4 第四节 电磁波及其应用 第五节 量子化现象-【金版新学案】2024-2025学年高中物理必修第三册同步课堂高效讲义配套课件（粤教版2019）

第四节　电磁波及其应用　 第五节　量子化现象 　　　　 第六章 电磁现象与电磁波 1．了解电磁场理论，知道电磁波的物质性。 2．了解能量子和光子的概念。 3．知道光电效应和发生光电效应的条件。 4．知道光具有波粒二象性。 5．知道原子结构的玻尔理论。 素养目标 知识点一　电磁波及其应用 1 知识点二　能量子假说和光子假说 2 知识点三　光的波粒二象性和玻尔理论 3 课时测评 5 随堂达标演练 4 内容索引 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 知识点一　电磁波及其应用 返回 自主学习 情境导学　打开收音机的开关，转动选台旋钮，使收音机收不到电台的广播，然后开大音量。在收音机附近，将一根导线的一端连接电池的一个电极，另一端反复碰触电池的另一电极，会发现什么现象？为什么会产生这种现象？ 提示：收音机会发出“咔咔嚓嚓”的声音，这是因为导线碰触电池的另一电极时，产生了变化的电流，即产生了变化的电场，变化的电场又产生了变化的磁场，电磁场向空中激起了电磁波。 教材梳理 (阅读教材P143－P146完成下列填空) 1．电磁场与电磁波 (1)电磁场：变化的______和变化的______构成了一个不可分离的统一的场，称为电磁场。 (2)电磁波：变化的电磁场在空间中的______形成了电磁波。 电场 磁场 传播 2．电磁场的物质性 (1)电磁场具有______。 (2)电磁场具有与其他物质__________的属性。 (3)电磁场因具有能量而具有__________。 (4)电磁场和电荷系统相互作用时遵守动量守恒定律和______守恒定律。 由此可见，电磁场具备物质的各类性质，是______存在的基本形态之一。 3．电磁波的应用：电视广播、雷达、移动电话等。 能量 相互作用 运动质量 能量 物质 合作探究 问题探究　光是一种电磁波，在照射彗星时，对彗星有没有作用力？如果有，什么现象可以证明存在该相互作用？力是物质对物质的作用，那电磁场是一种物质吗？ 提示：有作用力；彗星的尾巴背向太阳就是光压作用的结果；根据物质间相互作用的属性，可知电磁场是一种物质。 (多选)关于电磁场理论的叙述正确的是 A．变化的磁场周围一定存在着电场，与是否有闭合电路无关 B．变化的磁场产生电场 C．变化的电场和稳定的磁场相互关联，形成一个统一的场，即电磁场 D．电场周围一定存在磁场，磁场周围一定存在电场 例1 √ √ 变化的磁场周围产生电场，当电场中有闭合回路时，回路中有电流，若无闭合回路，电场仍然存在，A正确；变化的电场产生磁场，变化的磁场产生电场，B正确，D错误；变化的电场和变化的磁场相互关联，形成了电磁场，C错误。 1．麦克斯韦电磁场理论 (1)变化的磁场产生电场，变化的电场产生磁场。 (2)变化的电场和变化的磁场构成了一个不可分离的统一的场——电磁场。 探究归纳 2．电磁波 (1)周期性变化的电场和周期性变化的磁场交替产生，由近及远向周围传播，形成电磁波。 (2)电磁波根据频率由小到大，分成无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线六个波段，物理学上把它称为电磁波谱。 探究归纳 (多选)电磁波具有的哪些属性能证明电磁波是一种物质 A．静止质量 B．运动质量 C．动量 D．能量 √ √ √ 例2 返回 知识点二　能量子假说和光子假说 返回 自主学习 情境导学　普朗克指出玻璃与铁块在相同的高温下，能发出完全相同的光，是由于光以相同的离散的能量块，一份份地辐射出来。这种物理量只能采取某些分离数值的特征叫作量子化。你还能在现实生活中举一些量子化的实例吗？ 提示：比如教室中的同学的计数，上楼时台阶的阶数都是量子化的。 教材梳理 (阅读教材P148－P149完成下列填空) 1．黑体：能够______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，每一份的能量叫作________，大小为_____，其中ν为电磁波的频率。 3．普朗克常量：h＝_____________ J·s。 4．光电效应 (1)概念：当光照射在金属上时，有时会有______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______，频率低于某一数值时，不能产生光电子。 5．光子假说：当光和物质相互作用时，光的能量不是连续的，而是一份一份________，简称______。光子的能量与它的频率成正比，即ε＝_____。 