第十五章近代物理初步第1講光電效應(yīng)波粒二象性知識(shí)點(diǎn)一

光電效應(yīng)1.

定義：在光的照射下

從物體表面逸出的現(xiàn)象（發(fā)射出的

電子稱為光電子）.2.

產(chǎn)生條件：入射光的頻率

極限頻率.電子大于（1）存在著飽和電流：對(duì)于一定顏色的光，入射光越強(qiáng)，單位時(shí)間

內(nèi)發(fā)射的光電子數(shù)越多.（2）存在著遏止電壓和截止頻率：光電子的能量只與入射光的頻率

有關(guān)，而與入射光的強(qiáng)弱無(wú)關(guān).當(dāng)入射光的頻率低于截止頻率時(shí)不發(fā)

生光電效應(yīng).（3）光電效應(yīng)具有瞬時(shí)性：當(dāng)頻率超過截止頻率時(shí)，無(wú)論入射光怎

樣微弱，幾乎在照到金屬時(shí)立即產(chǎn)生光電流，時(shí)間不超過10－9

s.3.

光電效應(yīng)規(guī)律知識(shí)點(diǎn)二

愛因斯坦光電效應(yīng)方程1.

光子說：在空間傳播的光是不連續(xù)的，而是一份一份的，每一份

稱為一個(gè)光子，光子的能量ε＝

?.2.

逸出功W0：電子從金屬中逸出所需做功的

?.3.

最大初動(dòng)能：發(fā)生光電效應(yīng)時(shí)，金屬表面上的

?吸收光子

后克服原子核的引力逸出時(shí)所具有的動(dòng)能的最大值.hν

最小值電子（1）表達(dá)式：hν＝Ek＋W或Ek＝

?.（2）物理意義：金屬表面的電子吸收一個(gè)光子獲得的能量是hν，這

些能量有一部分用來(lái)克服金屬的逸出功W，剩下的表現(xiàn)為逸出后電子

的最大初動(dòng)能.

4.

光電效應(yīng)方程知識(shí)點(diǎn)三

光的波粒二象性與物質(zhì)波1.

光的波粒二象性（1）光的干涉、衍射、偏振現(xiàn)象證明光具有

性.（2）光電效應(yīng)說明光具有

性.（3）光既具有波動(dòng)性，又具有粒子性，稱為光的

性.波動(dòng)粒子波粒二象2.

物質(zhì)波（1）概率波：光的干涉現(xiàn)象是大量光子的運(yùn)動(dòng)遵守波動(dòng)規(guī)律的表

現(xiàn)，亮條紋是光子到達(dá)概率

的地方，暗條紋是光子到達(dá)概

率

的地方，因此光波又叫概率波.（2）物質(zhì)波：任何一個(gè)運(yùn)動(dòng)著的物體，小到微觀粒子大到宏觀物體

都有一種波與它對(duì)應(yīng)，其波長(zhǎng)λ＝

，p為運(yùn)動(dòng)物體的動(dòng)量，h為普

朗克常量.大小

（1）光子和光電子都是實(shí)物粒子.

（

×

）（2）只要入射光的強(qiáng)度足夠強(qiáng)，就可以使金屬發(fā)生光電效應(yīng).

（

×

）（3）要使某金屬發(fā)生光電效應(yīng)，入射光子的能量必須大于金屬的逸

出功.

（

√

）（4）光電子的最大初動(dòng)能與入射光子的頻率成正比.

（

×

）（5）光的頻率越高，光的粒子性越明顯，但仍具有波動(dòng)性.

（

√

）××√×√（6）德國(guó)物理學(xué)家普朗克提出了量子假說，成功地解釋了光電效應(yīng)

規(guī)律.

（

×

）（7）美國(guó)物理學(xué)家康普頓發(fā)現(xiàn)了康普頓效應(yīng)，證實(shí)了光的粒子性.

（

√

）（8）法國(guó)物理學(xué)家德布羅意大膽預(yù)言了實(shí)物粒子在一定條件下會(huì)表

現(xiàn)為波動(dòng)性.

