《量子化現(xiàn)象》參考課件3

第三節(jié)量子化現(xiàn)象

相對(duì)論提供了新的時(shí)空觀，量子論（quantumtheory）則向人們提供了一種新的認(rèn)識(shí)微觀世界物質(zhì)運(yùn)動(dòng)規(guī)律的強(qiáng)大武器。

量子假設(shè)最早是在1900年由德國(guó)物理學(xué)家普朗克提出來(lái)的。一、量子論的建立過(guò)程1．普朗克提出能量子假說(shuō)．(1)黑體及黑體輻射：黑體是能夠吸收照射到它上面的________而無(wú)________的物體，黑體輻射是指黑體發(fā)出的________輻射．(2)經(jīng)典物理學(xué)的困難：應(yīng)用經(jīng)典物理學(xué)的________觀念，進(jìn)行的理論分析與黑體輻射實(shí)驗(yàn)結(jié)果________．全部輻射反射電磁連續(xù)性不相符合(3)能量子假說(shuō)：物質(zhì)發(fā)射(或吸收)能量時(shí)，能量不是________，而是________進(jìn)行的．每一份就是一個(gè)最小的能量單位，稱為“________”．能量子的能量E＝________，v為為輻射的頻率，h為_(kāi)_________，實(shí)驗(yàn)測(cè)得h＝6.63×10－34J·s.2．愛(ài)因斯擔(dān)提出光子說(shuō)．(1)光電效應(yīng)現(xiàn)象及實(shí)驗(yàn)規(guī)律：光電效應(yīng)指光照射金屬表面時(shí)，有________逸出的現(xiàn)象．實(shí)驗(yàn)表明：光電效應(yīng)的產(chǎn)生取決于光的________而與光的________無(wú)關(guān)．連續(xù)的一份一份能量子hν普朗克常量電子頻率強(qiáng)度(2)經(jīng)典物理學(xué)的困難：經(jīng)典理論中“光的波動(dòng)說(shuō)”認(rèn)為光是一種波，它的能量是________，與光的________有關(guān)，而與光的________無(wú)關(guān)，無(wú)法解釋光電效應(yīng)現(xiàn)象．(3)光子說(shuō)及其對(duì)光電效應(yīng)的解釋：光在傳播過(guò)程中，也是________的，它由數(shù)值分立的能量子組成，稱為_(kāi)_____，也叫“光子”，光子能量E＝________.光子照到金屬上時(shí)，能量被金屬中的某電子吸收，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________而非光強(qiáng)，所以光電效應(yīng)產(chǎn)生與否取決于光的________．連續(xù)的強(qiáng)度頻率不連續(xù)光量子hν頻率頻率(4)光的本質(zhì)：光既具有________性又具有________性，也就是光具有__________．3．原子光譜分析．(1)氫原子光譜特點(diǎn)：由一系列________的亮線組成的________譜．(2)原子能量特點(diǎn)：原子只能處于一系列________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(shí)，輻射(或吸收)一定頻率的光子，輻射(或吸收)的光子的能量是________．波動(dòng)粒子波粒二象性不連續(xù)線狀不連續(xù)不連續(xù)的二、量子論建立的意義1．量子論的發(fā)展帶來(lái)了20世紀(jì)科學(xué)技術(shù)的繁榮，開(kāi)辟了眾多的高新技術(shù)領(lǐng)域，成為當(dāng)今高科技的理論基礎(chǔ)．2．量子論的發(fā)展改變了人們的思維方式，將對(duì)21世紀(jì)的科學(xué)進(jìn)步產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響．一、對(duì)光電效應(yīng)的解釋1．光子說(shuō)．愛(ài)因斯坦認(rèn)為，光在傳播過(guò)程中，是不連續(xù)的，它由數(shù)值分立的能量子組成，這些能量子叫光量子，也稱“光子”，光就是以光速c運(yùn)動(dòng)著的光子流，每個(gè)光子的能量E＝hν＝h.2．用光子說(shuō)解釋光電效應(yīng)的規(guī)律．當(dāng)光子照射到金屬表面上時(shí)，它的能量可以被金屬中的某個(gè)電子全部吸收，電子吸收光子的能量后，動(dòng)能立刻增加，不需要積累能量的過(guò)程．這就是光電效應(yīng)的發(fā)生用時(shí)極短的原因．只有能量足夠大，即頻率v足夠大的光子照射在金屬上，才能使電子獲得足夠大的動(dòng)能，克服金屬原子核對(duì)它的束縛從金屬表面飛離出來(lái)成為光電子，這就說(shuō)明發(fā)生光電效應(yīng)入射光的頻率必須足夠大，而不是光足夠強(qiáng)．電子吸收光子的能量后可能向各個(gè)方向運(yùn)動(dòng)，有的向金屬內(nèi)部運(yùn)動(dòng)，并不出來(lái)．向金屬表面運(yùn)動(dòng)的電子，經(jīng)過(guò)的路程不同，途中損失的能量也不同．惟獨(dú)金屬表面上的電子，只要克服金屬原子核的引力做功，就能從金屬中逸出，這個(gè)功叫逸出功；這些光電子的動(dòng)能最大，叫最大初動(dòng)能．二、對(duì)光的波粒二象性的理解1．光電效應(yīng)說(shuō)明光具有粒子性，光的干涉、衍射等實(shí)驗(yàn)事實(shí)，顯示光具有波動(dòng)性，大量實(shí)驗(yàn)事實(shí)表明，光既具有波動(dòng)性又具有粒子性．2．光具有波粒二象性，但在不同情況下表現(xiàn)不同．在宏觀上．大量光子傳播往往表現(xiàn)為波動(dòng)性；在微觀上，個(gè)別光子在與其他物質(zhì)產(chǎn)生作用時(shí)，往往表現(xiàn)為粒子性．3．光的粒子性不同于宏觀觀念中的粒子，粒子性的含義是“不連續(xù)”的，“一份一份”的．光的波動(dòng)性也不同于宏觀觀念中的波，波動(dòng)規(guī)律決定光子在某點(diǎn)出現(xiàn)的概率，是一種概率波．理解光電效應(yīng)

