第一节 经典力学的成就与局限性
第二节 经典时空观与相对论时空观
知识目标
核心素养
1.知道经典力学的局限性和适用范围．
2．了解经典时空观及其基本推论．
3．了解狭义相对论的理论基础及相对论时空观的几个推论.
1.了解经典力学的发展历程和伟大成就．
2．了解经典力学在科学研究和生产技术上的广泛应用．
3．了解相对论时空观，体会科学理论是不断发展和完善的.
一、经典力学的局限性和适用范围
1．经典力学的适用范围：对于宏观、低速(相对光速)物体的运动经典力学仍然适用．
2．经典力学的局限性
(1)经典力学的应用受到物体运动速率的限制，当物体运动速率接近于真空中的光速时，经典力学的许多观念将发生重大变化．
(2)经典力学不适用于微观领域中物质结构和能量不连续的现象．
二、经典时空观与相对论时空观
1．经典时空观
(1)惯性系与非惯性系：
①惯性系：凡是牛顿运动定律成立的参考系，相对于惯性系静止或做匀速直线运动的参考系都是惯性系．
②非惯性系：牛顿运动定律不成立的参考系，相对于惯性系做变速运动的参考系是非惯性系．
(2)伽利略相对性原理：对于所有的惯性系，力学规律都是相同的，或者说，一切惯性系都是等效的．
(3)经典时空观(绝对时空观)：时间永远均匀地流逝，与任何外界无关；空间与任何外界事物无关，从不运动，永远不变．
(4)经典时空观的几个具体结论：
①同时的绝对性；
②时间间隔的绝对性；
③空间距离的绝对性；
④物体质量恒定不变．
即它们与参考系的选择(或观察者的运动状态)无关．
2．相对论时空观
(1)光速不变与经典物理学的矛盾：观察和实验事实表明：无论光源和观察者如何运动，光速只能是c，这与经典力学的速度合成法则相矛盾．
(2)狭义相对论的两条基本假设：
①相对性原理：在不同的惯性系中，一切物理规律都是相同的．
②光速不变原理：不管在哪个惯性系中，测得的真空中的光速都相同．
(3)相对论时空观
①“同时”的相对性：在一个参考系中同时发生的两个事件，在另一个参考系看来是不同时的．
②运动的时钟变慢：时钟相对于观察者静止时，走得快；相对于观察者运动时，走得慢．运动速度越快，效果越明显．
③运动的尺子缩短：一个物体相对于观察者静止时，它的长度测量值最大；相对于观察者运动时，观察者在运动方向上观测，它的长度要缩短，速度越快，缩得越短．
④物体质量随速度的增加而增大．
1．判断下列说法的正误．
(1)牛顿运动定律适用于任何参考系．(×)
(2)经典时空观认为时间间隔是绝对的．(√)
(3)经典时空观认为物体的质量是绝对的．(√)
(4)不论是宏观物体，还是微观粒子，经典力学和相对论都是适用的．(×)
2．(多选)下列服从经典力学规律的是( )
A．自行车、汽车、火车、飞机等交通工具的运动
B．发射导弹、人造卫星、宇宙飞船
C．物体运动的速率接近于真空中的光速
D．能量的不连续现象
答案 AB
解析 经典力学只适用于宏观、低速运动的物体，所以A、B正确，C错误；能量的不连续现象不适合用经典力学来解释，所以选项D错误.
