高中物理光电效应知识点

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

大角

粒子发生了α粒子穿过金箔后，基本上仍沿原来的方向前进，但少数α绝大多数所示．

2－2－13粒子甚至被撞了回来．如图α，极少数度偏转

α粒子散射实验的分析图

3．原子的核式结构模型

都集中在核里，带负

质量和几乎全部正电荷在原子中心有一个很小的核，原子全部的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

和强度分布的记

)频率(波长光的光谱：用光栅或棱镜可以把光按波长展开，获得(1)录，即光谱． (2)光谱分类

，这样的光谱叫做线状谱．亮线有些光谱是一条条的 ，这样的光谱叫做连续谱．

光带有的光谱是连在一起的 (3)氢原子光谱的实验规律．

＝

n )(1

n2

－122(R ＝1λ巴耳末线系是氢原子光谱在可见光区的谱线，其波长公式为量子数．

n ，1－

m 710×1.10＝R 是里德伯常量，R ，)…，3,4,5 2．玻尔理论

稳定

的能量状态中，在这些能量状态中原子是不连续定态：原子只能处于一系列(1)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

J·s) 34－

10×6.63＝h 是普朗克常量，h .(n E －m E ＝hν的能量由这两个定态的能量差决定，即 (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

不连续的．

，因此电子的可能轨道也是不连续的是 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 ＝C2n ＝错误!，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

所示．

4－2－13如图.0W －hν＝k E 最大初动能，根据能量守恒定律， 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

错误

! 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

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＝C2n＝错误!.

(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

Z－2Y＋42He

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 错误!

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 ＝mc 2，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 ＝Δmc 2.

【考点解析：重点突破】

考点一：衰变和半衰期

(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

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

(1)能用等号连接．

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

(2)来写核反应方程．

核反应遵循质量数守恒而不是质量守恒；遵循电荷数守恒．

(3)

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

相

kg,1 u 27－

10×1.66＝1 u 的单位m Δ，注意m Δ：先计算质量亏损2mc Δ＝E Δ应用(1)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

的单位为

E Δ，m/s _810×3代入”c “以千克为单位，m Δ计算核能时，若2

mc Δ＝E Δ根据MeV .

_931.5×m Δ＝E Δ得MeV _931.5＝2c 1u 为单位，则由“u”以m Δ；若“J”