2018-2019學年高中物理 第五章 經(jīng)典力學與物理學革命 第三節(jié) 量子化現(xiàn)象 第四節(jié) 物理學——人類文明進步的階梯學案 粵教版必修2.doc

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第三節(jié)量子化現(xiàn)象第四節(jié)物理學人類文明進步的階梯知識目標核心素養(yǎng)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.1.知道量子論的建立對人類認識世界和科學發(fā)展的重要影響2了解物理學對人類文明進步的影響.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，這一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)生取決于光的頻率而與光的強度無關(guān)3光的波粒二象性：大量的實驗事實表明，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、物理學與現(xiàn)代技術(shù)物理學的發(fā)展推動了科學技術(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，都是在物理學中經(jīng)過了長期的醞釀，在理論上和實驗上取得突破，繼而轉(zhuǎn)化為技術(shù)成果的1判斷下列說法的正誤(1)量子理論中能量也是連續(xù)變化的()(2)一個量子就是組成物質(zhì)的最小微粒，如原子、分子()(3)輻射的能量是一份一份的，因此物體的動能也是一份一份的()(4)光具有波粒二象性說明有的光是波，有的光是粒子()2波長是0.122 0 m的紫外線的光子能量為_J.答案1.631018解析波長是0.122 0 m的紫外線的光子能量Ehh6.631034 J1.631018 J.一、對量子理論的初步認識1量子化假設(shè)：普朗克提出物質(zhì)發(fā)射(或吸收)的能量E只能是某一最小能量單位的整數(shù)倍，En，n1,2,3n叫做量子數(shù)能量子的能量h.式中h為普朗克常量(h6.631034 Js)是微觀現(xiàn)象量子特征的表征，為頻率，c為真空中的光速，為光波的波長2量子化：量子化的“靈魂”是不連續(xù)在宏觀領(lǐng)域中，這種量子化(或不連續(xù)性)相對于宏觀量或宏觀尺度極微小，完全可以忽略不計，但在微觀世界里，量子化(或不連續(xù))是明顯的，微觀物質(zhì)系統(tǒng)的存在，物質(zhì)之間傳遞的相互作用、物體的狀態(tài)及變化等都是量子化的例1根據(jù)量子理論，光子的能量E0hh，其中c為真空中的光速、為光的頻率、為光的波長，普朗克常量取h6.61034 Js.已知太陽光垂直照射時，每平方米面積上的輻射功率為P1.35 kW.假設(shè)太陽輻射的平均波長為6.6107 m，則在垂直于太陽光的S1 m2面積上，每秒鐘內(nèi)可以接收到多少光子？答案4.51021個解析依題意，太陽光平均一個光子的能量為0h，在1 m2面積上，1 s內(nèi)得到的陽光總能量為EPt，接收到的光子個數(shù)N 個4.51021個針對訓練(多選)關(guān)于量子假說，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量子假說認為電磁波在空間中的傳播是不連續(xù)的答案BC解析普朗克提出了量子假說，認為物質(zhì)發(fā)射和吸收能量時，能量不是連續(xù)的，是一份一份進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，揭開了物理學嶄新的一頁，選項B、C正確二、對光電效應(yīng)的理解1光子說：愛因斯坦認為，光在傳播過程中，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運動著的光子流，每個光子的能量Ehh.2用光子說解釋光電效應(yīng)的規(guī)律：當光子照射到金屬表面上時