第五节 量子化现象
[教材链接] 1.电磁场 一致 电磁波 相互激发 2.电磁波 反射 折射 相等
例1 AD [解析] 电磁波是周期性变化的电磁场产生的,是客观存在的物质,电磁波具有能量,故A正确;根据麦克斯韦的电磁场理论可知,非均匀变化的磁场或电场,其周围才能产生电磁波,故B错误;电磁波在真空中或空气中传播的速度v=3.0×108 m/s,空间站到地球表面的距离s=4×105 m,电磁波从空间站传播到地面的时间为t== s≈0.001 3 s,故C错误;麦克斯韦预言了电磁场理论,赫兹通过实验捕捉到电磁波,证实了麦克斯韦的电磁场理论,故D正确.
变式1 D [解析] 奥斯特在自然现象间的相互联系的思想启示下,发现了电流的磁效应,揭示了电现象和磁现象之间的联系,故A正确;法拉第认为电磁相互作用是通过介质传递的,并把这种介质叫做“场”,首先用“力线”形象地描述“场”的物理情景,故B正确;麦克斯韦最早通过理论的计算说明,光是一种电磁波,故C正确;麦克斯韦预言了电磁波的存在,赫兹用实验验证了电磁波的存在,故D错误.
[教材链接] 1.(2)德国 不是连续 2.(1)光电子 (2)动能越大 光的强度 (3)连续 光量子 光子
例2 B [解析] 能量子假设是由普朗克最早提出来的,故A错误;能量子表示微观世界的不连续性观念,故B正确;电磁波波长越长,其能量子的能量越小,故C错误;能量子是不可再分的最小能量值,不是指类似于质子、中子的微观粒子,故D错误.
变式2 ACD [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,故选A、C、D.
[教材链接] 1.光电效应 粒子性 波动性 2.波动性 粒子性 3.概率大 概率小
例3 C [解析] 光的波粒二象性是指光既具有波动性,又具有粒子性,二者是统一的,但不同于宏观概念上的波,也不能看成微观概念上的粒子,故A、B错误;干涉和衍射是波的特有现象,光的干涉、衍射现象说明光具有波动性,光电效应和康普顿效应说明光具有粒子性,故C正确;频率低、波长长的光,波动性特征显著,频率高、波长短的光,粒子性特征显著,故D错误.
变式3 ABD [解析] 光是一种电磁波,故A正确;光波是一种概率波,在光的衍射条纹中,明条纹是光子到达概率大的地方,故B正确.光子静止质量为零,速度为光速,不是普通意义中的物体,C错误.根据光的性质可知,光的直线传播只是宏观近似规律,故D正确.
[教材链接] 3.能量 量子化 能级 4.辐射光子 分立 5.德布罗意 6.海森伯 薛定谔
例4 BCD [解析] 电子绕核运动的轨道是不连续的,其轨道半径也是不连续的,只能是一些特定的值,A错误,B正确;当电子在不同的轨道之间跃迁时,可能吸收或辐射能量,C正确;玻尔理论由于没有彻底挣脱经典物理学理论的束缚,仍然有可以修正的地方,D正确.
变式4 BC [解析] 由普朗克能量子假说可知带电微粒辐射或吸收的能量只能是某一最小能量值的整数倍,A错误,B正确;最小能量值ε=hν,则能量子与电磁波的频率成正比,C正确;能量子假说反映的是微观世界的特征,不同于宏观世界,并不与现实世界相矛盾,故D错误.
随堂巩固
1.C [解析] 根据物理学史可知,普朗克在研究黑体辐射时首先提出了能量子假说,他认为能量是一份一份的,每一份是一个能量子,黑体辐射本质上是电磁辐射,故A错误;根据玻尔理论,原子处于基态是最稳定的,处于激发态的原子由于不稳定会自发地向能量较低的能级跃迁,同时放出光子,故B错误;根据物理学史可知,赫兹首次通过实验证实了电磁波的存在,根据电磁场理论,做变速运动的电荷会在空间产生电磁波,故C正确;电磁波在真空中的传播速度都相同,根据c=λf可知,当频率f减小时,波长λ会变长,故D错误.
2.D [解析] 光具有波粒二象性,单个光子表现出粒子性,大量光子表现出波动性,由ε=,可知光的波长越大,光子能量越小,故A、B错误;在干涉条纹中亮纹是光子到达概率大的地方,暗纹是光子到达概率小的地方,故C错误,D正确.
3.B [解析] 康普顿效应说明光与电子可以发生类似于碰撞的情况,说明光具有粒子性,故A错误;普朗克提出能量是量子化的,故B正确;大量光子表现出波动性,少量光子表现为粒子性,光的波长越长,波动性越强,光的波长越短,粒子性越强,故C错误;爱因斯坦提出光电效应方程,并以此支持了光的粒子说,故D错误.
