第1讲 光电效应 波粒二象性-2025版物理大一轮复习

光电效应波粒二象性

目标要求1.了解黑体辐射的实验规律。2.知道什么是光电效应，理解光电效

应的实验规律，会利用光电效应方程计算逸出功、最大初动能、截止频率等物理

量。3.会分析光电效应的图像问题。4.理解物质波的概念，理解光的波粒二象性。

考点一黑体辐射能量子

1.热辐射

(1)定义：一切物体都在以□1电磁波的形式向外辐射能量，而且辐射强度随波长的分布与物体的□2温度有关，这种辐射称为热辐射。

(2)特点：热辐射强度按波长的分布情况随物体□3温度的不同而有所不同。

2.黑体与黑体辐射

(1)黑体：如果某种物体能够全部吸收外来的□4电磁波而不发生反射，这种物体就称为□5绝对黑体，简称黑体。

(2)黑体辐射：加热腔体，黑体向外辐射电磁波。

(3)黑体辐射的实验规律黑体辐射能量按波长分布的情况只与黑体的□6温度有关，如图所示。①随着温度的升高，各种波长的辐射能谱密度都□7增加；②随着温度的升高，辐射能谱密度的极大值向波长□8较短的方向移动。

3.能量子

(1)定义：普朗克认为，带电谐振子的能量E只能是某一最小能量值ε的□9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＝□10hν，其中ν是谐振动的频率，h称为普朗克常量。h＝

6.626×10－34J·s(一般取h＝6.63×10－34J·s)。

【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.黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与温度有关，随着温度的升高，各

种波长的辐射强度都增加，辐射强度极大值向波长较短的方向移动。(√)3.玻尔为得出黑体辐射的强度按波长分布的公式，提出了能量子的假说。(×)

1.黑体辐射的实验规律

(1)温度一定时，黑体辐射强度随波长的分布有一个极大值。

(2)随着温度的升高各种波长的辐射强度都有增加，辐射强度的极大值向波长

较短的方向移动。2.能量子的理解

(1)物体热辐射所发出的电磁波的能量是不连续的，只能是hν的整数倍。

(2)微观世界中的物理系统，如原子、分子和离子等，其能量正如普朗克所假

设的那样，只能取某些特定的值，即能量是量子化的。

【对点训练】1.(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：AD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。2.(光子能量)(多选)一激光器发光功率为P，发出的激光在折射率为n的介质

中波长为λ。若光在真空中速度为c，普朗克常量为h，则下列叙述正确的是()A.该激光在真空中的波长为nλ

B.该波的频率为cλ

C.该激光器在时间t内辐射的能量子数为Ptnλhc

D.该激光器在时间t内辐射的能量子数为Ptλhc

解析：AC激光在介质中的折射率n＝cv＝λ0νλν＝λ0λ，故激光在真空中的波长

λ0＝nλ，A正确；激光频率ν＝cλ0＝cnλ，B错误；由能量关系Pt＝Nε，c＝λ0ν，λ0

＝nλ及ε＝hν得N＝Ptnλhc，C正确，D错误。

考点二光电效应及其方程

1.光电效应及其规律

(1)光电效应照射到金属表面的光，能使金属中的□11电子从表面逸出的现象。这个现象称为光电效应，这种电子常称为□12光电子。

(2)光电效应的产生条件入射光的频率□13大于或等于金属的截止频率。

(3)光电效应实验规律

①存在截止频率：当入射光的频率减小到某一数值ν0时不能发生光电效应，

ν0称为截止频率或极限频率。②存在饱和电流：在光照条件不变的情况下，随着所加电压的增大，光电流趋于一个饱和值，称为饱和电流。光照强度越□14大，饱和光电流越大。

③存在最大初动能：光电子的最大初动能与入射光的□15频率成线性关系，与□16光照强度无关。④光电效应具有瞬时性：光电效应几乎是□17瞬时(约10－9s)发生的。

2.爱因斯坦光电效应方程

(1)光子说：光本身就是不连续的，而是由单个的□18能量子组成的，这些能量子称为光子。每个光子的能量为□19ε＝hν，ν为光的频率，h为普朗克常量。

(2)逸出功W0：光电子逸出金属表面所需的能量的□20最小值。(3)光电效应方程①表达式：□21Ekm＝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

