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波粒二象性-选修3-5
【场景导入】
带饮飞
本节课重点
一、
了解微观世界中的量子化现象
二、通过实验了解光电效应，知道爱因斯坦光电效应方程以及意
义
三、根据实验说明光的波粒二象性，知道光是一种概率波
四、
知道实物粒子具有波动性，了解不确定性关系
2
【知识梳理】
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能量量子化
黑体：能全部吸收各种波长的电磁波而不发生反射的物体，称为绝
对黑体，简称黑体。
热辐射现象：固体液体，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。
能量子：
1900年，德国物理学家普朗克提出能量量子化假说：辐射黑体
分子、原子的振动可看作谐振子这些谐振子可以发射和吸收辐射能。
但是这些谐振子只能处于某些分立的状态，在这些状态中，谐振子的
能量并不象经典物理学所允许的可具有任意值。相应的能量是某一最
小能量ε（称为能量子）的整数倍，即：e,1e,2e,3e,.ne,n为
正整数，称为量子数。对于频率为的谐振子最小能量为：
8=hv
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光电效应
光电效应：在光（包括不可见光的照射下，从物体发射电子的现象。
发射出来的电子叫做光电子。
光电效应伏安特性曲线
饱
光强较强
电
光强较弱
止电压
心
光电效应的实验规律
(1)光电效应实验
光线经石英窗照在阴极上，便有电子逸出-光电子。光电子在电
场作用下形成光电流。
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遏止电压：将换向开关反接，电场反向，则光电子离开阴极后将受反
向电场阻碍作用。当K、A间加反向电压，光电子克服电场力作功，
当电压达到某一值Uc时，光电流恰为0。Uc称遏止电压。
根据动能宽理，有：号m,y.2=eU。
1
2
(2)光电效应实验规律
①光电流与光强的关系：饱和光电流强度与入射光强度成正比。
②截止频率--极限频率，对于每种金属材料，都相应的有一
确定的截止频率vc,当入射光频率v>vc时，电子才能逸出金属表面；
当入射光频率v③光电效应是瞬时的。从光开始照射到光电子逸出所需时间
<10-9s。
光电效应方程和康普顿效应
爱因斯坦光电效应方程
在光电效应中金属中的电子吸收了光子的能量，一部分消耗在电
子逸出功W0,另一部分变为光电子逸出后的动能Ek。由能量守恒
hv=Ex+Wo
可得出：
Wo为电子逸出金属表面所需做的功，称为逸出功。Wk为光电子
的最大初动能。
康普顿效应
1923年康普顿在做X射线通过物质散射的实验时，发现散射
线中除有与入射线波长相同的射线外，还有比入射线波长更长的射线
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能量量子化
一、多选题
1．下列关于热辐射和黑体辐射的说法正确的是（ ）
A．一切物体都在辐射电磁波
B．一般物体辐射电磁波的强度与温度无关
C．随着温度的升高，黑体辐射强度的极大值向波长较短的方向移动
D．黑体能够完全吸收入射的各种波长的电磁波
2．关于热辐射，下列说法正确的是（ ）
A．物体在室温下辐射的主要成分是波长较短的电磁波
B．随着温度的升高，热辐射中波长较短的成分越来越多
C．给一块铁块加热，铁块依次呈现暗红、赤红、橘红等颜色
D．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
3．有关氢原子光谱的说法正确的是
A．氢原子的发射光谱是连续谱
B．氢原子光谱说明氢原子只发出特定频率的光
C．氢原子光谱说明氢原子能级是分立的
D．氢原子光谱的频率与氢原子能级的能量差无关
4．原子的能量量子化现象是指( )
A．原子的能量是不可改变的
B．原子的能量与电子的轨道无关
C．原子的能量状态是不连续的
D．原子具有分立的能级
5．下列关于黑体辐射的实验规律叙述正确的（ ）
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
6．在实验室或工厂的高温炉子上开一小孔，小孔可看作黑体，由小孔的热辐射特性，就可以确定炉内的温度．如图所示，就是黑体的辐射强度与其辐射光波长的关系图象，则下列说法正确的是（ ）
A．
B．
C．随着温度的升高，黑体的辐射强度都有所降低
D．随着温度的升高，辐射强度的极大值向波长较短方向移动
7．以下关于辐射强度与波长关系的说法中正确的是（ ）
A．物体在某一温度下只能辐射某一固定波长的电磁波
B．当铁块的温度较高时会呈现赤红色，说明此时辐射的电磁波中该颜色的光强度最强
