高考专题复习第单元原子物理物理山东科技版福建专用
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二、光的波粒二象性 1．个别光子的作用效果往往表现为__粒__子__性__；大量光子的作 用效果往往表现为_波__动__性___． 象；2频．率频越率高越_低_粒___波_子___动_性___性_越__显越著显，著越，不越容容易易看看到到光光的的干干涉涉和和衍衍射射现现 象，贯穿本领越强． 3．光在传播过程中往往表现出__波__动__性__；在与物质发生作用 时往往表现为_粒__子__性___．
第58讲解 │ 要点探究
例1 B [解析]本题考查有关光电效应的知识，中档题．根据光电流与 电压之间的关系图可知，甲、乙两光的截止电压相同，则两光的 频率相同，波长相等，A 错．丙光的截止电压最大，所以丙光的频 率最大，波长最小，B 对．根据爱因斯坦的光电效应方程，对于同 一个金属，截止频率是个定值，C 错．逸出功是一样的，则频率大 的光对应产生的光电子最大初动能大，D 错．
第58讲解 │ 要点探究
[点评] 从图象可以看出三种光照射金属时的截止电压的关 系，根据截止电压的关系可以确定三种光的频率大小关系．再 根据光电效应的规律确定光电子的最大初动能．下列变式题是 求解最大初动能的问题．
第58讲解 │ 要点探究
[2010·广州模拟] 频率为 ν 的光照射某金属时，产
生光电子的最大初动能为 Eνh 为普朗克常量象性是光所具有性质，在不 同的情况下有不同的表现，大量光子往往表现波动性，少量 光子往往表现粒子性，光在传播过程中通常表现为波动性， 在与物质作用时通常表现为粒子性，选项 D 正确．
第58讲解 │ 要点探究
► 探究点三 能级的分析与计算
1．氢原子受激发由低能级向高能级跃迁 当光子作用使原子发生跃迁时，只有光子能量满足 hν＝Em－ En 的条件时，原子才能吸收光子的全部能量而发生跃迁． 当用电子等实物粒子作用在原子上，只要入射粒子的动能大于 或等于原子某两“定态”能量之差 Em－En，即可使原子受激发而 向较高能级跃迁． 如果光子或实物粒子与原子作用而使原子电离(绕核电子脱离 原子的束缚而成为“自由电子”，即 n＝∞的状态)时，不受跃迁条 件限制，只不过入射光子能量越大，原子电离后产生的自由电子的 动能越大．
第58讲解 │ 要点探究
2．氢原子自发辐射由高能级向低能级跃迁 (1)当一群氢原子由某个能级向低能级跃迁时，可能产生的谱 线条数为nn2－1条． (2)当单个氢原子处于某个能级向低能级跃迁时，最多可能产 生(n－1)个频率的光子．
第58讲解 │ 要点探究
例 3 [2009·全国卷Ⅰ] 氦氖激光器能产生三种波长的
(3)跃迁量子化：原子在两个能级之间跃迁时辐射或吸收光子 的能量满足：hν＝E__m_－__E_n__.
第58讲解 │ 考点整合
3．氢原子能级分布(如图 57－1 所示)
图 57－1 (1)吸收光子的条件：电子从__低____能级向__高____能级跃迁(如 从基态向激发态跃迁)． (2)释放光子的条件：电子从__高____能级向__低____能级跃迁(如 从激发态向基态跃迁)． (3)原子发生电离的条件：吸收大于或等于逸出功的能量．
第十五单元 原子物理
第十五单元 │ 复习策略
复习策略
本单元内容是高考能力考查依托的重点之一，是高考命题的选考 内容，命题有以下特点：
1．主要考查对光电效应、波粒二象性、原子能级结构、能级公 式、放射性现象、核反应方程、核能、裂变和聚变基本概念的理解， 带电粒子在磁场中的运动、核反应和动量的综合应用等．选择题一 般是与光电效应、原子的能级、核反应、核能等结合命题，计算题 则常将核反应、核能的计算、带电粒子在磁场中的运动、动量守恒 综合到一起作为综合命题中的知识点来体现；
第58讲解 │ 考点整合
2．氢原子模型
(1) 轨 道 量 子 化 ： rn ＝ _n_2_r_0 ____ ， r0 ＝ 0.53×10 － 10m ， (n ＝
0,1,2,3，…)
E1
(2) 能 量 量 子 化 ： En ＝ ____n_2___ ， E1 ＝ － 13.6 eV ， (n ＝
0,1,2,3，…)
1．光子的能量为：ε＝hν，光子的动量为：p＝hλ.由两式可以看出， 光的波动性和粒子性并不矛盾．表示粒子性的能量和动量的计算式中 都含有表示波的特征的物理量——频率和波长．
2．光的波动性和粒子性与经典波和经典粒子的概念不同． (1)光波是概率波，在光的干涉现象中，明条纹是由于光子到达的 概率较大形成的，暗条纹是光子到达的概率较小形成的，这与经典波 的叠加原理不同； (2)光的粒子性是指光的能量不连续性，能量是一份一份的，没有 一定的形状，也不占有一定的空间，这与经典粒子的概念不同．
C[ ．0.53 eV
D．0.36 eV
第58讲解 │ 要点探究
例 3 D [解析] 本题考查玻尔的原子跃迁理论．根据 ΔE1＝hλc1 ，ΔE2＝hλc3 ，联立可 ΔE2＝λλ12ΔE1＝0.36 eV.
