《量子化现象》参考课件3

第三节量子化现象

相对论提供了新的时空观，量子论（quantumtheory）则向人们提供了一种新的认识微观世界物质运动规律的强大武器。

量子假设最早是在1900年由德国物理学家普朗克提出来的。一、量子论的建立过程1．普朗克提出能量子假说．(1)黑体及黑体辐射：黑体是能够吸收照射到它上面的________而无________的物体，黑体辐射是指黑体发出的________辐射．(2)经典物理学的困难：应用经典物理学的________观念，进行的理论分析与黑体辐射实验结果________．全部辐射反射电磁连续性不相符合(3)能量子假说：物质发射(或吸收)能量时，能量不是________，而是________进行的．每一份就是一个最小的能量单位，称为“________”．能量子的能量E＝________，v为为辐射的频率，h为__________，实验测得h＝6.63×10－34J·s.2．爱因斯担提出光子说．(1)光电效应现象及实验规律：光电效应指光照射金属表面时，有________逸出的现象．实验表明：光电效应的产生取决于光的________而与光的________无关．连续的一份一份能量子hν普朗克常量电子频率强度(2)经典物理学的困难：经典理论中“光的波动说”认为光是一种波，它的能量是________，与光的________有关，而与光的________无关，无法解释光电效应现象．(3)光子说及其对光电效应的解释：光在传播过程中，也是________的，它由数值分立的能量子组成，称为______，也叫“光子”，光子能量E＝________.光子照到金属上时，能量被金属中的某电子吸收，若光子能量足够大，电子就能摆脱金属离子的束缚，成为光电子．而光子能量取决于________而非光强，所以光电效应产生与否取决于光的________．连续的强度频率不连续光量子hν频率频率(4)光的本质：光既具有________性又具有________性，也就是光具有__________．3．原子光谱分析．(1)氢原子光谱特点：由一系列________的亮线组成的________谱．(2)原子能量特点：原子只能处于一系列________的能量状态中，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________．波动粒子波粒二象性不连续线状不连续不连续的二、量子论建立的意义1．量子论的发展带来了20世纪科学技术的繁荣，开辟了众多的高新技术领域，成为当今高科技的理论基础．2．量子论的发展改变了人们的思维方式，将对21世纪的科学进步产生深远的影响．一、对光电效应的解释1．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E＝hν＝h.2．用光子说解释光电效应的规律．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v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．惟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．二、对光的波粒二象性的理解1．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，光既具有波动性又具有粒子性．2．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．3．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．理解光电效应

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变式训练1．当用频率v＝5.44×1014Hz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：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．答案：C理解光的波粒二象性

对光的认识，以下说法错误的是(

)A．个别光子的行为表现为粒子性，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：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，因为波动性袁现为粒子分布概率；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媛桑A、B、D正确，C错误，应选C项．答案：C思维总结：光的波动性与粒子性的判断方法(1)大量光子易表现出波动性，个别光子易表现出粒子性．(2)光的频率越低时易表现为波动性，光的频率越高时易表现为粒子性．变式训练2．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：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．答案：C基础达标1．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：为了解释黑体辐射，普朗克首先提出了能量的量子化．故A正确．答案：A2．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．如右下图所示，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，指针带正电D．锌板带负电，指针带负电解析：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．答案：B3．硅光电池是利用光电效应将光辐射的能量转化为电能．若有N个频率为v的光子打在光电池极板上，这些光子的总能量为(

)A．hvB.NhvC．NhvD．2Nhv解析：由普朗克量子理论可知，频率为v的单个光子能量E＝hv，则N个这样的光子的总能量NE＝Nhv，故选C.答案：C4．(双选)普朗克能量子假说认为(

)A．在宏观领域，物体能量的变化是不连续的B．在微观领域，物体的能量是连续变化的C．物体辐射或吸收能量是一份一份进行的D．辐射的频率越高，物体辐射的每一个能量子的能量就越大CD5．(双选)下列说法中正确的是(

)A．光的粒子性表现在能量的不连续上B．光的粒子性就是光是由一些小质点组成的C．光的波动性表现为光子运动的不确定性D．光的波动性就是光像水波一样呈波浪式传播解析：光的波动性和粒子性与宏观世界中的波和质点是有本质区别的，它是指粒子在什么地方出现存在一个概率，概率大的地方出现在该处的可能性大，反之可能性小，就会显现其波动性，故B、D错误，C正确．光子是一份一份的能量，故A项正确．答案：AC6．(双选)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AD7．关于经典力学和量子力学，下面说法中正确的是(

)A．不论是对宏观物体，还是微观粒子，经典力学和量子力学都是适用的B．量子力学适用于宏观物体的运动，经典力学适用于微观粒子的运动C．经典力学适用于宏观物体的运动，量子力学适用于微观粒子的运动D．上述说法都是错误的能力提升解析：经典力学适用于宏观物体的低速运动，量子力学适用于微观粒子的高速运动，故选项C正确．答案：C8．对于光的认识，下列说法不正确的是(

)A．在空间传播的光不是连续的，而是一份一份的B．光既具有波动性又有粒子性C．光具有波动性就不具备粒子性，反之亦然D．光不但是一种波，而且是一种电磁波C9．下列说法与实际情况符合的是(

)A．普朗克提出了光子说，从而解决了黑体辐射问题B．爱因斯坦提出了光子说，很好地解释了光电效应C．惠更斯提出了能量子假设，解决了黑体辐射的理论困难D．开普勒发现了电子绕原子核运动的规律解析：普朗克提出了能量子假说，解决了黑体辐射问题，惠更斯提出了光的波动说．开普勒提出了行星运动的三定律，所以A、C、D都错误，只有B项正确．答案：B10．关于爱因斯坦的光子说，下列说法正确的是(

)A．光只是在传播时才是一份一份的B．光既然是一个一个的光子，它不可能具有波动性C．空间传播的光是一个一个的光子流，光子的能量与频率有关D．空间传播的光是一个一个的光子流，光子的能量与光的传播速度有关解析：运用光子说的定义进行分析判断．由爱因斯坦的观点可知，光在发射、吸收、传播的各个过程中，都是由一个个能量子组成，故A错误；光的波粒二象性说明微观粒子具有波动性，为概率波，光子同样具有波动性，B错误；由爱因斯坦的光子说可知光子能量与频率有关，而与传播速度无关，C正确，D错误．答案：C11．(双选)原子发光时，所得到的光对应一系列不连续的亮线这说明(

)A．这些亮线是由所对应的频率的光子形成的B．这些亮线是由若干原子运动到该处形成的C．这些亮线说明原子发光时只发出对应频率的光子，而不存在其他频率的光子D．这些亮线是由各种频率的光在该处会聚形成的AC12．(双选)在研究黑体辐射规律时，下列说法不正确的是(

)