资源简介

(共69张PPT)
第十六章 原子物理
1．了解人类探索原子及其结构的历史。知道原子的核式结构模型。通过对氢原子光谱的分析，了解原子的能级结构。
2．了解原子核的组成和核力的性质。知道四种基本相互作用。能根据质量数守恒和电荷数守恒写出核反应方程。
3．了解放射性和原子核衰变。知道半衰期及其统计意义。了解放射性同位素的应用，知道射线的危害与防护。
4．认识原子核的结合能，了解核裂变反应和核聚变反应。关注核技术应用对人类生活和社会发展的影响。
5．通过实验，了解光电效应现象。知道爱因斯坦光电效应方程及其意义。能根据实验结论说明光的波粒二象性。
6．知道实物粒子具有波动性，了解微观世界的量子化特征。体会量子论的建立对人们认识物质世界的影响。
原子物理 光电效应 2025年：广东卷T3；江苏卷T12；广西卷T1；山东卷T1；浙江1月选考T11
2024年：海南卷T8；黑吉辽卷T8
2023年：浙江6月选考T15
黑体辐射、能量子、物质波 2025年：陕晋宁青卷T5
2024年：北京卷T13；湖南卷T1；新课标卷T17
2023年：北京卷T14；海南卷T10；江苏卷T14；浙江1月选考T11
原子核衰变、半衰期 2025年：湖南卷T1；河南卷T6；湖北卷T1
2024年：山东卷T1；广西卷T4；北京卷T1；浙江6月选考T4
2023年：重庆卷T6；浙江6月选考T5；海南卷T1；浙江1月选考T9
原子物理 能级 跃迁 2025年：甘肃卷T1；重庆卷T6
2024年：江苏卷T5；安徽卷T1；江西卷T2；浙江6月选考T10
2023年：山东卷T1；湖北卷T1；辽宁卷T6；新课标卷T16
核反应、核能 2025年：海南卷T1；云南卷T1；黑吉辽内蒙古卷T8；北京卷T13；福建卷T6
2024年：广东卷T2；湖北卷T2；江苏卷T3；浙江1月选考T7；河北卷T1；福建卷T1
2023年：全国乙卷T16；全国甲卷T15；广东卷T1；天津卷T3；北京卷T3；湖南卷T1
1．知道原子的结构，理解玻尔理论及原子跃迁规律，理解氢原子光谱。
2．理解光电效应现象，掌握光电效应方程，掌握应用图像分析光电效应问题。
3．理解天然放射现象，知道三种射线的特点，知道半衰期的概念，理解衰变规律。
4．会书写核反应方程，掌握质能方程，会计算核能。
第1讲　光电效应　波粒二象性
1.理解波粒二象性的特征。知道实物粒子的波动性，明确物质波的概念。2.掌握黑体辐射的定义及其实验规律，理解能量量子化的意义。3.理解光电效应现象及光电效应的实验规律。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。4.会分析光电效应常见的三类图像。
目标
要求
1
强基础 固本增分
2
研考点 精准突破
3
限时规范训练
栏
目
导
引
强基础
固本增分
一、能量量子化
1．热辐射
(1)定义：周围的一切物体都在辐射______，这种辐射与物体的____有关，所以叫作热辐射。
(2)特点：热辐射强度按波长的分布情况随物体的____不同而有所不同。
电磁波
温度
温度
2．黑体、黑体辐射的实验规律
(1)黑体：能够________入射的各种波长的电磁波而不发生反射的物体。
(2)黑体辐射的实验规律
①黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体
的____有关。
②随着温度的升高，一方面，各种波长的辐射强
度都有____，另一方面，辐射强度的极大值
向波长较__的方向移动，如图。
完全吸收
温度
增加
短
3．能量量子化
(1)能量子：普朗克认为，当带电微粒辐射或吸收能量时，只能辐射或吸收_______________________，这个不可再分的最小能量值ε叫作能量子。
(2)能量子大小：ε＝__，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＝6.626 070 15×10-34 J·s(一般取h＝6.63×10-34 J·s)。
二、光电效应
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金属表面逸出的现象，称为光电效应，发射出来的电子称为______。
某个最小能量值ε的整数倍
hν
光电子
2．光电效应实验的规律
(1)每种金属都有一个极限频率，入射光的频率必须__________这个极限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____无关，只随入射光频率的增大而____。
(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极限频率时，饱和光电流的大小与入射光的强度成____。
大于或等于
强度
增大
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____频率叫作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。
三、爱因斯坦光电效应方程
1．光子说：在空间传播的光是不连续的，而是一份一份的，每一份叫作一个光的能量子，简称光子，光子的能量ε＝__。其中h＝6.63×10-34 J·s(称为普朗克常量)。
2．逸出功W0：使电子脱离某种金属所做功的______，逸出功W0与金属的截止频率的关系为W0＝___。
最小
hν
最小值
hνc
3．最大初动能：发生光电效应时，金属表面上的____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，最大初动能与遏止电压Uc的关系式为Ek＝___。
4．爱因斯坦光电效应方程
(1)表达式：Ek＝hν－___。
(2)物理意义：金属表面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光电子的最大初动能Ek＝mevc2。
电子
eUc
W0
四、光的波粒二象性
1．波动性：光的干涉、衍射、偏振现象证明光具有____性。
2．粒子性：光电效应、康普顿效应说明光具有____性。
3．光既具有____性，又具有____性，称为光的波粒二象性。
五、物质波
1．定义：任何运动着的物体都有一种波与之对应，这种波叫作物质波，也叫德布罗意波。
2．物质波的波长：λ＝，h是普朗克常量。
波动
粒子
波动
粒子
1．判断正误
(1)黑体能够反射各种波长的电磁波，但不会辐射电磁波。( )
(2)光子和光电子都是实物粒子。( )
(3)只要入射光的强度足够强，就可以使金属发生光电效应。( )
(4)光电子的最大初动能与入射光子的频率成正比。( )
(5)光的频率越高，光的粒子性越明显，但仍具有波动性。( )
(6)康普顿效应证实了光的粒子性。( )
(7)实物粒子具有波动性。( )
×
√
×
×
×
√
√
2．(多选)(人教版教材原题改编)如图所示，画出了四种温度下黑体辐射的强度与波长的关系图像，由图像可以看出，随着温度的升高，下列说法正确的是(　　)
A．各种波长的辐射强度都有增加
B．只有波长短的辐射强度增加
C．辐射强度的极大值向波长较短的方向移动
D．辐射强度仍然是随波长的增大而先增大再减小
ACD
解析：ACD　由题给图像可以看出，随着温度的升高，各种波长的辐射强度都有增加，且辐射强度的极大值向波长较短的方向移动，故B错误，A、C正确；随着温度的升高，黑体的辐射强度仍然是随波长的增大而先增大再减小，故D正确。
3．(多选)(人教版教材原题改编)如图所示，用导
线把不带电的验电器与锌板相连接，当用紫外线
照射锌板时，发生的现象是(　　)
A．有光子从锌板逸出
B．有电子从锌板逸出
C．验电器指针张开一个角度
D．锌板带负电
解析：BC　用紫外线照射锌板时，锌板里的电子吸收紫外线的能量从锌板表面逸出，称之为光电子，故A错误，B正确；锌板与验电器相连，带有相同电性的电荷，锌板失去电子带正电，且失去的电子越多，带正电的电荷量越多，验电器指针张角越大，故C正确，D错误。
