光電效應 波粒二象性(解析版)-2023年高考物理考試

易錯點28光電效應波粒二象性

錯題糾正

例題L研究光電效應的電路圖如圖所示，關于光電效應，下列說法正確的是（）

A.任何一種頻率的光，只要照射時間足夠長，電流表就會有示數(shù)

B.若電源電動勢足夠大，滑動變阻器滑片向右滑，電流表的示數(shù)能一直增大

C.調(diào)換電源的正負極，調(diào)節(jié)滑動變阻器的滑片，電流表的示數(shù)可能變?yōu)榱?/p>

D.光電效應反映了光具有波動性

【答案】C

【解析】

能否發(fā)生光電效應取決于光的頻率，與照射時間長短無關，A錯誤：增加極板間電壓，會

出現(xiàn)飽和電流，電流表示數(shù)不會一直增大，B錯誤；調(diào)換電源正負極，若反向電壓達到遏止

電壓，則電流表示數(shù)變?yōu)榱悖珻正確；光電效應反映了光具有粒子性，D錯誤.

【誤選警示】

誤選A的原因：對光電效應產(chǎn)生的條件認識不清。對某種金屬材料，只有大于該金屬材料

的極限頻率才能發(fā)生光電效應。

誤選B的原因：對飽和光電流認識不清。增加極板間電壓，會出現(xiàn)飽和電流，電流表示數(shù)

不會一直增大。

誤選D的原因：光電效應反應光具有粒子性。

例題2.（多選）如圖所示，甲、乙、丙、丁是關于光電效應的四個圖像，以下說法正確的是

B.由圖乙可知虛線對應金屬的逸出功比實線對應金屬的逸出功小

C.由圖丙可知在光的顏色不變的情況下，入射光越強，飽和電流越大

D.由圖丁可知電壓越高，則光電流越大

【答案】BC

【解析】

hh

根據(jù)光電效應方程，結合動能定理可知e（7c=Ek=加，一VVo=/zv—∕n?,變式可得UC=不一］

Vc,斜率k=5=g,解得普朗克常量為/?=受故A錯誤；根據(jù)愛因斯坦光電效應方程Ek=

Wo可知，縱軸截距的絕對值表示逸出功，則實線對應金屬的逸出功比虛線對應金屬的

逸出功大，故B正確；入射光頻率一定，飽和電流由入射光的強度決定，即光的顏色不變的

情況下，入射光越強，光子數(shù)越多，飽和電流越大，故C正確：分析題圖丁可知，當達到飽

和電流以后，增加光電管兩端的電壓，光電流不變，故D錯誤.

【誤選警示】

誤選A的原因：對光電效應方程和遏止電壓和最大初動能的關系認識不清。

誤選D的原因：對飽和光電流認識不清。增加極板間電壓，會出現(xiàn)飽和電流，電流表示數(shù)

不會一直增大。

知識總結

光電效應規(guī)律中的四類圖像

圖像名稱圖線形狀由圖線直接（間接）得到的物理量

①截止頻率先:圖線與V軸交點

的橫坐標

最大初動能以與②逸出功W0:圖線與Ek軸交點

入射光頻率V的的縱坐標的絕對值，即W)=I—

?/%V

關系圖線.]ET=E

③普朗克常量昆圖線的斜率，

即h=k

入射光顏色相①遏止電壓口：圖線與橫軸的交

?mll---7--------------黃光(強)

同、強度不同夕黃光(弱)點的橫坐標

2

時，光電流與電②飽和電流/m：電流的最大值

-U

UcO

壓的關系圖線③最大初動能：Ek=eUc

①遏止電壓Uci、Ug

入射光顏色不同K一黃光(強)

②飽和電流

幺二二藍光

時，光電流與電牛二黃光(弱)

③最大初動能Ekl=eUc∣,Ek2=

壓的關系圖線痣,2。U

eUc2

①截止頻率"：圖線與橫軸交點

的橫坐標

②遏止電壓“：隨入射光頻率的

遏止電壓UC與入[Z

增大而增大

射光頻率V的關

③普朗克常量小等于圖線的斜

系圖線OVcV

率與電子電荷量的乘積，即〃=

h(注：此時兩極之間接反向電

壓)

易混點:

一、光電效應方程Ek=AV―的的應用

I.光電效應方程的理解

(I)Ek為光電子的最大初動能，與金屬的逸出功的和光的頻率V有關.

