2025年高考物理复习讲义：波粒二象性（含解析）

第1讲波粒二象性

素养目标1.知道光电效应、光电子、饱和光电流、遏止电压、截止频率、逸出功、德

布罗意波的概念.(物理观念)2.了解爱因斯坦光电效应方程.(物理观念)3.了解光和实物粒

子的波粒二象性.(物理观念)4.能用光电效应的规律解释光电效应现象.(科学思维)5.会用

爱因斯坦光电效应方程求解相关物理量.(科学思维)

理清教材‘强基固本基础梳理•通教材

1必备知识

一、光电效应

1.光电效应现象：在光的照射下金属中的电子从金属表面逸出的现象，称为光电效应，

发射出来的电子称为光电子.

2.光电效应的四个规律

(1)每种金属都有一个截止频率.

(2)光电子的最大初动能与入射光的强度无关，只随入射光的频茎增大而增大.

(3)光照射到金属表面时，光电子的发射几乎是瞬时的.

(4)饱和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

(2)截止频率：能使某种金属发生光电效应的最小频率称为该种金属的截止频率(又称极

限频率).不同的金属对应着不同的截止频率.

二、爱因斯坦光电效应方程

1.光子说：光是不连续的，是一份一份的，每一份光叫一个光子，一个光子的能量为

s=hv.

2.逸出功：使电子脱离某种金属所做功的最小值,用廊表示，不同金属的逸出功不

同.

3.爱因斯坦光电效应方程

(1)表达式：瓦=加，一%.

(2)物理意义：金属中的电子吸收一个光子获得的能量是/”，这些能量的一部分用来克

服金属的逸出功用,剩下的表现为逸出后电子的最大初动能E=-mvl.

k2e

三、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）光电效应和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.

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之对应,

其波长p为运动物体的动量，h为普朗克常量.

2自主速测

1.思维辨析

（1）只要光照射的时间足够长，任何金属都能产生光电效应.（）

（2）光电子就是光子.（）

（3）极限频率越大的金属材料逸出功越大.（）

（4）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.（）

（5）入射光的频率越大，逸出功越大.（）

2.如图所示，用紫外线灯照射锌板，发现验电器的指针偏转，以下说法正确的是（）

验电器锌板

A.锌板带正电，指针带负电

B.锌板带负电，指针带正电

C.锌板带正电，指针带正电

D.锌板带负电，指针带负电

3.（多选）下列对光的波粒二象性的说法正确的是（）

A.光子不仅具有能量，也具有动量

B.光的波粒二象性指光有时表现为波动性，有时表现为粒子性

C.运动的实物粒子也有波动性，波长与粒子动量的关系为;1=2

D.光波和物质波，本质上都是概率波

r

全线突破考点研究•清障碍

光电效应现象和规律

1核心归纳

1.两条对应关系

(1)光强大一光子数目多一发射光电子多一光电流饱和值大.

(2)光子频率高一光子能量大一光电子的最大初动能大.

2.光电效应中的三个关系

(1)爱因斯坦光电效应方程：氐=加，一麻.

(2)光电子的最大初动能Ek：可以利用光电管用实验的方法测得，即Ek=e&,其中&

是遏止电压.

(3)光电效应方程中的版为逸出功，它与金属的截止频率先的关系是妁三处c.

3.光电效应现象的四点说明

(1)能否发生光电效应，不取决于光的强度而取决于光的频率.

(2)光电效应中的“光”不是特指可见光，也包括不可见光.

(3)逸出功的大小由金属本身决定，与入射光无关.

(4)光电子不是光子，而是电子.

典例1(2019•北京卷)光电管是一种利用光照射产生电流的装置，当入射光照在管中金

属板上时，可能形成光电流.表中给出了6次实验的结果.

