新教材2023版高中物理第十三章電磁感應(yīng)與電磁波初步5.能量量子化學(xué)案新人教版必修第三冊

5.能量量子化新課程標準核心素養(yǎng)目標1.知道光的能量是不連續(xù)的2．初步了解微觀世界的量子化特征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)中的重要作用必備知識·自主學(xué)習(xí)——突出基礎(chǔ)性素養(yǎng)夯基一、熱輻射1.概念：一切物體都在輻射電磁波，且輻射與物體的________有關(guān)，所以叫熱輻射．2．特點：溫度升高時，熱輻射中波長較________的成分越來越強．3．黑體：能夠完全吸收入射的各種波長的________而不發(fā)生反射的物體．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的能量值ε叫能量子．2．大?。害牛絖_______，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，能量大小為________，光的能量子稱為________．三、能級1．原子的能量是________的，量子化的能量值叫________．2．原子從高能態(tài)向低能態(tài)躍遷時________光子，光子的能量等于前后兩個能級________．3．原子的能級是________的，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________的亮線．[情境思考]新冠肺炎疫情期間，紅外體溫計成為生活必不可少的工具，如圖所示的紅外體溫計具有方便快捷的特點，在疫情防控工作中發(fā)揮了重要作用．那么，這種體溫計是根據(jù)什么制成的呢？提示：將被測物體發(fā)射的紅外線具有的輻射能轉(zhuǎn)變成電信號，紅外線輻射能量的大小與物體本身的溫度是相關(guān)聯(lián)的，根據(jù)轉(zhuǎn)變成電信號大小，就可以確定物體的溫度．【思考辨析】判斷正誤，正確的畫“√”，錯誤的畫“×”．(1)紅外線的顯著作用是熱作用，溫度較低的物體不能輻射紅外線．()(2)黑體一定是黑色的．()(3)熱輻射只能產(chǎn)生于高溫物體．()(4)當(dāng)原子從能量較高的能態(tài)躍遷到能量較低的能態(tài)時，會放出任意能量的光子．()(5)普朗克認為帶電微粒的能量是量子化的．()關(guān)鍵能力·合作探究——突出綜合性素養(yǎng)形成探究點一熱輻射的特點探究總結(jié)1.在任何溫度下，任何物體都會發(fā)射電磁波，并且其輻射強度按波長的分布情況隨物體的溫度而有所不同．當(dāng)物體溫度較低時(如室溫)，熱輻射的主要成分是波長較長的電磁波(在紅外線區(qū)域)，不能引起人的視覺；當(dāng)溫度升高時，熱輻射中較短波長的成分輻射強度越來越強，可見光所占比例增大，如燃燒的炭會發(fā)出醒目的紅光．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，不反射典例示范【例1】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針對訓(xùn)練12021年疫情期間，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)于其中的原理，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，輻射強度以及按波長的分布情況與溫度有關(guān)，溫度高時輻射強且較短波長的成分強D．被測者會輻射紅外線，輻射強度以及按波長的分布情況與溫度有關(guān)，溫度高時輻射強且較長波長的成分強探究點二能量子和能級探究總結(jié)1.能量的量子化：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)象叫作能量的量子化．量子化的基本特征就是在某一范圍內(nèi)取值是不連續(xù)的．2．愛因斯坦的光子說光不僅在發(fā)射和吸收時能量是一份一份的，而且光本身就是由一個個不可分割的能量子組成的，這些能量子被稱為光子．頻率為ν的光子的能量為ε＝hν.3．能級(1)原子的能量是量子化的，量子化的能量值叫能級．(2)原子從高能態(tài)向低能態(tài)躍遷時放出光子，光子的能量等于前后兩個能級之差．(3)放出的光子的能量是分立的，所以原子的發(fā)射光譜是一些分立的亮線．典例示范例2(多選)關(guān)于對能量子的認識，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正比D．這一假說與現(xiàn)實世界相矛盾，因而是錯誤的例3(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)榱硪荒芰恐担梢赃B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針對訓(xùn)練2(多選)原子的能量量子化現(xiàn)象是指()A．原子的能量是不可改變的B．原子的能量與電子的軌道無關(guān)C．