第十六章　原子物理学 第79课时　光电效应和波粒二象性　双基落实课

第79课时光电效应和波粒二象性[双基落实课]CONTENTS03立足“四层”·夯基础概念公式定理着眼“四翼”·探考点题型规律方法聚焦“素养”·提能力巧学妙解应用01立足“四层”·夯基础概念公式定理

（人教版选择性必修第三册P71问题）把一块锌板连接在验电器

上，并使锌板带负电，验电器指针张开。用紫外线灯照射锌板，观察

验电器指针的变化。判断下列说法的正误：（1）紫外线照射该金属极板时有光电子逸出，验电器的张角变小。

（

√

）（2）增大入射光的强度时，逸出的光电子初动能增大。

（

×

）（3）用绿光照射该金属极板时也一定能使验电器张角变小。

（

×

）（4）换用红外线照射时也一定能使验电器张角变小。

（

×

）√×××02着眼“四翼”·探考点题型规律方法考点一

黑体辐射和能量子

[素养自修类]1.【能量子公式ε＝hν的应用】（2022·全国乙卷17题）一点光源以113W的功率向周围所有方向均

匀地辐射波长约为6×10－7m的光，在离点光源距离为R处每秒垂直

通过每平方米的光子数为3×1014个。普朗克常量为h＝6.63×10－34

J·s。R约为（

）A.1×102mB.3×102mC.6×102mD.9×102m

2.【黑体辐射的实验规律】（多选）关于黑体辐射的实验规律如图所示，下列说法正确的是

（

）A.黑体能够完全吸收照射到它上面的光波B.随着温度的降低，各种波长的光辐射强度都有所增加C.随着温度的升高，辐射强度极大值向波长较长的方向移动D.黑体辐射的强度只与它的温度有关，与形状和黑体材料无关解析：

能完全吸收照射到它上面的各种频率的电磁辐射的物

体称为黑体，选项A正确；由题图可知，随着温度的降低，各种波

长的光辐射强度都有所减小，选项B错误；随着温度的升高，黑体

辐射强度的极大值向波长较短的方向移动，选项C错误；一般物体

辐射电磁波的情况与温度有关，还与材料的种类及表面情况有关，但黑体辐射电磁波的情况只与它的温度有关，选项D正确。

1.黑体辐射的实验规律随着温度的升高，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。2.能量子（1）普朗克假设：组成黑体的振动着的带电微粒的能量只能是某

一最小能量值ε的整数倍。例如，可能是ε或2ε、3ε……他把这

个不可再分的最小能量值ε叫作能量子。（2）表达式为ε＝hν，这里的ν是带电微粒的振动频率，即带电微粒

吸收或辐射电磁波的频率。考点二

光电效应规律的理解及应用

[互动共研类]1.光电效应的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。2.光电效应中三个重要关系式（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。3.光电管上加正向与反向电压情况分析

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

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【典例1】

用如图所示的实验装置研究光电效应现象。用光子能

量为2.75eV的光照射到光电管上时发生了光电效应，电流表G的示

数不为零，移动滑动变阻器的触点c，发现当电压表的示数大于或

等于1.7V时，电流表示数为零，则在该实验中（

）A.光电子的最大初动能为1.05eVB.光电管阴极的逸出功为1.7eVC.开关S断开，电流表G示数为零D.当触点c向a端滑动时，电压表示数增大解析：由题可知，遏止电压Uc＝1.7V，最大初动能Ek＝eUc＝1.7

