教科版高中物理必修第三册第三章电磁场与电磁波初步5微观世界的量子化课件（32页PPT）

(共32张PPT)
第三章　电磁场与电磁波初步
5. 微观世界的量子化
核心素养：1.理解波粒二象性。2.初步了解微观世界的量子化特征。3.知道能量量子 化的含义和能级的概念。
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研习任务一　波粒二象性
教材　认知
1. 光的波动性：光的干涉和 现象说明光具有波动性。
2. 光的粒子性： 现象证明了光的粒子性。
3. 光子：在空间传播的光是不连续的，而是 的，每一份叫作一个光量 子，简称光子。
4. 光的波粒二象性：光既具有波动性，又具有粒子性，可以说光既是 ， 也是 ，它具有“波粒二象性”。
5. 波粒二象性不只是光才具有的特性，而是 世界的共性。 物体的 波动性我们检测不到。
衍射　
光电效应　
一份一份　
电磁波　
光子流　
微观　
宏观　
研习　经典
A. 爱因斯坦的光子说否定了光的电磁说
B. 光电效应现象说明了光的粒子性
C. 牛顿的微粒说与爱因斯坦的光子说本质上是不同的
D. 光的波动性和粒子性是相互矛盾的，无法统一
[解析]　爱因斯坦的光子说并没有否定光的电磁说，只是在一定条件下光是体现粒子 性的，A错；光电效应说明光具有粒子性，说明光的能量是一份一份的，B对；牛顿 的微粒说认为光是一种实物粒子，而爱因斯坦的光子说认为光是一种量子化的物质， C对；光的波动性和粒子性不是孤立的，而是有机的统一体，D错。
BC
A. 光的色散和光的干涉
B. 光的干涉和光的衍射
C. 光的衍射和光电效应
D. 光的反射和光电效应
解析：光的色散现象，说明太阳光是复色光；光的干涉和光的衍射是波特有的现象， 说明光具有波动性，光电效应说明光具有粒子性，光的反射不能说明光具有波动性， 故C正确。
C
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研习任务二　能量量子化
合作　讨论
如图所示为我国首颗量子通信卫星“墨子号”。“墨子号”的成功发射使我国在 量子通信技术领域走在了世界前列。那么，量子通信的理论基础是什么？
提示：量子通信的理论基础来源于德国物理学家普朗克的能量量子化假设。
教材　认知
1. 能级：原子 的能量值。
2. 能级跃迁
（1）跃迁：把原子从一个能级变化到另一个能级的过程。
（2）原子处于能级最低的状态时最 ，由高能级向低能级跃迁时放出 。
（3）能级差：原子从高能级向低能级跃迁时 光子的能量，等于前后两个能 级之 。
量子化　
稳定　
光子
放出　
差　
3. 原子发射光谱的谱线是一些 的亮线。
分立　
[思考]　如何用能量量子化理论解释原子的发射光谱是一些分立的亮线？
提示：由于原子的能级是分立的，所以放出的光子的能量也是分立的，因此原子的发 射光谱只有一些分立的亮线。
核心　归纳
1. 普朗克的能量子概念
（1）能量子：普朗克认为微观世界中带电粒子的能量是不连续的，只能是某一最小 能量值的整数倍，当带电粒子辐射或吸收能量时，也只能以这个最小能量值为单位一 份一份地吸收或辐射，这样的一份最小能量值ε叫作能量子，ε＝hν，其中h叫作普朗 克常量，通常取h＝6.63×10－34 J·s，ν为电磁波的频率。
（2）能量的量子化：在微观世界中能量不能连续变化，只能取分立值，这种现象叫 作能量的量子化。量子化的基本特征就是在某一范围内取值是不连续的。
2. 爱因斯坦的光子说
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，这些能量子被称为光子。频率为ν的光子的能量子为ε＝hν。
3. 能级及能级跃迁
（1）能级：微观世界的能量取分立值的观念也适用于原子系统，原子的能量是量子 化的，这些量子化的能量值叫作能级。
（2）原子处于能量最低的状态是最稳定的。
（3）原子获得能量有可能跃迁到较高的能量状态，这些状态的原子是不稳定的，会 自发地向能量较低的能级跃迁。
（4）原子从高能级向低能级跃迁放出的光子的能量等于前后两个能级之差，原子从 低能级跃迁到高能级吸收光子的能量也等于前后两个能级之差。
研习　经典
A. 103 Hz B. 106 Hz
C. 109 Hz D. 1012 Hz
C
能量子问题的求解方法
名师点评
A. 原子的能量是连续的，原子的能量从某一能量值变为另一能量值，可以连续变化
B. 原子从低能级向高能级跃迁时放出光子
C. 原子从高能级向低能级跃迁时放出光子，且光子的能量等于前后两个能级之差
D. 由于能级的存在，原子放出的光子的能量是分立的，所以原子的光谱只有一些分 立的亮线
