6.4　电磁波及其应用　6.5　量子化现象 讲义 -2025-2026学年高二上学期粤教版必修第三册

夜市物理 粤教版2019必修第三册 6.4　电磁波及其应用　 6.5　量子化现象 知识构建 基础知识 一：电磁波及其应用 1．电磁场与电磁波． (1)麦克斯韦提出了变化的电场会产生磁场，变化的磁场会产生电场． (2)变化的电场和变化的磁场构成一个不可分离统一的场，我们把这个场称为电磁场． (3)变化的电磁场在空间中传播形成了电磁波． 2．电磁场的物质性． 电磁场具备物质的各类性质，是物质存在的基本形态之一． 3．电磁波的应用． (1)通常电视广播使用微波传送电视信号． (2)雷达是利用电磁波进行测距、定位的仪器，雷达工作时使用的是微波． (3)无线电话、无线对讲机、移动电话均是通过电磁波实现信号的发射与接收的． 二.量子化现象 1．光是一种电磁波.1888年，赫兹用实验证明了电磁波的存在，并且证明了电磁波和光一样具有反射、折射、干涉和衍射等性质． 2．普朗克提出能量的发射和吸收不是连续的，而是一份一份地进行．每一份能量等于hν，称为能量子，其中h叫作普朗克常量． 3．光子假说． (1)光电效应：当光照射到金属上时，有时会有电子从金属板逸出，这种现象称为光电效应． (2)光子能量与频率的关系：ε＝hν． 4．光的波粒二象性． (1)光电效应说明光具有粒子性． (2)光的干涉、衍射说明光具有波动性． (3)光既具有波动性，又具有粒子性的性质称为光的波粒二象性． 5．原子结构的玻尔理论． (1)玻尔提出了氢原子中电子轨道量子化假说，即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；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． (2)量子学理论的建立，标志着人类对微观粒子运动规律的认识有了新的突破． 三、对量子化的理解 一、热辐射　能量子 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ε叫作能量子，ε＝hν，其中h叫作普朗克常量，实验测得h＝6.63×10－34 J·s，ν为电磁波的频率． (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，即相邻两个值之间有一定距离． 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量子，简称光子．频率为ν的光子的能量为ε＝hν. 二、热辐射 1．概念：一切物体都在辐射电磁波，且辐射与物体的温度有关，所以叫热辐射． 2．特点：温度升高时，热辐射中波长较短的成分越来越强． 3．黑体：能够完全吸收入射的各种波长的电磁波而不发生反射． 三、能量子 1．概念：振动着的带电微粒的能量只能是某个最小能量值的整数倍，这个最小的能量值ε叫能量子． 2．大小：ε＝hν，其中h＝6.63×10－34 J·s. 3．爱因斯坦光子说：光是由一个个不可分割的能量子组成，能量大小为hν，光的能量子称作光子． 四、能级 原子的能量是量子化的，量子化的能量值叫能级． 原子从高能级向低能级跃迁时放出光子，光子的能量等于前后两个能级之差. 题型分析 月 1.电磁波与信息化社会 例1.2025年4月12日，全球首个6G通感融合外场试验网公开亮相，实现了空天地一体化网络的初步验证。6G使用的无线电波频率在100GHz以上，比5G更高，相同时间传递的信息量更大。下列关于无线电波的说法正确的是（　　） A．5G和6G使用的无线电波均需要在介质中才能传播 B．6G使用的无线电波波长比5G更短 C．6G使用的无线电波比5G更容易绕过障碍物 D．无线电波传播方向与其周期性变化的磁场方向相同 【变式训练1】下列装置或电器不是应用电磁波工作的是（　　） A．射电望远镜 B．收音机 C．微波炉 D．电熨斗 【变式训练2】华为mate60系列手机是全球第一款能实现双卫星通信的民用手机。卫星通信是通过电磁波的传输来实现的。下列相关说法正确的是（　　） A．只有通过电路才能产生电磁波 B．电磁波是一种没有质量的物质 C．电磁波既可以传递信息，也能传输能量 D．电磁波是可在真空中传播的恒定的电磁场 【变式训练3】使用蓝牙耳机接听手机来电，手机与基地台及耳机的信号传输如下图所示。