，它的能量可以被金屬中的某個電子全部吸收，電子吸收光子的能量后，動能立刻增加，不需要積累能量的過程這就是光電效應(yīng)的發(fā)生用時極短的原因只有能量足夠大，即頻率足夠大的光子照射在金屬上，才能使電子獲得足夠大的動能，克服金屬原子核對它的束縛從金屬表面飛離出來成為光電子，這就說明發(fā)生光電效應(yīng)入射光的頻率必須足夠大，而不是光足夠強例2硅光電池是利用光電效應(yīng)原理制成的，下列表述正確的是()A硅光電池是把光能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿囊环N裝置B硅光電池中吸收了光子能量的電子都能逸出C逸出的光電子的最大初動能與入射光的頻率無關(guān)D任意頻率的光照射到硅光電池上都能產(chǎn)生光電效應(yīng)答案A解析硅光電池把光能轉(zhuǎn)化為電能，A正確；光子的能量取決于光的頻率，只有當光子的能量足夠大，被硅光電池中的電子吸收后，電子才能從金屬中逸出，所以只有當光的頻率足夠大時才會發(fā)生光電效應(yīng)，B、D錯誤；逸出的光電子的最大初動能隨入射光的頻率的增大而增大，C錯誤1光電效應(yīng)能不能產(chǎn)生取決于入射光的頻率，只要頻率足夠大，就可以產(chǎn)生光電效應(yīng)，與光的照射時間無關(guān)2單位時間內(nèi)產(chǎn)生光電子的多少取決于入射光的強度，入射光的強度越強，產(chǎn)生的光電子越多3逸出的光電子的最大初動能隨入射光頻率的增大而增大4“光電子的最大初動能”與“光電子的動能”的區(qū)別光照射到金屬表面時，電子吸收光子的能量，就可能向各個方向運動，運動過程中要克服原子核和其他原子的阻礙而損失一部分能量，剩余部分能量轉(zhuǎn)化為光電子的初動能所以金屬表面的電子，只需克服原子核的引力做功就能逸出，光電子具有的初動能最大，此時的動能叫做光電子的最大初動能三、對波粒二象性的理解1光電效應(yīng)說明光具有粒子性，光的干涉、衍射等實驗事實，說明光具有波動性，大量實驗事實表明，光既具有波動性又具有粒子性2光具有波粒二象性，但在不同情況下表現(xiàn)不同宏觀上，大量光子傳播往往表現(xiàn)為波動性；微觀上，個別光子在與其他物質(zhì)發(fā)生作用時，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”的光的波動性也不同于宏觀觀念中的波，波動規(guī)律決定光子在某點出現(xiàn)的概率，是一種概率波例3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答案C解析光具有波粒二象性，即光具有波動性和粒子性，A錯誤；光子不是實物粒子，電子是實物粒子，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出波動性，D錯誤1(量子化的理解)對于帶電微粒輻射和吸收能量時的特點，下列說法不正確的是()A輻射是由一份份的能量組成的，一份能量就是一個能量子B輻射和吸收的能量是某一最小值的整數(shù)倍C吸收的能量可以是連續(xù)的D輻射和吸收的能量是量子化的答案C解析根據(jù)普朗克的量子理論，能量是不連續(xù)的，其輻射和吸收的能量只能是某一最小能量單位的整數(shù)倍，故A、B、D均正確，C錯，所以選C.2(光電效應(yīng)的理解)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理解)(多選)在單縫衍射實驗中，中央亮紋的光強占從單縫射入的整個光強的95%以上，假設(shè)現(xiàn)在只讓一個光子通過單縫，那么該光子()A一定落在中央亮紋處B一定落在亮紋處C可能落在暗紋處D落在中央亮紋處的可能性最大答案CD解析根據(jù)光波是概率波的概念，對于一個光子通過單縫落在何處，是不確定的，但概率最大的是落在中央亮紋處當然也可落在其他亮紋處，還可能落在暗紋處，不過，落在暗紋處的概率很小，故C、D選項正確.