物理粵教版必修2學案第五章第三節(jié)量子化現象第四節(jié)物理學-人類文明進步的階梯Word版含答案

第三節(jié)量子化現象第四節(jié)物理學——人類文明進步的階梯1.初步了解微觀世界中的量子化現象．知道量子論的主要內容．2.了解光電效應、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識世界和科技發(fā)展的重要影響．4.了解物理學對人類文明進步的影響．一、黑體輻射：能量子假說的提出eq\a\vs4\al(1.)黑體輻射(1)黑體：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，這種物體就是黑體．(2)黑體輻射：黑體發(fā)出的電磁輻射．eq\a\vs4\al(2.)能量子假說(1)能量子①提出的目的：普朗克為了克服經典物理學對黑體輻射現象解釋的困難而提出的．②含義：物質發(fā)射(或吸收)能量時，能量不是連續(xù)的，而是一份一份地進行的，每一份就是一個最小的能量單位．這個不可再分的最小的能量單位稱為“能量子”．③能量子的能量ε＝hν．即能量子的能量在數值上等于輻射的頻率ν和一個常數h的乘積．h是普朗克常量，h＝6.63×10－34J·s.(2)能量的量子化是指在微觀領域中能量的不連續(xù)變化，即只能取分立值的現象．普朗克認為能量是量子化的，為什么我們感覺物體溫度的變化是連續(xù)的？提示：普朗克常量h非常小，對于宏觀物體可認為趨近于零，量子化特征顯示不出來，通常我們觀測不到量子化特征，所以對物體溫度的變化，會感覺是連續(xù)的．二、光子說：對光電效應的解釋eq\a\vs4\al(1.)光子說概述：愛因斯坦于1905年提出光子說．光在傳播過程中，也是不連續(xù)的．它由數值分立的能量子組成．愛因斯坦稱這些能量子為光量子，也稱為“光子”．一個光子的能量為E＝hν，ν為光的頻率，h為普朗克常量．eq\a\vs4\al(2.)光電效應定義：當紫外線這一類波長較短的光照射金屬表面時，金屬便有電子逸出，這種現象稱為光電效應．從金屬表面逸出的電子稱為光電子．eq\a\vs4\al(3.)光子說對光電效應的解釋(1)光照射到金屬表面上，一個光子的能量被金屬中某個電子吸收，電子吸收光子后，能量增加，若能量足夠大，電子能克服原子核對它的束縛，離開金屬表面，成為光電子．(2)光電效應現象說明光具有粒子性．1．(1)光電效應中逸出的光電子與普通電子相同．()(2)光電效應中電子吸收光子的能量可以累加．()提示：(1)√(2)×三、光的波粒二象性：光的本性揭示eq\a\vs4\al(1.)愛因斯坦的光子說成功地解釋了光電效應，說明光具有粒子性，而在此之前，人們所觀察到光的干涉、衍射、偏振等實驗事實，清楚地顯示光具有波動性，光既具有波動性又具有粒子性，也就是光具有波粒二象性．eq\a\vs4\al(2.)在宏觀上大量光子表現為波動性，在微觀上個別光子與其他物質產生作用時往往表現為粒子性．波粒二象性揭示了光的本性．2．(1)光既不是經典意義上的波，也不是經典意義上的粒子．()(2)光子說并未否定電磁說．()提示：(1)√(2)√四、原子光譜：原子能量的不連續(xù)eq\a\vs4\al(1.)原子光譜按照經典理論，能量是連續(xù)變化的，由此氫原子發(fā)光的光譜就應該是包含一切頻率的連續(xù)譜，而事實上氫原子光譜是由一系列不連續(xù)的亮線組成的線狀譜．eq\a\vs4\al(2.)原子光譜的解釋(1)原子只能處于一系列不連續(xù)的能量狀態(tài)中．(2)當原子從一種能量狀態(tài)變化到另一種能量狀態(tài)時，會輻射(或吸收)一定頻率的光子，所輻射(或吸收)的光子的能量是不連續(xù)的．五、物理學與自然科學——人類文明進步的基石物理學是自然科學的基礎之一，物理學的研究成果和研究方法，在自然科學的各個領域都起著重要的作用．六、物理學與現代技術——人類文明進步的推動力物理學的發(fā)展推動了科學技術的高速發(fā)展．