（

√

）×√√

考點(diǎn)1

光電效應(yīng)現(xiàn)象和光電效應(yīng)方程的應(yīng)用考向1

用光電管研究光電效應(yīng)現(xiàn)象[典例1]

（2024·鹽城三模）如圖所示，研究光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)裝

置，當(dāng)用頻率分別為ν1、ν2的光照射同一光電管，微安表中均有電

流.第一次用頻率為ν1的光照射時(shí)，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器，使微安表示

數(shù)恰好變?yōu)?，記下此時(shí)電壓表的示數(shù)U1；第二次用頻率為ν2的光

照射光電管，當(dāng)電壓表的示數(shù)為U2時(shí)，微安表示數(shù)為0.已知電子

的電荷量為e，求：（1）第一次產(chǎn)生的光電子的最大初動(dòng)能Ek1；答案：（1）eU1

解析：（1）由動(dòng)能定理得－eU1＝0－Ek1解得Ek1＝eU1.（2）普朗克常量h的表達(dá)式.

解析：（2）由光電效應(yīng)方程得eU1＝hν1－W0，eU2＝hν2－W0

[變式1]

（2023·廣州模擬）用如圖所示的裝置研究光電效應(yīng)現(xiàn)象，

閉合開關(guān)，當(dāng)用光子能量為2.5

eV的光照射到光電管上時(shí)，電流計(jì)G

的讀數(shù)為0.2

mA.

移動(dòng)滑動(dòng)變阻器的滑片C，當(dāng)電壓表的示數(shù)大于或

等于0.7

V時(shí)，電流計(jì)讀數(shù)為0.則（

A

）AA.

光電管陰極的逸出功為1.8

eVB.

開關(guān)S斷開后，沒有電流流過電流計(jì)GC.

光電子的最大初動(dòng)能為1.8

eVD.

改用能量為1.5

eV的光子照射，電流計(jì)G也有電流，但電流較小解析：由題圖可知，光電管兩端所加的電壓為反向電壓，由電壓表的

示數(shù)大于或等于0.7

V時(shí)，電流表示數(shù)為0，可知光電子的最大初動(dòng)能

為0.7

eV，根據(jù)光電效應(yīng)方程Ek＝hν－W0，可得W0＝1.8

eV，A正

確，C錯(cuò)誤；開關(guān)S斷開后，無(wú)反向電壓，用光子能量為2.5

eV的光

照射到光電管上時(shí)依然能發(fā)生光電效應(yīng)，有光電子逸出，則有電流流

過電流表，B錯(cuò)誤；改用能量為1.5

eV的光子照射，由于光子的能量

小于逸出功，不能發(fā)生光電效應(yīng)，無(wú)光電流，D錯(cuò)誤.考向2

愛因斯坦光電效應(yīng)方程的應(yīng)用[典例2]

（雙選）在光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)中，分別用頻率為νa、νb的單色光

a、b照射到同種金屬上，測(cè)得相應(yīng)的遏止電壓分別為Ua和Ub、光電子

的最大初動(dòng)能分別為Eka和Ekb.h為普朗克常量.下列說法正確的是

（

BC

）A.

若νa＞νb，則一定有Ua＜UbB.

若νa＞νb，則一定有Eka＞EkbC.

若Ua＜Ub，則一定有Eka＜EkbD.

若νa＞νb，則一定有hνa－Eka＞hνb－EkbBC解析：本題考查對(duì)光電效應(yīng)方程hν－W0＝Ek的理解.光照射到同種金

屬上，同種金屬的逸出功相同.若νa＞νb，據(jù)hν－W0＝Ek，得Eka＞

Ekb，則B項(xiàng)正確；由hν－W0＝Ek＝eU，可知當(dāng)νa＞νb時(shí)Ua＞Ub，則A

項(xiàng)錯(cuò)誤；若Ua＜Ub說明Eka＜Ekb，則C項(xiàng)正確；由hν－Ek＝W0，而同

一種金屬W0相同，則D項(xiàng)錯(cuò)誤.[變式2]以往我們認(rèn)識(shí)的光電效應(yīng)是單光子光電效應(yīng)，即一個(gè)電子在

極短時(shí)間內(nèi)只能吸收到一個(gè)光子而從金屬表面逸出.強(qiáng)激光的出現(xiàn)豐

富了人們對(duì)于光電效應(yīng)的認(rèn)識(shí)，用強(qiáng)激光照射金屬，由于其光子密度

極大，一個(gè)電子在極短時(shí)間內(nèi)吸收多個(gè)光子成為可能，從而形成多光

子光電效應(yīng)，這已被實(shí)驗(yàn)證實(shí).光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)裝置示意圖如圖所示.用

