幻灯片 1第2节 量子世界
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幻灯片 21．通过对简单现象的探究，理解热辐射、黑体、能量子
等概念．
2．了解普朗克“量子假说”的背景，体会经典力学的局限
性．
3．了解爱因斯坦“光量子说”的含义，知道光具有波粒二
象性．
4．了解德布罗意的物质波假说及意义.
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幻灯片 3物体在_________下都会发射各种波长的电磁波，这种由于物体中的分子、原子受到_____，而发射出电磁波的现象称为热辐射．
温度越高，辐射电磁波中包含的_________成分越多，反之， _________成分越少．
一个能________________________________物体，称为黑体．黑体辐射能力与黑体的辐射_______和_____有关．
一、“紫外灾难”
热辐射
黑体
任何温度
激发
不同波长
不同波长
完全吸收热辐射而不反射热辐射的
波波长
温度
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幻灯片 4思考 是否只有高温物体才能辐射出电磁波呢？
提示 物体在任何温度下(包括0 ℃以下)都会辐射各种波长的电磁波．只是物体的辐射强度按波长分布情况不同．
(1)提出的目的：普朗克为了克服经典物理学对黑体辐射现象解释的困难而提出的．
(2)含义：物体辐射(或吸收)的能量E只能是某一最小能量单位的_______．
E＝___ (n＝0，1，2，3，…)
(3)量子的能量：辐射中的一份能量就是一个量子．量子能量的大小取决于辐射的_____，量子的能量ε与_______成正比．
二、不连续的能量
普朗克的量子说
整数倍
频率ν
波长
nε
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幻灯片 5ε＝hν，公式中h＝______________，称为普朗克常量．
普朗克常量是普朗克引进的一个物理普适常数，是微观现象量子特征的表征．
所谓量子(或量子化)，本质是_________．
(1)光的微粒说的创始人是_____，可以解释_________、
_________等．
(2)光的波动说的代表人物是______．
(3)光量子假设的提出者是________，直到________的发现才验证了光量子假说的正确性．
三、物质的波粒二象性
物理学史
量子(化)含义
6.63×10－34 J·s
不连续性
光的反射
光的颜色
惠更斯
爱因斯坦
康普顿
牛顿
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幻灯片 6光的本质：光具有___________，它在一定条件下，突出
地表现出_______，实质是不连续性；而在另一些条件
下，又突出地表现出_______．
物质波：物理学家德布罗意进一步提出了_______理论，
根据这一理论，每个物质粒子都伴随着_______，这种波
被称为物质波，又称为_______，戴维孙、革末及汤姆孙
的_________实验证实了物质波的存在．
结论：光与静止质量不为零的物质都具有___________ ．
波粒二象性
微粒性
波动性
物质波
一种波
概率波
电子衍射
波粒二象性
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幻灯片 7思考 如何理解光的波粒二象性？
提示 光既具有波动性又具有粒子性．大量光子产生的效果显示出波动性，个别(或少量)光子产生的效果显示粒子性；频率低、波长长的光，波动性显著，而频率高、波长短的光，粒子性显著．
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幻灯片 8在任何温度下，任何物体都会发射电磁波．辐射强度按波长的分布情况随物体的温度而有所不同．这是热辐射的一种特性．在室温下，大多数物体辐射不可见的红外光，但当物体被加热到500 ℃左右时，开始发出暗红色的可见光，随着温度的不断上升，辉光逐渐亮起来，而且波长较短的辐射越来越多，大约在1 500 ℃时就变成明亮的白炽光，这说明同一物体在一定温度下所辐射的能量，在不同光谱区域的分布是不均匀的，而且温度越高，光谱中与能量最大的辐射相对应的频率也越高，此外，在实验中，还
一、如何理解热辐射
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幻灯片 9发现在一定温度下，不同物体所辐射的光谱成分有显著的不同，例如，将钢加热到约800 ℃时，就可观察到明亮的红色光，但在同一温度下，熔化的水晶却不辐射可见光．