BC
4．(人教版教材原题改编)康普顿效应证实了光子不仅具有能量，也具有动量，如图所示，给出了光子与静止电子碰撞后电子的运动方向，则碰撞后光子可能沿________(选填“1”“2”或“3”)方向运动，并且波长________(选填“不变”“变短”或“变长”)。
解析：因为光子与电子碰撞过程中动量守恒，所以碰撞之后光子和电子的总动量的方向与光子碰撞前的方向一致，可见碰撞后光子的方向可能沿1方向，不可能沿2或3方向；通过碰撞，光子将一部分能量转移给电子，能量减少，由ε＝hν知，频率变小，再根据c＝λν知，波长变长。
答案：1　变长
5．用很弱的光做双缝干涉实验，把入射光减弱到可以认为光源和感光胶片之间不可能同时有两个光子存在，如图所示是不同数量的光子照射到感光胶片上得到的照片。试从光的本性解释光的干涉现象产生的原因。
解析：如果用比较弱的光曝光时间比较短，少量光子通过狭缝在屏的感光底片上显示出一个个光点，显示出粒子性；如果曝光时间比较长，很多光子的行为就显示出波动性，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。
答案：见解析
研考点
精准突破
考点一　光电效应
(2025·广东卷，3)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Ek，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Ek
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Ek
B
解析：B　光电效应发生的条件是入射光的频率大于金属的极限频率(截止频率)，由于甲的逸出功小于乙的逸出功，所以甲的极限频率(截止频率)小于乙的极限频率(截止频率)，当使用某频率的光分别照射甲、乙时，只有甲发射光电子，发生光电效应现象，所以该光的频率大于甲的极限频率(截止频率)，小于乙的极限频率(截止频率)，故使用频率更小的光，乙肯定不会发射光电子，若频率更小的光的频率仍大于甲的极限频率(截止频率)，则甲仍能发射光电子，由爱因斯坦光电效应方程Ek＝hν－W0可知，甲发射的光电子的最大初动能小于之前的最大初动能，A错误，B正确；由A、B项分析可知频率不变，减弱光强，光的频率仍小于乙的极限频率(截止频率)，仍不能使乙发射光电子，C错误；由爱因斯坦光电效应方程Ek＝hν－ W0可知，频率不变，减弱光强，甲发射的光电子的最大初动能不变，D错误。
两点提醒
(1)光电效应中的“光”不是特指可见光，也包括不可见光。
(2)光电子不是光子，而是电子。
(2024·海南卷，8)利用如图所示的装置研究光电效应，单刀双掷开关S接1，用频率为ν1的光照射光电管，调节滑动变阻器，使电流表的示数刚好为0，此时电压表的示数为U1，已知电子电荷量为e，普朗克常量为h，下列说法正确的是(　　)
A．其他条件不变，增大光强，电压表示数增大
B．改用比ν1更大频率的光照射，调整电流表的
示数为零，此时电压表示数仍为U1
C．其他条件不变，使开关S接2，电流表示数仍为零
D．光电管阴极材料的截止频率νc＝ν1－
D
解析：D　由题图可知，当开关S接1时，光电管两端所加电压是反向电压，由eU1＝Ek，Ek＝hν1－W0可得，eU1＝hν1－W0，其他条件不变时，增大光强，电压表的示数不变，A错误；若改用比ν1更大频率的光照射时，由于金属的逸出功不变，可得遏止电压变大，即调整电流表的示数为零，此时电压表示数大于U1，B错
误；其他条件不变时，当开关S接2时，光电管两端所加电压是正向电压，且hν1＞W0，电流表示数不为零，C错误；由eU1＝hν1－W0，W0＝hνc可得，光电管阴极材料的截止频率为νc＝ν1－，D正确。
两条对应关系
(1)入射光强度大→光子数目多→发射光电子多→光电流大。
(2)光子频率高→光子能量大→光电子的最大初动能大。
(2025·江苏卷，12)江门中微子实验室使用我国自主研发的光电倍增管，利用光电效应捕捉中微子信息。光电倍增管阴极金属材料的逸出功为W0，普朗克常量为h。
(1)求该金属的截止频率ν0；
(2)若频率为ν的入射光能使该金属发生光电效应，求光电子的最大初动能Ek。
解析：(1)根据爱因斯坦光电效应方程可知，能够发生光电效应的光的最小频率满足hν0＝W0　①
解得ν0＝　②。
(2)根据爱因斯坦光电效应方程可得，光电子的最大初动能Ek＝hν－W0。
答案：(1)　(2)hν－W0,
考点二　光电效应的图像问题
考向1　Uc-ν图像
(2022·河北卷，4)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hνc
B．钠的截止频率为8.5×1014 Hz
C．图中直线的斜率为普朗克常量h
D．遏止电压Uc与入射光频率ν成正比
A
解析：A　根据遏止电压与最大初动能的关系有eUc＝Ek，根据光电效应方程Ek＝hν－W0，当Uc为0时，解得W0＝hνc，A正确；钠的截止频率为νc，根据图像可知，截止频率为5.5×1014 Hz，B错误；结合遏止电压与光电效应方程可解得Uc＝，可知图中直线的斜率表示，C错误；根据遏止电压与入射光的频率关系式可知，遏止电压Uc与入射光频率ν成线性关系，不是成正比，D错误。
(1)截止频率νc：图线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，Uc＝。
(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)。
考向2　Ek-ν图像
(2026·山东济南模拟)某种金属材料逸出光电子的最大初动能与入射光频率关系如图所示，已知电子所带电荷量为e，则下列说法正确的是
(　　)
A．该金属的逸出功为零
B．当入射光的频率为5ν0时，遏止电压为
C．当入射光的频率为4ν0时，逸出光电子的最大
初动能为2Ek0
D．普朗克常量为，单位为J/s
B
解析：B　根据光电效应方程Ek＝hν－W0，图像纵轴截距的绝对值表示金属逸出功W0，由图知纵轴截距为－Ek0，则逸出功W0＝Ek0≠0，A错误；由光电效应方程Ek＝hν－W0，结合图像，当入射光频率为ν＝ν0时，Ek＝0，代入数据得h＝，当入射光频率为5ν0时，最大初动能Ek＝h·5ν0－W0，代入数据得Ek＝4Ek0，遏止电压Uc满足Ek＝eUc，
化简得Uc＝，B正确；当入射光的频率为4ν0时，
最大初动能Ek＝h·4ν0－W0，代入数据得Ek＝3Ek0≠
2Ek0，C错误；普朗克常量单位是J·s，不是J/s，D错误。
(1)截止频率：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W0＝|－E|＝E。
(3)普朗克常量：图线的斜率k＝h。
考向3　I-U图像
(2026·湖北华中师大一附中月考)
在光电效应实验中，用三束光分别照射
同一阴极K得到如图所示的电流和电压
关系曲线，则下列说法正确的是(　　)
A．三束光的频率关系是ν甲>ν乙>ν丙
B．三束光产生的光电子的最大初动能Ek甲>Ek乙>Ek丙
C．其他条件不变，电压越大，饱和光电流越大
D．其他条件不变，光强越大，饱和光电流越大
D
解析：D　根据Ek＝eUc＝hν－W0，三束光的频率应为ν甲＝ν丙<ν乙，故A错误；根据Ek＝eUc可知，光电子的最大初动能应为Ek甲＝Ek丙(1)遏止电压Uc: 图像与横轴的交点的横坐标的绝对值。
(2)饱和光电流Im: 电流的最大值，强光大于弱光。
(3)最大初动能：Ek＝eUc。
考点三　波粒二象性与物质波
考向1　波粒二象性
(多选)(2026·清华大学附中期中)关于光的波粒二象性，正确的说法是(　　)
A．光的频率越高，光子的能量越大，粒子性越显著
B．光的波长越长，光的能量越小，波动性越显著
C．频率高的光子不具有波动性，波长较长的光子不具有粒子性
D．个别光子产生的效果往往显示粒子性，大量光子产生的效果往往显示波动性
ABD
