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高考全国卷高三物理二轮复习记背材料4近代物理常识 波粒二象性·光电效应 光电效应是指在光（电磁波）的照射下，从物体表面逸出电子的现象，这些电子被称为光电子。当光照射到金属时，需要一定的能量才能将电子从金属中逸出，这个能量被称为金属的逸出功，符号为W。 “光子说”提出了光电效应的基本规律，即光子的能量与频率的关系为E = hν。其中，h为普朗克常数。当入射光子的能量大于或等于逸出功时，才能发生光电效应，即hv ≥ W。当入射光的频率等于该金属的截止频率（极限频率）时，才能发生光电效应。 光电子的最大初动能为Ekm = hν - W。对于同一种金属，光电子的最大初动能随着入射光的频率增加而增加，随着入射光的强度增加而减小。光电子从金属表面逸出时的初动能应分布在一个范围内。 光电效应实验的装置包括阴极和阳极。在光照条件下，阴极会发出光电子，阳极吸收光电子并在电路中形成电流。当A、K未加电压时，电流表示数为零。当加上向电压时，随着电压的增大，光电流趋于一个饱和值。当电压进一步增大时，光电流不再增加。当加上相反方向的电压（向电压）时，光电流逐渐减小，直到达到某一个值时，光电流为零。这个反向电压Uc叫做遏止电压，使最有可能到达阳极的光电子刚好不能到达阳极。 在实验中，某同学用同一装置在甲、乙、丙光三种光的照射下得到了三条光电流与电压之间的关系曲线。根据实验结果，可以判断出乙光的波长大于丙光的波长。 横截距是指光电流消失时的反向电压。 在物理学史上，通过对电子的研究，人们认识到原子是有内部结构的。通过实验中出现的少数α粒子发生散射，提出了原子的核式结构模型。在1913年，玻尔将物理量取值分立（即量子化）的观念应用到原子系统，提出了自己的原子模型，很好地解释了氢原子的结构。 玻尔理论中，原子的能量是量子化的，这些量子化的能量值叫做能级。原子能量最低的状态叫做基态，其他较高的能量状态叫做激发态。原子在不同能量状态之间可以发生跃迁。当原子从高能级Em向低能级En跃迁时，会发射光子；当原子从低能级En向高能级Em跃迁时，会吸收光子，辐射或吸收的光子频率必须满足一定条件。原子对电子能量的吸收，需要动能两个能级之差的电子能量，吸收的数值是这个能量差，剩余的能量电子带走。原子电离时，电子脱离原子时速度也为零的状态，此时“原子—电子”系统能量值为E∞=0，要使处于量子数为n的原子电离，需要的能量至少是ΔE=E∞-En。 练习1中，通过用大量具有一定能量的电子轰击大量处于基态的氢原子，观测到了一定数目的光谱线，调高电子的能量再次进行观测，发现光谱线的数目比原来增加了5条。根据氢原子的能级图可以判断，△n和E的可能值为C. △n=1，12.75 eV <E<13.06 eV。 练习2中，让一束单色光照射到大量处于基态的氢原子上，被激发的氢原子能自发地发出3种不同频率的单色光，照射氢原子的单色光的光子能量为E1，用这种光照射逸出功为4.54eV的金属表面时，逸出的光电子的初动能是E2。正确的可能值是C. E1=12.09eV，E2=7.55eV。 首先，要正确理解频率条件，即只有能量等于两个能级之差的光子才能被原子吸收。除非能将原子电离，否则稍大或稍小的能量都不能被吸收。同样，对于电子能量的吸收，只有动能大于或等于两个能级之差的电子能够被吸收，吸收的数值是两个能级之差，剩余的能量则由电子带走。对于原子的电离，需要的能量至少是原子的量子数。因此，我们需要准确理解频率条件的要求。 其次，我们需要掌握能级跃迁图的画法，并能够使用“排列组合”进行分析。当大量处于量子数为n的能级的氢原子向低能级跃迁时，会产生各种量子数低于n的氢原子，因此可能辐射出Cn种光子。因为每两个能级之间都可能发生跃迁，所以需要进行排列组合的分析。 最后，我们需要复习原子核的知识，包括原子核的符号、常见粒子的符号、物理学史、三种天然放射线的性质对比、核反应的四大类型和基本规律、衰变规律以及核能的相关知识。需要注意的是，衰变的快慢用半衰期T来描述，它与元素的化合状态、温度、压强等因素有关，而与核外甚至整个原子分子状态无关。因此，我们需要深入理解核反应和衰变规律，以及它们所遵循的基本规律。 (1) 原子核结合能是指核子结合成原子核时释放出的能量，也就是原子核分解成核子时需要输入的能量。原子核结合能除以原子核质量数，就得到该原子核的平均结合能。当原子核的平均结合能越大时，核子的平均质量也越大，原子核就越稳定。例如，56 26 Fe核子平均质量最小，因此是最稳定的核子。 (2) 核能是指物质的能量和质量之间存在简单的正比关系。根据爱因斯坦质能方程，核反应过程中辐射出（或吸收）能量时，也会同时辐射出（或增加）质量。当较轻的原子核聚变成中等质量的原子核，或者较重的原子核分裂成几个中等质量的原子核时，就会释放出