高三物理量子论初步
教科版高中物理选择性必修第三册第六章第1节量子论初步
En nhv
小结：对能量的认识 经典 量子
课堂练习
1. 下列叙述正确的是 （ ACD ） 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有关 C．黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体温度有 关 D．黑体能够完全吸收入射的各种波长的电磁波
例如：铁块 温度 从看不出发光到暗红到橙色到黄白色 这种与温度有关的辐射 称为热辐射 热辐射 --- 热能转化为电磁能的过程
3. 对热辐射的初步认识 任何物体任何温度均存在热辐射 温度 发射的能量 电磁波的短波成分
如一个20瓦的白炽灯和一个200瓦的白炽灯
昏黄色
贼亮 刺眼
直觉: 低温物体发出的是红外光 炽热物体发出的是可见光 高温物体发出的是紫外光 注意： 热辐射与温度有关 激光 日光灯发光不是热辐射
1918年他荣获诺贝尔物理学奖。
他的墓碑上只刻着他的姓名和
h 6.6261034 焦 秒
e0(,T )
实验值
利用能量子概念，普朗克推 导出了与实验相符的公式。
普朗克
1 2 3 4 5 6 7 8 9 λ(μm)
四、量子论诞生的历史意义
（1）第一次展示了微观世界的非连续性。 （2）普朗克是“看到”微观世界的第一人
固体或液体，在任何温度下都在发射各种波长 的电磁波，这种由于物体中的分子、原子受到激发 而发射电磁波的现象称为热辐射。所辐射电磁波的 特征与温度有关。
固体在温度升高时颜色的变化
800K
1000K
1200K
开氏度 = 摄氏度+273.15
1400K
2. 热辐射
由于分子热运动导致物体辐射电磁波 温度不同时 辐射的波长分布不同
高中物理竞赛 有关量子的初步知识
有关量子的初步知识§3. 1、初期量子理论20世纪之初，物理学家为解释一些经典物理所不能解释的实验规律，提出了量子理论。
量子理论经过进一步发展，形成了量子力学，使量子力学成为近代物理学的两大支柱之一。
3．1．1、 3．1．1、 普朗克量子论一切物体都发射并吸收电磁波。
物体发射电磁波又称热辐射，温度越高，辐射的能量越多，辐射中短波成份比例越大。
完全吸收电磁辐射的物体发射电磁辐射的本领也最强，称这种理想的物体为黑体。
研究黑体辐射电磁波长的能量与黑体温度以及电磁波波长的关系，从实验上得出了著名的黑体辐射定律。
假设电磁辐射是组成黑体的谐振子所发出，按照经典理论，谐振子的能量可以连续地变化，电磁波的能量也是可以连续变化的，但是理论结果与实验定律相矛盾。
1900年，德国物理学家普朗克提出了量子理论：黑体中的振子具有的能量是不连续的，从而，他们发射或吸收的电磁波的能量也是不连续的。
如果发射或吸收的电磁辐射的频率为v ，则发射或吸收的辐射能量只能是hv 的整倍数，h 为一普适常量，称为普朗克常量，普朗克的量子理论成功地解释了黑体辐射定律，这种能量不连续变化的概念，是对经典物理概念的革命，普朗克的理论预示着物理观念上革命的开端。
3．1．2、 爱因斯坦光子理论因为电磁波理论也不能解释光电效应，在普朗克量子论的基础上，爱因斯坦于1905年提出了光子概念。
他认为光的传播能量也是不连续的，而是一份一份的，每一份能量称为一个光子，即光是由光子组成的，频率为v 光的光子能量等于hv ，h 为普朗克常量。
光子理论圆满地解释了光电效应。
人们对光本性的认识前进了一步：光具有波粒二象性。
在经典物理中，波是连续的，粒子是分立的，二者不相容。
所以，不能把光看作经典物理中的波，也不能把光看作经典物理中的粒子。
故此，有了爱因斯坦光电方程： w h mv -=γ221 W 为逸出功，γ为光子频率， m 为光电子质量。
3、1、3 电子及其他粒子的波动性我们已经了解到，玻尔把普朗克的量子论和爱因斯坦的光子理论，应用到原子系统上，于1913年提出了原子理论。
高三物理 第二十一章 量子论初步
质对市爱慕阳光实验学校高三物理第二十一章量子论初步一. 本周教学内容：第二十一章量子论初步第一节光电效第二节光的波粒二象性第三节物质波二. 知识要点：1. 了解光电效，能解释光电效现象。
掌握光电验的四个规律。
知道光子说，并能解释光电效。
2. 知道哪些光的现象说具有波动性，哪些现象能说的粒子性．正确了解光的波粒二象性。
3. 了解物质波。
了解牛顿力学的局限性三. 、难点解析：1. 光电效：如下图，在光的照射下，从锌板发射电子的现象叫光电效，发射出的电子叫光电子。
锌板原来不带电，在光子的作用下，锌板内的电子受激而逸出外表，此时锌板带正电。
光电效的规律是：〔1〕任何一种金属都有一个极限频率。
入射光的频率必须大于极限频率，才能产生光电效；〔2〕光电子的最大初动能与入射光强度无关，只随入射光频率的增大而增大；〔3〕从入射光照射到光电子发射几乎是瞬时的，一般不超过10－9s；〔4〕发生光电效时，光电流的强度与入射光的强度成正比。
“入射光的强度〞指的是单位时间内入射到金属外表单位面积上的光子的总能量。
在入射光频率不变的条件下。
光强正比于单位时间内照射到金属外表上单位面积的光子数。
爱因斯坦提出光子说：在空间传播的光是不连续的，是一份一份的，每—份叫一个光子，每个光子的能量hvE=爱因斯坦光电效方程为：Whmvm-=ν221，式中W叫逸出功，是电子脱离某种金属外表引力所做功的最小值。
2. 不可把光当成宏观观念中的波，也不可把光当成宏观观念中的粒子。
大量光子产生的效果往往显示出波动性。
个别光子产生的效果往往显示出粒子性．频率越高的光，粒子性越明显，频率越低的光波动性越明显。
光在传播过程中往往显示出波动性，在与物质作用时往往显示出粒子性。
3. 任何运动的物体，小到根本粒子，大到宏观大体，都有—种波与它对，波长ph=λ，这种波叫做物质波，也叫德布罗意波。
【典型例题】[例1] 入射光照射到金属外表上发生光电效，假设入射光的强度减弱，而频率保持不变，那么〔〕A. 从光照至金属外表上到光子发射出之间的时间将增加B. 逸出的光电子最大初动能将减小C. 单位时间内从金属外表逸出的光电子数目将减少D. 有可能不发生光电效 答案：C[例2] 在伦琴射线管两极间加3×104V 的电压，设从阴极发出的电子的初速度为零，加速到达阳极时具有的动能的10％变为伦琴射线的光子能量，试计算伦琴射线的波长。
20.量子论初步
一.光电效应光子光电管及其应用1.基本概念 (1)光电效应：在光(包括不可见光)的照射下物体发射电子的现象称为光电效应。
(2)光子：在空间传播的光是不连续的，而是一份一份的，每一份叫一个光量子简称光子。
光子的能量E =hv (h 为普朗克恒量)。
(3)光电管：一种可以把光信号转变为电信号的器件。
其应用在光电自动控制、有声电影还声、光纤通信等。
2.光电效应的规律(1)任何一种金属都有一个极限频率v 0， 入射光的频率必须大于v 0， 才能产生光电效应；(2)光电子的最大初动能与入射光的强度无关， 只随入射光的频率增大而增大；爱因斯坦的光电效应方程21mv 2=hv -W 0或E km =hv -W 0(3)从入射光照射到光电子发射几乎是瞬时的；(4)发生光电效应时， 光电流与入射光强度成正比。
【难点突破】光子说及其对光电效应规律的解释如下。
光子说认为光在空间的传播是一份一份的，每一份叫一个光子，光子能量与光频率成正比，即E =hv (h =6。
63×10-34 J·s)发生光电效应时，一个光子的能量被一个电子完全吸收而产生一个光电子， 不需要积累过程，这就是光电效应的瞬时性。
脱离金属的电子，必须先克服金属内原子引力做足够的功(逸出功W 0)。
电子吸收光子后，直接从金属表面逸出的，应消耗W 0的能量；不直接从金属表面逸出的，在金属内运动的过程中还会损耗能量。
前一种光电子具有最大初动能E km =hv -W 0根据公式E km =0时， 可得这种金属的极限频率v 0=hW 0；而材料一定(W 0一定)时， 光电子最大初动能随光频率的增大而增大。
