2026年高考物理一轮复习考点精讲精练(全国通用)第34讲光电效应波粒二象性(学生版+解析)

这是一份2026年高考物理一轮复习考点精讲精练(全国通用)第34讲光电效应波粒二象性(学生版+解析)，共13页。试卷主要包含了63×10－34 J·s，17×10−19J，29，与纵轴的交点的纵坐标为0等内容，欢迎下载使用。
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.
3.知道光的波粒二象性，知道物质波的概念．
考点一 光电效应的实验规律
1．光电效应
在光的照射下金属中的电子从金属表面逸出的现象，叫做光电效应，发射出来的电子叫做光电子．
2．实验规律
(1)每种金属都有一个极限频率．
(2)光子的最大初动能与入射光的强度无关，只随入射光的频率增大而增大．
(3)光照射到金属表面时，光电子的发射几乎是瞬时的．
(4)光电流的强度与入射光的强度成正比．
3．遏止电压与截止频率
(1)遏止电压：使光电流减小到零的反向电压Uc.
(2)截止频率：能使某种金属发生光电效应的最小频率叫做该种金属的截止频率(又叫极限频率)．不同的金属对应着不同的极限频率．
(3)逸出功：电子从金属中逸出所需做功的最小值，叫做该金属的逸出功．
考点二 光电效应方程和Ek－ν图象
1．光子说
爱因斯坦提出：空间传播的光不是连续的，而是一份一份的，每一份称为一个光子，光子具有的能量与光的频率成正比，即：ε＝hν，其中h＝6.63×10－34 J·s.
2．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Ek＝eq \f(1,2)mv2.
3．由Ek－ν图象(如图)可以得到的信息
(1)极限频率：图线与ν轴交点的横坐标νc.
(2)逸出功：图线与Ek轴交点的纵坐标的绝对值E＝W0.
(3)普朗克常量：图线的斜率k＝h.
考点三 光的波粒二象性、物质波
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
(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＝eq \f(h,p)，p为运动物体的动量，h为普朗克常量．
某科研团队设计了一种基于量子点材料的纳米级光电传感器，用于检测极微弱的光信号。其工作原理为：量子点材料在吸收光子时克服其带隙能量产生电子-空穴对，电子-空穴对在量子点内部的势阱中被束缚，形成激子（由一个电子和一个空穴通过库仑相互作用结合而成的准粒子）；当外加电场作用于该量子点时，激子会分离为自由电子和空穴，形成光电流。量子点可能吸收一个高能光子并产生多个激子。激子的束缚能是指将电子和空穴从激子状态分离为自由电子和空穴所需的能量，束缚能越大，激子越稳定，其表达式近似为Eb=ke2εr，电子和空穴之间的库仑力可表示为F=ke2εr2（r为电子和空穴之间的平均距离，ε为材料的介电常数，k为静电力常量，e为电子电荷量）。关于该光电传感器的工作特性，下列说法正确的是（ ）
A．只要外加电场强度大于ke2εr2，就能产生有效的光电流
B．增大外加电场强度，有效光电流可能不变
C．该光电传感器的工作原理与光电效应原理相同
D．产生一对自由电子和空穴需要的能量等于入射光子的能量与外加电场做功之和
【答案】B
【详解】A．电子和空穴之间的库仑力为F=ke2εr2，由E=Fq，当外加电场强度大于等于keεr2时，能产生有效的光电流，A错误；
B．若激子已经全部分离为自由电子和空穴，则即使增大外加电场强度，有效光电流也不变，B正确；
C．光电效应是金属中的电子吸收光子的能量，逸出金属表面形成光电流，该光电传感器是量子点材料吸收光子形成激子，当外加电场作用于该量子点时，激子会分离为自由电子和空穴，形成光电流，二者原理不同，C错误；
D．量子点材料首先要吸收光子克服其带隙能量产生电子-空穴对，电子-空穴对在量子点内部的势阱中被束缚，形成激子，当激子要分离为自由电子和空穴时，需要克服激子的束缚能，故产生一对自由电子和空穴需要的能量等于入射光子的能量减去激子的束缚能，与外加电场无关，D错误。
故选B。
《阳燧倒影》中记载的“凡宝石面凸，则光成一条，有数棱则必有一面五色”，表明白光通过多棱晶体折射会发生色散现象。如图所示，一束复色光射向截面为半圆形玻璃砖的中心O，有a、b两束单色光分别沿半径方向射出。下列说法正确的是（ ）
