(
B
6 23
Ch6 量子现象
23
量子现象 ) 1. 天然的放射性物质比较少，所以科学家常会使用快速运动的粒子撞击某些元素的
原子核，以便制造出放射性同位素，这种过程称为人工放射性衰变。第二次世界大战后，台大物理系有感于核物理的重要性，乃在系主任与留用日籍教授的带领下，重建加速器并再次重现实验，奠定了台湾核物理与加速器研究的基础。在台湾的实验中，曾经以质子撞击某原子核X，产生三个α粒子，其核反应可以表示
4
如右：11p＋X → 32α，试问原子核X应为下列何者？ 101112(Ａ) 5B (Ｂ) 5B (Ｃ) 5B (Ｄ) 2Ｅ) 3
1H (1H
（ 1. 人工放射性衰变仍符合质量数守恒及原子序守恒。
由质量数守恒可得1＋A＝3 × 4，A＝11
由原子序守恒可得1＋Z＝3 × 2，Z＝5 ∴原子核X应为11Ｂ)。） 5B。故选(( CE ) 2. 高等植物和大部分藻类的光合色素主要有两类：叶绿素（主要有叶绿素a和叶绿
素b）和类胡萝卜素。将叶绿素溶液置于光源和三稜镜间可发现，光谱中某些波长的光被吸收，叶绿素a最大的吸收光的波长在420～663 nm，叶绿素b的最大吸收波长范围在460～645 nm。因此，在光谱上出现了黑线或者是暗带（吸收光谱）。在光谱的橙光、黄光和绿光部分仅有不明显吸收带，尤以对绿光吸收最少，则下列叙述哪些正确？（应选2项）
(Ａ)红光之波长较黄光为短，故红光之光量子能量小于黄光 (Ｂ)波长愈长，光量子速率愈大
(Ｃ)由于植物对绿光吸收较少，故呈现绿色
(Ｄ)植物多呈现绿色，表示到达地面的阳光之中，以绿色光的强度最强 (Ｅ)使用三稜镜作为分光镜，其原理与各色光在玻璃中的速率不同有关
hc
（ 2. (Ａ) E＝hf＝，与波长成反比、故波长愈长，光量子能量愈小。红光之波长较黄光为长，故红光之光量子能
λ
量小于黄光光量子能量；(Ｂ)各色光的速率均为c，故均相同；(Ｄ)植物多呈现绿色，代表植物反射绿色光最多，被吸收最少；(Ｅ)各色光在玻璃中的速率以红光最快，紫光最慢。故选(Ｃ)(Ｅ)。）
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高中物理(全) 素养题本
3.～4.题为题组
光生伏打效应简称为光伏效应，是指暴露在光线下的半导体或半导体与金属组合的部位间产生电动势的现象。光伏效应与光电效应密切相关，在光电效应中，金属吸收了光子的能量产生光电子离开表面。而在光伏效应中，由于材料内部的不均匀，吸收光子的能量而产生的电子与失去电子的空穴（亦称为电洞）往反方向移动，而形成了可驱动电流的电动势。
此效应最早于1839年由法国物理学家亚历山大?爱德蒙?贝克勒尔（Alexandre Edmond Becquerel）发现。在实际应用中，光伏效应的光能通常来自太阳光，这样的应用即是太阳能电池。
比较金属的光电效应与半导体的光伏效应，两者虽然都是吸收光子产生电子，但可吸收的光子条件不同。金属的光电效应需克服金属功函数，通常在紫外线照射下才会发生，例如要使铜发生光电效应所需最低频率为1.38×1014 Hz。而半导体的光伏效应由于其内部的能带结构，可吸收某范围波长的光子，例如硅晶太阳能电池可吸收波长400 nm～1000 nm的光子，涵盖可见光与近红外线。 （以上文章摘录自维基百科、科技部科技大观园网站）