第58讲解 │ 要点探究
[2010·海淀模拟] 如图 57－3 所示为氢原子的能级图．用 大量能量为 12.76 eV 的光子照射一群处于基态的氢原子，氢原子发 射出不同波长的光波，其中最多包含有几种不同波长的光波( )
第58讲解 │ 要点探究
例 1 [2010·浙江卷] 在光电效应实验中，飞飞同学用同一光电管 在不同实验条件下得到了三条光电流与电压之间的关系曲线(甲光、乙 光、丙光)，如图 57－2 所示，则可判断出( )
图 57－2 A.甲光的频率大于乙光的频率 B．乙光的波长大于丙光的波长 C．乙光对应的截止频率大于丙光的截止频率 D．甲光对应的光电子最大初动能大于丙光的光电子最大初动能
第十五单元 │ 使用建议
(3)降低难度：复习过程中要注意控制难度，降低学生对光子说、 玻尔理论的掌握难度，降低本单元知识与动量守恒定律等比较容易 综合的相关问题难度．
2．课时安排： 本单元建议安排 5 课时：第 57 讲、第 58 讲各 2 课时，单元训练 1 课时．
第58讲解 │ 光电效应 电子的跃迁
第58讲解 │ 要点探究
要点探究
► 探究点一 对光电效应的理解
1．光电效应是金属中的自由电子吸收了光子的能量后，其动能 大到足以克服金属离子对其的引力而逃逸出金属表面，成为光电子的 现象．
2．每个电子只能吸收一个光子的能量． 3．光子说成功地解释了光电效应现象，光电效应现象表明光具 有粒子性． 4．逸出功 W0 与极限频率 ν0 的关系为：W0＝hν0.
1.透彻理解基本概念，准确地掌握 α、β、γ 射线的区别与联 系，原子核的衰变、人工转变、裂变、聚变的区别与联系，并 熟练地应用概念分析核反应的种类；
2．掌握处理问题的方法，处理光电效应的规律、原子跃迁 规律、质能方程的应用，核反应与带电粒子在磁场中的圆周运 动及动量守恒的结合问题．
第十五单元 │ 使用建议
第58讲解 │ 要点探究
[点评] 动量是经典实物粒子的表现，光子具有动量说明光 子具有粒子性，在康普顿效应中光子与电子碰撞满足动量守 恒，表现出粒子性．下列变式题是对光的波粒二象性的理解问 题．
第58讲解 │ 要点探究
关于光的波粒二象性的理解正确的是( ) A．大量光子的效果往往表现出粒子性，个别光子的行 为往往表现出波动性 B．光在传播时是波，而与物质相互作用时就转变成粒 子 C．高频光是粒子，低频光是波 D．波粒二象性是光的根本属性，有时它的波动性显著， 有时它的粒子性显著
第58讲 │ 核反应 、核能
第58讲解 │ 考点整合
考点整合
一、光电效应 1．定义：在光的照射下从物体表面发射出__电__子____的现象． 2．规律 (1)各种金属都存在一个极限频率 ν0，只有入射光的频率 __大__于__或__等__于____ν0 时才能发生光电效应； (2)瞬时性：光照射到金属，光电子的产生是瞬__时__的____，光电 子的产生时间不超过 10－9s； (3)光电子的最大初动能跟入射光的强度无关，随着入射光的 频率增大而__增__大____； (4)当入射光的频率大于极限频率时，光电流的强度与入射光 的强度成___正_____比．
图 57－3 A．3 种 B．4 种 C．5 种 D．6 种
第58讲解 │ 要点探究
变式题 D [解析] 由图可知基态氢原子的能级值为－13.61 eV，吸收 12.76 eV 的能量后变为－0.85 eV，原子跃迁到了第 4 能级，由于 氢原子是大量的，故辐射的光子种类是nn2－1＝6 种，故 D 选项 正确．
激光，其中两种波长分别为 λ1＝0.6328 μm，λ2＝3.39 μm.已
知波长为 λ1 的激光是氖原子在能级间隔为 ΔE1＝1.96 eV 的
两个能级之间跃迁产生的．用 ΔE2 表示产生波长为 λ2 的激光