光的强度是指单位时间内在垂直于光的传播方向上单位面积上通过的光能量。
对同频率的光来说， 光的强度显然由单位时间内照到单位面积上的光子数决定。
光强度越大，同样时间内照到金属上的光子越多，逸出的光电子也越多， 光电流自然越大。
【例题】光电效应实验的装置如图所示，则下列说法中正确的是：(2001年， 上海)A. 用紫外光照射锌板，验电器指针会发生偏转B. 用红色光照射锌板，验电器指针会发生偏转C. 锌板带的是负电荷D. 使验电器指针发生偏转的是正电荷【分析】【题解】【答案】A、D【例题】用同一束单色光，在同一条件下，先后照射锌片和银片，都能产生光电效应。
高三物理一轮复习精品资料第十五章 量子论初步和原子核
第十五章量子论初步和原子核第一单元量子论初步第1课时光电效应光的波粒二象性要点一光电效应与光子说1.某金属在一黄光照射下,正好有电子逸出,下述说法中,哪种是正确的 ( )A.增大光强,而不改变光的频率,光电子的最大初动能将不变B.用一束更大强度的红光代替黄光,仍能发生光电效应C.用强度相同的紫光代替黄光,光电流强度将不变D.用强度较弱的紫光代替黄光,有可能不发生光电效应答案 A要点二光的波粒二象性2.物理学家做了一个有趣的实验:在光屏处放上照相用的底片.若减弱光的强度,使光子只能一个一个地通过狭缝.实验结果表明,如果曝光时间不太长,底片只能出现一些不规则的点子;如果曝光时间足够长,底片上就会出现规则的干涉条纹.对这个实验结果有下列认识,其中正确的是 ( )A.曝光时间不太长时,底片上只能出现一些不规则的点子,表现出光的波动性B.单个光子通过双缝后的落点可以预测C.只有大量光子的行为才能表现出光的粒子性D.干涉条纹中明亮的部分是光子到达机会较多的地方答案 D题型1 对光电效应规律的理解【例1】关于光电效应,下列说法正确的是 ( )A.光电子的最大初动能与入射光的频率成正比B.光电子的动能越大,光电子形成的电流强度就越大C.用不可见光照射金属一定比用可见光照射同种金属产生的光电子的初动能要大D.对于任何一种金属都存在一个“最大波长”,入射光的波长必须小于这个波长,才能产生光电效应答案 D题型2 光电效应方程的应用【例2】如图所示,一光电管的阴极用极限波长为 0的钠制成.用波长为λ的紫外线照射阴极,光电管阳极A和阴极K之间的电势差为U,光电流的饱和值为I.（1）求每秒由K极发射的电子数.（2）求电子到达A 极时的最大动能.（普朗克常量为h ,电子的电荷量为e ）? 答案 （1）eU hchceI +-)2(λλ题型3 “光子说”的应用【例3】根据量子理论,光子的能量E 和动量p 之间的关系式为E=pc ,其中c 表示光速,由于光子有动量,照到物体表面的光子被物体吸收或反射时都会对物体产生压强,这就是“光压”,用I 表示. （1）一台二氧化碳气体激光器发出的激光,功率为P 0,射出光束的横截面积为S ,当它垂直照射到一物体表面并被物体全部反射时,激光对物体表面的压力F =2p ·N ,其中p 表示光子的动量,N 表示单位时间内激光器射出的光子数,试用P 0和S 表示该束激光对物体产生的光压I .（2）有人设想在宇宙探测中用光作为动力推动探测器加速,探测器上安装有面积极大、反射率极高的薄膜,并让它正对太阳,已知太阳光照射薄膜对每1 m 2面积上的辐射功率为1.35 kW ,探测器和薄膜的总质量为M =100 kg ,薄膜面积为4×104 m 2,求此时探测器的加速度大小（不考虑万有引力等其他的力）? 答案 （1）I =cSP 02 （2）3.6×10-3 m/s 2题型4 光电结合问题【例4】波长为λ=0.17μm 的紫外线照射至金属筒上能使其发射光电子,光电子在磁感应强度为B 的匀强磁场中,做最大半径为r 的匀速圆周运动时,已知r ·B =5.6×10-6T ·m ,光电子质量m =9.1×10-31kg ,电荷量e =1.6×10-19C .求: （1）光电子的最大动能. （2）金属筒的逸出功.答案 （1）4.41×10-19J （2）7.3×10-19J1.在演示光电效应的实验中,原来不带电的一块锌板与灵敏静电计相连,用弧光灯照射锌板时,静电计的指针张开一个角度,如图所示,这时（ ）A .锌板带正电,指针带负电B .锌板带正电,指针带正电C .锌板带负电,指针带正电D .锌板带负电,指针带负电答案 B2. 2003年全世界物理学家评选出“十大最美物理实验”,排名第一的为1961年物理学家利用“托马斯·杨”的双缝干涉实验装置,进行的电子干涉的实验.从辐射源辐射出的电子束经两靠近的狭缝后在显微镜的荧光屏上出现了干涉条纹(如图所示),该实验说明 ( )A.光具有波动性B.光具有波粒二象性C.微观粒子也具有波动性D.微观粒子也是一种电磁波 答案 C3.（2009·济宁模拟）人们发现光电效应具有瞬时性和对各种金属都存在极限频率的规律.请问谁提出了何种学说很好地解释了上述规律?已知锌的逸出功为3.34 eV ,用某单色紫外线照射锌板时,逸出光电子的最大速度为106m/s ,求该紫外线的波长λ.（电子质量m e =9.11×10-31kg ,普朗克常量h =6.64×10-34J ·s ,1 eV =1.60×10-19J ）答案 2.01×10-7m4.科学家设想未来的宇航事业中利用太阳帆板来加速星际飞船.“神舟”五号载人飞船在轨道上运行期间,成功实施了飞船上太阳帆板的展开试验.设该飞船所在地每秒每单位面积（m 2）接收的光子数为n ,光子平均波长为λ,太阳帆板面积为S ,反射率为100%,光子动量p =λh.设太阳光垂直射到太阳帆板上,飞船的总质量为m ,求飞船加速度的表达式.若太阳帆板是黑色的,飞船加速度又为 多少？ 答案m nhS λ2 mnhSλ 第2课时 玻尔原子理论 物质波要点一 玻尔理论、能级1.欲使处于基态的氢原子激发,下列措施可行的是 ( )A.用10.2 eV 的光子照射B.用11 eV 的光子照射C.用14 eV 的光子照射D.用11 eV 的电子碰撞 答案 ACD要点二 物质波、电子云2.质子甲的速度是质子乙速度的4倍,甲质子的德布罗意波长是乙质子的 倍.同样速度的质子和电子, 德布罗意波长大. 答案41电子题型1 能级跃迁的分析【例1】如图所示为氢原子的4个能级,其中E 1为基态,若一群氢原子A 处于激发态E 2,一群氢原子B 处于激发态E 3,则下列说法正确的是（ ）A .原子A 可能辐射出3种频率的光子B .原子B 可能辐射出3种频率的光子C .原子A 能够吸收原子B 发出的光子并跃迁到能级E 4D .原子B 能够吸收原子A 发出的光子并跃迁到能级E 4 答案 B题型2 跃迁过程中能量的变化【例2】如图所示为氢原子的能级示意图,一群氢原子处于n =3的激发态,在向较低能级跃迁的过程中向外发出光子,用这些光照射逸出功为2.49 eV 的金属钠, 下列说法中正确的是 （ ） A .这群氢原子能发出3种频率不同的光,其中从n =3跃迁到n =2所发出的光波长最短B .这群氢原子在发出3种频率不同的光的过程中,共同点都是原子要放出光子,电子绕核运动的动能减小,原子势能增大C .金属钠表面所发出的光电子的初动能最大值为11.11 eVD .金属钠表面所发出的光电子的初动能最大值为9.60 eV 答案 D题型3 情景建模【例3】1951年,物理学家发现了“电子偶数”,所谓“电子偶数”,就是由一个负电子和一个正电子绕它们的质量中心旋转形成的相对稳定的系统.已知正、负电子的质量均为m e ,普朗克常量为h ,静电力常量为k .（1）假设“电子偶数”中正、负电子绕它们质量中心做匀速圆周运动的轨道半径r 、运动速度v 及电子的质量满足玻尔的轨道量子化理论:2m e vr =nπ2h,n =1,2,……“电子偶数”的能量为正负电子运动的动能和系统的电势能之和.已知两正负电子相距为L 时系统的电势能为E =-k Le 2.试求n =1时“电子偶数”的能量.