幾乎所有重大的新技術領域，都是在物理學中經過了長期的醞釀，在理論上和實驗上取得突破，繼而轉化為技術成果的．對光電效應的解釋[學生用書P81]eq\a\vs4\al(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E＝hν＝heq\f(c,λ).eq\a\vs4\al(2.)用光子說解釋光電效應的規(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．這就是光電效應的發(fā)生用時極短的原因．只有能量足夠大，即頻率ν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)生光電效應入射光的頻率必須足夠大，而不是光足夠強．電子吸收光子的能量后可能向各個方向運動，有的向金屬內部運動，并不出來．向金屬表面運動的電子，經過的路程不同，途中損失的能量也不同．唯獨金屬表面上的電子，只要克服金屬原子核的引力做功，就能從金屬中逸出，這個功叫逸出功，這些光電子的動能最大，叫最大初動能．金屬中的每個電子對光子能量的吸收不是連續(xù)累加的，它只能吸收一個光子的能量，因此只有達到一定頻率的光子照射才有光電效應產生．某單色光照射金屬時不會產生光電效應，下列措施中可能使該金屬產生光電效應的是()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[解析]要產生光電效應，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生光電效應，故C正確．[答案]Ceq\a\vs4\al()(1)能否產生光電效應與光的強度和光照時間無關．(2)光電效應能否產生取決于入射光的頻率大?。?.(多選)在光電效應實驗中，下列結果正確的是()A．如果入射光比較弱，只有照射的時間足夠長，才會產生光電效應B．當入射光的頻率增大為原來的兩倍時，單位時間內逸出光電子的數量也增大為原來的兩倍C．當入射光的波長增大為原來的兩倍時，可能不產生光電效應D．當入射光的強度增大為原來的兩倍時，單位時間內逸出光電子的數量也增大為原來的兩倍解析：選CD.只有入射光的頻率足夠大時，才能產生光電效應，A錯誤，C正確；逸出的光電子數目與入射的光子數成正比，與光的頻率無關，B錯誤；入射光的強度增大為原來的兩倍時，單位時間內入射的光子數也增大為原來的兩倍，單位時間內逸出的光電子數也增大為原來的兩倍，D正確．對光的波粒二象性的理解[學生用書P82]eq\a\vs4\al(1.)光電效應說明光具有粒子性，光的干涉、衍射等實驗事實，顯示光具有波動性，大量實驗事實表明，光既具有波動性又具有粒子性．eq\a\vs4\al(2.)光具有波粒二象性，但在不同情況下表現不同．在宏觀上，大量光子傳播往往表現為波動性；在微觀上，個別光子在與其他物質產生作用時，往往表現為粒子性．eq\a\vs4\al(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的概率，是一種概率波．(1)光的粒子性不同于牛頓的“微粒說”．(2)光的波動性不是光子之間相互作用的結果，而是光子本身的一種屬性．下列對于光的波粒二象性的說法中正確的是()A．一束傳播的光，有的光是波，有的光是粒子B．光子與電子是同樣一種粒子，光波與機械波是同樣一種波C．光的波動性是由于光子間的相互作用而形成的D．光是一種波，同時也是一種粒子．光子說并未否定電磁說，在光子能量ε＝hν中，頻率ν仍表示的是波的特征[解析]光是一種波，同時也是一種粒子，光具有波粒二象性．當光和物質作用時，是一份一份的，表現出粒子性；單個光子通過雙縫后的落點無法預測，但大量光子通過雙縫后在空間各點出現的可能性可以用波動規(guī)律描述，表現出波動性．粒子性和波動性是光子本身的一種屬性，光子說并未否定電磁說．