頻率為ν的普通光源照射陰極K，沒有發(fā)生光電效應(yīng).換用同樣頻率ν的

強(qiáng)激光照射陰極K，則發(fā)生了光電效應(yīng)；此時(shí)，若加上反向電壓U，

即將陰極K接電源正極，陽(yáng)極A接電源負(fù)極，在K、A之間就形成了使

光電子減速的電場(chǎng).逐漸增大U，光電流會(huì)逐漸減??；當(dāng)光電流恰好

減小到零時(shí)，所加反向電壓U可能是下列的（其中W為逸出功，h為普

朗克常量，e為電子電荷量）（

B

）BC.2hν－W

對(duì)光電效應(yīng)的四點(diǎn)提醒（1）能否發(fā)生光電效應(yīng)，不取決于光的強(qiáng)度而取決于光的頻率.（2）光電效應(yīng)中的“光”不是特指可見光，也包括不可見光.（3）逸出功的大小由金屬本身決定，與入射光無(wú)關(guān).（4）光電子不是光子，而是電子.考點(diǎn)2

光電效應(yīng)的圖像分析圖像名稱圖像形狀由圖線直接（間接）得到的物理量最大初動(dòng)能Ek與入射

光頻率ν的關(guān)系圖線

①極限頻率：圖線與ν軸交點(diǎn)的

橫坐標(biāo)νc②逸出功：圖線與Ek軸交點(diǎn)的縱

坐標(biāo)的絕對(duì)值W＝｜－E｜＝E③普朗克常量：圖線的斜率k＝

h圖像名稱圖像形狀由圖線直接（間接）得到的物理量顏色相同、強(qiáng)度不同的光，光電流與電壓的關(guān)系圖線

①遏止電壓Uc：圖線與橫軸的

交點(diǎn)的橫坐標(biāo)②飽和光電流Im：光電流的最大

值③最大初動(dòng)能：Ekm＝eUc顏色不同時(shí)，光電流與電壓的關(guān)系圖線

①遏止電壓Uc1、Uc2②飽和光電流③最大初動(dòng)能Ek1＝eUc1，Ek2＝

eUc2圖像名稱圖像形狀由圖線直接（間接）得到的物理量遏止電壓Uc與入射光頻率ν的關(guān)系圖線

①截止頻率νc：圖線與橫軸的交

點(diǎn)的橫坐標(biāo)②遏止電壓Uc：隨入射光頻率

的增大而增大③普朗克常量h：等于圖線的斜

率與電子電量的乘積，即h＝ke

（注：此時(shí)兩極之間接反向電

壓）

ACA.

該金屬的截止頻率為4.27×1014

HzB.

該金屬的截止頻率為5.5×1014

HzC.

該圖線的斜率表示普朗克常量D.

該金屬的逸出功為0.5

eV

[變式3]

（光電效應(yīng)的Ek－ν圖像）在研究甲、乙兩種金屬發(fā)生光電

效應(yīng)現(xiàn)象的實(shí)驗(yàn)中，光電子的最大初動(dòng)能Ek與入射光頻率ν的關(guān)系如

圖所示，則下列說法正確的是（

B

）

BA.

兩條圖線與橫軸的夾角α和β一定不相等B.

若增大入射光頻率ν，則所需的遏止電壓Uc將增大C.

若某一頻率的光可以使乙金屬發(fā)生光電效應(yīng)，則不一定能使甲金

屬發(fā)生光電效應(yīng)D.

