4.1量子概念的诞生学案(2020年教科版高中物理选修3-5)

2020-2021学年高二物理人教版选修3-5学案：第十七章第1节能量量子化

第1节能量量子化1．了解黑体、热辐射和黑体辐射的概念，了解黑体辐射的规律。

2．了解能量子的概念，了解宏观物体和微观粒子的能量变化特点。

3．了解能量子概念的提出过程，体会物理学发展的艰辛。

4．了解科学家探索微观世界规律的方法，培养热爱科学的科学态度与责任。

一、黑体与黑体辐射1．热辐射(1)定义：我们周围的一切物体都在辐射□01电磁波，这种辐射与□02物体温度有关，所以叫热辐射。

(2)特性：热辐射强度按波长的分布情况随物体的□03温度而有所不同。

2．黑体(1)定义：某种物体能够□04完全吸收入射的各种波长的电磁波而不发生□05反射，这种物体就是绝对黑体，简称黑体。

(2)□06温度有关。

二、黑体辐射的实验规律1．如图所示，随着温度的升高，各种波长的辐射强度都有增加。

2．辐射强度的极大值向着波长□01较短的方向移动。

三、能量子1．定义：普朗克认为，带电微粒辐射或吸收能量时，只能是辐射或吸收某个最小能量值的□01整数倍，这个不可再分的最小能量值ε叫做能量子。

2．大小：ε＝hν，其中ν是电磁波的□02频率，h 是□03普朗克常量，数值h ＝□046.626×10－34 J·s 。

(一般h 取6.63×10－34 J·s)判一判(1)黑体就是黑色的物体。

( )(2)黑体是一种理想模型，生活中并不存在。

但有些情况物体可近似看成黑体。

( )(3)普朗克的能量子假说，使人类对微观世界的本质有了全新的认识，对现代物理学的发展产生了革命性的影响。

( )提示：(1)× (2)√ (3)√想一想(1)热辐射在高温下才能发生吗？提示：任何温度的物体都发出一定的热辐射，只是辐射强度按波长的分布情况随物体的温度而有所不同。

(2)投在炉中的铁块一开始是什么颜色？过一会儿又是什么颜色？提示：投在炉中的铁块一开始是黑色，过一会儿随着温度的升高，铁块逐渐变为红色，这是因为同一物体热辐射的强度与温度有关。