4.C [解析] 能证明光具有粒子性的有光的直线传播、反射、折射、全反射、康普顿效应、光电效应,能证明光具有波动性的有光的衍射、干涉、偏振现象,故C正确,A、B、D错误.第五节 量子化现象
学习任务一 光是一种电磁波
[教材链接] 阅读教材,完成下列填空:
1.麦克斯韦预言光是一种电磁波
19世纪60年代,麦克斯韦建立了 理论,他认为光与电磁波的物理本质是 的,光是一种 ,它通过电场和磁场的 可以在真空中传播.
2.1888年,赫兹用实验证实了 的存在,并且证明了电磁波和光一样具有 、 、干涉和衍射等性质.他还通过实验测出了一定频率的电磁波的波长,算出了电磁波的速度,证明了电磁波的速度与光速 .
例1 (多选)2021年7月4日,我们在电视中看到航天员汤洪波走出离地面高约为400 km的中国空间站,标志着我国空间站航天员首次出舱活动取得圆满成功.航天员出舱的画面通过电磁波传输到地面接收站,下列关于电磁波的说法正确的是 ( )
A.电磁波是客观存在的物质,具有能量
B.只要空间某处的电场或磁场发生变化,就会在其周围产生电磁波
C.汤洪波出舱活动的画面从空间站传到地面接收站最少需要约0.014 s
D.赫兹通过实验捕捉到电磁波,并证实了麦克斯韦的电磁场理论
变式1 下列说法错误的是( )
A.奥斯特发现了电流的磁效应,证实了电现象与磁现象是有联系的
B.法拉第用“力线”形象地描述“场”
C.光是一种电磁波
D.麦克斯韦预言了电磁波的存在,法拉第用实验验证了电磁波的存在
学习任务二 能量子假说 光子假说
[教材链接] 阅读教材,完成下列填空:
1.能量子假说
(1)黑体:能够全部吸收外来辐射而无任何反射的物体.
(2)能量子: 物理学家普朗克提出,能量的发射和吸收 的,而是一份一份地进行.每一份的能量等于hν,称为能量子,其中ν是电磁波的频率,h是一个常量,叫普朗克常量,实验测得h=6.63×10-34 J·s.
2.光子假说
(1)光电效应:光照射在金属上时,有时会有电子从金属表面逸出的现象,逸出的电子被称为 .
(2)光电效应的规律:用不同频率的光去照射阴极时,光的频率越高,光电子 ,频率低于某一数值时,不论 多大,都不能产生光电子.
(3)光子:当光和物质相互作用时,光的能量不是 的,而是一份一份 ,这些光量子称为 ,光子的能量与它的频率成正比,即:ε=hν.
例2 [2024·广州六中月考] 2020年12月我国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.下列关于能量子的说法中正确的是( )
A.能量子假设是由爱因斯坦最早提出来的
B.能量子表示微观世界的不连续性观念
C.电磁波波长越长,其能量子的能量越大
D.能量子是类似于质子、中子的微观粒子
变式2 (多选)[2024·湛江一中月考] 关于“能量量子化”,下列说法正确的是 ( )
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
学习任务三 光的波粒二象性
[教材链接] 阅读教材,完成下列填空:
1.粒子性与波动性:爱因斯坦的光子假说成功地解释了 ,说明了光具有 ;光的干涉、衍射等实验事实,说明光具有 .
2.波粒二象性
光既具有 ,又具有 的性质称为光的波粒二象性
3.光是一种概率波
在光的干涉和衍射实验中,如果短时间曝光,发现光子在底片上呈现不规则分布的点,长时间曝光会形成明暗相间的条纹,说明光是一种概率波. 的地方落下的光子多,形成亮纹; 的地方落下的光子少,形成暗纹.
例3 下列关于光的本性的说法中正确的是 ( )
A.光不可能同时既具有波动性,又具有粒子性
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.频率低、波长长的光,粒子性特征显著;频率高、波长短的光,波动性特征显著
变式3 (多选)下列说法正确的是 ( )
A.光是一种电磁波
B.光是一种概率波
C.光子相当于高速运动的质点
D.光的直线传播只是宏观近似规律
学习任务四 原子结构的玻尔理论
[教材链接] 阅读教材,完成下列填空:
1.基于经典理论无法解释氢原子谱线的分立特征和氢原子的稳定性.
2.轨道量子化:电子轨道半径是量子化的,电子只能在某些特定的轨道上运动.
3.能量量子化:电子在不同的轨道上具有不同的 ,这些 的能量值称为 .
4.光的辐射:当电子从高能级轨道向低能级轨道跃迁时,才 .辐射的这些能量是不连续的,在光谱上表现的是 的亮线.
5. 把光的波粒二象性推广到实物粒子(例如电子、质子等),提出实物粒子也具有波动性的假说,这一假说其后被电子衍射实验所证实.
6. 、 等人建立了量子力学理论.
