量子化现象 同步练习
1.最早提出能量量子化概念的是________国的科学家________.最早提出光子概念的科学家是________，并运用它成功解释了________.
答案：德 普朗克 爱因斯坦 光电效应
2.什么叫光电效应？什么是光子假说？________________________________________.
答案：金属被光照射后，从其表面上发射出电子的现象叫光电效应.
爱因斯坦为了解释光电效应的实验规律，在普朗克能量子的基础上提出了光子假说：宏观意义上的光都是由一个个光子组成的，每个光子的能量为E=hν，其中ν是光的频率，h是普朗克常量.
3.对黑体辐射的研究启发普朗克提出了________的假设.光电效应表明：具有电磁波特性的光，还具有________的特性.
答案：能量子 粒子
4.计算波长为0.122 μm的紫外线光的光子的能量为________.
答案：1.63×10－18 J
5.下列说法正确的有
A.能量量子化就是指微观粒子的能量值只能是正整数的倍数
B.量子化就是指不连续性，指物理量变化时不能连续变化，只能取分立的值
C.光的波粒二象性是指光既不是普通的波，也不是实物粒子，而是一种特殊物质，它的特殊性表现在既具有波的性质，同时又具有粒子的特点
D.原子发光的光谱是一系列不连续亮线组成的线状谱
答案：BCD
6.对于光子的认识，正确的是
A.光子说中的光子就是牛顿在微粒说中提出的“微粒”
B.光子就是光电效应中的光电子
C.光不是连续的，而是一份一份的，每一份叫一个光子
D.光子的能量与其频率成正比
答案：CD
7.列出几个能说明微观世界量子化的经典实验.
答案：黑体辐射、光电效应、光的双逢干涉实验、光的衍射实验等.
8.请尝试用光子说解释光电效应中为何存在极限频率.
答案：略
量子化现象 同步练习
1、光的 ， 及 反映了光的波动性， 效应反应了光的粒子性。由于光具有双重性，我们说光具有 二象性。
2、光在传播过程中，不是 的，而是由数值分立的 组成。这些能量子称为“ ”，光就是以 运动着的光子流。每个光子的能量也是 ，h是 ，v是光波的 。
3、原子光谱由一系列不连续的亮线组成的 ，这说明原子只能处于一系列 的能量状态中。
4、分别用波长为和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、
B、
C、
D、
5、下列关于光的波粒二象性的说法中，正确的是（ ）
有的光是粒子，有的光是波
光子和电子是同一种粒子
光的波长越长，其波动性就越明显，波长越短，其粒子性越显著
射线具有显著的粒子性，无线电波具有显著的波动性
6、在双缝干涉实验中，在屏处放上照相底片，并设法减弱光的强度，使光子只能一个一个地通过狭缝，如果曝光时间不太长，底片上出现一些 。由此可见，个别光子短时间产生的效果显示出光的 ；如果曝光时间足够长，在底片上出现 。在光子到达几率小的地方出现
条纹，由此可见，大量光子长时间产生的效果显示出光的 性。
7、橙光在水中传播速度为2.25×108m/s，在水中的波长为4500 ，橙光在空气中的波长为 ，它的一个光子的能量是 J。
8、电功率为100W的白炽灯，正常发光时有5％的能量转化为功，假如发射光子的波长均为0.50，则灯泡每秒钟发射的光子数是多少？
答案：
干涉；衍射；偏振；光电；波粒
连续；能量子；光子；光速c；hv；普朗克常量；频率
线状谱；不连续
B
CD
白点；粒子性；干涉条纹；明；暗；波动
6000；3.3×
量子化现象 同步练习
1、普朗克提出 假说：能量不是连续的，而是一份份地进行的。每一份就是一个最小的 。
这个不可再分的最小的能量单位称为“ ”。微观领域中能量的不连续变化，即只能取分立的值，叫做 。
2、在光的照射下物体中发射出 的现象叫做光电效应。光电效应中发射出来的电子叫做
，它定向移动所形成的电流叫做 ，光电效应现象充分说明光具有 性。
3、下列说法正确的是（ ）
光波是一种概率波
光波是一种电磁波