解析：ABD　光具有波粒二象性，但在不同情况下表现不同，频率越高，波长越短，粒子性越强，反之波动性明显，个别光子易显示粒子性，大量光子显示波动性，故选项A、B、D正确。
波动性与粒子性的统一
由光子的能量ε＝hν、光子的动量p＝也可以看出，光的波动性和粒子性并不矛盾。
考向2　物质波
(2025·陕晋宁青卷，5)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，其分辨率提高是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100 V电压加速后，其德布罗意波长为λ，若加速电压为10 kV，不考虑相对论效应，则其德布罗意波长为(　　)
A．100λ B．10λ
C．λ D．λ
C
解析：C　设加速电压为U，电子的质量为m，电荷量为e，加速后电子的动量为p。加速后电子的动能Ek＝mv2＝eU，电子的动量p＝mv＝，由德布罗意波波长公式λ＝，由于U′＝100U，可得λ′＝λ，故A、B、D错误，C正确。
物质波的理解
(1)任何一个运动的物体，无论大小，都有一种波与之对应。
(2)物质波的波长λ＝，h是普朗克常量。
3
4
5
6
7
8
9
10
12
11
1
2
限时规范
训练(84)　光电效应　波粒二象性
(建议用时：40分钟　满分：65分)
(选择题1～8题每题5分，9～11题每题6分，12题7分，共65分)
[基础巩固练]
1．(2024·江西卷，2)近年来，江西省科学家发明硅衬底氮化镓基系列发光二极管(LED)，开创了国际上第三条LED技术路线。某氮化镓基LED材料的简化能级如图所示，若能级差为2.20 eV(约3.52×10-19 J)，普朗克常量h＝6.63×10-34 J·s，则发光频率约为(　　)
A．6.38×1014 Hz B．5.67×1014 Hz
C．5.31×1014 Hz D．4.67×1014 Hz
解析：C　根据题意可知，辐射出的光子能量ε＝3.52×
10-19 J，由ε＝hν代入数据解得ν＝5.31×1014 Hz，C正确。
C
2
1
3
4
5
6
7
8
9
10
12
11
2．(2022·江苏卷，4)上海光源通过电子—光子散射使光子能量增加，光子能量增加后(　　)
A．频率减小 B．波长减小
C．动量减小 D．速度减小
解析：B　根据ε＝hν可知光子的能量增加后，光子的频率增大，又根据λ＝可知光子波长减小，故A错误，B正确；根据p＝可知光子的动量增大，但光子的速度始终不变，故C、D错误。
B　
2
3
1
4
5
6
7
8
9
10
12
11
3．(2025·广西卷，1)已知金属铷、钾、钠、钙的逸出功分别为2.13 eV、2.25 eV、2.29 eV、3.20 eV。用光子能量为2.20 eV的单色光照射这些金属的表面，能逸出光电子的金属是(　　)
A．铷 B．钾
C．钠 D．钙
解析：A　当光照射金属表面时，电子会吸收光的能量，若金属表面的电子吸收的能量超过逸出功，电子就能从金属表面逸出，成为光电子。由题意可知照射这些金属的单色光的光子能量只大于金属铷的逸出功，故能逸出光电子的金属是铷，A正确。
A
2
3
4
1
5
6
7
8
9
10
12
11
4．(2025·山东卷，1)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Ek的大小关系正确的是(　　)
A．Ek1>Ek2>Ek3
B．Ek2>Ek3>Ek1
C．Ek3>Ek2>Ek1
D．Ek3>Ek1>Ek2
解析：B　根据光电子最大初动能与遏止电压关系Ek＝eUc，根据图像有|Uc2|>|Uc3|>|Uc1|，故Ek2>Ek3>Ek1，故B正确，ACD错误。
B
2
3
4
5
1
6
7
8
9
10
12
11
5．(2024·湖南卷，1)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成分
D．德布罗意认为质子具有波动性，而电子不具有波动性
B
2
3
4
5
1
6
7
8
9
10
12
11
解析：B　普朗克认为黑体辐射的能量是量子化的，A错误；紫光的频率大于红光的频率，由爱因斯坦光电效应方程Ek＝hν－W0可知，若改用紫光照射此金属表面，一定能发生光电效应，即电子从金属表面逸出，B正确；康普顿散射实验发现，X射线被较轻物质(石墨、石蜡)等散射后除了有波长与原波长相同的成分外还有波长较长的成分，C错误；德布罗意认为实物粒子具有波粒二象性，D错误。
2
3
4
5
6
1
7
8
9
10
12
11
6．(2024·新课标卷，17)三位科学家由于在发现和合成量子点方面的突出贡献，荣获了2023年诺贝尔化学奖，不同尺寸的量子点会发出不同颜色的光。现有两种量子点分别发出蓝光和红光，下列说法正确的是(　　)
A．蓝光光子的能量大于红光光子的能量
B．蓝光光子的动量小于红光光子的动量
C．在玻璃中传播时，蓝光的速度大于红光的速度
D．蓝光在玻璃中传播时的频率小于它在空气中传播时的频率
A
2
3
4
5
6
1
7
8
9
10
12
11
解析：A　蓝光的频率大于红光的频率，由光子能量ε＝hν知，蓝光光子能量大于红光光子能量，A选项正确；光子动量p＝，蓝光频率大于红光频率，由波长λ＝知，蓝光波长小于红光波长，则蓝光光子动量大于红光光子动量，B选项错误；由光在介质中的传播速度v＝，同种介质对蓝光的折射率大于对红光的折射率知，蓝光在玻璃中的传播速度比红光的小，C选项错误；单色光从一种介质进入另一种介质时频率不变，D选项错误。
7
8
9
10
12
11
1
3
4
5
6
2
7．(多选)(2024·浙江1月选考，14)下列说法正确的是(　　)
A．相同温度下，黑体吸收能力最强，但辐射能力最弱
B．具有相同动能的中子和电子，其德布罗意波长相同
C．电磁场是真实存在的物质，电磁波具有动量和能量
D．自然光经玻璃表面反射后，透过偏振片观察，转动偏振片时可观察到明暗变化
CD
7
8
9
10
12
11
1
3
4
5
6
2
解析：CD　相同温度下，黑体吸收和辐射能力均最强，A错误；根据λ＝可知，具有相同动能的中子和电子，由于中子质量较大，则其德布罗意波长较短，B错误；电磁场是电磁作用的媒介，具有能量和动量，是物质的一种存在形式，电磁波是电磁场的一种运动形态，C正确；自然光在玻璃、水面等表面反射时，反射光可视为偏振光，透过偏振片观察，转动偏振片时能观察到明暗变化，D正确。
8
9
10
12
11
1
3
4
5
6
7
2
8．(多选)(2024·黑吉辽卷，8)X射线光电子能谱仪是利用X光照射材料表面激发出光电子，并对光电子进行分析的科研仪器。用某一频率的X光照射某种金属表面，逸出了光电子，若增加此X光的强度，则(　　)
A．该金属的逸出功增大
B．X光的光子能量不变
C．逸出的光电子最大初动能增大
D．单位时间逸出的光电子数增多
BD
8
9
10
12
11
1
3
4
5
6
7
2
解析：BD　金属的逸出功是金属本身的特性，与照射光的强度无关，A错误；根据ε＝hν可知，X光的光子能量与其强度无关，B正确；根据爱因斯坦光电效应方程Ek＝hν－W0结合A、B项分析可知，逸出的光电子最大初动能与照射光的强度无关，C错误；若增加此X光的强度，则单位时间入射到金属表面的光子数增多，单位时间逸出的光电子数增多，D正确。
9
10
12
11
1
3
4
5
6
7
8
2
[能力提升练]
9．(2026·湖北部分市州一模)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(　　)
D
9
10
12
11
1
3
4
5
6
7
8
2
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
9
10
12
11
1
3
4
5
6
7
8
2
