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第十六章 近代物理
微专题103 光电效应 波粒二象性
1．理解波粒二象性，知道光的干涉、衍射、偏振现象表明光具有波动性，光电效应、康普
顿效应表明光具有粒子性。2.理解爱因斯坦光电效应方程Ek＝hν－W0。其中Ek＝eUc，Uc为
遏止电压。利用W0＝hνc确定截止频率。
1．(多选)关于波粒二象性，下列说法正确的是( )
A．光电效应证明了光具有粒子性
B．与实物粒子相联系的波被称为物质波
C．不仅光子具有波粒二象性，一切运动的微粒都具有波粒二象性
D．电子绕原子核运动时只能在一定的轨道上运动，此时电子只有粒子性，没有波动性
答案 ABC
解析 光电效应证明了光具有粒子性，选项A 正确；由物质波的定义知，选项B 正确；不
仅光子具有波粒二象性，一切运动的微粒都具有波粒二象性，选项C 正确；一切运动的微
粒都具有波粒二象性，电子绕原子核运动，此时电子不只有粒子性，也有波动性，选项D
错误。
2．影响显微镜分辨本领的一个因素是波的衍射，衍射现象越明显，分辨本领越低。利用电
子束工作的电子显微镜有较高的分辨本领，它利用高压对电子束加速，最后打在感光胶片上
来观察显微图像。以下说法正确的是( )
A．加速电压越高，电子的波长越长，分辨本领越强
B．加速电压越高，电子的波长越短，衍射现象越明显
C．如果加速电压相同，则用质子流工作的显微镜比用电子流工作的显微镜分辨本领强
D．如果加速电压相同，则用质子流工作的显微镜比用电子流工作的显微镜分辨本领弱
答案 C
解析 设加速电压为U，电子电荷量为e，质量为m，则Ek＝mv2＝eU＝，又p＝，故eU
＝，可得 λ＝，对电子来说，加速电压越高，λ 越短，衍射现象越不明显，分辨本领越强，
故A、B 错误；电子与质子比较，因质子质量比电子质量大得多，可知质子加速后的波长要
短得多，衍射现象不明显，分辨本领强，故C 正确，D 错误。
3. (2023·河南新乡市长垣一中校考)如图所示为玻尔理论的氢原子能级图，当一群处于激发
态n＝3 能级的氢原子向低能级跃迁时，发出的光中有两种频率的光能使某种金属发生光电
效应，以下说法中正确的是( )
1
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A．这群氢原子由n＝3 能级向低能级跃迁时能发出6 种不同频率的光
B．这种金属的逸出功一定小于10.2 eV
C．用发出的波长最短的光照射该金属时产生光电子的最大初动能一定大于3.4 eV
D．由n＝3 能级跃迁到n＝2 能级时产生的光一定能够使该金属发生光电效应
答案 B
解析 一群氢原子由n＝3 能级向低能级跃迁时，可辐射出3 种不同频率的光，光子的能量
分别为12.09 eV、10.2 eV、1.89 eV；根据光电效应方程可知，这种金属的逸出功一定小于
10.2 eV，故A 错误，B 正确；用波长最短(即光子能量为12.09 eV)的光照射该金属时，光电
子的最大初动能一定大于Ek＝12.09 eV－10.2 eV＝1.89 eV，不一定大于3.4 eV，故C 错误；
由题意可知只有两种频率的光能使该金属发生光电效应，由n＝3 能级跃迁到n＝2 能级时产
生的光，不能使该金属发生光电效应，故D 错误。
4. (2024·湖南彬州市第一中学校考)小刘同学用如图所示的装置研究光电效应，已知a 光的
频率小于b 光的频率，两种光都能使阴极K 发生光电效应，其中电压表可双向偏转。则下
列说法正确的是( )
A．用a 光照射，开关S 接1 可研究光电管中电流随电压U 的变化情况
B．分别用两种光照射阴极K，开关S 接2 时，当电流表的示数为0 时，Ua>Ub
C．减小a 光的强度，阴极K 可能不发生光电效应
D．a 光照射阴极K 产生的最大初动能的光电子对应的物质波长小于b 光照射阴极K 产生的
最大初动能的光电子对应的物质波长
答案 A
解析 开关S 接1，光电管上施加的是正向加速电压，可研究光电管中电流随电压U 的变化
情况，故A 正确；开关S 接2 时，光电管上施加的是反向减速电压，根据Ekm＝hν－W0，eUc
＝Ekm，联立解得Uc＝，由于νa<νb，可知Ua<Ub，故B 错误；发生光电效应的条件是入射光
的频率大于或等于截止频率，与光的强度无关，C 错误；根据上述可知，由于a 光的频率小
于b 光的频率，则a 光照射阴极K 产生光电子的最大初动能小一些，该光电子的最大动量也
2
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小一些，根据λ＝可知，a 光照射阴极K 产生的最大初动能的光电子对应的物质波长大于b
光照射阴极K 产生的最大初动能的光电子对应的物质波长，故D 错误。
5．(2023·河南开封市期末)研究某种金属的光电效应规律，所得相关图像分别如图甲、乙、
丙、丁所示，Ek为光电子的最大初动能、ν 为入射光的频率、I 为光电流、U 为两极板间的
电压、Uc为遏止电压。下列说法正确的是( )
A．由图甲知，入射光的频率为时，产生的光电子的最大初动能为
B．由图乙知，入射光的光照强度越大，光电子的最大初动能越大
C．由图丙知，入射光2 的频率大于入射光1 的频率
D．由图丁知，入射光的频率大于νc时，入射光的频率越大，遏止电压越大
答案 D
解析 根据Ek＝hν－W0，W0＝hνc，结合题图甲可知，νc为截止频率，则当入射光的频率为