原子的能量狀態(tài)是不連續(xù)的D．原子具有分立的能級針對訓(xùn)練3(多選)有關(guān)氫原子光譜的說法正確的是()A．氫原子的發(fā)射光譜是連續(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)針對訓(xùn)練4光是一種電磁波，可見光的波長的大致范圍是400～700nm.400nm、700nm電磁波輻射的能量子的值各是多少？(結(jié)果均保留3位有效數(shù)字)課堂檢測·素養(yǎng)達標——突出創(chuàng)新性素養(yǎng)達標1.以下宏觀要領(lǐng)中，是“量子化”的有()A．人的身高B．物體的質(zhì)量C．汽車的速度D．大象的頭數(shù)2．光子的能量與其()A．頻率成正比B．波長成正比C．速度成正比D．速度平方成正比3．(多選)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，是因為黑體可以有較強的輻射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)4．對于帶電微粒的輻射或吸收能量時的特點，以下說法不正確的是()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5．40W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)6．如圖所示，經(jīng)測量，人體表面輻射本領(lǐng)的最大值落在波長為940μm處．根據(jù)電磁輻射的理論得出，物體最強輻射的波長與物體的絕對溫度的關(guān)系近似為Tλm＝2.90×10－1m·K.(1)人體表面的溫度是多少？(2)人體輻射的能量子的值是多少？(h＝6.63×10－34J·s)5．能量量子化必備知識·自主學(xué)習(xí)一、1．溫度2．短3．電磁波二、1．整數(shù)倍2．hν3．hν光子三、1．量子化能級2．放出之差3．分立分立思考辨析答案：(1)×(2)×(3)×(4)×(5)√關(guān)鍵能力·合作探究探究點一【例1】【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．【答案】B針對訓(xùn)練1解析：根據(jù)輻射規(guī)律可知，隨著溫度的升高，各種波長的輻射強度都增加；隨著溫度的升高，輻射強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，C正確．答案：C探究點二【例2】【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，A錯誤，B正確；最小能量值ε＝hν，C正確；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】BC【例3】【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，由于能級的分立性，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針對訓(xùn)練2解析：電子繞核運動的軌道半徑是不連續(xù)的，與之對應(yīng)的原子的能量是不連續(xù)的，只能取一系列不連續(xù)的特定值，故C、D正確．答案：CD針對訓(xùn)練3解析：A錯：氫原子的發(fā)射光譜是一些分立的亮線．B、C對：氫原子光譜說明：氫原子只能發(fā)出特定頻率的光，氫原子能級是分立的．D錯：氫原子發(fā)射出的光子能量由前、后兩個能級的能量差決定．答案：BC針對訓(xùn)練4解析：根據(jù)公式ν＝cλ和ε＝hν400nm電磁波輻射的能量子ε1＝hcλ1＝6.63×10－34×3.0×108400×10700nm電磁波輻射的能量子ε2＝hcλ2＝6.63×10－34×3.0×108700×10答案：4.97×10－19J2.84×10－19J課堂檢測·素養(yǎng)達標1．解析：能一份份地選取，且只能取整數(shù)，不能取小數(shù)的量均可以看作量子化，如大象的頭數(shù)，學(xué)生個數(shù)等，故選項D正確．答案：D2．解析：根據(jù)光子的能量的公式：ε＝hν＝hcλ，可知，光子的能量與其頻率成正比，與波長成反比，與速度無關(guān)．故A答案：A3．解析：任何物體在任何溫度下都存在輻射，溫度越高輻射的能量越多，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，有些黑體有較強的輻射，看起來也可以很明亮，B錯誤，C正確；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)，與構(gòu)成黑體的材料、形狀無關(guān)，而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)，D正確．答案：CD4．解析：帶電微粒輻射或吸收能量時是以最小能量值——能量子ε的整數(shù)倍一份一份地輻射或吸收的，是不連續(xù)的．故選項A、B、D正確，C選項錯誤，本題讓選不正確的，故答案為C.答案：