第十七章量子論初步
目的要求：
重點難點：
教具：過程及內容：
散量子論初步
一、光電效應
1．現象：在光（包括不可見光）照射下物體發射出電子的現象叫光電效應現象；所發射的電子叫光電子；光電子定向移動所形成的電流叫光電流。．
2．光電效應規律
（1）任何一種金屬都有乙個極限頻率，入射光必須大於這個極限頻率才能產生光電效應．
（2）光電子的最大初動能與入射光的強度無關，只隨著入射光的頻率增大而增大．
（3）當入射光的頻率大於極限頻率時，光電流的強度與入射光的強度成正比．
（4）從光照射到產生光電流的時間不超過10—9s，幾乎是瞬時產生的．
說明：（1）光電效應規律「光電流的強度與入射光的強度成正比」中「光電流的強度指的是光電流的最大值（亦稱飽和值），因為光電流未達到最大值之前，其值大小．不僅與入射光的強度有關，還與光電管兩極間的電壓有關．只有在光電流達到最大以後才和入射光的強度成正比．
（2）這裡所說「入射光的強度」，指的是單位時間內入射到金屬表面單位面積上的光子的總能量，在入射光頻率不變的憎況下，光強正比於單位時間內照射到金屬表面上單位面積的光子數．但若換用不同頻率的光照射，即使光強相同，單位時間內照射到金屬表面單位面積的光子數也不相同，因而從金屬表面逸出的光電子數也不相同，形成的光電流也不同．
【例1】某種單色光照射某金屬時不能產生光電效應，則下述措施中可能使金屬產生光電效應的是
a．延長光照時間散b．增大光的強度
c．換用波長較短的光照射 d．換用頻度較低的光照射
【解析】由發生光電效應的四個條件可知能不能產生光電效應與入射光的頻率和金屬板的材料有關，當金屬一定時，要發生光電效應，就只有增大入射光的頻率，也就是入射光的波長變短，所以c選項正確．
二、光子說
1．光電效應規律中（1）、（2）、（4）條是經典的光的波動理論不能解釋的，
(1) 極限頻率ν0
光的強度由光波的振幅a決定，跟頻率無關，
只要入射光足夠強或照射時間足夠長，就應該能發生光電效應．
(2) 光電子的最大初動能與光強無關，
(3)波動理論還解釋不了光電效應發生的時間之短10-9s
能量積累是需要時間的
2．光子說卻能很好地解釋光電效應．光子說認為：
（1）空間傳播的光不是連續的，而是乙份乙份的，每乙份叫做乙個光子．
（2）光子的能量跟它的頻率成正比，即 e＝hγ＝hc／λ 式中的h叫做蒲朗克恒量，h＝6．610＿34j·s．
愛因斯坦利用光子說解釋光電效應過程：入射光照到金屬上，有些光子被電子吸收，有些沒有被電子吸收；吸收了光子的電子（a、b、c、e、g）動能變大，可能向各個方向運動；有些電子射出金屬表面成為光電子（b、c、g），有些沒射出（a、e）；射出金屬表面的電子克服金屬中正電荷引力做的功也不相同；只有從金屬表面直接飛出的光電子克服正電荷引力做的功最少（g），飛出時動能最大。
如果入射光子的能量比這個功的最小值還小，那就不能發生光電效應。這就解釋了極限頻率的存在；由於光電效應是由乙個個光子單獨引起的，因此從有光照射到有光電子飛出的時間與照射光的強度無關，幾乎是瞬時的。這就解釋了光電效應的瞬時性。
（3）愛因斯坦光電效應方程：ek=hγ－w（ek是光電子的最大初動能；w是逸出功，既從金屬表面直接飛出的光電子克服正電荷引力所做的功。）
說明：（1）光電效應現象是金屬中的自由電子吸收了光子的能量後，其動能足以克服金屬離子的引力而逃逸出金屬表面，成為光電子．不要將光子和光電子看成同一粒子．
（2）對一定的金屬來說，逸出功是一定的．照射光的頻率越大，光子的能量越大，從金屬中逸出的光電子的初動能就越大．如果入射粒子的頻率較低，它的能量小於金屬的逸出功，就不能產生光電效應，這就是存在極限頻率的原因．