C．早、晚时分太阳呈现红色，而中午时分呈现白色，说明中午时分太阳温度最高
D．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
二、单选题
8．氦—氖激光器发出波长为633 nm的激光，当激光器的输出功率为1mW时，每秒发出的光子数为 ( )
A．2．2 X1015 B．3．2 X1015
C．2．2 X1014 D．3．2 X1014
9．某激光器能发射波长为λ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能量子数为( )
A． B． C． D．
10．按照玻尔理论，一个氢原子中的电子从一半径为ra的圆轨道自发地直接跃迁到一半径为rb的圆轨道上，已知ra>rb，则在此过程中（ ）
A．原子要发出一系列频率的光子 B．原子要发出某一频率的光子
C．原子要吸收一系列频率的光子 D．原子要吸收某一频率的光子
11．以下宏观概念中，哪些是“量子化”的（ ）
A．物体的质量 B．物体所受的力 C．导体中的电流 D．东北虎的个数
12．红、橙、黄、绿四种单色光中，光子能量最小的是 （ ）
A．红光 B．橙光 C．黄光 D．绿光
13．光子的能量与其（ ）
A．频率成正比 B．波长成正比
C．速度成正比 D．速度平方成正比
14．以下说法中正确的是( )
A．一切物体都在进行着热辐射 B．只有高温物体才进行热辐射
C．严冬季节里物体不发生热辐射 D．以上说法都有可能
15．关于对热辐射的认识，下列说法中正确的是（ ）
A．温度高的物体向外辐射电磁波，温度低的物体只吸收不辐射的电磁波
B．爱因斯坦为解释黑体辐射的规律，提出了“能量子”
C．黑体辐射电磁波辐射强度按波长的分布情况只与温度有关
D．常温下我们看到物体是因为物体在不断辐射电磁波
16．两束能量相同的色光，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到物体表面的光子数之比为5：4，则这两束光的光子能量和波长之比分别为
A．4：5 4：5 B．5：4 4：5
C．4：5 5：4 D．5：4 5：4
17．氢原子的核外电子从距核较近的轨道跃迁到距核较远的轨道的过程中( )
A．原子要吸收光子,电子的动能增大,原子的电势能增大
B．原子要放出光子,电子的动能减小,原子的电势能减小
C．原子要吸收光子,电子的动能增大,原子的电势能减小
D．原子要吸收光子,电子的动能减小,原子的电势能增大
18．关于对热辐射的认识，下列说法中正确的是（ ）
A．热的物体向外辐射电磁波，冷的物体只吸收电磁波
B．温度越高，物体辐射的电磁波越强
C．辐射强度按波长的分布情况只与物体的温度有关，与材料种类及表面状况无关
D．常温下我们看到的物体的颜色就是物体辐射电磁波的颜色
19．热辐射是指所有物体在一定的热辐射的温度下都要向外辐射电磁波的现象，辐射强度是 指垂直于电磁波传播方向上的单位面积上单位时间内所接收到的辐射能量.在研究某一 黑体热辐射时，得到了四种温度下黑体强度与波长的关系如图.图中横轴λ表示电磁波的 波长，纵轴表示某种波长电磁波的辐射强度，则由辐射强度图线可知，同一黑体在不同 温度下( )
A．向外辐射同一波长的电磁波的辐射强度相同
B．向外辐射的电磁波的总能量随温度升高而减小
C．辐射强度的极大值随温度升高而向长波方向移动
D．辐射强度的极大值随温度升高而向短波方向移动
20．光在真空中传播，每份光子的能量取决于光的（ ）
A．振幅 B．强弱 C．频率 D．速度
21．把“能量子”概念引入物理学的物理学家是（ ）
A．托马斯·杨 B．麦克斯韦 C．普朗克 D．赫兹
22．下列宏观概念是“量子化”的是（ ）
A．物体的质量
B．木棒的长度
C．花生米的粒数
D．物体的动能
23．以下宏观概念中，哪些是“量子化”的（ ）
A．物体的带电荷量
B．物体的质量
C．物体的动量
D．学生的温度
24．对于带电微粒的辐射和吸收能量时的特点,以下说法错误的是( )
A．以某一个最小能量值一份一份地辐射
B．辐射和吸收的能量是某一最小值的整数倍
C．辐射和吸收的能量是量子化的
D．吸收的能量可以是连续的
25．下列说法不正确的是（ ）
A．普朗克提出“振动者的带电微粒的能量只能是某一最小能量值ε的整数倍”，从而建立了“能量量子化”观点
B．如果某种物体能够完全吸收入射的各种波长的电磁波，而不发生反射，这种物体就被称为“黑体”
C．我们周围的一切物体都在辐射电磁波，这种辐射与温度无关
D．爱因斯坦指出“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不可分割的能量子组成的”
26．某激光器能发射波长为λ的激光，发射功率为P，c表示光速，h表示普朗克常量，则激光器每分钟发射的光子数为（ ）
A． B． C． D．
