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1、-2017物理粤教版必修2 第五章第三、四节量子化现象 物理学 人类文明进步的阶梯 课件学学习习目目标标1.初步了初步了解微解微观观世界中的量子化世界中的量子化现现象知道量子象知道量子论论的主要的主要内容内容2.了了解光解光电电效效应应、原子能量的不、原子能量的不连续连续性及光的波粒二象性性及光的波粒二象性.3.知道量子知道量子论论的建立的建立对对人人类认识类认识世界和科技世界和科技发发展的重要影展的重要影响响.4了了解物理学解物理学对对人人类类文明文明进进步的影响步的影响第五章经典力学与物理学革命第五章经典力学与物理学革命一、黑体一、黑体辐辐射：能量子假射：能量子假说说的提出的提出1黑体黑体
2、辐辐射射(1)黑体：如果一个物体能黑体：如果一个物体能够够吸收照射到它上面的吸收照射到它上面的_而无反射，而无反射，这这种物体就是黑体种物体就是黑体(2)黑体黑体辐辐射：黑体射：黑体发发出的出的电电磁磁辐辐射射全部全部辐辐射射2能量子假能量子假说说(1)能量子能量子提出的目的：提出的目的：_为为了克服了克服经经典物理学典物理学对对黑体黑体辐辐射射现现象象解解释释的困的困难难而提出的而提出的含含义义：物：物质发质发射射(或吸收或吸收)能量能量时时，能量不是，能量不是_，而是而是_地地进进行的，每一份就是一个最小的能量行的，每一份就是一个最小的能量单单位位这这个不可再分的最小的能量个不可再分的最小
3、的能量单单位称位称为为“能量子能量子”普朗克普朗克连续连续的的一份一份一份一份想一想想一想1.普朗克普朗克认为认为能量是量子化的，能量是量子化的，为为什么我什么我们们感感觉觉物物体温度的体温度的变变化是化是连续连续的？的？提示：提示：普朗克常量普朗克常量h非常小，非常小，对对于宏于宏观观物体可物体可认为趋认为趋近于零，近于零，量子化特征量子化特征显显示不出来，通常我示不出来，通常我们观测们观测不到量子化特征，所不到量子化特征，所以以对对物体温度的物体温度的变变化，会感化，会感觉觉是是连续连续的的.二、光子二、光子说说：对对光光电电效效应应的解的解释释1光子光子说说概述：概述：爱爱因斯坦于因斯坦
4、于_年提出光子年提出光子说说光在光在传传播播过过程中，也是程中，也是_的它由数的它由数值值分立的能量子分立的能量子组组成成爱爱因斯坦称因斯坦称这这些能量子些能量子为为光量子，也称光量子，也称为为“光子光子”一个光一个光子的能量子的能量为为Eh，为为光的光的频频率，率，h为为普朗克常量普朗克常量2光光电电效效应应定定义义：当紫外：当紫外线这线这一一类类波波长较长较短的光照射金属表面短的光照射金属表面时时，金属，金属便有便有_逸出，逸出，这这种种现现象称象称为为光光电电效效应应从金属表从金属表面逸出的面逸出的电电子称子称为为_1905不不连续连续电电子子光光电电子子3光子光子说对说对光光电电效效应
5、应的解的解释释(1)光照射到金属表面上，一个光子的能量被金属中某个光照射到金属表面上，一个光子的能量被金属中某个电电子子吸收，吸收，电电子吸收光子后，能量增加，若能量足子吸收光子后，能量增加，若能量足够够大，大，电电子能子能克服原子核克服原子核对对它的束它的束缚缚，离开金属表面，成，离开金属表面，成为为光光电电子子(2)光光电电效效应现应现象象说说明光具有明光具有_粒子性粒子性判一判判一判2.(1)光光电电效效应应中逸出的光中逸出的光电电子与普通子与普通电电子相同子相同()(2)光光电电效效应应中中电电子吸收光子的能量可以累加子吸收光子的能量可以累加()提示：提示：(1)(2)三、光的波粒二象