( AE ) 3. 关于铜的光电效应与硅晶太阳能电池的光伏效应，下列叙述何者正确？（应选2
项）
(Ａ)两者都是吸收光子产生电子 (Ｂ)两者都是吸收电子产生光子
(Ｃ)发生光电效应所需最低频率大于发生光伏效应所需光频率范围 (Ｄ)能发生光电效应所需光波长，均较发生光伏效应所需光波长来的长
(Ｅ)波长280 nm的紫外光可使铜发生光电效应，而不能使硅晶太阳能电池发生光 伏效应
3 × 108 c 14
（ 3. (Ｂ)两者都是吸收光子产生电子；(Ｃ)硅晶太阳能电池可吸收光子之最低频率f＝＝－＝3 ? 10 Hz，故发生光电效
λ 1000 × 109
3 × 108 c
应所需所需最低频率小于发生光伏效应所需光频率范围；(Ｄ)能发生光电效应所需最长光波长λmax＝＝ ×
fmin 1.38 × 1014 109＝2173（nm），只要光波长大于此波长即可发生光电效应，涵盖光伏效应所需光波长范围；(Ｅ) 280 nm紫外光对应频率
c 3×108 1514
为f＝＝－＝1.1×10 Hz，大于1.38×10 Hz，故可产生光电效应，但不在硅晶太阳能电池之波长范围，故无法λ 280×109 使硅晶太阳能电池发生光伏效应。故选(Ａ)(Ｅ)。）
( CE ) 4. 有一硅晶太阳能电池在波长600 nm的橙色光照射下，产生0.1 mA的电流通过
某电流侦测装置。下列哪些改变可使通过侦测装置的电流增加？（应选2项） (Ａ)维持入射光强度，将光波长增为原来的两倍 (Ｂ)维持入射光强度，将光波长减为原来的一半 (Ｃ)维持入射光强度，将光波长增为700 nm (Ｄ)维持入射光强度，将光波长减为500 nm (Ｅ)维持入射光波长，将光强度增为原来的两倍
（ 4. (Ａ)波长增为两倍＝1200 nm，在可光伏效应波长范围400 nm～1000 nm之外；(Ｂ)波长减为一半＝300 nm，在可光伏效应波长范围400 nm～1000 nm之外；(Ｃ)波长增加，单一光子能量减少，需较多光子才能维持相同强度，较多光子可产生较多电子，增加电
流；(Ｄ)原理同(Ｃ)选项；(Ｅ)不改变入射光频率或波长，增加光强度即为增加光子数量，所以光电流增加。故选(Ｃ)(Ｅ)。）
Ch6 量子现象 25
5.～7.题为题组
波耳从巴耳末线系所得的氢原子发射光谱的光频率规律之经验关系获得启发，得知电子在原子中的能阶是 1
正比于（－ n2 ），负号代表原子中电子的轨道能量是负值，使电子不致脱离原子。电子在这些能阶间发生跃迁，产生可见光区域的一系列光谱线称为巴耳末线系光谱。巴耳末线系是电子从其他轨道向第二层轨道（n＝2）的跃迁。电子从第二、第三、第四等轨道向第一轨道（n＝1） 跃迁，产生光谱集中于远紫外区的来曼线系。另外，从较高轨道向第三轨道跃迁产生远红外区的帕申线系。完整的氢原子光谱系列如右图所示，波耳的氢原子之电子跃迁理论受到实验的强力支持。 当原子从高能阶En跃迁到低能阶Em时放出光子，其能量与两能阶之能量差遵守能量差E＝h v的关系。
反之，当入射光子能量恰能满足En－Em关系，则原子可吸收光子，使其电子从低能阶跃迁到较高能阶。 (
B
) 5. 氢原子部分发射光谱如右图
所示，由此可知此系列光谱为：
(Ａ)来曼系列 (Ｂ)巴耳末系列 (Ｃ)帕申系列 (Ｄ)布拉克系列 (Ｅ)蒲芬德系列
( ADE ) 6. 承上题，对于四种光的叙述哪些是正确的？（应选3项）
(Ａ) Q的波长最短 (Ｂ) N的频率大于P (Ｃ) P的光子能量大于Q
