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

PAGE6-能量量子化【學(xué)習(xí)目標(biāo)】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(shè)和愛因斯坦的光子假設(shè)。3．了解原子能級及能級躍遷規(guī)律?！舅季S脈絡(luò)】課前預(yù)習(xí)反饋教材梳理·落實(shí)新知學(xué)問點(diǎn)1熱輻射1．熱輻射的概念：物體具有的與__溫度__有關(guān)的輻射電磁波的方式。2．熱輻射規(guī)律：物體在室溫時(shí)，熱輻射的主要成分是波長__較長__的電磁波，當(dāng)溫度上升時(shí)，熱輻射中波長較__短__的成分越來越強(qiáng)。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(qiáng)度按__波長__的分布只與它的__溫度__有關(guān)。學(xué)問點(diǎn)2能量子1．定義：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。這個(gè)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(gè)常量，稱為普朗克常量。3．普朗克認(rèn)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(gè)個(gè)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(xué)問點(diǎn)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(shí)最穩(wěn)定，原子處于能量較高的狀態(tài)時(shí)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(shí)放出的光子的能量__等于__前后兩個(gè)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(yù)習(xí)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(qiáng)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(rèn)為帶電微粒的能量是量子化的。(√)(5)原子處于最低能級時(shí)最穩(wěn)定。(√)(6)原子發(fā)生能級躍遷時(shí)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(jù)熱輻射規(guī)律可知，人的體溫的凹凸，干脆確定了這個(gè)人輻射的紅外線的頻率和強(qiáng)度。通過監(jiān)測被測者輻射的紅外線的狀況就知道這個(gè)人的體溫。課內(nèi)互動(dòng)探究細(xì)研深究·破疑解難探究熱輻射┃┃情境導(dǎo)入__■有閱歷的煉鋼工人，通過視察煉鋼爐內(nèi)的顏色，就可以估計(jì)出爐內(nèi)的大體溫度，這是依據(jù)什么道理？提示：熱輻射與溫度有關(guān)。┃┃要點(diǎn)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(guān)，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(diǎn)：熱輻射強(qiáng)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(shí)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(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)表面會發(fā)生多次反射和汲取，最終不能從空腔射出，這個(gè)小孔就成了一個(gè)肯定黑體。3．一般物體與黑體的比較熱輻射特點(diǎn)汲取、反射特點(diǎn)一般物體輻射電磁波的狀況與溫度有關(guān)，與材料的種類及表面狀況有關(guān)既汲取，又反射，其實(shí)力與材料的種類及入射光波長等因素有關(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(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)分太陽溫度最高思路引導(dǎo)：在任何溫度下，任何物體都會放射電磁波，其輻射強(qiáng)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(cuò)誤；鐵塊呈現(xiàn)黑色，是由于它的輻射強(qiáng)度的極大值對應(yīng)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(dāng)鐵塊的溫度較高時(shí)鐵塊呈現(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)，故B、C正確；太陽早、晚時(shí)分呈現(xiàn)紅色，而中午時(shí)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(shí)分太陽溫度最高，D錯(cuò)誤。┃┃對點(diǎn)訓(xùn)練__■1．關(guān)于黑體及黑體輻射，下列說法正確的是(B)A．黑體是真實(shí)存在的B．普朗克引入能量子的概念，得出黑體輻射的強(qiáng)度按波長分布的公式，與試驗(yàn)符合得特別好，并由此開創(chuàng)了物理學(xué)的新紀(jì)元C．隨著溫度上升黑體輻射的各波長的強(qiáng)度有些會增加，有些會減弱D．黑體輻射無任何試驗(yàn)依據(jù)解析：黑體并不是真實(shí)存在的，故A錯(cuò)誤；普朗克引入能量子的概念，得出黑體輻射的強(qiáng)度按波長分布的公式，與試驗(yàn)符合得特別好，并由此開創(chuàng)了物理學(xué)的新紀(jì)元，故B正確；隨著溫度的上升，各種波長的輻射強(qiáng)度都有增加，故C錯(cuò)誤；黑體輻射是有試驗(yàn)依據(jù)的，故D錯(cuò)誤。探究能量子和能級┃┃情境導(dǎo)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(shí)例。提示：人的個(gè)數(shù)，自然數(shù)，汽車等。┃┃要點(diǎn)提煉__■1．能量子物體熱輻射所發(fā)出的電磁波是通過內(nèi)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(gè)能量量子，其中ν是諧振子的振動(dòng)頻率，h是一個(gè)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(dāng)電子在不同軌道上運(yùn)動(dòng)時(shí)，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(shí)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(gè)中間狀態(tài)。(3)在宏觀尺度內(nèi)探討物體的運(yùn)動(dòng)時(shí)我們可以認(rèn)為：物體的運(yùn)動(dòng)是連續(xù)的，能量改變是連續(xù)的，不必考慮量子化；在探討微觀粒子時(shí)必需考慮能量量子化。┃┃典例剖析__■典例2(2024·天津市南開中學(xué)高二下學(xué)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(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3.0×108mA．2.3×10－18W B．3.8×10－19WC．7.0×10－10W D．1.2×10－18W思路引導(dǎo)：解決此類題目的關(guān)鍵是嫻熟駕馭ε＝hν和c＝λν及E＝Pt＝nε等關(guān)系式。解析：每秒有6個(gè)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(diǎn)訓(xùn)練__■2．(多選)對于帶電微粒輻射和汲取能量時(shí)的特點(diǎn)，以下說法正確的是(ABD)A．以某一個(gè)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(jù)能量子假設(shè)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(cuò)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(guān)鍵點(diǎn)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(zhuǎn)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(xué)高二春季開學(xué)試題)關(guān)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