(2)若Ek=0，則〃V=W0,此時的V即為金屬的截止頻率先.

2.光電效應現(xiàn)象的有關計算

(1)最大初動能的計算：E?i=hv-W0-hv-hvc↑

(2)截止頻率的計算：hvc=W0,即VC=華；

(3)遏止電壓的計算：-eUc=0-Ek,

Ek加一V?

即UC=

二、光的波粒二象性

1.光的波動性

實驗基礎：光的干涉和衍射.

2.光的粒子性

（1）實驗基礎：光電效應、康普頓效應.

（2）表現(xiàn)：①當光同物質(zhì)發(fā)生作用時，這種作用是“一份一份''進行的，表現(xiàn)出粒子的性質(zhì)；②

少量或個別光子容易顯示出光的粒子性.

⑶說明：①粒子的含義是"不連續(xù)""一份一份"的；②光子不同于宏觀觀念的粒子.

I舉一反三〉

L（多選）一定強度的激光（含有三種頻率的復色光）沿半徑方向入射到半圓形玻璃磚的圓心O

點,如圖甲所示.現(xiàn)讓經(jīng)過玻璃磚后的A、B、C三束光分別照射相同的光電管的陰極（如圖

乙所示），其中C光照射時恰好有光電流產(chǎn)生，則（）

A.若用B光照射光電管的陰極，一定有光電子逸出

B.若用A光和C光分別照射光電管的陰極，4光照射時逸出的光電子的最大初動能較大

C.若入射光的入射角從O開始增大，C光比B光先消失

D.若是激發(fā)態(tài)的氫原子直接躍遷到基態(tài)輻射出B光、C光，則C光對應的能級較低

【答案】BC

【解析】,

由題圖甲可得，B光和C光為單色光，C光的折射率大，頻率高；A光除了B、C光的反射

光線外，還含有第三種頻率的光，為三種光的復合光.C光照射光電管恰好有光電流產(chǎn)生，

用B光照射同一光電管，不能發(fā)生光電效應，故A錯誤；A光為三種頻率的復合光，但A

光中某頻率的光發(fā)生了全反射，其臨界角最小，折射率最大，頻率最高，則A光和C光分

別照射光電管的陰極時，A光照射時逸出的光電子的最大初動能較大，故B正確；根據(jù)Sin

C=I可知，C光的臨界角比B光小，若入射光的入射南從O開始增大，。光比B光先消失，

故C正確；C光的頻率比8光高，根據(jù)能級躍遷規(guī)律可知，若是激發(fā)態(tài)的氫原子直接躍遷

到基態(tài)輻射出8光、C光，則C光對應的能級較高，故D錯誤.

2.（2022?上海師大附中高三學業(yè)考試）用極微弱的可見光做雙縫干涉實驗，隨著時間的增

加，在屏上先后出現(xiàn)如圖(a)(b)(c)所示的圖像，則()

I(C)

(b)

A.圖像(a)表明光具有波動性

B.圖像(C)表明光具有粒子性

C.用紫外線觀察不到類似的圖像

D.實驗表明光是一種概率波

【答案】D

【解析】

題圖(a)只有分散的亮點，表明光具有粒子性；題圖(C)呈現(xiàn)干涉條紋，表明光具有波動性，

A、B錯誤；紫外線也具有波粒二象性，也可以觀察到類似的圖像，C錯誤；實驗表明光是

一種概率波，D正確.

3.關于光電效應，下列說法正確的是()

A.截止頻率越大的金屬材料逸出功越大

B.只要光照射的時間足夠長，任何金屬都能發(fā)生光電效應

C.從金屬表面逸出的光電子的最大初動能越大，這種金屬的逸出功越小

D.入射光的光強一定時，頻率越高，單位時間內(nèi)逸出的光電子數(shù)就越多

【答案】A

【解析】

oc

逸出功M)=力%,V?)vc,A正確；只有照射光的頻率U大于或等于金屬截止頻率先,才

能發(fā)生光電效應，B錯誤：由光電效應方程Ek=加一WO知，入射光頻率V不確定時，無法

確定Ek與WO的關系，C錯誤；頻率一定，入射光的光強越大，單位時間內(nèi)逸出的光電子數(shù)

越多，D錯誤.