27．如图所示为氢原子的能级图，n＝1的能级是最低能级，原子在从高能级向低能级跃迁的时候会发出光子，且发出的光子的能量等于前后两个能级之差。当氢原子发生下列能级跃迁时，辐射光子波长最短的是（ ）
A．从n＝6跃迁到n＝4 B．从n＝5跃迁到n＝3
C．从n＝4跃迁到n＝2 D．从n＝3跃迁到n＝1
第II卷（非选择题）
请点击修改第II卷的文字说明
三、解答题
28．对应于的能量子，其电磁辐射的频率和波长各是多少？（普朗克常量h=6.63×10-34J·s，结果保留3位有效数字）
参考答案：
1．ACD
【解析】
【详解】
AB.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，所以叫做热辐射，故A正确，B错误；
C．随着温度的升高，黑体辐射强度的极大值向波长较短的方向移动，故C正确；
D．如果某种物体能够完全吸收入射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，故D正确。
故选ACD。
2．BCD
【解析】
【详解】
A．物体在室温下辐射的主要成分是波长较长的电磁波以不可见的红外光为主，故A错误；
B．随着温度的升高，热辐射中波长较短的成分越来越多，故B正确；
C．给一块铁块加热，铁块依次呈现暗红、赤红、橘红等颜色，故C正确；
D．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，故D正确。
故选BCD。
3．BC
【解析】
【详解】
由于氢原子发射的光子的能量：,所以发射的光子的能量值E是不连续的，只能是一些特殊频率的谱线，故A错误B正确．：由于氢原子的轨道是不连续的，而氢原子在不同的轨道上的能级，故氢原子的能级是不连续的即是分立的，故C正确．当氢原子从较高轨道跃第n能级迁到较低轨道第m能级时，发射的光子的能量为，显然n、m的取值不同，发射光子的频率就不同故氢原子光谱线的频率与氢原子能级的能力差有关故D错误．
故选BC．
【点评】
波尔理论在高中阶段要求层次较低，难度不大，涉及内容较固定，只要掌握好波尔理论的内容，即可解决这类问题．
4．CD
【解析】
【详解】
玻尔认为，原子中电子轨道是量子化的，且原子的能量也是量子化，即原子的能量状态是不连续的、具有分立的能级，故选项CD正确。
故选CD。
5．AB
【解析】
【详解】
A．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，选项A正确；
BCD．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，故B正确，CD错误．
6．AD
【解析】
【详解】
AB．不同温度的物体向外辐射的电磁波的波长范围是不相同的，温度越高向外辐射的能量中，频率小的波越多，所以T1＞T2，故A正确，B错误；
C．向外辐射的最大辐射强度随温度升高而增大，故C错误；
D．由图可知，随温度的升高，相同波长的光辐射强度都会增加；同时最大辐射强度向左侧移动，即向波长较短的方向移动，故D正确．
7．BD
【解析】
【详解】
A.物体在某一温度下能辐射不同波长的电磁波，故A错误；
B.当铁块的温度较高时会呈现赤红色，说明此时辐射的电磁波中该颜色的光强度最强，
故B正确；
C.太阳早、晚时分呈现红色，而中午时分呈现白色，是由于大气的吸收与反射了部分光的原
因，不能说明中午时分太阳温度最高，故C错误；
D.黑体辐射随着波长越短温度越高辐射越强，所以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，故D正确．
8．B
【解析】
【详解】
一个激光光子的能量：E=hν=hc／λ=6．63 x10—34X3 X108／6.33×10-8=3.14×10—18J
每秒钟发射上述波长光子数N=Pt/E=3.2×1015 (个／秒)，故选B .
思路分析：先计算出一个激光光子的能量，根据每秒钟发射的总能量计算出每秒钟发射的光子数．
试题点评：考查光子能量的计算
9．A
【解析】
【详解】
每个光子的能量为
设每秒激光器发出的光子数是n，则
联立可得
故选A。
10．B
【解析】
【详解】
因为ra＞rb．一个氢原子中的电子从半径为ra的圆轨道自发地直接跃迁到另一半径为rb的圆轨道上，能量减小，向外辐射光子．因为能级差一定，只能发出特定频率的光子，故B正确，ACD错误．
11．D
【解析】
【分析】
【详解】
所谓“量子化”，一定是不连续的，是一份一份的，所以D正确；ABC错误；
故选D。
12．A
【解析】
【详解】
红、橙、黄、绿四种单色光中，红光的波长最大，频率最小，根据知，红光的光子能量最小。
故选A。
13．A
【解析】
【详解】
根据可知，光子的能量与频率成正比，波长成反比；光子的速度为c，为定值；
故选A.