A．真空中a光光子能量小于b光光子能量
B．真空中a光光子动量大于b光光子动量
C．a光在玻璃砖中传播时间大于b光在玻璃砖中传播时间
D．a、b光分别作为同一双缝干涉装置光源时，a光的干涉条纹间距小于b光的干涉条纹间距
【答案】A
【详解】A．由题图可知，复色光射入玻璃砖后，a光的偏折程度小于b光的偏折程度，则玻璃砖对a光的折射率小于对b光的折射率，a光的频率小于b光的频率，根据ε=ℎν可知，真空中a光光子能量小于b光光子能量，故A正确；
B．根据光子动量表达式p=ℎλ=ℎνc
由于a光的频率小于b光的频率，可知真空中a光光子动量小于b光光子动量，故B错误；
C．根据v=cn，t=Rv
由于玻璃砖对a光的折射率小于对b光的折射率，则a光在玻璃砖中的传播速度较大，所以a光在玻璃砖中传播时间小于b光在玻璃砖中传播时间，故C错误；
D．由于a光的频率小于b光的频率，可知a光的波长大于b光的波长，a、b光分别作为同一双缝干涉装置光源时，根据Δx=Ldλ，可知a光的干涉条纹间距大于b光的干涉条纹间距，故D错误。
故选A。
如图1所示，小明用甲、乙、丙三束单色光分别照射同一光电管的阴极K，调节滑动变阻器的滑片P，得到了三条光电流I随电压U变化关系的曲线如图2所示。下列说法正确的是（ ）
A．甲光的光子能量最大
B．用乙光照射时饱和光电流最大
C．用乙光照射时光电子的最大初动能最大
D．分别射入同一单缝衍射装置时，乙光的中央亮条纹最宽
【答案】C
【详解】A．根据光电效应方程12mvm2=ℎν−W0
根据动能定理−eUc=0−12mvm2
解得ℎν=eUc+W0，
乙光对应的遏止电压Uc较大，对应的光子能量最大，A错误；
B．用甲光照射时饱和光电流最大，B错误；
C．根据动能定理−eUc=0−12mvm2
解得12mvm2=eUc
用乙光照射时光电子的最大初动能最大，C正确；
D．乙光的光子能量最大，频率最高，波长最短，分别射入同一单缝衍射装置时，乙光的中央亮条纹最窄，D错误。
故选C。
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ℎ=6.63×10−34J⋅s，电子的电荷量e=−1.6×10−19C，人眼能看见的最高能量的可见光为频率ν=7.8×1014Hz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E0=ℎν≈5.17×10−19J
则该紫光光子能量可表示为E0=5.17×10−191.6×10−19eV≈3.2eV
故选B。
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Uce=Ekm=ℎν−W逸出功
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。
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Ek=eUc=ℎν−W0，可知甲与丙的最大初动能相同；遏止电压Uc越大，光子频率ν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。
陪南南同学购买奶茶付款时，开开同学观察了条形码扫描笔，突然对此很感兴趣。查询资料后，得知某款条形码扫描笔的工作原理如图所示为：发光二极管发出的光频率为ν0，将扫描笔笔口打开，在条形码上匀速移动，遇到黑色线条光几乎全部被吸收；遇到白色线条光被大量反射到光电管中的金属表面（截止频率0.8ν0），产生光电流，如果光电流大于某个值，会使信号处理系统导通，将条形码变成一个个脉冲电信号。则（ ）
A．扫描笔在条形码上移动的速度不影响相邻脉冲电信号的时间间隔
B．频率为ν0的光照到光电管的金属表面立即产生光电子
C．若发光二极管发出频率为0.5ν0的光，扫描笔缓慢移动，也能正常识别条形码
D．将光电管中的金属更换成截止频率更大的材料，更易使得信号处理系统导通
【答案】B
【详解】A．扫描笔在条形码上移动的速度越快，相邻脉冲电信号的时间间隔就越短，所以扫描笔在条形码上移动的速度会影响相邻脉冲电信号的时间间隔，故A错误；
B．频率为ν0的光照到光电管发生光电效应是瞬间的，会立刻产生光电子，故B正确；
C．发光二极管发出频率为0.5ν0的光，小于截止频率，无法产生光电流，无法正常识别条形码，故C错误；
