2017-2018學(xué)年高中創(chuàng)新設(shè)計物理粵教版必修2：第五章 學(xué)案3-4 量子化現(xiàn)象　物理學(xué)-人類文明進(jìn)步的階梯

學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精學(xué)案3量子化現(xiàn)象學(xué)案4物理學(xué)——人類文明進(jìn)步的階梯［學(xué)習(xí)目標(biāo)定位］1.初步了解微觀世界中的量子化現(xiàn)象．知道量子論的主要內(nèi)容。2.了解光電效應(yīng)、原子能量的不連續(xù)性及光的波粒二象性。3.知道量子論的建立對人類認(rèn)識世界和科技發(fā)展的重要影響。4.了解物理學(xué)對人類文明進(jìn)步的影響．一、量子化現(xiàn)象1．黑體輻射：如果一個物體能夠吸收照射到它上面的全部輻射而無反射，這種物體就稱為黑體．黑體輻射是指黑體發(fā)出的電磁輻射．2．光電效應(yīng)：當(dāng)用一些波長較短的光照射金屬表面時，金屬便有電子逸出,這種現(xiàn)象稱為光電效應(yīng)．從金屬表面逸出的電子稱為光電子．光電效應(yīng)的產(chǎn)生與否取決于光的頻率而與光的強(qiáng)度無關(guān)．3．光的波粒二象性:大量的實(shí)驗(yàn)事實(shí)表明，光既具有波動性又具有粒子性，也就是光具有波粒二象性．4．原子光譜：原子只能處于一系列不連續(xù)的能量狀態(tài)中,當(dāng)原子從一種能量狀態(tài)變化到另一種能量狀態(tài)時,輻射(或吸收）一定頻率的光子，輻射(或吸收)光子的能量是不連續(xù)的．二、物理學(xué)與現(xiàn)代技術(shù)物理學(xué)的發(fā)展推動了科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展，幾乎所有重大的新技術(shù)領(lǐng)域，如原子能技術(shù)、激光技術(shù)、電子和信息技術(shù)等的創(chuàng)立,都是在物理學(xué)中經(jīng)過了長期的醞釀，在理論上和實(shí)驗(yàn)上取得突破,繼而轉(zhuǎn)化為技術(shù)成果的.一、黑體輻射：能量子假說的提出1．黑體及黑體輻射:黑體是能夠吸收照射到它上面的全部輻射而無反射的物體，黑體輻射是指黑體發(fā)出的電磁輻射．2．經(jīng)典物理學(xué)的困難：應(yīng)用經(jīng)典物理學(xué)的連續(xù)性觀念,進(jìn)行的理論分析與黑體輻射實(shí)驗(yàn)結(jié)果不相符合．3．能量子假說：物質(zhì)發(fā)射(或吸收）能量時,能量不是連續(xù)的,而是一份一份地進(jìn)行的．每一份就是一個最小的能量單位，稱為“能量子"．能量子的能量ε＝hν，ν為輻射的頻率，h為普朗克常量．實(shí)驗(yàn)測得h＝6.63×10－34J·s.4．能量的量子化：在微觀領(lǐng)域中能量的不連續(xù)變化,即只能取分立值的現(xiàn)象．二、光子說：對光電效應(yīng)的解釋愛因斯坦提出光子說(1）愛因斯坦為解釋光電效應(yīng)現(xiàn)象，在1905年把普朗克的能量子假說進(jìn)行了拓展，提出了光子說，其內(nèi)容為:在空間傳播的光也是不連續(xù)的，是一份一份的,每一份叫做一個光子，每個光子的能量為ε＝hν.(2)光電效應(yīng)現(xiàn)象及實(shí)驗(yàn)規(guī)律：光電效應(yīng)指波長較短的光照射金屬表面時，金屬便有電子逸出的現(xiàn)象．