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第72 讲 光电效应 波粒二象性
目录
复习目标
网络构建
考点一 光电效应
【夯基·必备基础知识梳理】
知识点1 与光电效应有关的五组概念对比
知识点2 光电效应的研究思路
知识点3 三个定量关系式
知识点4 光电管问题
【提升·必考题型归纳】
考向1 光电效应方程的应用
考向2 光电管问题
考点二 光电效应的四类图像
【夯基·必备基础知识梳理】
知识点 光电效应的四类图像
【提升·必考题型归纳】
考向1 EK-ν 图像
考向2 Uc-ν 图像
考向3 I-U 图像
考点三 对波粒二象性、物质波的理解
【夯基·必备基础知识梳理】
知识点1 波粒二象性
知识点2 物质波
知识点3 对光的波粒二象性的进一步理解
【提升·必考题型归纳】
考向1 德布罗意波长
考向2 波粒二象性
真题感悟
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。
1
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考点要求
考题统计
考情分析
（1）光电效应
（2）光的波粒二象性
2023 年北京卷第14 题
2023 年海南卷第10 题
2023 年6 月浙江卷第15 题
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。
考点一 光电效应
知识点1 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。
光电效应 波粒二象性
光电效应
1. 光电效应规律
2. 光电效应方向
3. 光电管
光电效应的图像
1.Ek-ν 图像
2. Uc-ν 图像
3.I-U 图像
波粒二象性
1. 波粒二象性
2. 物质波
2
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(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2 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3 三个定量关系式
（1）爱因斯坦光电效应方程：Ek＝hν－W0.
（2）最大初动能与遏止电压的关系：Ek＝eUc.
（3）逸出功与截止频率的关系：W0＝hνc.
知识点4 光电管问题
(1)光电管加正向电压时的情况
①P 右移时,参与导电的光电子数增加;
②P 移到某一位置时,所有逸出的光电子恰好都参与了导电,光电流恰好达到最大值;
③P 再右移时,光电流不再增大。
3
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(2)光电管加反向电压时的情况
①P 右移时,参与导电的光电子数减少;
②P 移到某一位置时,所有逸出的光电子恰好都不参与导电,光电流恰好为0,此时光电管两端加的电压为遏止
电压;
③P 再右移时,光电流始终为0。
考向1 光电效应方程的应用
1．如图为光电管的示意图。若用波长为
的单色光照射该光电管时，两板间可产生的最大电压为
1.7V。取
，则下列判断正确的是（ ）
A．该光电管K 极的逸出功约为1.43eV
B．逸出光电子的最大初动能约为1.25eV
C．仅改变该单色光的强度，两板间的电压可能大于1.7V
D．若改用波长更长的单色光照射，两板间的电压可能大于1.7V
2．光电继电器是一种利用光电效应工作的仪器。当光照射到光电管阴极时，阴极会逸出光电子，此时放
大器中有电流流过，进而使得电磁继电器工作，实现自动控制。下列说法正确的是（ ）
A．只要入射光的强度足够大，光电管就能发生光电效应，与光的频率无关
B．保持入射光的强度不变，增大入射光的频率，放大器中的电流将变小
C．若将电源的正负极对调，放大器中的电流将减为零
D．若入射光的频率为
，阴极材料的逸出功为
，普朗克常量为h，则电子逸出时的动能为
考向2 光电管问题
4
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3．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
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，
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
4．如图是研究光电效应的实验装置，O 点是滑动变阻器的中点，变阻器阻值随滑片位置均匀变化。用某单
色光照射时，能够发生光电效应。若电源电动势为20V，内阻不计。滑动变阻器长为10cm，当滑片P 距离
a 端4cm 时，微安表示数恰为0，则（ ）
A．当滑片P 从此位置向左滑动时，微安表有电流
B．当滑片P 从此位置向右滑动时，微安表有电流