例4 (多选)关于氢原子结构的玻尔理论,下列说法正确的是 ( )
A.电子绕核运动的轨道半径是可以连续变化的
B.电子绕核运动时的能量是不连续的,只能是一些特定值
C.只有当电子在不同轨道之间跃迁时,才辐射光子
D.玻尔理论由于没有彻底挣脱经典物理学理论的束缚,其本身仍存在不可克服的缺点
变式4 (多选)[2024·汕头金山中学月考] 关于对能量子的认识,下列说法正确的是 ( )
A.振动着的带电微粒的能量是连续的
B.带电微粒辐射或吸收的能量只能是某一最小能量值的整数倍
C.能量子与电磁波的频率成正比
D.这一假说与现实世界相矛盾,因而是错误的
1.(量子理论及电磁波)[2024·深圳中学月考] 下列有关量子理论及电磁波的说法中正确的是 ( )
A.为了解释黑体辐射现象,爱因斯坦首先提出了能量量子化的观点
B.处于激发态的原子是不稳定的,会自发地向能量较高的能级跃迁,放出光子
C.赫兹首次通过实验证实了电磁波的存在,做变速运动的电荷会在空间产生电磁波
D.由c=λf可知,当电磁波的频率f减小时,它在真空中的波长λ会变短
2.(光的波粒二象性)[2024·广雅中学月考] 从光的波粒二象性出发,下列说法正确的是 ( )
A.光是高速运动的微观粒子,单个光子表现出波动性
B.光的波长越大,光子的能量越大
C.在光的干涉中,暗条纹的地方是光子不会到达的地方
D.在光的干涉中,亮条纹的地方是光子到达概率大的地方
3.(光的波粒二象性)通过学习,我们知道,光具有波粒二象性,下列关于光的说法正确的是 ( )
A.康普顿效应说明光具有波动性
B.普朗克提出能量是量子化的
C.光在任何情况下都能体现出波动性和粒子性
D.爱因斯坦提出光电效应方程,并以此支持了光的波动说
4.(光的波粒二象性)[2024·广东实验中学月考] 下列各种现象中都表现出光具有波动性的是 ( )
A.光的直线传播现象、反射现象
B.光的全反射现象、折射现象
C.光的衍射现象、干涉现象
D.光的康普顿效应、光电效应第五节 量子化现象
1.C [解析] 根据麦克斯韦电磁场理论,可知均匀变化的电场产生稳定的磁场,非均匀变化的电场产生非均匀变化的磁场,同样,均匀变化的磁场产生稳定的电场,非均匀变化的磁场产生非均匀变化的电场,故A错误;光是一种电磁波,在真空中光速都为3×108 m/s,在其他介质中的传播速度小于光速,故B错误;麦克斯韦预言了电磁波的存在,赫兹通过实验验证了电磁波的存在,赫兹观测到了电磁波的反射、折射、干涉和衍射等现象,故C正确,D错误.
2.C [解析] 普朗克在研究黑体辐射问题中提出了能量子假说,认为其辐射的能量是不连续的,而是一份一份的,故A正确;根据玻尔原子理论,可知原子存在着能级,它的能量是量子化的,故B正确;根据光的波粒二象性可知,光是一种电磁波,光的能量是一份一份的,是量子化的,故C错误;1905年爱因斯坦提出了光子说,即光在传播过程中是不连续的,是由一份一份的“光子”组成的,故D正确.
3.D [解析] 普朗克认为微观粒子的能量是不连续的,数值是分立的,体现了量子化,故A错误;教室里上课同学的人数只能是整数,所以人数体现了量子化,故B错误;任一带电体的电荷量都不是连续的,都是元电荷的整数倍,体现了量子化,故C错误;小球的能量不断减小,能量是连续减小的,不是分立的数值,所以不能体现量子化,故D正确.
4.BD [解析] 光的频率越高(或波长越短),光子的能量越大,粒子性越显著,反之波动性越显著,故A错误,B正确;频率高的光子也具有波动性,波长长的光子也具有粒子性,C错误;大量光子的效果显示出波动性、个别光子的效果显示出粒子性,D正确.
5.CD [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,因此原子的发射光谱只有一些分立的亮线,故选C、D.
6.C [解析] 根据公式E=hν,结合公式c=λν,可得每个光子能量为E=h,设1 s内激光发出光子数为n,根据能量守恒定律得Pt=nE,代入数据联立解得激光器每秒发射的光量子数约为n=6.1×1018个,故C正确,A、B、D错误.