(Ｄ) M的波长约6600埃，其光子能量约为3 ? 10－19 J
(Ｅ) N若能产生光电效应则Q必定可以（已知普朗克常数h＝6.63 ? 10?34 J?s）
（ 6. (Ａ)(Ｃ)由图可知Q的波长约为4100埃最短，能量最大；
(Ｂ) N的波长大于P，频率小于P；
3 × 108 c －－
(Ｄ) M的波长约6600埃，其光子能量；E＝h＝6.63 × 1034 × 约为3 ? 1019 J； －
λ 6600 × 1010 (Ｅ) Q的波长小于N，故N若能产生光电效应则Q必定可以。故选(Ａ)(Ｄ)(Ｅ)。）
（ 5. 由光谱图可判定其为可见光区，故为巴耳末系列。故选(Ｂ)。）
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高中物理(全) 素养题本
( BDE ) 7. 若氢原子的电子从n＝5的能阶降到基态（即n＝1）的过程中由图中可知，哪些
是正确的？（应选3项）
(Ａ)共可产生6种不同频率的光线 (Ｂ)属来曼系列有4条 (Ｃ)属于巴耳末系列有2条 (Ｄ)属于帕申系列有2条 (Ｅ)属于布拉克系列有1条
（ 7. 有5→1；4→1；3→1；2→1等4条来曼系列光谱线。
有5→2；4→2；3→2等3条巴耳末系列光谱线。 有5→3；4→3；等2条帕申系列光谱线。
有5→4；1条布拉克系列光谱线，共计10条。故选(Ｂ)(Ｄ)(Ｅ)。）
Ch6 量子现象 27
在人类发展文明的过程中需要依赖能量，使用时必须依照需要将能量转换成适当的形式。而在能量的形式转换的过程中，总有部分能量会逸散而损失，逸散的能量不易收回再加以利用，因此可供我们利用的“有用能源”将愈来愈少，找寻新的能源是重要的课题之一。 据估计每年照射在地球表面上的太阳能约为目前全世界每年所需能量的一万多倍，利用太阳能来发电应是解决能源匮乏的良好方案。由近年欧盟统计资料（如下左图）可一窥究竟。 目前人类利用太阳能通常有两种方式：
一是太阳光照射在某些金属表面上，使金属的原子释放电子，形成电流，转为电能。最常见的就是太阳能电池。
另一种方式是大规模的太阳能转换成我们可使用的能源，然而最大的问题是：太阳并不是随时都在照射，以致无法全天候运转。这问题的解决之道就是在太阳照耀的时候，除了发电装置运作之外，还要将多余的照射能量储存起来，以待天候不佳或夜晚的时候使用。但是在能量储存与释放的过程当中，损失的比例很大、能量转换的效率并不高，为各种发电型态中最低的。而近年来对于解决这个问题有了重大的突破！因为有了热量贮存媒介的新材料。在西班牙的安达索尔太阳能发电站（Andasol Solar Power Station），利用直线型抛物面槽式集热器（如下右图）将入射的阳光经由抛物面板反射，集中能量于抛物面的焦点（实际上为一直线）处加热金属管内的油将水煮沸、产生蒸气用来发电。实际上，抛物面集热器所收集的热能几乎是白天发电所需热能的两倍，多余的热则会从管内的油传送至热量贮存媒介—熔融盐。其熔点为240℃，在240℃至590℃的范围内都是很稳定的液态，比热相当大，是很合适的热贮存材料。熔融的混合盐从260℃吸取油管的热能升温至400℃。夜间则将热传回管内的油，以供发电。如此，发电厂在白天及夜晚都能运作，既可提升效率又可降低成本，有如打造一个太阳能银行般将太阳能贮存起来！
素养题本(物理)_量子现象(教用)