单色光从光密介质进入光舒介质时，光子的能量改变
单色光从光密介质进入光舒介质时，光的波长不变
4、下列关于光的说法中正确的是（ ）
在真空中红光波长比紫光波长短
红光光子能量比紫光光子能量小
红光和紫光相遇时能产生干涉现象
红光照射某金属时有电子向外发射，紫光照射该金属时一定也有电子向外发射
5、验电器和锌板连接后，发现验电器指针张开一定角度，如图所示，现用弧光灯照射锌板，发现验电器指针偏角立即减小为零后又张开一角度，则（ ）
一定发生了光电效应
锌板原来一定带正电
锌板原来一定带负电
锌板原来可能带正电，也可能带负电，后来一定带正电
6、能够证明光具有波粒二象性的现象是（ ）
光的反射及小孔成像
光的干涉、光的衍射和光的色散
光的折射及透镜成像
光的干涉、光的衍射和光电效应
7、关于光子的能量，下列说法正确的是（ ）
运动速度大的光子能量较大
频率较高的光子能量较大
在同种介质中，波长较长的光子能量较大
光子从一种介质进入另一种介质能量可能会变
8、用波长为200nm的紫外线照射钨的表面，释放出来的光电子中最大的动能是2.94eV，用波长为160nm的紫外线照射钨的表面，释放出来的光电子的最大初动能是多少？
答案：
能量子；能量单位；能量子；能量的量子化
电子；光电子；光电流；粒子
AB
BD
AC
D
B
5.46eV
量子化现象
第四节 物理学一一人类文明进步的阶梯要点精讲
要点精讲
典型题解析
[例1] 在演示光电效应的实验中，原来不带电的—块锌板与灵敏验电器相连，用弧光灯照射锌板、验电器的指针就张开一个角度，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
[解析] 弧光灯发出的紫外线照射到锌板上，锌板表面会逸出光电子。锌板失去电子后带正电。验电器与锌板相连所以验电器的指针也同样带正电，故应选B
[说明] 本实验中逸出锌板表面的是电子，而带正电的原子核仍在锌板内不会逸出。
[例2] 为了验证光的波粒二象性，在双缝干涉实验中将光屏换成感光胶片，并设法减弱光的强度，下列说法正确的是
A．曝光时间很短的照片可清楚地看出光的粒子性，曝光时间长的照片，大量亮点聚集起来看起来是连续的，说明大量光子不具有粒子性
B．单个光子通过双缝后的落点无法预测，大量光子打在胶片上的位置表现出波动规律。
C．单个光子通过双缝后做匀速直线运动
D．干涉条纹的亮条纹处光子到达的概率大，暗条纹处光子不能到达。
解析 根据光的波粒二象性，大量光子的行为表现出波动性，但波动性并不否定光的粒子性，只不过粒子性没有明确显现而已。单个光子显示了光的粒子性，落点无法预测，大量光子表现波动性。光子通过双缝后遵从概率波的规律，并不做匀速运动。暗条纹处只是光子到达的概率很小。故A，C，D错，B对。
答案 B
[例3] 关于光的本性，下列说法中正确的是（ ）
A．关于光的本性，牛顿提出微粒说，惠更斯提出波动说，爱因斯坦提出光子说，它们都说明了光的本性。
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上的粒子。
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．光的波粒二象性是将牛顿的波动说和惠更斯的粒子说真正有机地统一起来。
解析 光具有波粒二象性，这是现代物理学关于光的本性的认识，光的波粒二象性不同于牛顿提出的微粒说和惠更斯的波动说，是爱因斯坦的光子说和麦克斯韦的电磁说的统一，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，故A，B，D错误，C对。
答案 C
[例4] 人眼对绿光最为敏感，如果每秒有6个绿光的光子射入瞳孔，眼睛就能察觉，现有一个光源以0.1W的功率均匀地向各个方向发射波长为530mm的绿光，眼睛最远在多大距离能够看到这个光源？（假设瞳孔在暗处的直径为4mm，且不计空气对光的吸收）
解析已知d=4×10－3m, λ=5.3×10－7m, P=0.1W, n=6.