實(shí)驗(yàn)表明：光電效應(yīng)的產(chǎn)生與否取決于光的頻率而與光的強(qiáng)度無關(guān)．(3）經(jīng)典物理學(xué)的困難：經(jīng)典理論中“光的波動說”認(rèn)為光是一種波，它的能量是連續(xù)的，與光的強(qiáng)度有關(guān)，而與光的頻率無關(guān),但這無法解釋光電效應(yīng)現(xiàn)象．(4)光子說及其對光電效應(yīng)的解釋：光在傳播過程中，也是不連續(xù)的,它由數(shù)值分立的能量子組成，稱為光量子,也叫“光子”,光子能量ε＝hν。光子照到金屬上時，能量被金屬中的某個電子吸收，若光子能量足夠大，電子就能擺脫金屬離子的束縛，成為光電子，而光子能量取決于頻率而非光強(qiáng)，所以光電效應(yīng)產(chǎn)生與否取決于光的頻率．三、光的波粒二象性：光的本性揭示1．光具有波動和粒子的雙重性質(zhì)，這種性質(zhì)便被稱為光的波粒二象性．2．光具有波粒二象性，這是微觀世界具有的特殊規(guī)律，理解時需注意以下幾點(diǎn)：(1）既不可把光當(dāng)成宏觀觀念中的波，也不可把光當(dāng)成宏觀觀念中的粒子．(2）大量光子產(chǎn)生的效果往往顯示出波動性，少量光子產(chǎn)生的效果往往顯示出粒子性．(3)頻率越低（波長越長)的光波動性越明顯，越容易看到光的干涉和衍射現(xiàn)象;頻率越高（波長越短）的光粒子性越明顯，貫穿本領(lǐng)越強(qiáng)．(4)光在傳播過程中往往顯示出波動性，在與物質(zhì)作用時往往顯示出粒子性．四、原子光譜：原子能量的不連續(xù)1．連續(xù)譜：從紅到紫連續(xù)分布的光譜叫連續(xù)譜．2．線狀譜:在黑暗的背景上只有幾條發(fā)亮的光譜線，這樣的光譜叫線狀譜．3．氫原子發(fā)光的光譜是線狀譜,是由一系列不連續(xù)的亮線組成．4．氫原子只能處于一系列不連續(xù)的能量狀態(tài)中，當(dāng)原子從一種能量狀態(tài)變化到另一種能量狀態(tài)時，輻射（或吸收)一定頻率的光子，輻射（或吸收）的光子的能量是不連續(xù)的．一、對量子理論的初步認(rèn)識例1（雙選）關(guān)子量子假說，下列說法正確的是()A．為了解決黑體輻射的理論困難，愛因斯坦提出了量子假說B．量子假說第一次得出了不連續(xù)的概念C．能量的量子化就是能的不連續(xù)化D．量子假說認(rèn)為電磁波在空間中的傳播是不連續(xù)的解析普朗克提出了量子假說,認(rèn)為電磁波發(fā)射和吸收都不是連續(xù)的,是一份一份進(jìn)行的，它不但解決了黑體輻射的理論困難，更重要的是提出了“量子"概念，揭開了物理學(xué)嶄新的一頁，選項(xiàng)B、C正確．答案BC二、對光的波粒二象性的了解例2（單選）下列關(guān)于光的波粒二象性的說法中，正確的是()A．有的光是波，有的光是粒子B．光子與電子是同樣的一種粒子C．光的波長越長，其波動性越顯著;波長越短,其粒子性越顯著D．大量光子的行為往往顯示出粒子性解析光具有波粒二象性，即具有波動性和粒子性，A錯誤；光子不是實(shí)物粒子，電子是實(shí)物粒子,故B錯誤．光的波長越長，其波動性越明顯，波長越短,其粒子性越明顯，C正確；大量光子的行為顯示波動性,D錯誤．答案C量子化現(xiàn)象eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1（黑體輻射，普朗克提出能量子假說：ε＝hν，光電效應(yīng)\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(現(xiàn)象,經(jīng)典物理學(xué)的困難,光子說對光電效應(yīng)的解釋))，光的波粒二象性，原子能量的不連續(xù)))1．