某單色光照射金屬時(shí)不會(huì)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(zhǎng)光照時(shí)間B．增大光的強(qiáng)度C．換用波長(zhǎng)較短的光照射D．換用頻率較低的光照射解析：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(zhǎng)越短的光頻率越高，當(dāng)高于極限頻率時(shí)就能產(chǎn)生光電效應(yīng)，故C正確．答案：C變式訓(xùn)練1．當(dāng)用頻率v＝5.44×1014Hz的綠光照射鉀板時(shí)，恰能向外發(fā)射光電子，下列說(shuō)法正確的是(

)A．利用頻率較綠光低的紅光照射鉀板時(shí)，也會(huì)產(chǎn)生光電子B．利用頻率較綠光低的黃光照射鉀板時(shí)一定會(huì)產(chǎn)生光電子C．利用頻率較綠光高的藍(lán)光照射鉀板時(shí)一定會(huì)產(chǎn)生光電子D．需利用頻率較綠光高的藍(lán)光照射鉀板才能產(chǎn)生光電子解析：由光電效應(yīng)產(chǎn)生的機(jī)理可知，只有當(dāng)入射光子的能量大于某一數(shù)值時(shí)，光子才有可能被電子吸收獲得能量從而擺脫束縛成為光電子，由于綠光恰能使鉀發(fā)生光電效應(yīng)，比綠光頻率小的紅光、黃光的光子能量不足以被電子吸收而使其成為光電子，A、B錯(cuò)誤；藍(lán)光光子能量大于綠光光子能量，能產(chǎn)生光電效應(yīng)，而與入射光的強(qiáng)弱無(wú)關(guān)，C正確，D錯(cuò)誤．答案：C理解光的波粒二象性