一、经典力学与相对论的比较
如图1甲，质子束被加速到接近光速；如图乙，中子星是质量、密度非常大的星体．请思考：
图1
(1)经典力学是否适用于质子束的运动规律？如何研究质子束的运动规律？
(2)经典力学是否适用于中子星的引力规律？如何研究中子星的引力规律？
答案 (1)质子束的运动属于高速、微观范畴，经典力学不再适用，应该应用狭义相对论、量子力学进行研究．
(2)中子星的引力规律属于引力范畴，经典力学不再适用，应该应用广义相对论进行研究．
1．区别：
比较项
经典力学
相对论
形成时期
物理学形成的初期阶段，受历史发展限制，理论较肤浅、片面
形成于物理学充分发展的现代，理论较完善、科学
适用范围
低速运动、宏观世界，弱引力作用
任何情况都适用
速度对质量的影响
物体的质量不随其速度的变化而变化
物体的质量随其速度的增加而变大
速度的合成
时间与空间互不相干，关系式v船岸＝v船水＋v水岸成立
速度与位移、时间的测量有关，v船岸＝v船水＋v水岸不成立
2.联系：
(1)当物体的运动速度远小于光速时，相对论物理学与经典物理学的结论没有区别．
(2)相对论并没有否定经典力学，经典力学是相对论在一定条件下的特殊情形．
例1 下列说法正确的是( )
A．在经典力学中，物体的质量不随运动状态而改变，在狭义相对论中，物体的质量也不随运动状态而改变
B．狭义相对论和经典力学是完全不同相互矛盾的两个理论
C．物体高速运动时，物体的运动服从狭义相对论，在低速运动时，物体的运动服从牛顿运动定律
D．以上说法都是错误的
答案 C
解析 在经典力学中，物体的质量不随运动状态而改变，在狭义相对论中，物体的质量随物体运动速度的增大而增大，选项A错误；狭义相对论没有否定经典力学，经典力学是狭义相对论在一定条件下的特殊情形，选项B错误；经典力学适用于低速运动的物体，狭义相对论阐述物体在以接近光速的速度运动时所遵循的规律，选项C正确．
针对训练1 (多选)牛顿运动定律能适用于下列哪些情形( )
A．研究原子中电子的运动
B．研究“神舟五号”飞船的高速发射
C．研究地球绕太阳的运动
D．研究飞机从北京飞往纽约的航线
答案 BCD
解析 牛顿运动定律只能用于“宏观低速”的情形，这里的“宏观”是相对于微观粒子而言的．这里的“低速”是相对于光速而言的．原子、电子等是微观粒子，它们的运动不服从牛顿运动定律，A错误，B、C、D中各项运动虽然是“高速”，但相对于光速来说，却是微不足道的，完全可以用牛顿运动定律研究其规律，B、C、D正确．
二、相对论几个效应的理解
地球绕太阳公转的速度是3×104 m/s；如图2所示，
图2
设在美国伊利诺伊州费米实验室的圆形粒子加速器可以把电子加速到0.999 999 999 987倍光速的速度．请思考：
(1)地球的公转速度在狭义相对论中属于低速还是高速？被加速器加速后的电子的速度呢？
(2)加速后电子的质量比电子的静止质量增大了还是减小了？
答案 (1)狭义相对论的高速是可以与光速相比较的速度，所以地球的公转速度属于低速，加速后的电子速度属于高速．
(2)物体的质量随速度的增大而增大，所以加速后电子的质量比电子的静止质量大了．
1．两个基本原理：
(1)相对性原理：所有物理规律在一切惯性参考系中都具有相同的形式，表明在任何惯性系中研究某个物体的某一运动过程，其运动规律形式不变．
(2)光速不变原理：在一切惯性参考系中，测量到的真空中的光速c都一样，表明了经典时空观与相对论时空观的不同；比较如下：
经典时空观
相对论时空观
运动情况
同一运动对不同参考系描述结果不同，即速度不同
光在一切惯性参考系中传向各个方向的速度不变
时间与空间的关系
时间均匀流逝，空间不变化，与运动情况及外部条件无关
时间、空间都随运动情况而改变
几个结论
①同时的绝对性
②时间间隔的绝对性
③空间距离的绝对性
④物体的质量恒定不变
①同时的相对性
②运动的时钟变慢
③运动的尺子缩短
④物体的质量随速度的增加而增大
2.相对论时空观的内容：认为时间和空间是相互联系、相互影响的，并且与物质的存在及运动有关．
(1)时间延缓效应：在相对于地面以速度v匀速运动的参考系内，测得该参考系中某一事件所经历的时间为Δt′，则在地面上测得该事件所经历的时间为：Δt＝.