逸出光电

入射光子的能量光电流大小

组次相对光强子的最大

/eV/mA

初动能/eV

弱

14.0290.9

第一组24.0中430.9

34.0强600.9

弱

46.0272.9

第二组56.0中402.9

66.0强552.9

由表中数据得出的论断中不正确的是()

A.两组实验采用了不同频率的入射光

B.两组实验所用的金属板材质不同

C.若入射光子的能量为5.0eV,逸出光电子的最大初动能为1.9eV

D.若入射光子的能量为5.0eV,相对光强越强，光电流越大

2多维专训

1.［对光电效应现象的理解］“微光夜视仪”是利用光电效应原理工作的一种仪器.被视

物体反射的红外辐射照射在“银氧钠”阴极上激发出光电子，电子的电荷量大小为e,下列说

法正确的是()

A.红外辐射的频率可以很低，但辐射强度必须足够大才能发生光电效应

B.向右调节滑动变阻器的滑片，电流表的示数将随电压表示数的增大而增大

C.保持红外辐射强度不变，提高红外辐射的频率，则饱和电流值将减小

D.调换电源正负极，调节滑动变阻器，电压表示数为以时，电流表示数恰为零，则

光电子逸出金属表面时的初动能为eU『

2.［光电效应方程的应用］如图所示，用导线将锌板与验电器相连，用紫外线灯照射锌

板，验电器金属箔片张开.锌、钠的极限频率外和逸出功而如表所示，普朗克常量//=6.63xl0

-341S,电子的电荷量e=1.60xl()-i9c.下列说法正确的是()

金属锌钠

14

vc/(xl0Hz)5.53

FFo/eV3.342.29

A.验电器的金属箔片带负电

B.从锌板逸出电子的动能都相等

C.用该紫外线灯照射金属钠，一定能使钠发生光电效应

D.锌的极限频率为8.87x1014Hz

考点2光电效应图像

1核心归纳

图像名称图像形状由图线直接(间接)得到的物理量

(1)截止频率：图线与V轴交点的横坐标正.

Ek-v图像(2)逸出功：图线与瓦轴交点的纵坐标的绝对值.

(3)普朗克常量：图线的斜率。=/，

—强光(黄)⑴遏止电压14：图线与横轴的交点.

4——弱光(黄)

(2)饱和电流/m：电流的最大值.

(3)最大初动能：Ekm=e。

I-UU

图像

一黄光(1)遏止电压Ucl、UQ.

/二一蓝光

(2)饱和电流.

(3)最大初动能Eki=eC4i,夙2=皿2

44()U

(1)截止频率Vc：图线与横轴的交点.

/

(2)遏止电压随入射光频率的增大而增大.

Uc-v图像

(3)普朗克常量队等于图线的斜率与电子电量的

乘积，即h=ke

1匕-V

典例2(2022•河北卷:)如图所示是密立才限于1916年发表的钠金属光电效应的遏止电压

Uc与入射光频率V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〃.由图像可知()

A.钠的逸出功为

B.钠的截止频率为8.5X10MHz

C.图中直线的斜率为普朗克常量

D.遏止电压■与入射光频率v成正比

2多维专训

L［光电效应的Eg，图像］用不同频率的紫外线分别照射鸨和锌的表面而产生光电效应,

可得到光电子最大初动能心随入射光频率v变化的Ek-v图像，已知鸨的逸出功是4.54eV,

锌的逸出功是3.34eV,若将二者的图线画在同一个Ek-v图像中，如图所示，用实线表示鸨

的Eg，图线，虚线表示锌的Ek-v图线，则正确反映这一过程的是()

2.［光电效应的/-U图像］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，将氏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.。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6光入射的光子数

D."光照射时逸出光电子的最大初动能可能比分光照射时的大

考点司波粒二象性

1核心归纳

I.

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

从数量上看

往往表现为波动性

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

从频率上看现象；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

与作用上看表现出粒子性

波动性由光子的能量_£=/"，、光子的动量/也可以看出，光的波动性

与粒子

性的和粒子性并不矛盾，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V和波长7

统一

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，亮条纹是光壬到达

（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B，P为运动物体的动量，h为普朗克常量.