7.(1)3.0×10-3 m (2)300个
[解析] (1)光脉冲持续时间即为发射一个光脉冲所需要的时间,所以一个光脉冲的长度为ΔL=cΔt=3.0×108×1.0×10-11 m=3.0×10-3 m
(2)一个光脉冲所具有的能量为ΔE=PΔt=1.0×1010×1.0×10-11 J=1.0×10-1 J=0.1 J
消除面积为50 mm2的色斑需要的光脉冲数是n===300(个)
8.(1)4.9×1044个 (2)1.8×1017 W
[解析] (1)设地面上垂直于阳光的1 m2面积上每秒钟接收的可见光光子数为n,则有P×45%×1 s=n·h
设想一个以太阳为球心、以日地间距离为半径的大球面包围着太阳,大球面接收的光子数即等于太阳辐射的全部光子数,则所求可见光光子数N=n·4πR2
联立得N=4.9×1044个
(2)地球背着太阳的半个球面没有接收太阳光,地球向阳的半个球面面积也不都与太阳光垂直.接收太阳光辐射且与阳光垂直的有效面积是以地球半径为半径的圆平面的面积,则地球接收太阳光的总功率P,则有P地=P·πr2=1.4×103×3.14×(6.4×106)2 W=1.8×1017 W第五节 量子化现象
1.[2024·中山期中] 陈敬熊是我国电磁场理论与天线技术专家,是我国天线理论和制导雷达天线设计的主要开拓者之一,他开创性提出了麦克斯韦方程直接求解法,解决了我国第一代地空导弹武器系统天线关键技术问题,为我国电磁场理论与微波技术发展做出了重大贡献.关于麦克斯韦电磁场理论,下列说法正确的是 ( )
A.变化的电场一定会产生变化的磁场,同样,变化的磁场一定会产生变化的电场
B.光是一种电磁波,在任何介质中光速都为3×108 m/s
C.赫兹通过实验验证了电磁波的存在
D.麦克斯韦观测到了电磁波的反射、折射、干涉和衍射等现象
2.现代科学认为,在微观世界中能量是不连续的.下列说法不正确的是 ( )
A.普朗克在研究黑体辐射时提出能量是不连续的
B.原子存在着能级,它的能量是量子化的
C.光在本质上是一种电磁波,它的能量是连续的
D.爱因斯坦认为电磁场本身就是不连续的,每一份即为光子
3.[2024·深圳中学月考] 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
4.(多选)关于光的波粒二象性,下列说法中正确的是 ( )
A.光的频率越高,光子的能量越大,波动性越显著
B.光的波长越长,光子的能量越小,波动性越明显
C.频率高的光子不具有波动性,波长较长的光子不具有粒子性
D.个别光子产生的效果往往显示出粒子性,大量光子产生的效果往往显示波动性
5.(多选)下列说法正确的是 ( )
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,所以原子的发射光谱只有一些分立的亮线
6.[2024·执信中学月考] 某激光器能发射波长为530 nm的激光,发射功率为2.3 W,光速为3×108 m/s,普朗克常量为6.63×10-34 J·s,则激光器每秒发射的光量子数约为 ( )
A.3.0×1018个 B.4.3×1017个
C.6.1×1018个 D.5.6×1019个
7.[2024·惠州一中月考] 一种红宝石激光器发射的激光是不连续的一道道闪光,每道闪光称为一个光脉冲,若这种激光器光脉冲的持续时间为1.0×10-11 s,波长为694.3 nm,发射功率为1.0×1010 W.
(1)每列光脉冲的长度是多少
(2)用红宝石激光照射皮肤色斑,每1 cm2吸收能量达到60 J以后,色斑便逐渐消失,一颗色斑的面积是50 mm2,则它需要吸收多少个红宝石激光脉冲才能逐渐消失
8.[2024·广雅中学月考] 太阳光垂直照射到地面上时,1 m2地面接收太阳光的功率为1.4 kW,其中可见光部分约占45%.
(1)假如认为可见光的波长约为0.55 μm,日地间距离R=1.5×1011 m,普朗克常量h=6.63×10-34 J·s,估算太阳每秒辐射出的可见光光子为多少 (结果保留1位小数)
(2)若已知地球的半径r=6.4×106 m,估算地球接收的太阳光的总功率.(结果保留1位小数)(共49张PPT)
第五节 量子化现象
学习任务一 光是一种电磁波
学习任务二 能量子假说 光子假说
学习任务三 光的波粒二象性
学习任务四 原子结构的玻尔理论
随堂巩固
◆
练习册
备用习题
学习任务一 光是一种电磁波
［教材链接］ 阅读教材,完成下列填空：
1.麦克斯韦预言光是一种电磁波
19世纪60年代，麦克斯韦建立了________理论，他认为光与电磁波的物理本质是______的，光是一种________，它通过电场和磁场的___________可以在真空中传播.
电磁场
一致
电磁波
相互激发
2.1888年，赫兹用实验证实了________的存在，并且证明了电磁波和光一样具有______、______、干涉和衍射等性质.他还通过实验测出了一定频率的电磁波的波长，算出了电磁波的速度，证明了电磁波的速度与光速______.
