高中物理第6章相对论与量子论初步第2节量子世界课件鲁科鲁科高一物理课件

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1．(1)首先提出量子理论的科学家是爱因斯坦．( ) (2)一个量子就是组成物质的最小微粒，如原子、分子．( ) (3)在空间传播的光不是连续的，而是一份一份的．( ) 提示：(1)× (2)× (3)√
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三、物质的波粒二象性 1．物理学史 (1) 光 的 微 粒 说 的 创 始 人 是牛__顿_(_ni_úd_ù_n)______ ， 可 以 解 释 光_的_反__射__(f_ǎn_sh_è_) ___、光__的__颜_色__(_yá_n_sè_) __等． (2)光的波动说的代表人物是___惠__更__斯______． (3) 光 量 子 假 设 的 提 出 者 是 _____爱__因__斯__坦__ ， 直 到 ___康__普__顿__效__应__的发现才验证了光量子假说的正确性．
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命题视角 1 量子化假设的考查 (多选)关于对普朗克量子假说的认识，下列说法正确
的是( ) A．振动着的带电微粒的能量只能是某一能量值 ε 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．量子的能量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
在 1 m2 面积上，1 s 内得到的阳光总能量为 E＝Pt，得到的
光子个数
N
＝
E － E0
＝
Pt
hc －
＝
－ Pt λ hc
＝
1.35×103×1×6.6×10－7 6.6×10－34×3×108
＝
λ
4.5×1021(个)．
[答案] 4.5×1021 个
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(1)要学会公式间的变换，即由一个光子能量 ε＝hν 和 ν＝cλ得 ε＝hcλ. (2)涉及比例关系的题目，关键是弄清物理量中谁与谁的比 例关系．
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[解题探究] (1)太阳光垂直照射时，每平方米面积上每秒钟 得到的阳光总能量 E 是多少？ (2)每秒钟内接收到光子数 N、每平方米面积上每秒钟得到 的阳光总能量 E 与太阳光平均一个光子的能量 E0 之间满足 什么关系？
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[解析] 依题意，太阳光平均一个光子的能量为 E0＝h－c ， λ
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。。
氦氖激光器发射波长为 6 328 A (1 A＝10－10 m)的单
色光，试计算这种光的一个光子的能量为多少？若该激光器
的发光功率为 18 mW，则每秒钟发射多少个光子？(h＝ 6.63×10－34 J·s)
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[解析] 根据普朗克量子假说：物质辐射(或吸收)的能量 E 只能是某一最小能量单位的整数倍可知，A 错误，B、C 正 确；普朗克量子假说反映的是微观世界的特征，不同于宏 观世界，D 错误． [答案] BC
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命题视角 2 公式 ε＝hν＝hcλ的应用 根据量子理论，光子的能量 E0＝hν＝hcλ，其中 c 为
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[解析] 由物质波的定义可知，任何一个运动的物体都有一 种波与它对应，即物质波是一种概率波，故选项 A、D 正确； X 光的衍射说明了光是一种波，而光是电磁波，不同于物 质波，故选项 B 错误；电子的衍射证实了物质波的存在， 故选项 C 正确． [答案] ACD
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2．量子化：本质是____不_连__续__性____，在微观世界里，量子
化或不连续性是明显的．微观物质系统的存在是量子化的， 物 体 之 间 传 递 的 ___相__互__作_用__量___ 是 量 子 化 的 ， 物 体 的 状_态__(z_h_uà_ng_tà_i)_____及其_变_化__(_bi_àn_hu_à_) ____也是量子化的．
[解析]
光子能量
ε ＝ hν ， 而
λν ＝ c ， 所 以
ε
＝
hc λ
＝
6.63×10－34×3×108 6 328×10－10
J≈3.14×10－19 J；
因为发光功率已知，所以 1 s 内发射的光子数为
n＝Pεt＝138.1×4×101－03×－191个≈5.73×1016 个．
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2．量子化：量子化的“灵魂”是不连续．在宏观领域中， 这种量子化(或不连续性)相对于宏观量或宏观尺度极微小， 完全可以忽略不计，但在微观世界里，量子化(或不连续) 是明显的，微观物质系统的存在、物体之间传递的相互作 用量、物体的状态及变化等都是量子化的．
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(3)光子说说明光具有粒子性，而光子的能量与其频率成正 比，频率是波动性特征的物理量．因此光子的能量 ε＝hν 显示了光的波动性和粒子性之间的密切联系． 2．物质的波粒二象性 (1)德布罗意认为，静止质量不为零的物质粒子(如电子)也具 有波动性，每个物质粒子都伴随着一种波，这种波称为物 质波，又称为概率波．
() 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．光波频率越高，粒子性越明显 C．能量较大的光子其波动性越显著 D．光的波长越长，波动性越显著
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[解析] 光与物质相互作用时，表现为粒子性，光的传播表 现为波动性，选项 A 正确．光的频率越高，能量越大，粒 子性越显著；波长越长，频率越低，波动性越显著，选项 B、 D 正确，选项 C 错误．
[答案] ABD
物质波的考查 (多选)下列关于物质波的认识，正确的是( )
