第五节量子化现象
学习目标：1.[物理观念]知道光子说及其对光电效应的解释。

2.[物理观念]知道光的波粒二象性。

3.[物理观念]知道玻尔原子理论的基本假设的主要内容。

一、光是一种电磁波
光与电磁波的物理本质是一致的，光是一种电磁波，它通过电场和磁场的相互激发可以在真空中传播。

物理学家赫兹用实验证实了电磁波的存在，并且证明了电磁波和光一样具有反射、折射、干涉等性质。

二、能量子假说
1．能量子
能量的发射和吸收不是连续的，只能是一份一份的进行。

这个不可再分的最小能量值ε叫作能量子。

2．能量子公式
ε＝hν，其中ν是电磁波的频率，h称为普朗克常量。

h＝6.626×10－34J·s.(一般取h＝6.63×10－34J·s)
三、光子假说
1．光电效应定义
光照射在金属上时，有时会有电子从金属表面逸出的现象。

2．光电子
光电效应中逸出来的电子。

3．光电效应的实验规律
用不同频率的光去照射阴极时，发现光的频率越高，光电子动能越大，频率低于某一数值时，不论光的强度多大，都不能产生光电子。

4．爱因斯坦的光子说
(1)内容
光不仅在发射和吸收时能量是一份一份的，而且光本身就是由一个个不可分割的能量子组成的，频率为ν的光的能量子为hν，这些能量子称为光子。

(2)光子能量
公式为ε＝hν，其中ν指光的频率。

(3)解释：光照射到金属表面上时，能量为hν的光子被电子所吸收，电子把这些能量中
的一部分用来脱离金属表面，另一部分是电子离开金属表面时的动能。

如果光子的能量大于电子脱离金属表面所需的能量，则电子脱离金属表面产生光电子，且光的强度越大，光电子越多，否则无论光的强度多大，都无法产生光电子。

四、光的波粒二象性
1．光即具有波动性又具有粒子性的性质称为光的波粒二象性。

2．概率波：概率大的地方落下的光子多，形成亮纹；概率小的地方落下的光子少，形成暗纹。

五、原子结构的玻尔理论
1．玻尔原子理论的基本假设：电子轨道半径量子化，电子只能在某些特定的轨道上运动，电子在不同轨道上具有不同的能量，这些量子化的能量值称为能级，只有当电子在不同轨道之间跃迁时，才辐射光子。

2．局限性：成功的解释了氢原子的稳定性和氢原子光谱的分立特征，但是这一理论没有彻底摆脱经典物理学理论的束缚。

1．正误判断(正确的打“√”，错误的打“×”)
(1)能量子的能量不是任意的，其大小与电磁波的频率成正比。

(√)
(2)电子能吸收任意频率的光子发生跃迁。

(×)
(3)玻尔理论能成功地解释氢光谱。

(√)
(4)金属表面是否发生光电效应与入射光的强弱有关。

(×)
(5)入射光若能使某金属发生光电效应，则入射光的强度越大，照射出的光电子越多。

(√)
2．在光电效应实验中，用单色光照射某种金属表面，有光电子逸出，则光电子的最大初动能取决于入射光的 ( )
A．频率B．强度C．照射时间D．光子数目
A [光电子的最大初动能只与入射光的频率有关，与其它无关。

而光照强度，照射时间及光子数目与逸出的光电子数量的关，故A正确，BCD错误。

]
3．(多选)关于电磁场和电磁波，正确说法是( )
A．电磁波传播速度总是3×108 m/s
B．电磁波是一种物质，可以在真空中传播
C．电场和磁场总是相互联系，它们统称为电磁场
D．光是一种电磁波
BD [电磁波只有在真空中传播速度才是3×108 m/s，故A错误；电磁场本身就是一种物质，可以不依赖物质传播。

故B正确；变化的电场和变化的磁场是相互联系的，它们统称
为电磁场，故C错误；光是一种电磁波。

故D正确。

]
对光电效应现象的理解
当我们走到有自动门的处所时，在光电池电子眼探测到我们到来时，门就会自动打开，这种传感器可以对光做出响应。

当光的强度变化时，传感器产生的电流大小将发生改变，与相应的电路耦合，就可以触发将门打开，你知道其中的道理吗？
提示：这种传感器代表了光电效应的一种应用，当发生光电效应时，光照在金属上是电子从金属中飞出，这种现象在1839年在法国第一次被发现，而由爱因斯坦第一个给出了合理的解释并将其理论化，他阐明了光有粒子性的行为。

面受到光照射时发射出来的电子，其本质是电子，光照射金属是因，产生光电子是果。

2．光电子的动能与光电子的最大初动能：光照射到金属表面时，光子的能量全部被电子吸收，电子吸收了光子的能量，可能向各个方向运动，需克服原子核和其他原子的阻碍而损失一部分能量，剩余部分为光电子的初动能；只有金属表面的电子直接向外飞出时，只需克服原子核的引力做功，才具有最大初动能。

光电子的初动能小于或等于光电子的最大初动能。

3．光子的能量与入射光的强度：光子的能量即每个光子的能量，其值为ε＝hν(ν为光子的频率)，其大小由光的频率决定。

入射光的强度指单位时间内照射到金属表面单位面积上的总能量，入射光的强度等于单位时间内光子能量hν与入射光子数n的乘积。

即光强等于nhν。

【例1】(多选)一束绿光照射某金属发生了光电效应，已知紫光的频率大于绿光则下列说法正确的是( )
A．若增加绿光的照射强度，则逸出的光电子数增加
B．若增加绿光的照射强度，则逸出的光电子最大初动能增加
C．若改用紫光照射，则可能不会发生光电效应
D．若改用紫光照射，则逸出的光电子的最大初动能增加
AD [光电效应的规律表明：入射光的频率决定着是否发生光电效应以及发生光电效应时产生的光电子的最大初动能的大小，当入射光频率增加后，产生的光电子最大初动能也增加，而照射光的强度增加，会使单位时间内逸出的光电子数增加，又知紫光频率高于绿光，故选项正确的有A、D。

]
关于光电效应的两点提醒。