高中物理自主學習同步講解與訓練兩種時空觀與量子化現(xiàn)象題型歸納

1、兩種時空觀與量子化現(xiàn)象題型歸納二. 學習目標：1、懂得光電效應現(xiàn)象及其規(guī)律；2、加深對于光的波粒二象性及原子躍遷規(guī)律的懂得；3、重點把握與量子化現(xiàn)象相關(guān)的習題類型及其解法；考點位置：光電效應與能級躍遷問題是高考的熱點,多以挑選題形式顯現(xiàn),也可以通過運算題形式考查,重點考查同學的懂得、推理才能,2022 年廣東單科卷第 2 題、江蘇卷單科卷第 4 題、重慶理綜卷第 14 題、天津卷第 18 題、北京卷第 14 題、全國卷第 19 題等均以挑選題形式顯現(xiàn), 2022 年廣東卷第 13 題就以運算題形式顯現(xiàn)；三. 重難點解析：1. 光電效應19 世紀末,光的干涉現(xiàn)象和衍射現(xiàn)象確立了光的波動學說,明確

2、了光的電磁說,在 20世紀初, 愛因斯坦為說明一個試驗現(xiàn)象提出了光子說,強調(diào)了光的粒子性,由于只有用光子說才能說明一個物理現(xiàn)象光電效應；如下列圖, 用弧光燈照耀鋅板,與鋅板相連的驗電器就帶正電,這說明鋅板在光的照耀下發(fā)射了電子；（1）光電效應定義：在光的照耀下物體發(fā)射電子的現(xiàn)象,叫做光電效應；留意：光電效應的實質(zhì)：光現(xiàn)象 電現(xiàn)象（2）光電子：光電效應過程中發(fā)射出的電子叫光電子；2. 光電效應的規(guī)律（1）任何一種金屬都有一個極限頻率,入射光頻率必需大于這個極限頻率,才能產(chǎn)生光電效應, 低于這個頻率的光就不能發(fā)生光電效應,能否發(fā)生光電效應,不取決于光強、光照時間,只取決于入射光的頻率,設(shè)某種金屬的

3、極限頻率為,只有入射光頻率時才能產(chǎn)生光電效應；（2）光電子最大初動能與入射光的強度無關(guān),只隨入射光頻率的增大而增大；（3）入射光照耀到金屬上時,光電子的發(fā)射幾乎是瞬時的,一般不超過；（4）當入射光的頻率大于極限頻率時,單位時間從金屬表面逸出的光電子數(shù)目與入射光的強度成正比；3. 光電效應與經(jīng)典電磁理論的沖突光電效應的三條規(guī)律都無法用經(jīng)典電磁理論來說明：沖突之一： 金屬中的自由電子由于受到帶正電的原子核的吸引,必需從外部獲得足夠的能量才能從金屬表面逸出,在光電效應中, 這種能量是要由入射光來供應的,依據(jù)波動理論,光的能量由光的強度打算,而光的強度又是由光波的振幅打算而與頻率無關(guān)；因此無論光的頻率

4、如何,只要光的強度足夠大照耀時間足夠長,而不應存在極限頻率；都能使電子獲得足夠的能量產(chǎn)生光電效應,沖突之二：光電子的最大初動能與入射光強度無關(guān)而僅由其頻率打算；沖突之三： 產(chǎn)生光電效應的時間之短,一束很弱的光波照耀到金屬上時,它的能量將均勻分布到大量原子上, 怎么可能在極短的時間里把足夠的能量集中到一個電子上面使它從金屬表面逸出呢？4. 光子說（1）普朗克常量： 1900 年,德國物理學家普朗克在討論電磁波的輻射規(guī)律時發(fā)覺：只有假設(shè)電磁波的能量不是連續(xù)的,是一份一份地進行,每一份能量為,其中 v 是輻射頻率, h 是普朗克常量,這樣才能使理論運算結(jié)果和實際相符；（2）光子說： 愛因斯坦于190