C．光电子最大初动能为2eV
D．光电子最大初动能为8eV
考点二 光电效应的四类图像
知识点 光电效应的四类图像
图像名称
图线形状
读取信息
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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
考向1 EK-ν 图像
1．爱因斯坦提出了光量子概念并成功地解释光电效应的规律而获得1921 年的诺贝尔物理学奖。某种金属
逸出光电子的最大初动能
与入射光频率
的关系如图2 所示，其中
为极限频率。从图中可以确定的
是（ ）
A．当入射光频率
时，会逸出光电子
B．该金属的逸出功与入射光频率
有关
C．最大初动能
与入射光强度成正比
D．图中直线的斜率为普朗克常量h
考向2 Uc-ν 图像
2．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
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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
考向3 I-U 图像
3．研究光电效应的电路如图所示，用蓝光、较强的黄光和较弱的黄光分别照射密封真空管中的金属极板
K，极板发射出的光电子在电路中形成的光电流I 与AK 之间的电压U 的关系图像如图乙所示。关于1、
2、3 三条曲线，下列说法正确的是（ ）
A．2、3 为用黄光照射时得到的曲线，曲线2 对应的黄光较强
B．1、3 为用黄光照射时得到的曲线，曲线1 对应的黄光较强
C．当滑动变阻器的滑片在最左端时，电流表示数一定为零
D．电压表示数越大，则光电流越大，截止频率越小
考点三 对波粒二象性、物质波的理解
知识点1 波粒二象性
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。
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知识点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。
知识点3 对光的波粒二象性的进一步理解
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 德布罗意波长
1．实物粒子的波动性不容易被观察到，可以利用金属晶格（大小约10-10m）作为障碍物观察电子的衍射图
样从而研究其波动性，方法是让电子通过电场加速，然后让电子束照射到金属晶格上，从而得到电子的衍
射图样。已知电子的质量为m、电荷量为e。初速度为零，加速电压为U，普朗克常量为h，则下列说法中
正确的是（ ）
A．该实验中加速电压U 形成的电场一定要是匀强电场
B．实验中电子束的德布罗意波长λ=
C．加速电压U 越大，电子束的衍射现象越不明显
D．若用速度相同的质子代替电子，衍射现象将更加明显
2．中国科幻大片《流浪地球》引起了巨大的观影热潮，在电影中，为了推动地球离开太阳系，人类在地
球上建造了上万座高耸入云的核聚变发动机。目前，人类首先要实现的是氘氚的核聚变，也是相对最容易
的一种核聚变。其具体的核反应方程式为
，氘核的质量为m1，氚核的质量为m2，氦核
的质量为m3，中子的质量为m4。核反应中放出γ 光子，该γ 光子照射到逸出功为W0的金属板上，打出的
光电子最大初动能为Ek，已知光电子的质量为m，光速为c，普朗克常量为h，则（ ）
A．核聚变反应释放的核能为
B．γ 光子来源于核外电子的能级跃迁
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C．光电子的德布罗意波长为
D．γ 光子的频率为
考向2 波粒二象性
3．关于粒子的说法，正确的是（ ）
A．发生
衰变时放出的
射线是电子流，射线来自原子核，说明原子核里有电子
B．德布罗意通过实验验证了实物粒子具有波动性
C．发生光电效应时，从金属表面逸出的光电子是一次性吸收光子的全部能量，不需要积累的时间
D．光子、电子、质子和中子是组成物质的不可再分的最基本粒子，叫作“基本粒子”
4．图甲、图乙分别是电子束穿过铝箔后的衍射图样和泊松亮斑，下列说法正确的是（ ）
A．图甲是泊松亮斑
B．图乙是干涉现象
C．图甲证明了电子的粒子性
D．图乙证明了光的波动性
（2023 年辽宁卷高考真题）原子处于磁场中，某些能级会发生劈裂。某种原子能级劈裂前后的部分能级图
如图所示，相应能级跃迁放出的光子分别设为①②③④。若用①照射某金属表面时能发生光电效应，且逸
出光电子的最大初动能为Ek，则（ ）
A．①和③的能量相等
B．②的频率大于④的频率
C．用②照射该金属一定能发生光电效应
D．用④照射该金属逸出光电子的最大初动能小于Ek
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