一、選擇題考點一對能量量子化的理解1首先提出量子理論的科學家是()A普朗克 B邁克爾孫C愛因斯坦 D德布羅意答案A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2太陽能發(fā)電是利用光電效應(yīng)將光輻射的能量轉(zhuǎn)化為電能的假設(shè)有N個頻率為的光子打在硅光電池極板上并完全被轉(zhuǎn)化為電能，則產(chǎn)生的電能為()Ah B.NhCNh D2Nh答案C解析由普朗克量子理論可知，頻率為的單個光子能量h，則N個這樣的光子的總能量為Nh，故C正確考點二對光電效應(yīng)的理解3(多選)光電效應(yīng)的實驗結(jié)論是：對于某種金屬()A無論光強多強，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A正確；光的頻率越高，光電子的初動能就越大，選項D正確4.(多選)如圖1所示為光電管電路的示意圖，關(guān)于光電管電路，下列說法正確的是()圖1A能夠把光信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘朆電路中的電流是由光電子的運動形成的C光照射到光電管的A極產(chǎn)生光電子并飛向K極D光照射到光電管的K極產(chǎn)生光電子并飛向A極答案ABD解析在光電管中，當光照射到陰極K時，將發(fā)射出光電子，被A極的正向電壓吸引而奔向A極，形成光電流，使電路導(dǎo)通照射光的強度越大，產(chǎn)生的光電流越大，這樣就把光信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?，實現(xiàn)了光電轉(zhuǎn)換，故A、B、D正確，C錯誤5關(guān)于愛因斯坦的光子說，下列說法正確的是()A光只是在傳播時才是一份一份的B光既然是一個一個的光子，所以它不可能具有波動性C空間傳播的光是一個一個的光子流，光子的能量與頻率有關(guān)D空間傳播的光是一個一個的光子流，光子的能量與光的傳播速度有關(guān)答案C解析由愛因斯坦的觀點可知，光在發(fā)射、吸收、傳播的各個過程中，都是由一個個能量子組成的，A錯誤；光的波粒二象性說明微觀粒子具有波動性，B錯誤；光子能量與光的頻率有關(guān)，而與傳播速度無關(guān)，C正確，D錯誤考點三對光的本性的認識6為了驗證光具有波動性，某同學采用下列做法，其中可行的是()A讓一束光照射到一個輕小物體上，觀察輕小物體是否會振動B讓一束光通過一狹縫，觀察是否發(fā)生衍射現(xiàn)象C讓一束光通過一圓孔，觀察是否發(fā)生小孔成像D以上做法均不可行答案B解析光波是一種概率波，不能理解為質(zhì)點參與的振動，故A錯光的衍射說明光具有波動性，故B正確光通過小孔成像，說明了光的直線傳播，故C錯7(多選)對光的認識，以下說法正確的是()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ABD8(多選)波粒二象性是微觀世界的基本特征，以下說法正確的有()A光電效應(yīng)現(xiàn)象揭示了光的粒子性B熱中子束射到晶體上產(chǎn)生衍射圖樣說明中子具有波動性C黑體輻射的實驗規(guī)律可用光的波動性解釋D光的波粒二象性說明有的光是波，有的光是粒子答案AB解析光電效應(yīng)揭示了光的粒子性，所以A正確；熱中子在晶體上產(chǎn)生衍射圖樣，即運動的實物粒子具有波的特性，說明中子具有波動性，所以B正確；黑體輻射的實驗規(guī)律說明電磁輻射具有量子化，即黑體輻射是不連續(xù)的、一份一份的，所以黑體輻射可用光的粒子性解釋，即C錯誤；所有的光都具有波粒二象性，D錯誤二、非選擇題9(能量子)某激光筆的發(fā)光功率為0.10 W，發(fā)出波長為0.45 m的紅色激光，試計算該激光筆1.0 s的時間內(nèi)所發(fā)出的光子個數(shù)(結(jié)果保留三位有效數(shù)字)答案2.261017個解析激光筆在1.0 s內(nèi)發(fā)光的總能量為：EPt0.101.0 J0.10 J一個光子的能量為：E1h6.631034 J4.421019 J在1.0 s時間內(nèi)激光筆發(fā)出的光子數(shù)：N 個2.261017個