2024版新教材高中物理第十三章電磁感應(yīng)與電磁波初步5.能量量子化課件新人教版必修第三冊

5．能量量子化核心素養(yǎng)定位物理觀念通過生活實例，體會電磁波的輻射，初步形成熱輻射的物理觀念．科學(xué)思維利用普朗克假設(shè)和能量子的得出過程，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維．科學(xué)探究通過對氫原子光譜的分析，探究出躍遷過程的特點．科學(xué)態(tài)度與責(zé)任知道量子理論對現(xiàn)代社會的引領(lǐng)作用及其在現(xiàn)代技術(shù)中的重要作用．導(dǎo)學(xué)·掌握必備知識共研·突破關(guān)鍵能力精練·落實學(xué)科素養(yǎng)導(dǎo)學(xué)·掌握必備知識一、熱輻射1．定義：我們周圍的一切物體都在輻射電磁波，這種輻射與物體的________有關(guān)，所以叫作熱輻射．

任何物體在任何溫度下均發(fā)生熱輻射2．輻射強(qiáng)度按波長的分布情況隨物體的溫度而有所不同．3．除了熱輻射外，物體表面還會吸收和反射外界射來的電磁波．常溫下我們看到的不發(fā)光物體的顏色就是反射光所致．4．黑體：如果某種物體能夠完全吸收入射的各種波長的電磁波而不發(fā)生反射，這種物體就叫作________．黑體雖然不反射電磁波，但是卻可以向外輻射電磁波．黑體輻射電磁波的強(qiáng)度按波長的分布只與它的________有關(guān)．

是一個理想化模型溫度黑體溫度二、能量子1．概念：振動著的帶電微粒的能量只能是某一最小能量值的________，這個不可再分的最小能量值ε叫作能量子．2．大小：ε＝________，其中h≈6.63×10－34J·s.3．愛因斯坦光子說：光是由一個個不可分割的能量子組成的，能量大小為________，光的能量子稱為________．三、能級1．定義：原子量子化的能量值．2．原子處于能量最低的狀態(tài)時最________，由高能級向低能級躍遷時放出________．3．原子從高能態(tài)向低能態(tài)躍遷時放出的光子的能量，等于前后兩個能級之________.4．原子光譜的譜線是一些分立的亮線．整數(shù)倍hνhν

光子穩(wěn)定光子差【情境思考】如圖所示為我國首顆量子通信衛(wèi)星“墨子號”．“墨子號”的成功發(fā)射使我國在量子通信技術(shù)領(lǐng)域走在了世界前列．判斷下列問題．(1)量子通信的理論基礎(chǔ)是普朗克的能量量子化假設(shè)．(

)(2)該理論的提出背景是經(jīng)典電磁理論解釋不了黑體輻射實驗的實驗規(guī)律．(

)(3)黑體就是黑色的物體，所以它不向外輻射電磁波．(

)(4)黑體只吸收電磁波，不反射電磁波，看上去是黑的．(

)√√××拓展1

拓展

2

普朗克認(rèn)為微觀世界中帶電粒子的能量是不連續(xù)的，只能是某一最小能量值的整數(shù)倍，當(dāng)帶電粒子輻射或吸收能量時，也只能以這個最小能量值為單位一份一份地吸收或輻射．

拓展3

普朗克為了得出與實驗相符的黑體輻射公式，做了多種嘗試后才提出了能量子假設(shè)，然后根據(jù)能量子假設(shè)提出了與實驗相吻合的黑體輻射的強(qiáng)度按波長分布的公式．普朗克大膽地破除了“能量連續(xù)變化”的傳統(tǒng)觀念，揭示了微觀粒子的能量是分立的，成為物理學(xué)新思想的奠基者之一．共研·突破關(guān)鍵能力目標(biāo)一熱輻射和黑體輻射【歸納】1．對黑體的理解(1)絕對的黑體實際上是不存在的，但可以用某裝置近似地代替．如圖所示，如果在一個空腔壁上開一個小孔，那么射入小孔的電磁波在空腔內(nèi)表面會發(fā)生多次反射和吸收，最終不能從空腔射出，這個小孔就成了一個絕對黑體．(2)黑體不一定是黑的，只有當(dāng)自身輻射的可見光非常微弱時看上去才是黑的．有些可看作黑體的物體由于有較強(qiáng)的輻射，看起來還會很明亮，如煉鋼爐口上的小孔．2．一般物體與黑體的比較

