第十七章 专题 量子论初步 学案 -高二下学期物理人教版选修3-5

量子论初步一、光电效应光子本节课知识要点●1．光电效应：(1)光电效应：在光(包括不可见光)的照射下物体发射电子的现象称为光电效应．(2)光电效应的规律：①任何一种金属都有一个极限频率v0．入射光的频率必须大于v0，才能产生光电效应；②入射光照射到金属上时，光电子发射几乎是瞬时的，一般不超过10－9S；(3)波动说对光电效应规律解释的困难．●2．光子(1)光子说：在空间传播的光是不连续的，而是一份一份的，每一份叫做一个光量子，简称光子．光子的能量E＝hv(h为普朗克恒量)；(2)光子说可完满解释光电效应．●3．光电效应方程；(1)逸出功(W)：金属表面上的电子逸出时要克服金属原子核的引力所做功的最小值．(2)光电效应方程：Ek＝hv－W．Ek为动能最大的光电子所具有的动能，称为最大初动能．课堂针对训练(1)在演示光电效应的实验中，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，验电器的指针就张开一个角度，如图21—1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，指针带正电；D．锌板带负电，指针带负电．(2)一束绿光照射某金属发生了光电效应，则以下正确的是：A．若增加绿光的照射强度，则单位时间内逸出的光电子数目不变；B．若增加绿光的照射强度，则逸出的光电子最大初动能增加；C．若改用紫光照射，则逸出的光电子的最大初动能增加；D．若改用紫光照射，则单位时间内逸出的光电子数目一定增加．(3)用a、b两种单色光先后两次照射同一金属板，均可发生光电效应，但两种色光波长关系为λa＞λb，则：A．两次产生的光电子速度一定是va＞vb；B．两次逸出的光电子的初动能一定是Ekb＞Eka；C．两次产生的光电子的最大初动能相同；D．两次逸出的某些光电子的初动能相同．(4)对光电效应的解释，正确的是；A．金属内的每个电子可以吸收一个或一个以上的光子，当它积累的动能足够大时，就能逸出金属表面；B．如果入射光子的能量小于金属表面的电子克服原子核的引力逸出时需要做的最小功，光电效应便不能发生了；C．发生光电效应时，入射光越强，光子的能量就越大，光电子的最大初动能就越大；D．由于不同的金属的逸出功是不相同的，因此使不同金属产生光电效应的入射光的最低频率也不相同．(5)某介质中光子的能量是E，波长是λ，则此介质的折射率是(c为光在真空中传播速度)：A．λE／h；B．λE／Ch；C．ch／λED．h／λE．(6)铯的逸出功是3.0×10－19J，用波长是0.59m的黄光照射铯，电子从铯表面飞出的最大初动能是多大？(7)某金属受到频率为v1＝7.0×1014Hz的紫光照射时，释放出来的光电子中最大初动能是0.69eV，当受到频率为v2＝11.8×1014Hz的紫外线照射时，释放出来的光电子中最大初动能是2.69eV，求：①普朗克恒量；②该金属的逸出功和极限频率．二、光的波粒二象性本节课知识要点●1．先具有波、粒二象性：光是一种波，同时也是一种粒子．●2．光波又叫做概率波．概率的意义是表征某一事物出现可能性的大小．●3．在微观世界中，波动性和粒子性是矛盾的统一体：当研究个别光子的行为时，呈现的是粒子性；当研究大量光子的连续行为时，呈现的是波动性．课堂针对训练(1)对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．光波又叫概率波．(2)有关光的本性的说法正确的是：A．关于光的本性，牛顿提出了“微粒说”，惠更斯提出了“波动说”，爱因斯坦提出了“光子说”，它们都完满地说明了光的本性；B．光具有波粒二象性是指：既可以把光看成宏观概念上的波，也可以看成微观概念的粒子；C．光的干涉、衍射现象说明光具有波动性，光电效应说明光具有粒子性；D．光在本质上是一种频率很高的电磁波．(3)关于光的波粒二象性的下述说法中，不正确的是：A．光既有波动性，又有粒子性；B．