能量量子化+導(dǎo)學(xué)案 高二上學(xué)期物理人教版（2019）必修第三冊(cè)

高二物理必修三13.5《能量量子化》導(dǎo)學(xué)案學(xué)習(xí)目標(biāo)：1.知道熱輻射、黑體、黑體輻射的概念。2.了解普朗克的能量子假設(shè)。了解愛因斯坦光子假設(shè)。3..知道原子能級(jí)及能級(jí)躍遷理論。學(xué)習(xí)過程：把鐵塊投進(jìn)火爐中，剛開始鐵塊只是發(fā)熱，并不發(fā)光。隨著溫度的升高，鐵塊會(huì)慢慢變紅，開始發(fā)光。鐵塊依次呈現(xiàn)暗紅、赤紅、橘紅等顏色，直至成為黃白色。如圖一。為什么會(huì)有這樣的變化呢?圖一圖二一、熱輻射1.一切物體都在輻射，輻射與物體的有關(guān)。物體在室溫時(shí)，熱輻射的主要成分是波長(zhǎng)較的電磁波，不能引起人的視覺。當(dāng)溫度升高時(shí)，熱輻射中波長(zhǎng)較的成分越來越強(qiáng)。2.輻射強(qiáng)度按波長(zhǎng)的分布情況隨物體的而有所不同。上例中的鐵塊，隨著溫度的升高，鐵塊從發(fā)熱，再到發(fā)光，鐵塊的顏色也不斷發(fā)生變化。大量實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，輻射強(qiáng)度按波長(zhǎng)的分布情況隨物體的溫度而有所不同。如果輻射的波長(zhǎng)正好在的范圍，你就可以看見物體發(fā)出的光是什么顏色了，其它波長(zhǎng)的輻射你是看不見的。除了熱輻射外，物體表面還會(huì)和外界射來的電磁波。常溫下我們看到的不發(fā)光物體的顏色就是反射光所致。3.黑體：如果某種物體能夠完全吸收入射的各種波長(zhǎng)的而不發(fā)生反射，這種物體就叫作黑體。黑體雖然不反射電磁波，但是卻可以向外電磁波。因?yàn)楹隗w輻射電磁波的強(qiáng)度按波長(zhǎng)的分布只與它的溫度有關(guān)，所以，在研究熱輻射的規(guī)律時(shí)，人們特別注意對(duì)黑體輻射的研究。另外像太陽(yáng)，白熾燈也由于熱輻射發(fā)光強(qiáng)度大，反射的光強(qiáng)可以，所以也可以近似當(dāng)做黑體。所以黑體的名字雖然有黑，但它不一定是黑色的。例1：關(guān)于熱輻射下列說法正確的是（）A.黑體不反射電磁波，也不能向外輻射電磁波B.溫度越高，物體輻射的電磁波越強(qiáng)C.物體輻射強(qiáng)度按波長(zhǎng)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.黑體輻射電磁波的強(qiáng)度按波長(zhǎng)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)二、能量子在研究黑體輻射的過程中，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)的觀察結(jié)果是輻射的能量分布是存在一定的間隔，而根據(jù)經(jīng)典物理學(xué)的理論，能量的轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移應(yīng)該是一個(gè)連續(xù)的過程，這一不可思議的現(xiàn)象，給經(jīng)典物理學(xué)造成了極大的困擾。所以這一現(xiàn)象被當(dāng)時(shí)的物理學(xué)家約翰遜稱為物理學(xué)晴朗天空里的兩朵烏云之一。為了得出同實(shí)驗(yàn)相符的黑體輻射公式，德國(guó)物理學(xué)家普朗克進(jìn)行了多種嘗試，最終，他提出了能量子的假說。假設(shè)∶振動(dòng)著的帶電微粒的能量只能是某一最小能量值ε的整數(shù)倍。當(dāng)帶電微粒輻射或吸收能量時(shí)，也是以這個(gè)最小能量值為單位一份一份地輻射或吸收的。ε叫作能量子。能量子：振動(dòng)著的帶電微粒的能量只能是某一最小能量值ε的。當(dāng)帶電微粒輻射或吸收能量時(shí)，也是以這個(gè)最小能量值為單位地輻射或吸收的。這個(gè)不可再分的最小能量值ε叫作。

2．能量子公式：ε＝hν，其中ν是電磁波的頻率，h稱為。h＝J·s。3．光子：光本身就是由一個(gè)個(gè)不可分割的組成的，頻率為ν的光的能量子為，這些能量子被叫作光子。例2：(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，這是黑體的輻射強(qiáng)度與其輻射光波長(zhǎng)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(zhǎng)較短方向移動(dòng)三、能級(jí)1、能級(jí)：微觀世界中能量取分立值的觀念也適用于系統(tǒng)，原子的能量是的。這些量子化的能量值叫作能級(jí)。2．特點(diǎn)通常情況下，原子處于能量最的狀態(tài)，這是最的。氣體放電管中的原子受到高速運(yùn)動(dòng)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)的原子是的，會(huì)自發(fā)地向能量較低的能級(jí)躍遷，放出光子。