电磁波
反射
折射
相等
例1 (多选)2021年7月4日，我们在电视中看到航天员汤洪波走出离地面高约为的中国空间站，标志着我国空间站航天员首次出舱活动取得圆满成功.航天员出舱的画面通过电磁波传输到地面接收站，下列关于电磁波的说法正确的是( )
A.电磁波是客观存在的物质，具有能量
B.只要空间某处的电场或磁场发生变化，就会在其周围产生电磁波
C.汤洪波出舱活动的画面从空间站传到地面接收站最少需要约
D.赫兹通过实验捕捉到电磁波，并证实了麦克斯韦的电磁场理论
√
√
[解析] 电磁波是周期性变化的电磁场产生的，是客观存在的物质，电磁波具有能量，故A正确；根据麦克斯韦的电磁场理论可知，非均匀变化的磁场或电场，其周围才能产生电磁波，故B错误；电磁波在真空中或空气中传播的速度，空间站到地球表面的距离，电磁波从空间站传播到地面的时间为，故C错误；麦克斯韦预言了电磁场理论，赫兹通过实验捕捉到电磁波，证实了麦克斯韦的电磁场理论，故D正确.
变式1 下列说法错误的是( )
A.奥斯特发现了电流的磁效应，证实了电现象与磁现象是有联系的
B.法拉第用“力线”形象地描述“场”
C.光是一种电磁波
D.麦克斯韦预言了电磁波的存在，法拉第用实验验证了电磁波的存在
√
[解析] 奥斯特在自然现象间的相互联系的思想启示下，发现了电流的磁效应，揭示了电现象和磁现象之间的联系，故A正确；法拉第认为电磁相互作用是通过介质传递的，并把这种介质叫做“场”，首先用“力线”形象地描述“场”的物理情景，故B正确；麦克斯韦最早通过理论的计算说明，光是一种电磁波，故C正确；麦克斯韦预言了电磁波的存在，赫兹用实验验证了电磁波的存在，故D错误.
学习任务二 能量子假说 光子假说
［教材链接］ 阅读教材,完成下列填空：
1.能量子假说
(1)黑体：能够全部吸收外来辐射而无任何反射的物体.
(2)能量子：______物理学家普朗克提出，能量的发射和吸收__________的，而是一份一份地进行.每一份的能量等于，称为能量子，其中是电磁波的频率，是一个常量，叫普朗克常量，实验测得.
德国
不是连续
2.光子假说
(1) 光电效应：光照射在金属上时，有时会有电子从金属表面逸出的现象，逸出的电子被称为________.
光电子
(2) 光电效应的规律：用不同频率的光去照射阴极时，光的频率越高，光电子__________，频率低于某一数值时，不论__________多大，都不能产生光电子.
动能越大
光的强度
(3) 光子：当光和物质相互作用时，光的能量不是______的，而是一份一份________，这些光量子称为______，光子的能量与它的频率成正比，即：.
连续
光量子
光子
例2 [2024·广州六中月考] 2020年12月我国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.下列关于能量子的说法中正确的是( )
A.能量子假设是由爱因斯坦最早提出来的
B.能量子表示微观世界的不连续性观念
C.电磁波波长越长，其能量子的能量越大
D.能量子是类似于质子、中子的微观粒子
√
[解析] 能量子假设是由普朗克最早提出来的，故A错误；能量子表示微观世界的不连续性观念，故B正确；电磁波波长越长，其能量子的能量越小，故C错误；能量子是不可再分的最小能量值，不是指类似于质子、中子的微观粒子，故D错误.
变式2 (多选)[2024·湛江一中月考] 关于“能量量子化”，下列说法正确的是( )
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
[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,故选A、C、D.
√
√
√
学习任务三 光的波粒二象性
［教材链接］ 阅读教材,完成下列填空：
1.粒子性与波动性：爱因斯坦的光子假说成功地解释了__________，说明了光具有________；光的干涉、衍射等实验事实，说明光具有________.
光电效应
粒子性
波动性
2.波粒二象性
光既具有________，又具有________的性质称为光的波粒二象性
波动性
粒子性
3.光是一种概率波
在光的干涉和衍射实验中，如果短时间曝光，发现光子在底片上呈现不规则分布的点，长时间曝光会形成明暗相间的条纹，说明光是一种概率波.________的地方落下的光子多，形成亮纹；________的地方落下的光子少，形成暗纹.
概率大
概率小
例3 下列关于光的本性的说法中正确的是( )
A.光不可能同时既具有波动性，又具有粒子性
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.频率低、波长长的光，粒子性特征显著；频率高、波长短的光，波动性特征显著
√
[解析] 光的波粒二象性是指光既具有波动性，又具有粒子性，二者是统一的，但不同于宏观概念上的波，也不能看成微观概念上的粒子，故A、B错误；干涉和衍射是波的特有现象，光的干涉、衍射现象说明光具有波动性，光电效应和康普顿效应说明光具有粒子性，故C正确；频率低、波长长的光，波动性特征显著，频率高、波长短的光，粒子性特征显著，故D错误.