光的波粒二象性彻底推翻了光的电磁说；C．光的波粒二象性学说是把牛顿的光微粒说和惠更斯的光波动说相加得出的结论；D．光的波粒二象性是一切微观粒子所普遍具有的二象性中的一个具体例子．(4)关于光的性质，下列叙述中正确的是：A．在其他同等条件下，光频率越高，衍射现象越容易看到；B．频率越高的光粒子性越显著，频率越低的光波动性越显著；C．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；D．如果让光子一个一个地通过狭缝时，它们将严格按照相同的轨道和方向作极有规则的匀速直线运动，三、能级本节课知识要点●1．玻尔模型：(1)卢瑟福原子模型与经典电磁理论间的矛盾．(2)玻尔的原子理论：围绕原子核运动的电子轨道半径只能是某些分立的数值，即轨道量子化，rn＝n2／r1，(r1＝0.053nm＝0.53×10－10m，n＝1，2，3……)；不同轨道对应的原子的能量也是量子化，En＝E1／n2(E1＝13.6eV，n＝1，2，3……)．●2．能级(1)能级：原子在各个定态时的能量值称为原子的能级．(2)氢原子的能级图：(见课本)(3)基态：在正常状态下，原子处于最低能级，这时电子在离核最近的轨道上运动的定态称基态．(4)激发态：原子吸收能量后从基态跃迁到较高能级，这时电子在离核较远的轨道上运动的定态称激发态．●3．光子的发射和吸收原子发生定态跃迁时，要辐射(或吸收)一定频率的光子，即hv＝E初－E终．(从高能级跃迁到低能级时要放出光子，反之要吸收光子或通过其它原子的碰撞吸收能量．)●4．原子光谱(1)线状谱(又称原子光谱)：由波长不连续的一些亮线组成的光谱．由稀薄气体发光产生．每种元素光谱中的谱线分布都和其他元素不一样．(2)氢原子光谱中的一些谱线(见课本)．(3)光谱分析：根据光谱来鉴别物质和确定它的化学组成．课堂针对训练(1)下面关于玻尔原子理论的观点解释中，不正确的是：A．原子只能处于一系列不连续的状态中，每个状态都对应一定的能量；B．原子中，虽然电子不断地做加速运动，但只要能量状态不改变，就不会向外辐射能量；C．原子从一种定态跃迁到另一种定态时，一定要辐射出一定频率的光子；D．原子的每一个能量状态都对应有一个电子轨道，并且这些轨道是不连续的．(2)根据玻尔的原子理论，原子中电子绕核运动的半径：A．可以取任意值；B．可以在某一范围内任意取值；C．可以取一系列不连续的任意值；D．是一系列不连续的特定值．(3)根据玻尔理论，氢原子中，量子数n越大，则以下说法中正确的是：A．电子轨道半径越大；B．核外电子的速率越大；C．氢原子能级的能量越大；D．核外电子的电势能越大．(4)一个氢原子中的电子从一半径为ra的轨道直接跃迁到另一半径为rb的轨道，已知ra＞rb，则在此过程中：A．原子发出一系列频率的光子；B．原子要吸收一系列频率的光子；C．原子要吸收某一频率的光子；D．原子要辐射某一定频率的光子．(5)如图21—2为氢原子能级图，A、B、C分别表示电子三种不同能级跃迁时放出的光子，其中：A．频率最大的是B；B．波长最长的是C；C．频率最大的是A；D．波长最长的是B．(6)一个氢原子处于第3能级时，外面射来了一个波长为6.63×10－7m的光子，下列说法中正确的是：A．氢原子不吸收这个光子，光子穿过氢原子；B．氢原子被电离，电离后的电子的动能约为0.36eV；C．氢原子被电离，电离后电子的动能为零；D．氢原子吸收光子，但不电离．(7)氢原子的基态能量为－13.6eV，当它刚好电离时，需吸收能量为________eV的光子，该光子的波长为________m(h＝6.63×10－34J·s)．(8)原子从一个能级跃迁到一个较低的能级时，有可能不发射光子．例如在某种条件下，铬原子的n—2能级上的电子跃迁到n＝1能级上时并不发射光子，而是将相应的能量转交给n＝4能级上的电子，使之能脱离原子，这一现象叫做俄歇效应．以这种方式脱离了原子的电子叫做俄歇电子．已知铬原子的能级公式可简化表示为En＝－式中n＝1，2，3……表示不同能级，A是正的已知常数．