（對量子力學(xué)的認(rèn)識)（單選）關(guān)于經(jīng)典力學(xué)和量子力學(xué)，下面說法中正確的是（)A．不論是對宏觀物體，還是微觀粒子，經(jīng)典力學(xué)和量子力學(xué)都是適用的B．量子力學(xué)適用于宏觀物體的運(yùn)動，經(jīng)典力學(xué)適用于微觀粒子的運(yùn)動C．經(jīng)典力學(xué)適用于宏觀物體的運(yùn)動，量子力學(xué)適用于微觀粒子的運(yùn)動D．上述說法都是錯誤的答案C解析經(jīng)典力學(xué)適用于宏觀物體的低速運(yùn)動,量子力學(xué)適用于微觀粒子的高速運(yùn)動，故選項(xiàng)C正確．2．(對光電效應(yīng)的認(rèn)識)(單選)某單色光照射金屬時不會產(chǎn)生光電效應(yīng),下列措施中可能使該金屬產(chǎn)生光電效應(yīng)的是（)A．延長光照時間B．增大光的強(qiáng)度C．換用波長較短的光照射D．換用頻率較低的光照射答案C解析要產(chǎn)生光電效應(yīng)，入射光的頻率必須大于該金屬的極限頻率,波長越短的光頻率越高,當(dāng)高于極限頻率時就能產(chǎn)生光電效應(yīng)，故C正確．3．(對光的波粒二象性的認(rèn)識）(單選）對光的認(rèn)識，以下說法不正確的是（）A．個別光子的行為表現(xiàn)為粒子性，大量光子的行為表現(xiàn)為波動性B．光的波動性是光子本身的一種屬性,不是光子之間的相互作用引起的C．光表現(xiàn)出波動性時，就不具有粒子性了，光表現(xiàn)出粒子性時，就不具有波動性了D．光的波粒二象性應(yīng)理解為:在某種場合下光的波動性表現(xiàn)明顯，在另外某種場合下，光的粒子性表現(xiàn)明顯答案C解析個別光子的行為表現(xiàn)為粒子性,大量光子的行為表現(xiàn)為波動性；光與物質(zhì)相互作用，表現(xiàn)為粒子性，光的傳播表現(xiàn)為波動性，光的波動性與粒子性都是光的本質(zhì)屬性，因?yàn)椴▌有员憩F(xiàn)為粒子分布概率，光的粒子性表現(xiàn)明顯時仍具有波動性，因?yàn)榇罅苛Ｗ拥膫€別行為呈現(xiàn)出波動規(guī)律。題組一對量子論的認(rèn)識1．（雙選）下列說法正確的是（）A．黑體看上去是黑的，因此稱為黑體B．德國物理學(xué)家普朗克提出了能量量子化假說，解決了黑體輻射的理論困難，揭開了物理學(xué)嶄新的一頁C．所謂量子或量子化，本質(zhì)是不連續(xù)的，普朗克常量是微觀現(xiàn)象量子特性的表征D．在宏觀世界里,量子化是非常顯著的答案BC2．(單選）關(guān)于黑體輻射，下列說法不正確的是()A．黑體輻射的規(guī)律，無法用經(jīng)典物理學(xué)理論正確解釋B．普朗克引入量子化觀點(diǎn)解釋了黑體輻射的規(guī)律C．黑體輻射說明經(jīng)典物理中關(guān)于能量的觀點(diǎn)是錯誤的D．量子化觀點(diǎn)的成功反映了微觀領(lǐng)域與宏觀世界具有不同的規(guī)律答案C解析由于黑體輻射規(guī)律與經(jīng)典物理的矛盾，引發(fā)了科學(xué)家們的思考，最終產(chǎn)生了量子論，A、B兩項(xiàng)的說法正確．量子力學(xué)的建立,并不是對經(jīng)典力學(xué)的否定．因?yàn)樵诤暧^物體的運(yùn)動中,量子現(xiàn)象并不顯著,經(jīng)典力學(xué)仍然適用．故C錯誤，D正確．題組二對光電效應(yīng)的認(rèn)識3．