1、第五节第五节 量子化现象量子化现象 学习目标 1.知道光是一种电磁波.2.了解能量子的概念，知道普朗克常量.3.知道爱因斯坦光子说，知道光 子能量的表达式.4.知道光具有波粒二象性.5.了解原子的能级结构 一、光是一种电磁波 1麦克斯韦建立了电磁场理论，预言了电磁波的存在，推算出电磁波在真空中传播的速度与光速接近 2赫兹证实了电磁波的存在，证明电磁波与光一样具有反射、折射、干涉、衍射等性质，证明了电磁波的 速度与光速相等 3光是一种电磁波 二、能量子假说 光子假说 1黑体：能够全部吸收外来辐射而无任何反射的物体 2能量子：能量的发射和吸收不是连续的，而是一份一份地进行，每一份的能量叫能量子，大
2、小为 h. 3普朗克常量：h6.6310 34 J s. 4光电效应 (1)概念：当光照射在金属上时，有电子从金属表面逸出的现象 (2)实验规律：入射光的频率越高，光电子动能越大，频率低于某一数值时，不产生光电子 5光子说：光的能量不是连续的，而是一份一份的，每一份叫作光量子，简称光子光子的能量与它的频 率成正比，即 h. 6光的波粒二象性：光既有波动性，又有粒子性，因此具有波粒二象性 三、原子结构的玻尔理论 1轨道量子化：电子轨道半径是量子化的，电子只能在某些特定的轨道上运动 2能量量子化：电子在不同的轨道上具有不同的能量，这些量子化的能量值叫能级 判断下列说法的正误 (1)光与电磁波不同，
3、光在真空中传播速度为 c，而电磁波在真空中的速度小于 c.( ) (2)能量的发射和吸收是连续的( ) (3)光只具有波动性，而不具有粒子性( ) (4)光是概率波，概率大的地方落下的光子多，概率小的地方落下的光子少( ) 一、光是一种电磁波 1电磁波在空中的传播是电磁场在空中由近及远地向外传播电磁波可以在真空中传播，其在真空中传播 速度为 c3108 m/s. 2光也是电场和磁场的相互激发而产生的电磁场在空中的传播，它与电磁波具有相同的特性：在真空中传 播的速度为 c3108 m/s；具有反射、折射、干涉、衍射等性质因此光是一种电磁波 3电磁波家族比较庞大，不同电磁波，按波长由长到短的顺序排
4、列，分别是：无线电波、红外线、可见光、 紫外线、X 射线、 射线 (多选)下列哪些现象说明光是一种电磁波( ) A光与电磁波在真空中的速度都是 c B光与电磁波都能发生反射、折射、干涉和衍射 C可见光可以引起人的视觉 D光是电场、磁场相互激发在空中的传播 答案 ABD 二、能量子假说与光子假说 1普朗克的能量子概念 (1)能量子：普朗克认为微观世界中带电粒子的能量是不连续的，只能是某一最小能量值的整数倍，当带电 粒子辐射或吸收能量时，也只能以这个最小能量值为单位一份一份地吸收或辐射，这样的一份最小能量值 叫作能量子，h，其中 h 叫作普朗克常量，实验测得 h6.6310 34 J s， 为电磁
5、波的频率 (2)能量的量子化：在微观世界中能量不能连续变化，只能取分立值，这种现象叫作能量的量子化量子化 的基本特征就是在某一范围内取值是不连续的 2爱因斯坦的光子说 光不仅在发射和吸收时能量是一份一份的，而且光本身就是由一个个不可分割的能量子组成的，这些能量 子被称为光子频率为 的光子的能量为 h. (多选)关于对能量子的认识，下列说法正确的是( ) A振动着的带电微粒的能量只能是某一能量值 B带电微粒辐射或吸收的能量只能是某一最小能量值的整数倍 C能量子与电磁波的频率成正比 D这一假说与现实世界相矛盾，因而是错误的 答案 BC 解析 由普朗克能量子假说可知带电微粒辐射或吸收的能量只能是某一
6、最小能量值的整数倍，A 错误，B 正确； 最小能量值 h， 则能量子与电磁波的频率成正比， C 正确； 能量子假说反映的是微观世界的特征， 不同于宏观世界，并不与现实世界相矛盾，故 D 错误 (多选)爱因斯坦的光子说很好地对光电效应作出了解释，下列选项属于光子说解释光电效应的是 ( ) A电子吸收光子的能量向外“运动”时，要克服金属的束缚作用而消耗能量 B电子吸收的光子能量要足够克服金属的束缚作用，电子才能够发射出来 C只要入射光的强度足够强，就一定能使金属发生光电效应 D只有光的频率大于某一值时，光电子获得较大的能量，才可以发生光电效应 答案 ABD 解析 根据爱因斯坦光子说，光是由光子组成