熱輻射特點吸收、反射特點一般物體輻射電磁波的情況與溫度有關(guān)，與材料的種類及表面狀況有關(guān)既吸收又反射，其能力與材料的種類及入射波長等因素有關(guān)黑體輻射電磁波的強(qiáng)度按波長的分布只與黑體的溫度有關(guān)完全吸收各種入射電磁波，不反射【典例】例1下列說法正確的是(

)A．只有溫度高的物體才會有熱輻射B．黑體只是從外界吸收能量，從不向外界輻射能量C.黑體可以看起來很明亮，是因為黑體可以反射電磁波D．一般材料的物體，輻射電磁波的情況除與溫度有關(guān)外，還與材料的種類和表面情況有關(guān)答案：D解析：任何物體在任何溫度下都存在輻射，溫度越高輻射的能力越強(qiáng)，故A錯誤；能夠完全吸收入射的各種波長的電磁波而不發(fā)生反射的物體叫作黑體，黑體不反射電磁波，但可以向外輻射電磁波，有些黑體有較強(qiáng)的輻射，看起來也可以很明亮，故B、C錯誤；黑體輻射電磁波的強(qiáng)度按波長的分布只與黑體的溫度有關(guān)，與構(gòu)成黑體的材料、形狀無關(guān)，而一般物體輻射電磁波的情況除與溫度有關(guān)外，還與材料的種類和表面情況有關(guān)，故D正確．例2(多選)在實驗室或工廠的高溫爐子上開一小孔，小孔可看作黑體，由小孔的熱輻射特性，就可以確定爐內(nèi)的溫度．如圖所示，就是黑體的輻射強(qiáng)度與其輻射光波長的關(guān)系圖像，則下列說法正確的是(

)A．T1>T2B．T1＜T2C．隨著溫度的升高，黑體的輻射強(qiáng)度都有所降低D．隨著溫度的升高，輻射強(qiáng)度的極大值向波長較短方向移動答案：AD解析：黑體輻射電磁波的強(qiáng)度按波長的分布只與溫度有關(guān)．實驗表明，隨著溫度的升高，各種波長的輻射強(qiáng)度都有所增加，輻射強(qiáng)度的極大值向波長較短的方向移動．從題圖中可以看出，λ1<λ2，T1>T2，故A、D正確．[訓(xùn)練1]

(多選)關(guān)于對黑體的認(rèn)識，下列說法正確的是(

)A．黑體只吸收電磁波，不反射電磁波，看上去是黑的B.黑體輻射電磁波的強(qiáng)度按波長的分布只與溫度有關(guān)，與材料的種類及表面狀況無關(guān)C．黑體輻射電磁波的強(qiáng)度按波長的分布除與溫度有關(guān)外，還與材料的種類及表面狀況有關(guān)D．如果在一個空腔壁上開一個很小的孔，射入小孔的電磁波在空腔內(nèi)表面經(jīng)多次反射和吸收，最終不能從小孔射出，這個空腔就成了一個黑體答案：BD解析：黑體能100%地吸收入射到其表面的電磁輻射，并且不會有任何的反射與透射，這樣的物體稱為黑體，但不一定是黑色的，故A錯誤；黑體輻射電磁波的強(qiáng)度按波長的分布只與溫度有關(guān)，與材料種類及表面狀況無關(guān)，故B正確，C錯誤；如果在一個空腔壁上開一個很小的孔，射入小孔的電磁波在空腔內(nèi)表面經(jīng)多次反射和吸收，最終不能從空腔射出，就相當(dāng)于吸收了所有電磁波，因此空腔成了一個黑體，故D正確．目標(biāo)二能量子的理解