由于vΔt′.即用同样标准的钟，在静止参考系中测得的时间比在运动参考系中测得的时间长，好比是运动的钟走“慢”了．
当速度v?c时，Δt＝Δt′，这就回到了经典物理学的结论——时间与物体的运动状态无关．当v＝0.999 8c时，Δt＝50Δt′，时间将延缓50倍．
(2)长度收缩效应：一把尺子，在相对于它静止的参考系xOy中测得其长度为l(称为静止长度)，如图3所示．当该尺子相对另一参考系x′O′y′(如地面)沿尺子长度方向以速度v运动时，在该参考系x′O′y′(如地面)中测得尺子长度为l′＝l.
图3
由于v当速度v?c时，l′＝l，这就回到了经典物理学的结论——空间的尺度与物体的运动状态无关．当v＝0.999 8c时，l′＝l，长度将缩短.
例2 半人马星座α星是太阳系最近的恒星，它距地球为4.3×1016 m．设有一宇宙飞船自地球往返于半人马星座α星之间．若宇宙飞船的速度为0.999c，按地球上的时钟计算，飞船往返一次需多长时间？如以飞船上的时钟计算，往返一次的时间又为多长？
答案 9年 0.4年
解析 以地球上的时钟计算：Δt＝＝ s≈2.87×108 s≈9年
若以飞船上的时钟计算，因为Δt＝
所以得Δt′＝Δt＝2.87×108× s≈1.28×107 s≈0.4年．
针对训练2 如图4所示，有三个完全相同的时钟，时钟A放在地面上，时钟B、C分别放在两个火箭上，两个火箭分别以速度vB和vC朝同一方向飞行，vB图4
A．时钟A走得最慢 B．时钟B走得最慢
C．时钟C走得最慢 D．时钟C走得最快
答案 C
解析 根据相对论的时空观，运动的时钟变慢，其实质是指在相对论中每位观察者都有自身的时间测度，即如果一时钟在天空高速飞驰，对静止不动的观察者来说似乎时钟的时间走得慢了．时钟飞驰得越快，时钟的时间走得越慢．
1．(经典力学的成就和局限性)(多选)20世纪以来，人们发现了一些新的事实，而经典力学却无法解释．经典力学只适用于解决物体的低速运动问题，不能用来处理高速运动问题；只适用于宏观物体，一般不适用于微观粒子，以下说法正确的是( )
A．随着认识的发展，经典力学已成了过时的理论
B．人们对客观事物的具体认识在广度上是有局限性的
C．不同领域的事物各有其本质与规律
D．人们应当不断拓展认识，在更广阔的领域内掌握不同事物的本质与规律
答案 BCD
解析 人们对客观世界的认识要受到所处的时代的客观条件和科学水平的制约，所以形成的看法也都具有一定的局限性，人们只有不断拓展自己的认识，才能掌握更广阔领域内的不同事物的本质与规律；新的科学的诞生并不意味着对原来科学的全盘否定，只能认为过去的科学是新的科学在一定条件下的特殊情形．
2．(经典时空观)(多选)下列说法中哪些属于经典时空观的观点( )
A．世界的过去、现在和将来都只有量的变化，而不会发生质的变化
B．时间和空间不依赖人们的意识而存在
C．时间和空间是绝对的
D．时间和空间是紧密联系、不可分割的
答案 ABC
解析 经典时空观认为时间和空间都是与外界事物无关的、绝对的，选项A、B、C属于经典时空观；选项D属于相对论时空观．
3．(相对论效应的理解)如图5所示，沿平直铁路线有间距相等的三座铁塔A、B和C.假想有一列车沿AC方向以接近光速行驶，当铁塔B发出一个闪光，列车上的观察者测得A、C两铁塔被照亮的顺序是( )
图5
A．同时被照亮 B．A先被照亮
C．C先被照亮 D．无法判断
答案 C
解析 列车上的观察者看到的是由B发出后经过A和C反射的光，由于列车在这段时间内向C运动，靠近C而远离A，所以C的反射光先到达列车上的观察者，观察者看到C先被照亮，故只有C正确．
4．(狭义相对论的应用)如图6所示，强强乘坐速度为0.9c(c为光速)的宇宙飞船追赶正前方的壮壮，壮壮的飞行速度为0.5c，强强向壮壮发出一束光进行联络，则壮壮观测到该光束的传播速度为( )
图6
A．0.4c B．0.5c C．0.9c D．c
答案 D
解析 由狭义相对论的光速不变原理知，真空中的光速在不同的惯性参考系中都是相同的，可知D正确，A、B、C错误.