变式3 (多选)下列说法正确的是( )
A.光是一种电磁波
B.光是一种概率波
C.光子相当于高速运动的质点
D.光的直线传播只是宏观近似规律
[解析] 光是一种电磁波，故A正确；光波是一种概率波，在光的衍射条纹中，明条纹是光子到达概率大的地方，故B正确.光子静止质量为零，速度为光速，不是普通意义中的物体，C错误.根据光的性质可知，光的直线传播只是宏观近似规律，故D正确.
√
√
√
学习任务四 原子结构的玻尔理论
［教材链接］ 阅读教材,完成下列填空：
1.基于经典理论无法解释氢原子谱线的分立特征和氢原子的稳定性.
2.轨道量子化：电子轨道半径是量子化的，电子只能在某些特定的轨道上运动.
3.能量量子化：电子在不同的轨道上具有不同的______，这些_________的能量值称为______.
4.光的辐射：当电子从高能级轨道向低能级轨道跃迁时，才___________.辐射的这些能量是不连续的，在光谱上表现的是______的亮线.
能量
量子化
能级
辐射光子
分立
5.__________把光的波粒二象性推广到实物粒子(例如电子、质子等)，提出实物粒子也具有波动性的假说，这一假说其后被电子衍射实验所证实.
6.________、________等人建立了量子力学理论.
德布罗意
海森伯
薛定谔
例4 (多选)关于氢原子结构的玻尔理论，下列说法正确的是( )
A.电子绕核运动的轨道半径是可以连续变化的
B.电子绕核运动时的能量是不连续的，只能是一些特定值
C.只有当电子在不同轨道之间跃迁时，才辐射光子
D.玻尔理论由于没有彻底挣脱经典物理学理论的束缚，其本身仍存在不可克服的缺点
[解析] 电子绕核运动的轨道是不连续的，其轨道半径也是不连续的，只能是一些特定的值，A错误，B正确；当电子在不同的轨道之间跃迁时，可能吸收或辐射能量，C正确；玻尔理论由于没有彻底挣脱经典物理学理论的束缚，仍然有可以修正的地方，D正确.
√
√
√
变式4 (多选)[2024·汕头金山中学月考] 关于对能量子的认识，下列说法正确的是( )
A.振动着的带电微粒的能量是连续的
B.带电微粒辐射或吸收的能量只能是某一最小能量值的整数倍
C.能量子与电磁波的频率成正比
D.这一假说与现实世界相矛盾，因而是错误的
[解析] 由普朗克能量子假说可知带电微粒辐射或吸收的能量只能是某一最小能量值的整数倍，A错误，B正确；最小能量值，则能量子与电磁波的频率成正比，C正确；能量子假说反映的是微观世界的特征，不同于宏观世界，并不与现实世界相矛盾，故D错误.
√
√
1. “约瑟夫森结”由超导体和绝缘体制成.若在结两端加恒定电压U,则它会辐射频率为ν的电磁波,且ν与U成正比,即ν=kU.已知比例系数k仅与元电荷e的2倍和普朗克常量h有关.你可能不了解此现象的机理,但仍可运用物理学中常用的方法,在下列选项中,推理判断比例系数k的值可能为( )
A. B. C.2he D.
√
[解析] 电磁波的频率ν、普朗克常量h、能量E之间的关系为E=hν,因为ν=kU,所以E=hkU;电压U、电荷量q与能量E的关系是E=qU,由题意知q=2e,所以k=.
2.当波长短到100 nm(1 nm=10-9 m)附近时,一个光子所具有的能量可以电离一个分子,但又不会把分子打碎,这个波段的光称为极紫外光.已知普朗克常量h=6.6×10-34 J·s,真空中光速c=3×108 m/s.据此判断,能够电离一个分子的能量约为( )
A.10-21 J B.10-18 J
C.10-15 J D.10-12 J
√
[解析] 一个处于极紫外波段的光子的能量约为ε=≈2×10-18 J,由题意可知,光子的能量应比电离一个分子的能量稍大,因此数量级应相同,故B正确.
3. (多选)关于对能量子的认识,下列说法正确的是( )
A.振动着的带电微粒的能量只能是某一能量值ε
B.带电微粒辐射或吸收的能量只能是某一最小能量值的整数倍
C.能量子与电磁波的频率成正比
D.这一假设与现实世界相矛盾,因而是错误的
√
√
[解析] 由普朗克能量子假设可知,带电微粒辐射或吸收的能量只能是某一最小能量值的整数倍,A错误,B正确;
最小能量值ε=hν,C正确;
能量子假设反映的是微观世界的特征,不同于宏观世界,并不是与现实世界相矛盾,故D错误.