【歸納】1．物體在發(fā)射或接收能量的時候，只能從某一狀態(tài)“飛躍”到另一狀態(tài)，而不可能停留在不符合這些能量的任何一個中間狀態(tài)．2．在宏觀尺度內(nèi)研究物體的運(yùn)動時我們可以認(rèn)為物體的運(yùn)動是連續(xù)的，能量變化是連續(xù)的，不必考慮量子化．在研究微觀粒子時必須考慮能量量子化．【典例】例3關(guān)于對能量子的認(rèn)識，下列說法正確的是(

)A．振動著的帶電微粒的能量只能是某一能量值εB．帶電微粒輻射或吸收的能量只能是某一最小能量值的整數(shù)倍C．能量子與電磁波的頻率成反比D．這一假說與現(xiàn)實世界相矛盾，因而是錯誤的解析：由普朗克能量子假說可知帶電微粒輻射或吸收的能量只能是某一最小能量值的整數(shù)倍，故A錯誤，B正確；最小能量值ε＝hν，ε與ν成正比，故C錯誤；能量子假說反映的是微觀世界的特征，不同于宏觀世界，并不與現(xiàn)實世界相矛盾，故D錯誤．答案：B

答案：B

[訓(xùn)練2]下列宏觀概念中，是量子化的為(

)A．物體的質(zhì)量B．彈簧振子的能量C．汽車的個數(shù)D．衛(wèi)星繞地球運(yùn)行的軌道解析：汽車的個數(shù)的數(shù)值只能取正整數(shù)，不能取分?jǐn)?shù)或小數(shù)，因而是不連續(xù)的，是量子化的．其他三個物理量的數(shù)值都可以取小數(shù)或分?jǐn)?shù)，甚至取無理數(shù)也可以，因而是連續(xù)的，非量子化的．答案：C[訓(xùn)練3]課業(yè)負(fù)擔(dān)重、沉迷電子產(chǎn)品已成為影響青少年視力的兩大“殺手”．現(xiàn)代醫(yī)學(xué)采用激光“焊接”視網(wǎng)膜技術(shù)來治療近視，所用激光的波長λ＝660nm.已知普朗克常量h＝6.63×10－34J·s，光在真空中的傳播速度c＝3×108m/s，則該激光中每個光子的能量為(

)A．3.0×10－19JB．1.6×10－19JC．1.0×10－19JD．1.0×10－18J

答案：A目標(biāo)三能級【歸納】1．能級：微觀世界的能量取分立值的觀念也適用于原子系統(tǒng)，原子的能量是量子化的，這些量子化的能量值叫作能級．2．原子處于能量最低的狀態(tài)是最穩(wěn)定的．3．原子獲得能量有可能躍遷到較高的能量狀態(tài)，這些狀態(tài)的原子是不穩(wěn)定的，會自發(fā)地向能量較低的能級躍遷．4．原子從高能級向低能級躍遷放出的光子的能量等于前后兩個能級之差，原子從低能級躍遷到高能級吸收光子的能量也等于前后兩個能級之差．5．由于原子的能級是分立的，所以放出的光子的能量也是分立的，原子的發(fā)射光譜只有一些分立的亮線．【典例】例5(多選)下列說法正確的是(

)A．原子的能量是連續(xù)的，原子的能量從某一能量值變?yōu)榱硪荒芰恐?，可以連續(xù)變化B．原子從低能級向高能級躍遷時放出光子C．原子從高能級向低能級躍遷時放出光子，且光子的能量等于前后兩個能級之差D．由于能級的存在，原子放出的光子的能量是分立的，所以原子的發(fā)射光譜只有一些分立的亮線解析：原子的能量是量子化的，原子從高能級向低能級躍遷時向外放出光子．光子的能量hν＝E初－E末，由于原子的能級是分立的，放出的光子的能量也是分立的，所以原子的發(fā)射光譜只有一些分立的亮線．故C、D正確．答案：CD[訓(xùn)練4]下列敘述正確的是(