一、选择题
考点一 经典力学的局限性 经典时空观
1．经典力学不能适用于下列哪些运动( )
A．火箭的发射
B．宇宙飞船绕地球的运动
C．“勇气号”宇宙探测器的运动
D．以99%倍光速运行的电子束
答案 D
解析 经典力学在低速运动的广阔领域(包括天体力学的研究)中，经受了实践的检验，取得了巨大的成就，但在高速领域不再适用，故选项A、B、C适用，D不适用．
2．(多选)下列说法正确的是( )
A．牛顿运动定律只适用于相对静止的参考系
B．在任何惯性系中，物体的加速度都具有不变性
C．按照经典时空理论，物体的长度、质量和运动时间都与参考系的运动无关
D．伽利略相对性原理表明，在惯性运动的范围内不存在绝对空间和绝对运动
答案 BCD
3．(多选)根据伽利略相对性原理，下列结论正确的是( )
A．任何力学规律在惯性系中都是相同的
B．同一力学规律在不同的惯性系中可能不同
C．在一个惯性参考系里不能用力学实验判断该参考系是否在做匀速直线运动
D．在一个惯性参考系里可以用力学实验判断该参考系是否在做匀速直线运动
答案 AC
4．(多选)关于经典力学的成就，下列说法中正确的是( )
A．经典力学把天体的运动与地上物体的运动统一起来，是人类对自然界认识的第一次大综合，是人类认识史上的一次重大飞跃
B．18世纪60年代，力学与热学的发展及其与生产的结合引发了第一次工业革命
C．火箭、人造地球卫星、航天飞机、宇宙飞船、行星探测器等航天器的发射，都是牛顿力学规律的应用范例
D．经典力学是解决高速运动的物理理论
答案 ABC
5．(多选)以下说法正确的是( )
A．经典力学理论普遍适用，大到天体，小到微观粒子均适用
B．经典力学理论的成立具有一定的局限性
C．在经典力学中，物体的质量不随运动状态改变而改变
D．相对论和量子力学否定了经典力学理论
答案 BC
解析 经典力学理论只适用于宏观、低速运动的物体，A错，B对．在经典力学中，物体的速度v?c，所以物体的质量不随运动状态而改变，但相对论和量子力学并不否定经典力学，经典力学是相对论在一定条件下的特殊情形，C正确，D错误．
6．(多选)关于静止时质量为m0的物体，当以速度v运动时物体的质量为m，以下说法正确的是( )
A．在任何情况下，物体的质量都不会改变，即与v无关
B．当物体的运动速度v>0时，物体的质量m>m0，即物体的质量改变了，故经典力学不适用，是不正确的
C．当物体以较小速度运动时，质量变化十分微弱，经典力学理论仍然适用，只有当物体的运动接近光速时，质量变化才明显，故经典力学适用于低速运动，而不适用于高速运动
D．通常由于物体的运动速度太小，故物体质量的变化不会引起我们的感觉，在分析地球上物体的运动时，不必考虑质量的变化
答案 CD
解析 只有速度 v接近光速，物体增加的质量才比较明显，一般情况下物体质量的变化十分微小，故经典力学仍然在低速即远小于光速时适用，故A、B错，C、D正确．
考点二 相对论时空观
7．属于狭义相对论基本假设的是：在不同的惯性系中( )
A．真空中光速不变
B．时间间隔具有相对性
C．物体的质量不变
D．物体的能量与质量成正比
答案 A
解析 狭义相对论基本假设为：一是在不同的惯性参考系中，一切物理规律都是相同的；二是真空中的光速在不同的惯性参考系中都是相同的，即光速不变原理，由此可知A属于狭义相对论基本假设，故A正确，B、C、D错误．
