第4节 初识光量子与量子世界
[教材链接] (1)光的反射 光的颜色 干涉 衍射 偏振
(2)光子 光子 (3)波粒二象性
例1 B [解析] 牛顿是光的“微粒说”的创始人,故A错误;惠更斯以为光像水波一样,也是一种波,叫光波,故B正确;麦克斯韦创立的经典电磁场理论揭示了光是一种电磁波,故C错误;光既有波动特性,又有粒子特性,即具有波粒二象性,故D错误.
[教材链接] 1.整数倍 nε 2.正比 hν 3.宏观 微观
例2 C [解析] 量子表示微观世界中的不连续性观念,并不是类似于质子、中子等的微观粒子,也不是运算程序或运算速度的单位,选项A、B、D错误,选项C正确.
例3 C [解析] 光子能量与频率有关,一个光子能量为ε=hν(h为普朗克常量),N个光子的能量为Nhν,选项C正确.
随堂巩固
1.A [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,一份一份”的概念的是A选项,故A正确,B、C、D错误.
2.D [解析] 普朗克认为微观粒子的能量是分立的,体现了量子化,故A错误;教室里上课同学的人数,人数体现了量子化,故B错误;任一带电体的电荷量都是元电荷的整数倍,体现了量子化,故C错误;能量不断减小的过程是连续的,不能体现量子化,故D正确.第4节 初识光量子与量子世界
1.C [解析] 爱因斯坦受到普朗克量子假说的启发提出了光量子假说,认为光的发射、传播和接收都是以一份份光子的形式进行的,由此很好地解释了光电效应,故A正确;光既具有波动性又具有粒子性,则光具有波粒二象性,故B正确,C错误;光在一定条件下,突出地表现出微粒性,实质为不连续性,故D正确.
2.B [解析] “微观粒子的能量是量子化的”这一观念,与普朗克常量h相关.故B项正确.
3.C [解析] 普朗克首先提出了“能量子”的概念,A错误;物体的长度是连续的,B错误;对于宏观带电物体,其电荷量是量子化的,是元电荷的整数倍,C正确;根据E=hν 可知,能量子与电磁波的频率成正比,D错误.
4.C [解析] 根据量子化的理论可知,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;带电微粒辐射和吸收的能量不是连续的,是量子化的,故C错误,D正确.
5.AB [解析] 微观粒子的能量不是连续的,而是分立的,A正确;由ε=hν知,能量子与电磁波的频率成正比,B正确;频率越大,波长越短,能量子越大,绿光的频率比红光大,能量子更大,C、D错误.
6.B [解析] 普朗克的理论认为带电微粒辐射或吸收能量时,是一份一份的,微观粒子的能量是量子化的,是分立的,故A、C、D正确,B错误.
7.D [解析] 普朗克长度为lp=,则普朗克时间为tp==,故选D.
8.B [解析] 根据公式E=hν,因能量E的单位为J,频率ν的单位为s-1,故普朗克常量h的单位为J·s=N·m·s=kg·m/s2·m·s=kg·m2/s,故B正确,A、C、D错误.
9.4×1021个
[解析] 每个光子的能量为ε=hν=,故所含的光子数为n===≈4×1021(个).第4节 初识光量子与量子世界
学习任务一 光的量子化
[教材链接] 阅读教材,完成以下填空.
光的量子化
(1)光的微粒说和光的波动说.光的微粒说可以解释 、 等;光的波动说可解释 、 、 等现象.
(2)爱因斯坦在解释光电效应时提出了光量子假说,认为光的发射、传播和接收都是以一份份 的形式进行的.后来光量子正式命名为 .
(3)光既具有波动特性,又具有粒子特性,即具有 .
例1 下列说法正确的是 ( )
A.爱因斯坦是光的“微粒说”的创始人
B.惠更斯以为光像水波一样,也是一种波
C.麦克斯韦以为光是一种粒子
D.光只有波动特征
[反思感悟]
学习任务二 初识量子世界
[教材链接] 阅读教材,完成以下填空.
1.量子假说:物质辐射(或吸收)的能量E只能是某一最小能量单位的 ,即E= (n=1,2,3,…).一份能量就是一个能量子.
2.能量子:能量子的能量ε与频率ν成 ,即ε= .普朗克常量h=6.626 176×10-34 J·s.
3.在 领域,量子化通常可忽略不计;在 世界里,量子化则是显著的.
例2 2020年12月我国科学家在量子计算领域取得了重大成果,构建了一台76个光子100个模式的量子计算机“九章”,它处理“高斯玻色取样”的速度比目前最快的超级计算机“富岳”快一百万亿倍.关于量子,下列说法正确的是 ( )
A.是计算机运算的一种程序
B.是表示运算速度的一个单位
C.表示微观世界的不连续性观念
D.是类似于质子、中子的微观粒子
[反思感悟]
例3 硅光电池是利用光电效应将光辐射的能量转化为电能,若有N个频率为ν的光子打在光电池极板上,普朗克常量为h,则这些光子的总能量为( )
A.hν B.