若不改變?nèi)肷涔忸l率ν，而增加入射光的強(qiáng)度，則光電子的最大初

動(dòng)能將增大解析：根據(jù)愛因斯坦光電效應(yīng)方程Ek＝hν－W0可知，光電子的最大

初動(dòng)能Ek與入射光頻率ν的關(guān)系圖像的斜率k＝h，所以兩條圖線的斜

率一定相等，兩條圖線與橫軸的夾角α和β一定相等，選項(xiàng)A錯(cuò)誤，由

Ek＝hν－W0可知，若增大入射光的頻率ν，則產(chǎn)生的光電子的最大初

動(dòng)能增大，由eUc＝Ek可知，若增大入射光頻率ν，則所需的遏止電壓

Uc將增大，選項(xiàng)B正確；光電子的最大初動(dòng)能Ek與入射光頻率ν的關(guān)

系圖像中橫軸的截距等于金屬的逸出功W0與普朗克常量h的比值（截

止頻率），由圖像可知甲的逸出功較小，因此某一頻率的光可以使乙

金屬發(fā)生光電效應(yīng)，則一定能使甲金屬發(fā)生光電效應(yīng)，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；

根據(jù)光電效應(yīng)規(guī)律，若不改變?nèi)肷涔忸l率ν，而增加入射光的強(qiáng)度，

則光電子的最大初動(dòng)能不變，選項(xiàng)D錯(cuò)誤.考向2

對(duì)I－U圖像的理解[典例4]在光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)中，小飛同學(xué)用同一光電管在不同實(shí)驗(yàn)條件

下得到了三條光電流與電壓之間的關(guān)系曲線（甲光、乙光、丙光），

如圖所示，則可判斷出（

B

）BA.

甲光的頻率大于乙光的頻率B.

乙光的波長(zhǎng)大于丙光的波長(zhǎng)C.

乙光對(duì)應(yīng)的截止頻率大于丙光的截止頻率D.

甲光對(duì)應(yīng)的光電子最大初動(dòng)能大于丙光的光電子最大初動(dòng)能解析：由于是同一光電管，因而不論對(duì)哪種光，極限頻率和逸出

功都相同，對(duì)于甲、乙兩種光，反向截止電壓相同，因而頻率相

同，A項(xiàng)錯(cuò)誤；丙光對(duì)應(yīng)的反向截止電壓較大，因而丙光的頻率

較高，波長(zhǎng)較短，對(duì)應(yīng)的光電子的最大初動(dòng)能較大，故C、D項(xiàng)均

錯(cuò)，只有B項(xiàng)正確.考向3

對(duì)Uc－ν圖像的理解[典例5]

（2022·河北高考）如圖是密立根于1916年發(fā)表的鈉金屬光

電效應(yīng)的遏止電壓Uc與入射光頻率ν的實(shí)驗(yàn)曲線，該實(shí)驗(yàn)直接證明了

愛因斯坦光電效應(yīng)方程，并且第一次利用光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)測(cè)定了普朗克

常量h.由圖像可知（

A

）AA.

鈉的逸出功為hνcB.

鈉的截止頻率為8.5×1014

HzC.

圖中直線的斜率為普朗克常量hD.

遏止電壓Uc與入射光頻率ν成正比

1.

在Uc－ν圖像中，圖線與橫軸的交點(diǎn)νc表示截止頻率，而在Ek

－ν圖像中，圖線與橫軸的交點(diǎn)νc代表極限頻率.2.

普朗克常量記為h，是一個(gè)物理常量，用以描述量子大小.在

微觀世界，每一個(gè)能量子的大小等于普朗克常量與頻率的乘積，即E

＝hν.考點(diǎn)3

光的波粒二象性、物質(zhì)波考向1

對(duì)光的波粒二象性的理解[典例6]

（雙選）物理學(xué)家做了一個(gè)有趣的實(shí)驗(yàn)：在雙縫干涉實(shí)驗(yàn)

中，在光屏處放上照相底片，若減弱光的強(qiáng)度，使光子只能一個(gè)一個(gè)

地通過狹縫.實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，如果曝光時(shí)間不太長(zhǎng)，底片上只能出現(xiàn)

一些不規(guī)則的點(diǎn)；如果曝光時(shí)間足夠長(zhǎng)，底片上就會(huì)出現(xiàn)規(guī)則的干涉

條紋.對(duì)這個(gè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果下列認(rèn)識(shí)正確的是（

BC

）BCA.

曝光時(shí)間不長(zhǎng)時(shí)，光的能量太小，底片上的條紋看不清楚，故出

現(xiàn)不規(guī)則的點(diǎn)B.

單個(gè)光子的運(yùn)動(dòng)沒有確定的軌道C.

干涉條紋中明亮的部分是光子到達(dá)機(jī)會(huì)較多的地方D.

只有光子具有波粒