高中物理光電效應知識點

xxx公司文件編號：文件日期：修訂次數：第1.0次更改批準審核制定方案設計，管理制度一、光電效應和氫原子光譜知識點一：光電效應現象1.光電效應的實驗規(guī)律(1)任何一種金屬都有一個極限頻率，入射光的頻率必須大于這個極限頻率才能發(fā)生光電效應，低于這個極限頻率則不能發(fā)生光電效應．(2)光電子的最大初動能與入射光的強度無關，其隨入射光頻率的增大而增大．(3)大于極限頻率的光照射金屬時，光電流強度(反映單位時間內發(fā)射出的光電子數的多少)與入射光強度成正比．(4)金屬受到光照，光電子的發(fā)射一般不超過10－9_s.2．光子說愛因斯坦提出：空間傳播的光不是連續(xù)的，而是一份一份的，每一份稱為一個光子，光子具有的能量與光的頻率成正比，即：ε＝hν，其中h＝6.63×10－34J·s.3．光電效應方程(1)表達式：hν＝Ek＋W0或Ek＝hν－W0.(2)物理意義：金屬中的電子吸收一個光子獲得的能量是hν，這些能量的一部分用來克服金屬的逸出功W0，剩下的表現為逸出后電子的最大初動能Ek＝eq\f(1,2)mv2.知識點二：α粒子散射實驗與核式結構模型1.盧瑟福的α粒子散射實驗裝置(如圖13－2－1所示)2．實驗現象絕大多數α粒子穿過金箔后，基本上仍沿原來的方向前進，但少數α粒子發(fā)生了大角度偏轉，極少數α粒子甚至被撞了回來．如圖13－2－2所示．α粒子散射實驗的分析圖3．原子的核式結構模型在原子中心有一個很小的核，原子全部的正電荷和幾乎全部質量都集中在核里，帶負電的電子在核外空間繞核旋轉．知識點三：氫原子光譜和玻爾理論1.光譜(1)光譜：用光柵或棱鏡可以把光按波長展開，獲得光的波長(頻率)和強度分布的記錄，即光譜．(2)光譜分類有些光譜是一條條的亮線，這樣的光譜叫做線狀譜．有的光譜是連在一起的光帶，這樣的光譜叫做連續(xù)譜．(3)氫原子光譜的實驗規(guī)律．巴耳末線系是氫原子光譜在可見光區(qū)的譜線，其波長公式eq\f(1,λ)＝R(eq\f(1,22)－eq\f(1,n2))(n＝3,4,5，…)，R是里德伯常量，R＝1.10×107m－1，n為量子數．2．玻爾理論(1)定態(tài)：原子只能處于一系列不連續(xù)的能量狀態(tài)中，在這些能量狀態(tài)中原子是穩(wěn)定的，電子雖然繞核運動，但并不向外輻射能量．(2)躍遷：原子從一種定態(tài)躍遷到另一種定態(tài)時，它輻射或吸收一定頻率的光子，光子的能量由這兩個定態(tài)的能量差決定，即hν＝Em－En.(h是普朗克常量，h＝6.63×10－34J·s)(3)軌道：原子的不同能量狀態(tài)跟電子在不同的圓周軌道繞核運動相對應．原子的定態(tài)是不連續(xù)的，因此電子的可能軌道也是不連續(xù)的．點撥：易錯提醒(1)一群氫原子躍遷發(fā)出可能的光譜線數為N＝Ceq\o\al(2,n)＝eq\f(nn－1,2)，一個氫原子躍遷發(fā)出可能的光譜線數最多為(n－1)．(2)由能級圖可知，由于電子的軌道半徑不同，氫原子的能級不連續(xù)，這種現象叫能量量子化．考點一：對光電效應的理解1.光電效應的實質光子照射到金屬表面，某個電子吸收光子的能量使其動能變大，當電子的動能增大到足以克服原子核的引力時，便飛出金屬表面成為光電子．2．極限頻率的實質光子的能量和頻率有關，而金屬中電子克服原子核引力需要的能量是一定的，光子的能量必須大于金屬的逸出功才能發(fā)生光電效應．這個能量的最小值等于這種金屬對應的逸出功，所以每種金屬都有一定的極限頻率．3．對光電效應瞬時性的理解光照射到金屬上時，電子吸收光子的能量不需要積累，吸收的能量立即轉化為電子的能量，因此電子對光子的吸收十分迅速．4.圖13－2－4光電效應方程電子吸收光子能量后從金屬表面逸出，其中只有直接從金屬表面飛出的光電子才具有最大初動能，根據能量守恒定律，Ek＝hν－W0.如圖13－2－4所示．