搜索
第五章经典力学与物理学革命第三节量子化现象第四节物理学——人类文明进步的阶梯第五章经典力学与物理学革命1.初步了解微观世界中的量子化现象．知道量子论的主要内容．2.了解光电效应、原子能量的不连续性及光的波粒二象性．3.知道量子论的建立对人类认识世界和科技发展的重要影响．4.了解物理学对人类文明进步的影响．一、黑体辐射：能量子假说的提出1.黑体辐射(1)黑体：如果一个物体能够吸收照射到它上面的_____________而无反射，这种物体就是黑体．(2)黑体辐射：黑体发出的电磁辐射．全部辐射2.能量子假说(1)能量子①提出的目的：_____________为了克服经典物理学对黑体辐射现象解释的困难而提出的．②含义：物质发射(或吸收)能量时，能量不是_____________，而是_____________地进行的，每一份就是一个最小的能量单位．这个不可再分的最小的能量单位称为“能量子”．普朗克连续的一份一份③能量子的能量ε＝____．即能量子的能量在数值上等于辐射的频率ν和一个常数h的乘积．h是普朗克常量，h＝6.63×10－34J·s.(2)能量的量子化是指在微观领域中能量的不连续变化，即只能取_____________的现象．hν分立值普朗克认为能量是量子化的，为什么我们感觉物体温度的变化是连续的？提示：普朗克常量h非常小，对于宏观物体可认为趋近于零，量子化特征显示不出来，通常我们观测不到量子化特征，所以对物体温度的变化，会感觉是连续的．二、光子说：对光电效应的解释1.光子说概述：爱因斯坦于_________年提出光子说．光在传播过程中，也是_____________的．它由数值分立的能量子组成．爱因斯坦称这些能量子为光量子，也称为“光子”．一个光子的能量为E＝hν，ν为光的频率，h为普朗克常量．1905不连续2.光电效应定义：当紫外线这一类波长较短的光照射金属表面时，金属便有_____________逸出，这种现象称为光电效应．从金属表面逸出的电子称为_____________．3.光子说对光电效应的解释(1)光照射到金属表面上，一个光子的能量被金属中某个电子吸收，电子吸收光子后，能量增加，若能量足够大，电子能克服原子核对它的束缚，离开金属表面，成为光电子．(2)光电效应现象说明光具有_____________．电子光电子粒子性1．(1)光电效应中逸出的光电子与普通电子相同．()(2)光电效应中电子吸收光子的能量可以累加．()提示：(1)√(2)×三、光的波粒二象性：光的本性揭示1.爱因斯坦的光子说成功地解释了光电效应，说明光具有_____________，而在此之前，人们所观察到光的干涉、衍射、偏振等实验事实，清楚地显示光具有_____________，光既具有波动性又具有粒子性，也就是光具有_____________．粒子性波动性波粒二象性2.在宏观上大量光子表现为波动性，在微观上个别光子与其他物质产生作用时往往表现为粒子性．波粒二象性揭示了光的本性．2．(1)光既不是经典意义上的波，也不是经典意义上的粒子．()(2)光子说并未否定电磁说．()提示：(1)√(2)√四、原子光谱：原子能量的不连续1.原子光谱按照经典理论，能量是连续变化的，由此氢原子发光的光谱就应该是包含一切频率的连续谱，而事实上氢原子光谱是由一系列_____________的亮线组成的_____________．2.原子光谱的解释(1)原子只能处于一系列_____________的能量状态中．(2)当原子从一种能量状态变化到另一种能量状态时，会辐射(或吸收)一定频率的光子，所辐射(或吸收)的光子的能量是_____________的．不连续线状谱不连续不连续五、物理学与自然科学——人类文明进步的基石物理学是_____________的基础之一，物理学的研究成果和研究方法，在自然科学的各个领域都起着重要的作用．六、物理学与现代技术——人类文明进步的推动力物理学的发展推动了科学技术的高速发展．几乎所有重大的新技术领域，都是在物理学中经过了长期的酝酿，在_____________和_____________取得突破，继而转化为技术成果的．自然科学理论上实验上对光电效应的解释1.光子说：爱因斯坦认为，光在传播过程中，是不连续的，它由数值分立的能量子组成，这些能量子叫光量子，也称“光子”，光就是以光速c运动着的光子流，每个光子的能量E＝hν＝hcλ.2.用光子说解释光电效应的规律当光子照射到金属表面上时，它的能量可以被金属中的某个电子全部吸收，电子吸收光子的能量后，动能立刻增加，不需要积累能量的过程．这就是光电效应的发生用时极短的原因．只有能量足够大，即频率ν足够大的光子照射在金属上，才能使电子获得足够大的动能，克服金属原子核对它的束缚从金属表面飞离出来成为光电子，这就说明发生光电效应入射光的频率必须足够大，而不是光足够强．