原子從高能態(tài)向低能態(tài)躍遷時(shí)放出的光子的能量，等于前后兩個(gè)。例3：氫原子從能級(jí)m躍遷到能級(jí)n時(shí)輻射紅光的頻率為ν1，從能級(jí)n躍遷到能級(jí)k時(shí)吸收紫光的頻率為ν2，已知普朗克常量為h，若氫原子從能級(jí)k躍遷到能級(jí)m，則()A.吸收光子的能量為hν1+hν2B.輻射光子的能量為hν1+hν2C.吸收光子的能量為hν2-hν1D.輻射光子的能量為hν2-hν1課后作業(yè)：1、普朗克常量為h，光速為c，電子質(zhì)量為me，則在國(guó)際單位制下的單位是（）A．J·s/kg B．J/m C．J·m D．m/s2、關(guān)于對(duì)熱輻射的認(rèn)識(shí)，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)度與物體的溫度無關(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3、以下宏觀概念中，屬于“量子化”的是 ()A．物體的長(zhǎng)度 B．物體所受的重力C．物體的動(dòng)能 D．人的個(gè)數(shù)4、關(guān)于對(duì)黑體的認(rèn)識(shí)，下列說法正確的是（）A．黑體是黑色的，且其自身輻射電磁波B．黑體輻射電磁波的強(qiáng)度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(zhǎng)的分布只與溫度有關(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5、下列說法不正確的是（）A．普朗克提出“振動(dòng)者的帶電微粒的能量只能是某一最小能量值ε的整數(shù)倍”，從而建立了“能量量子化”觀點(diǎn)B．如果某種物體能夠完全吸收入射的各種波長(zhǎng)的電磁波，而不發(fā)生反射，這種物體就被稱為“黑體”C．我們周圍的一切物體都在輻射電磁波，這種輻射與溫度無關(guān)D．愛因斯坦指出“光不僅在發(fā)射和吸收時(shí)能量是一份一份的，而且光本身就是由一個(gè)不可分割的能量子組成的”6、對(duì)于帶電微粒輻射和吸收能量時(shí)的特點(diǎn)，以下說法不正確的是()A．以某一個(gè)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能量值的整數(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7、按照玻爾理論，一個(gè)氫原子中的電子從一半徑為ra的圓軌道自發(fā)地直接躍遷到一半徑為rb的圓軌道上，已知ra>rb，則在此過程中（）A．原子要發(fā)出一系列頻率的光子 B．原子要發(fā)出某一頻率的光子C．原子要吸收一系列頻率的光子 D．原子要吸收某一頻率的光子8、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)打在物體表面的光子數(shù)與第二束光在相同時(shí)間內(nèi)打在物體表面的光子數(shù)之比為5∶4，則這兩束光的光子能量和波長(zhǎng)之比分別為()A．4∶54∶5 B．5∶44∶5C．5∶45∶4 D．4∶55∶49、能引起人的眼睛視覺效應(yīng)的最小能量為10﹣18J，已知可見光的平均波長(zhǎng)約為60μm，普朗克常量h＝6.63×10﹣34J?s，則進(jìn)入人眼的光子數(shù)至少為（）A．1個(gè) B．3個(gè) C．30個(gè) D．300個(gè)10、某半導(dǎo)體激光器發(fā)射波長(zhǎng)為1.5×10-6m，功率為5.0×10-3W的連續(xù)激光．已知可見光波長(zhǎng)的數(shù)量級(jí)為10-7m，普朗克常量h＝6.63×10-34J·s，該激光器發(fā)出的()A．是紫外線B．是紅外線C．光子能量約為1.3×10-18J D．光子數(shù)約為每秒3.8×1018個(gè)11、20瓦的白熾燈，有5%的能量轉(zhuǎn)化為可見光。設(shè)所發(fā)射的可見光的平均波長(zhǎng)為580nm，那么該白熾燈每秒鐘輻射的光子數(shù)為多少？（普朗克常量h＝6.63×10－34J·s，光速c＝3×108m/s）12、靜止的釷(Th)核發(fā)生β衰變時(shí)放出一個(gè)β粒子而變成一個(gè)鏷(Pa)核，同時(shí)產(chǎn)生了一個(gè)能量為ε的中微子．已知真空中光速為C，普朗克常量為h．求：①該中微子的頻率；②衰變后β粒子和鏷核的合動(dòng)量的大?。畬W(xué)習(xí)過程參考答案：電磁波溫度溫度可見光吸收反射電磁波輻射忽略不計(jì)例1：D整數(shù)倍整數(shù)倍能量子普朗克常量6.626×10－34能量子hν例2：AD原子量子化低穩(wěn)定不穩(wěn)定能級(jí)之差例3：D課后作業(yè)參考答案：1、A2、B3、D4、C5、C6、C7、B8、D9、D10、B11、