所对应的跃迁的能级间隔，则 ΔE2 的近似值为( )
A．10.50 eV B．0.98 eV
第58讲解 光电效应 电子的 跃迁
第58讲解 │ 编读互动
编读互动
1．光电效应、玻尔理论以及玻尔理论对氢原子光谱的解释 是高考热点问题．在复习本讲时重点放在对玻尔理论的理解以 及玻尔理论与光子的综合．
2．本讲教学可以按下面的思路安排： (1)通过例1及变式题复习光电效应现象，理解光子的概念； (2)通过例2及变式题复习玻尔理论及原子的跃迁； (3)通过例3及变式题复习库仑定律在本讲内容中的应用．
第58讲解 │ 要点探究
例 2 [2010·西城二模] 下列事例中表明光子不但具有能量， 而且像实物粒子一样具有动量的是( )
A．康普顿效应 B．光的偏振现象 C．光的色散现象 D．光的干涉现象
第58讲解 │ 要点探究
例2 A [解析] 康普顿效应：在散射光中，波长变长的现象．光电效应 和康普顿效应提示了光的粒子性，故 A 选项正确；光的偏振现象、 光的色散现象和光的干涉现象都验证了光的波动性．
第58讲解 │ 考点整合
三、玻尔理论 1．三条假说 (1)定态：原子只能处于一系列_不__连__续___的能量状态中，在这 些状态中原子是稳定的，电子虽然绕核运动，但不向外辐射能量， 这些状态叫做_定__态_____； (2)跃迁：原子从一种定态跃迁到另一种定态时，它辐射(或 吸收)一定的能量，即：ΔE＝_E__初_－__E_终_； (3)轨道量子化：原子的不同能量状态跟电子沿不__同__轨__道__绕核 运动相对应．原子的定态是不连续的，因此电子的可能轨道也是 _不_连 __续 ____的．
2．联系实际、科技信息是高考命题的趋势，如核能发电、带电粒 子加速器、放射性的应用及防护等，考查运用知识的能力、建立物 理模型的能力和解决实际问题的能力．
第十五单元 │ 复习策略
本单元复习时应注重基本概念与规律的理解与掌握，注重 用物理方法处理核反应和动量的综合计算问题，建议复习时突 破以下重点或难点：
使用建议
1．本单元概念、公式多，在复习单元知识时应注意： (1)辨析概念：通过对比，使学生真正理解各物理量之间的区 别与联系． (2)总结方法：在复习本单元知识时要提醒学生注意，宏观领 域中的经验和规律在微观领域都遇到严重的障碍，微观领域的研 究方法应是从实验事实出发经过分析总结，提出假设，建立模 型，再经过实验的验证，并发现新的问题，从而对假设进行修 正．
第58讲解 │ 考点整合
3．解释依据 (1)光子说：光是不连续的，而是一份一份的，每一份叫做一 个__光__子____，光子的能量 ε 跟光的频率 ν 成正比，即 ε＝___h_ν____； 大初(动2)能爱，因W斯0坦是光金电属效的应_逸_方_出_程_功_：__E．K＝_h_ν_—__W__0 _，EK 是光电子的最
A．Ehν C．Ehν
B．2Ekm D．Ehν
第58讲解 │ 要点探究
变式题 C [解析] 当光子的频率大于元素极限频率时，便可以使其发 生光电效应．电子逸出功可以由极限频率求出，为 hν－Ekm，用 光子能量减去电子逸出功即得到光电子的最大初动能，C 正确．
第58讲解 │ 要点探究
► 探究点二 波粒二象性
第58讲解 │ 要点探究
例1 B [解析]本题考查有关光电效应的知识，中档题．根据光电流与 电压之间的关系图可知，甲、乙两光的截止电压相同，则两光的 频率相同，波长相等，A 错．丙光的截止电压最大，所以丙光的频 率最大，波长最小，B 对．根据爱因斯坦的光电效应方程，对于同 一个金属，截止频率是个定值，C 错．逸出功是一样的，则频率大 的光对应产生的光电子最大初动能大，D 错．
第58讲解 │ 要点探究
[点评] 从图象可以看出三种光照射金属时的截止电压的关 系，根据截止电压的关系可以确定三种光的频率大小关系．再 根据光电效应的规律确定光电子的最大初动能．下列变式题是 求解最大初动能的问题．