解析：D　由于红光的频率较小，所以在图甲装置中，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；当达到饱和电流时，增大正向电压，则光电流不变，故B错误；金属的逸出功与入射光的频率无关，故C错误；根据爱因斯坦光电效应方程Ek＝hν－W0，所以该图线的斜率为普朗克常量，故D正确。
10
12
11
1
3
4
5
6
7
8
9
2
10．(2026·广西柳州高级中学模拟)1924年，德布罗意提出一切宏观粒子都具有与本身能量相对应的波动频率或波长。1927年汤姆孙在实验中让电子束通过电场加速后，通过多晶薄膜得到了衍射图样，如图所示。已知电子质量为m，加速后电子速度为v，普朗克常量为h，下列说法正确的是(　　)
A．两个电子也可形成衍射图样
B．电子形成的物质波是一种电磁波
C．加速电压越大，电子的物质波波长越大
D．实验中电子的德布罗意波长为λ＝
D
10
12
11
1
3
4
5
6
7
8
9
2
解析：D　两个电子打在底板上，只有两个亮点，没有衍射图样，故A错误；电子形成的物质波不是电磁波，电磁波是电磁场形成的波，故B错误；根据动能定理eU＝mv2，解得v＝，由p＝mv，p＝，联立解得λ＝，加速电压越大，速度越大，而电子的物质波波长越小，故C错误，D正确。
11
12
1
3
4
5
6
7
8
9
10
2
11．(2024·浙江1月选考，11)如图所示，金属极板M受到紫外线照射会逸出光电子，最大速率为vm。正对M放置一金属网N，在M、N之间加恒定电压U。已知M、N间距离为d(远小于板长)，电子的质量为m，电荷量为e，则(　　)
A．M、N间距离增大时电子到达N的动能也增大
B．只有沿x方向逸出的电子到达N时才有最大动能
C．电子从M到N过程中y方向位移大小最大为vmd
D．M、N间加反向电压时电流表示数恰好为零
C
11
12
1
3
4
5
6
7
8
9
10
2
解析：C　光电子从M到N的过程，根据动能定理有eU＝EkN－mv2，解得EkN＝eU＋mv2，则M、N间距离无论怎么改变，EkN都不变，A错误；与A项分析同理，以最大速率逸出的光电子不论沿哪个方向逸出，只要能到达N，其最大动能均为EkNm＝，B错误；当以最大速率逸出的光电子沿y方向逸出时，其到达N时y方向的位移最大，电子在电场中做类平抛运动，则有ym＝vmt，d＝t2，联立解
得ym＝vmd，C正确；沿x轴正方向以最大速率逸出的光电子最容易到达N，若加上反向电压Uc时，其恰好不能到达N，则电流表示数恰好为零，有－eUc＝0－mvm2，解得Uc＝，D错误。
12
1
3
4
5
6
7
8
9
10
11
2
[培优创新练]
12．(多选)(2026·江浙皖高中发展共同体月考)如图甲所示是氢原子的能级图，图乙是研究光电效应的实验装置图。大量处于n＝3激发态的氢原子跃迁时，发出频率不同的光子，用此光束照射光电管电极K。移动滑片P，当电压表的示数为7 V时，微安表的示数恰好为零。图示位置中滑片P和O点刚好位于滑动变阻器的上、下中点位置。则(　　)
甲　　　　　　　乙
AC
12
1
3
4
5
6
7
8
9
10
11
2
A．此光束中能发生光电效应的光子共有2种
B．要使微安表的示数恰好为零，滑片P应由图示位置向b端移动
C．相同频率不同强度的光照射电极K，只要能发生光电效应，遏止电压是相同的
D．此光子束中从n＝3跃迁到n＝1的光子，其动量最小
甲　　　　　　　乙
12
1
3
4
5
6
7
8
9
10
11
2
解析：AC　处于n＝3激发态的氢原子跃迁时，可能的跃迁路径为n＝3→n＝2、n＝3→n＝1、n＝2→n＝1，共三种光子。计算各光子能量n＝3→n＝2：ΔE1＝E3－E2＝1.89 eV，n＝2→n＝1：ΔE2＝E2－E1＝10.2 eV，n＝3→n＝1：ΔE3＝E3－E1＝12.09 eV，遏止
甲　　　　　　乙
电压Uc＝7 V时，最大初动能Ekmax＝eUc＝7 eV，由光电效应方程Ekmax＝hν－W0，最大光子能量ΔE3＝12.09 eV，对应最大Ekmax，故逸出功W0＝hν－Ekmax＝5.09 eV，ΔE1W0、ΔE3>W0，均能发生光电效应。因此能发生光电效应的光子共2种，A正确；图示位
12
1
3
4
5
6
7
8
9
10
11
2
置中滑片P和O点位于滑动变阻器中点，此时光电管两端电压为遏止电压，微安表示数为零，故无需移动滑片，B错误；遏止电压Uc＝，仅与入射光频率ν和逸出功W0有关，与光强无关。相同频率下，无论强度如何，Uc相同，C正确；光子动量p＝，能量越大动量越大。n＝3→n＝1的光子能量最大，动量最大，D错误；故选AC。
甲　　　　　　乙
第1讲　光电效应　波粒二象性
点击进入WORD文档
按ESC键退出全屏播放限时规范训练(84)　光电效应　波粒二象性
(建议用时：40分钟　满分：65分)
(选择题1～8题每题5分，9～11题每题6分，12题7分，共65分)
[基础巩固练]
1．(2024·江西卷，2)近年来，江西省科学家发明硅衬底氮化镓基系列发光二极管(LED)，开创了国际上第三条LED技术路线。某氮化镓基LED材料的简化能级如图所示，若能级差为2.20 eV(约3.52×10-19 J)，普朗克常量h＝6.63×
10-34 J·s，则发光频率约为(　　)
A．6.38×1014 Hz B．5.67×1014 Hz
C．5.31×1014 Hz D．4.67×1014 Hz
解析：C　根据题意可知，辐射出的光子能量ε＝3.52×10-19 J，由ε＝hν代入数据解得ν＝5.31×1014 Hz，C正确。
2．(2022·江苏卷，4)上海光源通过电子—光子散射使光子能量增加，光子能量增加后(　　)
A．频率减小 B．波长减小
C．动量减小 D．速度减小
解析：B　根据ε＝hν可知光子的能量增加后，光子的频率增大，又根据λ＝可知光子波长减小，故A错误，B正确；根据p＝可知光子的动量增大，但光子的速度始终不变，故C、D错误。
3．(2025·广西卷，1)已知金属铷、钾、钠、钙的逸出功分别为2.13 eV、2.25 eV、2.29 eV、3.20 eV。用光子能量为2.20 eV的单色光照射这些金属的表面，能逸出光电子的金属是(　　)
A．铷 B．钾
C．钠 D．钙
解析：A　当光照射金属表面时，电子会吸收光的能量，若金属表面的电子吸收的能量超过逸出功，电子就能从金属表面逸出，成为光电子。由题意可知照射这些金属的单色光的光子能量只大于金属铷的逸出功，故能逸出光电子的金属是铷，A正确。
4．(2025·山东卷，1)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Ek的大小关系正确的是(　　)
A．Ek1>Ek2>Ek3 B．Ek2>Ek3>Ek1
C．Ek3>Ek2>Ek1 D．Ek3>Ek1>Ek2
解析：B　根据光电子最大初动能与遏止电压关系Ek＝eUc，根据图像有|Uc2|>|Uc3|>|Uc1|，故Ek2>Ek3>Ek1，故B正确，ACD错误。
5．(2024·湖南卷，1)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成分
D．德布罗意认为质子具有波动性，而电子不具有波动性
解析：B　普朗克认为黑体辐射的能量是量子化的，A错误；紫光的频率大于红光的频率，由爱因斯坦光电效应方程Ek＝hν－W0可知，若改用紫光照射此金属表面，一定能发生光电效应，即电子从金属表面逸出，B正确；康普顿散射实验发现，X射线被较轻物质(石墨、石蜡)等散射后除了有波长与原波长相同的成分外还有波长较长的成分，C错误；德布罗意认为实物粒子具有波粒二象性，D错误。
6．(2024·新课标卷，17)三位科学家由于在发现和合成量子点方面的突出贡献，荣获了2023年诺贝尔化学奖，不同尺寸的量子点会发出不同颜色的光。现有两种量子点分别发出蓝光和红光，下列说法正确的是(　　)
A．蓝光光子的能量大于红光光子的能量
B．蓝光光子的动量小于红光光子的动量
C．在玻璃中传播时，蓝光的速度大于红光的速度
D．蓝光在玻璃中传播时的频率小于它在空气中传播时的频率
