1、高考资源网（） 您身边的高考专家第三节量子化现象第四节物理学人类文明进步的阶梯1.初步了解微观世界中的量子化现象知道量子论的主要内容2.了解光电效应、原子能量的不连续性及光的波粒二象性3.知道量子论的建立对人类认识世界和科技发展的重要影响4.了解物理学对人类文明进步的影响一、黑体辐射：能量子假说的提出黑体辐射(1)黑体：如果一个物体能够吸收照射到它上面的全部辐射而无反射，这种物体就是黑体(2)黑体辐射：黑体发出的电磁辐射能量子假说(1)能量子提出的目的：普朗克为了克服经典物理学对黑体辐射现象解释的困难而提出的含义：物质发射(或吸收)能量时，能量不是连续的，而是一份一份地进行的，每一份就是一个最
2、小的能量单位这个不可再分的最小的能量单位称为“能量子”能量子的能量h即能量子的能量在数值上等于辐射的频率和一个常数h的乘积h是普朗克常量，h6.631034 Js.(2)能量的量子化是指在微观领域中能量的不连续变化，即只能取分立值的现象普朗克认为能量是量子化的，为什么我们感觉物体温度的变化是连续的？提示：普朗克常量h非常小，对于宏观物体可认为趋近于零，量子化特征显示不出来，通常我们观测不到量子化特征，所以对物体温度的变化，会感觉是连续的二、光子说：对光电效应的解释光子说概述：爱因斯坦于1905年提出光子说光在传播过程中，也是不连续的它由数值分立的能量子组成爱因斯坦称这些能量子为光量子，也称为“
3、光子”一个光子的能量为Eh，为光的频率，h为普朗克常量光电效应定义：当紫外线这一类波长较短的光照射金属表面时，金属便有电子逸出，这种现象称为光电效应从金属表面逸出的电子称为光电子光子说对光电效应的解释(1)光照射到金属表面上，一个光子的能量被金属中某个电子吸收，电子吸收光子后，能量增加，若能量足够大，电子能克服原子核对它的束缚，离开金属表面，成为光电子(2)光电效应现象说明光具有粒子性1(1)光电效应中逸出的光电子与普通电子相同()(2)光电效应中电子吸收光子的能量可以累加()提示：(1)(2)三、光的波粒二象性：光的本性揭示爱因斯坦的光子说成功地解释了光电效应，说明光具有粒子性，而在此之前，
4、人们所观察到光的干涉、衍射、偏振等实验事实，清楚地显示光具有波动性，光既具有波动性又具有粒子性，也就是光具有波粒二象性在宏观上大量光子表现为波动性，在微观上个别光子与其他物质产生作用时往往表现为粒子性波粒二象性揭示了光的本性2(1)光既不是经典意义上的波，也不是经典意义上的粒子()(2)光子说并未否定电磁说()提示：(1)(2)四、原子光谱：原子能量的不连续原子光谱按照经典理论，能量是连续变化的，由此氢原子发光的光谱就应该是包含一切频率的连续谱，而事实上氢原子光谱是由一系列不连续的亮线组成的线状谱原子光谱的解释(1)原子只能处于一系列不连续的能量状态中(2)当原子从一种能量状态变化到另一种能量
5、状态时，会辐射(或吸收)一定频率的光子，所辐射(或吸收)的光子的能量是不连续的五、物理学与自然科学人类文明进步的基石物理学是自然科学的基础之一，物理学的研究成果和研究方法，在自然科学的各个领域都起着重要的作用六、物理学与现代技术人类文明进步的推动力物理学的发展推动了科学技术的高速发展几乎所有重大的新技术领域，都是在物理学中经过了长期的酝酿，在理论上和实验上取得突破，继而转化为技术成果的对光电效应的解释学生用书P81光子说：爱因斯坦认为，光在传播过程中，是不连续的，它由数值分立的能量子组成，这些能量子叫光量子，也称“光子”，光就是以光速c运动着的光子流，每个光子的能量Ehh.用光子说解释光电效应