电子吸收光子的能量后可能向各个方向运动，有的向金属内部运动，并不出来．向金属表面运动的电子，经过的路程不同，途中损失的能量也不同．唯独金属表面上的电子，只要克服金属原子核的引力做功，就能从金属中逸出，这个功叫逸出功，这些光电子的动能最大，叫最大初动能．金属中的每个电子对光子能量的吸收不是连续累加的，它只能吸收一个光子的能量，因此只有达到一定频率的光子照射才有光电效应产生．某单色光照射金属时不会产生光电效应，下列措施中可能使该金属产生光电效应的是()A．延长光照时间B．增大光的强度C．换用波长较短的光照射D．换用频率较低的光照射[解析]要产生光电效应，入射光的频率必须大于该金属的极限频率，波长越短的光频率越高，当高于极限频率时就能产生光电效应，故C正确．[答案]C(1)能否产生光电效应与光的强度和光照时间无关．(2)光电效应能否产生取决于入射光的频率大小．1.(多选)在光电效应实验中，下列结果正确的是()A．如果入射光比较弱，只有照射的时间足够长，才会产生光电效应B．当入射光的频率增大为原来的两倍时，单位时间内逸出光电子的数量也增大为原来的两倍C．当入射光的波长增大为原来的两倍时，可能不产生光电效应D．当入射光的强度增大为原来的两倍时，单位时间内逸出光电子的数量也增大为原来的两倍解析：选CD.只有入射光的频率足够大时，才能产生光电效应，A错误，C正确；逸出的光电子数目与入射的光子数成正比，与光的频率无关，B错误；入射光的强度增大为原来的两倍时，单位时间内入射的光子数也增大为原来的两倍，单位时间内逸出的光电子数也增大为原来的两倍，D正确．对光的波粒二象性的理解1.光电效应说明光具有粒子性，光的干涉、衍射等实验事实，显示光具有波动性，大量实验事实表明，光既具有波动性又具有粒子性．2.光具有波粒二象性，但在不同情况下表现不同．在宏观上，大量光子传播往往表现为波动性；在微观上，个别光子在与其他物质产生作用时，往往表现为粒子性．3.光的粒子性不同于宏观观念中的粒子，粒子性的含义是“不连续”的，“一份一份”的．光的波动性也不同于宏观观念中的波，波动规律决定光子在某点出现的概率，是一种概率波．(1)光的粒子性不同于牛顿的“微粒说”．(2)光的波动性不是光子之间相互作用的结果，而是光子本身的一种属性．下列对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．光子与电子是同样一种粒子，光波与机械波是同样一种波C．光的波动性是由于光子间的相互作用而形成的D．光是一种波，同时也是一种粒子．光子说并未否定电磁说，在光子能量ε＝hν中，频率ν仍表示的是波的特征[解析]光是一种波，同时也是一种粒子，光具有波粒二象性．当光和物质作用时，是一份一份的，表现出粒子性；单个光子通过双缝后的落点无法预测，但大量光子通过双缝后在空间各点出现的可能性可以用波动规律描述，表现出波动性．粒子性和波动性是光子本身的一种属性，光子说并未否定电磁说．[答案]D光既不是经典意义上的波，也不是经典意义上的粒子，光的波粒二象性是光的固有属性，不是光子间相互作用形成的，光子在空间出现的位置不能确定，只能确定在该点附近出现的概率，而概率服从波动规律．2.(多选)对光的认识，以下说法正确的是()A．个别光子的行为表现为粒子性，大量光子的行为表现出波动性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明显，在另外某种场合下，光的粒子性表现明显解析：选ABD.个别光子的行为表现出粒子性，大量光子的行为表现出波动性；光与物质相互作用时表现出粒子性，光的传播规律表现出波动性，光的波动性和粒子性都是光的本质属性，光的波动性表现明显时仍具有粒子属性，因为波动性表现为粒子分布概率，光的粒子性表现明显时仍具有波动性，因为大量粒子的个别行为呈现出波动规律，故A、B、D正确，C错误．方法技巧——光子能量的有关计算人眼对绿光最为敏感，正常人的眼睛接收到波长为530nm的绿光时，只要每秒有6个绿光的光子射入瞳孔，眼睛就能察觉．普朗克常量为6.63×10－34J·s，光速为3.0×108m/s，则人眼能察觉到绿光时所接收的最小功率是多少？[思路点拨]解答本题时应把握以下两点：(1)每个光子的能量ε＝hν.(2)波长、波速、频率关系ν＝cλ.[解析]因每秒有6个绿光的光子射入瞳孔，所以察觉到绿光所接收的最小功率P＝Et，式中E＝6ε，又ε＝hν＝hcλ可解得P＝6×6.63×10－34×3×108530×10－9W＝2.3×10－18W.[答案]2.3×10－18W能量子的值非常小，在宏观世界里一般观测不到能量子的效应，可近似认为能量是连续的，因此经典物理学能很好地解释宏观世界的运动规律，但当人们的视野深入到原子以下的微观世界中时，就必须考虑能量的量子化．光子的能量是ε＝hν，在很多问题中都要用到能量守恒观点解决光子能量问题．