eV，A错误；根据光电效应方程可知，逸出功W0＝E－Ek＝1.05

eV，B错误；断开开关S，光电效应依然发生，有光电流，光电

管、电流表、滑动变阻器构成闭合回路，电流表中电流不为零，C

错误；电源电压为反向电压，当触点c向a端滑动时，反向电压增

大，电压表示数增大，电流表示数减小，D正确。

1.【爱因斯坦光电效应方程的应用】光电管是一种利用光照产生电流的装置，当入射光照射在管中金属

板上时，可以形成光电流。表中记录了某同学进行光电管实验时的

数据。次入射光子能量/eV相对光强饱和光电流大小/mA逸出光电子的最大初

动能/eV14.0弱290.824.0中430.834.0强600.8由表中数据得出的以下论断中正确的是（

）A.三次实验采用了不同频率的入射光B.三次实验光电管中的金属板材质不同C.若入射光子的能量为5.0eV，不论光强多大，饱和光电流一定大于

60mAD.若入射光子的能量为5.0eV，逸出光电子的最大初动能为1.8eV解析：

入射光子的能量相同，根据ε＝hν可知三次实验采用了相

同频率的入射光，故A错误；三次实验中入射光子的能量与逸出光

电子的最大初动能相同，根据Ek＝hν－W0可知，三次实验中光电管

中金属板的逸出功相同，因此金属板材质相同，故B错误；饱和光

电流与光照强度有关，故C错误；根据Ek1＝ε1－W0，Ek2＝ε2－W0，

代入数据得Ek2＝1.8eV，故D正确。2.【对光子说的理解】（2023·浙江1月选考11题）被誉为“中国天眼”的大口径球面射电

望远镜已发现660余颗新脉冲星，领先世界。天眼对距地球为L的天

体进行观测，其接收光子的横截面半径为R。若天体射向天眼的辐

射光子中，有η（η＜1）倍被天眼接收，天眼每秒接收到该天体发

出的频率为ν的N个光子。普朗克常量为h，则该天体发射频率为ν光

子的功率为（

）

考点三

光电效应的图像问题

[多维探究类]

光电效应的三类图像的对比分析图像名称图像形状由图像直接（间接）得到的物理量最大初动能Ek与

入射光频率ν的

关系图像

（1）极限频率：图像与ν轴交点的

横坐标νc。（2）逸出功：图像与Ek轴交点的

纵坐标的绝对值W0＝｜－E｜＝

E。（3）普朗克常量：图像的斜率k＝

h图像名称图像形状由图像直接（间接）得到的物理量光电流I与

电压U的关

系图像颜色相同、强

度不同的光

（1）遏止电压Uc：图像与横轴的交点的

横坐标。（2）饱和光电流Im1、Im2：光电流的最大

值。（3）最大初动能：Ek＝eUc图像名称图像形状由图像直接（间接）得到的物理量光电流I与

电压U的关

系图像颜色不同的光

（1）遏止电压Uc1、Uc2：图像与横轴的

交点的横坐标。（2）饱和光电流：光电流的最大值。（3）最大初动能：Ek1＝eUc1，Ek2＝eUc2图像名称图像形状由图像直接（间接）得到的物理量遏止电压Uc

与入射光频

率ν的关系

图像

（1）极限频率νc：图像与横轴的交点的

横坐标。（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：等于图像的斜率与

电子电荷量的乘积，即h＝ke考向一

光电效应的Ek-ν图像问题【典例2】

用不同频率的紫外线分别照射钨和锌的表面而产生光电

效应，可得到光电子最大初动能Ek随入射光频率ν变化的Ek-ν图像，已

知钨的逸出功是4.54eV，锌的逸出功是3.34eV，若将二者的图线画

在同一个Ek-ν图像中，如图所示，用实线表示钨的Ek-ν图线，虚线表

示锌的Ek-ν图线，则正确反映这一过程的是（

）

考向二

光电效应的I-U图像问题【典例3】

在研究光电效应现象时，先后用单色光a、b、c照射同一

光电管，所得到的光电流I与光电管两端所加电压U间的关系曲线如图

所示，下列说法正确的是（

）A.b、c两种单色光的颜色相同B.a、b两种单色光的光照强度相同C.增大c光的光照强度，电路中的饱和电流将增大D.增大b光的光照强度，射出的光电子的最大初动能增大解析：根据题图可知单色光c的遏止电压小于单色光b的遏止电压，根

据eUc＝Ek＝hν－W0可知，b、c两种单色光频率不同，所以颜色不

同，故A错误；由题图可知单色光a、b的遏止电压相同，则单色光a、

b的频率相同，在光的频率相同的情况下，入射光越强，饱和电流越

大，单色光a的饱和电流大于单色光b的饱和电流，则单色光a的光照

强度大于单色光b的光照强度，故B错误；电路中的饱和电流与光照强

度有关，在其他条件相同的情况下，光照强度越大，光电流越大，故

增大c光的光照强度，电路中的饱和电流将增大，故C正确；射出的光

电子的最大初动能与光照强度无关，故D错误。考向三

光电效应的Uc-ν图像问题【典例4】

（2022·河北高考4题）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ν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hνcB.钠的截止频率为8.5×1014HzC.图中直线的斜率为普朗克常量hD.遏止电压Uc与入射光频率ν成正比