4.已知功率为100 W的灯泡消耗的电能的5%转化为所发出的可见光的能量,光速c=3.0×108 m/s,普朗克常量h=6.63×10-34 J·s,假定所发出的可见光的波长都是560 nm,计算灯泡每秒内发出的可见光的光子数.
[答案] 1.4×1019 个
[解析] 根据ε=hν和ν=得,波长为λ的光子能量为 ε=
设灯泡每秒内发出的光子数为n,灯泡电功率为P,则 n=
式中,k=5%
联立解得n==1.4×1019 个.
5.在半径r=10 m的球壳中心有一盏功率为P=40 W的钠光灯(可视为点光源),发出的钠黄光的波长为λ=0.59 μm,已知普朗克常量h=6.63×10-34 J·s,真空中光速c=3×108 m/s.试求每秒钟穿过S=1 cm2球壳面积的光子数目.
[答案] 9.4×1012 个
[解析] 钠黄光的频率 ν== Hz≈5.1×1014 Hz
则一个光子的能量 E0=hν=6.63×10-34×5.1×1014 J≈3.4×10-19 J
钠光灯在t=1 s内发出光能E=Pt=40×1 J=40 J,那么在t=1 s内穿过S=1 cm2球壳面积的光能量 E1== J≈3.2×10-6 J
则每秒钟穿过1 cm2球壳面积的光子数 n==≈9.4×1012 个.
1.(量子理论及电磁波)[2024·深圳中学月考] 下列有关量子理论及电磁波的说法中正确的是( )
A.为了解释黑体辐射现象，爱因斯坦首先提出了能量量子化的观点
B.处于激发态的原子是不稳定的，会自发地向能量较高的能级跃迁，放出光子
C.赫兹首次通过实验证实了电磁波的存在，做变速运动的电荷会在空间产生电磁波
D.由可知，当电磁波的频率减小时，它在真空中的波长 会变短
√
[解析] 根据物理学史可知，普朗克在研究黑体辐射时首先提出了能量子假说，他认为能量是一份一份的，每一份是一个能量子，黑体辐射本质上是电磁辐射，故A错误；根据玻尔理论，原子处于基态是最稳定的，处于激发态的原子由于不稳定会自发地向能量较低的能级跃迁，同时放出光子，故B错误；根据物理学史可知，赫兹首次通过实验证实了电磁波的存在,根据电磁场理论，做变速运动的电荷会在空间产生电磁波，故C正确；电磁波在真空中的传播速度都相同，根据可知，当频率减小时，波长 会变长，故D错误.
2.(光的波粒二象性)[2024·广雅中学月考] 从光的波粒二象性出发，下列说法正确的是( )
A.光是高速运动的微观粒子，单个光子表现出波动性
B.光的波长越大，光子的能量越大
C.在光的干涉中，暗条纹的地方是光子不会到达的地方
D.在光的干涉中，亮条纹的地方是光子到达概率大的地方
[解析] 光具有波粒二象性，单个光子表现出粒子性，大量光子表现出波动性，由，可知光的波长越大，光子能量越小，故A、B错误；在干涉条纹中亮纹是光子到达概率大的地方，暗纹是光子到达概率小的地方，故C错误，D正确.
√
3.(光的波粒二象性)通过学习，我们知道，光具有波粒二象性，下列关于光的说法正确的是( )
A.康普顿效应说明光具有波动性
B.普朗克提出能量是量子化的
C.光在任何情况下都能体现出波动性和粒子性
D.爱因斯坦提出光电效应方程，并以此支持了光的波动说
√
[解析] 康普顿效应说明光与电子可以发生类似于碰撞的情况，说明光具有粒子性，故A错误；普朗克提出能量是量子化的，故B正确；大量光子表现出波动性，少量光子表现为粒子性，光的波长越长，波动性越强,光的波长越短，粒子性越强，故C错误；爱因斯坦提出光电效应方程，并以此支持了光的粒子说，故D错误.
4.(光的波粒二象性)[2024·广东实验中学月考] 下列各种现象中都表现出光具有波动性的是( )
A.光的直线传播现象、反射现象 B.光的全反射现象、折射现象
C.光的衍射现象、干涉现象 D.光的康普顿效应、光电效应
[解析] 能证明光具有粒子性的有光的直线传播、反射、折射、全反射、康普顿效应、光电效应，能证明光具有波动性的有光的衍射、干涉、偏振现象，故C正确，A、B、D错误.
