2026年高考物理一轮讲义+练习(湖南专用)第67讲光电效应波粒二象性(复习讲义)(学生版+解析)

这是一份2026年高考物理一轮讲义+练习(湖南专用)第67讲光电效应波粒二象性(复习讲义)(学生版+解析)，共25页。
\l "_Tc17176" 01考情解码 \l "_Tc7022" ·命题预警 \l "_Tc9285" PAGEREF _Tc9285 \h 2
02 \l "_Tc7022" 体系构建·思维可视 \l "_Tc32143" PAGEREF _Tc32143 \h 3
03 \l "_Tc306" 核心突破·靶向攻坚 \l "_Tc16269" PAGEREF _Tc16269 \h 4
\l "_Tc22763" 考点一 黑体辐射 能量子 PAGEREF _Tc22763 \h 4
\l "_Tc21500" 知识点1 黑体辐射 能量子 PAGEREF _Tc21500 \h 4
\l "_Tc7614" 考向1 黑体辐射 能量子 PAGEREF _Tc7614 \h 5
\l "_Tc7755" 考点二 光电效应 PAGEREF _Tc7755 \h 6
\l "_Tc5912" 知识点1 光电效应及其光电效应规律 PAGEREF _Tc5912 \h 6
\l "_Tc16773" 知识点2 光电效应图像问题 PAGEREF _Tc16773 \h 7
\l "_Tc14124" 考向1 光电效应及光电效应方程的应用 PAGEREF _Tc14124 \h 8
\l "_Tc7456" 考向2 光电效应图像问题 PAGEREF _Tc7456 \h 12
\l "_Tc25982" 考点三 波粒二象性 PAGEREF _Tc25982 \h 14
\l "_Tc28899" 知识点1 波粒二象性 PAGEREF _Tc28899 \h 14
\l "_Tc9519" 考向1 波粒二象性 PAGEREF _Tc9519 \h 15
04 \l "_Tc7022" 真题溯源·考向感知 \l "_Tc263" PAGEREF _Tc263 \h 16

考点一 黑体辐射 能量子
\l "_Tc25045" 知识点1 黑体辐射 能量子
1.热辐射
(1)定义：周围的一切物体都在辐射电磁波，这种辐射与物体的温度有关，所以叫热辐射。
(2)特点：热辐射强度按波长的分布情况随物体的温度不同而有所不同。
2.黑体辐射的实验规律
(1)对于一般材料的物体，辐射电磁波的情况除与温度有关外，还与材料的种类及表面状况有关。
(2)黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的温度有关.随着温度的升高，一方面，各种波长的辐射强度都有增加，另一方面，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动，如图1。
图1
3.能量子
(1)定义：普朗克认为，当带电微粒辐射或吸收能量时，以最小能量值为单位一份一份地辐射或吸收，这个不可再分的最小能量值ε叫做能量子。
(2)能量子大小：ε＝hν，其中ν是带电微粒吸收或辐射电磁波的频率，h被称为普朗克常量。h＝6.626×10－34 J·s(一般取h＝6.63×10－34 J·s)。
(3)发光功率与单个光子能量的关系：
发光功率P＝n·ε，其中n为单位时间发出的光子数目，ε为单个光子的能量。
\l "_Tc17630" 考向1 黑体辐射 能量子
例1．（2025·湖南·一模）中国科学家在国际上刊文宣布，通过我国高海拔宇宙线观测站“拉索”，在人类历史上首次找到能量高于1亿电子伏特的宇宙线起源天体。已知普朗克常量，电子的电荷量，人眼能看见的最高能量的可见光为频率的紫光，该紫光光子能量约为（ ）
A．1.2eVB．3.2eVC．4.1eVD．5.1eV
【答案】B
【详解】根据爱因斯坦的光子说，可得
则该紫光光子能量可表示为
故选B。
【变式训练1·变考法】（2025·湖南娄底·模拟预测）已知一个激光发射器功率为，发射波长为的光，光速为，普朗克常量为，则（ ）
A．光子的能量为B．光子的动量为
C．单位时间内激光器发射的光子数为D．在时间内激光器发射的光子数为
【答案】C
【详解】A．光子的能量，故A错误；
B．由德布罗意波长公式，光子的动量为，故B错误；
CD．设在时间内激光器发射的光子数为，由，可得
单位时间内激光器发射的光子数为，故C正确D错误。
故选 C。

考点二 光电效应
\l "_Tc25045" 知识点1 光电效应及其规律
1.光电效应及其规律
(1)光电效应现象
照射到金属表面的光，能使金属中的电子从表面逸出，这个现象称为光电效应，这种电子常被称为光电子。
(2)光电效应的产生条件
入射光的频率大于或等于金属的截止频率。
(3)光电效应规律
①每种金属都有一个截止频率νc，入射光的频率必须大于或等于这个截止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。
④当入射光的频率大于或等于截止频率时，入射光越强，饱和电流越大，逸出的光电子数越多，逸出光电子的数目与入射光的强度成正比，饱和电流的大小与入射光的强度成正比.