第十七章专题量子论初步学案 -高二下学期物理人教版选修3-5

量子论初步一、光电效应光子本节课知识要点●1．光电效应：(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)光电效应的规律：①任何一种金属都有一个极限频率v0．入射光的频率必须大于v0，才能产生光电效应；②入射光照射到金属上时，光电子发射几乎是瞬时的，一般不超过10－9S；(3)波动说对光电效应规律解释的困难．●2．光子(1)光子说：在空间传播的光是不连续的，而是一份一份的，每一份叫做一个光量子，简称光子．光子的能量E＝hv(h为普朗克恒量)；(2)光子说可完满解释光电效应．●3．光电效应方程；(1)逸出功(W)：金属表面上的电子逸出时要克服金属原子核的引力所做功的最小值．(2)光电效应方程：E k＝hv－W．E k为动能最大的光电子所具有的动能，称为最大初动能．课堂针对训练(1)在演示光电效应的实验中，原来不带电的一块锌板与灵敏验电器相连，用弧光灯照射锌板时，验电器的指针就张开一个角度，如图21—1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．(2)一束绿光照射某金属发生了光电效应，则以下正确的是：A．若增加绿光的照射强度，则单位时间内逸出的光电子数目不变；B．若增加绿光的照射强度，则逸出的光电子最大初动能增加；C．若改用紫光照射，则逸出的光电子的最大初动能增加；D．若改用紫光照射，则单位时间内逸出的光电子数目一定增加．(3)用a、b两种单色光先后两次照射同一金属板，均可发生光电效应，但两种色光波长关系为λa＞λb，则：A．两次产生的光电子速度一定是v a＞v b； B．两次逸出的光电子的初动能一定是E kb＞E ka；C．两次产生的光电子的最大初动能相同； D．两次逸出的某些光电子的初动能相同．(4)对光电效应的解释，正确的是；A．金属内的每个电子可以吸收一个或一个以上的光子，当它积累的动能足够大时，就能逸出金属表面；B．如果入射光子的能量小于金属表面的电子克服原子核的引力逸出时需要做的最小功，光电效应便不能发生了；C．发生光电效应时，入射光越强，光子的能量就越大，光电子的最大初动能就越大；D．由于不同的金属的逸出功是不相同的，因此使不同金属产生光电效应的入射光的最低频率也不相同．(5)某介质中光子的能量是E，波长是λ，则此介质的折射率是(c为光在真空中传播速度)：A．λE／h； B．λE／Ch； C．ch／λE D．h／λE．(6)铯的逸出功是 3.0×10－19J，用波长是0.59m的黄光照射铯，电子从铯表面飞出的最大初动能是多大？(7)某金属受到频率为v1＝7.0×1014Hz的紫光照射时，释放出来的光电子中最大初动能是0.69eV，当受到频率为v2＝11.8× 1014Hz的紫外线照射时，释放出来的光电子中最大初动能是2.69eV，求：①普朗克恒量；②该金属的逸出功和极限频率．二、光的波粒二象性本节课知识要点●1．先具有波、粒二象性：光是一种波，同时也是一种粒子．●2．光波又叫做概率波．概率的意义是表征某一事物出现可能性的大小．●3．在微观世界中，波动性和粒子性是矛盾的统一体：当研究个别光子的行为时，呈现的是粒子性；当研究大量光子的连续行为时，呈现的是波动性．课堂针对训练(1)对光的波粒二象性的说法中，正确的是：A．有的光是波，有的光是粒子；B．光子与电子是同样一种粒子；C．光的波长越长，其波动性越显著，波长越短，其粒子性越显著；D．光波又叫概率波．(2)有关光的本性的说法正确的是：A．关于光的本性，牛顿提出了“微粒说”，惠更斯提出了“波动说”，爱因斯坦提出了“光子说”，它们都完满地说明了光的本性；B．光具有波粒二象性是指：既可以把光看成宏观概念上的波，也可以看成微观概念的粒子；C．光的干涉、衍射现象说明光具有波动性，光电效应说明光具有粒子性；D．光在本质上是一种频率很高的电磁波．(3)关于光的波粒二象性的下述说法中，不正确的是：A．光既有波动性，又有粒子性；B．光的波粒二象性彻底推翻了光的电磁说；C．光的波粒二象性学说是把牛顿的光微粒说和惠更斯的光波动说相加得出的结论；D．光的波粒二象性是一切微观粒子所普遍具有的二象性中的一个具体例子．(4)关于光的性质，下列叙述中正确的是：A．在其他同等条件下，光频率越高，衍射现象越容易看到；B．频率越高的光粒子性越显著，频率越低的光波动性越显著；C．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；D．如果让光子一个一个地通过狭缝时，它们将严格按照相同的轨道和方向作极有规则的匀速直线运动，三、能级本节课知识要点●1．玻尔模型：(1)卢瑟福原子模型与经典电磁理论间的矛盾．(2)玻尔的原子理论：围绕原子核运动的电子轨道半径只能是某些分立的数值，即轨道量子化，rn＝n2／r1，(r1＝0.053nm＝0.53×10－10m，n＝1，2，3……)；不同轨道对应的原子的能量也是量子化，E n＝E1／n2(E1＝13.6eV，n＝1，2，3……)．●2．能级(1)能级：原子在各个定态时的能量值称为原子的能级．(2)氢原子的能级图：(见课本)(3)基态：在正常状态下，原子处于最低能级，这时电子在离核最近的轨道上运动的定态称基态．(4)激发态：原子吸收能量后从基态跃迁到较高能级，这时电子在离核较远的轨道上运动的定态称激发态．●3．光子的发射和吸收原子发生定态跃迁时，要辐射(或吸收)一定频率的光子，即hv＝E初－E终．(从高能级跃迁到低能级时要放出光子，反之要吸收光子或通过其它原子的碰撞吸收能量．)●4．原子光谱(1)线状谱(又称原子光谱)：由波长不连续的一些亮线组成的光谱．由稀薄气体发光产生．每种元素光谱中的谱线分布都和其他元素不一样．(2)氢原子光谱中的一些谱线(见课本)．(3)光谱分析：根据光谱来鉴别物质和确定它的化学组成．课堂针对训练(1)下面关于玻尔原子理论的观点解释中，不正确的是：A．原子只能处于一系列不连续的状态中，每个状态都对应一定的能量；B．原子中，虽然电子不断地做加速运动，但只要能量状态不改变，就不会向外辐射能量；C．原子从一种定态跃迁到另一种定态时，一定要辐射出一定频率的光子；D．原子的每一个能量状态都对应有一个电子轨道，并且这些轨道是不连续的．(2)根据玻尔的原子理论，原子中电子绕核运动的半径：A．可以取任意值； B．可以在某一范围内任意取值；C．可以取一系列不连续的任意值； D．是一系列不连续的特定值．(3)根据玻尔理论，氢原子中，量子数n越大，则以下说法中正确的是：A．电子轨道半径越大； B．核外电子的速率越大；C．氢原子能级的能量越大； D．核外电子的电势能越大．(4)一个氢原子中的电子从一半径为r a的轨道直接跃迁到另一半径为r b的轨道，已知r a＞r b，则在此过程中：A．原子发出一系列频率的光子； B．原子要吸收一系列频率的光子；C．原子要吸收某一频率的光子； D．原子要辐射某一定频率的光子．(5)如图21—2为氢原子能级图，A、B、C分别表示电子三种不同能级跃迁时放出的光子，其中：A．频率最大的是B； B．波长最长的是C； C．频率最大的是A； D．波长最长的是B．(6)一个氢原子处于第3能级时，外面射来了一个波长为6.63×10－7m的光子，下列说法中正确的是：A．氢原子不吸收这个光子，光子穿过氢原子； B．氢原子被电离，电离后的电子的动能约为0.36eV；C．氢原子被电离，电离后电子的动能为零； D．氢原子吸收光子，但不电离．(7)氢原子的基态能量为－13.6eV，当它刚好电离时，需吸收能量为________eV的光子，该光子的波长为________m(h＝6.63×10－34J·s)．(8)原子从一个能级跃迁到一个较低的能级时，有可能不发射光子．例如在某种条件下，铬原子的n —2能级上的电子跃迁到n ＝1能级上时并不发射光子，而是将相应的能量转交给n ＝4能级上的电子，使之能脱离原子，这一现象叫做俄歇效应．以这种方式脱离了原子的电子叫做俄歇电子．已知铬原子的能级公式可简化表示为En ＝－2n A 式中n ＝1，2，3……表示不同能级，A 是正的已知常数．上述俄歇电子的动能是：A ．163A ；B ．167A ；C ．1611A ；D ．1613A ． (9)根据玻尔假设，当E 初________E 终时原子将产生发光现象．氢原子的基态能量值为E 1＝－13.6eV ，当一个氢原子从基态跃迁到量子数为 2的定态时需要吸收________eV 能量，如果向一个处于基态的氢原子提供1.1eV 的能量时，氢原子的能级将________(填“跃迁”或“不跃迁”)．(10)图21—3给出氢原子最低的四个能级．氢原子在这些能级之间跃迁所辐射的光子的频率最多有________种，其中最小的频率等于________Hz(保留两位有效数字)．四、物质波本节课知识要点●1．物质波(1)物质的两大类：一类是实物(如质子等)，另一类是场(如电磁场)．(2)实物粒子也能产生衍射、干涉图样(见课本)．(3)任何一个运动物体(含微观粒子和空间天体)都有一种波和它相对应，这种波叫做物质彼，也叫德布罗意波或概率波．(4)物质波的波长公式：λ＝h ／p (h 为普朗克恒量，p 为运动物体动量)．●2．牛顿力学的局限性：牛顿定律适用于宏观低速运动物体，对于微观粒子和宏观高速运动物体则不适用． ●3．氢原子中的电子云：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，就像云雾一样，称为电子云．原子处于不同能级时，电子云不同．课堂针对训练(1)电子显微镜的最高分辨率高达0.2nm(波长越短分辨率越高)，如果有人制造出质子显微镜，在加速到相同的速度情况下，质子显微镜的最高分辨率将：A ．小于 0.2nm ；B ．大于0.2nm ；C ．等于0.2nm ；D ．以上说法均不正确．(2)一个光子的能量为4.8×10－19J ，该光子的动量为________kg ·m ／s ，质量为________kg ，其静止质量为________kg ．(3)一个沿着一定方向运动的光子和一个静止的自由电子相互碰撞，碰撞后，电子向某一方向运动，光子沿着另一方向散射出去，这个散射光子跟原来入射时相比．A ．速率减小；B ．频率增大；C ．能量增大；D ．波长增大；(4)质子和电子分别以速度 v ＝ 4.0×107 m ／s 运动，试比较它们的物质波的波长．(电子质量m e ＝0.91×10－30kg ，质子质量m p ＝1.67×10－27kg)补充训练(1)如果一束光的光子能量较大，那么：A．它在某一介质中传播的速度较其他光子大； B．它从空气中进入某介质时，折射角较大；C．它从某介质射向空气，发生全反射临界角较小； D．它的波动性显著，而粒子性不显著．(2)入射光射到某金属表面上发生光电效应，若入射光的强度减弱而频率保持不变，那么：A．从光照到金属表面上到发生光电效应发出光电子之间的时间间隔将明显增加；B．逸出的光电子的最大动能将减小；C．单位时间内从金属表面追出的光电子数目将减小；D．有可能不发生光电效应．(3)已知铯极限频率为4.545×1014HZ，钠的极限频率为6.000×1014Hz，银的极限频率为1.153×1015 Hz，铂的极限频率为1.529× 1015Hz，当用波长为 0.375m的光照射它们时，可发生光电效应的是：A．银、铂； B．铯、钠； C．银、铯； D．铂、钠；(4)某金属用频率为γ1的光照射时逸出的光电子的最大初动能是用频率为γ2的光照时逸出光电子的最大初动能的2倍，则这种金属的逸出功W＝________(设普朗克常数为h)．(5)当氢原子中的电子由离核较远的轨道跃迁到离核较近的轨道上时：A．电子动能增加； B．电子势能增加；C．放出光子； D．吸收光子．(6)关于光的波粒二家性，下列说法正确的是：A．单个光子通过狭缝，会出现完整的衍射图样； B．光的波动性是大量光子运动的规律；C．光的波粒二家性彻底按翻了光的电磁说； D．有的光是波，有的光是粒子．(7)使铜产生光电效应的最低频率是 1.1×1015HZ，用频率1.5×1015Hz的紫外线照射铜时，它发射出的光电子最大速度是多少？(电子质量m＝9.1× 10－31 kg，普朗克恒量h＝ 6.63×10－34J·s)参考答案一．光电效应光子：(1)B(2)C(3)D(4)BD(5)C(6)3.7×10－20J(7)①6.67×10－34J·S，②3.57×10－19J，5.35×1014Hz．二、光的波粒二象性：(1)CD(2)CD(3)BC(4)BC三、能级：(1)C(2)D(3)ACD(4)D(5)AB(6)B(7)13.6，9.12×10－8(8)C(9)＞，10.2，不跃迁(10)6，1.6×1014四、物质波：(1)A(2)1.6×10－27，0.53×10－35，0(3)D(4)1.8×10－11m，1.0×10－14m补充训练：(1)C(2)C(3)B(4)h(2v2－v2)(5)AC (6)B(7)7.6×105 m／s。

人教版高中物理选修3-5学案设计-第十七章第一、二节能量量子化光的粒子性

第十七章波粒二象性〔情景切入〕1990年，德国物理学家普朗克提出了一个大胆的假设：粒子的能量只能是某一最小能量值的整数倍。

这一假说不仅解决了热辐射问题，同时也改变了人们对微观世界的认识。

光在爱因斯坦的眼里成了“粒子”，电子、质子等在德布罗意看来具有了波动性……光到底是什么？实物粒子真的具有波动性吗？让我们一起进入这种神奇的微观世界，去揭开微观世界的奥秘吧。

〔知识导航〕本章内容涉及微观世界中的量子化现象。

首先从黑体和黑体辐射出发，提出了能量的量子化观点，进而通过实验研究光电效应现象，用爱因斯坦的光子说对光电效应的实验规律做出合理解释，明确了光具有波粒二象性，进而将波粒二象性推广到运动的实物粒子，提出了德布罗意波的概念，经分析和研究得出光波和德布罗意波都是概率波以及不确定性关系的结论。

