2024-2025學年新教材高中物理第十三章電磁感應與電磁波初步第5節(jié)能量量子化學案新人教版必修3

PAGE6-能量量子化【學習目標】1．知道熱輻射、黑體輻射的概念。2．了解普朗克的能量子假設和愛因斯坦的光子假設。3．了解原子能級及能級躍遷規(guī)律?！舅季S脈絡】課前預習反饋教材梳理·落實新知學問點1熱輻射1．熱輻射的概念：物體具有的與__溫度__有關的輻射電磁波的方式。2．熱輻射規(guī)律：物體在室溫時，熱輻射的主要成分是波長__較長__的電磁波，當溫度上升時，熱輻射中波長較__短__的成分越來越強。3．黑體：能夠完全汲取入射的各種波長的__電磁波__而不發(fā)生__反射__的物體。4．黑體輻射規(guī)律：黑體雖然不反射電磁波，但是卻可以向外輻射電磁波，而且輻射電磁波的強度按__波長__的分布只與它的__溫度__有關。學問點2能量子1．定義：振動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。這個不行再分的最小能量值ε叫做能量子。2．能量子的大?。害牛絖_hν__，其中__ν__是電磁波的頻率，h是一個常量，稱為普朗克常量。3．普朗克認為微觀粒子的能量是__量子化__的，是不連續(xù)(分立)的。4．愛因斯坦的光子說：光是一個個不行分割的能量子組成的，頻率為ν的光的能量子為__hν__，這些能量子被叫作__光子__。學問點3能級1．定義：原子的能量是__量子化__的，這些__量子化__的能量值叫作能級。2．原子的穩(wěn)定性：原子處于能量最低的狀態(tài)時最穩(wěn)定，原子處于能量較高的狀態(tài)時不穩(wěn)定，會自發(fā)地向能量較低的能級躍遷，放出__光子__。3．能級躍遷規(guī)律：原子從高能級態(tài)向低能級態(tài)躍遷時放出的光子的能量__等于__前后兩個能級之差。4．原子的放射光譜的特征：原子的能級是分立的，放出的光子的能量也是分立的，因此，原子的放射光譜只有一些__分立__的亮線。預習自測『判一判』(1)只有高溫的物體才會熱輻射。(×)(2)熱輻射的輻射強度按波長的分布狀況隨溫度的改變而有所不同。(√)(3)黑體就是指黑色的物體。(×)(4)普朗克認為帶電微粒的能量是量子化的。(√)(5)原子處于最低能級時最穩(wěn)定。(√)(6)原子發(fā)生能級躍遷時要放出光子。(×)『選一選』已知某種單色光的波長為λ，在真空中光速為c，普朗克常量為h，則電磁波輻射的能量子ε的值為(A)A．heq\f(c,λ) B.eq\f(h,λ)C.eq\f(c,hλ) D．以上均不正確解析：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正確?！合胍幌搿辉S多地方用紅外熱像儀監(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，你知道其中的道理嗎？答案：依據熱輻射規(guī)律可知，人的體溫的凹凸，干脆確定了這個人輻射的紅外線的頻率和強度。通過監(jiān)測被測者輻射的紅外線的狀況就知道這個人的體溫。課內互動探究細研深究·破疑解難探究熱輻射┃┃情境導入__■有閱歷的煉鋼工人，通過視察煉鋼爐內的顏色，就可以估計出爐內的大體溫度，這是依據什么道理？提示：熱輻射與溫度有關。┃┃要點提煉__■1．熱輻射(1)定義：我們四周的一切物體都在輻射電磁波，這種輻射與物體的溫度有關，所以叫作熱輻射。太陽、白熾燈中光的放射就屬于熱輻射。(2)特點：熱輻射強度按波長的分布狀況隨物體的溫度而有所不同。2．對黑體的理解肯定的黑體事實上是不存在的，但可以用某裝置近似地代替。如圖所示，假如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表面會發(fā)生多次反射和汲取，最終不能從空腔射出，這個小孔就成了一個肯定黑體。3．一般物體與黑體的比較熱輻射特點汲取、反射特點一般物體輻射電磁波的狀況與溫度有關，與材料的種類及表面狀況有關既汲取，又反射，其實力與材料的種類及入射光波長等因素有關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完全汲取各種入射電磁波，不反射┃┃典例剖析__■典例1(多選)下列說法正確的是(BC)A．物體在某一溫度下只能輻射某一固定波長的電磁波B．當鐵塊呈現(xiàn)黑色時，說明它的溫度不太高C．