8．一列火车以接近光速的速度从我们身边飞驶而过，我们会感到车厢、车窗变窄了，而车厢、车窗的高度并没有变化，那么车厢内的人看路旁的电线杆间距将会( )
A．变窄 B．变宽
C．不变 D．都有可能
答案 A
解析 火车相对地面以接近光速的速度向前飞驶，如果以火车为参考系，地面向后飞驶，根据尺缩效应知电线杆间距变窄．
9．日常生活中，我们并没有发现物体的质量随着物体运动速度的变化而变化，其原因是( )
A．运动中物体的质量无法称量
B．物体的速度远小于光速，质量变化极小
C．物体的质量太大
D．物体的质量不随速度的变化而变化
答案 B
10．广东省虎门大桥全长近15 km，在500 m高空有一架与大桥平行以接近光速飞行的飞机，飞机上人员看到大桥的长度将是( )
A．大于15 km B．等于15 km
C．小于15 km D．无法确定
答案 C
解析 由于飞机相对大桥是运动的，因此在飞机上观察者看来，大桥要缩短，故C正确．
二、非选择题
11．(同时的相对性)一列火车以速度v相对地面运动，如果地面上的人测得某光源发出的闪光同时到达车厢的前壁和后壁，那么按照火车上的人的测量，闪光先到达前壁还是后壁？火车上的人怎样解释自己的测量结果？
答案 见解析
解析 火车上的人测得闪光先到达前壁．如图所示，由于地面上的人测得闪光同时到达前后两壁，而在光向前后两壁传播的过程中，火车要相对于地面向前运动一段距离，所以光源发光的位置一定离前壁较近，这个事实对车上、车下的人都是一样的，在车上的人看来，既然发光点离前壁较近，各个方向的光速又是一样的，当然闪光先到达前壁．
第三节 量子化现象
第四节 物理学——人类文明进步的阶梯
知识目标
核心素养
1.初步了解微观世界中的量子化现象．知道量子论的主要内容．
2．了解光电效应、原子能量的不连续性及光的波粒二象性.
1.知道量子论的建立对人类认识世界和科学发展的重要影响．
2．了解物理学对人类文明进步的影响.
一、量子化现象
1．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，这一物体就称为黑体．黑体辐射是指黑体发出的电磁辐射．
2．光电效应：当用一些波长较短的光照射金属表面时，金属便有电子逸出，这种现象称为光电效应．从金属表面逸出的电子称为光电子．光电效应的产生取决于光的频率而与光的强度无关．
3．光的波粒二象性：大量的实验事实表明，光既具有波动性又具有粒子性，也就是光具有波粒二象性．
4．原子光谱：原子只能处于一系列不连续的能量状态中，当原子从一种能量状态变化到另一种能量状态时，辐射(或吸收)一定频率的光子，辐射(或吸收)光子的能量是不连续的．
二、物理学与现代技术
物理学的发展推动了科学技术的高速发展，几乎所有重大的新技术领域，如原子能技术、激光技术、电子和信息技术等的创立，都是在物理学中经过了长期的酝酿，在理论上和实验上取得突破，继而转化为技术成果的．
1．判断下列说法的正误．
(1)量子理论中能量也是连续变化的．(×)
(2)一个量子就是组成物质的最小微粒，如原子、分子．(×)
(3)辐射的能量是一份一份的，因此物体的动能也是一份一份的．(×)
(4)光具有波粒二象性说明有的光是波，有的光是粒子．(×)
2．波长是0.122 0 μm的紫外线的光子能量为________J.
