能量的量子化导学案高二上学期物理人教版

13.5能量量子化【学习目标】(1)知道热辐射、了解黑体辐射。(2)知道能量是量子化的，知道能量子的概念。(3)知道能级、能级跃迁、原子发射光谱等概念。【预习导航】预习一热辐射1．热辐射(1)定义：我们周围的一切物体都在辐射。这种辐射与物体的有关，所以叫作热辐射。(2)特点：当温度升高时，热辐射中波长的成分越来越强。2．黑体(1)定义：某种物体能够完全吸收入射的各种波长的电磁波而不发生反射，这种物体就叫作黑体。(2)特点：①黑体不反射电磁波，但可以电磁波。②黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的有关。预习二能量子1．普朗克的假设：振动着的带电微粒的能量只能是某一最小能量值ε的。2．能量子：这个不可再分的能量值ε叫作能量子。3．能量子公式：ε＝hν，其中ν是电磁波的频率，h称为常量。h＝J·s。4．光子：光本身就是由一个个不可分割的组成的，频率为ν的光的能量子为，这些能量子被叫作光子。知识点三能级1．定义：微观世界中能量取分立值的观念也适用于原子系统，原子的能量是的，这些的能量值叫作能级。2．特点(1)原子处于能量最低的状态，是最的。(2)原子受到高速运动的电子的撞击，有可能跃迁到较高的能量状态。这些状态的原子是不稳定的，会自发地向能量较低的能级跃迁，放出光子。(3)原子从高能态向低能态跃迁时放出的光子的能量，等于前后两个。知识点四.原子光谱原子光谱:由于原子的能级是分立的,所以放出的光子的能量也是分立的,因此原子的发射光谱只有一些分立的亮线。注意：(1)能吸收各种电磁波而不反射电磁波的物体叫黑体。 (√)(2)温度越高,黑体辐射电磁波的强度越大。 (√)(3)微观粒子的能量只能是能量子的整数倍。 (√)(4)能量子的能量不是任意的,其大小与电磁波的频率成正比。 (√)(5)光滑水平桌面上匀速运动的小球的动能也是量子化的。 (×)(6)热辐射电磁波的强度按波长的分布只与物体的温度有关。【课堂探究】探究一热辐射1.在任何温度下,任何物体都会发射电磁波,并且其辐射强度按波长的分布情况随物体的温度而有所不同。当物体温度较低时(如室温),热辐射的主要成分是波长较长的电磁波(在红外线区域),不能引起人的视觉;当温度升高时,热辐射中较短波长的成分辐射强度越来越强,可见光所占比例增大,如燃烧的炭会发出醒目的红光。2.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。3.热辐射不需要高温,任何温度下物体都会发出一定的热辐射,只是温度低时辐射弱,温度高时辐射强。探究二能量子和能级1.能量子的理解:(1)物体在发射或接收能量的时候,只能从某一状态“飞跃”地过渡到另一状态,而不可能停留在不符合这些能量的任何一个中间状态。(2)在宏观尺度内研究物体的运动时我们可以认为:物体的运动是连续的,能量变化是连续的,不必考虑量子化;在研究微观粒子时必须考虑能量量子化。2.普朗克能量量子化假说的意义:(1)如图所示,假设与实验结果“令人满意地相符”,图中小圆点表示实验值,曲线是根据普朗克公式作出的。(2)普朗克的能量子假说,使人类对微观世界的本质有了全新的认识,对现代物理学的发展产生了革命性的影响。普朗克常量h是自然界最基本的常量之一,它体现了微观世界的基本特征,架起了电磁波的波动性与粒子性的桥梁。3.能量量子化:(1)电子在可能轨道上运动时,虽然是变速运动,但它并不释放能量,原子是稳定的,这样的状态也称之为定态。(2)由于原子的可能状态(定态)是不连续的,具有的能量也是不连续的,这样的能量值,称为能级,量子数n越大,表示能级越高。(3)原子的能量包括:原子的原子核与电子所具有的电势能和电子运动的动能。4.跃迁:原子从一种定态(设能量为E2)跃迁到另一种定态(设能量为E1)时,它辐射(或吸收)一定频率的光子,光子的能量由这两种定态的能量差决定。【例题】某广播电台发射功率为10kW,在空气中波长为187.5m的电磁波,试求:该电台每秒钟从天线发射多少个电磁波能量子。[变式练习]判断下列结论的正确与错误(1)温度越高，物体辐射的电磁波越强。 ()(2)辐射强度按波长的分布情况只与物体的温度有关，与材料种类及表面状况无关。 ()(3)黑体辐射电磁波的强度按波长的分布除与温度有关外，还与材料的种类及表面状况有关。 ()(4)微观粒子的能量只能是能量子的整数倍。 ()(5)能量子的能量不是任意的，其大小与电磁波的频率成正比。 ()(6)电子吸收某种频率条件的光子时会从较低的能量状态跃迁到较高的能量状态。 ()(7)原子从高能态向低能态跃迁时辐射任意频率的光子。 ()(8)原子吸收光子后从低能级向高能级跃迁，从较高能级跃迁到较低能级会放出光子。 ()【课堂达标】1.能正确解释黑体辐射实验规律的是 ()A.能量的连续经典理论B.普朗克提出的能量量子化理论C.以上两种理论体系任何一种都能解释D.牛顿提出的能量微粒说2.下列关于黑体辐射的实验规律叙述正确的是()A.随着温度的升高,各种波长的辐射强度都有所增加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.黑体辐射无任何规律3.对于带电微粒的辐射或吸收能量时的特点,以下说法不正确的是()A.以某一个最小能量值一份一份地辐射或吸收B.辐射和吸收的能量是某一最小值的整数倍C.吸收的能量可以是连续的D.辐射和吸收的能量是量子化的4.40W的白炽灯,有5%的能量转化为可见光。设所发射的可见光的平均波长为580nm,那么该白炽灯每秒钟辐射的光子数为多少?(普朗克常量h=6.63×1034J·s,光速c=3×108m/s)5.二氧化碳能强烈