光源每秒向外发射的绿光光子数可表示为
N＝＝
设眼睛在离光源最远R处不能看到光源，设想一个以光源为球心，以R为半径的球面包围着光源，此球面每秒接收的光子个数等于光源每秒射出的光子个数N。
所以球面上单位面积内每秒接收的光子个数n0=, 则眼睛能察觉的光子数n与n0及N间关系为
n=n0π=·π
则R＝
代入数据计算得R＝2.1×10 5 m
基础演练与综合应用
如图所示，当用一束紫外线照射在不带电的验电器上的锌板时，将发生的现象是 ( )
A．验电器金箔带负电 B．有电子从锌板上飞出来
C．有正离子从锌板上飞出 D．锌板吸收空气中的正离子
2．某种金属在一束绿光照射下有光电子逸出，欲使逸出的光电子的最大速度增大，可采用的办法是( )
A．加大绿光强度 B．改用蓝光
C．改用黄光 D．改用任何强度的紫光
3．红、橙、黄、绿四种单色光中，光子能量最少的是 ( )
A．红光 D．橙光
C．黄光 D．绿光
4．从光的波粒二象性出发，下列说法中正确的是 ( )
A．光子的频率越高，光子的能量越大
B．光子的频率越高，波动性越显著
C．在光的干涉实验中，亮条纹处光子到达的概率大
D．大量光子显示波动性，少量光子显示粒子性
5．在绿色植物光合作用中，每放出一个氧分子要吸收8个波长为6.88×10－7m的光子，同时每放出1mol氧气，植物储存469kJ的能量，绿色植物能量转换效率为（普朗克常量：h=6.63×10－34J·s）
A．29% B．34%
C．37% D．40%
6．如图所示，用很弱的光做圆孔衍射实验，设法减弱光的强度，以至使光子一个一个地通过小孔，则下列说法正确的是 （ ）
A．曝光时间很短的相片显示光的粒子性
B．曝光时间很长的相片显示光的波动性
C．所有光子都将沿直线运动打在胶片上
D．中央亮纹处光子到达的几率最大，暗纹处没有光子到达
7．提出光子说的科学家是＿＿＿＿＿，他认为在空间传播的光不是＿＿＿＿＿＿＿。而是一份一份的，每一份叫做一个＿＿＿＿其能量E＝＿＿＿＿＿＿＿＿＿。
8．黄光的频率为5×1014Hz，功率为40W的发射黄光的灯每秒发射的光子数为＿＿＿＿＿。在以日光灯为中心、半径为10m的球面上1min通过1cm2面积的光子数为＿＿＿＿＿＿（普朗克常量h=6.63×10－34 J·s，结果保留两位有效数字）
1．B 2．BD 3．A 4．ACD 5．B 6．AB 7．受因斯坦 连续 光子 hγ 8．1.2×1020个 5.7×1014个
量子化现象-例题解析
合作与讨论
有的同学是这样来理解“量子化”的：他认为整个世界是“量子化”的.我们描述客观世界的数量时，所用的单位如果小到一定程度，数字就不能任意连续了.比如，我们可以说4.5万人，可如果说4.5个人却是荒唐的，也就是说，人口数量只能取分立的值.我们说某人有3.3万元钱是可以的，如果说有3.3分钱则是无实际意义的，因为人民币的最小单位是“分”……
你认为上述说法和类比有道理吗？究竟该怎样理解微观世界的量子化现象？
我的思路:如果我们规定人民币的最小单位比“分”还小的话,按照上述说法,“3.3分钱”就又是有意义的了.然而,客观世界的性质不应因人们不同的描述方法而不同.