温馨提示 热辐射是热传递的一种方式，它的特点是热不凭借其他物体即可直接传播．
二、如何理解量子化假设
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幻灯片 10(1)原子只能处于一系列不连续的能量状态中．
(2)原子的不同能量状态对应电子的不同运行轨道，即电子的轨道半径是不连续的．
(3)原子的能量状态变化时，要吸收(或辐射)一定频率的光的能量hν，因此原子光谱是不连续的．
温馨提示 在宏观世界中，量子化现象几乎显示不出来，因此它的状态变化是连续的，由于在微观世界中主要特征是量子化的，因此在宏观世界中总结出来的规律不能适用于微观世界．
原子的能量分布
量子假说的“灵魂”是不连续性．
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幻灯片 11三、如何理解波粒二象性
大量光子产生的效果显示出波动性，个别光子产生的效果显示出粒子性．
光子和电子、质子等实物粒子一样，具有能量，和其他物质相互作用时，粒子性起主导作用；在光的传播过程中，光子在空间各点出现的可能性的大小(概率)，由波动性起主导作用，因此称光波为概率波．
光子的能量与其对应的频率成正比，而频率是波动性特征的物理量，因此ε＝hν揭示了光的粒子性和波动性之间的密切联系．
对不同频率的光子，频率低、波长长的光，波动性特征显著；而频率高、波长短的光，粒子性特征显著．
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幻灯片 12(2)物质的波粒二象性在实践中的应用
电子显微镜的水平分辨率为0.2 nm，垂直分辨率为0.1 nm.达到了原子尺度，如利用铁原子排成原子围栏．
实物粒子与波
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幻灯片 13温馨提示 1.微观粒子具有明显的波动性，宏观物质也具有波动性，但极不明显．
2．光具有波粒二象性是微观世界具有的特殊规律，不可把光当成宏观概念中的波和粒子．光在传播过程中往往显示波动性，在与物质作用时显示粒子性．
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幻灯片 14A．只有热的物体在辐射电磁波
B．物体向外辐射电磁波时只能以某一特定波长
C．冷的物体向外辐射的电磁波少
D．室温时物体热辐射的主要是频率较低的电磁波
对热辐射的理解
【典例1】 下列关于热辐射的说法正确的是 ( )．
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幻灯片 15解析 一切物体都在辐射电磁波，故A错误；根据黑体辐射规律可知，物体只能辐射和吸收一定频率(或波长)的电磁波，故B正确；热辐射与温度有关，温度越高，辐射电磁波的能力越强，故C正确、D错误．
答案 BC
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幻灯片 16A．随着温度的升高，各种波长的辐射强度都有增加
B．随着温度的升高，辐射强度的极大值向波长较长的方
向移动
C．黑体热辐射的强度与波长无关
D．黑体辐射无任何实验
解析 黑体辐射的规律为随着温度的升高各种波长的辐射强度都有增加，同时辐射强度的极大值向波长较短的方向移动，A正确、B错；黑体辐射的强度与波长、温度都有关系，C错；我们可以通过实验得出黑体辐射强度与波长、温度之间关系的实验曲线，D错．
答案 A
【变式1】 下列关于黑体辐射的实验规律正确的有 ( )．
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幻灯片 17解析 由光子能量与波长的关系可求出每个光子的能量，由总能量与每个光子的能量关系求出光子数．
对量子化假设的理解
【典例2】 太阳光垂直照射到地面上时，地面上1 m2接受太阳光的功率为1.4 kW，其中可见光部分约占45%，假如认为可见光的波长约为0.55 μm，普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s，求地面上1 m2面积上每秒接收到的可见光的光子数．
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幻灯片 18答案 1.74×1021个
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幻灯片 19A．2.2×1015 B．3.2×1015
C．2.2×1014 D．3.2×1014