5、5 年提出, 在空間傳播的光是不連續(xù)的,而是一份一份的,每一份叫做一個光子,光子的能量跟它的頻率成正比,即,式中 h 叫普朗克常量；（3）光子說與微粒說的區(qū)分：愛因斯坦的光子說與牛頓的微粒說有本質(zhì)區(qū)分；牛頓微粒說中的 “ 微粒”是宏觀概念中的彈性小球；而光子不是宏觀概念中的彈性小球,它不能“ 靜止” ,只能以光速運動,它的能量 E 與它的頻率成正比,而不是,當光從真空進入介質(zhì)時,光速要變小,但其光子能量是不變的；5. 光電效應方程（1）光電效應方程：愛因斯坦依據(jù)能量守恒定律,導出光電效應方程；由上式可以看出,一個電子吸取一個光子的能量（hv）后,除了克服原子核的引力做功消耗一部分能量外,另一部

6、分轉(zhuǎn)化為光電子從金屬逸出時的初動能,由于 W 是電子逸出金屬所需要做的最小功,所以 是從金屬逸出的光電子的最大初動能,假如一個入射光子的能量大于金屬的逸出功,它被一個金屬表面的電子吸取后,電子就能從金屬表面逸出,而不需要時間來積存能量,所以光電效應是瞬時的,并且入射光子的頻率越大,光電子的最大初動能也越大；（2）極限頻率與發(fā)生光電效應的條件；假如入射光子的能量恰等于金屬的逸出功,就光電子的最大初動能恰等于零,這時入射光的頻率叫做極限頻率；由愛因斯坦光電效應方程可知,極限頻率,任何一種金屬都有一個極限頻率,入射光的頻率必需大于極限頻率,才能產(chǎn)生光電效應；6. 光的波動性和粒子性的統(tǒng)一留意：（ 1

7、）大量光子產(chǎn)生的成效顯示出波動性,個別光子產(chǎn)生的成效顯示出粒子性；（2）光子和電子、質(zhì)子等實物粒子一樣,具有能量和動量；和其他物質(zhì)相互作用時,粒子性起主導作用,在光的傳播過程中,光子在空間各點顯現(xiàn)的可能性的大?。ǜ怕剩?由波動性起主導作用,因此稱光波為概率波；（3）光子的能量與其對應的頻率成正比,而頻率是波動性特點的物理量,因此、揭示了光的粒子性和波動性之間的親密聯(lián)系；（4）對不同頻率的光,頻率低,波長長的光,波動性特點顯著；而頻率高、波長短的光,粒子性特點不顯著；特殊提示：光子是能量為hv 的微粒,表現(xiàn)出粒子性,而光子的能量與頻率v 有關(guān),體現(xiàn)了波動性,所以光子是統(tǒng)一了波粒二象性的微粒,但是

8、,在不同的條件下的表現(xiàn)不同,大量光子表現(xiàn)出波動性,個別光子表現(xiàn)出粒子性；光在傳播時表現(xiàn)出波動性,光和其他物質(zhì)相互作用時表現(xiàn)出粒子性；頻率低的光波動性更強,頻率高的光粒子性更強；7. 相對論時空觀懂得要點：（1）“ 同時” 的相對性：“ 同時” 是相對的；在一個參考系中看來“ 同時” 的,在另一個參考系中卻可能“ 不同時” ；（2）長度的相對性：一條沿自身長度方向運動的桿,其長度總比靜止時的長度?。唬?）時間間隔的相對性：從地面上觀看,高速運動的飛船上時間進程變慢,飛船上的人就感覺地面上的時間進程變慢；（4）相對論的時空觀：經(jīng)典物理學認為,時間和空間是脫離物質(zhì)而獨立存在的,是絕對的,二者之間也沒