解析：原子的能量是量子化的，原子从高能级会自发地向低能级跃迁，向外放出光 子。光子的能量hν＝E初－E末，由于能级的分立性，放出的光子的能量也是分立的， 所以原子的发射光谱只有一些分立的亮线，故A、B错误，C、D正确。
CD
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课后提素养
基础　题组
1. 思维辨析
×
√
D. 以上均不正确
A
A. 原子的能量是不可改变的
B. 原子的能量状态是不连续的
C. 原子具有分立的能级
D. 原子从高能态向低能态跃迁，放出的光子能量取决于两个能级的差值
解析：原子的能量是量子化的，即原子的能量状态是不连续的、具有分立的能级，当 原子在这些能级之间发生跃迁时，只能吸收或者放出能量与能级差值相同的光子，故 选项B、C、D正确。
BCD
中档　题组
A. 原子从低能级跃迁到高能级要放出光子，放出光子的能量等于原子在始、末两个 能级的能量差
B. 原子不能从低能级向高能级跃迁
C. 原子吸收光子后从低能级向高能级跃迁，放出光子后从较高能级跃迁到较低能级
D. 原子跃迁时无论是吸收光子还是放出光子，光子的能量都等于始、末两个能级的 能量差的绝对值
CD
A. 能量子假设最早是由爱因斯坦提出来的
B. 微观粒子的能量是不连续的，只能是某一最小能量值的整数倍
C. 电磁波的波长越长，其能量子越大
D. 能量子假说与宏观世界中对能量的认识相矛盾，因而它一定是错误的观点
B
A. 人的个数 B. 物体所受的重力
C. 物体的动能 D. 物体的长度
解析：依据普朗克量子化观点，能量是不连续的，是一份一份地变化的，属于“不连 续的，一份一份”的概念的是人的个数，故A正确，B、C、D错误。
A
A. 在空间传播的光是不连续的，而是一份一份的，每一份叫一个光子
B. 光子是具有质量、能量和体积的实物微粒
C. 光子的能量跟它的频率有关
D. 紫光光子的能量比红光光子的能量大
解析：光是在空间传播的电磁波，是不连续的，是一份一份的能量，每一份叫作一个 光子，A正确；光子没有静止质量，也没有具体的体积，B错误；根据E＝hν可知光子 的能量与光子的频率有关，紫光的频率大于红光的频率，所以紫光光子的能量比红光 光子的能量大，C、D正确。
B
A. 1个 B. 3个
C. 30个 D. 300个
B
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课时作业
[基础训练]
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
解析：所谓“量子化”，一定是不连续的，是一份一份的，故D正确。
A. 红光 B. 橙光
C. 黄光 D. 绿光
解析：由E＝hν可知，红光的频率最小，其光子能量值最小。
D
A
1
2
3
4
5
6
7
8
A. 物质发射（或吸收）能量时，能量不是连续的，而是一份一份进行的
B. 能量子假说中将每一份能量单位称为“能量子”
C. 能量子假说中的能量子的能量ε＝hν，ν为电磁波的频率，h为普朗克常量
D. 能量子假说认为能量是连续的
解析：能量子假说认为能量是不连续的，是以能量子为最小单位一份一份进行 的，能量子的大小ε＝hν，ν为辐射电磁波的频率，h为普朗克常量，故D错误， A、B、C正确。
ABC
1
2
3
4
5
6
7
8
A. 微观粒子的能量变化是跳跃式的
B. 能量子与电磁波的频率成正比
C. 红光的能量子比绿光的大
D. 电磁波波长越长，其能量子越大
解析：微观粒子的能量变化是跳跃式的，选项A正确；由ε＝hν可知，能量子与电磁波 的频率成正比，选项B正确；红光的频率比绿光的小，由ε＝hν可知，红光的能量子比 绿光的小，选项C错误；电磁波波长越长，其频率越小，能量子越小，选项D错误。
AB
1
2
3
4
5
6
7
8
A. 氢原子光谱中的亮线是由氢原子从高能级向低能级跃迁时释放出光子形成的
B. 氢原子光谱不是连续的，是一些分立的亮线，说明了氢原子的能级是量子化的
C. 原子能量越高原子越稳定
D. 原子从高能级向低能级跃迁会放出光子，光子能量等于两个能级之差
ABD
1
2
3
4
5
6
7
8
[能力提升]
A. 4∶5，4∶5 B. 5∶4，4∶5
C. 5∶4，5∶4 D. 4∶5，5∶4
B
1
2
3
4
5
6
7
8
A. 2.1×1021个 B. 4.2×1021个
C. 2.1×1015个 D. 4.2×1015个
B
1
2
3
4
5
6
7
8
8. 氦氖激光器发射波长为632.8 nm的单色光，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20 mW，则每秒发射多少个光子？
答案：3.14×10－19 J　6.37×1016 个
1
2
3
4
5
6
7
8