解析 由题意知，时间t内激光器因发光释放的能量E＝Pt这些能量以光子的形式释放出来，一个光子的能量
把t＝1 s代入上式解得n＝3.2×1015 个，故B正确．
答案 B
【变式2】 氦—氖激光器发出的波长为633 nm的激光，当激光器的输出功率为1 mW时，每秒发出的光子个数约为
(1 nm＝10－9 m) ( )．
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幻灯片 20A．光子说并没有否定光的电磁说
B．光电效应现象反映了光的粒子性
C．光的波粒二象性是综合了牛顿的微粒说和惠更斯的波
动说得出来的
D．大量光子产生的效果往往显示出粒子性，个别光子产
生的效果往往显示出波动性
对波粒二象性的理解
【典例3】 关于光的本性，下列说法中正确的是 ( )．
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幻灯片 21解析 光既有粒子性，又有波动性，但这两种特性并不是牛顿所支持的微粒说和惠更斯提出的波动说，它体现出的规律不再是宏观粒子和机械波所表现出的规律，而是自身体现的一种微观世界特有的规律．光子说和电磁说各自能解释光特有的现象，两者构成一个统一的整体，而微粒说和波动说是相互对立的．
答案 AB
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幻灯片 22A．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
解析 一切光都具有波粒二象性，光的有些行为(如干涉、衍射)表现出波动性，有些行为(如光电效应)表现出粒子性，所以，不能说有的光是波，有的光是粒子．
【变式3】 下列有关光的波粒二象性的说法中，正确的是( )．
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幻灯片 23虽然光子与电子都是微观粒子，都具有波粒二象性，但电子是实物粒子，有静质量，光子不是实物粒子，没有静质量，电子是以实物形式存在的物质，光子是以场形式存在的物质，所以，不能说光子与电子是同样的一种粒子．
光的波粒二象性的理论和实验表明，大量光子的行为表现出波动性，个别光子的行为表现出粒子性．光的波长越长，衍射性越好，即波动性越显著，光的波长越短，其光子能量越大，个别或少数光子的作用就足以引起光接收装置的反应，所以其粒子性就很显著．
答案 C
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幻灯片 24A．紫色的自然灾害
B．实验曲线与经典物理理论的计算结果不符合，该结果
出现在紫外区，故称黑体辐射的“紫外灾难”
C．黑体温度达到一定值时，物体辐射的全部都是紫外线
D．黑体温度达到一定值时，物体辐射的全部都是紫色
解析 实验曲线与经典物理理论的计算结果不符合，随着波长变短，即向紫外区延伸时，计算的结果与实验曲线严重不符，该结果出现在紫外区，称其为黑体辐射的“紫外灾难”，故B正确，A、C、D错误．
答案 B
紫外灾难
1．黑体辐射的“紫外灾难”是指 ( )．
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幻灯片 25A．爱因斯坦 B．牛顿
C．开普勒 D．普朗克
解析 普朗克是量子力学的奠基者，被称为量子力学之父．
答案 D
不连续的能量
2．最早提出量子假说的物理学家是 ( )．
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幻灯片 26A．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．量子假说第一次提出了不连续的概念
C．能量的量子化就是能量的不连续化
D．量子假说认为光在空间中的传播是不连续的
解析 普朗克提出了量子假说，他认为，物质辐射(或吸收)的能量都是不连续的，是一份一份进行的．量子假说不但解决了黑体辐射的理论困难，而且重要的是提出了“量子”概念，揭开了物理学上崭新的一页，B、C正确．
答案 BC
3．关于量子假说，下列说法正确的是 ( )．
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幻灯片 27A．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 不能把光波看做是宏观力学中的介质波、连续波，它实质上是电磁波、概率波；也不能把光子看做宏观世界中的实物粒子、质点．
答案 C
物质的波粒二象性
4．下列说法不正确的是 ( )．
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