第三章 5 微观世界的量子化（配套教参Word）-【步步高】2025-2026学年高二物理必修第三册学习笔记（教科版）

本讲义聚焦微观世界的量子化核心知识点，系统梳理波粒二象性（含光本性认识发展、光与实物粒子的波粒二象性）和能量量子化（能量子概念、能级及跃迁、原子光谱特征），构建从经典物理到量子物理的认知支架。 该资料以历史发展为脉络呈现概念，通过例题（如例2结合衍射与光电效应证明波粒二象性）和课时对点练，培养科学思维中的科学推理与科学论证能力。课中辅助教师突破重点，课后助力学生巩固知识、查漏补缺，落实物理观念与科学态度的培养。

5　微观世界的量子化 [学习目标]　1.理解波粒二象性(重点)。2.初步了解微观世界的量子化特征。3.知道能量量子化的含义和能级的概念(重点)。 一、波粒二象性 1.对光本性的认识 (1)在17世纪，牛顿主张微粒说，即光是很小的高速运动的粒子流。 (2)惠更斯认为光是一种波，19世纪初，光的干涉和衍射现象说明光是一种波。 (3)麦克斯韦进一步说明光是一种电磁波。 (4)光电效应等现象说明光具有粒子性，爱因斯坦为了解释光电效应现象提出光子说。他认为在空间传播的光是不连续的，而是一份一份的，每一份叫作一个光量子，简称光子。 2.波粒二象性 (1)光的波粒二象性：光既具有波动性，又具有粒子性，可以说光既是电磁波，也是光子流，它是具有“波粒二象性”的电磁性物质。 (2)实物粒子的波粒二象性 实验证明电子、质子等实物粒子同样具有波动性，宏观物体的波动性我们检测不到。 例1　(多选)(2024·攀枝花市高二期末)对光的波粒二象性的理解，正确的是(　　) A.一切粒子的运动都具有波粒二象性 B.波粒二象性就是微粒说与波动说的统一 C.大量光子往往表现出波动性，少量光子往往表现出粒子性 D.凡是光的现象，都可用光的波动性去解释，也可用光的粒子性去解释 答案　AC 解析　一切粒子的运动都具有波粒二象性，故A正确；波粒二象性是粒子性和波动性的统一，不是微粒说与波动说的统一，故B错误；光子数量多时，波动性强，往往表现出波动性，光子数量少时，粒子性强，往往表现出粒子性，故C正确；光的波动性和粒子性是光在不同条件下的具体表现，比如光电效应现象是光的粒子性的体现，光的干涉、衍射是光的波动性的体现，故D错误。 例2　如图所示，当弧光灯发出的光经一狭缝后，在锌板上形成明暗相间的条纹，同时与锌板相连的验电器铝箔有张角，则该实验(　　) A.只能证明光具有波动性 B.只能证明光具有粒子性 C.只能证明光能够发生干涉 D.可以证明光具有波粒二象性 答案　D 解析　弧光灯发出的光经一狭缝后，在锌板上形成明暗相间的条纹，说明光在通过狭缝后发生了衍射，而发生衍射现象是波动特有的现象，则可说明光具有波动性；另外，当光照射到锌板上后，与锌板相连的验电器铝箔有张角，说明锌板在光的照射下，吸收了光子，使其核外电子发生电离从而逸出，即锌板发生了光电效应，失去电子后带正电，将与之相连的铝箔上的负电荷吸引过来后铝箔就带上了正电，因此铝箔出现张角，而发生光电效应恰恰说明光具有粒子性，因此该实验可以证明光具有波粒二象性。故选D。 二、能量量子化 1.能量量子化 (1)能量子 ①概念：普朗克发现电磁波的发射和吸收是不连续的，把每一份的能量叫能量子。 ②大小：ε=hν，其中h=6.626×10-34 J·s，称为普朗克常量，ν为波的频率。 (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.能级 (1)能级：原子的能量是量子化的，即一系列不连续的值，这些不连续的、量子化的能量值叫作能级。原子处于的能量最低的状态叫作基态，其他的状态叫作激发态。 (2)能级之间的跃迁：处于低能级的原子受到高速运动的电子的撞击，有可能跃迁到能量较高的状态，处于高能级的原子是不稳定的，会自发地向能量较低的能级跃迁，放出光子。 (3)原子的光谱 ①光谱特征 氢原子的光谱只有一些分立的亮线。 ②光谱分立的原因 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，因为原子的能级是分立的，所以放出的光子的能量也是分立的。 例3　(多选)(2024·泸州市高二期中)下列关于能量量子化的说法正确的是(已知普朗克常量为h)(　　) A.普朗克最早提出了能量量子化假说 B.电磁波波长越长，其能量子越大 C.爱因斯坦认为微观粒子能量是连续的 D.