2024-2025学年新教材高中物理第十三章电磁感应与电磁波初步第5节能量量子化学案新人教版必修3

PAGE6-能量量子化【学习目标】1．知道热辐射、黑体辐射的概念。2．了解普朗克的能量子假设和爱因斯坦的光子假设。3．了解原子能级及能级跃迁规律。【思维脉络】课前预习反馈教材梳理·落实新知学问点1热辐射1．热辐射的概念：物体具有的与__温度__有关的辐射电磁波的方式。2．热辐射规律：物体在室温时，热辐射的主要成分是波长__较长__的电磁波，当温度上升时，热辐射中波长较__短__的成分越来越强。3．黑体：能够完全汲取入射的各种波长的__电磁波__而不发生__反射__的物体。4．黑体辐射规律：黑体虽然不反射电磁波，但是却可以向外辐射电磁波，而且辐射电磁波的强度按__波长__的分布只与它的__温度__有关。学问点2能量子1．定义：振动着的带电微粒的能量只能是某一最小能量值ε的__整数__倍。这个不行再分的最小能量值ε叫做能量子。2．能量子的大小：ε＝__hν__，其中__ν__是电磁波的频率，h是一个常量，称为普朗克常量。3．普朗克认为微观粒子的能量是__量子化__的，是不连续(分立)的。4．爱因斯坦的光子说：光是一个个不行分割的能量子组成的，频率为ν的光的能量子为__hν__，这些能量子被叫作__光子__。学问点3能级1．定义：原子的能量是__量子化__的，这些__量子化__的能量值叫作能级。2．原子的稳定性：原子处于能量最低的状态时最稳定，原子处于能量较高的状态时不稳定，会自发地向能量较低的能级跃迁，放出__光子__。3．能级跃迁规律：原子从高能级态向低能级态跃迁时放出的光子的能量__等于__前后两个能级之差。4．原子的放射光谱的特征：原子的能级是分立的，放出的光子的能量也是分立的，因此，原子的放射光谱只有一些__分立__的亮线。预习自测『判一判』(1)只有高温的物体才会热辐射。(×)(2)热辐射的辐射强度按波长的分布状况随温度的改变而有所不同。(√)(3)黑体就是指黑色的物体。(×)(4)普朗克认为带电微粒的能量是量子化的。(√)(5)原子处于最低能级时最稳定。(√)(6)原子发生能级跃迁时要放出光子。(×)『选一选』已知某种单色光的波长为λ，在真空中光速为c，普朗克常量为h，则电磁波辐射的能量子ε的值为(A)A．heq\f(c,λ) B.eq\f(h,λ)C.eq\f(c,hλ) D．以上均不正确解析：由波速公式c＝λν可得ν＝eq\f(c,λ)，由光的能量子公式ε＝hν得ε＝heq\f(c,λ)，故A正确。『想一想』许多地方用红外热像仪监测人的体温，只要被测者从仪器前走过，便可知道他的体温是多少，你知道其中的道理吗？答案：依据热辐射规律可知，人的体温的凹凸，干脆确定了这个人辐射的红外线的频率和强度。通过监测被测者辐射的红外线的状况就知道这个人的体温。课内互动探究细研深究·破疑解难探究热辐射┃┃情境导入__■有阅历的炼钢工人，通过视察炼钢炉内的颜色，就可以估计出炉内的大体温度，这是依据什么道理？提示：热辐射与温度有关。┃┃要点提炼__■1．热辐射(1)定义：我们四周的一切物体都在辐射电磁波，这种辐射与物体的温度有关，所以叫作热辐射。太阳、白炽灯中光的放射就属于热辐射。(2)特点：热辐射强度按波长的分布状况随物体的温度而有所不同。2．对黑体的理解肯定的黑体事实上是不存在的，但可以用某装置近似地代替。如图所示，假如在一个空腔壁上开一个小孔，那么射入小孔的电磁波在空腔内表面会发生多次反射和汲取，最终不能从空腔射出，这个小孔就成了一个肯定黑体。3．一般物体与黑体的比较热辐射特点汲取、反射特点一般物体辐射电磁波的状况与温度有关，与材料的种类及表面状况有关既汲取，又反射，其实力与材料的种类及入射光波长等因素有关黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的温度有关完全汲取各种入射电磁波，不反射┃┃典例剖析__■典例1(多选)下列说法正确的是(BC)A．物体在某一温度下只能辐射某一固定波长的电磁波B．当铁块呈现黑色时，说明它的温度不太高C．