答案 1.63×10－18
解析 波长是0.122 0 μm的紫外线的光子能量E＝hν＝h＝6.63×10－34× J≈1.63×10－18 J.
一、对量子理论的初步认识
1．量子化假设：普朗克提出物质发射(或吸收)的能量E只能是某一最小能量单位的整数倍，E＝nε，n＝1,2,3…n叫做量子数．能量子的能量ε＝hν＝.式中h为普朗克常量(h＝6.63×10－34 J·s)是微观现象量子特征的表征，ν为频率，c为真空中的光速，λ为光波的波长．
2．量子化：量子化的“灵魂”是不连续．在宏观领域中，这种量子化(或不连续性)相对于宏观量或宏观尺度极微小，完全可以忽略不计，但在微观世界里，量子化(或不连续)是明显的，微观物质系统的存在，物质之间传递的相互作用、物体的状态及变化等都是量子化的．
例1 根据量子理论，光子的能量E0＝hν＝h，其中c为真空中的光速、ν为光的频率、λ为光的波长，普朗克常量取h＝6.6×10－34 J·s.已知太阳光垂直照射时，每平方米面积上的辐射功率为P＝1.35 kW.假设太阳辐射的平均波长为＝6.6×10－7 m，则在垂直于太阳光的S＝1 m2面积上，每秒钟内可以接收到多少光子？
答案 4.5×1021个
解析 依题意，太阳光平均一个光子的能量为0＝h，
在1 m2面积上，1 s内得到的阳光总能量为E＝Pt，接收到的光子个数
N＝＝＝＝ 个＝4.5×1021个．
针对训练 (多选)关于量子假说，下列说法正确的是( )
A．为了解决黑体辐射的理论困难，爱因斯坦提出了量子假说
B．量子假说第一次得出了不连续的概念
C．能量的量子化就是能的不连续化
D．量子假说认为电磁波在空间中的传播是不连续的
答案 BC
解析 普朗克提出了量子假说，认为物质发射和吸收能量时，能量不是连续的，是一份一份进行的．它不但解决了黑体辐射的理论困难，更重要的是提出了“量子”概念，揭开了物理学崭新的一页，选项B、C正确．
二、对光电效应的理解
1．光子说：爱因斯坦认为，光在传播过程中，是不连续的，它由数值分立的能量子组成，这些能量子叫光量子，也称“光子”，光就是以光速c运动着的光子流，每个光子的能量E＝hν＝h.
2．用光子说解释光电效应的规律：当光子照射到金属表面上时，它的能量可以被金属中的某个电子全部吸收，电子吸收光子的能量后，动能立刻增加，不需要积累能量的过程．这就是光电效应的发生用时极短的原因．只有能量足够大，即频率ν足够大的光子照射在金属上，才能使电子获得足够大的动能，克服金属原子核对它的束缚从金属表面飞离出来成为光电子，这就说明发生光电效应入射光的频率必须足够大，而不是光足够强．
例2 硅光电池是利用光电效应原理制成的，下列表述正确的是( )
A．硅光电池是把光能转变为电能的一种装置
B．硅光电池中吸收了光子能量的电子都能逸出
C．逸出的光电子的最大初动能与入射光的频率无关
D．任意频率的光照射到硅光电池上都能产生光电效应
答案 A
解析 硅光电池把光能转化为电能，A正确；光子的能量取决于光的频率，只有当光子的能量足够大，被硅光电池中的电子吸收后，电子才能从金属中逸出，所以只有当光的频率足够大时才会发生光电效应，B、D错误；逸出的光电子的最大初动能随入射光的频率的增大而增大，C错误．