第58讲解 │ 要点探究
[2010·广州模拟] 频率为 ν 的光照射某金属时，产
生光电子的最大初动能为 Eνh 为普朗克常量象性是光所具有性质，在不 同的情况下有不同的表现，大量光子往往表现波动性，少量 光子往往表现粒子性，光在传播过程中通常表现为波动性， 在与物质作用时通常表现为粒子性，选项 D 正确．
第58讲解 │ 要点探究
► 探究点三 能级的分析与计算
1．氢原子受激发由低能级向高能级跃迁 当光子作用使原子发生跃迁时，只有光子能量满足 hν＝Em－ En 的条件时，原子才能吸收光子的全部能量而发生跃迁． 当用电子等实物粒子作用在原子上，只要入射粒子的动能大于 或等于原子某两“定态”能量之差 Em－En，即可使原子受激发而 向较高能级跃迁． 如果光子或实物粒子与原子作用而使原子电离(绕核电子脱离 原子的束缚而成为“自由电子”，即 n＝∞的状态)时，不受跃迁条 件限制，只不过入射光子能量越大，原子电离后产生的自由电子的 动能越大．
第58讲解 │ 要点探究
2．氢原子自发辐射由高能级向低能级跃迁 (1)当一群氢原子由某个能级向低能级跃迁时，可能产生的谱 线条数为nn2－1条． (2)当单个氢原子处于某个能级向低能级跃迁时，最多可能产 生(n－1)个频率的光子．
第58讲解 │ 要点探究
例 3 [2009·全国卷Ⅰ] 氦氖激光器能产生三种波长的
(3)跃迁量子化：原子在两个能级之间跃迁时辐射或吸收光子 的能量满足：hν＝E__m_－__E_n__.
第58讲解 │ 考点整合
3．氢原子能级分布(如图 57－1 所示)
图 57－1 (1)吸收光子的条件：电子从__低____能级向__高____能级跃迁(如 从基态向激发态跃迁)． (2)释放光子的条件：电子从__高____能级向__低____能级跃迁(如 从激发态向基态跃迁)． (3)原子发生电离的条件：吸收大于或等于逸出功的能量．
第十五单元 原子物理
第十五单元 │ 复习策略
复习策略
本单元内容是高考能力考查依托的重点之一，是高考命题的选考 内容，命题有以下特点：
1．主要考查对光电效应、波粒二象性、原子能级结构、能级公 式、放射性现象、核反应方程、核能、裂变和聚变基本概念的理解， 带电粒子在磁场中的运动、核反应和动量的综合应用等．选择题一 般是与光电效应、原子的能级、核反应、核能等结合命题，计算题 则常将核反应、核能的计算、带电粒子在磁场中的运动、动量守恒 综合到一起作为综合命题中的知识点来体现；
第58讲解 │ 考点整合
2．氢原子模型
(1) 轨 道 量 子 化 ： rn ＝ _n_2_r_0 ____ ， r0 ＝ 0.53×10 － 10m ， (n ＝
0,1,2,3，…)
E1
(2) 能 量 量 子 化 ： En ＝ ____n_2___ ， E1 ＝ － 13.6 eV ， (n ＝
0,1,2,3，…)
1．光子的能量为：ε＝hν，光子的动量为：p＝hλ.由两式可以看出， 光的波动性和粒子性并不矛盾．表示粒子性的能量和动量的计算式中 都含有表示波的特征的物理量——频率和波长．
2．光的波动性和粒子性与经典波和经典粒子的概念不同． (1)光波是概率波，在光的干涉现象中，明条纹是由于光子到达的 概率较大形成的，暗条纹是光子到达的概率较小形成的，这与经典波 的叠加原理不同； (2)光的粒子性是指光的能量不连续性，能量是一份一份的，没有 一定的形状，也不占有一定的空间，这与经典粒子的概念不同．
C[ ．0.53 eV
D．0.36 eV
第58讲解 │ 要点探究
例 3 D [解析] 本题考查玻尔的原子跃迁理论．根据 ΔE1＝hλc1 ，ΔE2＝hλc3 ，联立可 ΔE2＝λλ12ΔE1＝0.36 eV.