C.Nhν D.2Nhν
[反思感悟]
【要点总结】
在宏观尺度内研究物体的运动时我们可以认为,物体的运动是连续的,能量变化是连续的,不必考虑量子化;在研究微观粒子时必须考虑能量量子化.
1.(能量子)[2024·上杭一中月考] 普朗克在1900年将“能量子”引入物理学,开创了物理学的新纪元.在下列宏观概念中,具有“量子化”特征的是 ( )
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
2.(量子化理解)下列说法中不是体现量子化的是( )
A.普朗克认为微观粒子的能量是分立的
B.教室里上课同学的人数
C.任一带电体的电荷量都是元电荷的整数倍
D.一个宏观的单摆,小球在摆动过程中,受到摩擦阻力作用,能量不断减小的过程第4节 初识光量子与量子世界建议用时:20分钟
◆ 知识点一 光的量子化
1.对于光的本质,下列说法不正确的是 ( )
A.爱因斯坦用光量子假设解释了光电效应
B.光具有波粒二象性
C.光只有波动特性
D.光的微粒性实质为不连续性
2.[2024·漳州一中月考] “微观粒子的能量是量子化的”这一观念,与下列物理常量相关的是 ( )
A.引力常量G
B.普朗克常量h
C.静电力常量k
D.阿伏伽德罗常数NA
◆ 知识点二 初识量子世界
3.[2024·长汀一中月考] 2022年5月5日,我国成功利用“墨子号”量子科学实验卫星,实现了地球上1200公里间的量子态远程传输,这次实验的成功,意味着我国在量子通信网络建设领域向前迈出了重要的一步.下列关于量子化的说法正确的是( )
A.爱因斯坦首先提出了“能量子”的概念
B.物体的长度是量子化的
C.对于宏观带电物体,其电荷量是量子化的
D.能量子与电磁波的频率成反比
4.对于带电微粒辐射和吸收能量时的特点,以下说法不正确的是 ( )
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子化的
5.(多选)下列说法正确的是 ( )
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
6.关于“能量量子化”,下列说法不正确的是( )
A.认为带电微粒辐射或吸收能量时,是一份一份的
B.认为能量值是连续的
C.认为微观粒子的能量是量子化的
D.认为微观粒子的能量是分立的
7.普朗克时间是指时间量子间的最小间隔,约为5.39×10-44 s.用引力常量G、真空中的光速c和普朗克常量h表示普朗克长度为lp=,则表示普朗克时间正确的一项是 ( )
A.
B.
C.
D.
8.[2024·同安一中月考] 第26届国际计量大会于2018年11月通过决议,正式更新了千克、安培、开尔文和摩尔四个基本单位的定义,国际测量界的百年夙愿终于实现——国际测量体系将全部建立在基本物理常数上,大大提高了计量的稳定性和精确性.比如,最受关注的“千克”,不再以具体实物的质量来定义,而将以量子力学中的普朗克常量h为基准,经过一系列物理换算,算出质量.已知普朗克常量与频率的乘积可以表示能量,下列属于用国际单位制的基本单位来表示普朗克常量h的单位的是( )
A.J/s B.kg·m2/s
C.kg·m2/s3 D.N·m·s
9.“神光Ⅱ”装置是我国规模较大、国际上为数不多的大功率固体激光系统,利用它可以获得能量为2400 J、波长λ为0.35 μm的一束紫外激光,已知普朗克常量h=6.63×10-34 J·s,光速c=3.0×108 m/s,求该束紫外激光所含的光子数.(结果保留一位有效数字,已知公式:c=λν)(共17张PPT)
第4节 初识光量子与量子世界
学习任务一 光的量子化
学习任务二 初识量子世界
随堂巩固
备用习题
学习任务一 光的量子化
［教材链接］ 阅读教材，完成以下填空.
光的量子化
(1) 光的微粒说和光的波动说.光的微粒说可以解释__________、___________等；光的波动说可解释______、______、______等现象.
光的反射
光的颜色
干涉
衍射
偏振
(2) 爱因斯坦在解释光电效应时提出了光量子假说，认为光的发射、传播和接收都是以一份份______的形式进行的.后来光量子正式命名为______.
光子
光子
(3) 光既具有波动特性，又具有粒子特性，即具有____________.
波粒二象性
例1 下列说法正确的是( )
A.爱因斯坦是光的“微粒说”的创始人
B.惠更斯以为光像水波一样，也是一种波
C.麦克斯韦以为光是一种粒子
D.光只有波动特征
[解析] 牛顿是光的“微粒说”的创始人，故A错误；惠更斯以为光像水波一样，也是一种波，叫光波，故B正确；麦克斯韦创立的经典电磁场理论揭示了光是一种电磁波，故C错误；光既有波动特性，又有粒子特性，即具有波粒二象性，故D错误.
