新教材高中物理第十三章電磁感應(yīng)與電磁波初第5節(jié)能量量子化課件新人教版必修3

第十三章電磁感應(yīng)與電磁波初5能量量子化學(xué)習(xí)目標(biāo)學(xué)法指導(dǎo)1．知道熱輻射,了解黑體輻射,感悟以實驗為基礎(chǔ)的科學(xué)研究方法2．了解能量子的概念及提出的科學(xué)過程,領(lǐng)會這一科學(xué)突破過程中科學(xué)家的思想3．了解宏觀物體和微觀粒子的能量變化特點,體會量子論的建立深化了人們對物質(zhì)世界的認識4．了解能級、能級躍遷、能量量子化、原子發(fā)射光譜等概念,初步認識量子力學(xué)的建立在科技中的重要作用1．通過閱讀教材或查閱資料,了解黑體輻射,

感悟?qū)嶒炘谖锢韺W(xué)中的重要作用2．利用多種資源,了解普朗克能量子假設(shè),知道光的能量是不連續(xù)的,初步了解微觀世界的量子化特征,初步認識量子力學(xué),能很好地描述微觀粒子的運動規(guī)律知識導(dǎo)圖

預(yù)習(xí)導(dǎo)學(xué)|新知領(lǐng)悟1．熱輻射：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),所以叫熱輻射．2．輻射強度按波長的分布情況隨物體的

不同而有所不同．當(dāng)溫度升高時,熱輻射中波長較短的成分越來越強．溫度

熱輻射溫度

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

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度按波長的分布只與它的溫度有關(guān)．反射

黑體

黑體就是黑色的物體嗎？微思考【答案】我們所說的黑體并不是指物體的顏色,它是指能完全吸收各種波長的電磁波的物體．

關(guān)于對熱輻射的認識,下列說法正確的是(

)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C．輻射強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【答案】B【解析】一切物體都不停地向外輻射電磁波,且溫度越高,輻射的電磁波越強,A錯誤,B正確；選項C是黑體輻射的特性,C錯誤；除光源外,常溫下看到的物體的顏色是反射光的顏色,D錯誤．1．定義：普朗克認為,振動著的帶電微粒的能量只能是某一最小能量值ε的

倍．例如,可能是ε,2ε,3ε……這個不可再分的最小能量值ε叫作

．2．能量子大?。害牛絟ν,其中ν是電磁波的頻率,h稱為__________(一般取h＝6.63×10－34J·s)．整數(shù)能量子能量子

普朗克常量

3．能量的量子化：

的假設(shè)認為,微觀粒子的能量是量子化的,或者說微觀粒子的能量是不連續(xù)(分立)的．4．光子：光本身是由一個個不可分割的能量子組成的,頻率為ν的光的能量子為hν,h是普朗克常量,這些能量子叫

．普朗克

光子

普朗克是在什么情況下大膽提出能量量子化假說的？微思考【答案】黑體輻射的實驗規(guī)律在用當(dāng)時已有的電磁場理論無法解釋的情況下,普朗克大膽提出了能量量子化的假說,得出了黑體輻射的強度按波長分布的公式,并與黑體輻射的實驗規(guī)律相當(dāng)符合．

(多選)以下宏觀概念中,哪些是“量子化”的(

)A．物體的帶電荷量

B．物體的質(zhì)量C．物體的動量

D．學(xué)生的個數(shù)【答案】AD【解析】所謂“量子化”應(yīng)該是不連續(xù)的,而是一份一份的,故選A、D．1．微觀世界中能量取分立值的觀念也適用于原子系統(tǒng),原子的能量是

的,這些量子化的能量值叫作

．通常情況下,原子處于能量最低的狀態(tài),這是最穩(wěn)定的．氣體放電管中的原子受到高速運動的電子的撞擊,有可能躍遷到較高的能量狀態(tài)．這些狀態(tài)的原子是