2.爱因斯坦光电效应方程
(1)光电效应方程
①表达式：hν＝Ek＋W0或Ek＝hν－W0。
②物理意义：金属中的电子吸收一个光子获得的能量是hν，这些能量的一部分用来克服金属的逸出功W0，剩下的表现为逸出后电子的最大初动能。
(2)逸出功W0：电子从金属中逸出所需做功的最小值，W0＝hνc＝heq \f(c,λc).
(3)最大初动能：发生光电效应时，金属表面上的电子吸收光子后克服原子核的引力逸出时所具有的动能的最大值.
\l "_Tc25045" 知识点2 光电效应图像问题
\l "_Tc17630" 考向1 光电效应及光电效应方程的应用
例1 （2025· 湖南省长沙市邵阳市等多校联考高三5月三模）如图所示为研究光电效应的实验电路图，以下说法正确的是（ ）
A. 光电效应中产生的电子称作光电子，是由原子核内放出的
B. 爱因斯坦的光电效应理论成功解释了实验现象，有力地支持了波动说
C. 将图中的滑片由C端向D端移动过程中电流表示数可能一直在增大
D. 用某一频率的光实验时有光电子逸出，现在将电源正负极调转，则无光电子逸出
【答案】C
【解析】
【详解】A．电效应中产生的电子称作光电子，是阴极上的电子吸收了光子的能量，从而脱离阴极板的束缚，运动到A极板，故A错误；
B．爱因斯坦的光电效应理论成功解释了实验现象，有力地支持了微粒说，故B错误；
C．将图中的滑片由C端向D端移动过程中，正向电压逐渐增大，电流表示数可能一直在增大，也可能先增大后不变，故C正确；
D．将电源正负极反接，光电子仍然会从金属板中逸出，只不过做减速运动，有可能到达另一侧极板，也有可能到达不了另一个极板，D错误。
故选C。
思维建模 分析光电问题技巧
【变式训练1】（2025· 湖南省长沙市湖南师范大学附属中学高三下学期一模）下列说法正确的是（ ）
A. 图甲为康普顿效应的示意图，入射光子与静止的电子发生碰撞，碰后散射光的波长变长
B. 在两种固体薄片上涂上蜡，用烧热的针接触固体背面上一点，蜡熔化的范围如图乙所示，则a一定是非晶体，b一定是晶体
C. 图丙中随着温度的升高，黑体辐射强度的极大值向频率较低的方向移动
D. 图丁光电效应实验中滑动变阻器的触头向右移动，电流表的示数一定增大
【答案】A
【解析】
【详解】A．图甲为康普顿效应的示意图，入射光子与静止的电子发生碰撞，碰后，入射光的动量减小，根据
可知，碰后散射光的波长变长，故A正确；
B．在两种固体薄片上涂上蜡，用烧热的针接触固体背面上一点，蜡熔化的范围如图乙所示，则a表现出各向同性，a可能是多晶体，也可能是非晶体，b表现出各向异性，b一定是单晶体，故B错误；
C．根据黑体辐射的规律，图丙中随着温度的升高，黑体辐射强度的极大值向频率较高的方向移动，故C错误；
D．图丁中光电效应实验中电源所加电压为加速电压，逸出的光电子加速到达A极，当滑动变阻器的触头向右移动时，加速电压增大，若电流没有达到饱和电流，电流表的示数先增大，达到饱和电流后，电流表的示数不变，故D错误。
故选A。
【变式训练2·】（2025·湖南长沙麓山外国语实验中学·一模）如图，间距为d的A、K极板足够大，将一束频率恰等于阴极K截止频率的光射向阴极K，移动滑动变阻器的滑片，当电压表示数为时，保持滑片位置不变，此时电流表有一定示数，已知电子的质量为m，电荷量大小为e。现在A、K间加一垂直纸面向里、平行于极板平面的可变磁场，调节磁场的磁感应强度大小的取值，下列磁场的磁感应强度大小的值可以使电流表示数变为零的是（ ）
A．B．
C．D．
【答案】BC
【知识点】带电粒子在叠加场中的一般曲线运动、爱因斯坦光电效应方程