时，不能发生光电效应，不能产生光电子，故A 错误；光电子的最大初动能由入射光的频
率与金属的逸出功共同决定，与光照强度无关，故B 错误；根据题图丙可知Uc1>Uc2，根据
eUc1＝Ek1＝hν1－W0，eUc2＝Ek2＝hν2－W0，则有ν1>ν2，即入射光2 的频率小于入射光1 的频
率，故C 错误；由题图丁可看出入射光的频率大于νc时，入射光的频率越大，遏止电压越
大，故D 正确。
6. (2023·山东潍坊市模拟)用不同波长的光照射光电管阴极探究光电效应的规律时，根据光
电管的遏止电压Uc与对应入射光的波长λ 作出的Uc－图像如图所示。已知光电子的电荷量
大小为e，光速为c，下列说法正确的是( )
A．该光电管阴极材料的逸出功大小为ac
B．当用波长λ＝的光照射光电管阴极时，光电子的最大初动能为be
C．当用波长λ<的光照射光电管的阴极时，不发生光电效应
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D．当用波长λ<的光照射光电管的阴极时，光电子的最大初动能与成正比
答案 B
解析 根据eUc＝hν－W0＝－W0，则有Uc＝·－，结合图像可知当横坐标为a 时，纵坐标为
0，即有0＝a－，解得W0＝hac，A 错误；根据图像，结合上述有－＝－b，解得W0＝be，
当用波长λ＝的光照射光电管阴极时，即有＝2a，则有Ekmax＝h·－W0＝2hac－hac＝W0＝
be，B 正确；根据上述可知，极限波长λc＝，波长越短频率越大，则当用波长λ<的光照射光
电管阴极时，能够发生光电效应，C 错误；当用波长λ<的光照射光电管阴极时，根据Ekm＝
h－W0，可知，光电子的最大初动能与成线性关系，不成正比，D 错误。
7．(多选)(2023·湖南省模拟)如图所示，甲为氢原子的能级图，乙为研究光电效应的实验电
路图。用一束能量为12.79 eV 的电子束轰击一群处于基态的氢原子，氢原子就会发生跃迁，
被激发后的氢原子不稳定，向低能级跃迁，辐射出的光子照射到用逸出功是4.54 eV 钨做
成K 极的光电管上。关于本次实验，下列说法中正确的是( )
A．激发后氢原子能辐射出6 种不同频率的光子
B．氢原子辐射出的各种频率光都能使钨做成K 极的光电管发生光电效应
C．乙图中，若将滑动变阻器滑片右移，微安表的示数可能为零
D．乙图中，若将电源反接，电路中不可能有光电流产生
答案 AC
解析 根据氢原子的能级图可知，电子束能量可以使基态氢原子被激发到第4 能级，而大量
处于第4 能级的氢原子向低能级跃迁时产生C＝6 种不同频率的光子，故A 正确；要使钨做
成K 极的光电管发生光电效应，应满足hν>W0，由n＝4 到n＝3 能级，辐射出的光子能量为
E4－E3＝0.66 eV，由n＝4 到n＝2 能级，辐射出的光子能量为E4－E2＝2.55 eV，由n＝4 到
n＝1 能级，辐射出的光子能量为E4－E1＝12.75 eV，由n＝3 到n＝2 能级，辐射出的光子能
量为E3－E2＝1.89 eV，由n＝3 到n＝1 能级，辐射出的光子能量为E3－E1＝12.09 eV，由n
＝2 到n＝1 能级，辐射出的光子能量为hν＝E2－E1＝10.2 eV。由此可知，只有3 种频率的
光能使钨做成K 极的光电管发生光电效应，故B 错误；题图乙中，若将滑动变阻器滑片右
移，反向电压增大，所以微安表的示数可能为零，故C 正确；题图乙中，若将电源反接，
对光电管加正向电压，所以电路中一直有光电流产生，故D 错误。
8．(多选)(2023·贵州贵阳市检测)如图是某金属光电效应的遏止电压Uc与入射光频率ν 的实
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验图线。已知电子的电荷量，由此图像和爱因斯坦光电效应方程可知( )
A．该金属的逸出功
B．该金属的逸出功与入射光频率无关
C．图中直线的斜率为普朗克常量
D．遏止电压Uc与入射光频率ν 成正比
答案 AB
解析 该金属的逸出功由金属自身决定，与入射光频率无关，故B 正确；由eUc＝hν－W0可
得Uc＝ν－，题图中直线的斜率为k＝，故C 错误；由Uc＝ν－，可知遏止电压Uc与入射光
频率ν 成一次函数关系，不是正比关系，故D 错误；当Uc＝0 时，可得该金属的逸出功W0
＝hνc，由题图可知νc≈4.25×1014 Hz，故可求出该金属的逸出功，故A 正确。
9．(多选)1921 年中国留美学生叶企孙利用X 射线测算出普朗克常量的值，这一结果随后在
科学界延用16 年之久。利用光电效应也可以测定普朗克常量，图甲为光电效应实验原理图，
实验中可调节光电管两端的反向电压U 使电流表示数恰好为零。通过改变入射光的频率ν 重
复上述操作，获取若干对ν、U 数据，依数据作U－ν 图像如图乙所示，已知电子电荷量大
小为e。则下列说法正确的是( )
A．普朗克常量可表示为
B．普朗克常量可表示为
C．阴极K 的逸出功为eU2
D．阴极K 的逸出功为
答案 BC
解析 根据光电效应方程可得Ue＝Ek＝hν－hν0，即U＝ν－，由题图乙可知＝，解得h
＝，选项A 错误，B 正确；阴极K 的逸出功为W＝hν0＝，或者由于＝，则阴极K 的逸出功
为W＝hν0＝eU2，选项C 正确，D 错误。
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