考点四

对波粒二象性和物质波的理解

[素养自修类]1.【对波粒二象性的理解】下图1是用很弱的光做双缝干涉实验得到的不同数量的光子照射到感

光胶片上的照片。下图2是1927年戴维森和G.P.汤姆孙分别完成的电

子衍射实验简化图，该实验是荣获诺贝尔奖的重大近代物理实验之

一。关于这两个图片，下列说法中正确的是（

）A.图1这些照片说明光只有粒子性没有波动性B.图1这些照片说明光只有波动性没有粒子性C.图2中该实验再次说明光子具有波动性D.图2中该实验说明实物粒子具有波动性解析：

光具有波粒二象性，题图1说明少量光子粒子性表现

明显，大量光子波动性表现明显，故A、B错误；题图2是电子

束的衍射实验，证明实物粒子具有波动性，而不是光子，故C错

误，D正确。2.【对康普顿效应的理解】实验表明：光子与速度不太大的电子碰撞发生散射时，光的波长会变长或者不变，这种现象叫康普顿散射，该过程遵循能量守恒定律和动量守恒定律。如果电子具有足够大的初速度，以至于在散射过程中有能量从电子转移到光子，则该散射被称为逆康普顿散射，这一现象已被实验证实，关于上述逆康普顿散射，下列说法正确的是（

）A.相对于散射前的入射光，散射光频率不变B.若散射前的入射光照射某金属表面时能发生光电效应，则散射光照

射该金属时，光电子的最大初动能将变大C.散射后电子的速度一定变大D.散射后电子的能量一定变大解析：

根据题意，在逆康普顿散射中，能量从电子转移到光

子，所以散射后电子的速度和能量变小，光子的能量变大，光子的

频率变大，故A、C、D错误；根据爱因斯坦光电效应方程Ek＝hν－

W0可知，h和W0为定值，ν越大，Ek越大，因此若散射前的入射光照

射某金属表面时能发生光电效应，则散射光照射该金属时，光电子

的最大初动能将变大，故B正确。3.【对物质波的理解】（2021·浙江6月选考13题）已知普朗克常量h＝6.63×10－34J·s，电

子的质量为9.11×10－31kg，一个电子和一滴直径约为4μm的油滴具

有相同动能，则电子与油滴的德布罗意波长之比的数量级为（

）A.10－8B.106C.108D.1016

1.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光的频率越低，其波动性越显著，越容易看到光的干涉

和衍射现象；光的频率越高，其粒子性越显著，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

03聚焦“素养”·提能力巧学妙解应用考点一

黑体辐射和能量子1.（2021·天津高考2题）光刻机是制造芯片的核心装备，利用光源发

出的紫外线，将精细图投影在硅片上，再经技术处理制成芯片。为

提高光刻机清晰投影最小图像的能力，在透镜组和硅片之间充有液

体。紫外线进入液体后与其在真空中相比（

）A.波长变短B.

光子能量增加C.频率降低D.

传播速度增大解析：

紫外线进入液体后，频率不变，光子能量不变，波长变

短，传播速度变小，选项A正确，B、C、D错误。1234567891011122.下列关于在两种不同温度下某一定质量的气体的分子速率分布图像

[纵坐标f（v）表示各速率区间的分子数占总分子数的百分比，横坐

标v表示分子的速率]和两种不同温度下黑体辐射的强度与波长的关

系的图像符合实验规律的是（

）123456789101112解析：

两种不同温度下某一定质量的气体的分子速率分布图像

与坐标轴围成的面积应相等，且温度较高的气体分子速率大的占比

更多，故A、B错误；黑体辐射的实验规律：随着温度的升高，一

方面各种波长的辐射强度都增加，另一方面辐射强度的极大值向波

长较短的方向移动，故C正确，D错误。123456789101112考点二

光电效应规律的理解及应用3.关于光电效应，下列说法正确的是（

）A.截止频率越大的金属材料逸出功越大B.只要光照射的时间足够长，任何金属都能发生光电效应C.从金属表面逸出的光电子的最大初动能越大，这种金属的逸出功越小D.入射光的光强一定时，频率越高，单位时间内逸出的光电子数就越多123456789101112解析：

