第六章 第五节 量子化现象(课件PPT)-【步步高】2024-2025学年高一物理必修第三册学习笔记（粤教版）

该高中物理课件围绕电磁波、能量子假说、光电效应、光的波粒二象性及玻尔原子理论展开，从麦克斯韦预言到赫兹实验验证，再到量子理论构建，搭建从经典电磁学到微观量子观的认知支架。 其亮点在于以实验为基础（如赫兹捕捉电磁波、光电效应规律），通过“讨论与交流”驱动科学探究，结合习题强化能量量子化等物理观念，培养科学思维中的模型建构与推理能力，助力学生深化理解，教师高效教学。

DILIUZHANG 第六章 第五节　量子化现象 1 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(重点)。 3.知道爱因斯坦光子假说，知道光子能量的表达式(重点)。 4.知道光具有波粒二象性。 5.了解原子的能级结构。 学习目标 2 一、光是一种电磁波 二、能量子假说　光子假说 课时对点练 三、光的波粒二象性 内容索引 四、原子结构的玻尔理论 3 光是一种电磁波 一 4 1.麦克斯韦的预言 (1)19世纪60年代，麦克斯韦建立了电磁场理论，并预言电磁波的存在。 (2)麦克斯韦从理论上推算出电磁波在真空中传播的速度与光的速度十分接近，他认为光与电磁波的_________是一致的，即_______________。 物理本质 光是一种电磁波 2.赫兹的实验 赫兹实验装置如图所示，赫兹观察到：当电极A、B上的两个金属球间有火花跳过时，导线环两个小球间也跳过火花。据此实验，赫兹在人类历史上首次捕捉到了电磁波。 赫兹的实验证实了电磁波的存在，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，还证明了电磁波的速度和光速相等，证实了麦克斯韦关于光的电磁理论。 为什么说光是一种电磁波？ 讨论与交流 答案　光速与电磁波在真空中传播的速度一致；光和电磁波的传播都不需要介质；光和电磁波一样，都能发生反射、折射、干涉、衍射等现象。 返回 能量子假说　光子假说 二 8 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_______，大小ε＝____。 3.普朗克常量：h＝6.63×10－34 J·s。 说明：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。 全部 能量子 hν 4.光电效应 (1)定义：当光照射在金属上时，有时会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______，频率低于某一数值时，不产生光电子。 5.爱因斯坦的光子说：光的能量不是连续的，而是一份一份的，每一份叫作_______，简称_____。光子的能量与它的频率成正比，即ε＝____。 越大 光量子 光子 hν 　(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是连续的 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 例1 √ √ 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最小能量值的整数倍，A错误，B正确； 最小能量值ε＝hν，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 例2 √ √ √ 根据爱因斯坦光子说，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。 返回 光的波粒二象性 三 15 1.光子说能够成功地解释光电效应，说明光具有_______。 2.光能发生干涉、衍射，说明光具有_______。 3.光子说中光子能量公式ε＝hν。其中ν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。光的这种既具有波动性，又具有粒子性的性质称为_______________。 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。 粒子性 波动性 光的波粒二象性 　(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 例3 √ √ 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。 　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 例4 √ 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 原子结构的玻尔理论 四 20 1.轨道量子化：电子轨道半径是量子化的，电子只能在某些___________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_______的能量值叫能级。 3.原子从高能级向低能级跃迁时辐射光子，光子的能量等于前后两个能级之差。辐射的光子的能量是分立的，所以原子的发射光谱是一些分立的亮线。 特定的轨道 量子化 　(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5 √ √ 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hν＝E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。 返回 课时对点练 五 24 考点一　能量子与光子假说 1.(多选)(2023·阳江市高二学业考试)下列说法正确的是 A.一切物体都在辐射电磁波 B.一般物体辐射电磁波的情况只与温度有关 C.黑体的热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 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 基础对点练 √ √ 根据热辐射定义可知，一切物体都在辐射电磁波，A正确； 一般物体辐射电磁波的情况除与温度有关外，还与材料种类和表面状况有关，而黑体辐射只与黑体的温度有关，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。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 2.物理学家普朗克在研究黑体辐射时提出了一个大胆的假说，即能量子假说，关于能量子假说，下列说法不正确的是 A.物质发射(或吸收)能量时，能量不是连续的，而是一份一份进行的 B.能量子假说中将每一份能量单位，称为“能量子” C.能量子假说中的能量子的能量ε＝hν，ν为电磁波的振动频率，h为普朗 克常量 D.