第六章 第五节 量子化现象（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（粤教版）

本高中物理讲义聚焦量子化现象核心知识点，以光的电磁波本质为起点，通过麦克斯韦理论与赫兹实验建立基础，衔接普朗克能量子假说、爱因斯坦光子说及光电效应解释，进而阐述光的波粒二象性，最终延伸至玻尔原子能级结构，构建完整知识脉络。 资料设计注重科学思维与科学探究，通过例题解析能量子、光子说等概念，强化科学推理与论证，设置问题引导学生思考光的电磁波本质，培养探究能力。课中辅助教师清晰授课，课后课时对点练帮助学生巩固知识，查漏补缺，提升物理观念与科学素养。

第五节　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(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。 一、光是一种电磁波 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物理本质是一致的，即光是一种电磁波。 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？ 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。 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，大小ε=hν。 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。 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，光电子动能越大，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，每一份叫作光量子，简称光子。光子的能量与它的频率成正比，即ε=hν。 例1　(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 答案　BC 解析　由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。 例2　(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。 三、光的波粒二象性 1.光子说能够成功地解释光电效应，说明光具有粒子性。 2.光能发生干涉、衍射，说明光具有波动性。 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光的波粒二象性。 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。 例3　(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 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。 例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 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。 四、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。 3.原子从高能态向低能态跃迁时辐射光子，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。 例5　(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.原子从低能态向高能态跃迁时放出光子 C.原子从高能态向低能态跃迁时放出光子，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，原子从高能态会自发地向低能态跃迁，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。 课时对点练 [分值：60分] 　[1~8题，每题4分] 1.光的能量是不连续的，后来我们把其中的一份称为(　　) A.电子 B.中微子 C.质子 D.光子 答案　D 解析　光的能量是不连续的，后来我们把其中的一份称为光的能量子，简称光子。故选D。 2.(多选)(2024·广州市高二期末改编)下列有关电磁场和电磁波的说法正确的是(　　) A.变化的磁场周围一定存在着电场 B.只要空间某处的电场或磁场发生变化，就会在其周围产生电磁波 C.电磁波传播过程中，电场和磁场是独立存在的，没有关联 D.恒定的磁场不产生电场 答案　AD 解析　根据麦克斯韦电磁场理论可知，变化的磁场周围一定存在着电场，故A正确；如果空间某处的电场或磁场是均匀变化的，则只会产生稳定的磁场或电场，并不会产生电磁波，故B错误；电磁波传播过程中，电场激发磁场，磁场激发电场，两者是相互关联的，故C错误；恒定的磁场不产生电场。 3.(多选)在电磁波谱中，下列说法正确的是(　　) A.各种电磁波有明显的频率和波长区域界限 B.γ射线的频率一定小于X射线的频率 C.X射线的波长有可能等于紫外线波长 D.可见光波长一定比无线电波波长短 答案　CD 解析　X射线和γ射线、X射线和紫外线有一部分频率重叠，界限不明显，故A、B错误，C正确；可见光波长一定比无线电波波长短，故D正确。 4.(多选)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 答案　ABC 解析　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。 5.(多选)(2024·江门市高二检测)电磁波在日常生活和生产中有大量应用，下列说法正确的是(　　) A.控制电视、空调的遥控器是利用了红光 B.机场、车站用来检查旅客行李包的透视仪利用了X射线 C.手机通话使用的电磁波是无线电波 D.汽车厂造出的新车喷漆后进入烘干车间烘干利用了红外线 答案　BCD 解析　控制电视、空调的遥控器使用的是红外线，不是红光，A错误； 机场、车站用来检查旅客行李包的透视仪利用了X射线，B正确； 手机通话使用的电磁波是无线电波，C正确； 红外线具有典型的热效应，所以汽车厂造出的新车喷漆后进入烘干车间烘干利用了红外线，D正确。 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地解释光电效应 答案　BD 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 答案　ABD 解析　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具有粒子性，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。 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 答案　BCD 　[9~11题，每题6分] 9.(2025·佛山市高二期中)关于电磁波，下列说法正确的是(　　) A.恒定的电场能产生磁场 B.电磁波在水中不能传播 C.只有周期性变化的电场和磁场相互激发才能形成电磁波 D.微波沿曲线传播 答案　C 解析　变化的电场能产生磁场，恒定的电场不能产生磁场，故A错误；电磁波在水中可以传播，故B错误；只有周期性变化的电场和磁场相互激发才能形成电磁波，故C正确；微波属于电磁波，沿直线传播，故D错误。 10.(多选)下列能说明电磁波具有能量的是(　　) A.可见光射入人的眼睛，人看到物体 B.放在红外线区域的温度计升温很慢 C.电台发射的电磁波在收音机的天线里感应出了电流 D.γ射线的穿透能力强，可用于探测金属部件内部的缺陷 答案　ACD 解析　人眼看到物体，说明人眼感受到了可见光的能量，A项正确；红外线具有热效应，会使放在该区域的温度计升温很快，说明红外线具有能量，B项错误；电台发射的电磁波在收音机的天线里感应出了电流，电流的能量来源于电磁波，C项正确；γ射线的穿透能力强，说明γ射线具有很高的能量，D项正确。 11.两束能量相同的色光，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 答案　B 解析　由E=nε知，能量相同时n与ε成反比，所以光子能量之比为5∶4；又根据ε=hν=h，所以波长之比为4∶5，B正确。 12.(10分)波长为50~100 m的无线电波可通过电离层的反射向远处传播，这些无线电波的频率范围是多大？若传到相隔1 500 km的远处至少需要多长时间(已知光速c=3×108 m/s)？ 答案　3×106~6×106 Hz　5×10-3 s 解析　由c=λf得， f1== Hz=6×106 Hz， f2== Hz=3×106 Hz， 所以频率范围为3×106~6×106 Hz 由s=ct可得 t== s=5×10-3 s。 学科网（北京）股份有限公司 $