当铁块的温度较高时会呈现赤红色，说明此时辐射的电磁波中该颜色的光强度最强D．早、晚时分太阳呈现红色，而中午时分呈现白色，说明中午时分太阳温度最高思路引导：在任何温度下，任何物体都会放射电磁波，其辐射强度按波长的分布状况随物体的温度凹凸而不同。要理解热辐射的这种特征。解析：物体在某一温度下能辐射不同波长的电磁波，A错误；铁块呈现黑色，是由于它的辐射强度的极大值对应的波长段在红外部分，甚至波长更长，说明它的温度不太高，当铁块的温度较高时铁块呈现赤红色，说明此时辐射的电磁波中该颜色的光强度最强，故B、C正确；太阳早、晚时分呈现红色，而中午时分呈现白色，是大气汲取与反射了部分光的缘由，不能说明中午时分太阳温度最高，D错误。┃┃对点训练__■1．关于黑体及黑体辐射，下列说法正确的是(B)A．黑体是真实存在的B．普朗克引入能量子的概念，得出黑体辐射的强度按波长分布的公式，与试验符合得特别好，并由此开创了物理学的新纪元C．随着温度上升黑体辐射的各波长的强度有些会增加，有些会减弱D．黑体辐射无任何试验依据解析：黑体并不是真实存在的，故A错误；普朗克引入能量子的概念，得出黑体辐射的强度按波长分布的公式，与试验符合得特别好，并由此开创了物理学的新纪元，故B正确；随着温度的上升，各种波长的辐射强度都有增加，故C错误；黑体辐射是有试验依据的，故D错误。探究能量子和能级┃┃情境导入__■由能量量子化假说可知，能量是一份一份的，而不是连续的，在宏观概念中，举一些我们四周不连续的实例。提示：人的个数，自然数，汽车等。┃┃要点提炼__■1．能量子物体热辐射所发出的电磁波是通过内部的带电谐振子向外辐射的，谐振子的能量是不连续的，只能是hν的整数倍，hν称为一个能量量子，其中ν是谐振子的振动频率，h是一个常数，称为普朗克常量。h＝6.63×10－34J·s2．量子化现象在微观世界中物理量分立取值的现象称为量子化现象。3．能级(1)当电子在不同轨道上运动时，原子处于不同的状态，原子在不同的状态中具有不同的能量，即原子的能量是量子化的，这些量子化的能量值叫作能级。(2)物体在放射或接收能量的时候，只能从某一能级“飞跃”到另一能级，而不行能停留在不符合这些能级的任何一个中间状态。(3)在宏观尺度内探讨物体的运动时我们可以认为：物体的运动是连续的，能量改变是连续的，不必考虑量子化；在探讨微观粒子时必需考虑能量量子化。┃┃典例剖析__■典例2(2024·天津市南开中学高二下学期期中)人眼对绿光最为敏感，正常人的眼睛接收到波长为530nm的绿光时，只要每秒有6个绿光的光子射入瞳孔，眼睛就能察觉，普朗克常量为6.63×10－34J·s，光速为3.0×108mA．2.3×10－18W B．3.8×10－19WC．7.0×10－10W D．1.2×10－18W思路引导：解决此类题目的关键是娴熟驾驭ε＝hν和c＝λν及E＝Pt＝nε等关系式。解析：每秒有6个绿光的光子射入瞳孔，所以察觉到绿光所接收到最小功率为P＝eq\f(6\f(hc,λ),t)＝eq\f(6×\f(6.63×10－34×3×108,530×10－9),1)W＝2.3×10－18W。┃┃对点训练__■2．(多选)对于带电微粒辐射和汲取能量时的特点，以下说法正确的是(ABD)A．以某一个最小能量值为单位一份一份地辐射或汲取B．辐射和汲取的能量是某一最小能量值的整数倍C．汲取的能量可以是连续的D．辐射和汲取的能量是量子化的解析：依据能量子假设可知，带电微粒辐射和汲取的能量，只能是某一最小能量值的整数倍，A、B正确；带电微粒辐射和汲取的能量不是连续的，而是量子化的，故C错误，D正确。核心素养提升以题说法·启智培优理解热辐射的关键点1．任何物体在任何温度下都会发生热辐射，这是由于物体中分子、原子受到激发会放射电磁波。2．热辐射是热能转化为电磁能的过程。3．除了热辐射外，物体表面还会汲取和反射外界射来的电磁波(如图所示)，除光源外，常温下我们看到的物体的颜色就是反射光的颜色。案例(2024·云南省云天化中学高二春季开学试题)关于对热辐射相识，下列说法中正确的是(B)A．热的物体向外辐射电磁波，冷的物体只汲