典例3（2022•浙江1月选考）（多选）电子双缝干涉实验是近代证实物质波存在的实

验.如图所示，电子枪持续发射的电子动量为1.2x10-23kg.m/s,然后让它们通过双缝打到

屏上.已知电子质量取9.1x10-31kg,普朗克常量取6.6x10-34J，下列说法正确的是（）

A.发射电子的动能约为8.0xl（ri5J

B.发射电子的物质波波长约为5.5xl0-um

C.只有成对电子分别同时通过双缝才能发生干涉

D.如果电子是一个一个发射的，仍能得到干涉图样

2多维专训

1.［对物质波及原子结构的认识］关于原子结构和微观粒子波粒二象性，下列说法正确

的是（）

A.卢瑟福的核式结构模型解释了原子光谱的分立特征

B.玻尔的原子理论完全揭示了微观粒子运动的规律

C.光电效应揭示了光的粒子性

D.电子束穿过铝箔后的衍射图样揭示了电子的粒子性

2.［光子的波粒二象性的理解］（多选）物理学家做了一个有趣的实验:在双缝干涉实验中，

在光屏处放上照相底片，若减小入射光的强度，使光子只能一个一个地通过狭缝.实验结

果表明，如果曝光时间不太长，底片上只能出现一些如图甲所示不规则的点；如果曝光时

间足够长，底片上就会出现如图丙所示规则的干涉条纹.对于这个实验结果的认识正确的

是（）

甲乙丙

A.曝光时间不长时，光的能量太小，底片上的条纹看不清楚，故出现不规则的点

B.单个光子的运动没有确定的轨道

C.干涉条纹中明亮的部分是光子到达机会较多的地方

D.只有光子具有波粒二象性，微观粒子不具有波粒二象性

答案及解析

r

理清教材（强基固本基础梳理・通教材

1.思维辨析

（1）只要光照射的时间足够长，任何金属都能产生光电效应.（X）

（2）光电子就是光子.（x）

（3）极限频率越大的金属材料逸出功越大.（Y）

（4）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.（x）

（5）入射光的频率越大，逸出功越大.（x）

2.如图所示，用紫外线灯照射锌板，发现验电器的指针偏转，以下说法正确的是（）

A.锌板带正电，指针带负电

B.锌板带负电，指针带正电

C.锌板带正电，指针带正电

D.锌板带负电，指针带负电

解析：用紫外线灯照射锌板有电子逸出，所以锌板带正电，验电器指针与锌板连接,

同样带正电，所以C正确，A、B、D错误.

答案：C

3.（多选）下列对光的波粒二象性的说法正确的是（）

A.光子不仅具有能量，也具有动量

B.光的波粒二象性指光有时表现为波动性，有时表现为粒子性

C.运动的实物粒子也有波动性，波长与粒子动量的关系为7=/

h

D.光波和物质波，本质上都是概率波

答案：ABD

考点光电效应现象和规律

Mi*

典例1（2019•北京卷）光电管是一种利用光照射产生电流的装置，当入射光照在管中金

属板上时，可能形成光电流.表中给出了6次实验的结果.

逸出光电

入射光子的能量光电流大小

组次相对光强子的最大

/eV/mA

初动能/eV

第一组14.0弱290.9

24.0中430.9

34.0600.9

强

弱

46.0272.9

第二组56.0中402.9

66.0强552.9

由表中数据得出的论断中不正确的是（）

A.两组实验采用了不同频率的入射光

B.两组实验所用的金属板材质不同

C.若入射光子的能量为5.0eV,逸出光电子的最大初动能为1.9eV

D.若入射光子的能量为5.0eV,相对光强越强，光电流越大

解析：A对：光子的能量E=/zv,入射光子的能量不同，故入射光子的频率不同.B错:

由爱因斯坦的光电效应方程加=麻+瓦，可求出两组实验的逸出功印o均为3.1eV,故两

组实验所用的金属板材质相同.C对：由/"=%o+Ek,%o=3.1eV；当/zv=5.0eV时，£k

=1.9eV.D对：光强越强，单位时间内射出的光电子数越多，单位时间内逸出的光电子数越

多，形成的光电流越大.本题选择不正确的，故选B.

2多维专训

1.［对光电效应现象的理解］“微光夜视仪”是利用光电效应原理工作的一种仪器.被视

物体反射的红外辐射照射在“银氧葩”阴极上激发出光电子，电子的电荷量大小为e,下列说

法正确的是（）

A.红外辐射的频率可以很低，但辐射强度必须足够大才能发生光电效应

B.向右调节滑动变阻器的滑片，电流表的示数将随电压表示数的增大而增大

C.保持红外辐射强度不变，提高红外辐射的频率，则饱和电流值将减小

D.调换电源正负极，调节滑动变阻器，电压表示数为以时，电流表示数恰为零，则

光电子逸出金属表面时的初动能为eUc

解析：若发生光电效应，入射光的频率必须大于被照射金属的极限频率，故A错误；

电流表的示数会随着电压的增大而增大，但达到饱和电流值后，电压继续增大，但电流表

示数不再变化，故B错误；保持红外辐射强度不变但提高频率时，阴极上单位时间单位面

积上接收到的光子数将减少，故而饱和电流值变小，故C正确；e”为光电子逸出金属表面

时的最大初动能，但光电子的实际初动能可能小于et4,故D错误.