[答案]Deq\a\vs4\al()光既不是經典意義上的波，也不是經典意義上的粒子，光的波粒二象性是光的固有屬性，不是光子間相互作用形成的，光子在空間出現的位置不能確定，只能確定在該點附近出現的概率，而概率服從波動規(guī)律．2.(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為粒子性，大量光子的行為表現出波動性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．光表現出波動性時，就不具有粒子性了，光表現出粒子性時，就不具有波動性了D．光的波粒二象性應理解為：在某種場合下光的波動性表現明顯，在另外某種場合下，光的粒子性表現明顯解析：選ABD.個別光子的行為表現出粒子性，大量光子的行為表現出波動性；光與物質相互作用時表現出粒子性，光的傳播規(guī)律表現出波動性，光的波動性和粒子性都是光的本質屬性，光的波動性表現明顯時仍具有粒子屬性，因為波動性表現為粒子分布概率，光的粒子性表現明顯時仍具有波動性，因為大量粒子的個別行為呈現出波動規(guī)律，故A、B、D正確，C錯誤．方法技巧——光子能量的有關計算人眼對綠光最為敏感，正常人的眼睛接收到波長為530nm的綠光時，只要每秒有6個綠光的光子射入瞳孔，眼睛就能察覺．普朗克常量為6.63×10－34J·s，光速為3.0×108m/s，則人眼能察覺到綠光時所接收的最小功率是多少？[思路點撥]解答本題時應把握以下兩點：(1)每個光子的能量ε＝hν.(2)波長、波速、頻率關系ν＝eq\f(c,λ).[解析]因每秒有6個綠光的光子射入瞳孔，所以察覺到綠光所接收的最小功率P＝eq\f(E,t)，式中E＝6ε，又ε＝hν＝heq\f(c,λ)可解得P＝6×eq\f(6.63×10－34×3×108,530×10－9)W＝2.3×10－18W.[答案]2.3×10－18Weq\a\vs4\al()能量子的值非常小，在宏觀世界里一般觀測不到能量子的效應，可近似認為能量是連續(xù)的，因此經典物理學能很好地解釋宏觀世界的運動規(guī)律，但當人們的視野深入到原子以下的微觀世界中時，就必須考慮能量的量子化．光子的能量是ε＝hν，在很多問題中都要用到能量守恒觀點解決光子能量問題．[隨堂達標][學生用書P83]eq\a\vs4\al(1.)(多選)下列物理事件和科學家相對應的是()A．普朗克最先提出能量量子化理論B．牛頓發(fā)現并建立了萬有引力定律C．愛因斯坦提出了光子說，成功解釋了光電效應現象D．霍金最早建立了狹義相對論解析：選ABC.最早建立狹義相對論的是愛因斯坦，不是霍金．eq\a\vs4\al(2.)(多選)有關黑體及黑體輻射的說法正確的是()A．黑體能夠100%的吸收照射到它上面的全部色光B．黑體輻射是指黑體發(fā)出的電磁輻射，它不是連續(xù)的，而是一份一份地進行的C．黑體輻射是指黑體發(fā)出的電磁輻射，它是連續(xù)的，而不是一份一份地進行的D．黑體輻射現象使經典物理學遇到了無法解決的困難：理論分析與實驗結果不相符解析：選ABD.由黑體的定義可知A正確；黑體輻射是指黑體發(fā)出的電磁輻射，由于經典物理中的連續(xù)性觀念在人們頭腦中根深蒂固，物理學家們都認為一切自然過程(包括物質、能量等)都是連續(xù)的，并把它視為科學研究的一條準則，但在研究黑體輻射時，按傳統(tǒng)的經典理論分析卻與實驗結果不符，只有認為電磁輻射不是連續(xù)的，而是一份一份地進行的才能與實驗結果相符，由此可知，B、D正確，C錯誤．eq\a\vs4\al(3.)根據愛因斯坦光子說，光子能量E等于(h為普朗克常量，c、λ為真空中的光速和波長)()A．heq\f(c,λ) B．heq\f(λ,c)C．hλ D.eq\f(h,λ)解析：選A.根據E＝hν和c＝λν可得E＝heq\f(c,λ)，選項A正確．eq\a\vs4\al(4.)當用頻率ν＝5.44×1014Hz的綠光照射鉀板時，恰能向外發(fā)射光電子，下列說法正確的是()A．利用頻率較綠光低的紅光照射鉀板時，也會產生光電子B．