逸出功W0＝hνc，W0∝νc，故A正确；只有照射光的频率ν

大于或等于金属截止频率νc，才能发生光电效应，故B错误；由光

电效应方程Ek＝hν－W0知，入射光频率ν不确定时，无法确定Ek与

W0的关系，故C错误；频率一定，入射光的光强越大，单位时间内

逸出的光电子数越多，故D错误。1234567891011124.如图所示，在研究光电效应的实验中，保持P的位置不变，用单色

光a照射阴极K，电流计G的指针不发生偏转；改用另一频率的单色

光b照射K，电流计的指针发生偏转，那么（

）A.增加a光的强度一定能使电流计的指针发生偏转B.用b光照射时通过电流计的电流由d到cC.增加b光的强度能使通过电流计的电流增大D.a光的波长一定小于b光的波长123456789101112解析：

用单色光a照射阴极K，电流计G的指针不发生偏转，说

明a光的频率小于阴极K的截止频率，增加a光的强度也无法使电流

计的指针发生偏转，故A错误；电子运动方向从d到c，电流方向从c

到d，故B错误；只增加b光的强度可以使光电流增大，使通过电流

计的电流增大，故C正确；b光能使阴极K发生光电效应，b光的频

率大于阴极K的截止频率也就大于a光的频率，b光的波长一定小于a

光的波长，故D错误。123456789101112考点三

光电效应的图像问题5.如图所示，分别用1、2两种材料作K极进行光电效应探究，其截止频率ν1＜ν2，保持入射光不变，则光电子到达A极时动能的最大值Ekm随电压U变化关系的图像是（

）123456789101112解析：

光电管所加电压为正向电压，则根据爱因斯坦光电效应

方程可知光电子到达A极时动能的最大值Ekm＝Ue＋hν－hν截止，可

知Ekm-U图像的斜率相同，均为e；截止频率越大，则图像在纵轴上

的截距越小，因ν1＜ν2，故C正确，A、B、D错误。1234567891011126.在研究光电效应中电子的发射情况与照射光的强弱、光的颜色的关

系时，将a、b、c三束光照射到同一光电管的阴极上，得到的光电

流与电压的关系如图所示，可知（

）A.a光的频率高于c光的频率B.c光的频率高于b光的频率C.单位时间内，c光入射的光子数大于b光入射的光子数D.a光照射时逸出光电子的最大初动能可能比b光照射时的大123456789101112解析：

由爱因斯坦光电效应方程得Ek＝hν－W0，其中Ek＝eUc，

可以看出遏止电压与频率呈线性关系，频率越大，遏止电压越大，

所以由题图可知，a光的频率等于c光的频率，c光的频率低于b光的

频率，故A、B错误；由题图可得，c光对应饱和光电流大于b光对

应的饱和光电流，因为饱和光电流越大，单位时间内逸出的光电子

数越多，且射入的光子数越多逸出的光电子数就越多，所以单位时

间内c光入射的光子数大于b光入射的光子数，故C正确；因为最大

初动能为Ek＝eUc，所以a光照射时逸出光电子的最大初动能一定比

b光照射时的小，故D错误。1234567891011127.某种金属发生光电效应时逸出光电子的最大初动能Ek与入射光频率ν的关系图像如图所示，图线与横轴的交点为ν0，图线的延长线与纵轴的交点为－E，下列说法正确的是（

）C.该金属的逸出功随入射光的频率的增大而减小D.入射光的频率越高，单位时间内逸出的光电子数越多123456789101112

123456789101112考点四

对波粒二象性和物质波的理解8.关于光的波粒二象性，下列说法正确的是（

）A.光既具有波动性，又具有粒子性，这是互相矛盾和对立的B.光的波动性类似于机械波，光的粒子性类似于质点C.大量光子才具有波动性，个别光子只具有粒子性D.由于光既具有波动性，又具有粒子性，无法只用其中一种去说明光

的一切行为，只能认为光具有波粒二象性123456789101112解析：

光既具有粒子性，又具有波动性，大量的光子波动性比

较明显，个别光子粒子性比较明显，并不矛盾和对立，故A错误；

光是概率波，不同于机械波；光的粒子性也不同于质点，即单个光

子既具有粒子性也具有波动性，故B错误；单个光子既具有粒子性

也具有波动性，只是大量的光子波动性比较明显，个别光子粒子性

比较明显，故C错误；由于光既具有波动性，又具有粒子性，即光

的波动性与粒子性是光子本身的一种属性，故无法只用其中一种去

说明光的一切行为，只能认为光具有波粒二象性，故D正确。1234567891011129.（多选）（2023·海南高考10题）已知一个激光发射器功率为P，发

射波长为λ的光，光速为c，普朗克常量为h，则（

）123456789101112

123456789101112

10.（多选）（2023·浙江6月选考15题