6、性：光的本性揭示三、光的波粒二象性：光的本性揭示1爱爱因斯坦的光子因斯坦的光子说说成功地成功地解解释释了光了光电电效效应应，说说明光具有明光具有_，而在此之前，而在此之前,人人们们所所观观察到光的干涉、衍射、察到光的干涉、衍射、偏振等偏振等实验实验事事实实，清楚地，清楚地显显示光具有示光具有_，光既具，光既具有波有波动动性又具有粒子性，也就是光具有性又具有粒子性，也就是光具有_2在宏在宏观观上大量光子表上大量光子表现为现为波波动动性，在微性，在微观观上个上个别别光子与其光子与其他物他物质产质产生作用生作用时时往往表往往表现为现为粒子性波粒二象性揭示了光粒子性波粒二象性揭示了光的本性的本性粒子性
7、粒子性波波动动性性波粒二象性波粒二象性判一判判一判3.(1)光既不是光既不是经经典意典意义义上的波，也不是上的波，也不是经经典意典意义义上上的粒子的粒子()(2)光子光子说说并未否定并未否定电电磁磁说说()提示：提示：(1)(2)四、原子光四、原子光谱谱：原子能量的不：原子能量的不连续连续1原子光原子光谱谱按照按照经经典理典理论论，能量是，能量是连续变连续变化的，由此化的，由此氢氢原子原子发发光的光光的光谱谱就就应该应该是包含一切是包含一切频频率的率的连续谱连续谱，而事，而事实实上上氢氢原子光原子光谱谱是由是由一系列一系列_的亮的亮线组线组成的成的_2原子光原子光谱谱的解的解释释(1)原子只能
8、原子只能处处于一系列于一系列_的能量状的能量状态态中中(2)当原子从一种能量状当原子从一种能量状态变态变化到另一种能量状化到另一种能量状态时态时，会，会辐辐射射(或吸收或吸收)一定一定频频率的光子，所率的光子，所辐辐射射(或吸收或吸收)的光子的能量是的光子的能量是_的的不不连续连续线线状状谱谱不不连续连续不不连续连续五、物理学与自然科学五、物理学与自然科学人人类类文明文明进进步的基石步的基石物理学是物理学是_的基的基础础之一，物理学的研究成果和研之一，物理学的研究成果和研究方法，在自然科学的各个究方法，在自然科学的各个领领域都起着重要的作用域都起着重要的作用六、物理学与六、物理学与现现代技代技
9、术术人人类类文明文明进进步的推步的推动动力力物理学的物理学的发发展推展推动动了科学技了科学技术术的高速的高速发发展几乎所有重大的展几乎所有重大的新技新技术领术领域，都是在物理学中域，都是在物理学中经过经过了了长长期的期的酝酿酝酿，在，在_和和_取得突破，取得突破，继继而而转转化化为为技技术术成成果的果的自然科学自然科学理理论论上上实验实验上上对对光光电电效效应应的解的解释释2用光子用光子说说解解释释光光电电效效应应的的规规律律当光子照射到金属表面上当光子照射到金属表面上时时，它的能量可以被金属中的某个，它的能量可以被金属中的某个电电子全部吸收，子全部吸收，电电子吸收光子的能量后，子吸收光子的能
10、量后，动动能立刻增加，不能立刻增加，不需要需要积积累能量的累能量的过过程程这这就是光就是光电电效效应应的的发发生用生用时时极短的原极短的原因只有能量足因只有能量足够够大大,即即频频率率足足够够大的光子照射在金属上大的光子照射在金属上,才才能使能使电电子子获获得足得足够够大的大的动动能，克服金属原子核能，克服金属原子核对对它的束它的束缚缚从从金属表面金属表面飞飞离出来成离出来成为为光光电电子，子，这这就就说说明明发发生光生光电电效效应应入射入射光的光的频频率必率必须须足足够够大，而不是光足大，而不是光足够够强强电电子吸收光子的能子吸收光子的能量后可能向各个方向运量后可能向各个方向运动动,有的向金
11、属内部运有的向金属内部运动动，并不出来，并不出来.向向金属表面运金属表面运动动的的电电子，子，经过经过的路程不同，途中的路程不同，途中损损失的能量也失的能量也不同唯独金属表面上的不同唯独金属表面上的电电子，只要克服金属原子核的引力子，只要克服金属原子核的引力做功，就能从金属中逸出，做功，就能从金属中逸出，这这个功叫逸出功，个功叫逸出功，这这些光些光电电子的子的动动能最大，叫最大初能最大，叫最大初动动能能特特别别提醒：提醒：金属中的每个金属中的每个电电子子对对光子能量的吸收不是光子能量的吸收不是连续连续累累加的，它只能吸收一个光子的能量，因此只有达到一定加的，它只能吸收一个光子的能量，因此只有达