全部 能量子 hν 6.63×10－34 电子 越大 光量子 光子 hν 合作探究 问题探究　电磁波的波长越长，能量子能量越大还是越小？ 提示：越小。 (2023·山西太原高二期末)关于能量量子化，下列说法正确的是 A．能量子假说最早是由爱因斯坦提出来的 B．微观粒子的能量是不连续的，只能是某一最小能量值的整数倍 C．电磁波的波长越长，其能量子越大 D．能量子假说与宏观世界中对能量的认识相矛盾，因而它一定是错误的观点 例3 √ 能量子假说最早是由普朗克提出来的，故A错误；微观粒子的能量是不连续的，只能是某一最小能量值的整数倍，故B正确；电磁波的波长越长，其能量子越小，故C错误；能量子假说与宏观世界中对能量的认识相矛盾，但它的观点是正确的，故D错误。 角度1　能量子假说 角度2　光电效应 例4 (多选)爱因斯坦的光子假说很好地对光电效应作出了解释，下列选项属于光子假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，电子获得较大的能量，才可以发生光电效应 √ √ √ 根据爱因斯坦光子假说，光是由光子组成的，光子的能量ε＝hν，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；光的频率低于某一数值时，不论光的强度多大，都不能产生光电子，故C错误。 返回 知识点三　光的波粒二象性和玻尔理论 返回 自主学习 情境导学　光电效应说明光具有粒子性；光的干涉和衍射说明光具有波动性；那光到底是粒子还是波呢？ 提示：光具有波粒二象性。 教材梳理 (阅读教材P150－P151完成下列填空) 1．光的波粒二象性：光既具有________又具有________的性质。 (1)光的波动性 ①光是一种概率波。 ②光能发生______和______。 (2)光的粒子性 ①光电效应说明光具有粒子性。 ②每份光子的能量为hν。 2．原子结构的玻尔理论 (1)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)电子在不同轨道上具有不同的能量，这些量子化的能量值称为能级。 (3)只有当电子在不同轨道之间跃迁时，才辐射光子。 波动性 粒子性 干涉 衍射 合作探究 问题探究　原子从高能级向低能级跃迁时放出的光子的能量，等于前后两个能级之差，试分析为什么原子在能级跃迁时只能辐射特定频率的光。 提示：由于原子的能级是分立的，能级差也是分立的，所以放出的光子的能量也是分立的，根据ε＝hν，可判断放出的光的频率是一些分立的值。 角度1　光的波粒二象性 例1 √ √ (多选)关于光的波动性与粒子性，以下说法正确的是 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 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错误；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正确；光波属于电磁波，本质不同于机械波，它是一种概率波，C正确；光的波动性和粒子性不是孤立的，而是有机的统一体，D错误。 24 (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 例6 √ √ 角度2　原子结构的玻尔理论 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。光子的能量等于前后两个能级之差，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。 返回 随堂达标演练 返回 √ 1．电视机是常见的家用电器，电视机在换台时，电视机遥控板发射的是 A．电流　　 B．电子 C．声波 D．电磁波 电视机在换台时，电视机遥控板发射的是电磁波(具体而言是红外线)，故D正确。 √ 2．普朗克在1900年将“能量子”引入物理学，开创了物理学的新纪元。在下列宏观概念中，具有“量子化”特征的是 A．人的个数 B．物体所受的重力 C．物体的长度　　 C．物体的动能 人的个数具有“量子化”特征；物体所受的重力、物体的长度和动能不具有“量子化”特征。故选A。 √ 3．(多选)1905年爱因斯坦提出了光子假说。下列选项属于光子假说内容 的是 A．光也是一种电磁波 B．光在传播过程中是不连续的，它由数值分立的能量子组成，这些能量子叫光子 C．每个光子的能量为ε＝hν，h为普朗克常量 D．光的能量是连续不可分割的 √ 光子说认为光在某些方面会表现得像是由一些粒子(即一个个有确定能量和动量的“光子”)组成，A错误；光子说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，这些能量子叫光子，每个光子的能量为ε＝hν，h为普朗克常量，B、C正确，D错误。 √ 4．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 光的色散现象，说明太阳光是复色光；光的干涉和光的衍射是波特有的现象，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。 返回 课 时 测 评 返回 1．下列各过程中，没有用到电磁波的是 A．用手机接电话　 B．用微波炉加热面包 C．用水银温度计测体温　 D．用遥控器打开电视 用手机接电话、用微波炉加热面包以及用遥控器打开电视都是通过电磁波工作，A、B、D不符合题意；用水银温度计测体温不需要电磁波，C符合题意。 √ 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 √ 2．(2023·广东深圳高二上期末)电磁波携带的信息，既可以有线传播，也可以无线传播。下列事例中不是利用电磁波传递信息的是 A．手机用“Wi-Fi”上网 B．铁骑交警利用随身携带的对讲机交流 C．蝙蝠利用“回声”定位 D．神舟十六号航天员进行“天宫课堂”直播授课 手机用“Wi-Fi”上网和铁骑交警利用随身携带的对讲机交流都是利用电磁波中的无线电波传递信息的；蝙蝠利用“回声”定位是利用超声波进行的；“天宫课堂”主要依靠中继卫星系统通过电磁波进行天地互动。本题选不是利用电磁波传递信息的，故选C。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 √ 3．(多选)以下关于电磁波的说法中正确的是 A．只要电场或磁场发生变化，就能产生电磁波 B．电磁波传播需要介质 C．赫兹用实验证实了电磁波的存在 D．电磁波在真空中的传播速度等于光速 √ 如果电场(或磁场)是均匀变化的，产生的磁场(或电场)是稳定的，就不能再产生新的电场(或磁场)，也就不能产生电磁波，故A错误；电磁波的传播不需要介质，故B错误；根据物理学史可知，赫兹用实验证实了电磁波的存在，故C正确；电磁波在真空中的传播速度等于光速，故D正确。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 √ 4．1900年，普朗克引入了能量子这一概念，首次提出了能量量子化的思想，以下现象跟能量量子化无关的是 A．原子光谱 B．黑体辐射 C．雨后彩虹 D．光电效应 普朗克最先提出能量子这一概念，成功解释了黑体辐射的实验结果。在普朗克能量子假说的启发下，爱因斯坦提出了光子假说解释光电效应。玻尔利用量子理论，解释了氢原子光谱。雨后彩虹现象说明光具有波动性，没有涉及“量子化”的观点。故选C。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 √ 5．(多选)下列说法正确的是 A．一切物体都在辐射电磁波 B．黑体能够反射所有外来辐射 C．黑体辐射实质上是电磁辐射 D．普朗克在研究黑体的热辐射问题中提出了能量子假说 √ √ 根据热辐射定义可知，一切物体都在辐射电磁波，A正确；黑体能够全部吸收外来辐射而无任何反射，B错误；普朗克在研究黑体辐射时最早提出了能量子假说，他认为能量是一份一份的，每一份是一个能量子，黑体辐射本质上是电磁辐射，C、D正确。故选ACD。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 √ 6．根据玻尔的原子结构模型，原子中电子绕核运转的轨道半径 A．可以取任意值 B．可以在某一范围内取任意值 C．可以取不连续的任意值 D．是一些不连续的特定值 按玻尔的原子理论，原子的能量状态对应着电子不同的运动轨道，由于原子的能量状态是不连续的，则其核外电子的可能轨道是分立的，且是特定的，故D正确。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 √ 7．(多选)关于光的波粒二象性的说法中，正确的是 A．一束传播的光，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，光波与机械波是同样的一种波 C．当光和物质相互作用时表现出粒子性 D．光在传播过程中表现出波动性 √ 光是一种波，同时也是一种粒子，光具有波粒二象性，A错误；当光和物质作用时表现出粒子性，光的干涉、衍射又说明光是一种波，光既不同于宏观的粒子，也不同于宏观的波，B错误，C、D正确。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 √ 8．