高中物理光电效应知识点

一 光电效应和氢原子光谱一 光电效应和氢原子光谱 知识点一 光电效应现象知识点一 光电效应现象 1 光电效应的实验规律 1 任何一种金属都有一个极限频率 入射光的频率必须大于这个极限频率才能发生光 电效应 低于这个极限频率则不能发生光电效应 2 光电子的最大初动能与入射光的强度无关 其随入射光频率的增大而增大 3 大于极限频率的光照射金属时 光电流强度 反映单位时间内发射出的光电子数的多 少 与入射光强度成正比 4 金属受到光照 光电子的发射一般不超过 10 9 s 2 光子说 爱因斯坦提出 空间传播的光不是连续的 而是一份一份的 每一份称为一个光子 光子具有的能量与光的频率成正比 即 h 其中 h 6 63 10 34 J s 3 光电效应方程 1 表达式 h Ek W0或 Ek h W0 2 物理意义 金属中的电子吸收一个光子获得的能量是 h 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电子的最大初动能 Ek mv2 1 2 知识点二 知识点二 粒子散射实验与核式结构模型粒子散射实验与核式结构模型 1 卢瑟福的 粒子散射实验装置 如图 13 2 1 所示 2 实验现象 绝大多数 粒子穿过金箔后 基本上仍沿原来的方向前进 但少数 粒子发生了大角 度偏转 极少数 粒子甚至被撞了回来 如图 13 2 2 所示 粒子散射实验的分析图 3 原子的核式结构模型 在原子中心有一个很小的核 原子全部的正电荷和几乎全部质量都集中在核里 带负 电的电子在核外空间绕核旋转 知识点三 氢原子光谱和玻尔理论知识点三 氢原子光谱和玻尔理论 1 光谱 1 光谱 用光栅或棱镜可以把光按波长展开 获得光的波长 频率 和强度分布的记录 即光谱 2 光谱分类 有些光谱是一条条的亮线 这样的光谱叫做线状谱 有的光谱是连在一起的光带 这样的光谱叫做连续谱 3 氢原子光谱的实验规律 巴耳末线系是氢原子光谱在可见光区的谱线 其波长公式 R n 3 4 5 1 1 22 1 n2 R 是里德伯常量 R 1 10 107 m 1 n 为量子数 2 玻尔理论 1 定态 原子只能处于一系列不连续的能量状态中 在这些能量状态中原子是稳定的 电子虽然绕核运动 但并不向外辐射能量 2 跃迁 原子从一种定态跃迁到另一种定态时 它辐射或吸收一定频率的光子 光子 的能量由这两个定态的能量差决定 即 h Em En h 是普朗克常量 h 6 63 10 34 J s 3 轨道 原子的不同能量状态跟电子在不同的圆周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 点拨 易错提醒点拨 易错提醒 1 一群氢原子跃迁发出可能的光谱线数为 N C 一个氢原子跃迁发出可能 2 n n n 1 2 的光谱线数最多为 n 1 2 由能级图可知 由于电子的轨道半径不同 氢原子的能级不连续 这种现象叫能量 量子化 考点一 对光电效应的理解 1 光电效应的实质 光子照射到金属表面 某个电子吸收光子的能量使其动能变大 当电子的动能增大到 足以克服原子核的引力时 便飞出金属表面成为光电子 2 极限频率的实质 光子的能量和频率有关 而金属中电子克服原子核引力需要的能量是一定的 光子的 能量必须大于金属的逸出功才能发生光电效应 这个能量的最小值等于这种金属对应的逸 出功 所以每种金属都有一定的极限频率 3 对光电效应瞬时性的理解 光照射到金属上时 电子吸收光子的能量不需要积累 吸收的能量立即转化为电子的 能量 因此电子对光子的吸收十分迅速 4 图 13 2 4 光电效应方程 电子吸收光子能量后从金属表面逸出 其中只有直接从金属表面飞出的光电子才具有 最大初动能 根据能量守恒定律 Ek h W0 如图 13 2 4 所示 5 用光电管研究光电效应 1 常见电路 如图 13 2 5 所示 图 13 2 5 2 两条线索 通过频率分析 光子频率高 光子能量大 产生光电子的最大初动能大 通过光的强度分析 入射光强度大 光子数目多 产生的光电子多 光电流大 3 常见概念辨析 Error 规律总结 规律总结 1 光电子也是电子 光子的本质是光 注意两者的区别 2 在发生光电效应的过程中 并非所有光电子都具有最大初动能 只有从金属表面直 接发出的光电子初动能才最大 考点二 氢原子能级和能级跃迁考点二 氢原子能级和能级跃迁 1 氢原子的能级图 能级图如图 13 2 6 所示 图 13 2 6 2 能级图中相关量意义的说明 相关量意义 能级图中的横线表示氢原子可能的能量状态 定态 横线左端的数字 1 2 3 表示量子数 横线右端的数字 13 6 3 4 表示氢原子的能量 相邻横线间的距离 表示相邻的能量差 量子数越大相邻的能量差越小 距离 