【详解】一束频率恰等于阴极K截止频率的光射向阴极K，则溢出电子的初速度为0，将溢出的电子速度分解为平行K板向上的分速度和平行K板向下的分速度；其中平行K板向上的分速度受到的洛伦兹力与电场力平衡，则有
可得
可知电子在A、K间做两个分运动，其中一个分运动为平行K板向上的匀速直线运动，另一个分运动以速度大小在磁场中做匀速圆周运动，由洛伦兹力提供向心力得
可得
为了使电流表示数变为零，则电子不能到达A板，则应满足
联立可得磁感应强度应满足
故选BC。
【变式训练3·变考法】（2025·河北石家庄·三模）用如图所示的实验装置研究光电效应，滑动变阻器滑片P位于中间位置，当用某单色光照射金属阴极K时，观察到光电流。下列说法正确的是（ ）
A．增大入射光强度，光电子的最大初动能将增大
B．入射光频率越高，饱和光电流一定越大
C．将滑动变阻器滑片P滑至最左端时，没有光电流
D．施加反向电压时，遏止电压由入射光频率和阴极金属材料决定
【答案】D
【详解】A．光电子的最大初动能只与入射光的频率有关，与入射光强度无关，选项A错误；
B．饱和光电流大小与入射光的强度有关，当入射光强度一定时，入射光频率越高，则单位时间逸出光电子数目越小，则饱和光电流越小，选项B错误；
C．将滑动变阻器滑片P滑至最左端时，光电管正向电压为零，也会有光电子达到A极形成光电流，选项C错误；
D．施加反向电压时，根据
可知遏止电压由入射光频率和阴极金属材料决定，选项D正确。
故选D。
\l "_Tc17630" 考向2 光电效应图像问题
例1 （2025·全国·模拟预测）如图1所示，分别用单色光a、b照射光电管的阴极K，其光电流I随光电管两端电压U的变化规律如图2所示。下列说法正确的是（ ）
A．a光的频率大于b光的频率
B．真空中a光传播的速度大于b光传播的速度
C．a光光子的动量小于b光光子的动量
D．两种光经过同一障碍物，b光更容易发生明显衍射
【答案】C
【详解】A．由图2可知b光的遏止电压大于a光的遏止电压，根据
可知b光的频率大于a光的频率，A错误；
B．a、b光在真空中速度相等，B错误；
C．根据可知a光的波长大于b光的波长；
根据可知a光光子的动量小于b光光子的动量，C正确；
D．a光的波长大，相同条件下，两种光经过同一障碍物，a光更容易发生明显衍射，D错误。
故选C。
【变式训练1·变考法】2025·河南·二模）太阳能光伏发电将光能转换成电能，其原理是光电效应。如图所示为某金属材料发生光电效应时，光电子的最大初动能与入射光波长的关系图像，图像与横轴的交点为a，图像的虚线部分无限趋近这条直线，普朗克常量为h，则光在真空中的速度为（ ）
A．B．C．D．
【答案】B
【详解】由爱因斯坦光电效应方程得
根据图像可知，当时，
得
联立解得
故选B。
故选C。
【变式训练2·变考法】（2025·山东潍坊·二模）在光电效应实验中，小明用甲、乙、丙三种光分别照射同一光电管，得到的光电流I与电压U的关系曲线如图所示，下列说法正确的是（ ）
A．甲光照射时光电子的最大初动能比丙光大B．甲光的强度比丙光大
C．甲光的频率比乙光大D．乙光的波长比丙光长
【答案】B
【详解】结合图像，由光电子最大初动能公式，可知甲与丙的最大初动能相同；遏止电压越大，光子频率越大，甲光和丙光的频率相同，但甲光的强度比丙光大；乙光的频率最大，波长最短。故ACD均错误，只有B正确。
故选B。
28．

考点三 波粒二象性
\l "_Tc25045" 知识点1 波粒二象性
1.光的波粒二象性
(1)光的干涉、衍射、偏振现象证明光具有波动性。
(2)光电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。
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＝eq \f(h,p)，p为运动物体的动量，h为普朗克常量.