频率为ν的光的能量子为hν 答案　AD 解析　普朗克最早提出了能量量子化假说，爱因斯坦认为微观粒子能量是不连续的，故A正确，C错误；频率为ν的光的能量子为hν，电磁波波长越长，其频率越小，能量子越小，故B错误，D正确。 例4　(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A、B错误，C、D正确。 针对训练　(多选)(2024·德阳市高二期末)关于原子的能级跃迁，下列说法正确的是(　　) A.原子从低能级跃迁到高能级要放出光子，放出光子的能量等于原子在始、末两个能级的能量差 B.原子不能从低能级向高能级跃迁 C.原子吸收光子后从低能级向高能级跃迁，放出光子后从较高能级跃迁到较低能级 D.原子跃迁时无论是吸收光子还是放出光子，光子的能量都等于始、末两个能级的能量差的绝对值 答案　CD 课时对点练 [分值：50分] [1、2、4、5题，每题5分] 考点一　能量子 1.(2024·绵阳市高二期中)普朗克将“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.物体的动能 D.物体的长度 答案　A 解析　依据普朗克量子化观点，能量是不连续的，是一份一份地变化的，属于“不连续的，一份一份”的概念的是A选项，故A正确，B、C、D错误。 题点　普朗克能量子假说 2.电磁波为信息的传播“插上了翅膀”。广播、电视、移动通信等通信方式，使古代人“顺风耳、千里眼”的梦想变成了现实，下列说法正确的是(　　) A.麦克斯韦提出，变化的磁场一定产生变化的电场 B.电磁波是一种物质，具有能量，且能量是量子化的 C.赫兹提出能量量子化假说，认为光是由一个个不可分割的能量子组成的 D.电磁波的频率越高，其能量子的能量越大，在真空中传播的速度越大 答案　B 解析　根据麦克斯韦电磁场理论，周期性变化的磁场产生同频率周期性变化的电场，均匀变化的磁场产生恒定的电场，即变化的磁场不一定产生变化的电场，故A错误；电磁波是物质的一种特殊的形态，电磁波具有能量，且能量是量子化的，故B正确；普朗克提出能量量子化假说，爱因斯坦认为光是由一个个不可分割的能量子组成的，故C错误；根据ε=hν可知，电磁波的频率越高，其能量子的能量越大，但在真空中传播的速度一定，始终等于光速c，故D错误。 题点　能量子的计算　普朗克能量子假说 3.(14分)(2024·广元市高二期末)已知普朗克常量h=6.626×10-34 J·s，对应于7.4×10-19 J的能量子，其电磁辐射的频率是多少？(计算结果保留三位有效数字) 答案　1.12×1015 Hz 解析　根据公式ε=hν得ν== Hz≈1.12×1015 Hz。 题点　能量子的计算 考点二　能级 4.(2024·遂宁市高二期中)仔细观察氢原子的光谱，发现它只有几条分立的亮线，其原因是(　　) A.氢原子只有几个能级 B.氢原子只能发出平行光 C.氢原子有时发光，有时不发光 D.氢原子辐射的光子的能量是不连续的，所以对应的光的频率也是不连续的 答案　D 解析　光谱中的亮线对应不同频率的光子，“分立的亮线”对应着不同频率的光子。氢原子在不同的能级之间跃迁时，辐射不同能量的光子，并且满足ε=hν。能量不同，对应光子频率不同，体现在光谱是一些分立亮线，所以D正确。 5.一个氢原子从较高能级跃迁到较低能级，该氢原子(　　) A.放出光子，能量增加 B.放出光子，能量减少 C.吸收光子，能量增加 D.吸收光子，能量减少 答案　B 解析　由原子的能级跃迁规律知，氢原子从高能级跃迁到低能级时，辐射一定频率的光子，氢原子能量减少，光子的能量由这两个能级的能量差决定，故选B。 题点　原子的能级 [6、7题，每题8分] 6.(多选)下列说法正确的是(　　) A.微观粒子的能量变化是跳跃式的 B.能量子与电磁波的频率成正比 C.红光的能量子比绿光的大 D.电磁波波长越长，其能量子越大 答案　AB 解析　微观粒子的能量变化是跳跃式的，选项A正确；由ε=hν可知，能量子与电磁波的频率成正比，选项B正确；红光的频率比绿光的小，由ε=hν可知，红光的能量子比绿光的小，选项C错误；电磁波波长越长，其频率越小，能量子越小，选项D错误。 题点　能量子的计算 7.(多选)下列关于氢原子光谱和能级的说法正确的是(　　) A.氢原子光谱中的亮线是由于氢原子从高能级向低能级跃迁时释放出光子形成的 B.氢原子光谱不是连续的，是一些分立的亮线，说明了氢原子的能级是量子化的 C.原子能级越高，原子越稳定 D.原子从高能级向低能级跃迁会放出光子，光子能量等于两个能级之差 答案　ABD 学科网（北京）股份有限公司 $