本章内容可分为三个单元：(第一～二节)主要介绍了能量量子化和光的粒子性；第二单元(第三节)介绍了粒子的波动性；第三单元(第四～五节)介绍了概率波和不确定性关系。

本章的重点是：普朗克的能量量子化假设、光电效应、光电效应方程、德布罗意波。

本章的难点是：光电效应的实验规律和波粒二象性。

〔学法指导〕1．重视本章实验的理解。

本章知识理论性很强，涉及的新概念较多，也比较抽象，但它们作为物理量都有其实验事实基础，所以在学习时要结合实验来理解它们，就不会觉得那么抽象。

2．注意体会人类认识微观粒子本性的历史进程。

人类认识微观粒子本性的进程是波浪形的，在曲折中前进，旧的理论总是被新发现、新的实验事实否定，为解释新实验事实又提出新的理论。

光电效应和康普顿效应证明了光是一种粒子，但光的干涉和衍射又证明了光是一种波，因此光是一种波——电磁波，同时光也是一种粒子——光子。

也就是说光具有波粒二象性。

光在空间各点出现的概率是受波动规律支配的，因此光是一种概率波。

3．学习本章知识会用到以前学过的知识，如光的干涉、衍射，弹性碰撞、动量定理和动能定理等，因此可以有针对性地复习过去的这些知识，对顺利学习本章内容会有帮助。

教科版高中物理选修(3-5)4.1《量子概念的诞生》ppt教学课件

图4-1-4 小圆代表实验值，曲线是根据普朗克的公式作出的．
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量子化现象在宏观世界里，一个物理量的取值通常是连续的，但在微观世
界里，物理量的取值多是不连续的，只能取一些分立的值，物
理量分立取值的现象称量子化现象，量子化理论成为新物理学思想的基石之一．
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【变式1】
下列关于黑体辐射的实验规律叙述正确的有
( A．随着温度的升高，各种波长的辐射强度都有增加 B．随着温度的升高，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动 C．黑体热辐射的强度与波长无关 )．
D．黑体辐射无任何实验
解析黑体辐射的规律为随着温度的升高各种波长的辐射强度都
对微观世界的本质有了全新的认识，对现代物理学的发展产生了革命性的影响．普朗克常量h是自然界最基本的常量之一，它体现了微观世界的基本特征．
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一、黑体辐射及其实验规律对黑体的理解
(1)如果某种物体在任何温度下都能够完全吸收入射的各种电磁
波而不发生反射，这种物体就是黑体．所谓“黑体”是指能够全部吸收所有频率的电磁辐射的理想物体，绝对的黑体实际上是不存在的．
(1)黑体辐射的实验规律如图4-1-2所示，揭示了黑体辐射强度按
波长分布的情况： ①随着温度的升高，各种波长的辐射强度都有增加． ②随着温度的升高，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动．
图4-1-2
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(2)黑体辐射实验规律的理论解释：
经典物理学认为，物体中存在着不停运动的带电微粒，每个带电
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2020新教科版高中物理选修3-5第4章1量子概念的诞生2光电效应与光的量子说学案20