解析：A　蓝光的频率大于红光的频率，由光子能量ε＝hν知，蓝光光子能量大于红光光子能量，A选项正确；光子动量p＝，蓝光频率大于红光频率，由波长λ＝知，蓝光波长小于红光波长，则蓝光光子动量大于红光光子动量，B选项错误；由光在介质中的传播速度v＝，同种介质对蓝光的折射率大于对红光的折射率知，蓝光在玻璃中的传播速度比红光的小，C选项错误；单色光从一种介质进入另一种介质时频率不变，D选项错误。
7．(多选)(2024·浙江1月选考，14)下列说法正确的是(　　)
A．相同温度下，黑体吸收能力最强，但辐射能力最弱
B．具有相同动能的中子和电子，其德布罗意波长相同
C．电磁场是真实存在的物质，电磁波具有动量和能量
D．自然光经玻璃表面反射后，透过偏振片观察，转动偏振片时可观察到明暗变化
解析：CD　相同温度下，黑体吸收和辐射能力均最强，A错误；根据λ＝可知，具有相同动能的中子和电子，由于中子质量较大，则其德布罗意波长较短，B错误；电磁场是电磁作用的媒介，具有能量和动量，是物质的一种存在形式，电磁波是电磁场的一种运动形态，C正确；自然光在玻璃、水面等表面反射时，反射光可视为偏振光，透过偏振片观察，转动偏振片时能观察到明暗变化，D正确。
8．(多选)(2024·黑吉辽卷，8)X射线光电子能谱仪是利用X光照射材料表面激发出光电子，并对光电子进行分析的科研仪器。用某一频率的X光照射某种金属表面，逸出了光电子，若增加此X光的强度，则(　　)
A．该金属的逸出功增大
B．X光的光子能量不变
C．逸出的光电子最大初动能增大
D．单位时间逸出的光电子数增多
解析：BD　金属的逸出功是金属本身的特性，与照射光的强度无关，A错误；根据ε＝hν可知，X光的光子能量与其强度无关，B正确；根据爱因斯坦光电效应方程Ek＝hν－W0结合A、B项分析可知，逸出的光电子最大初动能与照射光的强度无关，C错误；若增加此X光的强度，则单位时间入射到金属表面的光子数增多，单位时间逸出的光电子数增多，D正确。
[能力提升练]
9．(2026·湖北部分市州一模)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
解析：D　由于红光的频率较小，所以在图甲装置中，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；当达到饱和电流时，增大正向电压，则光电流不变，故B错误；金属的逸出功与入射光的频率无关，故C错误；根据爱因斯坦光电效应方程Ek＝hν－W0，所以该图线的斜率为普朗克常量，故D正确。
10．(2026·广西柳州高级中学模拟)1924年，德布罗意提出一切宏观粒子都具有与本身能量相对应的波动频率或波长。1927年汤姆孙在实验中让电子束通过电场加速后，通过多晶薄膜得到了衍射图样，如图所示。已知电子质量为m，加速后电子速度为v，普朗克常量为h，下列说法正确的是(　　)
A．两个电子也可形成衍射图样
B．电子形成的物质波是一种电磁波
C．加速电压越大，电子的物质波波长越大
D．实验中电子的德布罗意波长为λ＝
解析：D　两个电子打在底板上，只有两个亮点，没有衍射图样，故A错误；电子形成的物质波不是电磁波，电磁波是电磁场形成的波，故B错误；根据动能定理eU＝mv2，解得v＝，由p＝mv，p＝，联立解得λ＝，加速电压越大，速度越大，而电子的物质波波长越小，故C错误，D正确。
11．(2024·浙江1月选考，11)如图所示，金属极板M受到紫外线照射会逸出光电子，最大速率为vm。正对M放置一金属网N，在M、N之间加恒定电压U。已知M、N间距离为d(远小于板长)，电子的质量为m，电荷量为e，则(　　)
A．M、N间距离增大时电子到达N的动能也增大
B．只有沿x方向逸出的电子到达N时才有最大动能
C．电子从M到N过程中y方向位移大小最大为vmd
D．M、N间加反向电压时电流表示数恰好为零
解析：C　光电子从M到N的过程，根据动能定理有eU＝EkN－mv2，解得EkN＝eU＋mv2，则M、N间距离无论怎么改变，EkN都不变，A错误；与A项分析同理，以最大速率逸出的光电子不论沿哪个方向逸出，只要能到达N，其最大动能均为EkNm＝，B错误；当以最大速率逸出的光电子沿y方向逸出时，其到达N时y方向的位移最大，电子在电场中做类平抛运动，则有ym＝vmt，d＝t2，联立解得ym＝vmd，C正确；沿x轴正方向以最大速率逸出的光电子最容易到达N，若加上反向电压Uc时，其恰好不能到达N，则电流表示数恰好为零，有－eUc＝0－mvm2，解得Uc＝，D错误。
[培优创新练]
12．(多选)(2026·江浙皖高中发展共同体月考)如图甲所示是氢原子的能级图，图乙是研究光电效应的实验装置图。大量处于n＝3激发态的氢原子跃迁时，发出频率不同的光子，用此光束照射光电管电极K。移动滑片P，当电压表的示数为7 V时，微安表的示数恰好为零。图示位置中滑片P和O点刚好位于滑动变阻器的上、下中点位置。则(　　)
甲　　　　　　　　　乙
A．此光束中能发生光电效应的光子共有2种
B．要使微安表的示数恰好为零，滑片P应由图示位置向b端移动
C．相同频率不同强度的光照射电极K，只要能发生光电效应，遏止电压是相同的
D．此光子束中从n＝3跃迁到n＝1的光子，其动量最小
解析：AC　处于n＝3激发态的氢原子跃迁时，可能的跃迁路径为n＝3→n＝2、n＝3→n＝1、n＝2→n＝1，共三种光子。计算各光子能量n＝3→n＝2：ΔE1＝E3－E2＝1.89 eV，n＝2→n＝1：ΔE2＝E2－E1＝10.2 eV，n＝3→n＝1：ΔE3＝E3－E1＝12.09 eV，遏止电压Uc＝7 V时，最大初动能Ekmax＝eUc＝7 eV，由光电效应方程Ekmax＝hν－W0，最大光子能量ΔE3＝12.09 eV，对应最大Ekmax，故逸出功W0＝hν－Ekmax＝5.09 eV，ΔE1W0、ΔE3>W0，均能发生光电效应。因此能发生光电效应的光子共2种，A正确；图示位置中滑片P和O点位于滑动变阻器中点，此时光电管两端电压为遏止电压，微安表示数为零，故无需移动滑片，B错误；遏止电压Uc＝，仅与入射光频率ν和逸出功W0有关，与光强无关。相同频率下，无论强度如何，Uc相同，C正确；光子动量p＝，能量越大动量越大。n＝3→n＝1的光子能量最大，动量最大，D错误；故选AC。1．了解人类探索原子及其结构的历史。知道原子的核式结构模型。通过对氢原子光谱的分析，了解原子的能级结构。
2．了解原子核的组成和核力的性质。知道四种基本相互作用。能根据质量数守恒和电荷数守恒写出核反应方程。
3．了解放射性和原子核衰变。知道半衰期及其统计意义。了解放射性同位素的应用，知道射线的危害与防护。
4．认识原子核的结合能，了解核裂变反应和核聚变反应。关注核技术应用对人类生活和社会发展的影响。
5．通过实验，了解光电效应现象。知道爱因斯坦光电效应方程及其意义。能根据实验结论说明光的波粒二象性。
6．知道实物粒子具有波动性，了解微观世界的量子化特征。体会量子论的建立对人们认识物质世界的影响。
原子物理 光电效应 2025年：广东卷T3；江苏卷T12；广西卷T1；山东卷T1；浙江1月选考T11 2024年：海南卷T8；黑吉辽卷T8 2023年：浙江6月选考T15
黑体辐射、能量子、物质波 2025年：陕晋宁青卷T5 2024年：北京卷T13；湖南卷T1；新课标卷T17 2023年：北京卷T14；海南卷T10；江苏卷T14；浙江1月选考T11
原子核衰变、半衰期 2025年：湖南卷T1；河南卷T6；湖北卷T1 2024年：山东卷T1；广西卷T4；北京卷T1；浙江6月选考T4 2023年：重庆卷T6；浙江6月选考T5；海南卷T1；浙江1月选考T9
能级跃迁 2025年：甘肃卷T1；重庆卷T6 2024年：江苏卷T5；安徽卷T1；江西卷T2；浙江6月选考T10 2023年：山东卷T1；湖北卷T1；辽宁卷T6；新课标卷T16
核反应、核能 2025年：海南卷T1；云南卷T1；黑吉辽内蒙古卷T8；北京卷T13；福建卷T6 2024年：广东卷T2；湖北卷T2；江苏卷T3；浙江1月选考T7；河北卷T1；福建卷T1 2023年：全国乙卷T16；全国甲卷T15；广东卷T1；天津卷T3；北京卷T3；湖南卷T1