D．将光电管中的金属更换成截止频率更大的材料，此时发光二极管发出光的频率不一定超过截止频率，可能不会发生光电效应，因此不一定会使信号处理系统导通。故D错误。
故选B。
我国物理学家曾谨言曾说：“20世纪量子物理学所碰到的问题是如此复杂和困难，以至没有可能期望一个物理学家能一手把它发展成一个完整的理论体系。”下列一系列理论都和量子力学的建立紧密相关，其内容正确的是（ ）
A．普朗克黑体辐射理论认为：微观粒子的能量是分立的
B．玻尔的氢原子模型认为：电子绕核运动的轨道可以是任意半径
C．德布罗意的“物质波”假设认为：实物粒子也具有波动性，波长λ=pℎ
D．爱因斯坦的光电效应理论认为：光电子的最大初动能与入射光的强弱有关
【答案】A
【详解】A．普朗克黑体辐射理论提出微观粒子的能量是分立的，A正确；
B．玻尔的氢原子模型认为电子绕核运动的轨道不是任意半径，B错误；
C．德布罗意的“物质波”假设认为实物粒子也具有波动性，波长λ=ℎp，C错误；
D．爱因斯坦的光电效应理论认为光电子的最大初动能与入射光的频率有关，D错误。
故选A。
题型1光电效应方程的应用
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
【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。
利用如图所示的实验装置测量遏止电压Uc与入射光频率ν的关系。则（ ）
A．电源的左端应该为正极
B．逸出的光电子初速度一样大
C．增大入射光频率，遏止电压一定增大
D．电压表读数为0时，电流表的读数也为0
【答案】C
【详解】A．实验是测量遏止电压Uc与入射光频率ν的关系，所以光电管应加反向电压，电源右端应为正极，A错误；
B．从K板逸出的光电子速度有大有小，初速度不是一样大，B错误；
C．增大入射光频率，由ℎν−W0=Ekm、eUc=Ekm
可知遏止电压Uc增大，C正确；
D．A、K之间不加电压，K板仍然有光电子逸出，到达A板，电流表的读数不为0，D错误。
故选C。
在物理课上，张老师让同学们用“听觉”来感受光的变化，其原理简化图如图所示。用频率相同的一束蓝光照射光电管，调节滑动变阻器的滑片到适当位置，喇叭发出声音的大小可以反映照射光的亮暗变化。下列说法正确的是（ ）
A．该实验的主要原理是光的全反射
B．若仅将蓝光改成红光，实验演示一定能够成功
C．若仅将电源的极性互换，喇叭一定还会发出声音
D．逸出光电子的最大初动能与照射光的频率有关
【答案】D
【详解】A．该实验的原理是光电效应，A项错误；
B．若仅将蓝光改成红光，则照射光的频率变低，光电管有可能不发生光电效应，实验演示可能将无法进行，B项错误；
C．由题图可知光电管所加电压为正向电压，若仅将电源的极性互换，光电管加反向电压时可能不会形成光电流，喇叭可能不会发出声音，C项错误；
D．由爱因斯坦光电效应方程可知，逸出光电子的最大初动能与照射光的频率是一次函数关系，D项正确。
故选D。
题型2光电管问题
赫兹于1887年发现光电效应，而正确的解释为爱因斯坦所提出，这对波粒二象性概念的诞生有重大影响。如图所示为研究光电效应的实验装置，用A、B、C三种颜色或强度不同的单色光照射到极限频率为ν0的电极K上，发现微安表都有示数。图的三条曲线依次为用A、B、C三种光照射K极所得到的微安表示数随电压表变化的图像。下列说法正确的是（ ）
A．三种光的波长都大于cν0
B．将滑动变阻器的滑片P向a端移动可以使微安表的示数增大
C．让A、C两种光分别通过相同的双缝，A光得到的干涉条纹间距更宽
D．实验中的三种光，C光单位时间内照射到K极的能量一定最大
【答案】C
【详解】A．由于用A、B、C三种颜色或强度不同的单色光照射到极限频率为ν0的电极K上，发现微安表都有示数，则说明三种光均能发生光电效应，则入射光的频率大于极限频率，即ν>ν0，λ=cν
所以λW
得所辐射的光照射该金属能使该金属发生光电效应，故D正确。
故选AD。
题型4Uc-v图像
图甲所示实验装置中阴极K由金属M制成，由此装置测出金属M的遏止电压Uc与入射光的频率ν关系如图乙所示。已知普朗克常量ℎ=6.626×10−34J⋅s。下列说法正确的是（ ）
A．测量遏止电压时应将图甲中滑片P向a端移动
B．乙图中直线的斜率为普朗克常量h
C．由图乙可知金属M的逸出功约为4.27eV
D．图乙中A点对应的入射光光子动量大小数量级为10−27kg⋅m/s
【答案】AD
【详解】A．测量遏止电压时，应接反向电压，则应将图甲中滑片P向a端移动，故A正确；