若基地台与手机、手机与蓝牙耳机之间通信的电磁波分别为甲波、乙波，则（　　）    A．甲波的波长比乙波短 B．真空中甲波的传播速度比乙波小 C．甲波与乙波有可能发生干涉现象 D．甲、乙波都是横波，都能在真空中传播 题型分析 能量子、黑体与黑体辐射 例2.．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 【变式训练1】宏观世界一个典型的弹簧振子做简谐运动的频率为10 Hz，其振幅越大，能量越大，其振动能量数量级约为J。物体辐射电磁波其实是物体中的带电微粒辐射电磁波，根据电动力学计算可知，物体中的带电微粒（如原子、分子、离子等）振动频率的数量级约为1015Hz。已知普朗克常量h数量级为10－34 J·s。下列说法不正确的是（　　） A．物体中的带电微粒振动的能量数量级约为10－19 J B．普朗克的能量子理论与我们对宏观世界的认识矛盾，所以对宏观弹簧振子不适用 C．该典型宏观弹簧振子的能量子约为10－33 J D．普朗克的能量子理论对微观带电微粒和宏观弹簧振子均适用 【变式训练2】下列有关物理学家的贡献，说法正确的是（　　） A．赫兹发现了电流的磁效应 B．奥斯特通过实验捕捉到了电磁波 C．法拉第发现了“磁生电”的电磁感应现象 D．爱因斯坦根据能量子假说解释了黑体辐射现象 【变式训练3】图中“测温枪”能将接收到的人体热辐射转换成温度显示，已知人体热辐射与黑体辐射规律相似。若人因病发烧，则病人热辐射强度I及其极大值对应的波长λ的变化情况是（　　） A．I减小，λ增大 B．I减小，λ减小 C．I增大，λ增大 D．I增大，λ减小 题型分析 光电效应、波粒二象性、波尔理论 例3.光电效应实验的装置如图所示，现用发出紫外线的弧光灯照射锌板，验电器指针张开一个角度。下列说法正确的是（　　） A．锌板带的是正电荷 B．将带负电的金属小球与锌板接触，验电器指针偏角会增大 C．改用强度更大的紫外线弧光灯照射锌板，验电器指针偏转角不会变化 D．使验电器指针回到零，改用强度更大的红外线灯照射锌板，验电器指针偏角一定更大 【变式训练1】关于波粒二象性，下列说法正确的是（　　） A．爱因斯坦提出“物质波”假说，认为一切物质都具有波粒二象性 B．大量光子易表现出粒子性，个别光子易表现出波动性 C．X射线的衍射实验和电子的衍射实验，都证实了物质波假设是正确的 D．爱因斯坦的光电效应实验可验证光的粒子性 【变式训练2】如图为氢原子的电子轨道示意图，取无限远处电势为零，在各个轨道上标注了量子数和能量值。现有大量氢原子处于激发态，当原子向低能级跃迁时辐射出若干不同频率的光。则下列说法正确的是（　　） A．大量处于激发态的氢原子总共可辐射出8种不同频率的光 B．最容易发生衍射现象的光是由能级跃迁到能级产生的 C．这群氢原子辐射出的光中共有4种频率的光能使逸出功为4.54eV的金属发生光电效应 D．频率最大的光是由能级跃迁到能级产生的 【变式训练3】下列有关光的波粒二象性的说法中，正确的是（   ） A．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 C．光的波长越长，其波动性越显著；波长越短，其粒子性越显著 D．大量光子的行为往往显示出粒子性 【变式训练4】下列关于物理学史的说法中，正确的是（　　） A．汤姆孙发现电子后猜想出原子内的正电荷集中在很小的核内 B．爱因斯坦最先发现光电效应现象 C．卢瑟福依据α粒子散射实验的现象提出了原子的“核式结构”理论 D．根据玻尔原子结构理论，电子绕氢原子核运动的半径可以取任意值 巩固练习 一、单选题 1．2022年6月5日，中央电视台对神舟十四号飞船与天和核心舱交会对接进行了直播，其间航天员与北京飞控中心保持通话联络，直播画面通过电磁波传送到地面接收站。下列关于电磁波和声波的说法正确的是（    ） A．电磁波和声波都属于横波 B．电磁波可以在真空中传播 C．麦克斯韦预言了电磁波的存在，并用实验验证了电磁波的存在 D．航天员讲话时画面能与声音同步，说明电磁波与声波具有相同的传播速度 2．下列关于电磁波的说法正确的是（　　） A．麦克斯韦预言了电磁波的存在，并通过实验捕捉到了电磁波 B．5G网比4G网传输数据快，是因为5G的电磁波在真空中传播速度更快 C．