1量子概念的诞生2.光电效应与光的量子说［学习目标］1. 了解热辐射及热辐射的特性，了解黑体与黑体辐射，了解黑体辐射的实验规律及黑体辐射电磁波强度随波长的分布曲线. (重点)2. 了解普朗克提出的能量子的概念，了解量子论诞生的历史意义3知道光电效应中截止频率的概念及其与光的电磁理论的矛盾.(重点)4.知道光子说及其对光电效应的解释. (重点)5.掌握爱因斯坦光电效应方程并会用它来解决简单问题.(难点)自主预习❼探新别----------------------------------------------------------------------------------------- if-WK ------------------------------------------------------------------------口知识梳理丨一、量子概念的诞生1.热辐射我们周围的一切物体都在以电磁波的形式向外辐射能量，而且辐射强度随波长如何分布都与物体的温度相关，所以物理上把这种辐射称为热辐射，物体热辐射中随温度的升高，辐射的较短波长的电磁波的成分越来越强.2 .黑体与黑体辐射(1) 黑体：如果某物体能够全部吸收外来电磁波而不发生反射，这种物体就称为绝对黑体，简称黑体.(2) 黑体辐射的实验规律①一般材料的物体，辐射电磁波的情况，除与温度有关处，还与材料的种类及表面状况有关.②黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的區度有关.随着温度的升高，一方面，各种波长的辐射强度都有增加；另一方面，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动.(3) 维恩和瑞利的理论解释①建立理论的基础：依据经典理论的知识寻求黑体辐射的理论解释.②维恩公式：在短波区与实验非常接近，在长波区则与实验偏离很大.③瑞利公式：在长波区与实验基本一致，但在短波区与实验严重不符，由理论得出的荒谬结果被称为“紫外灾难”.3 .普朗克提出的能量子的概念(1) 普朗克的假设振动的带电谐振子具有的能量是不连续的，只能取一些分立的值，即曰=nh v (n=1,2,3，…)，即能量E只能取h v的整数倍，最小的一份能量e = h v称为能量子，式中v 是谐振动的频率，h是一个常数，称为普朗克常量. h= 6.626 068 76(52) X 10 一34 J • s.(2) 普朗克理论的意义(V) (X)①利用能量子的假设，普朗克推导出了与实验相符的公式黑体辐射问题.②普朗克在1900年把能量子列入物理学，正确地破除了“能量连续变化”的传统观念, 成为新物理学思想的基石之一.二、光电效应与光的量子说 1.光电效应定义照射到金属表面的光，能使金属中的电子丛表面逸出的现象. 2 .光电子光电效应中发射出来的电子. 3.光电效应的实验规律(1) 对于给定的光电阴极材料，都存在一个发生光电效应所需的入射光的最小频率 ________ v o ，叫做光电效应的截止频率，亦称为极限频率.只有超过截止频率的光, 才能引起光电效应.不同金属材料的截止频率不同.(2) 当入射光的频率高于截止频率、光电流出现时，光电流的大小由光强决定, 光强越大,光电流越大.(3) 从阴极发出的光电子的最大初动能与入射光的频率成线性关系.(4) 只要光的频率大于截止频率，即使用极弱的入射光，光电子总能立刻 _____ (约10「9 s)发射出来.4 .光子说光不仅在发射和吸收时能量是一份一份的，而且光本身就是由一个个不可分割的能量子 ________ 组成的，频率为 v 的光的能量子为 h v ，这些能量子称为光子.5.光电效应方程 (1) 对光电效应的说明在光电效应中，金属中的电子吸收一个光子获得的能量是 h v ，其中一部分用来克服金属的逸出功W 另一部分为光电子的初动能(2) 光电效应方程 E<= h v — W匚［基础自测口1.正误判断(正确的打“V”，错误的打“x (1)能吸收各种电磁波而不反射电磁波的物体叫黑体.(即普朗克公式)成功的解决了(V)⑶能量子的能量不是任意的，其大小与电磁波的频率成正比.(4) 任何频率的光照射到金属表面都可以发生光电效应.(5) 金属表面是否发生光电效应与入射光的强弱有关.⑹不同的金属逸出功不同，因此金属对应的截止频率也不同. （V）⑺入射光若能使某金属发生光电效应，则入射光的强度越大，照射出的光电子越多.（V）2 .（多选）下列叙述正确的是（）A. —切物体都在辐射电磁波B. —般物体辐射电磁波的情况只与温度有关C. 一般物体辐射电磁波的情况只与材料有关D. 黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体温度有关AD [根据热辐射定义知A对；根据热辐射和黑体辐射的特点知一般物体辐射电磁波的情况除与温度有关外，还与材料种类和表面状况有关，而黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体温度有关，B、C错、D对.]3 .如图所示，用弧光灯照射锌板，验电器指针张开一个角度，则下列说法中正确的是（）A. 用紫外线照射锌板，验电器指针会发生偏转B. 用红光照射锌板，验电器指针会发生偏转C. 锌板带的是负电荷D. 验电器指针带的是负电荷A [将擦得很亮的锌板与验电器连接，用弧光灯照射锌板（弧光灯发出紫外线），验电器指针张开一个角度，说明锌板带了电，进一步研究表明锌板和验电器指针带正电.这说明在紫外线的照射下，锌板中有一部分自由电子从表面飞出，锌板带正电，选项A正确.红光不能使锌板发生光电效应.]合作探究❼攻重XK⑵ 温度越高，黑体辐射电磁波的强度越大. (V)(X)1 .对黑体的理解绝对的黑体实际上是不存在的，但可以用某装置近似地代替.如图所示，如果在一个空腔壁上开一个小孔，那么射入小孔的电磁波在空腔内表面会发生多次反射和吸收，最终不能从空腔射出，这个小孔就成了一个绝对黑体.(V)(X)热辐射特点吸收、反射特点一般辐射电磁波的情况与温度有关，与材既吸收又反射，其能力与材料的种类物体料的种类及表面状况有关及入射波长等因素有关黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的温度有关完全吸收各种入射电磁波，不反射(1) 温度一定时，黑体辐射强度随波长的分布有一个极大值.(2) 随着温度的升高①各种波长的辐射强度都有增加；②辐射强度的极大值向波长较短的方向移动•如图所示.4 .普朗克的量子化假设的意义(1) 普朗克的能量子假设，使人类对微观世界的本质有了全新的认识，对现代物理学的发展产生了革命性的影响，成为物理学发展史上一个重大转折点.(2) 普朗克常量h是自然界最基本的常量之一，它体现了微观世界的基本特征.【例1】(多选)黑体辐射的实验规律如图所示，由图可知()辐射陆度严A. 随温度升高，各种波长的辐射强度都增加B. 随温度降低，各种波长的辐射强度都增加C. 随温度升高，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动D. 随温度降低，辐射强度的极大值向波长较长的方向移动ACD [由图可知，随温度升高，各种波长的辐射强度都增加，且辐射强度的极大值向波长较短的方向移动，当温度降低时，上述变化都将反过来，故A、C D正确，B错误.]働针对训练1 .（多选）下列关于黑体辐射的实验规律叙述正确的是（）A. 随着温度的升高，各种波长的辐射强度都有所增加B. 随着温度的升高，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动C. 黑体热辐射的强度与波长无关D. 黑体辐射无任何规律AB [黑体辐射的规律为随着温度的升高各种波长的辐射强度都增加，同时辐射强度的极大值向波长较短的方向移动.故A、B对.]、野点2/= J _T『正确理解光电效应的相关知识1.光子与光电子：光子指光在空间传播时的每一份能量，光子不带电；光电子是金属表面受到光照射时发射出来的电子，其本质是电子，光照射金属是因，产生光电子是果.2 •光电子的动能与光电子的最大初动能：光照射到金属表面时，光子的能量全部被电子吸收，电子吸收了光子的能量，可能向各个方向运动，需克服原子核和其他原子的阻碍而损失一部分能量，剩余部分为光电子的初动能；只有金属表面的电子直接向外飞出时，只需克服原子核的引力做功，才具有最大初动能•光电子的初动能小于或等于光电子的最大初动能.3•光子的能量与入射光的强度：光子的能量即每个光子的能量，其值为£= h v （V为光子的频率），其大小由光的频率决定•入射光的强度指单位时间内照射到金属表面单位面积上的总能量，入射光的强度等于单位时间内光子能量h v与入射光子数n的乘积•即光强等于nh v .4 •光电流和饱和光电流：金属板飞出的光电子到达阳极，回路中便产生光电流，随着所加正向电压的增大，光电流趋于一个饱和值，这个饱和值是饱和光电流，在一定的光照条件下，饱和光电流与所加电压大小无关.5.光的强度与饱和光电流：饱和光电流与入射光强度成正比的规律是对频率相同的光照射金属产生光电效应而言的•对于不同频率的光，由于每个光子的能量不同，饱和光电流与入射光强度之间没有简单的正比关系.【例2】（多选）一束绿光照射某金属发生了光电效应，则下列说法正确的是（）A. 若增加绿光的照射强度，则逸出的光电子数增加B. 若增加绿光的照射强度，则逸出的光电子最大初动能增加C. 若改用紫光照射，则可能不会发生光电效应D. 若改用紫光照射，则逸出的光电子的最大初动能增加AD [光电效应的规律表明：入射光的频率决定着是否发生光电效应以及发生光电效应时产生的光电子的最大初动能的大小，当入射光频率增加后，产生的光电子最大初动能也增加，而照射光的强度增加，会使单位时间内逸出的光电子数增加，又知紫光频率高于绿光，故选项正确的有A D.]现H*衣脚入射光的频率决定着是否发生光电效应以及发生光电效应时产生的光电子的最大初动能的大小，能否发生光电效应与入射光的强弱无关.働针对训练2 .（多选）利用光电管研究光电效应实验如图所示，用频率为v的可见光照射阴极K,电流表中有电流通过，则（）A. 用紫外线照射，电流表不一定有电流通过B. 用红外线照射，电流表一定无电流通过C. 用频率为v的可见光照射阴极K,当滑动变阻器的滑片移到最右端时，电流表一定无电流通过D. 用频率为v的可见光照射阴极K,当滑动变阻器的滑片向左端移动时，电流表示数可能不变D [因紫外线的频率比可见光的频率高，所以用紫外线照射，电流表一定有电流通过，选项A错误；因不知阴极K的极限频率，所以用红外线照射，可能发生光电效应，电流表可能有电流通过，选项B错误；由于发生了光电效应，即使 A K间的电压U A K= 0,电流表中也有电流通过，所以选项C错误；当滑动变阻器的滑片向左端移动时，阳极吸收光电子的能力增强，光电流会增大，当所有光电子都到达阳极时，电流达到最大，即饱和电流，若在移动前，电流已经达到饱和电流，那么再增大U K,光电流也不会增大，所以选项D正确.]琴点3丿爱因斯坦光电效应方程的理解及应用1 .光电效应方程E<= h v —W的四点理解(1) 式中的E k 是光电子的最大初动能，就某个光电子而言，其离开金属时剩余动能大小可以是0〜E<范围内的任何数值.(2) 光电效应方程实质上是能量守恒方程.① 能量为£= h v 的光子被电子吸收，电子把这些能量的一部分用来克服金属表面对它的吸引，另一部分就是电子离开金属表面时的动能.② 如果克服吸引力做功最少为 W,则电子离开金属表面时动能最大为云，根据能量守恒定律可知：E<= h v — W 0.(3) 光电效应方程包含了产生光电效应的条件.若发生光电效应，则光电子的最大初动能必须大于零，即丘=h v — W >0,亦即h v >W,v> W =v c ,而v c = ¥恰好是光电效应的截止频率.(4) E<- v 曲线•如图所示是光电子最大初动能 E 随入射光频率 v 的变化曲线•这里，横轴上的截距是截止频率或极限频率；纵轴上的截距是逸出功的负值；斜率为普朗克常量.(3)三点提醒：① 能否发生光电效应，不取决于光的强度而取决于光的频率. ② 光电效应中的“光”不是特指可见光，也包括不可见光 ③ 逸出功的大小由金属本身决定，与入射光无关. 【例3】如图所示，一光电管的阴极用极限波长入0= 500 nm 的钠制成，用波长入=300nm 的紫外线照射阴极，光电管阳极 A 和阴极K 之间的电势差 U = 2.1 V ，饱和光电流的值1 = 0.56 A.2 •光电效应的研究思路 (1) 两条线索:頻率—— 决定肴每牛光子的能就鬭Tv - 遐度——决足若每秒钟光鎗发射的比子数宀無暮那迦出的)t 电子数——决定打比电酰的大小」比电子進出后的绘大初动能y --------- ---------------(2) 两条对应关系:光强大T 光子数目多T 发射光电子多 T 光电流大光子频率咼T 光子能量大 T光电子的最大初动能大求每秒内由K 极发射的光电子数; (2)求光电子到达 A 极时的最大动能;⑶如果电势差U 不变，而照射光的强度增加到原值的三倍，此时光电子到达 A 极时最大动能是多大？(普朗克常量h = 6.63 X 10「34J ・s)［思路点拨］(1)光电管阴极的逸出功 W 与极限波长入0的关系为W =竺入0⑵ 每秒内由K 极发射的电子全部参与导电时对应饱和光电流.(3)光电子的最大初动能大小与入射光的强度大小无关.［解析］(1)每秒内由K 极发射的光电子数0.56 X 10 一6 人12人1.6X 10—19个=3.5 X 10 个.(2) 由光电效应方程可知c c 「1 1、E<0= h v -W = h — — h —= hc —入入0I 入入0丿在A 、K 间加电压U 时，光电子到达阳极时的动能 (1 1、 E<=氐 + eU = hc — + eU入入0 代入数值，得 E<= 6.012 X 10 —19 J.(3) 根据光电效应规律，光电子的最大初动能与入射光的强度无关，如果电势差则光电子到达 A 极的最大动能不变，E<= 6.012 X 10 —19 J.12 一 19［答案］(1)3.5 X 10 个 (2)6.012 X 10 J —19(3)6.012 X 10 J㊃针对训练3 •用不同频率的紫外线分别照射钨和锌的表面而产生光电效应，可得到光电子最大初动能E<随入射光频率 v 的变化而变化的 H- v 图像，如图所示.已知钨的逸出功是 3.28 eV ,锌的逸出功是3.34 eV ，若将两者的图像分别用实线与虚线画在同一个 E<- v 图上，则下图中正确的是()In = _= eU 不变,A B C DA ［根据光电效应方程 E k = h v -W 可知，E k - v 图像的斜率为普朗克常量 h ,因此题图中两线应平行，故 C 、D 错；图线与横轴的交点表示恰能发生光电效应（光电子动能为零）时的入射光频率，即截止频率，由光电效应方程可知，逸出功越大的金属对应的入射光的频率越高, 所以能使金属锌发生光电效应的截止频率较高，所以A 对，B 错.］课堂小结知识网络对光电效应规律的解释当堂达标❶1 .（多选）对黑体的认识，下列说法正确的是（）A. 黑体只吸收电磁波，不辐射电磁波B. 黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与温度有关，与材料的种类及其表面状况无关C. 如果在一个空腔壁上开一个很小的孔，射入小孔的电磁波在空腔内表面经多次反射和吸收，最终不能从小孔射出，这个空腔就成了一个黑体D. 黑体是一种理想化模型，实际物体没有绝对黑体BD ［黑体不仅吸收电磁波，而且也向外辐射电磁波，A 错误；黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的温度有关，与材料的种类及其表面状况无关， B 正确；小孔只吸收电磁波，不反射电磁波，因此小孔成了一个黑体，而空腔不是黑体，C 错误；任何物体都会反射电磁波，只吸收不反射电磁波的物体实际是不存在的，故黑体是一种理想化的模型， D 正确.］1 •热辐射黑体和黑体辐射的概念.2 .黑体辐射的实验规律.3 .能量量子假说.4 .光电效应现象及实验规律.5.光电效应方程的应用.厂黑体厂|議休与照体両_-邇爾鉅畐¥——k能量的大小——能量的量子化光的粒子性爱丙斯坦的光子说光电效应规律=-斗甲2 .某激光器能发射波长为入的激光，发射功率为P, c表示光速，h为普朗克常量，则激光器每秒发射的光量子数为hcpt )p「每秒钟发射的总能量为P ,则n 「=話］3 •入射光照射到某金属表面上发生光电效应，若入射光的强度减小，而频率保持不变, 那么()A. 从光照到金属表面上到发射出光电子之间的时间间隔将明显增加B. 逸出的光电子的最大初动能将减小C. 单位时间内从金属表面逸出的光电子数将减少D.有可能不发生光电效应C ［发生光电效应几乎是瞬间的，所以A 错误；入射光的频率不变，则逸出的光电子的最大初动能也就不变，B 错误；入射光强度减弱，说明单位时间内入射光子数减少，则单位时间内从金属表面逸出的光电子数也减少，C 正确；入射光照射到某金属上发生光电效应，说明入射光频率大于这种金属的极限频率，即使入射光的强度减小，也一定能发生光电效应， D 错误.］4 •小明用金属铷为阴极的光电管，观测光电效应现象，实验装置示意如图甲所示•已知普朗克常量 h = 6.63 x 1^ 34J • s.⑴ 图甲中电极A 为光电管的 _________ (选填“阴极”或“阳极”);(2) 实验中测得铷的遏止电压 U 与入射光频率 v 之间的关系如图乙所示，则铷的截止频率 v c = _____________ Hz ,逸出功 W = ______________ J ;(3) 如果实验中入射光的频率 v = 7.00 x 10 14Hz ,则产生的光电子的最大初动能H =_____________ J.［解析］(1)在光电效应中，电子向 A 极运动，故电极 A 为光电管的阳极. (2) 由题图可知，铷的截止频率 v c 为5.15 x 1014 Hz ，逸出功W= hv c = 6.63 x 10 -3414 一19X 5.15 x 10 J ~3.41 x 10 J.(3) 当入射光的频率为 v = 7.00 x 1014Hz 时，由丘=h v — h v c 得，光电子的最大初动能为一 3414一 19& = 6.63 x 10 x (7.00 — 5.15) x 10 J 〜1.23 x 10 J.1414__ 一［答案］(1)阳极 (2)5.15 x 10 ［(5.12 〜5.18) x 10 均视为正确］3.41 x 10A .^B .岁C . hc 入ccP入 D.入 PhcA ［每个光量子的能量19 －19 －19 －19[(3.39 〜3.43) X 10均视为正确](3)1.23 X 10 [(1.21〜1.25) X 10均视为正确]。