【例2】．用某種頻率的紫外線分別照射銫、鋅、鉑三種金屬，從銫中發射出的光電子的最大初動能是2．9ev，從鋅中發射出的光電子的最大初動能是1．4ev，鉑沒有光電子射出，則對這三種金屬逸出功大小的判斷，下列結論正確的是
a．銫的逸出功最大，鉑的逸出功最小 b．鋅的逸出功最大，鉑的逸出功最小
c．鉑的逸出功最大，銫的逸出功最小 d．鉑的逸出功最大，鋅的逸出功最小
解析：根據愛因斯坦光電效應方程：mvm2＝hγ一w．當照射光的頻率一定時，光子的能量hγ就是乙個定值，在光電效應中的所產生的光電子的最大初動能等於光子的能量減去金屬的逸出功．最大初動能越大，說明這種金屬的電子逸出功越小，若沒有光電子射出，說明光子的能量小於電子的逸出功．因此說鉑的逸出功最大，而銫的逸出功最小． 答案：
c【例3】入射光線照射到某金屬表面上發生光電效應，若入射光的強度減弱，而頻率保持不變，那麼以下說法中正確的是（ ）
a．從光照到金屬表面上到發射出光電子之間的時間間隔將明顯增加
b．逸出的光電子的最大初動能減小
c．單位時間內從金屬表面逸出的光電子數目將減小
d．有可能不發生光電效應
解析：入射光的強度，是指單位時間內入射到金屬表面單位面積上的光子的總能量，「入射光的強度減弱而頻率不變，」表示單位時間內到達同一金屬表面的光子數目減少而每個光子的能量不變
根據對光電效應的研究，只要入射光的頻率大於金屬的極限頻率，那麼當入射光照到金屬上時，光電子的發射幾乎是同時完成的，與入射光的強度無關．
具有最大初動能的光電子，是來自金屬最表層的電子，當它們吸收了光子的能量後，只要大於金屬的逸出功而能擺脫原子核的束縛，就能成為光電子，當光子的能量不變時，光電子的最大初動能也不變．
當入射光強度減弱時，仍有光電子從金屬表面逸出，但單位時間內逸出的光電子數目也會減少．答案：c
三．.康普頓效應
光子在介質中和物質微粒相互作用，可能使得光的傳播方向轉向任何方向（不是反射），這種現象叫做光的散射。
在研究電子對x射線的散射時發現：有些散射波的波長比入射波的波長略大。康普頓認為這是因為光子不僅有能量，也具有動量。
實驗結果證明這個設想是正確的。因此康普頓效應也證明了光具有粒子性。
四、光的波粒二象性
1、 干涉、衍射和偏振表明光是一種波；光電效應和康普頓效應表明光是一種粒子；因此現代物理學認為：光具有波粒二象性。
2、 大量光子的傳播規律體現為波動性；頻率低、波長長的光，其波動性越顯著．
3、個別光子的行為體現為粒子性；頻率越高、波長越短的光，其粒子性越顯著．
4．光在傳播過程中往往表現出波動性；在與物質發生作用時往往表現為粒子性；光既具有波動性，又具有粒子性，為說明光的一切行為，只能說光具有波粒二象性．
說明：光的波粒二象性可作如下解釋：
（1）既不可把光當成巨集觀觀念中的波，也不可把光當成微觀觀念中的粒子．
（2）大量光子產生的效果往往顯示出波動性，個別光子產生的效果往往顯示出粒子性；頻率超低的光波動性越明顯，頻率越高的光粒子性越明顯．
（3）光在傳播過程中往往顯示波動性，在與物質作用時往往顯示粒子性．
（4）由e=hγ，p =h/λ看出，光的波動性和粒子性並不矛盾：表示粒子性的粒子能量和動量的計算式中都含有表示波的特徵的物理量——頻率γ和波長λ。
（5）由以上兩式和波速公式c=λγ還可以得出：e = p c
（6）對干涉現象理解：
①對亮條紋的解釋：波動說：同頻率的兩列波到達亮紋處振動情況相同；粒子說：光子到達的機率大的地方。
②對暗條紋的解釋：波動說：同頻率的兩列波到達暗紋振動情況相反；粒子說：光子到達的機率小的地方。
五、物質波（德布羅意波）
物質分為兩大類：實物和場。既然作為場的光有粒子性，那麼作為粒子的電子、質子等實物是否也具有波動性？