上述俄歇电子的动能是：A．A；B．A；C．A；D．A．(9)根据玻尔假设，当E初________E终时原子将产生发光现象．氢原子的基态能量值为E1＝－13.6eV，当一个氢原子从基态跃迁到量子数为2的定态时需要吸收________eV能量，如果向一个处于基态的氢原子提供1.1eV的能量时，氢原子的能级将________(填“跃迁”或“不跃迁”)．(10)图21—3给出氢原子最低的四个能级．氢原子在这些能级之间跃迁所辐射的光子的频率最多有________种，其中最小的频率等于________Hz(保留两位有效数字)．四、物质波本节课知识要点●1．物质波(1)物质的两大类：一类是实物(如质子等)，另一类是场(如电磁场)．(2)实物粒子也能产生衍射、干涉图样(见课本)．(3)任何一个运动物体(含微观粒子和空间天体)都有一种波和它相对应，这种波叫做物质彼，也叫德布罗意波或概率波．(4)物质波的波长公式：λ＝h／p(h为普朗克恒量，p为运动物体动量)．●2．牛顿力学的局限性：牛顿定律适用于宏观低速运动物体，对于微观粒子和宏观高速运动物体则不适用．●3．氢原子中的电子云：用疏密不同的点子表示电子在各个位置出现的概率，画出图来，就像云雾一样，称为电子云．原子处于不同能级时，电子云不同．课堂针对训练(1)电子显微镜的最高分辨率高达0.2nm(波长越短分辨率越高)，如果有人制造出质子显微镜，在加速到相同的速度情况下，质子显微镜的最高分辨率将：A．小于0.2nm；B．大于0.2nm；C．等于0.2nm；D．以上说法均不正确．(2)一个光子的能量为4.8×10－19J，该光子的动量为________kg·m／s，质量为________kg，其静止质量为________kg．(3)一个沿着一定方向运动的光子和一个静止的自由电子相互碰撞，碰撞后，电子向某一方向运动，光子沿着另一方向散射出去，这个散射光子跟原来入射时相比．A．速率减小；B．频率增大；C．能量增大；D．波长增大；(4)质子和电子分别以速度v＝4.0×107m／s运动，试比较它们的物质波的波长．(电子质量me＝0.91×10－30kg，质子质量mp＝1.67×10－27kg)补充训练(1)如果一束光的光子能量较大，那么：A．它在某一介质中传播的速度较其他光子大；B．它从空气中进入某介质时，折射角较大；C．它从某介质射向空气，发生全反射临界角较小；D．它的波动性显著，而粒子性不显著．(2)入射光射到某金属表面上发生光电效应，若入射光的强度减弱而频率保持不变，那么：A．从光照到金属表面上到发生光电效应发出光电子之间的时间间隔将明显增加；B．逸出的光电子的最大动能将减小；C．单位时间内从金属表面追出的光电子数目将减小；D．有可能不发生光电效应．(3)已知铯极限频率为4.545×1014HZ，钠的极限频率为6.000×1014Hz，银的极限频率为1.153×1015Hz，铂的极限频率为1.529×1015Hz，当用波长为0.375m的光照射它们时，可发生光电效应的是：A．银、铂；B．铯、钠；C．银、铯；D．铂、钠；(4)某金属用频率为γ1的光照射时逸出的光电子的最大初动能是用频率为γ2的光照时逸出光电子的最大初动能的2倍，则这种金属的逸出功W＝________(设普朗克常数为h)．(5)当氢原子中的电子由离核较远的轨道跃迁到离核较近的轨道上时：A．电子动能增加；B．电子势能增加；C．放出光子；D．吸收光子．(6)关于光的波粒二家性，下列说法正确的是：A．单个光子通过狭缝，会出现完整的衍射图样；B．光的波动性是大量光子运动的规律；C．光的波粒二家性彻底按翻了光的电磁说；D．有的光是波，有的光是粒子．(7)使铜产生光电效应的最低频率是1.1×1015HZ，用频率1.5×1015Hz的紫外线照射铜时，它发射出的光电子最大速度是多少？(电子质量m＝9.1×10－31kg，普朗克恒量h＝6.63×10－34J·s)参考答案一．光电效应光子：(1)B(2)C(3)D(4)BD(5)C(6)3.7×10