部分用来克服电子由金属内逸出表面时所需做的功W0，剩下的表现为逸出后电子

的最大初动能Ek＝12meν2c。③截止频率：ν0＝□22W0h。

(4)最大初动能：发生光电效应时，金属表面上的□23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。

【判断正误】1.只要入射光的强度足够大，就可以使金属发生光电效应。(×)

2.要使某金属发生光电效应，入射光子的能量必须大于或等于该金属的逸出

功。(√)3.光电子的最大初动能与入射光子的频率成正比。(×)

1.光电效应的“四点”提醒

(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。2.光电效应的研究思路

(1)两条线索

(2)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。3.“三个”关系式

(1)爱因斯坦光电效应方程：Ekm＝hν－W。

(2)最大初动能与遏止电压的关系：12mev2m＝eUc。

(3)逸出功与极限频率的关系：W＝hν0。

【对点训练】3.(光电效应现象的理解)(多选)现用某一光电管进行光电效应实验，当用某一

频率的光入射时，有光电流产生。下列说法正确的是()A.保持入射光的频率不变，入射光的强度变大，饱和光电流变大

B.入射光的频率变高，饱和光电流变大

C.入射光的频率变高，光电子的最大初动能变大

D.保持入射光的强度不变，不断减小入射光的频率，始终有光电流产生

解析：AC根据光电效应实验得出的结论，保持入射光的频率不变，入射光

的强度变大，饱和光电流变大，故A正确，B错误；根据爱因斯坦光电效应方程

得，入射光的频率变高，光电子的最大初动能变大，故C正确；遏止电压的大小

与入射光的频率有关，与入射光的强度无关，保持入射光的强度不变，若低于截

止频率，则没有光电流产生，故D错误。4.(光电效应规律的研究)利用光电效应原理制成的光电器件，如图所示，用频

率为ν的单色光照射光电管，能发生光电效应现象，则()

A.此电路可用于研究光电管的饱和光电流

B.用频率小于ν的单色光照射阴极K时，金属的截止频率不同

C.增加入射光的强度，遏止电压U不变

D.滑动变阻器滑片P从左端缓慢向右移动时，电流表示数逐渐增大

解析：C此电路研究的是光电管的遏止电压，不可用于研究光电管的饱和

光电流，A错误；金属的截止频率只与自身有关，与外界光照条件无关，B错误；

遏止电压的大小与入射光的频率有关，与入射光的强度无关，C正确；因光电管

所加电压为反向电压，则滑片P从左向右移动，电压变大，射到A极的电子变少，

电流变小，D错误。5.(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290.8

24.0中430.8

34.0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60mA

D.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：D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。

6.(光电效应问题的综合分析)如图所示，分别用a、b两束单色光照射阴极K

均可产生光电流。调节滑片P，当光电流恰好减小到零时，a、b对应的电压表示

数分别为Ua、Ub，已知Ua＜Ub，下列说法正确的是()

A.a光束比b光束弱

B.a光子动量小于b光子动量

C.经过同一单缝，b光产生的衍射现象更明显

D.经过同一双缝干涉装置得到的图样，a光条纹间距小

解析：B由题意可知，a的遏止电压小于b的遏止电压，根据eUc＝hν－W0

＝hcλ－W0，可得νa＜νb，λa＞λb，根据已知条件无法判断两光束强弱，A错误；a

的频率小，则波长大，根据p＝hλ可知，a光子动量小于b光子动量，B正确；a

的频率小，则波长大，a、b两束单色光经过同一单缝，a光产生的衍射现象更明

显，C错误；根据Δx＝lλd，a频率小，波长大，则a、b两束单色光经过同一双缝

干涉装置得到的图样，a光的条纹间距大，D错误。

应用光电效应方程时的注意事项(1)每种金属都有一个截止频率，入射光频率不低于这个截止频率时才能发生

光电效应。

(2)截止频率对应着光的极限波长和金属的逸出功，即hνc＝hcλc＝W0。

(3)应用光电效应方程Ek＝hν－W0时，注意能量单位电子伏和焦耳的换算(1

eV＝1.6×10－19J)。

考点三光电效应的图像