9、有聯(lián)系；相對論就認為時間和空間與物質(zhì)的運動狀態(tài)有關(guān),物質(zhì)、時間、空間是緊密聯(lián)系的統(tǒng)一體；【典型例題】問題 1、光電效應現(xiàn)象及其懂得問題：例 光電效應試驗的裝置如下列圖,就下面說法中正確選項A. 用紫外光照耀鋅板,驗電器指針會發(fā)生偏轉(zhuǎn)B. 用紅色光照耀鋅板,驗電器指針會發(fā)生偏轉(zhuǎn)C. 鋅板帶的是負電荷D. 使驗電器指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)的是正電荷答案： AD變式 1：下表給出了一些金屬材料的逸出功；材料 銫 鈣 鎂 鈹 鈦逸出功（）3.0 4.3 5.9 6.2 6.6現(xiàn)用波長為 400nm 的單色光照耀上述材料,能產(chǎn)生光電效應的材料最多有幾種？（普朗克常量,光速）（）A. 2 種 B. 3 種 C. 4

10、種 D. 5 種（2022 全國卷 I）答案： A變式 2：某種金屬在單色光照耀下發(fā)射出光電子,光電子的最大初動能（）A. 隨照耀光強度的增大而增大B. 隨照耀光頻率的增大而增大C. 隨照耀光波長的增大而增大D. 與照耀光的照耀時間無關(guān)答案： BD問題 2、關(guān)于光的波粒二象性的懂得問題：例關(guān)于光的本性,以下說法中正確選項（）A. 光子說并沒有否定光的電磁說B. 光電效應現(xiàn)象反映了光的粒子性C. 光的波粒二象性是綜合了牛頓的微粒說和惠更斯的波動說得出來的D. 大量光子產(chǎn)生的成效往往顯示出粒子性,個別光子產(chǎn)生的成效往往顯示出波動性（ 2022 重慶模擬）答案： AB變式 1：以下有關(guān)光的波粒二象性

11、的說法中,正確選項（）A. 有的光是波,有的光是粒子B. 光子與電子是同樣的一種粒子C. 光的波長越長,其波動性越顯著；波長越短,其粒子性越顯著D. 大量光子的行為往往顯示出粒子性（ 2022 天津聯(lián)考）答案： C變式 2：對光的熟悉,以下說法中正確選項（）A. 個別光子的行為表現(xiàn)出粒子性,大量光子的行為表現(xiàn)出波動性B. 光的波動性是光子本身的一種屬性,不是光子之間的相互作用引起的C. 光表現(xiàn)出波動性時,就不具有粒子性；光表現(xiàn)出粒子性時,就不再具有波動性D. 光的波動性應這樣懂得：在某種情形下波動性顯著,在另外某種情形,粒子性顯著答案： ABD問題 3、對于玻爾理論的躍遷假設(shè)的懂得例 （202

12、2 廣東） 處于基態(tài)的一群氫原子受某種單色光的照耀只發(fā)射波長為、的三種單色光,且,就照耀光的波長為（）A. B. C. D. 答案： D變式 1：2022 年廣州 設(shè)氫原子從基態(tài)向 能級躍遷時,吸取的光子波長為；從 能級向 能級躍遷時,吸取的光子波長為；氫原子從 能級向低能級躍遷時,所輻射光子的波長可能為（）A. B. C. D. 答案： ABD變式 2：（2022 廣東物理）如下列圖,氫原子從 的某一能級躍遷到 的能級, 輻射出能量為 的光子,問最少要給基態(tài)的氫原子供應多少電子伏特的能量,才能使它輻射上述能量的光子？請在圖中畫出獲得該能量后的氫原子可能的輻射躍遷圖；點撥： 氫原子從的某一能級