越小 带箭头的竖线 表示原子由较高能级向较低能级跃迁 原子跃迁的条件为 h Em En 3 关于光谱线条数的两点说明 1 一群氢原子跃迁发出可能的光谱线条数为 N C 2 n n n 1 2 2 一个氢原子跃迁发出可能的光谱线条数最多为 n 1 二 核反应和核能二 核反应和核能 知识点一 天然放射现象和衰变知识点一 天然放射现象和衰变 1 天然放射现象 1 天然放射现象 元素自发地放出射线的现象 首先由贝可勒尔发现 天然放射现象的发现 说明原子 核具有复杂的结构 2 放射性和放射性元素 物质发射某种看不见的射线的性质叫放射性 具有放射性的元素叫放射性元素 3 三种射线 放射性元素放射出的射线共有三种 分别是 射线 射线 射线 4 放射性同位素的应用与防护 放射性同位素 有天然放射性同位素和人工放射性同位素两类 放射性同位素的化 学性质相同 应用 消除静电 工业探伤 作示踪原子等 防护 防止放射性对人体组织的伤害 2 原子核的衰变 1 原子核放出 粒子或 粒子 变成另一种原子核的变化称为原子核的衰变 2 分类 衰变 X Y He A ZA 4Z 24 2 衰变 X Y e A ZAZ 10 1 3 半衰期 放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间 半衰期由原子核内部的 因素决定 跟原子所处的物理 化学状态无关 点拨 易错提醒 1 半衰期是大量原子核衰变时的统计规律 对个别或少数原子核 无半衰期可言 2 原子核衰变时质量数守恒 核反应过程前 后质量发生变化 质量亏损 而释放出核能 知识点二 核反应和核能知识点二 核反应和核能 1 核反应 在核物理学中 原子核在其他粒子的轰击下产生新原子核的过程 在核反应中 质量 数守恒 电荷数守恒 2 核力 核子间的作用力 核力是短程力 作用范围在 1 5 10 15 m 之内 只在相邻的核子间 发生作用 3 核能 核子结合为原子核时释放的能量或原子核分解为核子时吸收的能量 叫做原子核的结 合能 亦称核能 4 质能方程 质量亏损 爱因斯坦质能方程 E mc2 原子核的质量必然比组成它的核子的质量和要小 m 这 就是质量亏损 由质量亏损可求出释放的核能 E mc2 考点解析 重点突破 考点一 衰变和半衰期 1 原子核衰变规律 衰变类型 衰变 衰变 衰变方程 X Y He A ZA 4Z 24 2 AZX Y e AZ 10 1 衰变实质 2 个质子和 2 个中子结合成一个 整体抛射出 中子转化为质子和电子 2 H 2 n He 1 11 04 2 n H e 1 01 10 1 衰变规律 电荷数守恒 质量数守恒 动量 守恒 2 对半衰期的理解 1 根据半衰期的概念 可总结出公式 N余 N原 t m余 m原 t 1 2 1 2 式中 N原 m原表示衰变前的放射性元素的原子核数和质量 N余 m余表示衰变后尚 未发生衰变的放射性元素的原子核数和质量 t 表示衰变时间 表示半衰期 2 影响因素 放射性元素衰变的快慢是由原子核内部因素决定的 跟原子所处的物理 状态 如温度 压强 或化学状态 如单质 化合物 无关 考点二 核反应方程的书写 类型可控性核反应方程典例 衰变 衰变自发 92U 90Th He 2382344 2 衰变自发 90Th 91Pa 0 1e 234234 人工转变人工 控制 7N He 8O H 144 2171 1 卢瑟福发现质子 He Be 6C n 4 29 4121 0 查德威克发现中子 Al He P n 27134 230151 0 P Si 0 1e 30153014约里奥 居里夫妇发现放射 性同位素 同时发现正电子 重核裂变比较容易 进行人工 控制 92U n 56Ba K 2351 01448936 r 3 n 1 0 92U n 54Xe S 2351 01369038 r 10 n 1 0 轻核聚变目前无 法控制 H H He n 2 13 14 21 0 规律总结规律总结 1 核反应过程一般都是不可逆的 所以核反应方程只能用单向箭头表示反应方向 不 能用等号连接 2 核反应的生成物一定要以实验为基础 不能凭空只依据两个守恒规律杜撰出生成物 来写核反应方程 3 核反应遵循质量数守恒而不是质量守恒 遵循电荷数守恒 考点三 核能的产生和计算 1 获得核能的途径 1 重核裂变 重核俘获一个中子后分裂成为两个中等质量的核的反应过程 重核裂变 的同时放出几个中子 并释放出大量核能 为了使铀 235 裂变时发生链式反应 铀块的体 积应大于它的临界体积 2 轻核聚变 某些轻核结合成质量较大的核的反应过程 同时释放出大量的核能 要 想使氘核和氚核合成氦核 必须达到几百万度以上的高温 因此聚变反应又叫热核反应 2 核能的计算方法 1 应用 E mc2 先计算质量亏损 m