1．光电效应能不能产生取决于入射光的频率，只要频率足够大，就可以产生光电效应，与光的照射时间无关．
2．单位时间内产生光电子的多少取决于入射光的强度，入射光的强度越强，产生的光电子越多．
3．逸出的光电子的最大初动能随入射光频率的增大而增大．
4．“光电子的最大初动能”与“光电子的动能”的区别
光照射到金属表面时，电子吸收光子的能量，就可能向各个方向运动，运动过程中要克服原子核和其他原子的阻碍而损失一部分能量，剩余部分能量转化为光电子的初动能．所以金属表面的电子，只需克服原子核的引力做功就能逸出，光电子具有的初动能最大，此时的动能叫做光电子的最大初动能．
三、对波粒二象性的理解
1．光电效应说明光具有粒子性，光的干涉、衍射等实验事实，说明光具有波动性，大量实验事实表明，光既具有波动性又具有粒子性．
2．光具有波粒二象性，但在不同情况下表现不同．宏观上，大量光子传播往往表现为波动性；微观上，个别光子在与其他物质发生作用时，往往表现为粒子性．
3．光的粒子性不同于宏观观念中的粒子，粒子性的含义是“不连续”的，“一份一份”的．光的波动性也不同于宏观观念中的波，波动规律决定光子在某点出现的概率，是一种概率波．
例3 下列关于光的波粒二象性的说法中，正确的是( )
A．有的光是波，有的光是粒子
B．光子与电子是同样的一种粒子
C．光的波长越长，其波动性越显著；波长越短，其粒子性越显著
D．大量光子的行为往往显示出粒子性
答案 C
解析 光具有波粒二象性，即光具有波动性和粒子性，A错误；光子不是实物粒子，电子是实物粒子，故B错误．光的波长越长，其波动性越明显，波长越短，其粒子性越明显，C正确；大量光子的行为显示出波动性，D错误．
1．(量子化的理解)对于带电微粒辐射和吸收能量时的特点，下列说法不正确的是( )
A．辐射是由一份份的能量组成的，一份能量就是一个能量子
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
答案 C
解析 根据普朗克的量子理论，能量是不连续的，其辐射和吸收的能量只能是某一最小能量单位的整数倍，故A、B、D均正确，C错，所以选C.
2．(光电效应的理解)某单色光照射金属时不会产生光电效应，下列措施中可能使该金属产生光电效应的是( )
A．延长光照时间
B．增大光的强度
C．换用波长较短的光照射
D．换用频率较低的光照射
答案 C
解析 要产生光电效应，入射光的频率必须大于该金属的极限频率，波长越短的光频率越高，当高于极限频率时就能产生光电效应，故C正确．
3．(对光的波粒二象性的理解)(多选)在单缝衍射实验中，中央亮纹的光强占从单缝射入的整个光强的95%以上，假设现在只让一个光子通过单缝，那么该光子( )
A．一定落在中央亮纹处
B．一定落在亮纹处
C．可能落在暗纹处
D．落在中央亮纹处的可能性最大
答案 CD
解析 根据光波是概率波的概念，对于一个光子通过单缝落在何处，是不确定的，但概率最大的是落在中央亮纹处．当然也可落在其他亮纹处，还可能落在暗纹处，不过，落在暗纹处的概率很小，故C、D选项正确.