蓝牙通讯采用的电磁波和太阳光一样，传播时都可能发生折射、衍射、干涉等现象 D．红外体温计可发射红外线，进而根据人体反射的红外线来测量人的体温 3．使用蓝牙耳机接听手机来电，信号传输示意如图所示，以下说法正确的是（　　）    A．蓝牙通信的电磁波是可见光 B．在同种介质中，蓝牙通信的电磁波波长比手机通信的电磁波波长短 C．两束蓝牙通信的电磁波在任何情况下都不会发生干涉 D．蓝牙通信的电磁波在真空中的传播速度小于光速 3．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 4．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．物体的重力势能 C．物体的带电荷量 D．物体的长度 5．下列关于光电效应的说法正确的是（　　） A．只要光照射的时间足够长，任何金属都能发生光电效应 B．截止频率越大的金属材料逸出功越小 C．只要频率足够大，光照强度较弱的光也可以引起光电效应 D．入射光强度越大，产生光电子的最大初动能就越大 6．数码相机中的图像传感器利用光电效应将光信号转化为电信号，从而记录下图像信息。当有紫光照射到采用硅基材料制作的感光元件上时，会有光电子逸出。下列说法正确的是（　　） A．紫光照射到感光元件上后，感光元件带负电 B．绿光照射到感光元件上一定能发生光电效应 C．增大紫光的强度，逸出的光电子的最大初动能变大 D．光电效应揭示了光具有粒子性 7．下列说法正确的是（　　） A．电子、质子等实物粒子也具有波动性 B．在康普顿效应中，散射的光子波长变短，光子的能量增大 C．为了解释光电效应现象，普朗克提出了光子说 D．为了解释黑体辐射现象，爱因斯坦第一次提出了能量量子化的观点 8．关于光的波粒二象性，下列说法中不正确的是 A．波粒二象性指光有时表现为波动性，有时表现为粒子性 B．个别光子易表现出粒子性，大量光子易表现出波动性 C．能量较大的光子其波动性越显著 D．光波频率越高，粒子性越明显 9．下列关于放射性元素及衰变的说法正确的是（　　） A．β衰变的实质在于原子核内的中子转化成一个质子和一个电子 B．在一定条件下，原子核内的一个中子和一个质子会结合起来形成α粒子 C．原子核在发生β衰变时产生的新核由低能级向高能级跃迁，可放出γ射线 D．一种元素的各种同位素具有不同的化学性质 二、多选题 10．光电子能谱仪是利用光照射材料表面激发出光电子，并对光电子进行分析的科研仪器。用某一频率的红光照射某种金属材料表面，逸出了光电子，若改用光的强度完全相同的绿光照射该金属，则（　　） A．没有光电子逸出 B．逸出的光电子最大初动能增大 C．单位时间逸出的光电子数减少 D．单位时间逸出的光电子数不变 11．某同学做双缝干涉实验时，先用单色光照射间距的双缝，测得相邻亮条纹的间距为，第二次换为间距的双缝，并用单色光照射，测得相邻亮条纹的间距也为，实验的其他条件不变，下列说法正确的是（　　） A．光的频率高于光的频率 B．若光是蓝光，则光可能是黄光 C．在同一介质中光的传播速度大于光的传播速度 D．光光子的能量小于光光子的能量 12．下列实验中，能证明光具有粒子性的是（ ） A．光电效应实验 B．光的双缝干涉实验 C．光的圆孔衍射实验 D．康普顿效应实验 轻松学物理 1 学科网（北京）股份有限公司 $$夜市物理 粤教版2019必修第三册 6.4　电磁波及其应用　 6.5　量子化现象 知识构建 基础知识 一：电磁波及其应用 1．电磁场与电磁波． (1)麦克斯韦提出了变化的电场会产生磁场，变化的磁场会产生电场． (2)变化的电场和变化的磁场构成一个不可分离统一的场，我们把这个场称为电磁场． (3)变化的电磁场在空间中传播形成了电磁波． 2．电磁场的物质性． 电磁场具备物质的各类性质，是物质存在的基本形态之一． 3．电磁波的应用． (1)通常电视广播使用微波传送电视信号． (2)雷达是利用电磁波进行测距、定位的仪器，雷达工作时使用的是微波． (3)无线电话、无线对讲机、移动电话均是通过电磁波实现信号的发射与接收的． 二.量子化现象 1．光是一种电磁波.1888年，赫兹用实验证明了电磁波的存在，并且证明了电磁波和光一样具有反射、折射、干涉和衍射等性质． 2．普朗克提出能量的发射和吸收不是连续的，而是一份一份地进行．每一份能量等于hν，称为能量子，其中h叫作普朗克常量． 