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高中物理光电效应知识点(精选.)

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一、光电效应和氢原子光谱

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109_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:ε=hν,其中h=6.63×1034 J·s.

3.光电效应方程

(1)表达式:hν=Ek+W0或Ek=hν-W0.

(2)物理意义:金属中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

1

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.

2

知识点二: α粒子散射实验与核式结构模型

1.卢瑟福的α粒子散射实验装置(如图13-2-1所示)

2.实验现象

绝大多数α粒子穿过金箔后,基本上仍沿原来的方向前进,但少数α粒子发生了大角度偏转,极少数α粒子甚至被撞了回来.如图13-2-2所示.

α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 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.

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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(2-2)(n=3,4,5,…),

λ2n

-17R是里德伯常量,R=1.10×10 m,n为量子数.

2.玻尔理论

word.

(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hν=Em-En.(h是普朗克常量,h=6.63×1034 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

nn-1

(1)一群氢原子跃迁发出可能的光谱线数为N=C2,一个氢原子跃迁发出可能n=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=hν-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

①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.

②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

word.

 每秒钟逸出的光电子数——决定着光电

流的强度光电子

光电子逸出后的最大初动能1mv

2

强度——决定着每秒钟光源发射的光子数

照射光

频率——决定着每个光子的能量ε=hν

2

m

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

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 表示相邻的能量差,量子数越大相邻的能量差越小,距离越相邻横线间的距离 小 表示原子由较高能级向较低能级跃迁,原子跃迁的条件为hν带箭头的竖线 =Em-En 3.关于光谱线条数的两点说明 nn-1

(1)一群氢原子跃迁发出可能的光谱线条数为N=C2. n=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

知识点一:天然放射现象和衰变

word.

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α射线、β射线、γ射线. (4)放射性同位素的应用与防护. ①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.

②应用:消除静电、工业探伤、作示踪原子等. ③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α粒子或β粒子,变成另一种原子核的变化称为原子核的衰变. (2)分类

A-44α衰变:AZX→Z-2Y+2He A 0

β衰变:AZX→Z+1Y+-1e

(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

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1.5×1015 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Δm,这就是质量亏损.由质量亏损可求出释放的核能ΔE=Δmc2. 【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 衰变方程 衰变实质 2个质子和2个中子结合成一个整体抛射出 14211H+20n→2He 衰变规律 α衰变 AA-44ZX→Z-2Y+2He 中子转化为质子和电子 1n→1H+ 0e -101β衰变 A 0AZX→Z+1Y+-1e 电荷数守恒、质量数守恒、动量守恒 word.

2.对半衰期的理解

(1)根据半衰期的概念,可总结出公式

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N余=N原()t/τ,m余=m原()t/τ

22

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,τ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 2382344α衰变 自发 92U→ 90Th+2He 234234β衰变 自发 90Th→ 91Pa+0-1e 人工转变 人工 控制 147N+4He→178O+1H 2 1(卢瑟福发现质子) 49121 2He+4Be→ 6C+0n (查德威克发现中子) 27Al+4He→30P+1n 132150约里奥—居里夫妇发现放射30P→30Si+ 0e +11514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 2351144 92U+0n→ 56Ba+36Kr+ 310n 235113690 92U+0n→ Xe+38Sr+ 1010n 轻核聚变 目前无 2H+3H→4He+1n 法控制 1120 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

word.

(1)应用ΔE=Δmc2:先计算质量亏损Δm,注意Δm的单位1 u=1.66×1027 kg,1 u相当于931.5 MeV的能量,u是原子质量单位.

(2)核反应遵守动量守恒和能量守恒定律,因此我们可以结合动量守恒和能量守恒定律来计算核能.

规律总结

根据ΔE=Δmc2计算核能时,若Δm以千克为单位,“c”代入3×108_m/s,ΔE的单位为“J”;若Δm以“u”为单位,则由1uc2=931.5_MeV得ΔE=Δm×931.5_MeV.

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