)A．原子從高能態(tài)向低能態(tài)躍遷時放出的光子的能量等于前后兩個能級之差B．原子處于能級最高的狀態(tài)時是最穩(wěn)定的C．氣體放電管中的原子受到高速運(yùn)動的電子的撞擊只會躍遷到較低的能量狀態(tài)D．原子的發(fā)射光譜是一些連續(xù)的亮線

答案：A解析：原子的能量是量子化的，這些量子化的能量值叫作能級，原子從高能級向低能級躍遷時放出的光子的能量，等于前后兩個能級之差，故A正確；通常情況下，原子處于能級最低的狀態(tài)，這是最穩(wěn)定的，故B錯誤；氣體放電管中的原子受到高速運(yùn)動的電子的撞擊，有可能躍遷到較高的能量狀態(tài)，這些狀態(tài)的原子是不穩(wěn)定的，會自發(fā)地向能量較低的能級躍遷放出光子，故C錯誤；由于原子的能級是分立的，所以放出的光子的能量也是分立的，因此原子的發(fā)射光譜只有一些分立的亮線，故D錯誤．精練·落實學(xué)科素養(yǎng)1．(多選)下列敘述正確的是(

)A．一切物體都在輻射電磁波B．一般物體輻射電磁波的情況只與溫度有關(guān)C．黑體輻射電磁波的強(qiáng)度按波長的分布只與黑體溫度有關(guān)D．黑體能夠完全吸收入射的各種波長的電磁波解析：根據(jù)熱輻射定義知，A正確；根據(jù)熱輻射和黑體輻射的特點知，一般物體輻射電磁波的情況除與溫度有關(guān)外，還與材料的種類、表面狀況有關(guān)，而黑體輻射電磁波的強(qiáng)度按波長的分布只與黑體溫度有關(guān)，故B錯誤，C正確；根據(jù)黑體定義知D正確．答案：ACD2．(多選)對于帶電微粒在輻射和吸收能量時的特點，以下說法正確的是(

)A．以某一個最小能量值一份一份地輻射或吸收B．輻射和吸收的能量是某一最小值的整數(shù)倍C．吸收的能量可以是連續(xù)的D．輻射和吸收的能量是量子化的解析：根據(jù)普朗克能量子假說，帶電微粒的能量只能是某一最小能量值ε的整數(shù)倍，能量的輻射、吸收要一份份地進(jìn)行，故選A、B、D.答案：ABD3．很多地方用紅外線熱像儀監(jiān)測人的體溫，只要被測者從儀器前走過，便可知道他的體溫是多少．關(guān)于其中原理，下列說法正確的是(

)A．人的體溫會影響周圍空氣溫度，儀器通過測量空氣溫度便可知道人的體溫B．儀器發(fā)出的紅外線遇人反射，反射情況與被測者的溫度有關(guān)C．被測者會輻射紅外線，輻射強(qiáng)度以及按波長的分布情況與溫度有關(guān)，溫度高時輻射強(qiáng)且較短波長的成分強(qiáng)D．被測者會輻射紅外線，輻射強(qiáng)度以及按波長的分布情況與溫度有關(guān)，溫度高時輻射強(qiáng)且較長波長的成分強(qiáng)答案：C解析：根據(jù)輻射規(guī)律可知，隨著溫度的升高，各種波長的輻射強(qiáng)度都增加；隨著溫度的升高，輻射強(qiáng)度的極大值向波長較短的方向移動．人的體溫的高低，直接決定了這個人輻射的紅外線的頻率和強(qiáng)度，通過監(jiān)測被測者輻射的紅外線的情況就可知道這個人的體溫，故C正確，A、B、D錯誤．4．一個氫原子從較高能級躍遷到較低能級，該氫原子(

)A．放出光子，能量增加B．放出光子，能量減少C．吸收光子，能量增加D．吸收光子，能量減少解析：由原子的能級躍遷規(guī)律知，氫原子從高能級躍遷到低能級時，輻射一定頻率的光子，氫原子能量減少，光子的能量由這兩個能級的能量差決定．故選B.答案：B5．兩束強(qiáng)度相同的色光，都垂直地照射到物體表面，第一