易錯題通關

一、單選題

1.用如圖所示的光電管研究光電效應的實驗中，用某種頻率的單色光照射光電管陰極K,

電流計G的指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)。該單色光的波長為4,金屬的極限波長為4,普朗克常量和真

空中光速分別用〃和C表示，那么下列說法正確的有()

A.光電子的最大初動能為；--7

z4

B.，>4>

C.波長超過/1的光都不能使該金屬發(fā)生光電效應

D.波長超過4的光都能使該金屬發(fā)生光電效應

【答案】A

【解析】A.根據(jù)光電效應方程

Ek=hv-WQ=hv-hv{}

又

c=vλ

光電子的最大初動能為

Lhehe

Ek=---------

4%

故A正確；

B.用某種頻率的單色光照射光電管陰極K,電流計G的指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)。該單色光的波長為

λ,金屬的極限波長為4),則

4<4)

故B錯誤；

C.波長超過2,小于4的光能使該金屬發(fā)生光也效應，故C錯誤；

D.金屬的極限波長為兒，波長超過A)的光都不能使該金屬發(fā)生光電效應，故D錯誤。

故選Ao

2.如圖所示，高效而環(huán)保的光催化捕蚊器采用蚊子喜愛的紫外線誘捕蚊子。捕蚊器發(fā)射的

紫外線的頻率為8.0χl0'4Hz,普朗克常量〃取6.6xlO&J?s,則下列說法正確的是

)

A.紫外線可用于加熱理療

B.紫外線的頻率比可見光小

C.該紫外線在真空中的波長為2.4xl0"m

D.該紫外線能量子的能量為5.28X1()T9J

【答案】D

【解析】A.紅外線的熱效應顯著，紅外線用來加熱理療，而紫外線的化學作用與熒光作

用顯著，常用來殺菌和消毒，故A錯誤；

B.紫外線屬于電磁波，紫外線的頻率比可見光高，B錯誤;

C.該紫外線在真空中的波長為

,c3×108

λ——=-----------m=3.75×10^7m

f8.0×10l4

故C錯誤;

D.該紫外線能量子的能量為

341419

ε=hv=6.6×10~×8.0×IOJ=5.28×1OJ

故D正確。

故選D?

3.如圖所示，某種單色光照射到光電管的陰極上時，電流表有示數(shù)，下列說法不正確的是

A.入射單色光的頻率必大于陰極材料的截止頻率

B.增大單色光的強度，電流表的示數(shù)將增大

C.用頻率更低的光照射光電管的陰極時，電流表一定沒有示數(shù)

D.滑片P向左移，電流表示數(shù)將減小，甚至為零

【答案】C

【解析】A.單色光照射到光電管的陰極上時，電流表有示數(shù)，說明發(fā)生了光電效應，因

此該單色光的頻率一定大于陰極材料的截止頻率，故A正確；

B.增大單色光的強度，則產(chǎn)生的光電子數(shù)增多，光電流增大，電流表的示數(shù)增大，故B

正確；

C.若頻率更低的單色光的頻率大于陰極材料的截止頻率，依然可以發(fā)生光電效應，故C

錯誤；

D.由圖示電路可知，滑片左移的過程中，K極的電勢比A極高，光電管上加的是反向電

壓，且反向電壓逐漸增大，電流表示數(shù)逐漸減小，當所加電壓大于等于遏止電壓時，電流

表示數(shù)變?yōu)榱?，故D正確。

本題選不正確項，故選C。

二、多選題

4.愛因斯坦提出了光子說，很好地解釋了光電效應實驗中的各種現(xiàn)象。與光電效應實驗有

關的四幅圖如圖所示，下列說法正確的是（）

圖3金屬的遏止電壓以與圖4光電子最大初動能Ek與

入射光頻率的關系入射光頻率的關系

A.如圖1裝置，如果先讓鋅板帶負電，再用紫外線燈照射鋅板，則驗電器的張角變大

B.由圖2可知，黃光越強，光電流越大，說明光子的能量與光強有關

C.由圖3可知，%為該金屬的截止頻率

D.由圖4可知，E等于該金屬的逸出功

【答案】CD

【解析】A.先讓鋅板帶負電，再用紫外線燈照射鋅板，由于光電效應激發(fā)電子，鋅板電

量減少，則驗電器的張角會變小，等鋅板電量為零時，驗電器就無法張開，如果紫外線燈

繼續(xù)照射鋅板，就會使鋅板帶正電，驗電器的張角又增大，故A錯誤；

B.由圖2可知，電壓相同時，光照越強，光電流越大，只能說明光電流強度與光的強度有

關，但由光子的能量公式可知

E=Itv

光子的能量只與光的頻率有關，與光的強度無關，故B錯誤:

C.根據(jù)公式可知

Ekm=加-叱＞=也

解得

q-

e€

則

%=匕

匕為該金屬的截止頻率，故C正確;

D.光電效應方程為

E^=hY-Wn

當

V=O

時，可知

Ek=M

由圖像知縱軸截距為-E,可知

W0=E

即逸出功為E,故D正確。

故選CDo

5.從1907年起，密立根就開始測量金屬的遏止電壓S與入射光的頻率U的關系，由此算

出普朗克常量〃，并與普朗克根據(jù)黑體輻射得出的/7相比較，以檢驗愛因斯坦光電效應方

程的正確性。按照密立根的方法我們利用圖1所示的裝置進行實驗，得到了某金屬的

S-U圖像如圖2所示。下列說法正確的是（）

A.該金屬的截止頻率約為4.32X1014HZB.該金屬的截止頻率約為5.50xl0"HZ

C.該圖像的斜率為普朗克常量D.這種金屬的逸出功約為1.83eV

【答案】AD

【解析】C.設金屬的逸出功為W。，截止頻率為，，金屬逸出功

叱)=hvc

光電子的最大初動能線與遏止電壓力的關系是

Eli=eU'.

光電效應方程為

Ek=hv-W0

聯(lián)立兩式可得

-夙

ee

因此圖像的斜率為皮，C錯誤；

e

AB.當t∕,=0可解得

14

l∕=vc=4.32×IOHz

即金屬的截止頻率約為4.32x10PtHz,在誤差允許范圍內(nèi)，故A正確，B錯誤；

D.由圖可知

h_0.5

e^(5.5-4.32)×lO14

金屬的逸出功

WO=牝

聯(lián)立解得

??=1.83eV

故D正確。

故選AD,

6.在光電效應實驗中，用頻率為V的光照射光電管陰極。發(fā)生了光電效應，下列說法正確

的是（）

A.增大入射光強度，光電流增大

B.減小入射光強度，光電效應現(xiàn)象消失

C.改用頻率大于V的光照射，逸出功變大

D.改用頻率大于V的光照射，光電子的最大初動能變大

【答案】AD

【解析】A.增大入射光強度，單位時間內(nèi)逸出的光電子數(shù)量變大，光電流增大，A正確;