3．光子假说． (1)光电效应：当光照射到金属上时，有时会有电子从金属板逸出，这种现象称为光电效应． (2)光子能量与频率的关系：ε＝hν． 4．光的波粒二象性． (1)光电效应说明光具有粒子性． (2)光的干涉、衍射说明光具有波动性． (3)光既具有波动性，又具有粒子性的性质称为光的波粒二象性． 5．原子结构的玻尔理论． (1)玻尔提出了氢原子中电子轨道量子化假说，即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；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． (2)量子学理论的建立，标志着人类对微观粒子运动规律的认识有了新的突破． 三、对量子化的理解 一、热辐射　能量子 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ε叫作能量子，ε＝hν，其中h叫作普朗克常量，实验测得h＝6.63×10－34 J·s，ν为电磁波的频率． (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，即相邻两个值之间有一定距离． 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量子，简称光子．频率为ν的光子的能量为ε＝hν. 二、热辐射 1．概念：一切物体都在辐射电磁波，且辐射与物体的温度有关，所以叫热辐射． 2．特点：温度升高时，热辐射中波长较短的成分越来越强． 3．黑体：能够完全吸收入射的各种波长的电磁波而不发生反射． 三、能量子 1．概念：振动着的带电微粒的能量只能是某个最小能量值的整数倍，这个最小的能量值ε叫能量子． 2．大小：ε＝hν，其中h＝6.63×10－34 J·s. 3．爱因斯坦光子说：光是由一个个不可分割的能量子组成，能量大小为hν，光的能量子称作光子． 四、能级 原子的能量是量子化的，量子化的能量值叫能级． 原子从高能级向低能级跃迁时放出光子，光子的能量等于前后两个能级之差. 题型分析 月 1.电磁波与信息化社会 例1.2025年4月12日，全球首个6G通感融合外场试验网公开亮相，实现了空天地一体化网络的初步验证。6G使用的无线电波频率在100GHz以上，比5G更高，相同时间传递的信息量更大。下列关于无线电波的说法正确的是（　　） A．5G和6G使用的无线电波均需要在介质中才能传播 B．6G使用的无线电波波长比5G更短 C．6G使用的无线电波比5G更容易绕过障碍物 D．无线电波传播方向与其周期性变化的磁场方向相同 【答案】B 【详解】A．无线电波（电磁波）可在真空中传播，无需介质，故A错误； B．由公式可知，频率越高，波长越短。6G频率高于5G，故波长更短，故B正确； C．波长越短，衍射能力越弱，6G波长更短，更难绕过障碍物，故C错误； D．无线电波是横波，传播方向与周期性变化的电场、磁场方向均垂直，故D错误。 故选B。 【变式训练1】下列装置或电器不是应用电磁波工作的是（　　） A．射电望远镜 B．收音机 C．微波炉 D．电熨斗 【答案】D 【详解】A．射电望远镜是通无线电波来接收信号的，是利用电磁波工作，故A错误； B．收音机是通无线电波来接收信号的，是利用电磁波工作，故B错误； C．微波炉利用微波加热食物，其所用的微波也是电磁波，故C错误； D．电熨斗利用电流的热效应工作，不是利用电磁波工作，故D正确。 故选D。 【变式训练2】华为mate60系列手机是全球第一款能实现双卫星通信的民用手机。卫星通信是通过电磁波的传输来实现的。下列相关说法正确的是（　　） A．只有通过电路才能产生电磁波 B．电磁波是一种没有质量的物质 C．电磁波既可以传递信息，也能传输能量 D．电磁波是可在真空中传播的恒定的电磁场 【答案】C 【详解】A．一切非均匀变化的电磁场都会产生电磁波，故A错误； B．电磁波是一种物质，没有静止质量，但具有运动质量，故B错误； C．电磁波既可以传递信息，也能传输能量，故C正确； D．电磁波是由非变化的电场和磁场交替产生形成的电磁场的传播形成的，则电磁场不是恒定的，故D错误。 故选C。 【变式训练3】使用蓝牙耳机接听手机来电，手机与基地台及耳机的信号传输如下图所示。