√
学习任务二 初识量子世界
［教材链接］ 阅读教材，完成以下填空.
1.量子假说：物质辐射(或吸收)的能量只能是某一最小能量单位的________，即____.一份能量就是一个能量子.
2.能量子：能量子的能量与频率成______，即____.普朗克常量.
3.在______领域，量子化通常可忽略不计；在______世界里，量子化则是显著的.
整数倍
正比
宏观
微观
例2 2020年12月我国科学家在量子计算领域取得了重大成果，构建了一台76个光子100个模式的量子计算机“九章”，它处理“高斯玻色取样”的速度比目前最快的超级计算机“富岳”快一百万亿倍.关于量子，下列说法正确的是( )
A.是计算机运算的一种程序
B.是表示运算速度的一个单位
C.表示微观世界的不连续性观念
D.是类似于质子、中子的微观粒子
√
[解析] 量子表示微观世界中的不连续性观念，并不是类似于质子、中子等的微观粒子，也不是运算程序或运算速度的单位，选项A、B、D错误，选项C正确.
例3 硅光电池是利用光电效应将光辐射的能量转化为电能，若有个频率为的光子打在光电池极板上，普朗克常量为，则这些光子的总能量为( )
A. B. C. D.
[解析] 光子能量与频率有关,一个光子能量为(为普朗克常量),个光子的能量为,选项C正确.
√
【要点总结】
在宏观尺度内研究物体的运动时我们可以认为，物体的运动是连续的，能量变化是连续的，不必考虑量子化;在研究微观粒子时必须考虑能量量子化.
1. 已知某种单色光的波长为λ,在真空中光速为c,普朗克常量为h,则电磁波辐射的能量子ε的值为 ( )
A.h
B.
C.
D.以上均不正确
[解析] 由波速公式c=λν可得ν=,由光的能量子公式得ε=hν=h,故选项A正确.
√
2.硅光电池是利用光电效应将光辐射的能量转化为电能.已知普朗克常量为h,真空中光速为c,若有N个波长为λ0的光子打在硅光电池极板上,则这些光子的总能量为 ( )
A.h
B.Nh
C.Nhλ0
D.2Nhλ0
√
[解析] 一个光子的能量ε=hν=h,则N个光子的总能量E=Nh,选项B正确.
3. 高效而环保的光催化捕蚊器采用蚊子喜爱的紫外线诱捕蚊子.捕蚊器发射的紫外线的频率为8.0×1014 Hz,普朗克常量h取6.6×10-34 J·s,则该紫外线在真空中的波长为 ,该紫外线能量子的能量为 .
[解析] 该紫外线在真空中的波长为λ== m=3.75×10-7 m,该紫外线能量子的能量为ε=hν=6.6×10-34×8.0×1014 J=5.28×10-19 J.
3.75×10-7 m
5.28×10-19 J
4.已知小灯泡的功率P=1 W,设小灯泡发光时向四周均匀辐射平均波长λ=10-6 m的光,则在距离灯泡d=1.0×103 m处,每秒钟落在垂直于光线方向上面积为S=1 cm2的球面上的光子数是多少 (已知h=6.63×10-34 J·s,光速c=3×108 m/s,计算结果保留两位有效数字)
[答案] 4.0×107个
[解析] 每个光子能量ε0==1.99×10-19 J
每秒发射光子数n==5×1018(个)
n0=n=n,解得n0=4.0×107(个)
5. “神光Ⅱ”装置是我国规模最大、国际上为数不多的大功率固体激光系统,利用它可以获得能量为2400 J、波长λ为0.35 μm的一束紫外激光,已知普朗克常量h=6.63×10-34 J·s,光速c=3.0×108 m/s,求该束紫外激光所含的光子数.(结果保留一位有效数字)
[答案] 4×1021个
[解析] 每个光子的能量ε=hν=,故所含的光子数为n===≈4×1021(个).
1. (能量子)[2024·上杭一中月考] 普朗克在1900年将“能量子”引入物理学，开创了物理学的新纪元.在下列宏观概念中，具有“量子化”特征的是( )
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，一份一份”的概念的是A选项，故A正确，B、C、D错误.
√
2. (量子化理解)下列说法中不是体现量子化的是( )
A.普朗克认为微观粒子的能量是分立的
B.教室里上课同学的人数
C.任一带电体的电荷量都是元电荷的整数倍
D.一个宏观的单摆，小球在摆动过程中，受到摩擦阻力作用，能量不断减小的过程
√
[解析] 普朗克认为微观粒子的能量是分立的，体现了量子化，故A错误；教室里上课同学的人数，人数体现了量子化，故B错误；任一带电体的电荷量都是元电荷的整数倍，体现了量子化，故C错误；能量不断减小的过程是连续的，不能体现量子化，故D正确.
