2019-2020学年高中物理 第五章 经典力学与物理学革命 第三节 量子化现象 第四节 物理学——人类文明进步的阶梯学案 粤教版必修2

第三节量化现象第四节物理学人类文明进步的阶梯1 .初步理解微观世界中的量化现象。 了解量子论的主要内容。 2 .了解光电效应、原子能的不连续性和光的波动粒二象性。 3、了解量子论的建立对人类认识世界和科学技术发展的重要影响。 4 .了解物理学对人类文明进步的影响一、黑体辐射：能量子假说的提出黑体辐射(1)黑体：如果物体能够不反射地吸收照射在其上的放射线，则该物体为黑体。(2)黑体辐射：黑体辐射产生的电磁辐射能量子假说(1)能量子提出的目的：普朗克为克服古典物理学说明黑体辐射现象的困难提出了建议意思：物质释放(或吸收)能量时，能量不连续，部分进行，是每个部分最小的能量单位。 这种不可分割的最小能量单位称为“能量子”。能量子的能量=h即，能量子能量在数值上与辐射的频率和常数h的乘积相等，h是普朗克常数，h=6.6310-34 js .(2)能量的量化是指微观区域中的能量的不连续变化，即只能取离散值的现象普朗克认为能量是量子化的，为什么感觉物体温度的变化是连续的呢？提示：普朗克常数h非常小，对于宏观物体认为接近于零，由于没有量化特征出现，通常我们不能观测到量化特征，因此物体的温度变化感觉为是连续的。二、光子说“光电效应的说明”光子说概况：爱因斯坦于1905年提出光子说。 光在传播过程中是不连续的。 那个是由数值上离散的能量元件构成的。 爱因斯坦把这些能量子称为光量子，也称为“光子”。 一个光子的能量是e=h，是光的频率，h是普朗克常数。光电效应定义：紫外线这样的波长短的光照射到金属表面时，金属电子逃逸的现象叫做光电效应，从金属表面逃逸的电子叫做光电子。光子说对光电效应的解释(1)若光照射到金属表面，则一个光子能量被金属中的某个电子吸收，若电子吸收光子，则能量增加，若能量足够大，则电子克服原子核的束缚而远离金属表面，成为光电子.(2)光电效应现象表示光具有粒子性.1.(1)从光电效应中逃脱的光电子与普通电子相同()(2)电子能够通过光电效应吸收光子能量提示： (1) (2)三、光的波粒二象性：光的本性显而易见爱因斯坦的光子学说明光电效应成功，说明光具有粒子性，但在此之前观察到光的干涉、衍射、偏振等实验事实，表明光具有波动性，光具有波动性和粒子性，即光具有粒子二象性。宏观上大量光子显示波动性，微观上个别光子与其他物质作用时大多显示粒子性2.(1)光既不是古典意义上的波，也不是古典意义上的粒子.()(2)光子说没有否定电磁说()提示： (1) (2)四、原子光谱：原子能量的不连续原子光谱根据经典理论，由于能量连续变化，氢原子发射的光谱应该是包括所有频率的连续光谱，实际上氢原子光谱是由一系列不连续亮线组成的线性光谱原子光谱的解释(1)原子只能处于一系列不连续的能量状态(2)原子从某能量状态变化为其他能量状态时，一定频率的光子被放射(或吸收)，被放射(或吸收)的光子的能量变得不连续.五、物理学和自然科学人类文明进步的基础物理学是自然科学的基础之一，物理学的研究成果和研究方法在自然科学的各个领域都发挥着重要的作用六、物理学和现代技术人类文明进步的推动力物理学的发展推动了科学技术的高速发展。 大部分重大的新技术领域，在物理学上经过长期的循环，在理论上和实验上突破，转化为技术成果。光电效应的解释学生用书p81光子说：爱因斯坦由光在传播过程中不连续、数值离散的能量子构成，这些能量子也称为光量子，也称为“光子”，认为光是以光速c运动的光子流，每个光子的能量e=h=h。用光子说明光电效应规律光子照射到金属表面时，其能量被金属中的某个电子吸收，电子吸收光子的能量时，动能立即增加，不需要蓄积能量。 这是光电效应发生时的极短原因。 只有能量足够大，即频率足够大的光子照射到金属上，电子才能得到足够大的动能，克服金属原子核的束缚从金属表面飞出成为光电子，这表明光电效应产生的入射光的频率必须足够强。 