3.概率波
光的干涉现象是大量光子的运动遵循波动规律的表现，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。
\l "_Tc17630" 考向1 波粒二象性
例1 （2025·湖南·模拟预测）当某种光照射某新材料时，若发生光电效应，具有最大初动能的光电子形成相干电子束。用该电子束照射间距为d的双缝，在与双缝相距为L的观测屏上形成干涉条纹，测得第1条亮纹与第5条亮纹中心的间距为Δx。已知电子的质量为m，普朗克常量为h，该新材料的逸出功为W0，则该光的频率为（ ）
A．B．
C．D．
【答案】C
【详解】根据条纹间距公式，有
解得电子的德布罗意波长
又由，可得电子的动量
根据
可得电子的动能
又根据爱因斯坦光电效应方程，有
可得该光的频率为
故选C。
【变式训练1·变考法】（2025·湖南大联考·一模）量子技术是当前物理学应用研究的热点，下列关于量子论的说法正确的是（ ）
A．爱因斯坦提出能量子，成功解释了黑体辐射的规律
B．光电效应实验中，光强越强，光电子逸出时的最大初动能越大
C．康普顿效应表明光子既具有能量，又具有动量
D．德布罗意认为光具有波粒二象性，而实物粒子没有波动性
【答案】C
【知识点】理解量子化与能量子、爱因斯坦光电效应方程、康普顿效应的现象及其解释、实物粒子的波动性
【详解】A．普朗克提出的能量子学说成功解释了黑体辐射的规律，A错误；
B．光电效应实验中，根据可知光电子逸出时的最大初动能与光子频率和金属的逸出功有关，与光强无关，B错误；
C．康普顿效应表明光子既具有能量，又具有动量，体现了光子的粒子性，C正确；
D．德布罗意提出了物质波，认为实物粒子也具有波动性，D错误。
故选C。
【变式训练2·变考法】（2025·河南·模拟预测）国产光刻机实验中采用电子束曝光技术，通过控制电子束的德布罗意波长实现纳米级雕刻精度。已知电子经电压为的电场加速，取普朗克常量，电子电荷量，电子质量，不考虑相对论效应。则该电子的德布罗意波长约为（ ）
A．B．C．D．
【答案】B
【详解】根据动能定理有
动量
德布罗意波长
联立解得
故选B。
1．（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。
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。
3．（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
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。
4．（2025·山东·高考真题）在光电效应实验中，用频率和强度都相同的单色光分别照射编号为1、2、3的金属，所得遏止电压如图所示，关于光电子最大初动能的大小关系正确的是（ ）
A．B．
C．D．
【答案】B
【详解】根据光电子最大初动能与遏制电压的关系
根据图像有
故；
故选B。
5．（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
【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。
6．（2025·广东·高考真题）有甲、乙两种金属，甲的逸出功小于乙的逸出功。使用某频率的光分别照射这两种金属，只有甲发射光电子，其最大初动能为，下列说法正确的是（ ）
A．使用频率更小的光，可能使乙也发射光电子
B．使用频率更小的光，若仍能使甲发射光电子，则其最大初动能小于
C．频率不变，减弱光强，可能使乙也发射光电子