5．用光電管研究光電效應(1)常見電路(如圖13－2－5所示)圖13－2－5(2)兩條線索①通過頻率分析：光子頻率高→光子能量大→產生光電子的最大初動能大．②通過光的強度分析：入射光強度大→光子數目多→產生的光電子多→光電流大．(3)常見概念辨析eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(照射光\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(強度——決定著每秒鐘光源發(fā)射的光子數,頻率——決定著每個光子的能量ε＝hν)),光電子\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(每秒鐘逸出的光電子數——決定著光電,流的強度,光電子逸出后的最大初動能\f(1,2)mv\o\al(2,m)))))規(guī)律總結：(1)光電子也是電子，光子的本質是光，注意兩者的區(qū)別．(2)在發(fā)生光電效應的過程中，并非所有光電子都具有最大初動能，只有從金屬表面直接發(fā)出的光電子初動能才最大．考點二：氫原子能級和能級躍遷1.氫原子的能級圖能級圖如圖13－2－6所示．圖13－2－62．能級圖中相關量意義的說明相關量意義能級圖中的橫線表示氫原子可能的能量狀態(tài)——定態(tài)橫線左端的數字“1,2,3…”表示量子數橫線右端的數字“－13.6，－3.4…”表示氫原子的能量相鄰橫線間的距離表示相鄰的能量差，量子數越大相鄰的能量差越小，距離越小帶箭頭的豎線表示原子由較高能級向較低能級躍遷，原子躍遷的條件為hν＝Em－En3.關于光譜線條數的兩點說明(1)一群氫原子躍遷發(fā)出可能的光譜線條數為N＝Ceq\o\al(2,n)＝eq\f(nn－1,2).(2)一個氫原子躍遷發(fā)出可能的光譜線條數最多為(n－1)．二、核反應和核能知識點一：天然放射現象和衰變1.天然放射現象(1)天然放射現象．元素自發(fā)地放出射線的現象，首先由貝可勒爾發(fā)現．天然放射現象的發(fā)現，說明原子核具有復雜的結構．(2)放射性和放射性元素．物質發(fā)射某種看不見的射線的性質叫放射性．具有放射性的元素叫放射性元素．(3)三種射線：放射性元素放射出的射線共有三種，分別是α射線、β射線、γ射線．(4)放射性同位素的應用與防護．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兩類，放射性同位素的化學性質相同．②應用：消除靜電、工業(yè)探傷、作示蹤原子等．③防護：防止放射性對人體組織的傷害．2．原子核的衰變(1)原子核放出α粒子或β粒子，變成另一種原子核的變化稱為原子核的衰變．(2)分類α衰變：eq\o\al(A,Z)X→eq\o\al(A－4,Z－2)Y＋eq\o\al(4,2)Heβ衰變：eq\o\al(A,Z)X→eq\o\al(A,Z＋1)Y＋eq\o\al(0,－1)e(3)半衰期：放射性元素的原子核有半數發(fā)生衰變所需的時間．半衰期由原子核內部的因素決定，跟原子所處的物理、化學狀態(tài)無關．點撥：易錯提醒eq\a\vs4\al(1半衰期是大量原子核衰變時的統(tǒng)計規(guī)律，對個別或少數原子核，無半衰期可言.,2原子核衰變時質量數守恒，核反應過程前、后質量發(fā)生變化質量虧損而釋放出核能.)知識點二：核反應和核能1.核反應在核物理學中，原子核在其他粒子的轟擊下產生新原子核的過程．在核反應中，質量數守恒，電荷數守恒．2．核力核子間的作用力．核力是短程力，作用范圍在1.5×10－15m之內，只在相鄰的核子間發(fā)生作用．3．核能核子結合為原子核時釋放的能量或原子核分解為核子時吸收的能量，叫做原子核的結合能，亦稱核能．4．質能方程、質量虧損愛因斯坦質能方程E＝mc2，原子核的質量必然比組成它的核子的質量和要小Δm，這就是質量虧損．