（2）“电子偶数”由第一激发态跃迁到基态发出光子的波长为多大? 答案 （1）42232422π34)2(πe k m c h h e k m e e1.现有大量的氢原子处于n=4的激发态,当向低能级跃迁时辐射出若干不同频率的光.关于这些光下列说法正确的是（）A.最容易表现出衍射现象的光是由n=4能级跃迁到n=1能级产生的B.频率最小的光是由n=2能级跃迁到n=1能级产生的C.这些氢原子总共可辐射出3种不同频率的光D.用n=2能级跃迁到n=1能级辐射出的光照射逸出功为6.34 eV的金属铂能发生光电效应答案D2.如图中画出了氢原子的4个能级,并注明了相应的能量E n,处在n=4的能级的一群氢原子向低能级跃迁时,能够发出若干种不同频率的光波.已知金属钾的逸出功为2.22 eV.在这些光波中,能够从金属钾的表面打出光电子的总共有（）A.二种B.三种C.四种D.五种答案C3.氢原子处于基态时,原子能量E1=-13.6 eV,已知电子电荷量e=1.6×10-19 C,电子质量m=0.91×10-30 kg,氢的核外电子的第一条可能轨道的半径为r1=0.53×10-10 m.（1）若要使处于n=2能级的氢原子电离,至少要用频率为多大的电磁波照射该氢原子?（2）氢原子核外电子的绕核运动可等效为一环形电流,则氢原子处于n=2的激发态时,核外电子运动的等效电流为多大?（3）若已知钠的极限频率为6.00×1014Hz,今用一群处于n=4的激发态的氢原子发射的光谱照射钠,试通过计算说明有几条谱线可使钠发生光电效应?答案（1）8.21×1014 Hz （2）1.3×10-4 A （3）4条4.（2009·泰安模拟）氢原子在基态时轨道半径r1=0.53×10-10 m,能量E1=-13.6 eV.求氢原子处于基态时:（1）电子的动能.（2）原子的电势能.（3）用波长是多少的光照射可使其电离？答案（1）13.6 eV （2）-27.2 eV （3）0.914 1×10-7 m1.如图所示,使用强度相同的连续光谱中的红光到紫光按顺序照射光电管的阴极,电流表均有示数.在螺线管外悬套一金属线圈,理论上在线圈中能产生感应电流的是（）A.用紫光照射时B.用红光照射时C.改变照射光颜色的过程中D.均没有感应电流答案C2.已知能使某金属产生光电效应的极限频率为ν0,则（）A.当用频率为2ν0的单色光照射该金属时,一定能产生光电子B.当用频率为2ν0的单色光照射该金属时,所产生的光电子的最大初动能为hν0C.当照射光的频率ν大于ν0时,若ν增大,则逸出功增大D.当照射光的频率ν大于ν0时,若ν增大一倍,则光电子的最大初动能也增大一倍答案AB3.A、B是绕地球做匀速圆周运动的人造卫星,A的质量等于B的质量,A的轨道半径大于B的轨道半径,设A、B的德布罗意波长分别为λA和λB,则下列判断正确的是（）A.λA=λ B B.λA>λ BC.λA<λ BD.条件不足,无法比较λA和λB的大小答案B4.若原子的某内层电子被电离形成空位,其他层的电子跃迁到该空位上时,会将多余的能量以电磁辐射的形式释放出来,此电磁辐射就是原子的特征X射线.内层空位的产生有多种机制,其中的一种称为内转换,即原子中处于激发态的核跃迁回到基态时,将跃迁时释放的能量交给某一内层电子,使此内层电子电离而形成空位(被电离的电子称为内转换电子).214Po的原子核从某一激发态回到基态时,可将能量E0=1.416 MeV交给内层电子(如K、L、M层电子,K、L、M标记原子中最靠近核的三个电子层)使其电离.实验测得从214Po原子的K、L、M层电离出的电子的动能分别为E K=1.323 MeV、E L=1.399 MeV、E M=1.412 MeV.则可能发射的特征X射线的能量为 ( )A.0.013 MeVB.0.017 MeVC.0.076 MeVD.0.093 MeV答案 AC5.氢原子的能级如图所示,已知可见光的光子能量范围约为1.62～3.11 eV,下列说法错误的是 ( )A.处于n=3能级的氢原子可以吸收任意频率的紫外线,并发生电离B.大量氢原子从高能级向n=3能级跃迁时,发出的光具有显著的热效应C.大量处于n=4能级的氢原子向低能级跃迁时,可能发出6种不同频率的光D.大量处于n=4能级的氢原子向低能级跃迁时,可能发出3种不同频率的可见光答案 D6.（2009·武昌模拟）研究光电效应规律的实验装置如图所示,用频率为ν的光照射光电管阴极K时,有光电子产生.由于光电管K、A间加的是反向电压,光电子从阴极K发射后将向阳极A做减速运动.光电流i由图中电流计G测出,反向电压U由电压表V测出.当电流计的示数恰好为零时,电压表的示数称为反向截止电压U0,在下列表示光电效应实验规律的图象中,错误．．的是 （ ）答案 B 7.分别用波长为λ和43λ的单色光照射同一金属板,发出的光电子的最大初动能之比为1∶2,以h 表示普朗克常量,c 表示真空中的光速,则此金属板的逸出功为 ( ) A.λ2hc B.λ32hc C.λ43hc D.ch 54λ 答案 B8.处于激发态的原子,如果在入射光子的电磁场的影响下,从高能态向低能态跃迁,同时两个状态之间的能量差以光子的形式辐射出去,这种辐射叫做受激辐射.原子发生受激辐射时,发出的光子的频率、发射方向等都跟入射光子完全一样,这样使光得到加强,这就是激光产生的机理.发生受激辐射时,产生激光的原子的总能量E n 、电子的电势能E p 、电子的动能E k 的变化是 ( ) A.E p 增大、E k 减小 B.E p 减小、E k 增大 C.E p 减小、E n 减小 D.E p 增大、E n 增大 答案 BC9.现用电子显微镜观测线度为d 的某生物大分子的结构.为满足测量要求,将显微镜工作时电子的德布罗意波长设定为nd,其中n >1.已知普朗克常量h 、电子质量m 和电子电荷量e ,电子的初速度不计,则显微镜工作时电子的加速电压应为 ( )A.222med h nB.313222)(en h md C.2222men h d D.2222med h n 答案 D10.利用金属晶格(大小约10-10m)作为障碍物观察电子的衍射图样,方法是让电子通过电场加速,然后让电子束射到金属晶格上,从而得到电子的衍射图样.已知电子质量为m ,电荷量为e ,初速度为零,加速电压为U ,普朗克常量为h ,则下述说法中正确的是( ) A.该实验说明了电子具有波动性B.实验中电子束的德布罗意波的波长为λ=meUh2C.加速电压U 越大,电子的衍射现象越明显D.若用具有相同动能的质子替代电子,衍射现象将更加明显 答案 AB11.（2009·鞍山质检）德布罗意认为,任何一个运动着的物体,都有一种波与它对应,波长是λ=ph ,式中p 是运动物体的动量,h 是普朗克常量.已知某种紫光的波长是440 nm,若将电子加速,使它的德布罗意波长是这种紫光波长的10-4倍.求: (1)电子的动量大小.(2)试推导加速电压跟德布罗意波长的关系,并计算加速电压的大小.电子质量m =9.1×10-31kg,电子电荷量e =1.6×10-19 C,普朗克常量h =6.6×10-34J ·s,加速电压的计算结果取一位有效数字.答案 (1)1.5×10-23kg ·m/s (2)U =222λem h 8×102 V 12.原子可以从原子间的碰撞中获得能量,从而发生能级跃迁(在碰撞中,动能损失最大的是完全非弹性碰撞).一个具有13.6 eV 动能、处于基态的氢原子与另一个静止的、也处于基态的氢原子发生对心正碰.(1)是否可以使基态氢原子发生能级跃迁(氢原子能级如下图所示)?(2)若上述碰撞中可以使基态氢原子发生电离,则氢原子的初动能至少为多少?答案 (1)不能 (2)27.2 eV 13.氢原子从-3.4 eV 的能级跃迁到-0.85 eV 的能级时,是发射还是吸收光子?这种光子的波长是多少(计算结果取一位有效数字)?图中光电管用金属材料铯制成,电路中定值电阻R 0=0.75 Ω,电源电动势E =1.5 V,内阻r =0.25 Ω,图中电路在D 点交叉,但不相连.R 为滑动变阻器,O 是滑动变阻器的中间触头,位于滑动变阻器的正中央,P 为滑动触头.