D．频率不变，减弱光强，若仍能使甲发射光电子，则其最大初动能小于
【答案】B
【详解】A．某频率的光不能使乙金属发生光电效应，说明此光的频率小于乙金属的截止频率，则换用频率更小的光不能发生光电效应，A错误；
B．由光电效应方程可知频率越大最大初动能越大，换用频率更小的光最大初动能小于，B正确；
C．频率不变则小于乙金属的截止频率，不会发生光电效应，C错误；
D．由可知频率不变最大初动能不变，D错误。
故选B。
7．（2024·湖南·高考真题） 量子技术是当前物理学应用研究的热点,下列关于量子论的说法正确的是( )
A.普朗克认为黑体辐射的能量是连续的
B.光电效应实验中,红光照射可以让电子从某金属表面逸出,若改用紫光照射也可以让电子从该金属表面逸出
C.康普顿研究石墨对X射线散射时,发现散射后仅有波长小于原波长的射线部分
D.德布罗意认为质子具有波动性,而电子不具有波动性
【答案】B
【详解】普朗克认为黑体辐射的能量是一份一份的,是量子化的,并不连续,A错误;发生光电效应的条件是ν>νc,紫光的频率高于红光的频率,光电效应实验中,红光照射可以让电子从某金属表面逸出,则改用紫光照射也可以让电子从该金属表现逸出,B正确;石墨对X射线散射的过程遵循动量守恒,光子和电子碰撞后,电子获得一定动量,光子动量变小,根据p=ℎλ可知波长应变长,所以散射后除了有与原波长相同的射线部分外,还有波长大于原波长的射线部分,C错误;德布罗意认为物质都具有波动性,包括质子和电子,D错误.
8．（2024·江苏·高考真题）如图所示，纳原子在几个能级间跃迁时辐射的光的波长分别为、、和。其中只有一种波长的光能使某种金属发生光电效应，该光的波长为（ ）
A．λ1B．λ2C．λ3D．λ4
【答案】C
【详解】根据光电方程可知当只有一种光子可使某金属发生光电效应，该光子对应的能量最大，根据图中能级图可知跃迁时对应波长为的光子能量最大。
故选C。
考点
要求
考频
2025年
2024年
2023年
光电效应
理解
低频
2024.湖南T1
\
光的波粒二象性
2024.湖南T1
考情分析：
1.命题形式：选择题非选择题
2.命题分析：湖南高考对光电效应和波粒二象性的考查较少，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。
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：
主要与光的波动性相联系
5.常用方法：图像法、公式法
复习目标：
1.知道什么是光电效应，理解光电效应的实验规律.
2.会利用光电效应方程计算逸出功、截止频率、最大初动能等物理量.
图象名称
图线形状
获取信息
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)νc：图线与ν轴交点的横坐标
②逸出功W0：图线与Ek轴交点的纵坐标的绝对值W0＝|－E|＝E
③普朗克常量h：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：图线与横轴的交点的横坐标
②遏止电压Uc：发生光电效应时，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(注：此时两极之间接反向电压)
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：图线与横轴的交点的横坐标
②饱和电流：电流的最大值
③最大初动能：Ek＝eUc
颜色不同时，光电流与电压的关系
①遏止电压Uc1、Uc2
②饱和电流
③最大初动能Ek1＝eUc1，Ek2＝eUc2