6、的规律当光子照射到金属表面上时，它的能量可以被金属中的某个电子全部吸收，电子吸收光子的能量后，动能立刻增加，不需要积累能量的过程这就是光电效应的发生用时极短的原因只有能量足够大，即频率足够大的光子照射在金属上，才能使电子获得足够大的动能，克服金属原子核对它的束缚从金属表面飞离出来成为光电子，这就说明发生光电效应入射光的频率必须足够大，而不是光足够强电子吸收光子的能量后可能向各个方向运动，有的向金属内部运动，并不出来向金属表面运动的电子，经过的路程不同，途中损失的能量也不同唯独金属表面上的电子，只要克服金属原子核的引力做功，就能从金属中逸出，这个功叫逸出功，这些光电子的动能最大，叫最大初动能金属
7、中的每个电子对光子能量的吸收不是连续累加的，它只能吸收一个光子的能量，因此只有达到一定频率的光子照射才有光电效应产生某单色光照射金属时不会产生光电效应，下列措施中可能使该金属产生光电效应的是()A延长光照时间B增大光的强度C换用波长较短的光照射D换用频率较低的光照射解析要产生光电效应，入射光的频率必须大于该金属的极限频率，波长越短的光频率越高，当高于极限频率时就能产生光电效应，故C正确答案C(1)能否产生光电效应与光的强度和光照时间无关(2)光电效应能否产生取决于入射光的频率大小 1.(多选)在光电效应实验中，下列结果正确的是()A如果入射光比较弱，只有照射的时间足够长，才会产生光电效应B当入
8、射光的频率增大为原来的两倍时，单位时间内逸出光电子的数量也增大为原来的两倍C当入射光的波长增大为原来的两倍时，可能不产生光电效应D当入射光的强度增大为原来的两倍时，单位时间内逸出光电子的数量也增大为原来的两倍解析：选CD.只有入射光的频率足够大时，才能产生光电效应，A错误，C正确；逸出的光电子数目与入射的光子数成正比，与光的频率无关，B错误；入射光的强度增大为原来的两倍时，单位时间内入射的光子数也增大为原来的两倍，单位时间内逸出的光电子数也增大为原来的两倍，D正确对光的波粒二象性的理解学生用书P82光电效应说明光具有粒子性，光的干涉、衍射等实验事实，显示光具有波动性，大量实验事实表明，光既具有
9、波动性又具有粒子性光具有波粒二象性，但在不同情况下表现不同在宏观上，大量光子传播往往表现为波动性；在微观上，个别光子在与其他物质产生作用时，往往表现为粒子性光的粒子性不同于宏观观念中的粒子，粒子性的含义是“不连续”的，“一份一份”的光的波动性也不同于宏观观念中的波，波动规律决定光子在某点出现的概率，是一种概率波(1)光的粒子性不同于牛顿的“微粒说”(2)光的波动性不是光子之间相互作用的结果，而是光子本身的一种属性下列对于光的波粒二象性的说法中正确的是()A一束传播的光，有的光是波，有的光是粒子B光子与电子是同样一种粒子，光波与机械波是同样一种波C光的波动性是由于光子间的相互作用而形成的D光是一
10、种波，同时也是一种粒子光子说并未否定电磁说，在光子能量h中，频率仍表示的是波的特征解析光是一种波，同时也是一种粒子，光具有波粒二象性当光和物质作用时，是一份一份的，表现出粒子性；单个光子通过双缝后的落点无法预测，但大量光子通过双缝后在空间各点出现的可能性可以用波动规律描述，表现出波动性粒子性和波动性是光子本身的一种属性，光子说并未否定电磁说答案D光既不是经典意义上的波，也不是经典意义上的粒子，光的波粒二象性是光的固有属性，不是光子间相互作用形成的，光子在空间出现的位置不能确定，只能确定在该点附近出现的概率，而概率服从波动规律 2.(多选)对光的认识，以下说法正确的是()A个别光子的行为表现为粒
11、子性，大量光子的行为表现出波动性B光的波动性是光子本身的一种属性，不是光子之间的相互作用引起的C光表现出波动性时，就不具有粒子性了，光表现出粒子性时，就不具有波动性了D光的波粒二象性应理解为：在某种场合下光的波动性表现明显，在另外某种场合下，光的粒子性表现明显解析：选ABD.个别光子的行为表现出粒子性，大量光子的行为表现出波动性；光与物质相互作用时表现出粒子性，光的传播规律表现出波动性，光的波动性和粒子性都是光的本质属性，光的波动性表现明显时仍具有粒子属性，因为波动性表现为粒子分布概率，光的粒子性表现明显时仍具有波动性，因为大量粒子的个别行为呈现出波动规律，故A、B、D正确，C错误方法技巧光子