2021-2022学年高二物理教科版选修3-5教案：第四章第一节量子概念的诞生 Word版含答案

第一节量子概念的诞生课前自主学习一、热辐射问题、黑体与黑体辐射1．热辐射：四周的一切物体都在辐射电磁波，这种辐射的强度随波长如何分布都与物体的______相关，所以叫做热辐射．2．黑体：某物体能够______吸取外来电磁波而不发生反射，这种物体称为确定黑体，简称黑体.3．黑体辐射：黑体表面对外辐射电磁波的强度按波长分布的状况与温度有关．二、普朗克提出的能量子概念和量子论诞生的历史意义1．能量子：普朗克认为，带电微粒辐射或者吸取能量时，只能辐射或吸取某个最小能量值的_________即：能的辐射或者吸取只能是一份一份的．这个不行再分的最小能量值ε叫做__________2．能量子大小：ε＝hν，其中ν是电磁波的频率，h称为普朗克常量．h＝_____________J·s(一般取h＝6.63×10－34 J·s)3．能量子概念的引入，解决了黑体辐射问题，向人们呈现了自然过程的非连续特性，标志着量子论的诞生．参考答案：一、1.温度 2.全部二、1.整数倍能量子 2.6.63×10－34 js教学目标：1．通过阅读教材知道什么是热辐射及热辐射的特性，知道黑体与黑体辐射2．通过沟通争辩生疏黑体辐射的试验规律，理解黑体热辐射的强度与波长的关系3．通过自主学习知道能量子的概念，了解微观世界中的量子化现象。

比较宏观物体和微观粒子的能量变化特点。

体会量子论的建立深化了人们对于物质世界的生疏。

4通过对教材和资料的查阅．领会自然界的奇异与和谐，进展对科学的古怪心与求知欲，乐于探究自然界的奇特，能体验探究自然规律的艰辛与喜悦。

教学重点：黑体辐射的试验规律以及能量子的概念教学难点：黑体辐射的试验规律设计思想：本节课内容比较抽象，也不能通过试验等让同学感知。

通过同学自主阅读教材，并进行沟通争辩后概括总结本节的内容。

培育同学概括总结力量，让同学自己总结所学内容，允许内容的挨次不同，从而构建他们自己的学问框架。

教科版高中物理选修(3-5)第四章第1.2节《量子概念的诞生光电效应与光量子假说》ppt课件

A．光子就是光电子 B．光电子是金属中电子吸收光子后飞离金属表面产生的 C．真空中光子和光电子速度都是c D．光子和光电子都带负电
)
解析：选B.光子是能量粒子，不会静止下来，
光电子是电子，是实物粒子，可静止，可运动，光电子是金属吸收光子后发射出的电子，光子不带电，真空中速度等于光速c，而电子带负电，真空中亦可静止，故B正确，A、C、D错误．
带电，光电子是金属表面受到光照射时发射出来
的电子，带负电，光子是光电效应的因，光电子
是果．
2．光电子的动能与光电子的最大初动能光照射到金属表面时，电子吸收光子的能量，可能向各个方向运动，需克服原子核和其他原子的阻碍而损失一部分能量，剩余部分为光电子的初动能；只有金属表面的电子直接向外飞出时，只需克服原子核的引力做功的情况，才具有最大初动能． 3．光电流和饱和光电流金属板飞出的光电子到达阳极，回路中便产生光电流，随着所加正向电压的增大，光电流趋于一个饱和值，这个饱和值是饱和光电流，在一定的光照条件下，饱和光电流与所加电压大小无关．
二、普朗克提出的能量子概念和量子论诞生的历史意义 1．能量子：普朗克认为，带电微粒辐射或者吸收能量时，只能辐射或吸收某个最小能量值的整数倍．即：能的辐射或者吸收只能是一份一份 _________ 能量子．的．这个不可再分的最小能量值ε叫做__________ 2．能量子大小：ε＝hν，其中ν是电磁波的频率 6.626×10－34 s(一般，h称为普朗克常量．h＝_____________J· 取h＝6.63×10－34 J· s) 3．能量子概念的引入，解决了黑体辐射问题，向人们展示了自然过程的非连续特性，标志着量子论的诞生．
而实验表明：不同金属有不同的截止频率，入射光频率大于截止频率时才会发生光电效应．

人教版高中物理选修3-5 4.1 第一节量子概念的诞生

• 解析：黑体自身辐射电磁波，不一定是黑的，A错误。黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的温度有关，B错误，C正确。小孔只吸收电磁波，不反射电磁波，因此小孔成了一个黑体，而不是空腔，D错误。 • 答案：C • 点评：黑体完全吸收电磁波而不反射，同时其本身也辐射电磁波；黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与温度有关，与其他因素无关。
两朵乌云
迈克耳孙-莫雷实验，在寻找以太时得出了否定的结果。黑体辐射实验，得到了无法用经典物理学理论作出解释的结果。
量子概念是 1900 年普朗克首先提出的，距今已有一百多年的历史。其间，经过爱因斯坦、玻尔、德布罗意、玻恩、海森伯、薛定谔、狄拉克等许多物理大师的创新努力，到 20 世纪 30 年代，就建立了一套完整的量子力学理论。
如一个20W的白炽灯和一个200W的白炽灯发出的光昏黄色亮刺眼直觉: 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
学习活动二、黑体辐射问题：什么是黑体？什么是黑体辐射？
1.黑体：
物体能够全部吸收外来的电磁波而不发生反射，这种物体称为黑体。
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 6.626 10 焦秒
34
思考感悟
普朗克认为能量是量子化的，为什么我们感觉不到宏观物体的量子化特征？提示：对于宏观物体，因为普朗克常量h非常小，可认为趋近于零，量子化的特征显示不出来．
12-1
黑体辐射普朗克能量子假设
钢水
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。
运动时人体各部分温度分布