B．根据光电效应方程和动能定理可得
Ek=ℎν−W0，Ek=eUc
联立可得
Uc=ℎeν−W0e
可知乙图中直线的斜率为ℎe，故B错误；
C．根据题意可知，当Uc=0时，可得金属M的逸出功为
W0=ℎv=6.626×10−34×4.3×1014J=6.626×10−34×4.3×10141.6×10−19eV≈1.78eV
故C错误；
D．图乙中A点对应的入射光光子动量大小为
p=ℎλ=ℎνc=6.626×10−34×5.5×10143×108kg⋅m/s≈1.2×10−27kg⋅m/s
故D正确。
故选AD。
用金属铷制成的光电管观测光电效应的装置如图甲所示，用不同频率的光照射该光电管，测得铷的遏止电压Uc与入射光频率ν的关系图像如图乙所示。已知普朗克常量h=6.6×10-34J·s。下列说法正确的是（ ）
A．要测量遏止电压，电源右端为正极
B．要测量饱和电流，电源右端为正极
C．由图像乙可知，铷的截止频率为νc=5.0×1014Hz
D．由图像乙计算可得金属铷的逸出功为W0=3.3×10−20J
【答案】AC
【详解】A．要测量遏止电压，则加反向电压，故电源右端为正极，故A正确；
B．要测量饱和电流，则加正向电压，故电源右端为负极，故B错误；
C．根据爱因斯坦光电效应方程
eUc=ℎν−W0
当Uc=0时，则铷的截止频率为
νc=5.0×1014Hz
故C正确；
D．由图像乙计算可得金属铷的逸出功为
W0=ℎνc=6.6×10−34×5.0×1014J=3.3×10−19J
故D错误。
故选AC。
题型5I-U图像
爱因斯坦提出的光子说成功地解释了光电效应的实验现象，在物理学发展历程中具有重大意义。如图所示为四个与光电效应有关的图像，下列说法正确的是（ ）
A．在图甲装置中，改用强度更大的红光照射锌板也一定有光电子飞出
B．由图乙可知，当正向电压增大时，光电流一定增大
C．由图丙可知，入射光的频率越高，金属的逸出功越大
D．由图丁可知，该图线的斜率为普朗克常量
【答案】D
【详解】A．是否能发生光电效应取决于入射光的频率，红光频率小于紫外线，则改用强度更大的红光照射锌板不一定有光电子飞出，故A错误；
B．当正向电压达到一定时，光电流达到饱和，再增大电压时，光电流保持不变，故B错误；
C．金属的逸出功取决于金属本身，与入射光频率无关，故C错误；
D．根据爱因斯坦光电效应方程
Ekm=ℎν−W0
图线斜率就是普朗克常量，故D正确。
故选D。
用图甲同一实验装置研究光电效应现象，分别用A、B、C三束光照射光电管阴极，得到光电管两端电压与相应的光电流的关系如图乙所示，其中A、C两束光照射时对应的遏止电压相同，均为Uc1，根据你所学的相关理论判断下列论述正确的是（ ）
A．B光束光子的动量最大
B．A、C两束光的波长相同，要比B的波长长
C．三个光束中B光束照射时单位时间内产生的光电子数量最多
D．三个光束中A光束照射时光电管发出的光电子最大初动能最大
【答案】AB
【详解】BD．光电流恰为零，此时光电管两端加的电压为截止电压，对应的光的频率为截止频率，根据光电效应方程
Ek=ℎν−W0
根据动能定理
eUc=Ek
可得
Uc=ℎνe−W0e
可知入射光的频率越高，对应的截止电压越大，A光、C光的截止电压相等，所以A光、C光的频率相等，则波长相同，同时它们的最大初动能也相等，而B光的频率最大，能量大，则最大初动能也大，且对应的波长最小，即A、C两束光的波长要比B的波长长，故B正确，D错误；
A．A、C两束光的波长相同，要比B的波长长，根据p=ℎλ可知，B光束光子的动量最大，故A正确；
C．由图可知，A的饱和电流最大，因此A光束照射时单位时间内产生的光电子数量最多，故C错误。
故选AB。
光电管是应用光电效应原理制成的光电转换器件，在有声电影、自动计数、自动报警等方面有着广泛的应用。现有含光电管的电路如图（a）所示，图（b）是用甲、乙、丙三束光分别照射光电管得到的I−U图线，Uc1、Uc2表示遏止电压。下列说法中正确的是（ ）
A．甲、乙是不同颜色的光且甲光束比乙光束的光照强度强
B．甲光照射时比丙光照射时产生的光电子的最大初动能小
C．分别用甲光、丙光照射同一双缝干涉实验装置，甲光照射比丙光照射形成的干涉条纹间距宽
D．甲、乙、丙三束光的光子动量p甲=p乙ν甲
则λ丙ν甲=ν乙
而光子动量因此光子动量之间的关系为p=ℎνc
所以甲、乙、丙三束光的光子动量p甲=p乙