从滑动变阻器的两端点a 、b 可测得其总阻值为14 Ω.当用上述氢原子两能级间跃迁而产生的光照射图中的光电管,欲使电流计G 中电流为零,滑动变阻器aP 间阻值应为多大?已知普朗克常量h =6.63×10-34J ·s,金属铯的逸出功为 1.9 eV.答案 吸收 5×10-7m 0.5 Ω第二单元 原子核第3课时 原子的核式结构 天然放射现象要点一 原子的核式结构1.在卢瑟福的α粒子散射实验中,有极少数α粒子发生大角度偏转,其原因是 ( )A.原子的正电荷和绝大部分质量集中在一个很小的核上B.正电荷在原子中是均匀分布的C.原子中存在着带负电的电子D.原子只能处于一系列不连续的能量状态中 答案 A要点二 天然放射现象2.如图所示,使某放射性元素发出的射线垂直进入匀强电场,按图中标号判断（ ）A .1的穿透本领最强B .2的速度最大C .3的电离本领最大D .1是由原子放出的,2、3不是答案 BC要点三 原子核的衰变3.考古工作者在古人类居住过的岩洞中发现一块碳遗留样品,它所含的14C 等于现有生命物质中等量碳所含的14C 的1/8,求此样品的存放时间.已知14C 的半衰期为5 568年. 答案 16 704年题型1 α粒子散射实验及其能量转化问题【例1】卢瑟福和他的助手做α粒子轰击金箔实验,获得了重要发现: (1)关于α粒子散射实验的结果,下列说法正确的是( ) A.证明了质子的存在B.证明了原子核是由质子和中子组成的C.证明了原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在一个很小的核里D.说明了原子中的电子只能在某些轨道上运动（2）在α粒子散射实验中,现有一个α粒子以2.0×107m/s 的速度去轰击金箔,若金原子的核电荷数为79.求该α粒子与金原子核间的最近距离（已知带电粒子在点电荷电场中的电势能表达式为εp =krq q 21,α粒子质量为6.64×10-27kg ）. 答案 （1）C （2）2.7×10-14m题型2 衰变次数的计算【例2】铀裂变的产物之一氪90（Kr 9060）是不稳定的,它经过一系列衰变最终成为稳定的锆86（Zr 8640）,这些衰变是（ ）A .1次衰变,6次β衰变B .4次β衰变C .2次α衰变D .2次α衰变,2次β衰变答案 A题型3 放射性同位素的应用【例3】放射性同位素在技术上有很多应用,不同的放射源可用于不同的目的,下表列出一些放射性同位素的半衰期和可供利用的射线:对于以下几种用途,分别选取表中哪一种放射性元素作放射源.（1）塑料公司生产聚乙烯薄膜,方法是让较厚的聚乙烯膜通过轧辊压薄,利用适当的放射线来测定通过轧辊后的薄膜厚度是否均匀. （2）医生用放射性方法治疗肿瘤.（3）放射源和控制器间相隔很小一段距离,若它们之间烟尘浓度比达某一设定的临界值,探测器探测到的射线强度将比正常情况下小得多,从而可通过自动控制装置,触发电铃,可发生火灾警报,预防火灾.（4）用放射性同位素作示踪原子,用来诊断人体内的器官是否正常.方法是给被检查者注射或口服附有放射性同位素的元素的某些物质,当这些物质的一部分到达要检查的器官时,可根据放射性同位素的射线情况分析器官正常与否.答案 （1）镅241或锶90 （2）钴60 （3）钋210（4）锝99题型4 情景建模【例4】原来静止的铀U 23896和钍234同时在同一匀强磁场中,由于衰变而开始做匀速圆周运动.铀238发生了一次α衰变,钍234发生了一次β衰变.（1）试画出铀238发生一次α衰变时所产生的新核及α粒子在磁场中运动轨迹的示意图. （2）试画出钍234发生一次β衰变时所产生的新核及β粒子在磁场中的运动轨迹的示意图. 答案 （1）铀238发生衰变时,由于放出α粒子而产生了新核,根据动量守恒定律,它们的总动量为零,即:m 1v 1-m 2v 2=0因为它们都带正电,衰变后的速度正好相反,所以,受到的洛伦兹力方向也相反, 因而决定了它们做圆周运动的轨迹圆是外切的.它们做匀速圆周运动的向心 力由洛伦兹力提供.即:mv v Bq R=2.所以R =Bq m v .又因为m 1v 1=m 2v 2.所以1221q q R R =, 由于q 1=2,q 2=92-2=90,因而14521=R R .如右图所示,其中轨道a 为α粒子的径迹,轨道半径为R 1,轨道b 为新核的径迹,其轨道半径为R 2.（R 1＞R 2）.（2）同理,钍234发生一次β衰变放出的β粒子与产生的新核的动量大小相等,方 向相反,即总动量为零.可是,β粒子带负电,新核带正电,它们衰变后的速度方向相反,但受的洛伦兹力方向相同,所以,它们的两个轨迹圆是内切的,且β粒子的轨道半径大于新核的轨道半径,它们的轨迹示意图如右图所示,其中,c 为β粒子的径迹,d 为新核的径迹.1.（2009·阜阳模拟）2006年美国和俄罗斯的科学家利用回旋加速器,通过4820Ca （钙48）轰击24998Cf（锎249）发生核反应,成功合成了第118号元素,这是迄今为止门捷列夫元素周期表中原子序数最大的元素.实验表明,该元素的原子核先放出3个相同的粒子x ,再连续经过3次α衰变后,变成质量数为282的第112号元素的原子核,则上述过程中的粒子x 是 （ ） A .中子 B .质子 C .电子 D .α粒子 答案 A2.近年来科学家在超重元素的探测方面取得了重大进展.科学家们在观察某两个重离子结合成超重元素的反应时,发现所生成的超重元素的核A Z X 经过6次α衰变后成为253100Fm ,由此可以判定该超重元素的原子序数和质量数依次是 （ ） A .124,259 B .124,265 C .112,265 D .112,277 答案 D3.23892U 放射性衰变有多种可能途径,其中一种途径是先变成21083Bi ,而21083Bi 可以经一次①衰变变成210a X （X 代表某种元素）,也可以经一次②衰变变成b 81Ti ,210aX 和b81Ti 最后都变成20682Pb ,衰变路径如图所示.则图中的 （ ）A .a =84,b =206B .①是β衰变,放出电子,电子是由中子转变成质子时产生的C .②是β衰变,放出电子,电子是由中子转变成质子时产生的D . 23892U 经过10次β衰变,8次α衰变可变成20682Pb答案 AB4.正电子（PET ）发射计算机断层显像,它的基本原理是:将放射性同位素15O 注入人体,参与人体的代谢过程.15O 在人体内衰变放出正电子,与人体内负电子相遇而湮灭转化为一对光子,被探测器探测到,经计算机处理后产生清晰的图象.根据PET 原理,回答下列问题:（1）写出15O 的衰变和正负电子湮灭的方程式.（2）将放射性同位素15O 注入人体,15O 的主要用途是 （ ） A .利用它的射线 B .作为示踪原子 C .参与人体的代谢过程 D .有氧呼吸（3）设电子质量为m ,电荷量为q ,光速为c ,普朗克常量为h ,则探测到的正负电子湮灭后生成的光子的波长= .（4）PET 中所选的放射性同位素的半衰期应 （填“长”或“短”或“长短均可”） 答案 （1） （2）B （3）mch（4）短 第4课时 核反应 核能要点一 核反应1.一个23592U 原子核在中子的轰击下发生一种可能的裂变反应,其裂变方程为23592U +10n →X +9438Sr +102n ,则下列叙述正确的是 （ ）A .X 原子核中含有86个中子B.X原子核中含有141个核子C.因为裂变时释放能量,根据E=mc2,所以裂变后的总质量数增加D.因为裂变时释放能量,出现质量亏损,所以生成物的总质量数减少答案A要点二核力、核能2.雷蒙德·戴维斯因研究来自太阳的电子中微子（νe）而获得了2002年度诺贝尔物理学奖.他探测中微子所用的探测器的主体是一个贮满615 t四氯乙烯（C2Cl4）溶液的巨桶.中微子可以将一个氯核转变为一个氩核和一个电子,其核反应方程式为νe+3717Cl→3718Ar+01-e.