教科版高中物理选修35课件4142量子概念的诞生光电效应与光的量子说(3

2
电子而言,其离开金属时剩余动能大小可以是0～Ekm范
围内的任何数值。
(2)光电效应方程实质上是能量守恒方程。能量为E=hν的光子被电子所吸收,电子把这些能量的一部分用来克服金属表面对它的吸引力,另一部分转化为电子离开金属表面时的动能。如果克服吸引力做功最少为W,则电子离开金属表面时动能最大为Ek,根据能量守恒定律可知:Ek=hν-W。
提示:(1)光子是能量子,而光电子是电子,它们是不同的,(1)错误。 (2)由ε=hν可知,不同频率的光,ν不同,其光子能量不同,(2)正确。 (3)同一频率的光,照射同一种金属时,入射光子的能量相同,离表面越深的电子吸收光子后,克服金属内部的引力做功越多,其逸出金属时的初动能越小,(3)错误。
关,与入射光的光强无关,E对。故选A、C、E。
2.(多选)一束绿光照射某金属时,发生了光电效应,则下列说法正确的是 ( ) A.若增加绿光的照射强度,则逸出的光电子数增加 B.若增加绿光的照射强度,则逸出的光电子的最大初动能增加 C.若改用紫光照射,则可能不会发生光电效应 D.若改用紫光照射,则逸出的光电子的最大初动能增加
【判一判】 (1)只有高温物体才向外辐射能量。 ( ) (2)一切物体总是不停地向外辐射能量。 ( ) (3)黑体就是指黑颜色的物体。 ( )
提示:(1)、(2)一切物体都在以电磁波的形式向外辐射能量,并不只有高温物体才向外辐射能量,(1)错误, (2)正确。 (3)黑体并不是指黑色物体,而是指能够完全吸收入射的各种波长的电磁波而不发生反射的物体,(3)错误。
第四章波粒二象性 1 量子概念的诞生 2 光电效应与光的量子说
一、黑体与黑体辐射 1.热辐射:我们周围的一切物体都在以_电__磁__波__的形式向外辐射能量,而且辐射强度随波长如何分布都与物体的_温__度__有关。 2.黑体:能够_全__部__吸收外来电磁波而不发生反射的物体。

1.量子概念的诞生-教科版选修3-5教案

1. 量子概念的诞生-教科版选修3-5教案一、教学目标1.了解传统物理学无法解释的实验现象；2.了解量子概念的产生背景和历史；3.了解几个重要数量的意义：波长、频率、光子能量等；4.了解拉曼光谱和晶体衍射现象的背景和实验方法；5.掌握用波粒二象性解释实验现象的方法。

二、教学重点和难点1.量子概念的背景和历史；2.波粒二象性的解释方法。

三、教学工具黑板、彩色粉笔、投影仪、PPT。

四、教学内容4.1 实验现象与传统物理学的矛盾1.鲁曼散射现象；2.热稳定作用；3.理论计算和实验结果的差异。

4.2 量子概念的诞生1.普朗克假设；2.爱因斯坦关于光的假说；3.卢瑟福、薛定谔等人的贡献。

4.3 量子理论的基本概念1.波长和频率的定义；2.光子能量的概念；3.波粒二象性的解释。

4.4 拉曼光谱和晶体衍射现象1.拉曼光谱的背景和实验方法；2.晶体衍射现象的背景和实验方法。

五、教学步骤5.1 实验现象与传统物理学的矛盾1.讲解鲁曼散射现象，让学生思考在传统物理学中该如何解释；2.讲解热稳定作用，让学生思考该现象的物理背景；3.引导学生比较理论计算和实验结果的差异，进一步激发学生对这个问题的思考。

5.2 量子概念的诞生1.讲解普朗克假设，让学生了解量子假设的初始阶段；2.讲解爱因斯坦关于光的假说，让学生了解光子概念的提出；3.讲解卢瑟福、薛定谔等人的贡献，让学生了解量子力学理论的基础。

5.3 量子理论的基本概念1.讲解波长和频率的定义，让学生了解这两个概念的意义及计算方法；2.讲解光子能量的概念，让学生了解光子能量与光的频率的关系；3.讲解波粒二象性的解释，让学生了解量子力学理论的基本原理。

5.4 拉曼光谱和晶体衍射现象1.讲解拉曼光谱的背景和实验方法，让学生了解该实验的意义及实验方法；2.讲解晶体衍射现象的背景和实验方法，让学生了解该实验的意义及实验方法。

六、教学反思本次教学以量子概念的诞生为主题，通过介绍实验现象、历史背景和概念基础等方面，让学生更全面地了解量子力学理论。

高中物理能量量子化物理学的新纪元学案新人教版选修3-5

波粒二象性1 能量量子化：物理学的新纪元知识点：黑体与黑体辐射1．热辐射(1)定义：我们周围的一切物体都在辐射电磁波，这种辐射与物体的温度有关，所以叫热辐射。

(2)特点：热辐射强度按波长的分布情况随物体的温度而有所不同。

2．黑体(1)定义：在热辐射的同时，物体表面还会吸收和反射外界射来的电磁波。

如果一些物体能够完全吸收投射到其表面的各种波长的电磁波而不发生反射，这种物体就是绝对黑体，简称黑体。

(2)黑体辐射特点：黑体辐射电磁波的强度按波长的分布与黑体的温度有关。

注意：一般物体的热辐射除与温度有关外，还与材料的种类及表面状况有关。

知识点二：黑体辐射的实验规律如图所示，随着温度的升高，一方面，各种波长的辐射强度都有增加；另—方面，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动。

知识点三：能量子1．能量子：带电微粒辐射或吸收能量时，只能是辐射或吸收某个最小能量值的整数倍，这个不可再分的最小能量值e叫做能量子。

2．大小：e=hν。

其中ν是电磁波的频率，h称为普朗克常量，h=6．626x10—34J·s(—般h=6.63x10—34J·s)。

拓展点一：对热辐射的理解1．在任何温度下，任何物体都会发射电磁波，并且其辐射强度按波长的分布情况随物体的温度而有所不同，这是热辐射的一种特性。

在室温下，大多数物体辐射不可见的红外光；但当物体被加热到5000C左右时，开始发出暗红色的可见光。

随着温度的不断上升，辉光逐渐亮起来，而且波长较短的辐射越来越多，大约在1 5000C时变成明亮的白炽光。

这说明同一物体在一定温度下所辐射的能量在不同光谱区域的分布是不均匀的，而且温度越高光谱中与能量最大的辐射相对应的频率也最高。

2．在一定温度下，不同物体所辐射的光谱成分有显著的不同。

例如，将钢加热到约800℃时，就可观察到明亮的红色光，但在同一温度下，熔化的水晶却不辐射可见光。

注意：热辐射不需要高温，任何温度下物体都会发出一定的热辐射，只是温度低时辐射弱，温度高时辐射强。

量子概念的诞生教案

量子概念的诞生教案一、教学目标1、让学生了解量子概念诞生的历史背景和科学发展的进程。

2、理解量子概念的基本内涵和重要意义。

3、培养学生的科学思维和探索精神，激发对物理学的兴趣。

二、教学重难点1、重点（1）量子概念诞生的关键实验和理论突破。

（2）量子概念与经典物理学的区别和联系。

2、难点（1）对微观世界中量子现象的理解。

（2）量子概念对现代科学和技术的深远影响。

三、教学方法1、讲授法讲解量子概念诞生的历史背景、关键人物和重要实验。

2、讨论法组织学生讨论量子概念与日常生活中的现象的关联，引导学生思考量子概念的应用和意义。

3、多媒体辅助教学法通过图片、视频等多媒体资料，帮助学生直观地理解抽象的量子概念。

四、教学过程（一）导入新课通过展示一些现代科技成果，如半导体芯片、激光技术等，引出这些成果背后的量子力学原理，从而导入量子概念的诞生这一主题。

（二）量子概念诞生的历史背景1、 19 世纪末，经典物理学在解释一些物理现象时遇到了困难。

例如，黑体辐射问题。

2、黑体是指能够完全吸收外来辐射而不发生反射和透射的物体。

科学家们在研究黑体辐射的能量分布时，发现经典物理学的理论无法给出正确的结果。

（三）关键实验和人物1、普朗克的贡献马克斯·普朗克在研究黑体辐射时，提出了一个革命性的假设：能量的辐射和吸收不是连续的，而是以一份一份的形式进行的，他把这一份最小的能量单位称为“量子”。

普朗克的这一假设成功地解释了黑体辐射的实验结果，但当时他自己也对这个假设感到困惑，认为这只是一种数学上的技巧。

2、爱因斯坦的光量子假说阿尔伯特·爱因斯坦在普朗克的基础上，提出了光量子假说，成功解释了光电效应。

光电效应是指当光照射到金属表面时，会有电子从金属表面逸出的现象。

经典物理学认为，光的强度越大，电子的逸出动能应该越大，但实验结果并非如此。

爱因斯坦认为，光是由一个个光子组成的，每个光子的能量与光的频率成正比。

当光子的能量大于金属的逸出功时，电子才能逸出，并且电子的动能与光的频率有关，而与光的强度无关。

量子概念的诞生教案

量子概念的诞生教案一、教学目标1、让学生了解量子概念诞生的历史背景和重要意义。

2、帮助学生理解经典物理学在解释微观世界现象时遇到的困难。

3、使学生掌握量子概念的基本内涵和主要特点。

二、教学重难点1、重点（1）量子概念诞生的历史进程和关键人物的贡献。

（2）理解能量量子化的概念及其对物理学发展的影响。

2、难点（1）微观世界中量子现象与经典物理观念的冲突。

（2）如何引导学生从宏观的经典物理思维过渡到微观的量子思维。

三、教学方法1、讲授法通过讲解，向学生传授量子概念诞生的相关知识。

2、讨论法组织学生讨论经典物理学的局限性，激发学生的思考。

3、案例分析法通过具体的实验案例，帮助学生理解量子概念。

四、教学过程（一）导入新课通过展示一些日常生活中的宏观物理现象，如物体的运动、热传递等，引导学生思考这些现象背后的物理规律。

然后提出问题：当我们深入到微观世界，这些规律是否仍然适用？从而引出量子概念诞生的话题。

（二）量子概念诞生的历史背景19 世纪末，经典物理学已经取得了巨大的成功，能够很好地解释宏观世界中的各种物理现象。

然而，在面对一些微观世界的现象时，经典物理学却遇到了无法克服的困难。

比如，在研究黑体辐射问题时，经典物理学的理论预测与实验结果严重不符。

按照经典理论，黑体辐射的能量应该随着频率的增加而无限增大，这被称为“紫外灾难”。

（三）关键人物及其贡献1、普朗克德国物理学家普朗克为了解决黑体辐射问题，提出了一个大胆的假设：黑体辐射的能量不是连续的，而是以一份一份的形式存在，每一份的能量与辐射的频率成正比，比例常数被称为普朗克常数。

