13-5-能量量子化-(2019人教版必修第三冊)(原卷版)

13.5能量量子化考點(diǎn)精講考點(diǎn)1：對黑體和黑體輻射的理解1．對黑體的理解（1）絕對的黑體實(shí)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(gè)空腔壁上開一個(gè)小孔，那么射入小孔的電磁波在空腔內(nèi)表面會(huì)發(fā)生多次反射和吸收，最終不能從空腔射出，這個(gè)小孔就成了一個(gè)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(shí)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(huì)很明亮，如煉鋼爐口上的小孔。一些發(fā)光的物體(如太陽、白熾燈燈絲)也被當(dāng)作黑體來處理。2．一般物體與黑體的比較熱輻射特點(diǎn)吸收、反射特點(diǎn)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3.黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律（1）溫度一定時(shí)，黑體輻射強(qiáng)度隨波長的分布有一個(gè)極大值。（2）隨著溫度的升高①各種波長的輻射強(qiáng)度都有增加；②輻射強(qiáng)度的極大值向波長較短的方向移動(dòng)。如圖所示。【例1】6.右圖為黑體輻射的強(qiáng)度與波長的關(guān)系圖象，從圖象可以看出，隨著溫度的升高，則（）A.各種波長的輻射強(qiáng)度都有減少B.只有波長短的輻射強(qiáng)度增加C.輻射電磁波的波長先增大后減小D.輻射強(qiáng)度的極大值向波長較短的方向移動(dòng)【技巧與方法】熟悉黑體輻射特點(diǎn)是解決問題的關(guān)鍵。隨著溫度的升高，各種波長的輻射本領(lǐng)都在增加，當(dāng)黑體溫度升高時(shí)，輻射強(qiáng)度極大值向短波方向移動(dòng)?！踞槍τ?xùn)練】【變式1】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)度按波長的分布除與溫度有關(guān)外，還與材料的種類及表面狀況有關(guān)C．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)D．如果在一個(gè)空腔壁上開一個(gè)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(gè)空腔就成了一個(gè)黑體【變式2】（多選）下列關(guān)于黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律敘述正確的（）A.隨著溫度的升高，各種波長的輻射強(qiáng)度都有所增加B.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(dòng)C.黑體熱輻射的強(qiáng)度與波長無關(guān)D.黑體輻射無任何規(guī)律【變式3】(多選)在實(shí)驗(yàn)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(dòng)考點(diǎn)2：能量子的理解和計(jì)算1．能量的量子化在微觀世界里，能量不能連續(xù)變化，只能取分立值，這種現(xiàn)象叫作能量的量子化。2．能量子觀點(diǎn)與黑體輻射實(shí)驗(yàn)的比較普朗克能量子假設(shè)認(rèn)為微觀粒子的能量是量子化的，或者說微觀粒子的能量是分立的。借助于能量子的假說，普朗克得出黑體輻射的強(qiáng)度按波長分布的公式，與實(shí)驗(yàn)符合得很好。3．對能量量子化的理解（1）物體在發(fā)射或接收能量的時(shí)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(gè)中間狀態(tài)。（2）在宏觀尺度內(nèi)研究物體的運(yùn)動(dòng)時(shí)我們可以認(rèn)為：物體的運(yùn)動(dòng)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(shí)必須考慮能量量子化?！纠?】“約瑟夫森結(jié)”由超導(dǎo)體和絕緣體制成。若在結(jié)兩端加恒定電壓U，則它會(huì)輻射頻率為ν的電磁波，且ν與U成正比，即ν＝kU。已知比例系數(shù)k僅與元電荷e的2倍和普朗克常量h有關(guān)。你可能不了解此現(xiàn)象的機(jī)理，但仍可運(yùn)用物理學(xué)中常用的方法，在下列選項(xiàng)中，推理判斷比例系數(shù)k的值可能為()A．eq\f(h,2e)B．eq\f(2e,h)C．2heD．eq\f(1,2he)【技巧與方法】有關(guān)能量子問題的解題技巧（1）熟練掌握能量子的計(jì)算公式：ε＝hν＝eq\f(hc,λ)。（2）把握宏觀能量E＝Pt與微觀能量子的關(guān)系：E＝nε。（3）正確建立模型?！踞槍τ?xùn)練】【變式1】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(gè)數(shù)D.衛(wèi)星繞地球運(yùn)行的軌道【變式2】某激光器能發(fā)射波長為λ的激光，發(fā)射功率為p，c表示光速，h為普朗克常量，則激光器每秒發(fā)射的能量子數(shù)為（）A. B. C. D.