德布羅意由光的波粒二象性的思想推廣到微觀粒子和任何運動著的物體上去，得出物質波的概念：任何乙個運動著的物體都有一種波與它對應，該波的波長λ=h/p。
人們又把這種波叫做德布羅意波。物質波也是概率波。
【例4】試估算乙個中學生在跑百公尺時的德布羅意波的波長。
解：估計乙個中學生的質量m≈50kg ，百公尺跑時速度v≈7m/s ，則m
由計算結果看出，巨集觀物體的物質波波長非常小，所以很難表現出其波動性。
【例5】 為了觀察到奈米級的微小結構，需要用到解析度比光學顯微鏡更高的電子顯微鏡。下列說法中正確的是
a.電子顯微鏡所利用電子物質波的波長可以比可見光短，因此不容易發生明顯衍射
b.電子顯微鏡所利用電子物質波的波長可以比可見光長，因此不容易發生明顯衍射
c.電子顯微鏡所利用電子物質波的波長可以比可見光短，因此更容易發生明顯衍射
d.電子顯微鏡所利用電子物質波的波長可以比可見光長，因此更容易發生明顯衍射
解：為了觀察奈米級的微小結構，用光學顯微鏡是不可能的。因為可見光的波長數量級是10-7m，遠大於奈米，會發生明顯的衍射現象，因此不能精確聚焦。
如果用很高的電壓使電子加速，使它具有很大的動量，其物質波的波長就會很短，衍射的影響就小多了。因此本題應選a。
六.氫原子中的電子雲
對於巨集觀質點，只要知道它在某一時刻的位置和速度以及受力情況，就可以應用牛頓定律確定該質點運動的軌道，算出它在以後任意時刻的位置和速度。
對電子等微觀粒子，牛頓定律已不再適用，因此不能用確定的座標描述它們在原子中的位置。玻爾理論中說的「電子軌道」實際上也是沒有意義的。更加徹底的量子理論認為，我們只能知道電子在原子核附近各點出現的概率的大小。
在不同的能量狀態下，電子在各個位置出現的概率是不同的。如果用疏密不同的點子表示電子在各個位置出現的概率，畫出圖來，就像一片雲霧一樣，可以形象地稱之為電子雲。
七、能級
初中介紹了盧瑟福提出的原子的核式結構模型。認為電子繞核做圓周運動，好比地球繞太陽做圓周運動。
研究表明，盧瑟福的核式結構模型和經典電磁理論有矛盾：
按照經典電磁理論:⑴電子繞核做圓周運動會向外輻射同頻率的電磁波，能量將減小，原子將會不穩定；⑵電子旋轉半徑減小的同時，頻率將增大，因此輻射的電磁波頻率也應該是連續變化的。事實上原子是穩定的，原子輻射的電磁波的頻率也是不變的。
1.玻爾理論
為解決這個矛盾，玻爾將量子理論引入原子結構理論，大膽提出了三條假設，建立了玻爾原子模型。
2019高考物理教案全集 經典實用 第13章《電磁感應》
第十三章電磁感應 第一單元電磁感應現象法拉第電磁感應定律 基礎知識 一 電磁感應 1 電磁感應現象 只要穿過閉合迴路的磁通量發生變化，閉合迴路中就有電流產生，這種利用磁場產生電流的現象叫做電磁感應，產生的電流叫做感應電流 2 產生感應電流的條件 閉合迴路中磁通量發生變化 3.引起磁通量變化的常見情況...
高中物理教案全集人教版2 0版
質點參考係和座標系 教學目標 一 知識與技能 1 認識建立質點模型的意義和方法，能根據具體情況將物體簡化為質點。知道它是一種科學的抽象，知道科學抽象是一種普遍的研究方法。2 理解參考係的選取在物理中的作用，會根據實際情況選定參考係。3 認識一維直線座標系，掌握座標系的簡單應用。二 過程與方法 1 體...
人教版高一物理教案 經典版
第一章運動的描述 學習目標 1.理解質點的概念，知道它是一種科學抽象，知道實際物體在什麼條件下可看作質點，知道這種科學抽象是一種常用的研究方法。2.知道參考係的概念和如何選擇參考係。3.認識座標系，合理建立座標系。學習重點 質點的概念 參考係。學習難點 質點概念的理解。課程引入 奔跑的運動員 急速行...