高三物理光電效應1

1、 要澄清一些易混淆的概念，如“光子”“光電子”“光子的能量”“入射光的強度”“光電子的動能”與“光電子的最大初動能”等，這對理解光電效應的規(guī)律具有重要意義。 1.“光子”與“光電子” 光子是指光在空間傳播時的每一份能量(即能量是不連續(xù)的)，光子不帶電，是微觀領域中的一種粒子；而光電子是金屬表面受到光照時發(fā)射出來的電子，因此其本質就是電子。 2.“光子的能量”與“入射光的強度” 光子的能量是一份一份的，每一份的能量為=h，其大小由光的頻率決定；而入射光的強度是指單位時間內入射光中包含光子數的多少，入射光的強度可表示為I=nh，其中n為單位時間內的光子數。 3.“光電子的最大初動能”與“光電子的動

2、能”光照射到金屬表面時，電子吸收光子的能量，只需克服原子核的引力做功就能從金屬表面逸出，那么這些光電子具有最大初動能，其值為Ek=h-W0(式中W0為金屬的逸出功)。而不從金屬表面發(fā)射的光電子，在逸出的過程中損失的能量會更多，所以此時光電子的動能Ekn)，均可使原子發(fā)生能級躍遷。 5.躍遷時電子動能、原子勢能與原子能量的變化 當軌道半徑減小時，庫侖引力做正功，原子的電勢能Ep減小，電子動能增大，原子能量減小。反之，軌道半徑增大時，原子電勢能增大，電子動能減小，原子能量增大。要點四 氫原子能級躍遷特別提醒： 原子在各能級間躍遷時，所吸收的光子的能量只能等于兩能級間的能級差。原子電離時所吸收的光子

3、的能量可以大于或等于某一能級的能量絕對值，即EE-En。 2.衰變：衰變是伴隨著衰變或衰變同時發(fā)生的，衰變不改變原子核的電荷數和質量數。其實質是放射性原子核在發(fā)生衰變或衰變過程中，產生的新核由于具有過多的能量(核處于激發(fā)態(tài))而輻射出光子。要點五 核反應類型1.衰變和衰變的比較衰變類型衰變衰變衰變方程衰變實質2個質子和2個中子結合成一個整體射出中子轉化為質子和電子衰變規(guī)律電荷數守恒、質量數守恒特別提醒： (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

4、)核反應方程遵循質量數守恒而不是質量守恒；遵循電荷數守恒。3.核反應四種類型比較 4.半衰期 用N0、m0分別表示衰變前的原子核數目和質量，N、m分別表示衰變后剩余的原子核的數目和質量，為半衰期，t表示衰變過程所經歷的時間，則 2.核能的產生 (1)重核裂變：某些重核分裂成中等質量的核的反應過程，同時釋放大量的核能。要使鈾235發(fā)生鏈式反應以持續(xù)地輸出能量，鈾塊的體積應大于它的臨界體積。 重核的裂變：如 應用：原子彈、核反應堆 (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，要想使氘核和氚核結合成氦核，必須達到幾百萬度以上的高溫，因此聚變反應又叫熱核反應。 輕核的聚

5、變：如 。 應用：氫彈、可控熱核反應。要點六 核能的產生和計算特別提醒： (1)質量數與質量是兩個不同的概念。核反應中質量數、電荷數都守恒，但核反應中依然有質量虧損。 (2)愛因斯坦的質能方程反映了原子核質量虧損和釋放出核能這兩種現象之間的聯(lián)系，并不表示質量和能量之間的轉變關系(即：核反應中的質量虧損，并不是這部分質量消失或質量轉化為能量)。質量虧損也不是核子個數的減少，核反應中核子的個數是不變的。 (3)質量虧損并不否定質量守恒定律。 1.核能的計算方法 (1)根據愛因斯坦質能方程列式計算：即E=mc2 (m的單位:kg)。 (2)根據1原子質量單位(u)相當于931.5兆電子伏能量，則E=