第58讲解 │ 要点探究
[2010·海淀模拟] 如图 57－3 所示为氢原子的能级图．用 大量能量为 12.76 eV 的光子照射一群处于基态的氢原子，氢原子发 射出不同波长的光波，其中最多包含有几种不同波长的光波( )
第58讲解 │ 要点探究
例 1 [2010·浙江卷] 在光电效应实验中，飞飞同学用同一光电管 在不同实验条件下得到了三条光电流与电压之间的关系曲线(甲光、乙 光、丙光)，如图 57－2 所示，则可判断出( )
图 57－2 A.甲光的频率大于乙光的频率 B．乙光的波长大于丙光的波长 C．乙光对应的截止频率大于丙光的截止频率 D．甲光对应的光电子最大初动能大于丙光的光电子最大初动能
第十五单元 │ 使用建议
(3)降低难度：复习过程中要注意控制难度，降低学生对光子说、 玻尔理论的掌握难度，降低本单元知识与动量守恒定律等比较容易 综合的相关问题难度．
2．课时安排： 本单元建议安排 5 课时：第 57 讲、第 58 讲各 2 课时，单元训练 1 课时．
第58讲解 │ 光电效应 电子的跃迁
第58讲解 │ 要点探究
要点探究
► 探究点一 对光电效应的理解
1．光电效应是金属中的自由电子吸收了光子的能量后，其动能 大到足以克服金属离子对其的引力而逃逸出金属表面，成为光电子的 现象．
2．每个电子只能吸收一个光子的能量． 3．光子说成功地解释了光电效应现象，光电效应现象表明光具 有粒子性． 4．逸出功 W0 与极限频率 ν0 的关系为：W0＝hν0.
1.透彻理解基本概念，准确地掌握 α、β、γ 射线的区别与联 系，原子核的衰变、人工转变、裂变、聚变的区别与联系，并 熟练地应用概念分析核反应的种类；
2．掌握处理问题的方法，处理光电效应的规律、原子跃迁 规律、质能方程的应用，核反应与带电粒子在磁场中的圆周运 动及动量守恒的结合问题．
第十五单元 │ 使用建议
第58讲解 │ 要点探究
[点评] 动量是经典实物粒子的表现，光子具有动量说明光 子具有粒子性，在康普顿效应中光子与电子碰撞满足动量守 恒，表现出粒子性．下列变式题是对光的波粒二象性的理解问 题．
第58讲解 │ 要点探究
关于光的波粒二象性的理解正确的是( ) A．大量光子的效果往往表现出粒子性，个别光子的行 为往往表现出波动性 B．光在传播时是波，而与物质相互作用时就转变成粒 子 C．高频光是粒子，低频光是波 D．波粒二象性是光的根本属性，有时它的波动性显著， 有时它的粒子性显著
第58讲 │ 核反应 、核能
第58讲解 │ 考点整合
考点整合
一、光电效应 1．定义：在光的照射下从物体表面发射出__电__子____的现象． 2．规律 (1)各种金属都存在一个极限频率 ν0，只有入射光的频率 __大__于__或__等__于____ν0 时才能发生光电效应； (2)瞬时性：光照射到金属，光电子的产生是瞬__时__的____，光电 子的产生时间不超过 10－9s； (3)光电子的最大初动能跟入射光的强度无关，随着入射光的 频率增大而__增__大____； (4)当入射光的频率大于极限频率时，光电流的强度与入射光 的强度成___正_____比．
图 57－3 A．3 种 B．4 种 C．5 种 D．6 种
第58讲解 │ 要点探究
变式题 D [解析] 由图可知基态氢原子的能级值为－13.61 eV，吸收 12.76 eV 的能量后变为－0.85 eV，原子跃迁到了第 4 能级，由于 氢原子是大量的，故辐射的光子种类是nn2－1＝6 种，故 D 选项 正确．