13、躍遷到的能級,滿意：,所以 基態(tài)氫原子要躍遷到 的能級,應供應：,躍遷圖如下列圖；變式 3：態(tài)（2022 廣東）如下列圖為氫原子的四個能級,其中為基態(tài),如氫原子A 處于激發(fā),氫原子 B 處于激發(fā)態(tài),就以下說法正確選項A. 原子 A 可能輻射出3 種頻率的光子B. 原子 B 可能輻射出 3 種頻率的光子C. 原子 A 能夠吸取原子 D. 原子 B 能夠吸取原子 答案： B【模擬試題】B 發(fā)生的光子并躍遷到能級 A 發(fā)出的光子并躍遷到能級1、盡管單個光子通過雙縫后,到達光屏上的位置是 _,但它到達明條紋處的概率比到達暗條紋處的概率 _,因而大量光子通過雙縫后,在光屏上就顯現(xiàn)了清楚的明暗相間的條紋,

14、從這個意義上講,光是一種 _；2、A 、B 兩種單色光分別垂直于水面,從水面射到池底,它們經(jīng)受的時間,那么 兩種光子的能量關(guān)系是A. B. C. D. 不能確定3、關(guān)于光的本性,以下說法中正確選項 A. 光是一種電磁波 B. 光具有波粒二象性 C. 大量光子顯示出光的波動性 D. 大量光子顯示出光的粒子性 4、以下說法不正確選項 A. 光是一種電磁波 B. 光是一種概率波 C. 光是相當于高速運動的質(zhì)點 D. 光的直線傳播只是宏觀近似規(guī)律 5、關(guān)于光的波動性與粒子性以下說法正確選項 A. 愛因斯坦的光子說否定了光的電磁說 B. 光電效應現(xiàn)象說明白光的粒子性 C. 光波不同于機械波,它是一種概率

15、波 D. 光的波動性和粒子性是相互沖突的,無法統(tǒng)一 6、關(guān)于光的波粒二象性,正確的說法是 A. 光的頻率愈高,光子的能量愈大,粒子性愈顯著 B. 光的波長愈長,光子的能量愈小,波動性愈明顯 C. 頻率高的光子不具有波動性,波長較長的光子不具有粒子性 D. 個別光子產(chǎn)生的成效往往顯示粒子性,大量光子產(chǎn)生的成效往往顯示波動性 7、在光的雙縫干涉試驗中,在光屏上放上照相底片,并設(shè)法減弱光的強度,盡可能使光 子一個一個地通過狹縫,在曝光時間不長和曝光時間足夠長兩種情形下,試驗結(jié)果是如曝光時間不長,就底片上顯現(xiàn)不規(guī)章分布的點 如曝光時間足夠長,就底片上顯現(xiàn)干涉條紋 這一試驗結(jié)果說明光具有波動性這一試驗結(jié)

16、果說明光具有粒子性A. B. C. D. 8、以下表達的情形正確的有 光的粒子性說明每個光子就像一個微小的球體 光是波,與橡皮繩上的波相像光具粒子性,它和物體作用時是“ 一份一份” 進行的 光子在空間各點顯現(xiàn)的可能性大?。ǜ怕剩?可以用波動的規(guī)律來描述A. B. C. D. 試題答案】1. 不行猜測的大概率波,即,又,2. A（,又）3. A 、B、C（光的電磁說說明光是一種電磁波,光具有波粒二象性,大量的光子表現(xiàn)出波 動性,單個光子的運動才表現(xiàn)出粒子性,應選 A、 B、C；）4. C（不能把光波看做是宏觀力學中的介質(zhì)波、連續(xù)波,它實質(zhì)上是電磁波、概率波；也 不能把光子看做宏觀世界中的實物粒子、質(zhì)點；）5. B 、C（愛因斯坦的光子說和光的電磁說在微觀世界中是統(tǒng)一的；）6. A 、B、D（干涉、衍射現(xiàn)象說明光具有波動性,光電效應現(xiàn)象說明光具有粒子性,因此任何光波都具有波粒二象性,選項C 錯誤；但波長越長,頻率愈低的光波,干涉和衍射愈簡單發(fā)生,波動性愈顯著,頻率