6、m931.5 MeV(m的單位:u,1u=1.660610-27 kg)?！纠?】2009年高考寧夏理綜卷關于光電效應，下列說法正確的是_ (填入選項前的字母，有填錯的不得分)。 A.極限頻率越大的金屬材料逸出功越大 B.只要光照射的時間足夠長，任何金屬都能產生光電效應 C.從金屬表面出來的光電子的最大初動能越大，這種金屬的逸出功越小 D.入射光的光強一定時，頻率越高，單位時間內逸出的光電子數就越多熱點一 光電效應A 【解析】逸出功W=h0，W0極限頻率，A正確；只有照射光的頻率大于等于金屬極限頻率0，才能產生光電效應現象，B錯；由光電效應方程Ekm=h-W知，因不確定時，無法確定Ekm與W的

7、關系，C錯；光強E=nh，越大，E一定，則光子數n越小，單位時間內逸出的光電子數就越少，D錯。【例2】1911年盧瑟福依據粒子散射實驗中少數粒子發(fā)生了 _(選填“大”或“小”)角度散射現象，提出了原子的核式結構模 型。若用動能為1 MeV的粒子轟擊金箔，其速度約為 _m/s。(質子和中子的質量均為1.6710-27 kg， 1MeV=1106 eV)熱點二 原子結構、粒子散射實驗 【解析】盧瑟福在粒子散射實驗中發(fā)現了大多數粒子沒有大的偏轉，少數發(fā)生了較大的偏轉，盧瑟福抓住了這個現象進行分析，提出了原子的核式結構模型； 1 MeV=11061.610-19=(1/2)mv2，解得v=6.9106

8、 m/s。大6.9106【例3】在氫原子光譜中，電子從較高能級躍遷到n=2能級發(fā) 出的譜線屬于巴耳末線系。若一群氫原子自發(fā)躍遷時發(fā) 出的譜線中只有2條屬于巴耳末線系，則這群氫原子自發(fā) 躍遷時最多可發(fā)出_條不同頻率的譜線。 【解析】由于這群氫原子自發(fā)躍遷發(fā)出的譜線中只有2條屬于巴耳末線系，故可判斷這群氫原子的最高能級為n=4，畫出氫原子譜線示意圖(如圖3.5-3-2所示)可知，這群氫原子自發(fā)躍遷時最多可發(fā)出6條不同頻率的譜線。熱點三 氫原子光譜6圖3.5-3-2【例4】(1)天然放射性元素 經過_次衰變和_次衰變，最后變成鉛的 同位素_。(填入鉛的三種同位素 、 、 中的一種) (2)放射性元素

9、的原子核在衰變或衰變生成新原子核時，往往會同時伴隨 _輻射。已知A、B兩種放射性元素的半衰期分別為T1和T2，經過t=T1T2 時間后測得這兩種放射性元素的質量相等，那么它們原來的質量之比 mA:mB=_。熱點四 衰變 半衰期 【解析】(1)設經m次衰變，由質量數守恒239-207=4m,m=8，據電荷數守恒，設經n次衰變，94-82=2m-n，所以n=4，鉛的同位素為 。 (2)放射性元素的原子核在發(fā)生衰變、衰變時，蘊藏在核內的能量會釋放出來，使產生的新核處于高能級，這時它要向低能級躍遷，能量以光子的形式輻射出來，因此，射線經常是伴隨射線和射線產生的。設t時間后放射性元素的質量均為m，由衰變

10、規(guī)律知： 。48【例5】2009年高考天津理綜卷下列說法正確的是( ) A. 是衰變方程 B. 是核聚變反應方程 C. 是核裂變反應方程 D. 是原子核的人工轉變方程 【解析】本題考查了幾種核反應類型，衰變、聚變、裂變、人工轉變的特點要分清，考查學生的理解能力。A為人工核反應，B為核聚變反應，C為衰變方程，D為人工轉變方程，故B、D正確。B D熱點五 核反應方程【例6】天文學家測得銀河系中氦的含量約為25%。有關研究表明，宇宙中氦生成的途徑有兩條： 一是在宇宙誕生后3分鐘左右生成的；二是在宇宙演化到恒星誕生后，由恒星內部的氫核聚變 反應生成的。 (1)把氫核聚變反應簡化為4個氫核( )聚變成氦