这一假设成功地解释了黑体辐射的实验结果，标志着量子概念的诞生。

2、爱因斯坦爱因斯坦进一步发展了量子概念，他提出了光量子假说，成功解释了光电效应。

光量子假说认为，光不仅具有波动性，还具有粒子性，光的能量是一份一份传播的，每一份称为一个光子。

（四）量子概念的基本内涵量子概念的核心是能量的量子化。

第十七章专题量子论初步学案 -高二下学期物理人教版选修3-5

量子论初步一、光电效应光子本节课知识要点●1．光电效应：(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)光电效应的规律：①任何一种金属都有一个极限频率v0．入射光的频率必须大于v0，才能产生光电效应；②入射光照射到金属上时，光电子发射几乎是瞬时的，一般不超过10－9S；(3)波动说对光电效应规律解释的困难．●2．光子(1)光子说：在空间传播的光是不连续的，而是一份一份的，每一份叫做一个光量子，简称光子．光子的能量E＝hv(h为普朗克恒量)；(2)光子说可完满解释光电效应．●3．光电效应方程；(1)逸出功(W)：金属表面上的电子逸出时要克服金属原子核的引力所做功的最小值．(2)光电效应方程：E k＝hv－W．E k为动能最大的光电子所具有的动能，称为最大初动能．课堂针对训练(1)在演示光电效应的实验中，原来不带电的一块锌板与灵敏验电器相连，用弧光灯照射锌板时，验电器的指针就张开一个角度，如图21—1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．(2)一束绿光照射某金属发生了光电效应，则以下正确的是：A．若增加绿光的照射强度，则单位时间内逸出的光电子数目不变；B．若增加绿光的照射强度，则逸出的光电子最大初动能增加；C．若改用紫光照射，则逸出的光电子的最大初动能增加；D．若改用紫光照射，则单位时间内逸出的光电子数目一定增加．(3)用a、b两种单色光先后两次照射同一金属板，均可发生光电效应，但两种色光波长关系为λa＞λb，则：A．两次产生的光电子速度一定是v a＞v b； B．两次逸出的光电子的初动能一定是E kb＞E ka；C．两次产生的光电子的最大初动能相同； D．两次逸出的某些光电子的初动能相同．(4)对光电效应的解释，正确的是；A．金属内的每个电子可以吸收一个或一个以上的光子，当它积累的动能足够大时，就能逸出金属表面；B．如果入射光子的能量小于金属表面的电子克服原子核的引力逸出时需要做的最小功，光电效应便不能发生了；C．发生光电效应时，入射光越强，光子的能量就越大，光电子的最大初动能就越大；D．由于不同的金属的逸出功是不相同的，因此使不同金属产生光电效应的入射光的最低频率也不相同．(5)某介质中光子的能量是E，波长是λ，则此介质的折射率是(c为光在真空中传播速度)：A．λE／h； B．λE／Ch； C．ch／λE D．h／λE．(6)铯的逸出功是 3.0×10－19J，用波长是0.59m的黄光照射铯，电子从铯表面飞出的最大初动能是多大？(7)某金属受到频率为v1＝7.0×1014Hz的紫光照射时，释放出来的光电子中最大初动能是0.69eV，当受到频率为v2＝11.8× 1014Hz的紫外线照射时，释放出来的光电子中最大初动能是2.69eV，求：①普朗克恒量；②该金属的逸出功和极限频率．二、光的波粒二象性本节课知识要点●1．先具有波、粒二象性：光是一种波，同时也是一种粒子．●2．光波又叫做概率波．概率的意义是表征某一事物出现可能性的大小．●3．在微观世界中，波动性和粒子性是矛盾的统一体：当研究个别光子的行为时，呈现的是粒子性；当研究大量光子的连续行为时，呈现的是波动性．课堂针对训练(1)对光的波粒二象性的说法中，正确的是：A．有的光是波，有的光是粒子；B．光子与电子是同样一种粒子；C．光的波长越长，其波动性越显著，波长越短，其粒子性越显著；D．光波又叫概率波．(2)有关光的本性的说法正确的是：A．关于光的本性，牛顿提出了“微粒说”，惠更斯提出了“波动说”，爱因斯坦提出了“光子说”，它们都完满地说明了光的本性；B．光具有波粒二象性是指：既可以把光看成宏观概念上的波，也可以看成微观概念的粒子；C．光的干涉、衍射现象说明光具有波动性，光电效应说明光具有粒子性；D．光在本质上是一种频率很高的电磁波．(3)关于光的波粒二象性的下述说法中，不正确的是：A．光既有波动性，又有粒子性；B．光的波粒二象性彻底推翻了光的电磁说；C．光的波粒二象性学说是把牛顿的光微粒说和惠更斯的光波动说相加得出的结论；D．光的波粒二象性是一切微观粒子所普遍具有的二象性中的一个具体例子．(4)关于光的性质，下列叙述中正确的是：A．在其他同等条件下，光频率越高，衍射现象越容易看到；B．频率越高的光粒子性越显著，频率越低的光波动性越显著；C．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；D．如果让光子一个一个地通过狭缝时，它们将严格按照相同的轨道和方向作极有规则的匀速直线运动，三、能级本节课知识要点●1．玻尔模型：(1)卢瑟福原子模型与经典电磁理论间的矛盾．(2)玻尔的原子理论：围绕原子核运动的电子轨道半径只能是某些分立的数值，即轨道量子化，rn＝n2／r1，(r1＝0.053nm＝0.53×10－10m，n＝1，2，3……)；不同轨道对应的原子的能量也是量子化，E n＝E1／n2(E1＝13.6eV，n＝1，2，3……)．●2．能级(1)能级：原子在各个定态时的能量值称为原子的能级．(2)氢原子的能级图：(见课本)(3)基态：在正常状态下，原子处于最低能级，这时电子在离核最近的轨道上运动的定态称基态．(4)激发态：原子吸收能量后从基态跃迁到较高能级，这时电子在离核较远的轨道上运动的定态称激发态．●3．光子的发射和吸收原子发生定态跃迁时，要辐射(或吸收)一定频率的光子，即hv＝E初－E终．(从高能级跃迁到低能级时要放出光子，反之要吸收光子或通过其它原子的碰撞吸收能量．)●4．原子光谱(1)线状谱(又称原子光谱)：由波长不连续的一些亮线组成的光谱．由稀薄气体发光产生．每种元素光谱中的谱线分布都和其他元素不一样．(2)氢原子光谱中的一些谱线(见课本)．(3)光谱分析：根据光谱来鉴别物质和确定它的化学组成．课堂针对训练(1)下面关于玻尔原子理论的观点解释中，不正确的是：A．原子只能处于一系列不连续的状态中，每个状态都对应一定的能量；B．原子中，虽然电子不断地做加速运动，但只要能量状态不改变，就不会向外辐射能量；C．原子从一种定态跃迁到另一种定态时，一定要辐射出一定频率的光子；D．原子的每一个能量状态都对应有一个电子轨道，并且这些轨道是不连续的．(2)根据玻尔的原子理论，原子中电子绕核运动的半径：A．可以取任意值； B．可以在某一范围内任意取值；C．可以取一系列不连续的任意值； D．是一系列不连续的特定值．(3)根据玻尔理论，氢原子中，量子数n越大，则以下说法中正确的是：A．电子轨道半径越大； B．核外电子的速率越大；C．氢原子能级的能量越大； D．核外电子的电势能越大．(4)一个氢原子中的电子从一半径为r a的轨道直接跃迁到另一半径为r b的轨道，已知r a＞r b，则在此过程中：A．原子发出一系列频率的光子； B．原子要吸收一系列频率的光子；C．原子要吸收某一频率的光子； D．原子要辐射某一定频率的光子．(5)如图21—2为氢原子能级图，A、B、C分别表示电子三种不同能级跃迁时放出的光子，其中：A．频率最大的是B； B．波长最长的是C； C．频率最大的是A； D．波长最长的是B．(6)一个氢原子处于第3能级时，外面射来了一个波长为6.63×10－7m的光子，下列说法中正确的是：A．氢原子不吸收这个光子，光子穿过氢原子； B．氢原子被电离，电离后的电子的动能约为0.36eV；C．氢原子被电离，电离后电子的动能为零； D．氢原子吸收光子，但不电离．(7)氢原子的基态能量为－13.6eV，当它刚好电离时，需吸收能量为________eV的光子，该光子的波长为________m(h＝6.63×10－34J·s)．(8)原子从一个能级跃迁到一个较低的能级时，有可能不发射光子．例如在某种条件下，铬原子的n —2能级上的电子跃迁到n ＝1能级上时并不发射光子，而是将相应的能量转交给n ＝4能级上的电子，使之能脱离原子，这一现象叫做俄歇效应．以这种方式脱离了原子的电子叫做俄歇电子．已知铬原子的能级公式可简化表示为En ＝－2n A 式中n ＝1，2，3……表示不同能级，A 是正的已知常数．上述俄歇电子的动能是：A ．163A ；B ．167A ；C ．1611A ；D ．1613A ． (9)根据玻尔假设，当E 初________E 终时原子将产生发光现象．氢原子的基态能量值为E 1＝－13.6eV ，当一个氢原子从基态跃迁到量子数为 2的定态时需要吸收________eV 能量，如果向一个处于基态的氢原子提供1.1eV 的能量时，氢原子的能级将________(填“跃迁”或“不跃迁”)．(10)图21—3给出氢原子最低的四个能级．氢原子在这些能级之间跃迁所辐射的光子的频率最多有________种，其中最小的频率等于________Hz(保留两位有效数字)．四、物质波本节课知识要点●1．物质波(1)物质的两大类：一类是实物(如质子等)，另一类是场(如电磁场)．(2)实物粒子也能产生衍射、干涉图样(见课本)．(3)任何一个运动物体(含微观粒子和空间天体)都有一种波和它相对应，这种波叫做物质彼，也叫德布罗意波或概率波．(4)物质波的波长公式：λ＝h ／p (h 为普朗克恒量，p 为运动物体动量)．●2．牛顿力学的局限性：牛顿定律适用于宏观低速运动物体，对于微观粒子和宏观高速运动物体则不适用． ●3．氢原子中的电子云：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，就像云雾一样，称为电子云．原子处于不同能级时，电子云不同．课堂针对训练(1)电子显微镜的最高分辨率高达0.2nm(波长越短分辨率越高)，如果有人制造出质子显微镜，在加速到相同的速度情况下，质子显微镜的最高分辨率将：A ．小于 0.2nm ；B ．大于0.2nm ；C ．等于0.2nm ；D ．以上说法均不正确．(2)一个光子的能量为4.8×10－19J ，该光子的动量为________kg ·m ／s ，质量为________kg ，其静止质量为________kg ．(3)一个沿着一定方向运动的光子和一个静止的自由电子相互碰撞，碰撞后，电子向某一方向运动，光子沿着另一方向散射出去，这个散射光子跟原来入射时相比．A ．速率减小；B ．频率增大；C ．能量增大；D ．波长增大；(4)质子和电子分别以速度 v ＝ 4.0×107 m ／s 运动，试比较它们的物质波的波长．(电子质量m e ＝0.91×10－30kg ，质子质量m p ＝1.67×10－27kg)补充训练(1)如果一束光的光子能量较大，那么：A．它在某一介质中传播的速度较其他光子大； B．它从空气中进入某介质时，折射角较大；C．它从某介质射向空气，发生全反射临界角较小； D．它的波动性显著，而粒子性不显著．(2)入射光射到某金属表面上发生光电效应，若入射光的强度减弱而频率保持不变，那么：A．从光照到金属表面上到发生光电效应发出光电子之间的时间间隔将明显增加；B．逸出的光电子的最大动能将减小；C．单位时间内从金属表面追出的光电子数目将减小；D．有可能不发生光电效应．(3)已知铯极限频率为4.545×1014HZ，钠的极限频率为6.000×1014Hz，银的极限频率为1.153×1015 Hz，铂的极限频率为1.529× 1015Hz，当用波长为 0.375m的光照射它们时，可发生光电效应的是：A．银、铂； B．铯、钠； C．银、铯； D．铂、钠；(4)某金属用频率为γ1的光照射时逸出的光电子的最大初动能是用频率为γ2的光照时逸出光电子的最大初动能的2倍，则这种金属的逸出功W＝________(设普朗克常数为h)．(5)当氢原子中的电子由离核较远的轨道跃迁到离核较近的轨道上时：A．电子动能增加； B．电子势能增加；C．放出光子； D．吸收光子．(6)关于光的波粒二家性，下列说法正确的是：A．单个光子通过狭缝，会出现完整的衍射图样； B．光的波动性是大量光子运动的规律；C．光的波粒二家性彻底按翻了光的电磁说； D．有的光是波，有的光是粒子．(7)使铜产生光电效应的最低频率是 1.1×1015HZ，用频率1.5×1015Hz的紫外线照射铜时，它发射出的光电子最大速度是多少？(电子质量m＝9.1× 10－31 kg，普朗克恒量h＝ 6.63×10－34J·s)参考答案一．光电效应光子：(1)B(2)C(3)D(4)BD(5)C(6)3.7×10－20J(7)①6.67×10－34J·S，②3.57×10－19J，5.35×1014Hz．二、光的波粒二象性：(1)CD(2)CD(3)BC(4)BC三、能级：(1)C(2)D(3)ACD(4)D(5)AB(6)B(7)13.6，9.12×10－8(8)C(9)＞，10.2，不跃迁(10)6，1.6×1014四、物质波：(1)A(2)1.6×10－27，0.53×10－35，0(3)D(4)1.8×10－11m，1.0×10－14m补充训练：(1)C(2)C(3)B(4)h(2v2－v2)(5)AC (6)B(7)7.6×105 m／s。