本节只是简要介绍一些量子化现象，初步接触量子概念，对于具体事例的原理都不必深究.如有兴趣对某些具体事例作进一步的了解，可以查阅相关的科普读物.
量子化是比较抽象的概念，与我们的日常概念相差很大，要结合具体例子，培养抽象思维和逻辑推理的能力.
【例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5－1所示.这时
图5－1
A.锌板带正电,指针带正电
B.锌板带正电,指针带负电
C.锌板带负电,指针带正电
D.锌板带负电,指针带负电
解析：弧光灯照射锌板，有带负电的电子从板上飞出，所以锌板带正电.因为验电器和锌板有导线相连，故验电器和锌板都带正电.选Ａ.
【例2】 有一个功率为500 W的红外线电热器，如果它辐射的频率为3×1014 Hz，试求每秒将发射出的光子数.在距离电热器2 m远处，垂直于红外线传播方向的1 cm2的面积上每分钟接收到多少个光子？(h=6.63×10－34 J·s)
解析: 每秒发射的光子数：
n== 500×1/(6.63×10－34×3×1014)
=2.5×1021(个)
题目要求的每分钟接收到的光子数为：
N=×T=×60
=3.0×1017(个).
●新题解答
【例3】 人的肉眼可以觉察到10－18 J的光的能量，多少个波长为5×10－7 m的光子才能有这么大的能量？
解析：光的频率为：
ν= Hz=6×1014 Hz
所以n=≈3(个).
知识总结
1.能量量子化和能量子：微观领域中，能量只能取分立的、不连续的值.即能量不能连续变化，只能按能量子的整数倍变化.
所谓能量子就是能量的最小单元.微观领域里能量的变化总表现为电磁波的辐射与吸收，不同频率的电磁波其能量子的值不同，表达式为：
E=hν (5－3)
其中ν是电磁波的频率，h是一个普遍适用的常量，称作普朗克常量.由实验测得h=6.63×10－34 J·s.h的准确值不必记忆，但要知道，它的值很小，数量级只有10－34.
2.光子：光也是一种电磁波，光的最小能量单元就是光子，实际就是一种能量子.其值同(5－3)式.
3.黑体和黑体辐射：如果一个物体能够吸收照射到它上面的全部辐射而无反射，这种物体就叫做黑体.黑体的温度升高时可以辐射出任何频率的电磁波(包括可见光和不可见光)，黑体辐射规律的详细内容不是现阶段的学习内容，不必深究，只要了解到黑体辐射的实验规律无法用经典物理学的理论解释即可.
4.光电效应：当光线(包括不可见光)照射到金属表面时，有电子从金属表面发射出来的现象.发射出的电子就是光电子.
实验表明，光电效应现象能否发生不是取决于光的强度而是取决于照射光的频率.即对某种金属而言，只有当照射光的频率不低于某“特定值”时，才会发生光电效应，该“特定值”称为极限频率.极限频率的存在是与经典物理学的理论矛盾最尖锐的地方.
用光子说解释光电效应的规律，要求能定性了解.解释时要抓住要点：一是一个电子只能吸收一个光子；二是电子吸收光子的能量向外“运动”时，要克服金属的束缚作用而消耗能量(叫做金属的逸出功).三是吸收的光子能量要足够克服金属的束缚作用，电子才能够发射出来.
5.光的波粒二象性：光既具有波的特性又具有粒子的特性.课本中提到了光的干涉、衍射、偏振等新术语，对它们的含义不必深究.
6.原子光谱：光的颜色是由光的频率决定的，光谱实际就是光的频率成分.因为原子的能量不能连续变化，它发出的光就只包含一些特定频率的成分，经分光镜(主要部分是三棱镜)后得到的是一些亮线而不是连续的光亮区域.
注意认真领会课本图5－3－2、图5－3－3和图5－3－4的原理意义.
黑体辐射、光电效应和原子光谱是能量量子化最有力的实验证据.