的,會自發(fā)地向能量較低的能級躍遷,放出光子．量子化能級能級不穩(wěn)定

2．原子由高能態(tài)向低能態(tài)躍遷時放出

的能量,等于前后兩個能級

．由于原子的能級是分立的,所以放出的光子的能量也是

的,因此原子的發(fā)射光譜只有一些分立的亮線．光子之差分立

原子由高能量狀態(tài)躍遷到低能量狀態(tài)時,釋放出的光子的頻率可以是任意值嗎？微思考【答案】因各定態(tài)軌道的能量是固定的,由hν＝Em－En可知,躍遷時釋放出的光子的頻率,也是一系列固定值．多維課堂|素養(yǎng)初培煤煙很接近黑體,其吸收率為99%,即投射到煤煙的輻射能量幾乎全部被吸收,把一定量的煤煙置于陽光下照射,問它的溫度是否一直在上升？【答案】不會,因為隨著不斷吸收能量,還伴隨著能量的輻射,最終將趨于平衡．對黑體和黑體輻射的理解5．黑體輻射的實驗規(guī)律如圖所示．

(1)隨溫度升高,各種波長的輻射強度都增加(2)隨溫度升高,輻射強度的極大值向波長較短的方向移動精例1關(guān)于對黑體的認識,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】C【解析】黑體自身輻射電磁波,不一定是黑的,A錯誤．黑體輻射電磁波的強度按波長的分布只與黑體的溫度有關(guān),B錯誤,C正確．小孔只吸收電磁波,不反射電磁波,因此小孔成了一個黑體,而不是空腔成了一個黑體,D錯誤．變式1普朗克在研究黑體輻射的基礎(chǔ)上,提出了量子理論,下列關(guān)于描繪兩種溫度下黑體輻射強度與波長關(guān)系的圖中,符合黑體實驗規(guī)律的是(

)【答案】D【解析】黑體輻射以電磁輻射的形式向外輻射能量,溫度越高,輻射強度越大,故A、C錯誤；黑體輻射的波長分布情況隨溫度變化而改變,溫度越高,輻射的電磁波的波長越短,輻射強度的極大值向波長縮短的方向移動,故B錯誤,D正確．熱輻射不一定需要高溫,任何溫度下都能發(fā)生熱輻射,只是溫度低時輻射弱,溫度高時輻射強．在一定溫度下,不同物體所輻射的光譜的成分有顯著不同．比較熱輻射特點吸收、反射的特點一般物體輻射電磁波的情況與溫度有關(guān),還與材料的種類、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的波長等因素有關(guān)黑體輻射電磁波的強弱按波長分布,只與黑體的溫度有關(guān)完全吸收各種入射電磁波,不反射普朗克的能量量子化的觀點與宏觀世界中我們對能量的認識有什么不同？【答案】宏觀世界中我們認為能量是連續(xù)變化的,普朗克的“能量子”觀點則認為能量是一份一份的,每一份是一個最小能量單位,即能量不是連續(xù)的．宏觀世界中我們認為能量是連續(xù)變化的,是因為每一個能量子的能量都很小,宏觀變化中有大量的能量子,就可以看作是連續(xù)的．而研究微觀粒子時,單個的能量子能量就顯示出不連續(xù)性．能量子(2)能量子公式：ε＝hν,其中ν是電磁波的頻率,h稱為普朗克常量．h≈6.626×10－34J·s(一般取h＝6.63×10－34J·s)．(3)能量量子化：在微觀世界中能量不能連續(xù)變化,只能取分立值,這種現(xiàn)象叫能量量子化．2．在宏觀尺度內(nèi)研究物體的運動時我們可以認為：物體的運動是連續(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量子化．精例2光是一種電磁波,可見光的波長的大致范圍是400～700nm,求400nm、700nm的電磁輻射的光子的能量是多少？【答案】4.97×10－19J