12、到一定频频率率的光子照射才有光的光子照射才有光电电效效应产应产生生 (单选单选)某某单单色光照射金属色光照射金属时时不会不会产产生光生光电电效效应应，下列措，下列措施中可能使施中可能使该该金属金属产产生光生光电电效效应应的是的是()A延延长长光照光照时间时间B增大光的增大光的强强度度C换换用波用波长较长较短的光照射短的光照射D换换用用频频率率较较低的光照射低的光照射解析解析要要产产生光生光电电效效应应，入射光的，入射光的频频率必率必须须大于大于该该金属的金属的极限极限频频率，波率，波长长越短的光越短的光频频率越高，当高于极限率越高，当高于极限频频率率时时就能就能产产生光生光电电效效应应，故，故
13、C正确正确C规规律律总结总结(1)能否能否产产生光生光电电效效应应与光的与光的强强度和光照度和光照时间时间无关无关(2)光光电电效效应应能否能否产产生取决于入射光的生取决于入射光的频频率大小率大小1(双双选选)(2014梅州高一梅州高一检测检测)在光在光电电效效应实应实验验中，下列中，下列结结果果正确的是正确的是()A如果入射光比如果入射光比较较弱，只有照射的弱，只有照射的时间时间足足够长够长，才会，才会产产生生光光电电效效应应B当入射光的当入射光的频频率增大率增大为为原来的两倍原来的两倍时时，单单位位时间时间内逸出内逸出光光电电子的数量也增大子的数量也增大为为原来的两倍原来的两倍C当入射光的
14、波当入射光的波长长增大增大为为原来的两倍原来的两倍时时，可能不，可能不产产生光生光电电效效应应D当入射光的当入射光的强强度增大度增大为为原来的两倍原来的两倍时时，单单位位时间时间内逸出内逸出光光电电子的数量也增大子的数量也增大为为原来的两倍原来的两倍CD解析：只有入射光的解析：只有入射光的频频率足率足够够大大时时，才能，才能产产生光生光电电效效应应，A错误错误，C正确；逸出的光正确；逸出的光电电子数目与入射的光子数成正比，子数目与入射的光子数成正比，与光的与光的频频率无关，率无关，B错误错误；入射光的；入射光的强强度增大度增大为为原来的两倍原来的两倍时时，单单位位时间时间内入射的光子数也增大内
15、入射的光子数也增大为为原来的两倍，原来的两倍，单单位位时时间间内逸出的光内逸出的光电电子数也增大子数也增大为为原来的两倍，原来的两倍，D正确正确对对光的波粒二象性的理解光的波粒二象性的理解1光光电电效效应说应说明光具有粒子性明光具有粒子性,光的干涉、衍射等光的干涉、衍射等实验实验事事实实,显显示光具有波示光具有波动动性，大量性，大量实验实验事事实实表明，光既具有波表明，光既具有波动动性又性又具有粒子性具有粒子性2光具有波粒二象性光具有波粒二象性,但在不同情况下表但在不同情况下表现现不同在宏不同在宏观观上上,大量光子大量光子传传播往往表播往往表现为现为波波动动性；在微性；在微观观上，个上，个别别
16、光子在与光子在与其他物其他物质产质产生作用生作用时时，往往表，往往表现为现为粒子性粒子性3光的粒子性不同于宏光的粒子性不同于宏观观观观念中的粒子，粒子性的含念中的粒子，粒子性的含义义是是“不不连续连续”的，的，“一份一份一份一份”的光的波的光的波动动性也不同于宏性也不同于宏观观观观念中的波，波念中的波，波动规动规律决定光子在某点出律决定光子在某点出现现的概率，是一种的概率，是一种概率波概率波特特别别提醒：提醒：(1)光的粒子性不同于牛光的粒子性不同于牛顿顿的的“微粒微粒说说”(2)光的波光的波动动性不是光子之性不是光子之间间相互作用的相互作用的结结果，而是光子本身果，而是光子本身的一种属性的一
17、种属性 (单选单选)下列下列对对于光的波粒二象性的于光的波粒二象性的说说法中，正确的是法中，正确的是()A一束一束传传播的光，有的光是波，有的光是粒子播的光，有的光是波，有的光是粒子B.光子与光子与电电子是同子是同样样一种粒子一种粒子,光波与机械波是同光波与机械波是同样样一种波一种波C光的波光的波动动性是由于光子性是由于光子间间的相互作用而形成的的相互作用而形成的D光是一种波，同光是一种波，同时时也是一种粒子光子也是一种粒子光子说说并未否定并未否定电电磁磁说说，在光子能量，在光子能量h中，中，频频率率仍表示的是波的特征仍表示的是波的特征D解析解析光是一种波，同光是一种波，同时时也是一种粒子，光