电子吸收光子的能量有可能向各个方向运动，不会向金属内部运动。 在金属表面运动的电子，根据道路的不同，中途失去的能量也不同。 只有金属表面的电子，只要克服金属原子核的引力发挥作用，就能够逃离金属。 该功能称为逃逸功能，这些光电子的动能最大，称为最大的初始动能。金属中电子的光子能量吸收并非连续累积，只能吸收一个光子的能量，因此只有达到一定频率的光子照射才会产生光电效应。如果某个单色光照射到金属上，就不会产生光电效应，但是在下面的对策中，有可能在该金属上产生光电效应的是()a .延长照明时间b .增大光强度c .切换为波长短的光照射d .更换频率低的光照射为了产生光电效应，入射光频率必须比该金属的极限频率大，波长越短的光的频率越高，如果比极限频率高，则产生光电效应，因此c是正确的.答案 c(1)能否产生光电效应与光的强度和光的时间无关(2)是否产生光电效应取决于入射光频率的大小.1.(多回答)在光电效应实验中，以下结果正确()a .入射光弱的话，只有在照射时间足够长的情况下才会产生光电效应当入射光的频率增加到原始频率的两倍时，在单位时间内发射的光电子的数量增加到原始频率的两倍c .如果入射光的波长变为原来的2倍，则有可能不产生光电效应当入射光的强度增加到原来的两倍时，在单位时间内发射的光电子的数量增加到原来的两倍分析：选择cd。 当入射光的频率仅仅具有充分大的光电效应时，会发生光电效应。a错误，c错误地逃逸的光电子的数目与入射光子的数目成比例对光的波粒二象性的理解学生用书p82光电效应显示光具有粒子性、光的干涉、衍射等实验事实，光具有波动性，很多实验事实显示光具有波动性和粒子性。光具有波粒二象性，但表现因情况而异。 在宏观上，大量光子传播大多显示波动性，在微观上，个别光子与其他物质作用时，大多显示粒子性.光的粒子性与宏观观念中的粒子不同，粒子性的意思是“不连续”，是“一部分”。 光的波动性也与宏观观念中的波不同，波动规则决定光子出现在某点的概率，是概率波(1)光的粒子性与牛顿的“微粒子说”不同(2)光的波动性不是光子间相互作用的结果，而是光子自身的属性以下光的波粒二象性的说法是正确的()a .一束传播光，一束光是波，一束光是粒子b .光子和电子是同一个粒子，光波和机械波是同一个波c .光的波动性由光子之间的相互作用形成d .光是波浪，也是粒子。 光子学说并没有否定电磁学说，在光子能量=h中，频率表示波的特征解析光是波的同时也是粒子，光具有粒子的二像性。 光与物质作用时，一部分显示粒子性的单光子通过双缝后的落点无法预测，但大量光子通过双缝后出现在空间各点的可能性可以用波动规则来描述，可以表现波动性。 粒子性和波动性是光子自身的属性，光子说不否定电磁说。答案 d光不是古典意义上的波，也不是古典意义上的粒子，光的波粒二象性是光的固有属性，不是光子之间的相互作用，光子出现在空间中的位置不能确定，只能确定出现在该点附近的概率，概率遵循波动规则。2.(多回答)对于光的认识，以下说法是正确的()a .个别光子的行为是粒子的，大量光子的行为是波动的b .光的波动性是光子本身的属性，不是光子间的相互作用c .光显示波动性时不具有粒子性，光显示粒子性时不具有波动性d .光波动粒二象性在某些情况下光的波动性显着，在其他情况下光的粒子性显着分析： abd .选择个别光子的行为显示粒子性，大量光子的行为在显示波动性的光与物质相互作用时显示粒子性，光的传播规律显示波动性，光的波动性和粒子性是光的本质属性，光的波动性明显时也具有粒子性，波动性显示粒子分布概率，光的粒子性明显时也具有波动性方法技巧关于光子能量的计算人眼对绿色光最敏感，正常人眼受到波长530 nm的绿色光时，每秒6个绿色光的光子入射到瞳孔，眼睛普朗克常数为6.6310-34 js，光速为3.0108 m/s，人眼感知到绿色光时的最小功率是多少？