此在
图像中，斜率表示普朗克常量，即
纵截距的绝对值即为金属的逸出功，即
考向2 Uc-ν 图像
例2（2024·福建厦门）如图是密立根于1916 年发表的钠金属光电效应的遏止电压Uc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（ ）
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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
D．遏止电压Uc与入射光频率
成正比
【答案】AC
【详解】A．根据遏止电压与最大初动能的关系有
根据电效应方程有
当结合图像可知，当
为0 时，解得
故A 正确；
B．根据遏止电压与最大初动能的关系有
根据电效应方程有
当结合图像可知，当
为0 时，解得
故B 错误；
C．结合遏止电压与光电效应方程可解得
可知，图中直线的斜率表示
，故C 正确；
D．根据遏止电压与入射光的频率关系式可知，遏止电压
与入射光频率
成线性关系，不是成正比，故
D 错误。
故选AC。
【变式训练】另一类光电烟雾探测器的原理如图（a），当有烟雾进入时，来自光源S 的光被烟雾散射后进
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入光电管C，光射到光电管中的钠表面时会产生光电流。传感器检测到光电流大于预设范围便会触发警报。
金属钠的遏止电压Uc随入射光频率
的变化规律如图（b）所示。
（1）光源S 发出的光波波长应小于 m。
（2）图（b）中图像的斜率为k，普朗克常量h＝ 。（电子电荷量e）
【答案】
【详解】[1]由图可知极限频率为
，光源S 发出的光波波长应小于
[2]根据光电效应方程
根据动能定理
整理得
图像的斜率为
解得普朗克常量为
考向3 I-U 图像
例3（2025 高三下·福建·阶段练习）如图甲所示实验装置中，分别用a、b 两束光照射阴极K，移动滑片
P，得到电压表示数U 与微安表示数I 的关系如图乙所示。下列说法正确的是（ ）
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A．测量遏止电压时，应将滑片P 向a 端移动
B．滑片P 向b 端移动时，微安表示数减小
C．a 光的频率可能大于b 光
D．a 光的光子动量可能大于b 光
【答案】A
【详解】A．图甲中滑片向a 端移动，所加为反向电压，测量遏止电压时，应将滑片P 向a 端移动，A 正
确；
B．滑片P 向b 端移动时，所加为正向电压，所以电流表的示数增大，B 错误；
C．由图乙知
光的遏止电压
大于
光的遏制电压
根据光电效应方程可知
故a 光的频率小于b 光，C 错误；
D．光子动量
故a 光光子动量小于b 光，D 错误。
故选A。
【变式训练1·变情境】（2024·福建泉州）用图甲所示装置研究光电效应，图中电源的极性可以
改变。用单色光照射光电管的阴极K，并在阳极A 和阴极K 之间加上反向电压，通过调节滑动变阻器的滑
片逐渐增大电压，直至电流计中电流恰为零，此时电压表的示数U 称为遏止电压。现分别用频率为
和
的单色光照射阴极（
），测量到遏止电压分别为
和
。图乙为频率为
的单色光的光电流与电
压关系图像。则（ ）
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A．若用频率更高的光照射光电管，则饱和光电流a 一定增大
B．加正向电压时，将滑片P 向右滑动，可增大光电子的最大初动能
C．由实验数据可得，阴极K 金属的极限频率
D．若入射光频率改为
，则图像与横轴交点在
光照射时的左侧
【答案】D
【详解】A．饱和电流的大小取决于入射光的强度，强度越大，饱和电流越大。故A 错误；
B．由光电效应方程
可知光电子的最大初动能与入射光的频率有关，与两端电压无关。故B 错误；
C．根据
，
联立，解得
故C 错误；
D．题中图像反应的是光电流随所加电压的变化图象，图线与横轴的交点表示的是遏止电压，根据C 选项
分析，可知
由于
解得
则图像与横轴交点在
光照射时的左侧。故D 正确。
故选D。
考点三 对波粒二象性、物质波的理解
知识点1 波粒二象性、物质波
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。
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3．光既具有波动性，又具有粒子性，称为光的波粒二象性。
4．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。
5．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2 对光的波粒二象性的理解
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