若基地台与手机、手机与蓝牙耳机之间通信的电磁波分别为甲波、乙波，则（　　）    A．甲波的波长比乙波短 B．真空中甲波的传播速度比乙波小 C．甲波与乙波有可能发生干涉现象 D．甲、乙波都是横波，都能在真空中传播 【答案】D 【详解】A．由图可知甲波的频率小于乙波的频率，则甲波波长比乙波长，故A错误； B．所有频率的电磁波在真空中的传播速度都为，故B错误； C．甲波与乙波频率不同，不能发生稳定的干涉，故C错误； D．所有频率的电磁波都是横波，且都能在真空中传播，故D正确。 故选D。 题型分析 能量子、黑体与黑体辐射 例2.．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 【答案】C 【详解】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。 【变式训练1】宏观世界一个典型的弹簧振子做简谐运动的频率为10 Hz，其振幅越大，能量越大，其振动能量数量级约为J。物体辐射电磁波其实是物体中的带电微粒辐射电磁波，根据电动力学计算可知，物体中的带电微粒（如原子、分子、离子等）振动频率的数量级约为1015Hz。已知普朗克常量h数量级为10－34 J·s。下列说法不正确的是（　　） A．物体中的带电微粒振动的能量数量级约为10－19 J B．普朗克的能量子理论与我们对宏观世界的认识矛盾，所以对宏观弹簧振子不适用 C．该典型宏观弹簧振子的能量子约为10－33 J D．普朗克的能量子理论对微观带电微粒和宏观弹簧振子均适用 【答案】B 【详解】A．带电微粒振动频率数量级为Hz，能量J，故A正确； B．普朗克能量子理论在宏观系统中因能量子极小（如弹簧振子的能量子J），总能量（约 J）可视为连续，但理论本身仍适用，故B错误； C．宏观弹簧振子频率为10Hz，能量子J，故C正确； D．普朗克理论对微观和宏观系统均适用，宏观中量子化效应不显著，故D正确。 本题选错误的，故选B。 【变式训练2】下列有关物理学家的贡献，说法正确的是（　　） A．赫兹发现了电流的磁效应 B．奥斯特通过实验捕捉到了电磁波 C．法拉第发现了“磁生电”的电磁感应现象 D．爱因斯坦根据能量子假说解释了黑体辐射现象 【答案】C 【详解】A．电流的磁效应由奥斯特发现，赫兹的贡献是证实电磁波的存在，故A错误； B．捕捉电磁波的是赫兹，奥斯特发现了电流的磁效应，故B错误； C．法拉第通过实验发现了电磁感应现象（“磁生电”），故C正确； D．普朗克提出能量子假说解释黑体辐射，爱因斯坦提出光子说解释光电效应，故D错误。 故选C。 【变式训练3】图中“测温枪”能将接收到的人体热辐射转换成温度显示，已知人体热辐射与黑体辐射规律相似。若人因病发烧，则病人热辐射强度I及其极大值对应的波长λ的变化情况是（　　） A．I减小，λ增大 B．I减小，λ减小 C．I增大，λ增大 D．I增大，λ减小 【答案】D 【详解】人发烧，体温升高，则病人热辐射强度I 增大，其极大值对应的波长λ减小。 故选D。 题型分析 光电效应、波粒二象性、波尔理论 例3.光电效应实验的装置如图所示，现用发出紫外线的弧光灯照射锌板，验电器指针张开一个角度。下列说法正确的是（　　） A．锌板带的是正电荷 B．将带负电的金属小球与锌板接触，验电器指针偏角会增大 C．改用强度更大的紫外线弧光灯照射锌板，验电器指针偏转角不会变化 D．使验电器指针回到零，改用强度更大的红外线灯照射锌板，验电器指针偏角一定更大 【答案】A 【详解】A．用紫外线照射锌板，发生光电效应，锌板上的电子逸出，锌板失去电子，所以锌板带正电荷，故A正确； B．锌板带正电，将带负电的金属小球与锌板接触，负电荷会中和锌板上的部分正电荷，验电器指针偏角会减小，故B错误； C．改用强度更大的紫外线弧光灯照射锌板，单位时间内逸出的光电子数增多，锌板所带正电荷增多，验电器指针偏转角会增大 ，故C错误； D．红外线的频率小于紫外线的频率，紫外线能使锌板发生光电效应，红外线不一定能使锌板发生光电效应，则改用强度更大的红外线灯照射锌板，验电器指针偏角不一定更大，故D错误。 故选A。 【变式训练1】关于波粒二象性，下列说法正确的是（　　） A．爱因斯坦提出“物质波”假说，认为一切物质都具有波粒二象性 B．大量光子易表现出粒子性，个别光子易表现出波动性 C．X射线的衍射实验和电子的衍射实验，都证实了物质波假设是正确的 D．