18、具有波粒二象也是一种粒子，光具有波粒二象性当光和物性当光和物质质作用作用时时，是一份一份的，表，是一份一份的，表现现出粒子性；出粒子性；单单个光子通个光子通过过双双缝缝后的落点无法后的落点无法预测预测，但大量光子通，但大量光子通过过双双缝缝后后在空在空间间各点出各点出现现的可能性可以用波的可能性可以用波动规动规律描述，表律描述，表现现出波出波动动性粒子性和波性粒子性和波动动性是光子本身的一种属性，光子性是光子本身的一种属性，光子说说并未否并未否定定电电磁磁说说题题后反思后反思光既不是光既不是经经典意典意义义上的波，也不是上的波，也不是经经典意典意义义上的粒子，光的上的粒子，光的波粒二象性是光的
19、固有属性，不是光子波粒二象性是光的固有属性，不是光子间间相互作用形成的，相互作用形成的，光子在空光子在空间间出出现现的位置不能确定，只能确定在的位置不能确定，只能确定在该该点附近出点附近出现现的概率，而概率服从波的概率，而概率服从波动规动规律律2(单选单选)对对光的光的认识认识，以下，以下说说法法错误错误的是的是()A个个别别光子的行光子的行为为表表现为现为粒子性，大量光子的行粒子性，大量光子的行为为表表现现出出波波动动性性B光的波光的波动动性是光子本身的一种属性，不是光子之性是光子本身的一种属性，不是光子之间间的相的相互作用引起的互作用引起的C光表光表现现出波出波动动性性时时，就不具有粒子性
20、了，光表，就不具有粒子性了，光表现现出粒子出粒子性性时时，就不具有波，就不具有波动动性了性了D光的波粒二象性光的波粒二象性应应理理解解为为：在某种：在某种场场合下光的波合下光的波动动性表性表现现明明显显，在另外某种，在另外某种场场合下，光的粒子性表合下，光的粒子性表现现明明显显C解析：个解析：个别别光子的行光子的行为为表表现现出粒子性，大量光子的行出粒子性，大量光子的行为为表表现现出波出波动动性；光与物性；光与物质质相互作用相互作用时时表表现现出粒子性，光的出粒子性，光的传传播播规规律表律表现现出波出波动动性，光的波性，光的波动动性和粒子性都是光的本性和粒子性都是光的本质质属性，属性，光的波光
21、的波动动性表性表现现明明显时显时仍具有粒子属性，因仍具有粒子属性，因为为波波动动性表性表现为现为粒子分布概率，光的粒子性表粒子分布概率，光的粒子性表现现明明显时显时仍具有波仍具有波动动性，因性，因为为大量粒子的个大量粒子的个别别行行为为呈呈现现出波出波动规动规律，故律，故A、B、D正确，正确，C错误错误，应选应选C项项方法技巧方法技巧光子能量的有关光子能量的有关计计算算范例范例(10分分)人眼人眼对绿对绿光最光最为为敏感，正常人的眼睛接收到波敏感，正常人的眼睛接收到波长为长为530 nm的的绿绿光光时时,只要每秒有只要每秒有6个个绿绿光的光子射入瞳孔，光的光子射入瞳孔，眼睛就能察眼睛就能察觉觉
22、普朗克常量普朗克常量为为6.631034 Js，光速，光速为为3.0108 m/s，则则人眼能察人眼能察觉觉到到绿绿光光时时所接收的最小功率是多少？所接收的最小功率是多少？答案答案2.31018 W名名师归纳师归纳能量子的能量子的值值非常小，在宏非常小，在宏观观世界里一般世界里一般观测观测不到不到能量子的效能量子的效应应，可近似，可近似认为认为能量是能量是连续连续的，因此的，因此经经典物理学典物理学能很好地能很好地解解释释宏宏观观世界的运世界的运动规动规律，但当人律，但当人们们的的视视野深入到野深入到原子以下的微原子以下的微观观世界中世界中时时，就必，就必须须考考虑虑能量的量子化能量的量子化.光子的光子的能量是能量是h，在很多，在很多问题问题中都要用到能量守恒中都要用到能量守恒观观点解决光子点解决光子能量能量问题问题.