文档文本内容
第53
光电效应 波粒二象性
讲
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
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
效
的
律及光
效
方程。
电
应
电
应
规
2.理解和掌握光的波粒二象性
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：
(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
【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
【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
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
【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
【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）
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
率
频
)：横轴截距
②逸出功：纵轴截距的绝对值W0＝|－
E|＝E
普朗克常量：图线的斜率
③
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
普朗克常量
③
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
最大初动能：
③
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
最大初动能
③
Ek1＝eUc1，Ek2＝eUc2
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= 。
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（ ）
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
【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
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）
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（ ）
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
【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（ ）
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
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。
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
【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）。
“
”
“
”
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
。
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（
）
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
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．
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