已知3717Cl核的质量为36.956 58 u, 3718Ar核的质量为36.956 91 u,01-e的质量为0.000 55 u,1 u质量对应的能量为931.5 MeV.根据以上数据,可以判断参与上述反应的电子中微子的最小能量为（）A.0.82 MeV B.0.31 MeV C.1.33 MeV D.0.51 MeV答案A要点三裂变与聚变3.如图所示是原子核的核子平均质量与原子序数Z的关系图象.下列说法中正确的是（）A.若D和E能结合成F,结合过程一定要释放能量B.若D和E能结合成F,结合过程一定要吸收能量C.若A能分裂成B和C,分裂过程一定要释放能量D.若A能分裂成B和C,分裂过程一定要吸收能量答案AC题型1 核反应方程的书写及核反应的种类【例1】有下列4个核反应方程（1）a、b、c、d四种粒子依次是（）（2）上述核反应依次属于（）A.衰变、人工转变、人工转变、聚变B.裂变、裂变、聚变、聚变C.衰变、衰变、聚变、聚变D.衰变、裂变、人工转变、聚变答案（1）B （2）D题型2 核能的计算【例2】静止在匀强磁场中的23994Pu核,沿与磁场垂直的方向射出一个α粒子后,变成铀的一种同位素核,同时释放出能量为0.09 MeV的光子.（23994Pu的质量为238.999 655 u,铀核质量为234.993 47 u,α粒子质量为4.001 509 u,1 u=1.660 566×10-27 kg）若不计光子的动量,求: （1）铀核与α粒子回转半径之比R U∶Rα.（2）α粒子的动能为多少?答案（1）1∶46 （2）4.195 MeV题型3 科技物理【例3】天文学家测得银河系中氦的含量约为25 %,有关研究表明,宇宙中氦生成的途径有两条:一是在宇宙诞生后二分钟左右生成的;二是在宇宙演化到恒星诞生后,由恒星内部的氢核聚变反应生成的.（1）把氢核聚变反应简化为4个氢核（11H）聚变成氦核（42He）,同时放出2个正电子（01e）和2个中微子（νe）,请写出该氢核聚变反应的方程,并计算一次反应释放的能量.（2）研究表明,银河系的年龄约为t=3.8×1017 s,每秒钟银河系产生的能量约为1×1037 J（即P=1×1037 J/s）.现假定该能量全部来自上述氢核聚变反应,试估算银河系中氦的含量（最后结果保留一位有效数字）.（3）根据你的估算结果,对银河系中氦的主要生成途径作出判断.（可能用到的数据:银河系质量约为M=3×1041 kg,原子质量单位1 u=1.66×10-27kg,1 u相当于 1.5×10-10 J的能量,电子质量m=0.000 5 u,氦核质量mα=4.002 6 u,氢核质量m p=1.007 8 u,中微子νe质量为零）答案（1）411H→42He+201e+2ν e 4.14×10-12 J（2）2 % （3）银河系中的氦主要是宇宙诞生后不久生成的1.在下列四个核反应方程中,x表示42He,且属于聚变的反应是（）A.23592U+1n→9538Sr+13854Xe+3x B.21H+31H→x+1nC.3015P→3014Si+x D.2412Mg+x→2713Al+11H答案B2.（2009·安庆模拟）据媒体报道,叛逃英国的俄罗斯前特工利特维年科在伦敦离奇身亡,英国警方调查认为毒杀利特维年科的是超级毒药——放射性元素钋（21084Po）,若该元素发生α衰变,其半衰期是138天,衰变方程为21084Po→X+42He+γ,则下列说法中正确的是（）A.X原子核含有124个中子B.X原子核含有206个核子C.γ射线是由处于激发态的钋核从较高能级向较低能级跃迁时发出的D.100 g的21084Po经276天,已衰变的质量为75 g答案ABD3.23592U受中子轰击时会发生裂变,产生13956Ba和9436Kr,同时放出能量.已知每个铀核裂变释放的平均能量为200 MeV.（1）写出核反应方程.。
高考物理复习 考题精选 量子论初步
拾躲市安息阳光实验学校高中物理考题精选（124）——量子论初步1、氢原子在基态时轨道半径r1＝0.53×10－10 m，能量E1＝－13.6 eV.求氢原子处于基态时：(1)电子的动能．(2)原子的电势能．(3)用波长是多少的光照射可使其电离？答案解析：(1)设处于基态的氢原子核外电子速度为v1，则：k·＝，故电子动能Ek1＝mv ＝＝eV＝13.6 eV.(2)E1＝Ek1＋Ep1，故Ep1＝E1－Ek1＝－13.6 eV－13.6 eV＝－27.2 eV.(3)设用波长λ的光照射可使氢原子电离：＝0－E1，λ＝－＝ m＝0.914 1×10－7 m.答案：(1)13.6 eV (2)－27.2 eV(3)0.914 1×10－7 m2、氢原子辐射出一个光子后，下列说法正确的是(填正确答案标号)A．电子绕核旋转半径减小B．电子的动能减小C．氢原子的电势能减小D．原子的能级值减小E．电子绕核旋转的周期增大答案 ACD3、关于太阳光谱,下列说法正确的是（ )A.太阳光谱是吸收光谱B.太阳光谱中的暗线,是太阳光经过太阳大气层时某些特定频率的光被吸收后而产生的C.根据太阳光谱中的暗线,可以分析太阳的物质组成D.根据太阳光谱中的暗线,可以分析地球大气层中含有哪些元素答案 AB解：太阳光谱是吸收光谱，其中的暗线，是太阳光经过太阳大气层时某些特定频率的光被吸收后而产生的，说明太阳大气中存在与这些暗线相对应的元素．故AB正确，CD错误；故选：AB4、仔细观察氢原子的光谱,发现它只有几条不连续的亮线,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。
氢原子光谱只有几条不连续的亮线,原因是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是不连续的,D正确。
第二十一章 量子论初步
需克服原子核的吸引而做功 脱离金属所需做功的最小值：逸出功W
Ek = hν – W
解释勒纳德实验结果 1.光电效应是否发生取决于光的频率； 2.对于同种频率的光，光电子的最大初速 度与光的强度没有关系； 3.光电效应瞬时发生。
Robert Andrews Millikan 1868-1953
由于对数学和物理学的成就，特别是对光 电效应的解释，爱因斯坦获得192ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ年诺贝 尔物理学奖 由于对基本电荷的研究以及对光电效应方 程的证实，密立根获得1923年诺贝尔物理 学奖
第一节 光电效应 光子
重庆市第一中学校 李忠相
光电子 光 G 电 流
G
V
A K
P.E.A.Lenard,1862-1947
S
1.光电效应是否发生竟然取决于光的频率！ 2.对于同种频率的光，光电子的最大初速 度竟然与光的强度没有关系！ 3.光电效应竟然瞬时发生！
Albert Einstein 1879－1955 1.光量子（光子） 光的发射、传播和吸收均以光子为基本单位 每个光子能量：E=hν h=6.63×10-34J•s，普朗克常数 2.光子被吸收过程 一个光子的能量一次性全部被吸收 一个电子一次只吸收一个光子的能量 3.电子逸出过程
G
A K
V P
S
在上图中，已知当开关S闭合时G表有示数。 （1）若将滑片P逐渐向右滑动，G表示数如何变化？ （2）若将电源正负极反向再将滑片P向右滑动，G 表示数又如何变化？ （3）在第（2）问中G表示数稳定后，若增大入射光 强度而频率不变，G表示数又有何变化？ （4）在第（2）问中G表示数稳定后，若增大入射光 频率而强度不变，G表示数又有何变化？
高三物理一轮复习 16量子论初步
• (4)频率低的光波动性强，频率高的光粒 子性强．
精选课件
• 1．1913年丹麦物理学玻尔家
子结构的能量
量子化和
模型．
提出了原轨道 量子化
• 2．能能级量 ：原子的可能状态是不连续的，
能因量此值 各状态对应的 也是不连续的，能级就 是原子各状态对应的 能量最低 .