B.是否發(fā)生光電效應與光強無關，B錯誤；

C.逸出功由金屬決定，與入射光無關，C錯誤；

D.根據(jù)光電效應方程

Ekm=加-叱＞

入射光頻率變大，光電子的最大初動能變大，D正確。

故選AD。

7.在甲、乙兩次不同的光電效應實驗中，得到的4-丫圖像如圖所示，其中UC為反向遏

止電壓，U為入射光頻率，已知電子電荷量為e,則下列判斷正確的是（）

A.兩圖線的斜率相同，說明兩次實驗的光強度相同

B.兩次實驗相比，甲實驗中金屬的逸出功較小

C.用同一入射光做實驗（均發(fā)生光電效應），甲實驗中的光電子最大初動能較大

D.兩圖線反向延長線與縱坐標交點的絕對值就是各自金屬對應的逸出功

【答案】BC

【解析】A.根據(jù)愛因斯坦光電效應方程

而根據(jù)動能定理可知

UCe=Ekin

整理得

hW逸

UπC=-v———

可知圖線的斜率大小為

與光強無關，A錯誤；

BD.圖線的縱軸截距為

e

所以由圖像知，兩次實驗相比，甲實驗中金屬的逸出功較小，B正確，D錯誤；

C.根據(jù)愛因斯坦光電效應方程可得：光電子最大初動能

耳m=尿-W逸

因為乙實驗中金屬的逸出功較大，所以用同一入射光做實驗（均發(fā)生光電效應），甲實驗中

的光電子最大初動能較大，C正確。

故選BCo

8.關于下列四幅圖的說法正確的是（）

A.普朗克用能量量子化的假說，成功解釋了黑體輻射規(guī)律

B.光電效應中，光電子的最大初動能與入射光的頻率成正比

C.電子束通過鋁箔時形成的衍射圖樣，證實了電子具有波動性

D.光照到不透明的小圓盤上出現(xiàn)了泊松亮斑，這是光的偏振現(xiàn)象

【答案】AC

【解析】A.普朗克用能量量子化的假說，成功解釋了黑體輻射規(guī)律，故A正確；

B.由光電效應方程線=加-嗎可知，光電子的最大初動能與入射光的頻率成線性關系，故

B錯誤；

C.衍射是波特有的現(xiàn)象，電子束通過鋁箔時形成的衍射圖樣，證實了電子具有波動性，故

C正確；

D.光照到不透明的小圓盤上出現(xiàn)了泊松亮斑，這是光的衍射現(xiàn)象，故D錯誤。

故選AC,

9.圖甲為研究某金屬材料的遏止電壓UC與入射光頻率U的關系的電路圖。用不同頻率的

光分別照射甲圖中同一光電管的陰極K,調(diào)節(jié)滑片P測出遏止電壓，并描繪U,/關系圖如

圖乙所示。已知三種光的頻率分別設為口1、L、光子的能量分別為L8eV、2.4eV、

3.0eV,測得遏止電壓分別為G=O.8V、?=1.4VΛ5（圖乙中未知）。則下列說法正確

JJ-U

A.普朗克常量可表達為~1

匕一匕

B.圖乙中頻率為％的光對應的遏止電壓∕=2.0V

C.該陰極K金屬材料的逸出功為1.0eV

D.將電源的正負極對換，仍用頻率為匕的光照射陰極K時，將滑片P向右滑動一些，電

流表示數(shù)變大

【答案】BC

【解析】A.由光電效應方程

eUc=hv-W

可求得

,eU,-eU?

h=——=l

%一匕

故A錯誤；

C.由

eUc=hv-W

代入數(shù)據(jù)，得

W=1.8eV-0.8eV=LOeV

故C正確；

B.由

eU,=hv3-W

代入數(shù)據(jù)，得

必=3?0eV-1.0eV=2.0eV

遏止電壓

U3=2.0V

故B正確；

D.將電源的正負極對換，用頻率為匕的光照射陰極K時，加在光電管上的電壓會使光電

子加速，將滑片P向右滑動一些，加速電壓變大，電流表示數(shù)可能增大，也可能不變，故

D錯誤。

故選BCo

三、解答題

10.金屬鋅受到一束紫外線照射時會不停地發(fā)射光電子，射出的電子具有不同的方向，速

度大小也不相同。如圖1所示直中對半徑均為R/的圓形金屬板M、N圓心正對平行放置，

兩板距離為d，M板中心鍍有二層半徑為/?2的圓形鋅金屬薄膜，R2<Rl,兩板帶電時板間

的電場可視為勻強電場不考康平行板的邊緣效應。M板受到紫外線持續(xù)照射后，鋅薄膜表

面會發(fā)射大量方向各異的電子。已知每秒發(fā)射〃個電子。電子電量為0質(zhì)量為加。如果

用導線將M、N連起來，從M射出的電子落到N板上便會沿導線返回M,從而形成電

流。

現(xiàn)在不把M、N直接相連，而按圖1在兩者間加電壓可調(diào)的恒壓電源UMN（電壓不受外界

影響，電源正負極和電壓都可調(diào)控）、靈敏電流計連接成電路。不計電子重力和電子間相互

作用。實驗發(fā)現(xiàn)，當UMN>Uc時（UC為已知量），電流計中就沒有電流。MN正對部分的電

場可看成勻強電場，其他區(qū)域電場不計，不考慮邊緣效應。

（1）求被紫外線照射出的光電子，最大速度是多少？

（2）求板間電流能達到的最大值是多少？在UMN取什么值時電流能夠達到最大值？

（3）請結合（1）（2）的結論，在圖2中定性畫出/隨UMN變化的圖像。

（4）經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)：當UMN取不同值時，光電子到達N板平面的面積也是不同的，有時光

電子能落到整個N板圓形平面，有時光電子到達的圓形平面區(qū)域面會小些，直到/最終為

零，意味著光電子完全不能到達N板。為使正對M板的N板面上所有地方都有電子落點

的痕跡，試分析計算SW應滿足什么條件？

2TJ<〃<—C

【解析】（I）當/=O時，兩極板間的電壓為4,根據(jù)動能定理得

?12

（2）當從鋅金屬薄膜邊緣平行M板射出的電子做類平拋運動，剛好到N極板邊緣時，則

所有電子均能到達N板，電流最大為

O=He

令此時的兩極板間的電壓為■，根據(jù)類平拋運動的規(guī)律得

d=-at2

2

加速度方向