激光，其中两种波长分别为 λ1＝0.6328 μm，λ2＝3.39 μm.已
知波长为 λ1 的激光是氖原子在能级间隔为 ΔE1＝1.96 eV 的
两个能级之间跃迁产生的．用 ΔE2 表示产生波长为 λ2 的激光
所对应的跃迁的能级间隔，则 ΔE2 的近似值为( )
A．10.50 eV B．0.98 eV
第58讲解 光电效应 电子的 跃迁
第58讲解 │ 编读互动
编读互动
1．光电效应、玻尔理论以及玻尔理论对氢原子光谱的解释 是高考热点问题．在复习本讲时重点放在对玻尔理论的理解以 及玻尔理论与光子的综合．
2．本讲教学可以按下面的思路安排： (1)通过例1及变式题复习光电效应现象，理解光子的概念； (2)通过例2及变式题复习玻尔理论及原子的跃迁； (3)通过例3及变式题复习库仑定律在本讲内容中的应用．
第58讲解 │ 要点探究
例 2 [2010·西城二模] 下列事例中表明光子不但具有能量， 而且像实物粒子一样具有动量的是( )
A．康普顿效应 B．光的偏振现象 C．光的色散现象 D．光的干涉现象
第58讲解 │ 要点探究
例2 A [解析] 康普顿效应：在散射光中，波长变长的现象．光电效应 和康普顿效应提示了光的粒子性，故 A 选项正确；光的偏振现象、 光的色散现象和光的干涉现象都验证了光的波动性．
第58讲解 │ 考点整合
三、玻尔理论 1．三条假说 (1)定态：原子只能处于一系列_不__连__续___的能量状态中，在这 些状态中原子是稳定的，电子虽然绕核运动，但不向外辐射能量， 这些状态叫做_定__态_____； (2)跃迁：原子从一种定态跃迁到另一种定态时，它辐射(或 吸收)一定的能量，即：ΔE＝_E__初_－__E_终_； (3)轨道量子化：原子的不同能量状态跟电子沿不__同__轨__道__绕核 运动相对应．原子的定态是不连续的，因此电子的可能轨道也是 _不_连 __续 ____的．
2．联系实际、科技信息是高考命题的趋势，如核能发电、带电粒 子加速器、放射性的应用及防护等，考查运用知识的能力、建立物 理模型的能力和解决实际问题的能力．
第十五单元 │ 复习策略
本单元复习时应注重基本概念与规律的理解与掌握，注重 用物理方法处理核反应和动量的综合计算问题，建议复习时突 破以下重点或难点：
使用建议
1．本单元概念、公式多，在复习单元知识时应注意： (1)辨析概念：通过对比，使学生真正理解各物理量之间的区 别与联系． (2)总结方法：在复习本单元知识时要提醒学生注意，宏观领 域中的经验和规律在微观领域都遇到严重的障碍，微观领域的研 究方法应是从实验事实出发经过分析总结，提出假设，建立模 型，再经过实验的验证，并发现新的问题，从而对假设进行修 正．
第58讲解 │ 考点整合
3．解释依据 (1)光子说：光是不连续的，而是一份一份的，每一份叫做一 个__光__子____，光子的能量 ε 跟光的频率 ν 成正比，即 ε＝___h_ν____； 大初(动2)能爱，因W斯0坦是光金电属效的应_逸_方_出_程_功_：__E．K＝_h_ν_—__W__0 _，EK 是光电子的最
A．Ehν C．Ehν
B．2Ekm D．Ehν
第58讲解 │ 要点探究
变式题 C [解析] 当光子的频率大于元素极限频率时，便可以使其发 生光电效应．电子逸出功可以由极限频率求出，为 hν－Ekm，用 光子能量减去电子逸出功即得到光电子的最大初动能，C 正确．
第58讲解 │ 要点探究
► 探究点二 波粒二象性