11、核( )，同時放出2個正電子( )和2個中微 子e，請寫出該氫核聚變反應的方程，并計算一次反應釋放的能量； (2)研究表明，銀河系的年齡約為t=3.81017 s，每秒鐘銀河系產生的能量約為11037 J(即P 11037 J/s)?，F假定該能量全部來自上述氫核聚變反應，試估算銀河系中氦的含量(最后結果 保留一位有效數字)； (3)根據你的估算結果，對銀河系中氦的主要生成途徑作出判斷。(可能用到的數據：銀河系質量約為 M31041 kg，原子質量單位1u=1.6610-27 kg,1u相當于1.510-10 J的能量，電子質量me 0.0005 u，氦核質量m=4.0026 u，氫核質量mp1

12、.0078 u，中微子e質量為零)熱點六 核能 【解析】(1) m=4mp-m-2me E=mc2=4.1410-12 J。 (2)m= =6.11039kg 氦的含量/(6.11039)/(1041)2%。 (3)由估算結果可知，2%遠小于25的實際值，所以銀河系中的 氦主要是宇宙誕生后不久生成的。【答案】(1) 4.1410-12J (2)2 (3)宇宙誕生后不久生成的【例7】一速度為v的高速粒子( )與同方向運動的氖核 ( )發(fā)生彈性正碰，碰后粒子恰好靜止。求碰撞前 后氖核的速度(不計相對論修正)。 熱點七 原子核與動量守恒 【解析】設碰撞前后氖核的速度分別為v0、vt由動量守恒和能量守

13、恒，得 m v+mNe v0=mNe vt 其中m:mNe=1:5 解方程組，得 【答案】； BA娛樂 flp271bej “還是張老爺子說得對，蘇林做了縮頭烏龜，廠子不出三年的工夫就垮了，害得我們的子孫撇家舍業(yè)四處打工，撇下我們這些孤寡老人無人照顧，真是悲哀啊”馬天栓的父親也在，他的話有點煽風點火，充滿了火藥味。 “話可不能這么說，我們馬家受蘇家的的恩惠可不少，我們不能蜷著舌根兒說話，廠子垮了與他有什么關系，又不是他把廠子搞垮的?！瘪R老爺子是馬家最有權威的人，他的見解就是與眾不同，“你可別說，功夫不負有心人，人家的女兒小荷已是研究生了，寶根這孩子也一定差不了八年抗戰(zhàn)打敗了小鬼子，蘇林他用了八

14、年的時間培養(yǎng)了兩個高材生，我教了一輩子的書，像這樣的家長我還沒有碰見一個，蘇林他做到了，真是不容易啊” “可是，他已成了一個廢人成了生活的累贅，他會拖累兒女的”張老漢發(fā)出了異議。 “唉！可惜啊可惜！真是好人不得好報啊”馬老爺子在為蘇林鳴不平。自從我回家的那一刻起，家里便出現了少有的寧靜。父親彎著腰一聲不吭地忙里忙外，母親駝著背默默地跑前跑后，沒有了母親的嘮叨反而讓我不安起來。我知道每個人都在為我的處境而擔心，我卻為他們的擔心而憂慮。這天晚上，母親準備了一桌飯菜讓我們大家聚一聚，也算是為我重歸故里的一次接風。肖燕做好飯菜，由于掛念自己的父母心切，便匆匆忙忙地回娘家去了。我的母親唉聲嘆氣地說：“這樣的兒媳真是打著燈籠也不好找啊這些年苦了我的兒媳。”正如母親所言，如今的家景大不如往前了，我們蘇家上上下下二三十口人，現如今只剩下年邁的父親母親還有大哥和二哥了，聽說大嫂二嫂也分別去了不同的城市照看孫子孫女，熱熱鬧鬧的一大家人就像一窩小鳥為了生計各飛東西 “唉！古人云：生兒防老，看來這話要改改了”父親一個人喝著悶酒終于憋出了一句話。 “爹，我們不是回來了嗎，從今以后，我和肖燕哪兒也不去，就留在您身邊侍候您和我娘?！蔽乙贿呎f一邊給二老夾菜。 “話是這么說，等寶根大了，成了家，