爱因斯坦的光电效应实验可验证光的粒子性 【答案】D 【详解】A．德布罗意提出“物质波”假说，认为一切物质都具有波粒二象性，故A错误； B．大量光子表现出波动性（如干涉、衍射），个别光子表现出粒子性（如光电效应），故B错误； C．X射线的衍射实验验证电磁波的波动性，电子的衍射实验验证物质波，两者均支持波粒二象性，但X射线实验不直接验证物质波假说，故C错误； D．爱因斯坦通过光电效应理论（光子说）解释了光的粒子性，实验现象（如截止频率）验证了该理论，故D正确。 故选D。 【变式训练2】如图为氢原子的电子轨道示意图，取无限远处电势为零，在各个轨道上标注了量子数和能量值。现有大量氢原子处于激发态，当原子向低能级跃迁时辐射出若干不同频率的光。则下列说法正确的是（　　） A．大量处于激发态的氢原子总共可辐射出8种不同频率的光 B．最容易发生衍射现象的光是由能级跃迁到能级产生的 C．这群氢原子辐射出的光中共有4种频率的光能使逸出功为4.54eV的金属发生光电效应 D．频率最大的光是由能级跃迁到能级产生的 【答案】C 【详解】A．大量处于激发态的氢原子总共可辐射出种不同频率的光，A项错误； B．最容易发生衍射现象的光的波长最长，频率最低，光子能量最小，由能级跃迁到能级产生的光子能量最小，B项错误； C．根据产生光电效应的条件可知，辐射的光子能量必须大于金属的逸出功，由，可知所有跃迁到基态辐射出的光子能量均大于，其它能级间跃迁辐射出的光子能量均小于，所以这群氢原子辐射的光中共有4种频率的光能使逸出功为的金属发生光电效应，C项正确； D．频率最大的光，光子能量最大，两能级能量差最大，所以频率最大的光是由能级跃迁到能级产生的，D项错误。 故选C。 【变式训练3】下列有关光的波粒二象性的说法中，正确的是（   ） A．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 C．光的波长越长，其波动性越显著；波长越短，其粒子性越显著 D．大量光子的行为往往显示出粒子性 【答案】C 【分析】光具有波粒二象性是微观世界具有的特殊规律，大量光子运动的规律表现出光的波动性，而单个光子的运动表现出光的粒子性．光的波长越长，波动性越明显，波长越短，其粒子性越显著． 【详解】A．光具有波粒二象性，A错误； B．电子是组成原子的基本粒子，有确定的静止质量，是一种物质粒子，速度可以低于光速；光子代表着一份能量，没有静止质量，速度永远是c，所以光子与电子不同，B错误； C．光波的频率越高，波长越短，粒子性越显著，反之，波动性越显著，C正确； D．大量光子运动的规律表现出光的波动性，D错误． 【变式训练4】下列关于物理学史的说法中，正确的是（　　） A．汤姆孙发现电子后猜想出原子内的正电荷集中在很小的核内 B．爱因斯坦最先发现光电效应现象 C．卢瑟福依据α粒子散射实验的现象提出了原子的“核式结构”理论 D．根据玻尔原子结构理论，电子绕氢原子核运动的半径可以取任意值 【答案】C 【详解】A．汤姆孙发现电子后提出“枣糕模型”，认为正电荷均匀分布，而正电荷集中在核内是卢瑟福的结论，故A错误； B．光电效应现象由赫兹最先发现，爱因斯坦用光子理论解释该现象，故B错误； C．卢瑟福通过α粒子散射实验提出原子核式结构理论，符合史实，故C正确； D．玻尔理论中电子轨道半径是量子化的，只能取特定分立值，故D错误。 故选C。 巩固练习 一、单选题 1．2022年6月5日，中央电视台对神舟十四号飞船与天和核心舱交会对接进行了直播，其间航天员与北京飞控中心保持通话联络，直播画面通过电磁波传送到地面接收站。下列关于电磁波和声波的说法正确的是（    ） A．电磁波和声波都属于横波 B．电磁波可以在真空中传播 C．麦克斯韦预言了电磁波的存在，并用实验验证了电磁波的存在 D．航天员讲话时画面能与声音同步，说明电磁波与声波具有相同的传播速度 【答案】B 【详解】A．根据偏振现象，可知电磁波是横波，声波的振动和传播平行则是纵波，故A错误； B．电磁波可以在真空中传播，故B正确； C．英国物理学家麦克斯韦预言了电磁波的存在，德国物理学家赫兹用实验验证了电磁波的存在，故C错误； D．航天员讲话时画面能与声音同步，但电磁波的速度为光速，声波在空气中的传播速度为340m/s,两者差距很大，故D错误。 故选B。 2．