的
．
• (2)最大初动能 表面
• 发生光电效应时，金属 的最电大子值 吸收光子
后克服原子核的引力逸出时所具有动能的
．
能量
• (3)光电效应方程
• 爱因斯坦光电效应方程是根据 守恒 定律推导出来的．描述的是光电子的最大 初动能Ek跟入射光精子选课件的能量hν和逸出功W
• 1．光的波粒二象性：
• 光是一种波，同时也是一种粒子，粒光子性具有 ；既不能把光波理解成宏观状态
精选课件
• 三、氢原子的能级图及应用 • 1．氢原子能级图(如下图所示)
• 5．原子光谱：稀薄气体放电所发出的光
谱不是连续
的，它只发
出几分种立 确定频率的光，因此光谱线是
的，这种分立的线状谱叫原子光谱．
精选课件
• 一、光子说对光电效应的解释 • 1．当光照射到金属上时，它的能量可能 被金属中的某个电子全部吸收，电子吸收 能量后动能增加；当它的动能足够大时， 它能克服金属内部原子对它的吸引而离开 金属表面逃逸出来，成为光电子，这一过 程时间很短，不需要长时间的积累．
的波，也不能把光子当成实物粒子．
• 2．物质波：
• 任何一个运动 的物体，小到微观粒子，大
到宏观物体，都有一种波与它相对应，其
高三物理 第二十一章 量子论初步
高三物理 第二十一章 量子论初步一、光电效应 光子1．光电效应⑴在光的照射下物体发射电子的现象，叫做光电效应。
右图装置中，用弧光灯照射锌板（弧光灯发出的光中含有紫外线），将有电子从锌板表面飞出，使原来不带电的验电器带正电。
发射出来的电子叫做光电子（区别于加热发出的热电子）。
⑵光电效应的规律。
研究发现，光电效应有以下规律：①极限频率的存在。
各种金属都存在极限频率ν0，只有ν≥ν0才能发生光电效应（与之对应的有极限波长λ0，只有λ≤λ0才能发生光电效应）；②瞬时性。
无论照射光强还是弱，只要超过极限频率，从光照射到有光电子产生，经历的时间不超过10-9s ，几乎是瞬时的。
这两条规律都无法用光的波动性来解释。
2．光子说⑴普朗克的量子理论。
普朗克在研究热辐射（电磁辐射的一种）时发现，只有认为电磁波的发射和接收不是连续的，而是一份一份地进行的，理论计算的结果才跟实验相符。
普朗克把这一份一份的能量叫做一个能量子。
普朗克还指出：每个能量子的能量等于h ν，其中ν是电磁波的频率，h 是一个常量，叫普朗克常量，h=6.63×10-34J s 。
⑵爱因斯坦的光子说。
光的波动说无法解释光电效应。
考虑到光和热辐射一样，也是一种电磁波，于是爱因斯坦把普朗克的量子理论应用到光学研究中来，提出了光子说。
光子说的内容是：光是不连续的，是一份一份的，每一份叫做一个光量子，简称光子。
光子的能量E 跟光的频率ν成正比：E=h ν。
爱因斯坦利用光子说解释了光电效应。
设每个光子只能被一个电子吸收（一个光子不能被多个电子分开吸收）；每个电子只能吸收一个光子（一个电子不能同时吸收多个光子）。
光电效应的物理过程如下：入射光照到金属上，有些光子被电子吸收，有些没有被电子吸收；吸收了光子的电子（a 、b 、c 、e 、g ）动能增大，将向各个方向运动；有些电子射出金属表面成为光电子（b 、c 、g ），有些没射出（a 、e ）；射出金属表面的电子克服金属中正电荷引力做的功也不相同；只有从金属表面直接飞出的光电子克服正电荷引力做的功最少（g ），飞出时动能最大。
量子论初步
由此可知阴极材料的逸出功为
光 D、电锌阴板极带即波负碱电金动、属指性、针半：带导负体大电光量电发光射材子料的，涂特于玻征壳。内壁（，受光光子照时在，可空向间外发各射光点电出子。现的可能性不一样）
63×10-34J·s
物质波 h p
氢原子光谱的规律
试分析氢原子从n=7激发态跃迁到n=1基态；从n=6的激发态跃迁到n=3的激 发态，辐射的光属什么光？有什么规律？
A、锌板带正电，指针带负电 爱因斯坦（1905）光量子理论 波动性：大量光子的特征。
合上电键，调节滑线变阻器，发现当电压表读数小于0.
康普顿效应
原理：光子撞击电子，以期证明光的粒子性。 结果：光和电子作用前后的波长发生变化。 结论：光的粒子性。 理论依据：动量守恒、能量守恒
能级
经典理论：电子的运动要辐射电磁波，能量要减小，最终落在原子核上。 事实：原子是稳定的。
（1）光电流，结饱和果光：电流与原相同。
粒子性：少量光子的行为。
6结0果V时：，光电和流电表子结读作数用论仍前：不后为的光零波；长的发波生变动化。性是光子本身的一种属性。
合上电键，调节滑线变阻器，发现当电压表读数小于0.