1．知道原子的结构，理解玻尔理论及原子跃迁规律，理解氢原子光谱。
2．理解光电效应现象，掌握光电效应方程，掌握应用图像分析光电效应问题。
3．理解天然放射现象，知道三种射线的特点，知道半衰期的概念，理解衰变规律。
4．会书写核反应方程，掌握质能方程，会计算核能。
第1讲　光电效应　波粒二象性
目标 要求 　 　 1.理解波粒二象性的特征。知道实物粒子的波动性，明确物质波的概念。2.掌握黑体辐射的定义及其实验规律，理解能量量子化的意义。3.理解光电效应现象及光电效应的实验规律。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。4.会分析光电效应常见的三类图像。
一、能量量子化
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，所以叫作热辐射。
(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、黑体辐射的实验规律
(1)黑体：能够完全吸收入射的各种波长的电磁波而不发生反射的物体。
(2)黑体辐射的实验规律
①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。
②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。
3．能量量子化
(1)能量子：普朗克认为，当带电微粒辐射或吸收能量时，只能辐射或吸收某个最小能量值ε的整数倍，这个不可再分的最小能量值ε叫作能量子。
(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＝6.626 070 15×10-34 J·s(一般取h＝6.63×10-34 J·s)。
二、光电效应
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．光电效应实验的规律
(1)每种金属都有一个极限频率，入射光的频率必须大于或等于这个极限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极限频率时，饱和光电流的大小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作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。
三、爱因斯坦光电效应方程
1．光子说：在空间传播的光是不连续的，而是一份一份的，每一份叫作一个光的能量子，简称光子，光子的能量ε＝hν。其中h＝6.63×10-34 J·s(称为普朗克常量)。
2．逸出功W0：使电子脱离某种金属所做功的最小值，逸出功W0与金属的截止频率的关系为W0＝hνc。
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，最大初动能与遏止电压Uc的关系式为Ek＝eUc。
4．爱因斯坦光电效应方程
(1)表达式：Ek＝hν－W0。
(2)物理意义：金属表面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光电子的最大初动能Ek＝mevc2。
四、光的波粒二象性
1．波动性：光的干涉、衍射、偏振现象证明光具有波动性。
2．粒子性：光电效应、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。
五、物质波
1．定义：任何运动着的物体都有一种波与之对应，这种波叫作物质波，也叫德布罗意波。
2．物质波的波长：λ＝，h是普朗克常量。
1．判断正误
(1)黑体能够反射各种波长的电磁波，但不会辐射电磁波。(×)
(2)光子和光电子都是实物粒子。(×)
(3)只要入射光的强度足够强，就可以使金属发生光电效应。(×)
(4)光电子的最大初动能与入射光子的频率成正比。(×)
(5)光的频率越高，光的粒子性越明显，但仍具有波动性。(√)
(6)康普顿效应证实了光的粒子性。(√)
(7)实物粒子具有波动性。(√)
2．(多选)(人教版教材原题改编)如图所示，画出了四种温度下黑体辐射的强度与波长的关系图像，由图像可以看出，随着温度的升高，下列说法正确的是(　　)
A．各种波长的辐射强度都有增加
B．只有波长短的辐射强度增加
C．辐射强度的极大值向波长较短的方向移动
D．辐射强度仍然是随波长的增大而先增大再减小
解析：ACD　由题给图像可以看出，随着温度的升高，各种波长的辐射强度都有增加，且辐射强度的极大值向波长较短的方向移动，故B错误，A、C正确；随着温度的升高，黑体的辐射强度仍然是随波长的增大而先增大再减小，故D正确。
3．(多选)(人教版教材原题改编)如图所示，用导线把不带电的验电器与锌板相连接，当用紫外线照射锌板时，发生的现象是(　　)
A．有光子从锌板逸出
B．有电子从锌板逸出
C．验电器指针张开一个角度
D．锌板带负电
解析：BC　用紫外线照射锌板时，锌板里的电子吸收紫外线的能量从锌板表面逸出，称之为光电子，故A错误，B正确；锌板与验电器相连，带有相同电性的电荷，锌板失去电子带正电，且失去的电子越多，带正电的电荷量越多，验电器指针张角越大，故C正确，D错误。
4．(人教版教材原题改编)康普顿效应证实了光子不仅具有能量，也具有动量，如图所示，给出了光子与静止电子碰撞后电子的运动方向，则碰撞后光子可能沿________(选填“1”“2”或“3”)方向运动，并且波长________(选填“不变”“变短”或“变长”)。
解析：因为光子与电子碰撞过程中动量守恒，所以碰撞之后光子和电子的总动量的方向与光子碰撞前的方向一致，可见碰撞后光子的方向可能沿1方向，不可能沿2或3方向；通过碰撞，光子将一部分能量转移给电子，能量减少，由ε＝hν知，频率变小，再根据c＝λν知，波长变长。
答案：1　变长
5．用很弱的光做双缝干涉实验，把入射光减弱到可以认为光源和感光胶片之间不可能同时有两个光子存在，如图所示是不同数量的光子照射到感光胶片上得到的照片。试从光的本性解释光的干涉现象产生的原因。
解析：如果用比较弱的光曝光时间比较短，少量光子通过狭缝在屏的感光底片上显示出一个个光点，显示出粒子性；如果曝光时间比较长，很多光子的行为就显示出波动性，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。
答案：见解析
考点一　光电效应
　(2025·广东卷，3)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Ek，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Ek
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Ek
解析：B　光电效应发生的条件是入射光的频率大于金属的极限频率(截止频率)，由于甲的逸出功小于乙的逸出功，所以甲的极限频率(截止频率)小于乙的极限频率(截止频率)，当使用某频率的光分别照射甲、乙时，只有甲发射光电子，发生光电效应现象，所以该光的频率大于甲的极限频率(截止频率)，小于乙的极限频率(截止频率)，故使用频率更小的光，乙肯定不会发射光电子，若频率更小的光的频率仍大于甲的极限频率(截止频率)，则甲仍能发射光电子，由爱因斯坦光电效应方程Ek＝hν－W0可知，甲发射的光电子的最大初动能小于之前的最大初动能，A错误，B正确；由A、B项分析可知频率不变，减弱光强，光的频率仍小于乙的极限频率(截止频率)，仍不能使乙发射光电子，C错误；由爱因斯坦光电效应方程Ek＝hν－ W0可知，频率不变，减弱光强，甲发射的光电子的最大初动能不变，D错误。
两点提醒
(1)光电效应中的“光”不是特指可见光，也包括不可见光。
(2)光电子不是光子，而是电子。
