高中物理光电效应知识点(精选.)

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：ε＝hν，其中h ＝6.63×10－
34 J·s.
3．光电效应方程
(1)表达式：hν＝E k ＋W 0或E k ＝hν－W 0.
(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
服金属的逸出功W 0，剩下的表现为逸出后电子的最大初动能E k ＝1
2
m v 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．
巴耳末线系是氢原子光谱在可见光区的谱线，其波长公式1λ＝R (122－1
n
2)(n ＝3,4,5，…)，
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hν＝E m －E n .(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
(1)一群氢原子跃迁发出可能的光谱线数为N ＝C 2n ＝n (n －1)
2，一个氢原子跃迁发出可能的光谱线数最多为(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，E k ＝hν－W 0.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
⎩⎪⎨⎪⎧
照射光⎩
⎪⎨
⎪⎧ 强度——决定着每秒钟光源发射的光子数
频率——决定着每个光子的能量ε＝hν光电子⎩
⎪⎨
⎪⎧
每秒钟逸出的光电子数——决定着光电
流的强度光电子逸出后的最大初动能(1
2m v 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
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hν
＝E m －E n
(1)一群氢原子跃迁发出可能的光谱线条数为N ＝C 2n ＝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
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
α衰变：A Z X→A－4
Y＋42He
Z－2
β衰变：A Z X→A Z＋1Y＋0－1e
(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1.5×10－15 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
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(12)t /τ，m 余＝m 原(1
2
)t /τ
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
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ΔE＝Δmc2：先计算质量亏损Δm，注意Δm的单位1 u＝1.66×10－27 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1u c2＝931.5_MeV得ΔE＝Δm×931.5_MeV.
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