對(duì)光的認(rèn)識(shí)，以下說(shuō)法錯(cuò)誤的是(

)A．個(gè)別光子的行為表現(xiàn)為粒子性，大量光子的行為表現(xiàn)出波動(dòng)性B．光的波動(dòng)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(dòng)性時(shí)，就不具有粒子性了，光表現(xiàn)出粒子性時(shí)，就不具有波動(dòng)性了D．光的波粒二象性應(yīng)理解為：在某種場(chǎng)合下光的波動(dòng)性表現(xiàn)明顯，在另外某種場(chǎng)合下，光的粒子性表現(xiàn)明顯解析：個(gè)別光子的行為表現(xiàn)出粒子性，大量光子的行為表現(xiàn)出波動(dòng)性；光與物質(zhì)相互作用時(shí)表現(xiàn)出粒子性，光的傳播規(guī)律表現(xiàn)出波動(dòng)性，光的波動(dòng)性和粒子性都是光的本質(zhì)屬性，光的波動(dòng)性表現(xiàn)明顯時(shí)仍具有粒子屬性，因?yàn)椴▌?dòng)性袁現(xiàn)為粒子分布概率；光的粒子性表現(xiàn)明顯時(shí)仍具有波動(dòng)性，因?yàn)榇罅苛Ｗ拥膫€(gè)別行為呈現(xiàn)出波動(dòng)媛桑A、B、D正確，C錯(cuò)誤，應(yīng)選C項(xiàng)．答案：C思維總結(jié)：光的波動(dòng)性與粒子性的判斷方法(1)大量光子易表現(xiàn)出波動(dòng)性，個(gè)別光子易表現(xiàn)出粒子性．(2)光的頻率越低時(shí)易表現(xiàn)為波動(dòng)性，光的頻率越高時(shí)易表現(xiàn)為粒子性．變式訓(xùn)練2．下列關(guān)于光的波粒二象性的說(shuō)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(zhǎng)越長(zhǎng)，其波動(dòng)性越顯著；波長(zhǎng)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(dòng)性和粒子性，A錯(cuò)誤；光子不是實(shí)物粒子，電子為實(shí)物粒子，故B錯(cuò)誤；光的波長(zhǎng)越長(zhǎng)，其波動(dòng)性越明顯；波長(zhǎng)越短，其粒子性越明顯，C正確；大量光子的行為顯示波動(dòng)性，D錯(cuò)誤．答案：C基礎(chǔ)達(dá)標(biāo)1．首先提出量子理論的科學(xué)家是(

)A．普朗克B．邁克爾孫C．愛(ài)因斯坦D．德布羅意解析：為了解釋黑體輻射，普朗克首先提出了能量的量子化．故A正確．答案：A2．在演示光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)中，原來(lái)不帶電的一塊鋅板與靈敏驗(yàn)電器相連，用弧光燈照射鋅板時(shí)，驗(yàn)電器的指針會(huì)張開(kāi)一個(gè)角度．如右下圖所示，這時(shí)(

)A．鋅板帶正電，指針帶負(fù)電B．鋅板帶正電，指針帶正電C．鋅板帶負(fù)電，指針帶正電D．鋅板帶負(fù)電，指針帶負(fù)電解析：弧光燈照射鋅板，有帶負(fù)電的電子從板上飛出，所以鋅板帶正電．因?yàn)轵?yàn)電器和鋅板有導(dǎo)線相連，故驗(yàn)電器和鋅板都帶正電．答案：B3．硅光電池是利用光電效應(yīng)將光輻射的能量轉(zhuǎn)化為電能．若有N個(gè)頻率為v的光子打在光電池極板上，這些光子的總能量為(

)A．hvB.NhvC．NhvD．2Nhv解析：由普朗克量子理論可知，頻率為v的單個(gè)光子能量E＝hv，則N個(gè)這樣的光子的總能量NE＝Nhv，故選C.答案：C4．(雙選)普朗克能量子假說(shuō)認(rèn)為(

)A．在宏觀領(lǐng)域，物體能量的變化是不連續(xù)的B．在微觀領(lǐng)域，物體的能量是連續(xù)變化的C．物體輻射或吸收能量是一份一份進(jìn)行的D．輻射的頻率越高，物體輻射的每一個(gè)能量子的能量就越大CD5．(雙選)下列說(shuō)法中正確的是(

)A．光的粒子性表現(xiàn)在能量的不連續(xù)上B．光的粒子性就是光是由一些小質(zhì)點(diǎn)組成的C．光的波動(dòng)性表現(xiàn)為光子運(yùn)動(dòng)的不確定性D．光的波動(dòng)性就是光像水波一樣呈波浪式傳播解析：光的波動(dòng)性和粒子性與宏觀世界中的波和質(zhì)點(diǎn)是有本質(zhì)區(qū)別的，它是指粒子在什么地方出現(xiàn)存在一個(gè)概率，概率大的地方出現(xiàn)在該處的可能性大，反之可能性小，就會(huì)顯現(xiàn)其波動(dòng)性，故B、D錯(cuò)誤，C正確．光子是一份一份的能量，故A項(xiàng)正確．答案：AC6．(雙選)紫光照射到某金屬表面時(shí)，金屬表面恰好有光電子逸出，已知紅光的頻率比紫光的頻率小，X射線的頻率大于紫光的頻率，則下列說(shuō)法中正確的是(