一、选择题
考点一 对能量量子化的理解
1．首先提出量子理论的科学家是( )
A．普朗克 B．迈克尔孙
C．爱因斯坦 D．德布罗意
答案 A
解析 为了解释黑体辐射，普朗克首先提出了能量的量子化，故A正确．
2．太阳能发电是利用光电效应将光辐射的能量转化为电能的．假设有N个频率为ν的光子打在硅光电池极板上并完全被转化为电能，则产生的电能为( )
A．hν B.Nhν
C．Nhν D．2Nhν
答案 C
解析 由普朗克量子理论可知，频率为ν的单个光子能量ε＝hν，则N个这样的光子的总能量为Nhν，故C正确．
考点二 对光电效应的理解
3．(多选)光电效应的实验结论是：对于某种金属( )
A．无论光强多强，只要光的频率小于极限频率就不能产生光电效应
B．无论光的频率多低，只要光照时间足够长就能产生光电效应
C．超过极限频率的入射光强度越弱，所产生的光电子的最大初动能就越小
D．超过极限频率的入射光频率越高，所产生的光电子的最大初动能就越大
答案 AD
解析 根据光电效应规律可知，选项A正确；光的频率ν越高，光电子的初动能就越大，选项D正确．
4.(多选)如图1所示为光电管电路的示意图，关于光电管电路，下列说法正确的是( )
图1
A．能够把光信号转变为电信号
B．电路中的电流是由光电子的运动形成的
C．光照射到光电管的A极产生光电子并飞向K极
D．光照射到光电管的K极产生光电子并飞向A极
答案 ABD
解析 在光电管中，当光照射到阴极K时，将发射出光电子，被A极的正向电压吸引而奔向A极，形成光电流，使电路导通．照射光的强度越大，产生的光电流越大，这样就把光信号转变为电信号，实现了光电转换，故A、B、D正确，C错误．
5．关于爱因斯坦的光子说，下列说法正确的是( )
A．光只是在传播时才是一份一份的
B．光既然是一个一个的光子，所以它不可能具有波动性
C．空间传播的光是一个一个的光子流，光子的能量与频率有关
D．空间传播的光是一个一个的光子流，光子的能量与光的传播速度有关
答案 C
解析 由爱因斯坦的观点可知，光在发射、吸收、传播的各个过程中，都是由一个个能量子组成的，A错误；光的波粒二象性说明微观粒子具有波动性，B错误；光子能量与光的频率有关，而与传播速度无关，C正确，D错误．
考点三 对光的本性的认识
6．为了验证光具有波动性，某同学采用下列做法，其中可行的是( )
A．让一束光照射到一个轻小物体上，观察轻小物体是否会振动
B．让一束光通过一狭缝，观察是否发生衍射现象
C．让一束光通过一圆孔，观察是否发生小孔成像
D．以上做法均不可行
答案 B
解析 光波是一种概率波，不能理解为质点参与的振动，故A错．光的衍射说明光具有波动性，故B正确．光通过小孔成像，说明了光的直线传播，故C错．
7．(多选)对光的认识，以下说法正确的是( )
A．个别光子的行为表现为粒子性，大量光子的行为表现为波动性
B．光的波动性是光子本身的一种属性，不是光子之间的相互作用引起的
C．光表现出波动性时，就不具有粒子性了，光表现出粒子性时，就不具有波动性了
D．光的波粒二象性应理解为：在某种场合下光的波动性表现明显，在另外某种场合下，光的粒子性表现明显
答案 ABD
8．(多选)波粒二象性是微观世界的基本特征，以下说法正确的有( )
A．光电效应现象揭示了光的粒子性
B．热中子束射到晶体上产生衍射图样说明中子具有波动性
C．黑体辐射的实验规律可用光的波动性解释
D．光的波粒二象性说明有的光是波，有的光是粒子
答案 AB
解析 光电效应揭示了光的粒子性，所以A正确；热中子在晶体上产生衍射图样，即运动的实物粒子具有波的特性，说明中子具有波动性，所以B正确；黑体辐射的实验规律说明电磁辐射具有量子化，即黑体辐射是不连续的、一份一份的，所以黑体辐射可用光的粒子性解释，即C错误；所有的光都具有波粒二象性，D错误．
二、非选择题
9．(能量子)某激光笔的发光功率为0.10 W，发出波长为0.45 μm的红色激光，试计算该激光笔1.0 s的时间内所发出的光子个数．(结果保留三位有效数字)
答案 2.26×1017个
解析 激光笔在1.0 s内发光的总能量为：
E＝Pt＝0.10×1.0 J＝0.10 J
一个光子的能量为：
E1＝h＝6.63×10－34× J＝4.42×10－19 J
在1.0 s时间内激光笔发出的光子数：
N＝＝ 个≈2.26×1017个．