14．A
【解析】
【详解】
一切有温度的物体都在不停地电磁辐射，辐射红外线，不是只有高温物体才进行热辐射，也不是严冬季节里物体不发生热辐射，故A正确，BCD错误；故选A.
15．C
【解析】
【详解】
温度高的物体和温度低的物体都向外辐射电磁波，选项A错误；普朗克为解释黑体辐射的规律，提出了“能量子”，选项B错误；黑体辐射电磁波辐射强度按波长的分布情况只与温度有关，选项C正确；常温下我们看到物体是因为物体在不断反射可见光，不是物体辐射电磁波，选项D错误.
16．C
【解析】
【详解】
两束能量相同的色光，都垂直地照射到物体表面，在相同时间内打到物体表面的光子数之比为5：4，根据E=NE0可得光子能量之比为4：5；再根据，光子能量与波长成反比，故光子波长之比为5：4，故C正确，ABD错误．
17．D
【解析】
【详解】
从距核较近的轨道跃迁到距核较远的轨道过程中，原子要吸收光子，能级增大，总能量增大，
根据知，电子的动能减小，则电势能增大．
A. 原子要吸收光子，电子的动能增大，原子的电势能增大，与结论不相符，选项A错误；
B. 原子要放出光子，电子的动能减小，原子的电势能减小，与结论不相符，选项B错误；
C. 原子要吸收光子，电子的动能增大，原子的电势能减小，与结论不相符，选项C错误；
D. 原子要吸收光子，电子的动能减小，原子的电势能增大，与结论相符，选项D正确．
18．B
【解析】
【详解】
AB．一切物体都不停地向外辐射电磁波，且温度越高，辐射的电磁波越强，A错误，B正确；
C．辐射强度按波长的分布情况只与物体的温度有关，与材料种类及表面状况也有关，这是黑体辐射的特性，C错误；
D．常温下看到的物体的颜色是反射光的颜色，D错误．
19．D
【解析】
【详解】
由辐射强度图线可知，向外辐射相同波长的电磁波的辐射强度随温度的变化而不同，选项A错误；向外辐射的最大辐射强度随温度升高而增大，向外辐射的电磁波的总能量随温度升高而增大，选项B错误；由图可知，随温度的升高，相同波长的光辐射强度都会增加；同时最大辐射强度向左侧移动，即向波长较短的方向移动，选项C错误，D正确．
20．C
【解析】
【详解】
光在真空中传播，每份光子的能量取决于光的频率，频率越大，光子的能量越大；
A．振幅，与结论不相符，选项A错误；
B．强弱，与结论不相符，选项B错误；
C．频率，与结论相符，选项C正确；
D．速度，与结论不相符，选项D错误；
故选C.
21．C
【解析】
【分析】
【详解】
普朗克引入能量子的概念，得出黑体辐射的强度按波长分布的公式，与实验符合得非常好，并由此开创了物理学的新纪元。
故选C。
22．C
【解析】
【详解】
粒数的数值只能取正整数，不能取分数或小数，因而是不连续的，是量子化的。其它三个物理量的数值都可以取小数或分数，甚至取无理数也可以，因而是连续的，非量子化的。故只有C正确；
故选C。
23．A
【解析】
【详解】
物体的带电荷量只能是元电荷的整数倍，所以物体的带电荷量是量子化的．故A正确；物体的质量的数值可以取小数或分数，甚至取无理数也可以，因而是连续的，非量子化的．故B错误；物体的动量的数值可以取小数或分数，甚至取无理数也可以，因而是连续的，非量子化的．故C错误；学生的温度的数值的数量也能取分数或小数，因而是连续的，不是量子化的．故D错误．故选A.