)A．弱的紅光照射此金屬表面不會(huì)有光電子逸出B．強(qiáng)的紅光照射此金屬表面會(huì)有光電子逸出C．弱的X射線照射此金屬表面不會(huì)有光電子逸出D．強(qiáng)的X射線照射此金屬表面會(huì)有光電子逸出AD7．關(guān)于經(jīng)典力學(xué)和量子力學(xué)，下面說(shuō)法中正確的是(

)A．不論是對(duì)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(dòng)，經(jīng)典力學(xué)適用于微觀粒子的運(yùn)動(dòng)C．經(jīng)典力學(xué)適用于宏觀物體的運(yùn)動(dòng)，量子力學(xué)適用于微觀粒子的運(yùn)動(dòng)D．上述說(shuō)法都是錯(cuò)誤的能力提升解析：經(jīng)典力學(xué)適用于宏觀物體的低速運(yùn)動(dòng)，量子力學(xué)適用于微觀粒子的高速運(yùn)動(dòng)，故選項(xiàng)C正確．答案：C8．對(duì)于光的認(rèn)識(shí)，下列說(shuō)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(dòng)性又有粒子性C．光具有波動(dòng)性就不具備粒子性，反之亦然D．光不但是一種波，而且是一種電磁波C9．下列說(shuō)法與實(shí)際情況符合的是(

)A．普朗克提出了光子說(shuō)，從而解決了黑體輻射問(wèn)題B．愛(ài)因斯坦提出了光子說(shuō)，很好地解釋了光電效應(yīng)C．惠更斯提出了能量子假設(shè)，解決了黑體輻射的理論困難D．開(kāi)普勒發(fā)現(xiàn)了電子繞原子核運(yùn)動(dòng)的規(guī)律解析：普朗克提出了能量子假說(shuō)，解決了黑體輻射問(wèn)題，惠更斯提出了光的波動(dòng)說(shuō)．開(kāi)普勒提出了行星運(yùn)動(dòng)的三定律，所以A、C、D都錯(cuò)誤，只有B項(xiàng)正確．答案：B10．關(guān)于愛(ài)因斯坦的光子說(shuō)，下列說(shuō)法正確的是(

)A．光只是在傳播時(shí)才是一份一份的B．光既然是一個(gè)一個(gè)的光子，它不可能具有波動(dòng)性C．空間傳播的光是一個(gè)一個(gè)的光子流，光子的能量與頻率有關(guān)D．空間傳播的光是一個(gè)一個(gè)的光子流，光子的能量與光的傳播速度有關(guān)解析：運(yùn)用光子說(shuō)的定義進(jìn)行分析判斷．由愛(ài)因斯坦的觀點(diǎn)可知，光在發(fā)射、吸收、傳播的各個(gè)過(guò)程中，都是由一個(gè)個(gè)能量子組成，故A錯(cuò)誤；光的波粒二象性說(shuō)明微觀粒子具有波動(dòng)性，為概率波，光子同樣具有波動(dòng)性，B錯(cuò)誤；由愛(ài)因斯坦的光子說(shuō)可知光子能量與頻率有關(guān)，而與傳播速度無(wú)關(guān)，C正確，D錯(cuò)誤．答案：C11．(雙選)原子發(fā)光時(shí)，所得到的光對(duì)應(yīng)一系列不連續(xù)的亮線這說(shuō)明(

)A．這些亮線是由所對(duì)應(yīng)的頻率的光子形成的B．這些亮線是由若干原子運(yùn)動(dòng)到該處形成的C．這些亮線說(shuō)明原子發(fā)光時(shí)只發(fā)出對(duì)應(yīng)頻率的光子，而不存在其他頻率的光子D．這些亮線是由各種頻率的光在該處會(huì)聚形成的AC12．(雙選)在研究黑體輻射規(guī)律時(shí)，下列說(shuō)法不正確的是(

)