下列关于电磁波的说法正确的是（　　） A．麦克斯韦预言了电磁波的存在，并通过实验捕捉到了电磁波 B．5G网比4G网传输数据快，是因为5G的电磁波在真空中传播速度更快 C．蓝牙通讯采用的电磁波和太阳光一样，传播时都可能发生折射、衍射、干涉等现象 D．红外体温计可发射红外线，进而根据人体反射的红外线来测量人的体温 【答案】C 【详解】A．麦克斯韦预言了电磁波的存在，赫兹通过实验捕捉到了电磁波，选项A错误； B．电磁波在真空中传播速度都相同，选项B错误； C．蓝牙通讯采用的电磁波和太阳光一样，传播时都可能发生折射、衍射、干涉等现象，选项C正确； D．红外体温计可接收红外线，进而根据人体发出的红外线来测量人的体温，选项D错误。 故选C。 3．使用蓝牙耳机接听手机来电，信号传输示意如图所示，以下说法正确的是（　　）    A．蓝牙通信的电磁波是可见光 B．在同种介质中，蓝牙通信的电磁波波长比手机通信的电磁波波长短 C．两束蓝牙通信的电磁波在任何情况下都不会发生干涉 D．蓝牙通信的电磁波在真空中的传播速度小于光速 【答案】B 【详解】A．蓝牙通信的电磁波是无线电波，不是可见光，故A错误； B．在同种介质中，蓝牙通信与手机通信的电磁波传播速度相等，但蓝牙通信的电磁波频率高于手机通信的电磁波频率，所以蓝牙通信的波长比手机通信的电磁波波长短，故B正确； C．两束蓝牙通信的电磁波若频率相同，相位差恒定，就会发生干涉，故C错误； D．蓝牙通信的电磁波在真空中的传播速度等于光速，故D错误。 故选B。 3．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 【答案】D 【详解】A．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； B．X射线具有辐射性，不能用来通信和广播，故B错误； C．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； D．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，揭开了物理学史上崭新的一页，故D正确。 故选D。 4．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．物体的重力势能 C．物体的带电荷量 D．物体的长度 【答案】C 【详解】A．人的个数只能取整数，是离散的，具有量子化特征，但属于计数而非物理量，故A错误； B．物体的重力势能可以连续变化，如高度变化时势能连续变化，故B错误； C．物体的带电荷量在微观上必须是元电荷（）的整数倍，属于量子化的物理量，故C正确； D．物体的长度在经典物理中可连续变化（如任意小数长度），故D错误。 故选C。 5．下列关于光电效应的说法正确的是（　　） A．只要光照射的时间足够长，任何金属都能发生光电效应 B．截止频率越大的金属材料逸出功越小 C．只要频率足够大，光照强度较弱的光也可以引起光电效应 D．入射光强度越大，产生光电子的最大初动能就越大 【答案】C 【详解】A．光电效应发生与否取决于入射光频率是否超过金属的截止频率，与光照时间无关。即使时间足够长，若频率不足，仍无法发生光电效应，故A错误； B．根据逸出功 （ 为截止频率） 可知截止频率越大，逸出功越大，故B错误； C．光电效应的发生仅由入射光频率决定。只要频率大于截止频率，即使光照强度较弱，也能产生光电子，故C正确； D．根据 可知光电子的最大初动能由入射光频率决定，与光强度无关。光强度仅影响光电流大小，故D错误。 故选C。 6．数码相机中的图像传感器利用光电效应将光信号转化为电信号，从而记录下图像信息。当有紫光照射到采用硅基材料制作的感光元件上时，会有光电子逸出。下列说法正确的是（　　） A．紫光照射到感光元件上后，感光元件带负电 B．绿光照射到感光元件上一定能发生光电效应 C．增大紫光的强度，逸出的光电子的最大初动能变大 D．光电效应揭示了光具有粒子性 【答案】D 【详解】A．紫光照射到感光元件上后，电子从感光元件逸出，所以感光元件带正电，故A错误； B．紫光照射到感光元件上发生光电效应，由于绿光频率小于紫光频率，所以绿光照射到感光元件上不一定能发生光电效应，故B错误； C．根据光电效应方程可知，增大紫光的强度，逸出的光电子的最大初动能不变，故C错误； D．