12、能量的有关计算人眼对绿光最为敏感，正常人的眼睛接收到波长为530 nm的绿光时，只要每秒有6个绿光的光子射入瞳孔，眼睛就能察觉普朗克常量为6.631034 Js，光速为3.0108 m/s，则人眼能察觉到绿光时所接收的最小功率是多少？思路点拨 解答本题时应把握以下两点：(1)每个光子的能量h.(2)波长、波速、频率关系.解析因每秒有6个绿光的光子射入瞳孔，所以察觉到绿光所接收的最小功率P，式中E6，又hh可解得P6 W2.31018 W.答案2.31018 W能量子的值非常小，在宏观世界里一般观测不到能量子的效应，可近似认为能量是连续的，因此经典物理学能很好地解释宏观世界的运动规律，但当人们的
13、视野深入到原子以下的微观世界中时，就必须考虑能量的量子化光子的能量是h，在很多问题中都要用到能量守恒观点解决光子能量问题 随堂达标学生用书P83(多选)下列物理事件和科学家相对应的是()A普朗克最先提出能量量子化理论B牛顿发现并建立了万有引力定律C爱因斯坦提出了光子说，成功解释了光电效应现象D霍金最早建立了狭义相对论解析：选ABC.最早建立狭义相对论的是爱因斯坦，不是霍金(多选)有关黑体及黑体辐射的说法正确的是()A黑体能够100%的吸收照射到它上面的全部色光B黑体辐射是指黑体发出的电磁辐射，它不是连续的，而是一份一份地进行的C黑体辐射是指黑体发出的电磁辐射，它是连续的，而不是一份一份地进行的
14、D黑体辐射现象使经典物理学遇到了无法解决的困难：理论分析与实验结果不相符解析：选ABD.由黑体的定义可知A正确；黑体辐射是指黑体发出的电磁辐射，由于经典物理中的连续性观念在人们头脑中根深蒂固，物理学家们都认为一切自然过程(包括物质、能量等)都是连续的，并把它视为科学研究的一条准则，但在研究黑体辐射时，按传统的经典理论分析却与实验结果不符，只有认为电磁辐射不是连续的，而是一份一份地进行的才能与实验结果相符，由此可知，B、D正确，C错误根据爱因斯坦光子说，光子能量E等于(h为普朗克常量，c、为真空中的光速和波长)()AhBhCh D.解析：选A.根据Eh和c可得Eh，选项A正确当用频率5.4410
15、14 Hz的绿光照射钾板时，恰能向外发射光电子，下列说法正确的是()A利用频率较绿光低的红光照射钾板时，也会产生光电子B利用频率较绿光低的黄光照射钾板时一定会产生光电子C利用频率较绿光高的蓝光照射钾板时一定会产生光电子D需利用频率较绿光高的蓝光照射钾板才能产生光电子解析：选C.由光电效应产生的机理可知，只有当入射光子的能量大于某一数值时，光子才有可能被电子吸收获得能量从而摆脱束缚成为光电子，由于绿光恰能使钾板发生光电效应，比绿光频率小的红光、黄光的光子能量不足以被电子吸收而使其成为光电子，A、B错误；蓝光光子能量大于绿光光子能量，能产生光电效应，而与入射光的强弱无关，C正确，D错误5当氢原子从
16、一种能量状态变化到另一种能量状态时()A一定吸收光子B一定放出光子C既可能不吸收也可能不放出光子D是吸收还是放出光子与初末能量状态的高低有关解析：选D.当原子从一种能量状态变化到另一种能量状态时，辐射(或吸收)一定频率的光子，辐射(或吸收)的光子的能量是不连续的，辐射(或吸收)的方式由原子所处的这两个能量状态确定，当原子从高能量状态变化到低能量状态时会发射光子；当原子吸收光子时可以从较低能量状态变化到较高能量状态课时作业学生用书P129(单独成册)一、单项选择题首先提出量子理论的科学家是()A普朗克 B迈克尔孙C爱因斯坦 D德布罗意解析：选A.为了解释黑体辐射，普朗克首先提出了能量的量子化，故