24．D
【解析】
【详解】
A、B、根据量子化的理论，带电微粒辐射和吸收的能量，只能是某一最小能量值的整数倍，故A、B正确．C、D、带电粒子辐射和吸收的能量不是连续的，是量子化的，故C正确，D错误．本题选错不正确的故选D．
【点睛】解决本题的关键知道带电微粒辐射和吸收能量时的特点，注意是量子化的，不连续，
25．C
【解析】
【详解】
根据“黑体辐射”以及对黑体辐射的研究，普朗克提出“振动者的带电微粒的能量只能是某一最小能量值的整数倍”，从而建立了“能量量子化”观点．故A正确；根据“黑体辐射”以及对黑体辐射的研究，如果某种物体能够完全吸收入射的各种波长的电磁波，而不发生反射，这种物体就被称为“黑体”．故B正确；我们周围的一切物体都在辐射电磁波，这种辐射与温度有关．故C错误；爱因斯坦提出了光子的概念，指出“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不可分割的能量子组成的”．故D正确．本题选择不正确的，故选C.
26．C
【解析】
【详解】
每个光子的能量
激光器在每分钟内发出的能量W=60P，故激光器每分钟发出的光子数为
A．，与结论不相符，选项A错误；
B．，与结论不相符，选项B错误；
C．，与结论相符，选项C正确；
D．，与结论不相符，选项D错误；
故选C．
【点睛】
建立正确的物理模型，掌握能量与频率的关系．
27．D
【解析】
【分析】
【详解】
原子在发生跃迁时，辐射的光子波长最短的，对应频率最大的，也就是能级差最大的跃迁，题中四种跃迁中：
从n＝6跃迁到n＝4，能级之差
从n＝5跃迁到n＝3，能级之差
从n＝4跃迁到n＝2，能级之差
从n＝3跃迁到n＝1，能级之差
可见，从n＝3跃迁到n＝1的能级差最大，辐射的光子波长最短，故D正确，ABC错误。
故选D。
28．，
【解析】
【详解】
能量子与频率的关系为
解得其电磁辐射的频率为
频率与波长的关系为
解得其电磁辐射的波长为
答案第1页，共2页
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波粒二象性-选修3-5
【场景导入】
带饮飞
本节课重点
一、
了解微观世界中的量子化现象
二、通过实验了解光电效应，知道爱因斯坦光电效应方程以及意
义
三、根据实验说明光的波粒二象性，知道光是一种概率波
四、
知道实物粒子具有波动性，了解不确定性关系
教法备注
【试题来源】原创
【难度】
【知识点】
【环节名称】场景导入
【授课时长】3分钟左右
【授课建议】
第一步：根据互动素材讲解能量量子化的发现背景引起学生的兴趣和思考；
第二步：根据本节课重点强调本节课需要解决光电效应问题：
第三步：能够掌握波粒二象性对应的实验，理解不确定性。
答案
无
解析
互动素材：
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介绍能量量子化发现的背景：
19世纪末页，牛顿定律在各个领域里都取得了很大的成功：在机械运动方面不用说，在分
子物理方面，成功地解释了温度、压强、气体的内能。在电磁学方面，建立了一个能推断一
切电磁现象的Maxwell7方程。另外还找到了力、电、光、声--一等都遵循的规律-能量转化与
守恒定律。当时许多物理学家都沉醉于这些成绩和胜利之中。他们认为物理学已经发展到头
了。
1900年，在英国皇家学会的新年庆祝会上，著名物理学家开尔文作了展望新世纪的发
言：“科学的大厦已经基本完成，后辈的物理学家只要做一些零碎的修补工作就行了。”
也就是说：物理学已经没有什么新东西了，后一辈只要把做过的实验再做一做，在实验数
据的小数点后面在加几位罢了！
但开尔文毕竟是一位重视现实和有眼力的科学家，就在上面提到的文章中他还讲到：“但
是，在物理学晴朗天空的远处，还有两朵令人不安的乌云，一"这两朵乌云是指什么呢？
一朵与黑体辐射有关，另一朵与迈克尔逊实验有关。然而，事隔不到一年(1900年底)，
就从第一朵乌云中降生了量子论，紧接着(1905年)从第二朵乌云中降生了相对论。经典物
理学的大厦被彻底动摇，物理学发展到了一个更为辽阔的领域。正可谓“山重水复疑无路，柳
暗花明又一村”。
【知识梳理】
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能量量子化
黑体：能全部吸收各种波长的电磁波而不发生反射的物体，称为绝
对黑体，简称黑体。
热辐射现象：固体液体，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。
能量子：
1900年，德国物理学家普朗克提出能量量子化假说：辐射黑体
分子、原子的振动可看作谐振子这些谐振子可以发射和吸收辐射能。
但是这些谐振子只能处于某些分立的状态，在这些状态中，谐振子的
能量并不象经典物理学所允许的可具有任意值。相应的能量是某一最
小能量ε（称为能量子）的整数倍，即：e,1e,2e,3e,.ne,n为
正整数，称为量子数。对于频率为的谐振子最小能量为：
8=hv
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