　(2024·海南卷，8)利用如图所示的装置研究光电效应，单刀双掷开关S接1，用频率为ν1的光照射光电管，调节滑动变阻器，使电流表的示数刚好为0，此时电压表的示数为U1，已知电子电荷量为e，普朗克常量为h，下列说法正确的是(　　)
A．其他条件不变，增大光强，电压表示数增大
B．改用比ν1更大频率的光照射，调整电流表的示数为零，此时电压表示数仍为U1
C．其他条件不变，使开关S接2，电流表示数仍为零
D．光电管阴极材料的截止频率νc＝ν1－
解析：D　由题图可知，当开关S接1时，光电管两端所加电压是反向电压，由eU1＝Ek，Ek＝hν1－W0可得，eU1＝hν1－W0，其他条件不变时，增大光强，电压表的示数不变，A错误；若改用比ν1更大频率的光照射时，由于金属的逸出功不变，可得遏止电压变大，即调整电流表的示数为零，此时电压表示数大于U1，B错误；其他条件不变时，当开关S接2时，光电管两端所加电压是正向电压，且hν1＞W0，电流表示数不为零，C错误；由eU1＝hν1－W0，W0＝hνc可得，光电管阴极材料的截止频率为νc＝ν1－，D正确。
两条对应关系
(1)入射光强度大→光子数目多→发射光电子多→光电流大。
(2)光子频率高→光子能量大→光电子的最大初动能大。
　(2025·江苏卷，12)江门中微子实验室使用我国自主研发的光电倍增管，利用光电效应捕捉中微子信息。光电倍增管阴极金属材料的逸出功为W0，普朗克常量为h。
(1)求该金属的截止频率ν0；
(2)若频率为ν的入射光能使该金属发生光电效应，求光电子的最大初动能Ek。
解析：(1)根据爱因斯坦光电效应方程可知，能够发生光电效应的光的最小频率满足hν0＝W0　①
解得ν0＝　②。
(2)根据爱因斯坦光电效应方程可得，光电子的最大初动能Ek＝hν－W0。
答案：(1)　(2)hν－W0,
考点二　光电效应的图像问题
考向1　Uc-ν图像
　(2022·河北卷，4)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hνc
B．钠的截止频率为8.5×1014 Hz
C．图中直线的斜率为普朗克常量h
D．遏止电压Uc与入射光频率ν成正比
解析：A　根据遏止电压与最大初动能的关系有eUc＝Ek，根据光电效应方程Ek＝hν－W0，当Uc为0时，解得W0＝hνc，A正确；钠的截止频率为νc，根据图像可知，截止频率为5.5×1014 Hz，B错误；结合遏止电压与光电效应方程可解得Uc＝，可知图中直线的斜率表示，C错误；根据遏止电压与入射光的频率关系式可知，遏止电压Uc与入射光频率ν成线性关系，不是成正比，D错误。
(1)截止频率νc：图线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，Uc＝。
(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)。
(1)截止频率：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W0＝|－E|＝E。
(3)普朗克常量：图线的斜率k＝h。
考向2　Ek-ν图像
　(2026·山东济南模拟)某种金属材料逸出光电子的最大初动能与入射光频率关系如图所示，已知电子所带电荷量为e，则下列说法正确的是(　　)
A．该金属的逸出功为零
B．当入射光的频率为5ν0时，遏止电压为
C．当入射光的频率为4ν0时，逸出光电子的最大初动能为2Ek0
D．普朗克常量为，单位为J/s
解析：B　根据光电效应方程Ek＝hν－W0，图像纵轴截距的绝对值表示金属逸出功W0，由图知纵轴截距为－Ek0，则逸出功W0＝Ek0≠0，A错误；由光电效应方程Ek＝hν－W0，结合图像，当入射光频率为ν＝ν0时，Ek＝0，代入数据得h＝，当入射光频率为5ν0时，最大初动能Ek＝h·5ν0－W0，代入数据得Ek＝4Ek0，遏止电压Uc满足Ek＝eUc，化简得Uc＝，B正确；当入射光的频率为4ν0时，最大初动能Ek＝h·4ν0－W0，代入数据得Ek＝3Ek0≠2Ek0，C错误；普朗克常量单位是J·s，不是J/s，D错误。
(1)遏止电压Uc: 图像与横轴的交点的横坐标的绝对值。
(2)饱和光电流Im: 电流的最大值，强光大于弱光。
(3)最大初动能：Ek＝eUc。
考向3　I-U图像
　(2026·湖北华中师大一附中月考)在光电效应实验中，用三束光分别照射同一阴极K得到如图所示的电流和电压关系曲线，则下列说法正确的是(　　)
A．三束光的频率关系是ν甲>ν乙>ν丙
B．三束光产生的光电子的最大初动能Ek甲>Ek乙>Ek丙
C．其他条件不变，电压越大，饱和光电流越大
D．其他条件不变，光强越大，饱和光电流越大
解析：D　根据Ek＝eUc＝hν－W0，三束光的频率应为ν甲＝ν丙<ν乙，故A错误；根据Ek＝eUc可知，光电子的最大初动能应为Ek甲＝Ek丙考点三　波粒二象性与物质波
考向1　波粒二象性
　(多选)(2026·清华大学附中期中)关于光的波粒二象性，正确的说法是(　　)
A．光的频率越高，光子的能量越大，粒子性越显著
B．光的波长越长，光的能量越小，波动性越显著
C．频率高的光子不具有波动性，波长较长的光子不具有粒子性
D．个别光子产生的效果往往显示粒子性，大量光子产生的效果往往显示波动性
解析：ABD　光具有波粒二象性，但在不同情况下表现不同，频率越高，波长越短，粒子性越强，反之波动性明显，个别光子易显示粒子性，大量光子显示波动性，故选项A、B、D正确。
波动性与粒子性的统一
由光子的能量ε＝hν、光子的动量p＝也可以看出，光的波动性和粒子性并不矛盾。
考向2　物质波
　(2025·陕晋宁青卷，5)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，其分辨率提高是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100 V电压加速后，其德布罗意波长为λ，若加速电压为10 kV，不考虑相对论效应，则其德布罗意波长为(　　)
A．100λ B．10λ
C．λ D．λ
解析：C　设加速电压为U，电子的质量为m，电荷量为e，加速后电子的动量为p。加速后电子的动能Ek＝mv2＝eU，电子的动量p＝mv＝，由德布罗意波波长公式λ＝，由于U′＝100U，可得λ′＝λ，故A、B、D错误，C正确。
物质波的理解
(1)任何一个运动的物体，无论大小，都有一种波与之对应。
(2)物质波的波长λ＝，h是普朗克常量。
限时规范训练(84)　光电效应　波粒二象性
(建议用时：40分钟　满分：65分)
(选择题1～8题每题5分，9～11题每题6分，12题7分，共65分)
[基础巩固练]
1．(2024·江西卷，2)近年来，江西省科学家发明硅衬底氮化镓基系列发光二极管(LED)，开创了国际上第三条LED技术路线。某氮化镓基LED材料的简化能级如图所示，若能级差为2.20 eV(约3.52×10-19 J)，普朗克常量h＝6.63×
10-34 J·s，则发光频率约为(　　)
A．6.38×1014 Hz B．5.67×1014 Hz
C．5.31×1014 Hz D．4.67×1014 Hz
解析：C　根据题意可知，辐射出的光子能量ε＝3.52×10-19 J，由ε＝hν代入数据解得ν＝5.31×1014 Hz，C正确。
2．(2022·江苏卷，4)上海光源通过电子—光子散射使光子能量增加，光子能量增加后(　　)
A．频率减小 B．波长减小
C．动量减小 D．速度减小
解析：B　根据ε＝hν可知光子的能量增加后，光子的频率增大，又根据λ＝可知光子波长减小，故A错误，B正确；根据p＝可知光子的动量增大，但光子的速度始终不变，故C、D错误。
3．(2025·广西卷，1)已知金属铷、钾、钠、钙的逸出功分别为2.13 eV、2.25 eV、2.29 eV、3.20 eV。用光子能量为2.20 eV的单色光照射这些金属的表面，能逸出光电子的金属是(　　)
A．铷 B．钾
C．钠 D．钙