17、A正确爱因斯坦根据光电效应的实验规律，猜测光具有粒子性，从而提出光子说从科学研究的方法来说，这属于()A等效替代 B控制变量C科学假说 D数学归纳解析：选C.根据实验现象给出假设，而后提出理论支持，物理学上把这种研究方法称为“科学假说”，故正确选项为C.3与物理学有着由来已久“血缘关系”的自然学科是()A化学 B生物学C天文学 D数学解析：选C.物理学与其他学科有着密切联系，但与天文学有着由来已久的关系，从19世纪物理学的光度测量和光谱分析就应用于天文学，产生天体物理学4以物理为基础的科学技术的高速发展，直接推动了人类社会的进步，下列哪一个发现推动了人类进入电气化时代()A库仑定律的发现 B欧
18、姆定律的发现C摩擦起电现象的发现 D电磁感应现象的发现解析：选D.电磁感应现象的发现，使电力的大规模产生成为可能，推动了人类进入电气化时代，D正确对Eh的理解，下列说法正确的是()A能量子的能量与光的波长成正比B光的频率越高，光的强度越大C光的频率越高，光子的能量越大Dh是一个常数，没有单位解析：选C.能量子的能量与光的频率成正比，频率越大，光子的能量越大，A、B错，C对h是一个常量，是有单位的，D错在演示光电效应实验中，原来不带电的一块锌板与灵敏验电器相连，用弧光灯照射锌板时，验电器的指针会张开一个角度，如图所示，这时()A锌板带正电，指针带负电B锌板带正电，指针带正电C锌板带负电，指针带正
19、电D锌板带负电，指针带负电解析：选B.弧光灯照射锌板，有带负电的电子从板上飞出，所以锌板带正电因为验电器和锌板有导线相连，故验电器和锌板都带正电下列关于光的波粒二象性的说法中，正确的是()A有的光是波，有的光是粒子B光子与电子是同样的一种粒子C光的波长越长，其波动性越显著；波长越短，其粒子性越显著D大量光子的行为往往显示出粒子性解析：选C.光具有波粒二象性，即具有波动性和粒子性，A错误；光子不是实物粒子，电子为实物粒子，故B错误；光的波长越长，其波动性越明显；波长越短，其粒子性越明显，C正确；大量光子的行为显示波动性，D错误二、多项选择题在研究黑体辐射规律时，下列说法不正确的是()A利用经典物
20、理学的“连续性”观点得出的理论结果与实验结果相符B利用经典物理学的“连续性”观点得出的理论结果与实验结果不相符C经典物理学由于无法解释“黑体辐射”，说明它是错误的D引入能量是一份一份的“能量子”的观点，理论结果与实验相符合解析：选AC.在黑体辐射规律的研究中，运用经典物理学的连续性观点，得出的理论结果与实验结果不相符，故A错误，B正确；经典物理学在黑体辐射研究中理论与实际不相符，说明经典物理学有其局限性，但不能说其是错误的，故C错误；当引入“能量子”概念后，理论结果才与实验相符合，故D正确关于光的本性，下列说法中正确的是()A光子说并没有否定光的电磁说 B光电效应现象反映了光的波动性C光的波粒
21、二象性是指光既具有波动性又具有粒子性D大量光子产生的效果往往显示出波动性，个别光子产生的效果往往显示出粒子性解析：选ACD.光既有粒子性，又有波动性，是自身体现的一种微观世界特有的规律光子说和电磁说各自能解释光特有的现象，两者构成一个统一的整体紫光照射到某金属表面时，金属表面恰好有光电子逸出，已知红光的频率比紫光的频率小，X射线的频率大于紫光的频率，则下列说法中正确的是()A弱的红光照射此金属表面不会有光电子逸出B强的红光照射此金属表面会有光电子逸出C弱的X射线照射此金属表面不会有光电子逸出D强的X射线照射此金属表面会有光电子逸出解析：选AD.根据爱因斯坦光子说对光电效应的解释知，光子的能量取决于光的频率，频率越大，能量越大，所以能否产生光电效应取决于光的频率，而与光的强度无关，红光频率小，不会产生光电效应，X射线频率大，会产生光电效应- 7 - 版权所有高考资源网