（雙選)光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)結(jié)論是：對于某種金屬（）A．無論光強(qiáng)多強(qiáng)，只要光的頻率小于極限頻率就不能產(chǎn)生光電效應(yīng)B．無論光的頻率多低，只要光照時間足夠長就能產(chǎn)生光電效應(yīng)C．超過極限頻率的入射光強(qiáng)度越弱，所產(chǎn)生的光電子的最大初動能就越小D．超過極限頻率的入射光頻率越高,所產(chǎn)生的光電子的最大初動能就越大答案AD解析根據(jù)光電效應(yīng)規(guī)律可知，選項(xiàng)A正確；根據(jù)光電效應(yīng)方程eq\f（1，2)mveq\o\al（2，m)＝hν－W0知，頻率ν越高,光電子的最大初動能就越大,選項(xiàng)D正確．4．(雙選）在光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)中,下列結(jié)果正確的是（)A．如果入射光比較弱,只有照射的時間足夠長,才會產(chǎn)生光電效應(yīng)B．當(dāng)入射光的頻率增大為原來的兩倍時,光電子的最大初動能也增大為原來的兩倍C．當(dāng)入射光的波長增大為原來的兩倍時,可能不產(chǎn)生光電效應(yīng)D．在能發(fā)生光電效應(yīng)的條件下當(dāng)入射光的強(qiáng)度增大為原來的兩倍時，單位時間發(fā)射光電子的數(shù)量也增大為原來的兩倍答案CD解析如果入射光的頻率比極限頻率低，那么無論光多么強(qiáng)，照射時間多么長,都不會產(chǎn)生光電效應(yīng),而如果入射光的頻率高于極限頻率，即使光不強(qiáng)，也會產(chǎn)生光電效應(yīng)，A錯;在光電效應(yīng)中每秒從金屬發(fā)射的光電子數(shù)與入射光強(qiáng)成正比,D正確；入射光的頻率增大時，從金屬逸出的光電子的初動能也增大，但兩者不是簡單的正比關(guān)系,B錯；當(dāng)入射光的波長增大為原來的兩倍時，其頻率減為原來的eq\f(1,2），如果已低于金屬材料的極限頻率，就不會產(chǎn)生光電效應(yīng)．5．（雙選)當(dāng)用一束紫外線照射裝在原來不帶電的驗(yàn)電器金屬球上的鋅板時，發(fā)生了光電效應(yīng),這時發(fā)生的現(xiàn)象是（)A．驗(yàn)電器內(nèi)的金屬箔帶正電B．有電子從鋅板上飛出來C．有正離子從鋅板上飛出來D．鋅板吸收空氣中的正離子答案AB解析發(fā)生光電效應(yīng)時,是鋅板上的電子吸收了光子獲得能量逸出，因而鋅板和與它連在一起的金屬球還有金屬箔都帶正電．題組三對光的波粒二象性及原子光譜的認(rèn)識6．（單選）對于光的認(rèn)識，下列說法不正確的是（）A．在空間傳播的光不是連續(xù)的，而是一份一份的B．光既具有波動性又具有粒子性C．當(dāng)具有波動性時就不具有粒子性，反之亦然D．光不但是一種波，而且是一種電磁波答案C7．(雙選）下列說法中正確的是(）A．光的干涉和衍射現(xiàn)象說明光具有波動性B．光的頻率越大，波長越長C．光的波長越長，光子的能量越大D．光在真空中的傳播速度為3×108m/s答案AD解析光既具有波動性又具有粒子性，A正確．由v＝λν知B錯．由愛因斯坦光子理論ε＝hν，v＝λν，知波長越長，光頻率越小，光子能量越小,C錯．任何光在真空中傳播速度均為3×108m/s，D正確．8．（單選）當(dāng)氫原子從一種能量狀態(tài)變化到另一種能量狀態(tài)時（）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．是吸收還是放出光子與初、