2.84×10－19J【答案】A1．能量子的大小ε＝hν,其中ν是電磁波的頻率,

h是一個常量,稱為普朗克常量,其值為h＝6.626×10－34J·s．2．用能量子觀點解釋黑體輻射的實驗規(guī)律：普朗克能量子假設(shè)認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度按波長分布的公式,與實驗符合得很好．玻爾認為,電子只能在一些半徑取分立值的軌道上運動,如氫原子中電子運動軌道的最小半徑是0.53×10－10m,其他的軌道半徑只能是2.12×10－10m、4.77×10－10m等,軌道半徑不可能是介于這些值之間的中間值,經(jīng)典物理學(xué)的觀點是怎樣的？能級、能級躍遷【答案】根據(jù)經(jīng)典理論,隨著不斷向外輻射能量,電子的能量減少,電子繞原子核運行的軌道半徑連續(xù)地減小,于是電子將沿著螺旋線的軌道落入原子核,就像繞地球運動的人造地球衛(wèi)星受到阻力作用不斷損失能量后,要落到地面上的現(xiàn)象一樣．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．精例3一個氫原子從高能級躍遷到低能級,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【答案】B【解析】氫原子能級越高對應(yīng)的能量越大,當(dāng)氫原子從較高能級向較低能級躍遷時放出光子,能量減少,B正確,A、C、D錯誤．變式3關(guān)于玻爾理論,以下說法錯誤的是(

)A．氫原子核外的電子軌道半徑是量子化的,不是連續(xù)的,電子只能在特定軌道上運動B．氫原子核外電子在特定軌道上運動時,不輻射電磁波,不輻射能量C．只有當(dāng)核外電子不同軌道間躍遷時,氫原子才輻射光子D．氫原子的光譜線和太陽光譜一樣,都是連續(xù)的譜線【答案】D【解析】根據(jù)玻爾的氫原子理論,A、B、C正確；由于氫原子軌道量子化,因此躍遷輻射的光子也是量子化的,所以氫原子光譜是一些分立的線狀譜,而不是連續(xù)譜,D錯誤．核心素養(yǎng)微專題光通信的發(fā)展光通信技術(shù)是構(gòu)建光通信系統(tǒng)與網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ),高速光傳輸設(shè)備、長距離光傳輸設(shè)備和智能光網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展、升級以及推廣應(yīng)用,都取決于光通信器件技術(shù)進步和產(chǎn)品更新?lián)Q代的支持．因此,通信技術(shù)的更新與升級將促使光通信器件不斷發(fā)展進步．我國通信市場的蓬勃發(fā)展以及我國通信設(shè)備商成功的海外市場拓展,正帶動本土光器件產(chǎn)業(yè)提速發(fā)展,我國通信光電器件產(chǎn)業(yè)在全球市場的重要地位也日益顯現(xiàn)．而下一代光通信系統(tǒng)的演變在很大程度上取決于光電子通信器件和技術(shù)的進步,在這個市場與技術(shù)的轉(zhuǎn)折點上,我國光通信技術(shù)正面臨著重要的發(fā)展機遇．【專練】近年來,無線光通信技術(shù)(不需光纖,利用紅外線在空間的定向傳播來傳遞信息的通信手段)在局域網(wǎng)、移動通信等多方面顯示出巨大的應(yīng)用前景．關(guān)于紅外線和光通信,以下說法中正確的是(

)①光通信就是將文字、數(shù)據(jù)、圖像等信息轉(zhuǎn)換成光信號從一地傳向另一地的過程②光纖通信中的光信號在光纖中傳輸,無線光通信的光信號在空氣中傳輸③紅外線的頻率比可見光的頻率高④紅外光子的能量比可見光子的能量大A．①②

B．③④C．①③

D．②④【答案】A【解析】無線光通信技術(shù)是光信號在空氣中直接傳輸,光纖通信中的光信號是在光纖中傳輸．不論哪種方式,傳輸?shù)亩际俏淖?、?shù)據(jù)和圖像等信息．由電磁波譜可知紅外線的頻率比可見光的頻率低,由愛因斯坦的光子論可知ε＝hν,紅外光子的能量比可見光的光子的能量小,故①②正確．課堂小練|素養(yǎng)達成1．對黑體輻射電磁波的波長分布的影響因素是(

)A．溫度

B．材料C．表面狀況

D．以上都正確【答案】A【解析】影響黑體輻射電磁波的波長分布的因素是溫度,故A正確．2．以下宏觀概念中,屬于“量子化”的是(

)A．物體的長度

B．物體所受的重力C．物體的動能

D．車輛的多少【答案】D【解析】車輛的數(shù)量只能取正整數(shù),不能取分?jǐn)?shù)或小數(shù),因而不連續(xù)的,是量子化的．長度、力以及動能的數(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．故D正確,A、B、C錯誤．3．(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【答案】ACD【解析】根據(jù)熱輻射定義