當鐵塊的溫度較高時會呈現(xiàn)赤紅色，說明此時輻射的電磁波中該顏色的光強度最強D．早、晚時分太陽呈現(xiàn)紅色，而中午時分呈現(xiàn)白色，說明中午時分太陽溫度最高思路引導：在任何溫度下，任何物體都會放射電磁波，其輻射強度按波長的分布狀況隨物體的溫度凹凸而不同。要理解熱輻射的這種特征。解析：物體在某一溫度下能輻射不同波長的電磁波，A錯誤；鐵塊呈現(xiàn)黑色，是由于它的輻射強度的極大值對應的波長段在紅外部分，甚至波長更長，說明它的溫度不太高，當鐵塊的溫度較高時鐵塊呈現(xiàn)赤紅色，說明此時輻射的電磁波中該顏色的光強度最強，故B、C正確；太陽早、晚時分呈現(xiàn)紅色，而中午時分呈現(xiàn)白色，是大氣汲取與反射了部分光的緣由，不能說明中午時分太陽溫度最高，D錯誤。┃┃對點訓練__■1．關于黑體及黑體輻射，下列說法正確的是(B)A．黑體是真實存在的B．普朗克引入能量子的概念，得出黑體輻射的強度按波長分布的公式，與試驗符合得特別好，并由此開創(chuàng)了物理學的新紀元C．隨著溫度上升黑體輻射的各波長的強度有些會增加，有些會減弱D．黑體輻射無任何試驗依據解析：黑體并不是真實存在的，故A錯誤；普朗克引入能量子的概念，得出黑體輻射的強度按波長分布的公式，與試驗符合得特別好，并由此開創(chuàng)了物理學的新紀元，故B正確；隨著溫度的上升，各種波長的輻射強度都有增加，故C錯誤；黑體輻射是有試驗依據的，故D錯誤。探究能量子和能級┃┃情境導入__■由能量量子化假說可知，能量是一份一份的，而不是連續(xù)的，在宏觀概念中，舉一些我們四周不連續(xù)的實例。提示：人的個數(shù)，自然數(shù)，汽車等。┃┃要點提煉__■1．能量子物體熱輻射所發(fā)出的電磁波是通過內部的帶電諧振子向外輻射的，諧振子的能量是不連續(xù)的，只能是hν的整數(shù)倍，hν稱為一個能量量子，其中ν是諧振子的振動頻率，h是一個常數(shù)，稱為普朗克常量。h＝6.63×10－34J·s2．量子化現(xiàn)象在微觀世界中物理量分立取值的現(xiàn)象稱為量子化現(xiàn)象。3．能級(1)當電子在不同軌道上運動時，原子處于不同的狀態(tài)，原子在不同的狀態(tài)中具有不同的能量，即原子的能量是量子化的，這些量子化的能量值叫作能級。(2)物體在放射或接收能量的時候，只能從某一能級“飛躍”到另一能級，而不行能停留在不符合這些能級的任何一個中間狀態(tài)。(3)在宏觀尺度內探討物體的運動時我們可以認為：物體的運動是連續(xù)的，能量改變是連續(xù)的，不必考慮量子化；在探討微觀粒子時必需考慮能量量子化。┃┃典例剖析__■典例2(2024·天津市南開中學高二下學期期中)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，只要每秒有6個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3.0×108mA．2.3×10－18W B．3.8×10－19WC．7.0×10－10W D．1.2×10－18W思路引導：解決此類題目的關鍵是嫻熟駕馭ε＝hν和c＝λν及E＝Pt＝nε等關系式。解析：每秒有6個綠光的光子射入瞳孔，所以察覺到綠光所接收到最小功率為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。┃┃對點訓練__■2．(多選)對于帶電微粒輻射和汲取能量時的特點，以下說法正確的是(ABD)A．以某一個最小能量值為單位一份一份地輻射或汲取B．輻射和汲取的能量是某一最小能量值的整數(shù)倍C．汲取的能量可以是連續(xù)的D．輻射和汲取的能量是量子化的解析：依據能量子假設可知，帶電微粒輻射和汲取的能量，只能是某一最小能量值的整數(shù)倍，A、B正確；帶電微粒輻射和汲取的能量不是連續(xù)的，而是量子化的，故C錯誤，D正確。核心素養(yǎng)提升以題說法·啟智培優(yōu)理解熱輻射的關鍵點1．任何物體在任何溫度下都會發(fā)生熱輻射，這是由于物體中分子、原子受到激發(fā)會放射電磁波。2．熱輻射是熱能轉化為電磁能的過程。3．除了熱輻射外，物體表面還會汲取和反射外界射來的電磁波(如圖所示)，除光源外，常溫下我們看到的物體的顏色就是反射光的顏色。案例(2024·云南省云天化中學高二春季開學試題)關于對熱輻射相識，下列說法中正確的是(B)A．熱的物體向外輻射電磁波，冷的物體只汲