7、的，光子的能量 h，当光的频率大于某一值时，电子获得 较大的能量向外运动，当能量大于克服金属的束缚所需的能量时，电子才可以从金属表面逸出，故 A、B、 D 正确 三、光的波粒二象性 1光具有粒子性：光子说能够成功地解释光电效应，说明光具有粒子性 2光具有波动性：光能发生干涉、衍射，说明光具有波动性 3光具有波粒二象性：光子说中光子能量公式 h.其中 是光的频率，说明光的粒子性并没有否定光的 波动性，而是承认了光的波动性光的粒子性和光的波动性是统一的 4光是概率波：在光的干涉、衍射实验中，亮纹是光子到达的概率大的位置，而暗纹是光子到达的概率小 的位置 (多选)关于光的波动性与粒子性，以下说法正确
8、的是( ) A爱因斯坦的光子说否定了光的电磁说 B光电效应现象说明了光的粒子性 C光波不同于机械波，它是一种概率波 D光的波动性和粒子性是相互矛盾的，无法统一 答案 BC 解析 爱因斯坦的光子说并没有否定光的电磁说，只是在一定条件下光是体现粒子性的，A 错；光电效应 说明光具有粒子性，说明光的能量是一份一份的，B 对；光波属于电磁波，本质不同于机械波，它是一种概 率波，C 对；光的波动性和粒子性不是孤立的，而是有机的统一体，D 错 四、原子结构的玻尔理论 1原子的能量是量子化的，量子化的能量值叫能级 2原子从高能级向低能态跃迁时放出光子，光子的能量等于前后两个能级之差 3放出的光子的能量是分立
9、的，所以原子的发射光谱是一些分立的亮线 (多选)下列说法正确的是( ) A原子的能量是连续的，原子的能量从某一能量值变为另一能量值，可以连续变化 B原子从低能级向高能级跃迁时放出光子 C原子从高能级向低能级跃迁时放出光子，且光子的能量等于前后两个能级之差 D由于能级的存在，原子放出的光子的能量是分立的，所以原子的发射光谱只有一些分立的亮线 答案 CD 解析 原子的能量是量子化的，原子从高能级会自发地向低能级跃迁，向外放出光子光子的能量 hE初 E末，由于能级的分立性，放出的光子的能量也是分立的，所以原子的发射光谱只有一些分立的亮线，故 C、D 正确 1(能量的量子化)(多选)对于带电微粒辐射和
10、吸收能量时的特点，以下说法正确的是( ) A以某一个最小能量值一份一份地辐射或吸收 B辐射和吸收的能量是某一最小值的整数倍 C吸收的能量可以是连续的 D辐射和吸收的能量是量子化的 答案 ABD 解析 带电微粒辐射和吸收能量时是以最小能量值能量子 的整数倍一份一份地辐射或吸收的， 是不连 续的，故 A、B、D 正确，C 错误 2(光子假说对光电效应的解释)入射光照射到某金属表面上发生了光电效应，若入射光的强度减弱，而频 率保持不变，那么( ) A延迟时间将明显增加 B光电子离开金属表面的最大动能将减少 C有可能不发生光电效应 D单位时间内从金属表面逸出的光电子数将减少 答案 D 解析 若能发生光
11、电效应，发生光电效应的时间与光的强度无关，故 A 错误入射光照射到某金属表面上 发生光电效应，若入射光的强度减弱，频率保持不变，仍然可以发生光电效应，光电子的能量等于光子的 能量 h，脱离金属所需的最小能量不变，所以离开金属表面时的最大动能不变，故 B、C 错误入射光的 强度减弱，则入射光单位时间逸出的光电子的数目减少，单位时间内从金属表面逸出的光电子数将减少， 故 D 正确 3(光的波粒二象性)下列各组现象能说明光具有波粒二象性的是( ) A光的色散和光的干涉 B光的干涉和光的衍射 C光的衍射和光电效应 D光的反射和光电效应 答案 C 解析 光的色散现象，说明太阳光是复色光；光的干涉和光的衍
12、射是波特有的现象，说明光具有波动性， 光电效应说明光具有粒子性，光的反射不能说明光具有波动性，故 C 正确 4 (能量子的理解及 h 的应用)二氧化碳能强烈吸收红外长波辐射， 这种长波辐射的波长范围约是 1.410 31.6103 m，相应的频率范围是_，相应的光子能量的范围是_(已知普朗克常量 h 6.610 34 J s，真空中的光速 c3.0108 m/s.光的波速、波长、频率之间的关系为 c.) 答案 1.910112.11011Hz 1.310 221.41022 J 解析 由 c 得 c ，则求得频率范围为 1.910 112.11011Hz.又由 h 得光子能量范围为 1.310 221.41022 J.