光电效应需用光子能量量子化解释，揭示了光具有粒子性，故D正确。 故选D。 7．下列说法正确的是（　　） A．电子、质子等实物粒子也具有波动性 B．在康普顿效应中，散射的光子波长变短，光子的能量增大 C．为了解释光电效应现象，普朗克提出了光子说 D．为了解释黑体辐射现象，爱因斯坦第一次提出了能量量子化的观点 【答案】A 【详解】A．电子、质子等实物粒子具有波动性是德布罗意物质波理论的核心内容，故A正确； B．康普顿效应中，光子与电子碰撞后能量减少，波长变长，故B错误； C．普朗克提出能量量子化解释黑体辐射，而爱因斯坦提出光子说解释光电效应，故C错误； D．普朗克首次提出能量量子化观点以解释黑体辐射，不是爱因斯坦第一次提出了能量量子化的观点，故D错误。 故选A。 8．关于光的波粒二象性，下列说法中不正确的是 A．波粒二象性指光有时表现为波动性，有时表现为粒子性 B．个别光子易表现出粒子性，大量光子易表现出波动性 C．能量较大的光子其波动性越显著 D．光波频率越高，粒子性越明显 【答案】C 【详解】A．光的波粒二象性是指光波同时具有波和粒子的双重性质，但有时表现为波动性，有时表现为粒子性，故A正确； B．个别光子易表现出粒子性，大量光子易表现出波动性，故B正确； C．能量较大的光子频率较大，则其粒子性越显著，故C错误； D．光波频率越高，粒子性越明显，故D正确。 本题选不正确的，故选C。 9．下列关于放射性元素及衰变的说法正确的是（　　） A．β衰变的实质在于原子核内的中子转化成一个质子和一个电子 B．在一定条件下，原子核内的一个中子和一个质子会结合起来形成α粒子 C．原子核在发生β衰变时产生的新核由低能级向高能级跃迁，可放出γ射线 D．一种元素的各种同位素具有不同的化学性质 【答案】A 【详解】A．β衰变的实质是原子核内的一个中子转化为一个质子和一个电子，故A正确； B．α粒子是氦核（含2个质子和2个中子），而一个中子和一个质子结合只能形成氘核（），无法形成α粒子，故B错误； C．γ射线是原子核从高能级跃迁到低能级时释放的。若新核从低能级向高能级跃迁，需吸收能量而非释放，故C错误； D．同位素的化学性质由核外电子决定，而同位素的质子数相同，因此化学性质相同，故D错误。 故选A。 二、多选题 10．光电子能谱仪是利用光照射材料表面激发出光电子，并对光电子进行分析的科研仪器。用某一频率的红光照射某种金属材料表面，逸出了光电子，若改用光的强度完全相同的绿光照射该金属，则（　　） A．没有光电子逸出 B．逸出的光电子最大初动能增大 C．单位时间逸出的光电子数减少 D．单位时间逸出的光电子数不变 【答案】BC 【详解】A．已知红光的频率小于绿光，当红光照射某种金属材料表面有光电子逸出，则绿光一定能使光电子逸出，A错误； B．根据 可知当光的频率增大时，光电子的最大初动能也变大，B正确； CD．光强相同，绿光光子数更少，逸出的光电子数减少，C正确，D错误。 故选BC。 11．某同学做双缝干涉实验时，先用单色光照射间距的双缝，测得相邻亮条纹的间距为，第二次换为间距的双缝，并用单色光照射，测得相邻亮条纹的间距也为，实验的其他条件不变，下列说法正确的是（　　） A．光的频率高于光的频率 B．若光是蓝光，则光可能是黄光 C．在同一介质中光的传播速度大于光的传播速度 D．光光子的能量小于光光子的能量 【答案】CD 【详解】AB．根据双缝干涉条纹间距公式 两次实验的相同，且其他条件（如双缝到屏的距离 ）不变，可得在双缝间距变窄的情况下单色光的波长变短，即，根据，可得单色光的频率变大，即，因为蓝光比黄光的频率高，故AB错误； C．在同一介质中，频率越高，折射率越大，故单色光的折射率小，根据 可得单色光的传播速度大于光的传播速度，故C正确； D．根据光子能量公式，光光子的能量小于光光子的能量，故D正确。 故选CD。 12．下列实验中，能证明光具有粒子性的是（ ） A．光电效应实验 B．光的双缝干涉实验 C．光的圆孔衍射实验 D．康普顿效应实验 【答案】AD 【详解】A．光电效应说明光具有粒子性，故A正确； B．光的干涉和衍射是波特有的现象，不能说明粒子性，故B错误； C．衍射是波特有的现象，不能说明粒子性，故C错误； D．康普顿效应能说明光具有粒子性，故D正确． 轻松学物理 1 学科网（北京）股份有限公司 $$