想法提示解决此问题时，需要掌握以下两点(1)每个光子的能量=h(2)波长、波速、频率关系=分析每秒6个绿光光子入射瞳孔，绿光接受的最小功率p=式中e=6，另外=h=h可解为p=6 w=2.310-18 w瓦。答案 2.310-18 w瓦能量子的值非常小，宏观世界中一般观测不到能量子的效应，可以近似能量连续，因此古典物理学可以很好地解释宏观世界的运动规律，但当人们的视野深入原子以下的微观世界时，必须考虑能量的量化。 光子的能量是=h，很多问题都需要从能量守恒的角度来解决光子能量问题。随堂达成学生用书p83下一个物理事件对应科学家的是()a .普朗克首先提出了能量量化理论b .牛顿发现并确立了万有引力定律爱因斯坦提出光子学说，成功地说明了光电效应现象d .霍金最初确立了狭义的相对论解析：选择abc .开始狭义相对论的是爱因斯坦，而不是霍金(复数回答)关于黑体和黑体辐射的说法正确的是()a .黑体能100%吸收所有照射的色光b .黑体辐射是黑体产生的电磁辐射，它不是连续的，而是部分进行的c .黑体辐射是黑体产生的电磁辐射，它是连续的，不是一部分d .黑体辐射现象给古典物理学带来了无法解决的困难：理论分析与实验结果不一致解析： abd .从黑体的定义可知a是正确的黑体辐射是指黑体辐射的电磁辐射，由于经典的物理连续观念在人们的脑海中根深蒂固，物理学家们认为所有的自然过程(包括物质、能量等)都是连续的，并将其视为科学研究的一个规范，在研究黑体辐射时， 根据传统古典理论进行分析，结果与实验结果不一致，仅认为电磁辐射不连续，与实验结果一致，表明b、d是正确的，c是错误的。根据爱因斯坦光子，光子能量e等于(h是普朗克常数，c，是真空中的光速和波长)a.hb.hc.h d分析：由选项e=h和c=得到e=h，选项a是正确的频率=5.441014 hz的绿色光照射钾板，正好可以向外发射光电子，正确如下()a .如果用比绿色频率低的红色光照射钾板，也会产生光电子b .如果用频率低于绿色的黄色光照射钾板，一定会产生光电子c .如果向钾板照射频率高于绿色的蓝色光，一定会产生光电子d .为了产生光电子，需要对钾板照射频率高于绿色蓝色光分析： c .选择光电效应的机制，如果入射到光子上的能量大于某个数值，光子可能会被电子吸收而获得能量，从束缚中释放出来变成光电子，绿色的光只是在钾板上产生光电效应，而是在频率比绿色光小的红色光， 黄色光的光子能量不足以被电子吸收而成为光电子，a、b错误蓝色光子的能量大于绿色光子的能量，产生光电效应，但与入射光的强弱无关，c是正确的，d是错误的5 .氢原子从一种能量状态变为另一种能量状态时()a .必须吸收光子b .必须发射光子c .不吸收或不释放光子d .吸收还是释放光子与初末能量状态的高低有关分析： d .原子从一种能量状态变为另一种能量状态时，辐射(或吸收)一定频率的光子，辐射(或吸收)的光子能量不连续，辐射(或吸收)的方式由原子所在的两种能量状态决定，原子从高能量状态变为低能量状态授课中的作业学生用书p129 (单独成册) 一、单独选择问题首先提倡量子理论的科学家是()a .普朗克b .迈克尔先生c .爱因斯坦d .德布罗伊分析： a .为了说明黑体辐射，普朗克首先提出了能量的量子化，因此a是正确的爱因斯坦根据光电效应的实验规律，推测光具有粒子性，提出了光子学说。 从科学研究的方法来看，这是()a .等价替代b .控制变量c .科学假说d .数学归纳分析： c .基于实验现象提出假设，提出理论支持，物理学上将这种研究方法称为“科学假设”，因此正确的选择是c和物理学有着长期血缘关系的自然学科是()a .化学b .生物学c .天文学d .数学分析： c .选择物理学与其他学科有着密切的关系，但与天文学有很长的关系，从19世纪物理学的光度测量和光谱分析中应用于天文学，创造天体物理学4 .以物理为基础的科学技术的迅速发展，直接推动了人类社会的进步，以下哪项发现将人类推向了电气化时代()a .库仑定律的发现b .欧姆定律的发现c .摩擦带电现象的发现d .电磁感应