解析：A　当光照射金属表面时，电子会吸收光的能量，若金属表面的电子吸收的能量超过逸出功，电子就能从金属表面逸出，成为光电子。由题意可知照射这些金属的单色光的光子能量只大于金属铷的逸出功，故能逸出光电子的金属是铷，A正确。
4．(2025·山东卷，1)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Ek的大小关系正确的是(　　)
A．Ek1>Ek2>Ek3 B．Ek2>Ek3>Ek1
C．Ek3>Ek2>Ek1 D．Ek3>Ek1>Ek2
解析：B　根据光电子最大初动能与遏止电压关系Ek＝eUc，根据图像有|Uc2|>|Uc3|>|Uc1|，故Ek2>Ek3>Ek1，故B正确，ACD错误。
5．(2024·湖南卷，1)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成分
D．德布罗意认为质子具有波动性，而电子不具有波动性
解析：B　普朗克认为黑体辐射的能量是量子化的，A错误；紫光的频率大于红光的频率，由爱因斯坦光电效应方程Ek＝hν－W0可知，若改用紫光照射此金属表面，一定能发生光电效应，即电子从金属表面逸出，B正确；康普顿散射实验发现，X射线被较轻物质(石墨、石蜡)等散射后除了有波长与原波长相同的成分外还有波长较长的成分，C错误；德布罗意认为实物粒子具有波粒二象性，D错误。
6．(2024·新课标卷，17)三位科学家由于在发现和合成量子点方面的突出贡献，荣获了2023年诺贝尔化学奖，不同尺寸的量子点会发出不同颜色的光。现有两种量子点分别发出蓝光和红光，下列说法正确的是(　　)
A．蓝光光子的能量大于红光光子的能量
B．蓝光光子的动量小于红光光子的动量
C．在玻璃中传播时，蓝光的速度大于红光的速度
D．蓝光在玻璃中传播时的频率小于它在空气中传播时的频率
解析：A　蓝光的频率大于红光的频率，由光子能量ε＝hν知，蓝光光子能量大于红光光子能量，A选项正确；光子动量p＝，蓝光频率大于红光频率，由波长λ＝知，蓝光波长小于红光波长，则蓝光光子动量大于红光光子动量，B选项错误；由光在介质中的传播速度v＝，同种介质对蓝光的折射率大于对红光的折射率知，蓝光在玻璃中的传播速度比红光的小，C选项错误；单色光从一种介质进入另一种介质时频率不变，D选项错误。
7．(多选)(2024·浙江1月选考，14)下列说法正确的是(　　)
A．相同温度下，黑体吸收能力最强，但辐射能力最弱
B．具有相同动能的中子和电子，其德布罗意波长相同
C．电磁场是真实存在的物质，电磁波具有动量和能量
D．自然光经玻璃表面反射后，透过偏振片观察，转动偏振片时可观察到明暗变化
解析：CD　相同温度下，黑体吸收和辐射能力均最强，A错误；根据λ＝可知，具有相同动能的中子和电子，由于中子质量较大，则其德布罗意波长较短，B错误；电磁场是电磁作用的媒介，具有能量和动量，是物质的一种存在形式，电磁波是电磁场的一种运动形态，C正确；自然光在玻璃、水面等表面反射时，反射光可视为偏振光，透过偏振片观察，转动偏振片时能观察到明暗变化，D正确。
8．(多选)(2024·黑吉辽卷，8)X射线光电子能谱仪是利用X光照射材料表面激发出光电子，并对光电子进行分析的科研仪器。用某一频率的X光照射某种金属表面，逸出了光电子，若增加此X光的强度，则(　　)
A．该金属的逸出功增大
B．X光的光子能量不变
C．逸出的光电子最大初动能增大
D．单位时间逸出的光电子数增多
解析：BD　金属的逸出功是金属本身的特性，与照射光的强度无关，A错误；根据ε＝hν可知，X光的光子能量与其强度无关，B正确；根据爱因斯坦光电效应方程Ek＝hν－W0结合A、B项分析可知，逸出的光电子最大初动能与照射光的强度无关，C错误；若增加此X光的强度，则单位时间入射到金属表面的光子数增多，单位时间逸出的光电子数增多，D正确。
[能力提升练]
9．(2026·湖北部分市州一模)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
解析：D　由于红光的频率较小，所以在图甲装置中，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；当达到饱和电流时，增大正向电压，则光电流不变，故B错误；金属的逸出功与入射光的频率无关，故C错误；根据爱因斯坦光电效应方程Ek＝hν－W0，所以该图线的斜率为普朗克常量，故D正确。
10．(2026·广西柳州高级中学模拟)1924年，德布罗意提出一切宏观粒子都具有与本身能量相对应的波动频率或波长。1927年汤姆孙在实验中让电子束通过电场加速后，通过多晶薄膜得到了衍射图样，如图所示。已知电子质量为m，加速后电子速度为v，普朗克常量为h，下列说法正确的是(　　)
A．两个电子也可形成衍射图样
B．电子形成的物质波是一种电磁波
C．加速电压越大，电子的物质波波长越大
D．实验中电子的德布罗意波长为λ＝
解析：D　两个电子打在底板上，只有两个亮点，没有衍射图样，故A错误；电子形成的物质波不是电磁波，电磁波是电磁场形成的波，故B错误；根据动能定理eU＝mv2，解得v＝，由p＝mv，p＝，联立解得λ＝，加速电压越大，速度越大，而电子的物质波波长越小，故C错误，D正确。
11．(2024·浙江1月选考，11)如图所示，金属极板M受到紫外线照射会逸出光电子，最大速率为vm。正对M放置一金属网N，在M、N之间加恒定电压U。已知M、N间距离为d(远小于板长)，电子的质量为m，电荷量为e，则(　　)
A．M、N间距离增大时电子到达N的动能也增大
B．只有沿x方向逸出的电子到达N时才有最大动能
C．电子从M到N过程中y方向位移大小最大为vmd
D．M、N间加反向电压时电流表示数恰好为零
解析：C　光电子从M到N的过程，根据动能定理有eU＝EkN－mv2，解得EkN＝eU＋mv2，则M、N间距离无论怎么改变，EkN都不变，A错误；与A项分析同理，以最大速率逸出的光电子不论沿哪个方向逸出，只要能到达N，其最大动能均为EkNm＝，B错误；当以最大速率逸出的光电子沿y方向逸出时，其到达N时y方向的位移最大，电子在电场中做类平抛运动，则有ym＝vmt，d＝t2，联立解得ym＝vmd，C正确；沿x轴正方向以最大速率逸出的光电子最容易到达N，若加上反向电压Uc时，其恰好不能到达N，则电流表示数恰好为零，有－eUc＝0－mvm2，解得Uc＝，D错误。
[培优创新练]
12．(多选)(2026·江浙皖高中发展共同体月考)如图甲所示是氢原子的能级图，图乙是研究光电效应的实验装置图。大量处于n＝3激发态的氢原子跃迁时，发出频率不同的光子，用此光束照射光电管电极K。移动滑片P，当电压表的示数为7 V时，微安表的示数恰好为零。图示位置中滑片P和O点刚好位于滑动变阻器的上、下中点位置。则(　　)
甲　　　　　　　　　乙
A．此光束中能发生光电效应的光子共有2种
B．要使微安表的示数恰好为零，滑片P应由图示位置向b端移动
C．相同频率不同强度的光照射电极K，只要能发生光电效应，遏止电压是相同的
D．此光子束中从n＝3跃迁到n＝1的光子，其动量最小
解析：AC　处于n＝3激发态的氢原子跃迁时，可能的跃迁路径为n＝3→n＝2、n＝3→n＝1、n＝2→n＝1，共三种光子。计算各光子能量n＝3→n＝2：ΔE1＝E3－E2＝1.89 eV，n＝2→n＝1：ΔE2＝E2－E1＝10.2 eV，n＝3→n＝1：ΔE3＝E3－E1＝12.09 eV，遏止电压Uc＝7 V时，最大初动能Ekmax＝eUc＝7 eV，由光电效应方程Ekmax＝hν－W0，最大光子能量ΔE3＝12.09 eV，对应最大Ekmax，故逸出功W0＝hν－Ekmax＝5.09 eV，ΔE1W0、ΔE3>W0，均能发生光电效应。因此能发生光电效应的光子共2种，A正确；图示位置中滑片P和O点位于滑动变阻器中点，此时光电管两端电压为遏止电压，微安表示数为零，故无需移动滑片，B错误；遏止电压Uc＝，仅与入射光频率ν和逸出功W0有关，与光强无关。相同频率下，无论强度如何，Uc相同，C正确；光子动量p＝，能量越大动量越大。n＝3→n＝1的光子能量最大，动量最大，D错误；故选AC。

展开更多......

收起↑