由質量虧損可求出釋放的核能ΔE＝Δmc2.【考點解析：重點突破】考點一：衰變和半衰期1.原子核衰變規(guī)律衰變類型α衰變β衰變衰變方程eq\o\al(A,Z)X→eq\o\al(A－4,Z－2)Y＋eq\o\al(4,2)HeAZX→eq\o\al(A,Z＋1)Y＋eq\o\al(0,－1)e衰變實質2個質子和2個中子結合成一個整體拋射出中子轉化為質子和電子2eq\o\al(1,1)H＋2eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(4,2)Heeq\o\al(1,0)n→eq\o\al(1,1)H＋eq\o\al(0,－1)e衰變規(guī)律電荷數守恒、質量數守恒、動量守恒2.對半衰期的理解(1)根據半衰期的概念，可總結出公式N余＝N原(eq\f(1,2))t/τ，m余＝m原(eq\f(1,2))t/τ式中N原、m原表示衰變前的放射性元素的原子核數和質量，N余、m余表示衰變后尚未發(fā)生衰變的放射性元素的原子核數和質量，t表示衰變時間，τ表示半衰期．(2)影響因素：放射性元素衰變的快慢是由原子核內部因素決定的，跟原子所處的物理狀態(tài)(如溫度、壓強)或化學狀態(tài)(如單質、化合物)無關．考點二：核反應方程的書寫類型可控性核反應方程典例衰變α衰變自發(fā)eq\o\al(238,)92U→eq\o\al(234,)90Th＋eq\o\al(4,2)Heβ衰變自發(fā)eq\o\al(234,)90Th→eq\o\al(234,)91Pa＋0－1e人工轉變人工控制eq\o\al(14,)7N＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(17,)8O＋eq\o\al(1,1)H(盧瑟福發(fā)現質子)eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(9,4)Be→eq\o\al(12,)6C＋eq\o\al(1,0)n(查德威克發(fā)現中子)eq\o\al(27,13)Al＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(30,15)P＋eq\o\al(1,0)neq\o\al(30,15)P→eq\o\al(30,14)Si＋0＋1e約里奧—居里夫婦發(fā)現放射性同位素，同時發(fā)現正電子重核裂變比較容易進行人工控制eq\o\al(235,)92U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(144,)56Ba＋eq\o\al(89,36)Kr＋3eq\o\al(1,0)neq\o\al(235,)92U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(136,)54Xe＋eq\o\al(90,38)Sr＋10eq\o\al(1,0)n輕核聚變目前無法控制eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)n規(guī)律總結(1)核反應過程一般都是不可逆的，所以核反應方程只能用單向箭頭表示反應方向，不能用等號連接．(2)核反應的生成物一定要以實驗為基礎，不能憑空只依據兩個守恒規(guī)律杜撰出生成物來寫核反應方程．(3)核反應遵循質量數守恒而不是質量守恒；遵循電荷數守恒．考點三：核能的產生和計算1.獲得核能的途徑(1)重核裂變：重核俘獲一個中子后分裂成為兩個中等質量的核的反應過程．重核裂變的同時放出幾個中子，并釋放出大量核能．為了使鈾235裂變時發(fā)生鏈式反應，鈾塊的體積應大于它的臨界體積．(2)輕核聚變：某些輕核結合成質量較大的核的反應過程，同時釋放出大量的核能，要想使氘核和氚核合成氦核，必須達到幾百萬度以上的高