利用頻率較綠光低的黃光照射鉀板時一定會產生光電子C．利用頻率較綠光高的藍光照射鉀板時一定會產生光電子D．需利用頻率較綠光高的藍光照射鉀板才能產生光電子解析：選C.由光電效應產生的機理可知，只有當入射光子的能量大于某一數值時，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，由于綠光恰能使鉀板發(fā)生光電效應，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錯誤；藍光光子能量大于綠光光子能量，能產生光電效應，而與入射光的強弱無關，C正確，D錯誤．5．當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末能量狀態(tài)的高低有關解析：選D.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)的光子的能量是不連續(xù)的，輻射(或吸收)的方式由原子所處的這兩個能量狀態(tài)確定，當原子從高能量狀態(tài)變化到低能量狀態(tài)時會發(fā)射光子；當原子吸收光子時可以從較低能量狀態(tài)變化到較高能量狀態(tài)．[課時作業(yè)][學生用書P129(單獨成冊)]一、單項選擇題eq\a\vs4\al(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．德布羅意解析：選A.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．eq\a\vs4\al(2.)愛因斯坦根據光電效應的實驗規(guī)律，猜測光具有粒子性，從而提出光子說．從科學研究的方法來說，這屬于()A．等效替代 B．控制變量C．科學假說 D．數學歸納解析：選C.根據實驗現象給出假設，而后提出理論支持，物理學上把這種研究方法稱為“科學假說”，故正確選項為C.3．與物理學有著由來已久“血緣關系”的自然學科是()A．化學 B．生物學C．天文學 D．數學解析：選C.物理學與其他學科有著密切聯系，但與天文學有著由來已久的關系，從19世紀物理學的光度測量和光譜分析就應用于天文學，產生天體物理學．4．以物理為基礎的科學技術的高速發(fā)展，直接推動了人類社會的進步，下列哪一個發(fā)現推動了人類進入電氣化時代()A．庫侖定律的發(fā)現 B．歐姆定律的發(fā)現C．摩擦起電現象的發(fā)現 D．電磁感應現象的發(fā)現解析：選D.電磁感應現象的發(fā)現，使電力的大規(guī)模產生成為可能，推動了人類進入電氣化時代，D正確．eq\a\vs4\al(5.)對E＝hν的理解，下列說法正確的是()A．能量子的能量與光的波長成正比B．光的頻率越高，光的強度越大C．光的頻率越高，光子的能量越大D．h是一個常數，沒有單位解析：選C.能量子的能量與光的頻率成正比，頻率越大，光子的能量越大，A、B錯，C對．h是一個常量，是有單位的，D錯．eq\a\vs4\al(6.)在演示光電效應實驗中，原來不帶電的一塊鋅板與靈敏驗電器相連，用弧光燈照射鋅板時，驗電器的指針會張開一個角度，如圖所示，這時()A．鋅板帶正電，指針帶負電B．鋅板帶正電，指針帶正電C．鋅板帶負電，指針帶正電D．鋅板帶負電，指針帶負電解析：選B.弧光燈照射鋅板，有帶負電的電子從板上飛出，所以鋅板帶正電．因為驗電器和鋅板有導線相連，故驗電器和鋅板都帶正電．eq\a\vs4\al(7.)下列關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：選C.光具有波粒二象性，即具有波動性和粒子性，A錯誤；光子不是實物粒子，電子為實物粒子，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波動性，D錯誤．二、多項選擇題eq\a\vs4\al(8.)在研究黑體輻射規(guī)律時，下列說法不正確的是()A．利用經典