“量子论初步”考点扫描

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　左权中学 杜仲玉 2005，6。18
　　高中物理课本“量子论初步”单元的知识点不多，但由于它是近代物理初步，所学知识对学生来说是崭新的，所研究的问题是不能用经典物理来解释的，因此在高中物理教学中仍具有重要的地位。这部分知识在高考理科综合试卷中经常出现，几乎每年都考。
　　一、 考试大纲规定的知识点和近2年高考中考过的知识。
　　下表是理科综合高考大纲这部分的考点和近2年高考试题出现的知识点。

　　二、考点综述
　　从上述列表中及近几年来高考理综试卷看，这部分知识主要以选择和填空题的形式出现。既有定性分析理解，又有定量计算，还有和其它知识点的综合应用。试题主要聚焦在以下几个方面。
　　1．了解对光的本性研究发展史及光的波粒二象性，理解“科学假说”研究方法，体会量子化思想。
　　例1．（2004年上海、物理）下列说法正确的是：
　　A．光的干涉和衍射现象说明光具有波动性
　　B．光的频率越大，波长越长
　　C．光的波长越大，光子的能量越大
　　D．真空中光的传播速度为3.00 × 108m/s 答案（A、D）
　　解析：光具有波粒二象性，既不能把它看成宏观观念中的波，也不能把它看成宏观观念中的粒子。当光和物质作用时是一份一份的，表现为粒子性；光在传播过程中主要呈现为波动性。粒子性和波动性都是光本身的属性。波动性的特征量为频 率和波长，粒子性的特征量为动能、动量，用普郎克常量将这四个特征量建立了两个关系式：

　　由（1）式知C错。证明光具有波动性的主要实验事实是干涉和衍射，证明光具有粒子性的主要事实是光电效应，因此A正确。又由 知，因光在同种均匀介质传播时光速为恒量，故B错。
　　例2、（2003年上海、物理）爱因斯坦由光电效应实验规律，猜测光具有粒子性，从而提出光子说，从科学研究的方法来说，这属于：
　　A．等效替代 B。控制变量 C。科学假说 D。数学归纳 答案：C
　　解析：学习物理不仅要掌握物理的知识，还应领会物理学的研究方法，这类题在高考题中时有出现。科学假说是研究近代物理的一种重要方法。爱因斯坦的光子说、卢瑟福的原子核式结构模型等都用了这种研究方法。
　　2．明确光子的能量、逸出功、光电子的最大初动能、光的强度等概念的含义；理解光电效应规律。
　　例3、（2003、新课程、物理）用某种单色光照射某种金属表面发生了光电效应。现将该单色光的强度减弱，则
　　A、光电子的最大初动能不变 B、光电子的最大初动能减少
　　C、单位时间内产生的光电子数减少 D、可能发生光电效应 答案：A、C
　　解析：光和物质的作用是一份一份的，能否发生光电效应取决于光子的能量和金属的逸出功，与入射光的强度、照射时间无关。可以初略的将入射光子和逸出的光电子看成一对一的关系。光电效应过程同样遵循能量守恒定律，即入射光子的能量一部分用来克服金属的逸出功，其余的转化为电子的动能。因单色光的频率、金属的逸出功不变，所以光电子的最大初动能不变。光的强度减弱说明单位时间和金属作用的光子数减少，则逸出的电子数减少。
　　例4、（2004、新课程、理综）下表给出了一些金属材料的逸出功。

　　现用波长为400nm的单色光照射上述材料，能产生光电效应的材料有几种（h=6.6×10-34J.s C=3.0×108m/s）
　　A、2种 B、3种 C、4种 D、5种 答案：A
　　解析：由光电效应方程 可知，当EK=0时， 。一定波长的入射光射到金属表面要发生光电效应，这种金属的逸出功必须满足 ，将数字代入得W=4.95×10-19J.可见只有艳和钙能发生光电效应。
　　3．注意光电效应和其他知识的综合应用。
　　例5、（2003、新课程、理综）如图，当电键k打开时，用光子能量为2.5ev的一束光照射阴极p，发现电流表读数不为零。闭合电键，调节滑线变阻器，发现当电压表读数小于0.60v时，电流表读数仍不为零；当电压表读数大于或等于0.60v时，电流表读数为零，由此可知阴极材料的逸出功为：
　　A、1.9ev B、0.6ev C、2.5ev D、3.1ev
　　　　　　　　　　
　　解析：由电路结构知光电管内有由阴极指向阳极的电场，电流表有读数说明阴极发射出了光电子。电子从阴极射击出后即被电场减速，当电压达到0.60v时，具有最大初动能的电子也不能到达阳极。设光电子的最大初动能为Ek,由动能定理：eu=Ek……①
　　由光电效应方程： ……②
　　且hν =2.5ev
　　由①②式得：
　　4、理解原子的能级结构、能级图，体会量子化思想，理解跃迁规律。
玻尔原子理论的主要内容是三条假设：①定态假设，②跃迁假设，③轨道假设。
例6、（2003，理综，北京）氦离子被电离一个核外电子，形成类氢结构的氦离子。已知基态氦离子能量为E1=-54。4ev, 氦离子能级示意图如图所示。在下列能量的光子中，不能被基态离子吸收而发生跃迁的是：
　　A 、40.8ev B、43.2ev C、51.0ev D、54.4ev
　　　　　　

　　解析：基态离子吸收能量发生跃迁必须是量子化的，只有能量为基态与某个激发态能级差的光子才能被氦离子吸收而发生跃迁，不满足条件的光子则不会被原子吸收。由能级图可知，基态和其它激发态的能级差分别为△E∝=54.4ev ,△E4=51.0ev ，△E3=48.4ev △E2=40.8ev
故能量为43.2ev的光子不会被氦离子吸收。
　　5．利用跃迁规律或能级图计算光子总数和特征谱线的能量。
　　例6（2004。物理。广东）图示为氢原子的能级图。用光子能量为13。07 的光照射一群处于基态的氢原子，可能观测到氢原子发射的不同波长的光有多少种？
　　A、15 B、10 C、4 D、1
　

　　解析：处于基态的氢原子吸收满足条件的光子后一次性跃迁到 较高能级，此时氢原子处于激发态。由于激发态的原子不稳定，很快将返回基态。在返回基态的过程却有多种跃迁可能，因此能发出多种不同波长的光。由排列规律得，可产生的不同频率的光子数（即光谱线条数）：
　　
　　本题中用能量为 13.07ev的光子照射处于基态氢原子，若被氢原子吸收，则氢原子应跃迁到的能级En=-13.6ev＋13.07ev=0.54ev,恰好是n=5的能级，可见此光子能被氢原子吸收而发生跃迁。由上式可知，
　　所以选项B正确。

　　例7、（2005。理科综合。全国卷?2））图中画出了氢原子的4个能级，且注明了相应的能量E。处在n=4的能级的一群氢原子向底能级跃迁时，能发出若干种不同频率的光波。已知金属钠的逸出功为2.22ev。这些光波中，能够从金属钠的表面打出光电子的有
　　A 二种 B 三种 C 四种 D 五种
　　

　　解析：要能够从金属钠的表面打出光电子，入射光子的能量必须大于金属钠的逸出功为2.22ev。由例6的解析知，这群处于激发态的氢原子能够发出 种不同频率的光子，其中能量大于2.22ev的有4种，故选C。