【變式3】人眼對綠光最為敏感，正常人的眼睛接收到波長為530nm的綠光時(shí)，只要每秒有6個(gè)綠光的光子射入瞳孔，眼睛就能察覺。普朗克常量為6.63×10－34J·s，光速為3.0×108m/s，則人眼能察覺到綠光時(shí)所接收到的最小功率是()A．2.3×10－18W B．3.8×10－19WC．7.0×10－10W D．1.2×10－18W考點(diǎn)3：能級能級躍遷1．能量量子化（1）電子在可能軌道上運(yùn)動(dòng)時(shí)，雖然是變速運(yùn)動(dòng)，但它并不釋放能量，原子是穩(wěn)定的，這樣的狀態(tài)也稱之為定態(tài)。（2）由于原子的可能狀態(tài)(定態(tài))是不連續(xù)的，具有的能量也是不連續(xù)的，這樣的能量值，稱為能級，量子數(shù)n越大，表示能級越高。（3）原子的能量包括：原子的原子核與電子所具有的電勢能和電子運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能。2．躍遷：原子從一種定態(tài)(設(shè)能量為E2)躍遷到另一種定態(tài)(設(shè)能量為E1)時(shí)，它輻射(或吸收)一定頻率的光子，光子的能量由這兩種定態(tài)的能量差決定。【例3】氫原子在軌道半徑r1＝0.53×10－10m運(yùn)動(dòng)時(shí)能量最低，稱為基態(tài)，能量E1＝－13.6eV。求氫原子處于基態(tài)時(shí)：（1）電子的動(dòng)能；（2）原子的電勢能。【針對訓(xùn)練】【變式1】（多選）下列有關(guān)氫原子光譜的說法正確的是（）A.氫原子的吸收光譜是連續(xù)譜B.氫原子光譜說明氫原子只發(fā)出特定頻率的光C.氫原子光譜說明氫原子能級是分立的D.氫原子光譜線的頻率與氫原子能級的能量差無關(guān)【變式2】下列對氫原子光譜實(shí)驗(yàn)規(guī)律的認(rèn)識中，正確的是（）A.因?yàn)闅湓雍送庵挥幸粋€(gè)電子，所以氫原子只能產(chǎn)生一種波長的光B.氫原子產(chǎn)生的光譜是一系列波長不連續(xù)的譜線C.氫原子產(chǎn)生的光譜是一系列亮度不連續(xù)的譜線D.氫原子產(chǎn)生的光的波長大小與氫氣放電管放電強(qiáng)弱有關(guān)【變式3】(多選)下列關(guān)于氫原子能級敘述中正確的是()A．電子繞核運(yùn)動(dòng)有加速度，就要向外輻射電磁波B．處于定態(tài)的原子，其電子做變速運(yùn)動(dòng)，但它并不向外輻射能量C．原子內(nèi)電子的可能軌道是連續(xù)的D．原子內(nèi)電子的軌道是不連續(xù)的◎考點(diǎn)一對黑體和黑體輻射的理解1．(多選)以下關(guān)于輻射強(qiáng)度與波長的關(guān)系的說法正確的是()A．物體在某一溫度下只能輻射某一固定波長的電磁波B．當(dāng)鐵塊呈現(xiàn)黑色時(shí)，說明它的溫度不太高C．當(dāng)鐵塊的溫度較高時(shí)會(huì)呈現(xiàn)赤紅色，說明此時(shí)輻射的電磁波中該顏色的光強(qiáng)度最強(qiáng)D．早、晚時(shí)分太陽呈現(xiàn)紅色，而中午時(shí)分呈現(xiàn)白色，說明中午時(shí)分太陽溫度最高2．(多選)對于黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律正確的有()A．隨著溫度的升高，各種波長的輻射強(qiáng)度都有增加B．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(dòng)C．黑體輻射的強(qiáng)度與波長無關(guān)D．黑體輻射無任何實(shí)驗(yàn)規(guī)律3．關(guān)于對熱輻射的認(rèn)識，下列說法中正確的是()A．熱的物體向外輻射電磁波，冷的物體只吸收電磁波B．溫度越高，物體輻射的電磁波越強(qiáng)C．輻射強(qiáng)度按波長的分布情況只與物體的溫度有關(guān)，與材料種類及表面狀況無關(guān)D．常溫下我們看到的物體的顏色就是物體輻射電磁波的顏色◎考點(diǎn)二能量子的理解和計(jì)算4．(多選)關(guān)于對普朗克能量子假說的認(rèn)識，下列說法正確的是()A．振動(dòng)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正比D．這一假說與現(xiàn)實(shí)世界相矛盾，因而是錯(cuò)誤的5．(多選)以下宏觀概念中，是“量子化”的有()A．物體的帶電荷量 B．物體的質(zhì)量C．物體的動(dòng)量 D．學(xué)生的個(gè)數(shù)6．兩束能量相同的色光，都垂直地照射到物體表面，第一束光在某段時(shí)間內(nèi)打在物體上的光子數(shù)與第二束光在相同時(shí)間內(nèi)打在物體表面上的光子數(shù)之比為4∶5，則這兩束光的光子能量和波長之比為()A．4∶54∶5 B．5∶44∶5C．5∶45∶4 D．4∶55∶47．光是一種電磁波，可見光的波長的大致范圍是400～700nm。400nm、700nm電磁輻射的能量子的值各是多少？(h＝6.63×10－34J·s)◎考點(diǎn)三能級能級躍遷8．氫原子的核外電子由離核較遠(yuǎn)的軌道躍遷到離核較近的軌道上，下列說法正確的是()A．氫原子的能量減少B．氫原子的能