某金属在黄光照射下不能发生光电效应，以下可能使它发生光电效应的是 A．增加黄光的照射时间 B．增大黄光的照射强度 C．改用红光照射 D．改用紫光照射 要使该金属产生光电效应，可以增大入射光的频率。延长光的照射时间、增大光的强度都不会使金属发生光电效应，所以可能使它发生光电效应的是改用频率更高的紫光照射，故D正确。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 9．下列说法不符合物理学史的是 A．法拉第发现了电磁感应现象 B．麦克斯韦预言了电磁波的存在，赫兹通过实验证明了麦克斯韦的预言 C．通电螺线管的磁场和条形磁铁的磁场相似，爱因斯坦受此启发，提出了分子电流假说 D．普朗克提出了能量子的概念ε＝hν 法拉第发现了电磁感应现象，故A正确；麦克斯韦预言了电磁波的存在，赫兹通过实验证实了电磁波的存在，故B正确；通电螺线管的磁场和条形磁铁的磁场相似，安培受此启发，提出了分子电流假说，故C错误；普朗克基于黑体辐射实验提出了能量子的概念ε＝hν，故D正确。 √ 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 √ 10．关于电磁波的发现及应用、能量量子化，下列说法正确的是 A．利用红外线的热效应能杀菌消毒，夜视仪利用了红外成像技术 B．X射线具有辐射性，可用来通信和广播 C．能量量子化指能量的连续性，微观粒子的能量值可以是任意值 D．普朗克提出了能量子假说，解决了黑体辐射的理论困难，提出了“量子”概念 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 紫外线具有杀菌消毒的功能，红外线不具有该功能，故A错误；X射线具有辐射性，不能用来通信和广播，故B错误；能量量子化是指微观粒子的能量值只能是一个最小能量单位的整数倍，是不连续性，故C错误；普朗克提出了能量子假说，不但解决了黑体辐射的理论困难，而且更重要的是提出了“量子”概念，翻开了物理学史上崭新的一页，故D正确。故选D。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 11．对于带电微粒在辐射和吸收能量时的特点，以下说法错误的是 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 √ 根据普朗克能量子假说，带电粒子的能量只能是某一最小能量值的整数倍，能量的辐射、吸收要一份一份地进行，A、B正确；带电微粒辐射和吸收的能量不是连续的，是量子化的，C错误，D正确。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 12．在电磁波谱中，红外线、可见光和伦琴射线(X射线)三个波段的频率大小关系是 A．红外线的频率最大，可见光的频率最小 B．伦琴射线的频率最大，红外线的频率最小 C．可见光的频率最大，红外线的频率最小 D．伦琴射线的频率最大，可见光的频率最小 √ 在电磁波谱中，红外线、可见光和伦琴射线(X射线)按照频率从大到小的排列顺序是：伦琴射线(X射线)、可见光、红外线，故B正确。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 13．(12分)太阳的辐射功率(太阳每秒辐射的能量)为3.86×1026 J/s，已知辐射到大气层的太阳能只有45%到达地面，另有55%被大气层吸收和反射，而未到达地面。若射到地球上的太阳光可视为垂直于地球表面，把太阳光看成是频率为ν＝5×1014 Hz的单色光，求地球表面上1 cm2的面积每秒接收到多少个光子？已知太阳到地球的距离为R＝1.5×1011 m，取h＝6.63×10－34 J·s。(最后结果保留2位有效数字) 答案：1.9×1017个 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 返回 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 谢 谢 观 看 ！ 第六章 电磁现象与电磁波 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 设想一个以太阳中心为球心，以太阳到地球表面距离R(近似等于太阳到地球的距离)为半径的大球，这个大球面上单位面积每秒接收到辐射的功率为P0′＝(式中P为太阳的辐射功率)，则地球表面上1 cm2的面积每秒接收到的能量E0＝P0′×45%×10－4 m2×1 s＝×0.45× 10－4 J≈6.15×10－2 J 设地球表面上1 cm2的面积每秒接收到n个光子，由于光子的能量为hν，则n＝＝(个)≈1.9×1017(个)。 $$