能量子假说认为能量是连续的，是不可分割的 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 能量子假说认为，物质发射(或吸收)能量时，能量不连续，是一份一份进行的，每一份能量单位，称为“能量子”，A、B正确，D错误； 能量子的能量ε＝hν，其中ν为电磁波的振动的频率，h为普朗克常量，C正确。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 3.(多选)(2023·阳江市高二校考学业考试)以下宏观概念中，哪些是“量子化”的 A.物体的带电荷量 B.物体的质量 C.物体的动量 D.学生的个数 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 √ 物体的带电荷量只能是元电荷的整数倍，所以物体的带电荷量是量子化的，A正确； 物体的质量的数值可以取小数或分数，甚至取无理数也可以，因而是连续的，非量子化的，B错误； 物体的动量的数值可以取小数或分数，甚至取无理数也可以，因而是连续的，非量子化的，C错误； 学生的人数的数值和微观粒子的数量只能取正整数不能取分数或小数，因而是不连续的，是量子化的，D正确。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 4.太阳光是由不同颜色的光混合而成的，不同颜色的光频率不同，已知红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫七种色光的频率依次增加，那么，按照普朗克的能量子假设，一个能量子的能量ε最小的是 A.红光 B.紫光 C.都一样 D.无法确定 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 七种色光中红光的频率最小，由ε＝hν可知A正确。 5.关于能量量子化，下列说法正确的是 A.能量子假设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 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 能量子假设最早是由普朗克提出的，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； 根据ε＝hν＝ ，可知，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，而它的观点是正确的，故D错误。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 考点二　光的波粒二象性 6.(多选)下列说法正确的是 A.光电效应实验中，光电子获得光子能量hν后直接从金属表面逸出，不 需做任何功 B.发生光电效应时，入射光的频率越高，光电子逸出时最大动能越大 C.无论入射光的频率大小如何，只要光足够强，就能发生光电效应 D.用光子假说可以很好的解释光电效应 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 √ 7.(多选)(2023·华中师范大学海丰附属中学高二月考)对光的认识，下列说法中正确的是 A.个别光子的行为往往表现出粒子性，大量光子的行为往往表现出波动性 B.光的波动性是光子本身的一种属性，不是光子之间的相互作用引起的 C.光表现出波动性时，就不具有粒子性了；光表现出粒子性时，就不再 具有波动性了 D.光的波粒二象性应理解为：在某种场合下光的波动性表现得明显，在 另外的某种场合下，光的粒子性表现得明显 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 √ √ 大量光子的行为往往表现出波动性，个别光子的行为往往表现出粒子性，故A正确； 波粒二象性是光的根本属性，与光子之间的相互作用无关，故B正确； 光的波粒二象性是指光既具有波动性又有粒子性，少量粒子体现粒子性，大量粒子体现波动性，故C错误，D正确。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 考点三　原子结构的玻尔理论 8.(多选)关于氢原子结构的玻尔理论，下列说法正确的是 A.电子绕核运动的轨道半径是可以连续变化的 B.电子绕核运动时的能量是不连续的，只能是一些特定值 C.只有当电子在不同轨道之间跃迁时，才辐射光子 D.玻尔理论由于没有彻底挣脱经典物理学理论的束缚，其本身仍存在不 可克服的缺点 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 √ √ 9.2020年12月我国科学家在量子计算领域取得了重大成果，构建了一台76个光子100个模式的量子计算机“九章”，它处理“高斯玻色取样”的速度比目前最快的超级计算机“富岳”快一百万亿倍。关于量子，下列说法正确的是 A.是计算机运算的一种程序 B.表示运算速度的一个单位 C.表示微观世界的不连续性观念 D.类似于质子、中子的微观粒子 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 能力综合练 量子是不可分割的最小的单元，体现了物质的不连续性，即通常所说的“量子化”，故选C。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 10.两束能量相同的色光，都垂直地照射到物体表面，第一束光在某段时间内打在物体上的光子数与第二束光在相同时间内打在物体表面上的光子数之比为4∶5，已知c＝λν，则这两束光的光子能量和波长之比为 A.4∶5　4∶5 B.5∶4　4∶5 C.5∶4　5∶4 D.4∶5　5∶4 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 11.可见光波长的大致范围是400～760 nm。已知普朗克常量h＝6.63× 10－34 J·s，光速c＝3×108 m/s，则波长为400 nm、760 nm的可见光发生电磁辐射的能量子ε的值分别是多少？(结果保留3位有效数字) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 答案　4.97×10－19 J　2.62×10－19 J 波长为760 nm的可见光发生电磁辐射的能量子为 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 返回 BENKEJIESHU 本课结束 由E＝nε知，能量相同时n与ε成反比，所以光子能量比为5∶4；又根据ε＝hν＝h，所以波长之比为4∶5，B正确。 由能量子ε＝hν＝h得，波长为400 nm的可见光发生电磁辐射的能量子为 ε1＝h＝ J≈4.97×10－19 J ε2＝h＝ J≈2.62×10－19 J。 $