（（13） ）下任入何射列一光关种照金到于属金，属光都 上的有时一，波个光极电粒限子二频的率发象，射入几性射乎的光是频瞬说率时必的法须（中大t﹤于1正这0-个9确秒极）的限频是率才能产生光电效应 1态、。原子只能A处于、一光系列的不连波续动的能性量状和态粒中，子在这性些是状态相中原互子矛是稳盾定的的，，电子不虽然能绕统核运一动，但并不向外辐射能量，这些状态叫定
量子论初步
2019-2020年高三物理新课量子论初步人教版
2019-2020年高三物理新课量子论初步人教版一. 本周教学内容：高三新课：量子论初步二. 知识要点：（一）光电效应1. 光电效应：（1）光电效应：在光（包括不可见光）的照射下从物体发射出电子的现象称为光电效应（在光的照射下物体发射出的电子叫光电子）。
（2）光电效应的实验规律：①极限频率：任何一种金属都有一个极限频率，入射光的频率必须大于，才能产生光电效应；②光电子的最大初动能与入射光强度无关，只随入射光的频率增大而增大；③光电效应的瞬时性：只要入射光的频率高于金属的极限频率，不论光的强弱，光电子的产（三）玻尔的原子模型、能级1. 玻尔模型提出的背景：核式结构学说与经典物理之间的矛盾。
2. 玻尔模型（1）轨道量子化：围绕原子核运动的电子轨道半径只能是某些分立的数值，这种现象叫轨道量子化。
（2）能量量子化：不同轨道对应不同状态，在这些状态中，尽管电子做变速运动，但不辐射能量。
因此这些状态是稳定的（定态）。
原子在不同的状态中具有不同的能量，所以原子的能量也是量子化的。
（3）玻尔的三条假设为：① 定态假设：原子系统只能具有一系列不连续的能量状态，在这些状态中，电子虽作加速运动，但不辐射电磁能量。
② 频率假设：原子从一个定态跃迁到另一个定态，放出（或吸收）的光子能量等于这两个定态能量差。
③ 轨道量子化假设：各定态的能量不连续，对应各轨道半径值也是不连续的即（） 其中， 3. 能级定态能级：玻尔模型中，原子的可能状态是不连续的，各状态对应能量也不连续，这些能量值叫能级，各状态标号分别为1，2，3…用r 表示电子的轨道半径，E 表示能级，从大到小分别为：==-==2211,212.0,6.13,053.0E nm r eV E nm r① 把原子电离后的能量记为0，其他能级均小于0，记为负值。
② 各状态的标号叫量子数。
基态：能量最低的状态叫基态，电子轨道半径为，能量为。
激发态：其他状态叫激发态，电子的轨道半径为对应的能量为 4. 跃迁—光子的发射和吸收跃迁：原子从一个定态变化到另一个定态叫跃迁。
6-1 量子论初步 课件 高中物理新教科版选择性必修第三册(2022~2023学年)
新课讲授
二、黑体辐射的实验规律
1.辐射强度按波长分布与温度的关系:
特点：随温度的升高 ①各种波长的辐射强度都在增加； ②辐射强度的最大值向短波方向移动。
新课讲授 二、黑体辐射的实验规律
4.宏观物体的能量是连续的；微观粒子的能量是量子化的。
新课讲授
三、能量子
普朗克抛弃了经典物理中的能量可连续变化、 物体辐射或吸收的能量可以为任意值的旧观点，提 出了能量子、物体辐射或吸收能量只能一份一份地 按不连续的方式进行的新观点。这不仅成功地解决 了热辐射中的难题，而且开创物理学研究新局面， 标志着人类对自然规律的认识已经从从宏观领域进 入微观领域，为量子力学的诞生奠定了基础。1918 年他荣获诺贝尔物理学奖。
课堂练习
3．关于对能量子的认识，下列说法正确的是（ B ）
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．能量子与电磁波的频率成反比 D．这一假说与现实世界相矛盾，因而是错误的
课堂练习
【答案】B 【详解】AB．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，故A错误，B正确； C．最小能量值ε=hν，ε与ν成正比，故C错误； D．能量子假说反映的是微观世界的特征，不同于宏观世界，并不是与现实世界相矛 盾，故D错误。 故选B。
2.经典物理学所遇到的困难
瑞利 ─ 金斯线
维恩线
维恩
瑞利
（1）维恩的经验公式：短波符合，长波不符合； （2）瑞利 ─ 金斯公式：长波符合，短波荒唐
新课讲授
二、黑体辐射的实验规律
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量子论初步量子论初步（光的粒子性）一、光电效应1．光电效应现象：在光（包括不可见光）照射下物体发射出电子的现象叫光电效应现象；所发射的电子叫光电子；光电子定向移动所形成的电流叫光电流。
2．光电效应规律(1)任何一种金属都有一个极限频率，入射光必须大于这个极限频率才能产生光电效应．(2)光电子的最大初动能与入射光的强度(数目)无关，只随着入射光的频率增大而增大．(3)当入射光的频率大于极限频率时，保持频率不变，则光电流的强度与入射光的强度成正比．(4)从光照射到产生光电流的时间不超过10—9s，几乎是瞬时的．说明：(1)光电效应规律“光电流的强度与入射光的强度成正比”中“光电流的强度指的是光电流的最大值(亦称饱和值)，因为光电流未达到最大值之前，其值大小．不仅与入射光的强度有关，还与光电管两极间的电压有关．只有在光电流达到最大以后才和入射光的强度成正比．(2)这里所说“入射光的强度”，指的是单位时间内入射到金属表面单位面积上的光子的总能量，在入射光频率不变的憎况下，光强正比于单位时间内照射到金属表面上单位面积的光子数．但若换用不同频率的光照射，即使光强相同，单位时间内照射到金属表面单位面积的光子数也不相同，因而从金属表面逸出的光电子数也不相同，形成的光电流也不同．二、光子说1．经典的波动理论解释不了光电效应规律中(1)极限频率、(2)最大初动能、(4)瞬时性(1)极限频率ν0：光的强度由光波的振幅A决定，跟频率无关。
只要入射光足够强(或照射时间足够长),就应该能发生光电效应．但事实并非如此．(2)光电子的最大初动能：只与光的频率有关而与光的强度无关．(3)解释不了光电效应发生的时间之短：10-9s ；能量积累是需要时间的2．光子说却能很好地解释光电效应．光子说认为：(1)空间传播的光不是连续的，而是一份一份的，每一份叫做一个光子．①光传播规律②光由能量子(光子)组成(2)光子的能量跟它的频率成正比，即E＝hγ＝hc／λ(式中的h叫做普朗克恒量，h＝6．610＿34J·s)爱因斯坦利用光子说解释光电效应过程：(一个．．光子的能量只能被一个．．电子吸收，一对一关系)①入射光照到金属上,有些光子被电子吸收,有些没有被电子吸收；吸收了光子的电子(a、b、c、e、g)动能变大,可能向各个方向运动；有些电子射出金属表面成为光电子(b 、c 、g )，有些没射出(a 、e )；射出金属表面的电子克服金属中正电荷引力做的功也不相同；只有从金属表面直接飞出的光电子克服正电荷引力做的功最少(g )，飞出时动能最大。
解释了最大初动能.②如果入射光子的能量比这个功的最小值还小，那就不能发生光电效应。
这就解释了极限频率的存在；③由于光电效应是由一个个光子单独引起的，因此从有光照射到有光电子飞出的时间与照射光的强度无关，几乎是瞬时的。
这就解释了光电效应的瞬时性。