《量子概念的诞生》学案.doc

4.1《量子概念的诞生》学案学习目标：1 •了解黑体辐射实验规律.2.了解在用经典物理理论解释黑体辐射实验规律时所遇到的困难.3.了解普朗克能量子假设.阅读指导：1.黑体与黑体辐射热辐射：周围的一切物体都在辐射 ______ ,这种辐射与________ 有关，所以叫热辐射。

黑体：某种物体能够 ______ 入射的各种波长的电磁波而不发生_______ ,这种物体就是绝对黑体，简称黑体。

黑体辐射的特性：黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的 ______ 冇关。

2.黑体辐射的实验规律。

3.普朗克捉出的能量子概念。

课堂巩固：知识点一黑体辐射实验规律1•下列叙述错误的是（）A.—切物体都在辐射电磁波B.—般物体辐射电磁波的情况只与温度冇关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屯磁波2.如图4・1・7所示，为ti、t2温度时的黑体辐射强度与波长的关系，则两温度的关系为（）A.t|=t2C.ti<t2D.无法确定3.2006年度诺贝尔物理学奖授予了两名美国科学家如图4・1・8所示，以表彰他们发现了宇宙微波背景辐射的黑体谱形状及其温度在不同方向上的微小变化. 他们的出色工作被誉为是宇宙学研究进入精密科学吋代的起点•下列与宇宙微波背景辐射黑体谱相关的说法中正确的是（）图4-1-8A.微波是指波长在10-3 m到10 m Z间的电磁波B.微波和声波一样都只能在介质中传播C.黑体的热辐射实际上是电磁辐射D.普朗克在研究黑体的热辐射问题屮提出了能量子假说4•一般材料的物体，辐射电磁波的情况除与温度有关外，还与______ 及_____ 有关.5“非典”期间，很多地方用红外线热像仪监测人的体温，如图4-1-9所示,只要被测者从仪器前走，便可知道他的体温是多少，你知道其中的道理吗?图4-1-7图4-1-9知识点二经典物理理论的困难6.能止确解释黑体辐射实验规律的是（）A.能量的连续经典理论B.普朗克提出的能量量子化理论C.以上两种理论体系任何一种都能解释D.牛顿捉出的能量微粒说知识点三量了化7.关于带电微粒的辐射和吸收能量时的特点，以下说法正确的是（）A.以某一个最小能量值一份一份地辐射或吸收B.辐射和吸收的能量是某一最小值的整数倍C.吸收的能量可以是连续的D.辐射和吸收的能量是量了化的&以下宏观概念，哪些是“量子化"的（）A.—颗树苗生长的高度B.从车站开出的汽车驶过的路程C.人的个数D.烧水时温度计的示数知识点四能量子9.已知某单色光的波长为儿在真空屮光速为c,普朗克常量为〃，则电磁波cA•転hc£D.以上均不正确10.红、橙、黄、绿4种单色光中，光了能量最小的是（）A.红光B.橙光C.黄光D.绿光。

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