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
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＝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
考向1 对康普顿效应的理解
例1 （2024·福建福州·模拟预测）物理学作为一门高精密度的实验学科，应用在各个领域，下列说法正确
的是（ ）
A．泊松亮斑，说明光具有粒子性
B．利用偏振现象，可以用偏振片对声波进行阻隔，起到消音的效果
C．让激光束通过双狭缝，在光屏上出现条纹，波长越长，条纹间距越小
D．康普顿效应，说明光具有粒子性
【答案】D
【详解】A．泊松亮斑，说明光具有波动性，选项A 错误；
B．光波是横波，利用偏振现象，可以用偏振片对光波进行阻隔，声音通常是纵波，故偏振片起不到消音
的效果，故B 错误；
C．让激光束通过双狭缝，在光屏上出现条纹，根据
波长越长，条纹间距越大，选项C 错误；
D．康普顿效应，说明光具有粒子性，选项D 正确。
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故选D。
【变式训练·变情境】（24-25 高三上·福建·阶段练习）物理学家康普顿在研究石墨对X 射线的散射时，发
现在散射的X 射线中，部分波长发生改变，这个现象称为康普顿效应，我国物理学家吴有训进一步证实了
该效应的普遍性。如图所示，一个光子和一个静止的电子相互碰撞后，电子向某一个方向运动，光子沿另
一个方向散射出去，散射光子的频率 （填“变大”“变小”或“不变”），康普顿效应揭示了光的
（填“波动性”或“粒子性”）。
【答案】 变小 粒子性
【详解】[1]散射后的光子速度不变，但能量减小，根据
可知光子的频率变小；
[2]康普顿效应揭示了光的粒子性。
考向2 对波粒二象性的理解
例2 （2024 高三下·福建福州·期末）光的干涉和衍射说明了光具有 性，光电效应说明了光具有
性，彩虹呈现彩色属于光的 现象，光纤利用光的 现象，利用双缝干涉测光的波长原理表达式为
。
【答案】 波动 粒子 色散 全反射
【详解】[1][2]光的干涉和衍射说明了光具有波动性，光电效应说明了光具有粒子性。
[3][4]彩虹呈现彩色属于光的色散现象，光纤利用光的全反射现象。
[5]利用双缝干涉测光的波长原理表达式为
考向3 德布罗意波长的计算
例3（2025·浙江·高考真题）如图1 所示，三束由氢原子发出的可见光P、Q、R 分别由真空玻璃管的窗口
射向阴极K。调节滑动变阻器，记录电流表与电压表示数，两者关系如图2 所示。下列说法正确的是（
）
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A．分别射入同一单缝衍射装置时，Q 的中央亮纹比R 宽
B．P、Q 产生的光电子在K 处最小德布罗意波长，P 大于Q
C．氢原子向第一激发态跃迁发光时，三束光中Q 对应的能级最高
D．对应于图2 中的M 点，单位时间到达阳极A 的光电子数目，P 多于Q
【答案】BC
【详解】A．根据
因Q 的截止电压大于R，可知Q 的频率大于R 的频率，Q 的波长小于R 的波长，则分别射入同一单缝衍射
装置时，R 的衍射现象比Q 更明显，则Q 的中央亮纹比R 窄，选项A 错误；
B．同理可知P、Q 产生的光电子在K 处Q 的最大初动能比P 较大，根据
可知最小德布罗意波长，P 大于Q，选项B 正确；
C．因Q 对应的能量最大，则氢原子向第一激发态跃迁发光时，根据
可知三束光中Q 对应的能级最高，选项C 正确；
D．对应于图2 中的M 点，P 和Q 的光电流相等，可知P 和Q 单位时间到达阳极A 的光电子数目相等，选
项D 错误。
故选BC。
1．（2025·陕晋青宁卷·高考真题）我国首台拥有自主知识产权的场发射透射电镜TH—F120 实现了超高分
辨率成像，其分辨率提高利用了高速电子束波长远小于可见光波长的物理性质。一个静止的电子经
电压加速后，其德布罗意波长为
，若加速电压为
，不考虑相对论效应，则其德布罗意波长为
（ ）
A．
B．
C．
D．
【答案】C
【详解】设电子经过电压加速后速度大小为，由动能定理得
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电子的动量大小为
电子的德布罗意波长为
联立解得
因为
可解得
C 正确，ABD 错误。
故选C。
2．（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
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。
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