A．任何一个运动的物体都有一种波和它对应，这就是物质 波 B．X 光的衍射证实了物质波的假设是正确的 C．电子的衍射证实了物质波的假设是正确的 D．物质波是一种概率波
真空中的光速、ν 为光的频率、λ 为光的波长，普朗克常数 取 h＝6.6×10－34 J·s.已知太阳光垂直照射时，每平方米面 积上的辐射功率为 P＝1.35 kW.假设太阳辐射的平均波长为 －λ ＝6.6×10－7 m 则在垂直于太阳光的 S＝1 m2 面积上，每 秒钟内可以接收到多少个光子？
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2．光的本质：光具有__波__粒__二__象__性___，它在一定条件下， 突出地表现出__微__粒__(w_ē_ilì_)性____，实质是不连续性；而在另一 些条件下，又突出地表现出___波__动__性______． 3．物质波：物理学家德布罗意进一步提出了___物__质__波______ 理论，根据这一理论，每个物质粒子都伴随着 一_种__(_yī_zh_ǒn_ɡ_)波_____ ， 这 种 波 被 称 为 物 质 波 ， 又 称 为 __概__率__(g_ài_lǜ_)波____，戴维孙、革末及汤姆孙的_____电__子__衍_射___ 实验证实了物质波的存在． 4．结论：光与静止质量不为零的物质都具有波粒二象性．
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波粒二象性的理解 1．光的波粒二象性 (1)宏观上，大量光子表现为波动性，如光的干涉、衍射现 象；对不同频率的光，频率越低、波长越长，表现出的波 动性越显著． (2)在微观上，个别光子与其他物质产生作用时表现为粒子 性，如光电效应现象、康普顿效应现象，频率越高、波长 越短，表现出的粒子性越显著．
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3．紫外灾难 (1)实验曲线：人们发现，黑体的单色辐出度与黑体的辐射 波波_长__(b_ōc_há_n_g)______和温__度__(w_ē_nd_ù)______有关，并得出了黑体的 单色辐出度与辐射波__波__长___λ_(μ_m__)__、___温__度___T_(_K_)__之间 关系的实验曲线． (2)紫外灾难：在推导符合实验曲线的公式时，发现结果与 实验曲线___不__符________．这个与实验不符的结果出现在紫 外区．
第6章 相对论与量子论初步(chūbù)
第 2 节 量子世界
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第6章 相对论与量子论初步(chūbù)
1.通过对简单现象的探究，建立热辐射、黑体、能量 子的概念． 2.了解普朗克“量子假说”的背景和“量子假 说”的主要内容，体会经典力学的局限性． 3.了解爱因斯 坦“光量子说”的含义，知道光具有波粒二象性． 4.了解 德布罗意的物质波假说及意义．
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一、紫外灾难 1．热辐射：因物体中的分_子__(f_ēn_zǐ_)、__原__子___受到激发而发射出 ____电__磁__波___的现象． 物体在任何温度下都会发射出各种波长的___电__磁__波______． 2．黑体：一个完能全_(_w_án_qu_á_n)_吸__收____热辐射而_不__反__射_(_fǎ_ns_hè_) ___热 辐射的物体，它是物理学家为了研究热辐射的规律而设想 的一个理想模型．
量子化理论的应用技巧 1．量子化假设与传统的经典物理的连续性概念是不同的， 微观物质系统的存在是量子化的，物体间传递的相互作用 是量子化的，物体的状态及其变化也是量子化的． 2．量子化假设说明最小能量 ε＝hν 由光的频率决定．要计 算宏观物体辐射的总能量与光子个数的关系 E 总＝N·hν. 3．由公式 ν＝cλ真 真知，假设已知光在真空中的波长和速度， 便可求出光的频率，再由 ε＝hν 便可知一份光量子的能量．
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2．(1)光像原子一样是一种微粒，光又像机械波一样是一种 波．( ) (2)波粒二象性是牛顿的微粒说与惠更斯的波动说结合起来 的学说．( ) 提示：(1)× (2)×
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对量子化假设的理解 1．量子化假设：普朗克提出物质辐射(或吸收)的能量 E 只 能是某一最小能量单位的整数倍，E＝nε(n＝1，2，3…)，n 叫做量子数．量子的能量 ε＝hν＝hλc.式中 h 为普朗克常数(h ＝6.63×10－34 J·s)，是微观现象量子特性的表征，ν 为频 率，c 为真空中的光速，λ 为光波的波长．
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黑体是黑色的吗？热辐射的物体温度一定很高吗？ 提示：我们说的黑体并不是指物体的颜色，它是指能完全 吸收电磁波的物体．热辐射不一定需要高温，任何温度的 物体都存在热辐射，只是温度的高低影响热辐射的强弱．
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二、不连续的能量 1．量子假说的内容 (1)物质辐_射__(_fú_sh_è)___ (或吸_收__(x_īs_hō_u_) ____)的能量 E 只能是某一最 小能量单位的____整__数__倍____，即 E＝___nε___ (n＝1，2，3…)． (2) 辐 射 是 由 一 份 份 的 能 量 组 成 的 ， 一 份 能 量 就 是 一 个 量子__(l_iàn_g_zǐ)______．量子的能量大小取决于辐射的波长，量子的 能量 ε 与频率 ν 成正比，即 ε＝__h_ν__＝hcλ，h 为普朗克常数．
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(1)微观粒子具有明显的波动性，宏观物质也具有波动性， 但极不明显． (2)光具有波粒二象性是微观世界具有的特殊规律，不可把 光当成宏观概念中的波和粒子．光在传播过程中往往显示 波动性，在与物质作用时显示粒子性．
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(2)由于宏观物体运动动量(p＝mv)较大，根据德布罗意波长 与动量的关系 λ＝hp其波长非常小，很难观察到它们的干涉、 衍射等波的现象，但它们仍然具有波动性．
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命题视角 1 光的波粒二象性的考查 (多选)关于光的波粒二象性，下列说法中正确的是