答案：c

2.［光电效应方程的应用］如图所示，用导线将锌板与验电器相连，用紫外线灯照射锌

板,验电器金属箔片张开.锌、钠的极限频率正和逸出功而如表所示，普朗克常量//=6.63xl0

-34j$电子的电荷量e=1.60xl（）r9c.下列说法正确的是（）

A.验电器的金属箔片带负电

B.从锌板逸出电子的动能都相等

C.用该紫外线灯照射金属钠，一定能使钠发生光电效应

D.锌的极限频率为8.87x1014Hz

解析：发生光电效应时，电子从锌板飞出，锌板失去电子带正电，所以验电器带正电,

A错误；根据光电效应方程Ekm=的一用），可知从锌板表面逸出的光电子最大动能是确定

的，有些光电子从较低能级逸出，初动能较小，所以从锌板逸出电子的动能不一定相等，B

Wa3.34x1.60X10-19

错误；根据印0,解得锌的极限频率%=&=--------------Hz=：8.06xl014Hz,可知

h6.63x10-34

锌的极限频率大于钠的极限频率，则用该紫外线灯照射金属钠，一定能使钠发生光电效应,

C正确，D错误.

答案：C

考点图光电效应图像

典例2（2022・河北卷）如图所示是密立根于1916年发表的钠金属光电效应的遏止电压

“与入射光频率v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瓦由图像可知（）

A.钠的逸出功为〃外

B.钠的截止频率为8.5X10"Hz

C.图中直线的斜率为普朗克常量/z

D.遏止电压口与入射光频率v成正比

解析：根据遏止电压与最大初动能的关系有eUc=Ekmax,根据光电效应方程有Ekmax=

hv-结合图像可知，当a为0时，解得用）=的”A正确；钠的截止频率为先,根据

图像可知，截止频率小于8.5X10"HZ,B错误；结合遏止电压与光电效应方程可解得班=勺

e

一些，即图中直线的斜率表示与C错误；根据遏止电压与入射光的频率关系式可知，遏止

ee

电压■与入射光频率v成线性关系，不是成正比，D错误.故选A.

2多维专训

1.［光电效应的Ek-v图像］用不同频率的紫外线分别照射鸨和锌的表面而产生光电效应，

可得到光电子最大初动能屏随入射光频率v变化的Ek-v图像，已知鸨的逸出功是4.54eV,

锌的逸出功是3.34eV,若将二者的图线画在同一个Ek-v图像中，如图所示，用实线表示鸨

的Ek-v图线，虚线表示锌的Ek-v图线，则正确反映这一过程的是（）

OvOv

解析：依据光电效应方程&=的一/可知，Ec，图线的斜率代表普朗克常量〃，因此

鸨和锌的Ek-v图线应该平行.图线在横轴的截距代表极限频率外,而%=质，因此鸨的极限

h

频率先大些.综上所述，B图正确.

答案：B

2.［光电效应的图像］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“、仄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."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分光入射的光子数

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

解析：由爱因斯坦光电效应方程得一/，其中Ek=e&,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，"光的频率等于c光的频率,

c光的频率低于6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6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，且逸出的光电

子数等于入射的光子数，所以单位时间内c光入射的光子数大于分光入射的光子数，故C

正确；因为最大初动能为Ek=e"，所以"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.

答案：C

考点同波粒二象性

典例3（2022•浙江1月选考）（多选）电子双缝干涉实验是近代证实物质波存在的实

验.如图所示，电子枪持续发射的电子动量为1.2,10-23kg-m/s,然后让它们通过双缝打到

屏上.已知电子质量取9.1X10T1kg,普朗克常量取6.6x10-34j$下列说法正确的是（