√
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1.[2024·中山期中] 陈敬熊是我国电磁场理论与天线技术专家，是我国天线理论和制导雷达天线设计的主要开拓者之一，他开创性提出了麦克斯韦方程直接求解法，解决了我国第一代地空导弹武器系统天线关键技术问题，为我国电磁场理论与微波技术发展做出了重大贡献.关于麦克斯韦电磁场理论，下列说法正确的是( )
A.变化的电场一定会产生变化的磁场，同样，变化的磁场一定会产生变化的电场
B.光是一种电磁波，在任何介质中光速都为
C.赫兹通过实验验证了电磁波的存在
D.麦克斯韦观测到了电磁波的反射、折射、干涉和衍射等现象
√
[解析] 根据麦克斯韦电磁场理论，可知均匀变化的电场产生稳定的磁场，非均匀变化的电场产生非均匀变化的磁场，同样，均匀变化的磁场产生稳定的电场，非均匀变化的磁场产生非均匀变化的电场，故A错误；光是一种电磁波，在真空中光速都为，在其他介质中的传播速度小于光速，故B错误；麦克斯韦预言了电磁波的存在，赫兹通过实验验证了电磁波的存在，赫兹观测到了电磁波的反射、折射、干涉和衍射等现象，故C正确，D错误.
2.现代科学认为，在微观世界中能量是不连续的.下列说法不正确的是( )
A.普朗克在研究黑体辐射时提出能量是不连续的
B.原子存在着能级，它的能量是量子化的
C.光在本质上是一种电磁波，它的能量是连续的
D.爱因斯坦认为电磁场本身就是不连续的，每一份即为光子
√
[解析] 在研究黑体辐射问题中提出了能量子假说，认为其辐射的能量是不连续的，而是一份一份的，故A正确；根据玻尔原子理论，可知原子存在着能级，它的能量是量子化的，故B正确；根据光的波粒二象性可知，光是一种电磁波，光的能量是一份一份的，是量子化的，故C错误；1905年爱因斯坦提出了光子说，即光在传播过程中是不连续的，是由一份一份的“光子”组成的，故D正确.
3.[2024·深圳中学月考] 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不连续的，数值是分立的，体现了量子化，故A错误；教室里上课同学的人数只能是整数，所以人数体现了量子化，故B错误；任一带电体的电荷量都不是连续的，都是元电荷的整数倍，体现了量子化，故C错误；小球的能量不断减小，能量是连续减小的，不是分立的数值，所以不能体现量子化，故D正确.
4.(多选)关于光的波粒二象性，下列说法中正确的是( )
A.光的频率越高，光子的能量越大，波动性越显著
B.光的波长越长，光子的能量越小，波动性越明显
C.频率高的光子不具有波动性，波长较长的光子不具有粒子性
D.个别光子产生的效果往往显示出粒子性，大量光子产生的效果往往显示波动性
[解析] 光的频率越高(或波长越短)，光子的能量越大，粒子性越显著，反之波动性越显著，故A错误，B正确；频率高的光子也具有波动性，波长长的光子也具有粒子性，C错误；大量光子的效果显示出波动性、个别光子的效果显示出粒子性，D正确.
√
√
5.(多选)下列说法正确的是( )
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，所以原子的发射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，由于能级的分立性，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，故选C、D.
6.[2024·执信中学月考] 某激光器能发射波长为的激光，发射功率为，光速为，普朗克常量为，则激光器每秒发射的光量子数约为( )
A.个 B.个 C.个 D.个
[解析] 根据公式，结合公式，可得每个光子能量为，设内激光发出光子数为，根据能量守恒定律得，代入数据联立解得激光器每秒发射的光量子数约为个，故C正确，A、B、D错误.
√
7.[2024·惠州一中月考] 一种红宝石激光器发射的激光是不连续的一道道闪光，每道闪光称为一个光脉冲，若这种激光器光脉冲的持续时间为，波长为，发射功率为.
(1) 每列光脉冲的长度是多少？
[答案] m>
[解析] 光脉冲持续时间即为发射一个光脉冲所需要的时间，所以一个光脉冲的长度为
<
(2) 用红宝石激光照射皮肤色斑，每吸收能量达到以后，色斑便逐渐消失，一颗色斑的面积是，则它需要吸收多少个红宝石激光脉冲才能逐渐消失？
[答案] 300个
[解析] 一个光脉冲所具有的能量为
消除面积为的色斑需要的光脉冲数是(个)
8.[2024·广雅中学月考] 太阳光垂直照射到地面上时，地面接收太阳光的功率为，其中可见光部分约占.
(1) 假如认为可见光的波长约为，日地间距离，普朗克常量，估算太阳每秒辐射出的可见光光子为多少？(结果保留1位小数)
[答案] 个
[解析] 设地面上垂直于阳光的面积上每秒钟接收的可见光光子数为，则有
设想一个以太阳为球心、以日地间距离为半径的大球面包围着太阳，大球面接收的光子数即等于太阳辐射的全部光子数，则所求可见光光子数
联立得个
(2) 若已知地球的半径，估算地球接收的太阳光的总功率.(结果保留1位小数)
[答案]
[解析] 地球背着太阳的半个球面没有接收太阳光，地球向阳的半个球面面积也不都与太阳光垂直.接收太阳光辐射且与阳光垂直的有效面积是以地球半径为半径的圆平面的面积，则地球接收太阳光的总功率，则有