（3）爱因斯坦光电效应方程：E k =h γ－W(E k 是光电子的最大初动能；W 是逸出功：即从金属表面直接飞出．．．．．．．．．的光电子克服正电荷引力所做的功，也称电离能 )说明：(1)光电效应现象是金属中的自由电子吸收了光子的能量后，其动能足以克服金属离子的引力而逃逸出金属表面，成为光子电子．不要将光子和光电子看成同一粒子．(2)对一定的金属来说，逸出功是一定的．照射光的频率越大，光子的能量越大，从金属中逸出的光电子的初动能就越大．如果入射粒子的频率较低，它的能量小于金属的逸出功，就不能产生光电效应，这就是存在极限频率的原因．本节总结：要注意区分一些主要的概念：光的强度、光子的能量、光电子的最大初动能、光电流的强度等．入射光的强度是和光电流的强度联系着的，每秒发射的光子数决定了每秒逸出的光电子数；入射光的频率是和光电子的最大初动能联系着的，每个光子的能量E ＝h ν。
决定了每个光电子的最大初动能21mv m 2．决定了每个光电子的最大初动能光电．．效应也．．．说．明了光具有粒子性。
．．．．．．．．．三．康普顿效应光子在介质中和物质微粒相互作用，可能使得光的传播方向转向任何方向(不是反射），这种现象叫做光的散射。
在研究电子对X 射线的散射时发现：有些散射波的波长比入射波的波长略大。
康普顿认为这是因为光子不仅有能量，也具有动量。
实验结果证明这个设想是正确的。
因此康普顿效应也证明了光具有粒子性。
．．．．．．．．．．．．．．．．按照经典电磁理论⇒推理光波在散射前后波长应该不变，事实上变了。
经典理论与实验事实又出现了矛盾。
光的电磁理论再次遇到困难。
康普顿用光子的概念解释这种康普顿效应，再次证明了爱因斯坦光子学说的正确性。
X 射线光子与晶体中的电子碰撞时：X 光子要把一部分动量转移给了电子，光子的动量λhp =变小，所以波长会增大。
根据能量守恒和动量守恒求解出散谢光波波长的变化值(理论与实验完全相符合)具有能量(光电效应) E =h γ证明(X 射线)光子 (E 和P 是粒子性的表现；γ和λ是波动性的表现) 两式说明光具有波、粒二象性。
散射前散射后具有动量(康普顿效应) λh p = (通过普朗克常量h 架起波、粒二象性的桥梁)推理过程：光子说：中一个光子的能量E =h γ 质量2c h m γ=爱狭义相对论中：质能方程E=mc 2 光子的动量c h mc p γ== 动量的定义：动量=质量×速度 p =m ×v=m × c λhp =速度=波长×频率 即：λγ=c五、物质波（德布罗意波）物质分为两大类：实物和场．．．．是物质存在的两种方式。
既然作为场的光有粒子性，那么作为粒子的电子、质子等实物是否也具有波动性？德布罗意由光的波粒二象性的思想推广到微观粒子和任何运动着的物体上去，得出物质波(德布罗意波)的概念：任何一个运动着的物体都有一种波与它对应，该波的波长λ=h/p 。
人们又把这种波叫做德布罗意波。
物质波也是概率波。
例21. 试估算一个中学生在跑百米时的德布罗意波的波长。
解：估计一个中学生的质量m ≈50kg ，百米跑时速度v ≈7m/s ，则3634109.17501063.6--⨯=⨯⨯==p h λm 由计算结果看出，宏观物体的物质波波长非常小，所以很难表现出其波动六、.氢原子中的电子云对于宏观质点，只要知道它在某一时刻的位置和速度以及受力情况，就可以应用牛顿定律确定该质点运动的轨道，算出它在以后任意时刻的位置和速度。
对电子等微观粒子，牛顿定律已不再适用，因此不能用确定的坐标描述它们在原子中的位置。
玻尔理论中说的“电子轨道”实际上也是没有意义的。
更加彻底的量子理论认为，我们只能知道电子在原子核附近各点出现的概率的大小。
在不同的能量状态下，电子在各个位置出现的概率是不同的。
如果用疏密不同的点子表示电子在各个位置出现的概率，画出图来，就像一片云雾一样，可以形象地称之为电子云。
七、能级卢瑟福提出的原子的核式结构模型。
认为电子绕核做圆周运动，好比地球绕太阳做圆周运动。
研究表明：卢瑟福的核式结构模型和经典电磁理论有矛盾：按照经典电磁理论：⑴电子绕核做圆周运动会向外辐射同频率的电磁波,能量将减小,原子将会不稳定;⑵电子旋转半径减小的同时,频率将增大,因此辐射的电磁波频率也应该是连续变化的。
大量原子的发光光谱应该是连续光谱。
事实上原子是稳定的；原子辐射的电磁波的频率也是不变的，原子发光的光谱是线状谱。
为解决这个矛盾，玻尔将量子理论引入原子结构理论，大胆提出了三条假设，创建了玻尔原子模型。
内容：玻尔认为:围绕原子核运动的电子轨道半径只能是某些分立的数值，这种现象叫轨道量子化；不同的轨道对应着不同的状态,在这些状态中,尽管电子做变速运动，却不辐射能量,因此这些状态是稳定的；原子在不同的状态中具有不同的能量，所以原子的能量也是量子化的.玻尔的原子模型(引入量子理论，量子化就是不连续性，整数n 叫量子数) 玻尔补充三条假设①能量定态假设：----原子只能处于一系列不连续的能量状态(称为定态) 中, 在这些状态中原子是稳定的，电子虽然绕核运动，但并不向外辐射能量，这些状态叫定态。
(本假设是针对原子稳定性提出的)理解要点：即不同的轨道对应着不同的能量状态，这些状态中原子是稳定的，不向外辐射能量.说明：这一说法和事实是符合得很好的，电子并没有被库仑力吸引到核上，就像行星绕着太阳运动一样。
这里所说的定态是指原子可能的一种能量状态，有某一数值的能量，这些能量包含了电子的动能和电势能的总和。
②原子跃迁假设：----原子从一种定态跃迁到另一种定态,要辐射(或吸收)一定频率的光子(其能量由两定态的能量差决定)(本假设针对线状谱提出) (终初E E h -=ν) 辐射(吸收)光子的能量为hf ＝E 初-E 末原子在不同的状态具有不同的能量，从一个定态向另一个定态跃迁时要辐射或吸收一定频率的光子，该光子的能量，等于这两个状态的能级差.氢原子跃迁的光谱线问题[一群氢原子可能辐射的光谱线条数为()212-==n n C N n ]。
[ (大量)处于n 激发态原子跃迁到基态时的所有辐射方式]③轨道、能量量子化假设：----定态不连续,能量和轨道也不连续;(即原子的不同能量状态跟电子沿不同的圆形轨道绕核运动相对应,原子的定态是不连续的,因此电子所处的可能轨道的分布也是不连续的。
(针对原子核式模型提出,是能级假设的补充)即轨道是量子化的，只能是某些分立的值.对氢原子的激发态和基态的能量(最小)与核外电子轨道半径间的关系是:轨道量子化r n =n 2r 1(n ＝1,2.3…) r 1=0.53×10-10m能量量子化：21n E En = E 1=－13.6eV 这些能量值叫能级.能量最低的状态(量子数n=1)叫基态,其他状态叫激发态。
根据玻尔理论画出了氢原子的能级图。
[说明]氢原子各定态的能量值为电子绕核运动的动能E k 和电势能E p 的代数和；当取无穷远处电势能为零时，各定态的电势能均为负值.玻尔理论的成功之处：在于引入了量子化的概念，但因保留了经典的原子轨道，故有关氢原子的计算仍应用经典物理的理论.对电子绕核运动的轨道半径、速度、周期、动能、电势能等的计算，是牛顿运动定律、库仑定律、匀速圆周运动等知识的综合应用.原子的跃迁条件n m E E hv -=只适用于光子和原子作用而使原子在各定态之间跃 迁的情况，对下述两种情况，则不受此条件限制：①当光子与原子作用而使氢原子电离，产生离子和自由电子时，原子结构被破坏，因而不遵守有关原子结构的理论.如基态氢原子的电离能为13.6eV ，只要大于或等于13.6eV 的光子都能被处于基态的氢原子吸收而发生电离.氢原子电离所产生的自由电子的动能等于入射光子的能量减去电离能.②实物粒子和原子作用而使原子激发或电离，是能过实物粒子和原子碰撞来实现的.在碰撞过程中，实物粒子的动能可以全部或部分地被原子吸收，所以只要入射粒子的动能大于或等于原子某两个能级差值，就可以使原子受激发而跃迁到较高的能级；当入射粒子的动能大于原子在某能级的电离能时，也可以使原子电离. 明确：原子的能量增加是因为电子增加的电势能大于电子减少的动能；反之原子的能量减少是因为电子减少的电势能大于电子增加的动能。