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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=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=eq \f(1,2)mv2.
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=1.10×107 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=Em-En.(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=Ceq \o\al(2,n)=eq \f(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,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
eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\co1(照射光\b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\co1(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\b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\co1(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?\f(1,2)mv\o\al(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
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