2024-2025學年新教材高中物理第六章電磁現(xiàn)象與電磁波第五節(jié)量子化現(xiàn)象教案粵教版必修3

PAGE6-第五節(jié)量子化現(xiàn)象核心素養(yǎng)點擊物理觀念(1)知道熱輻射、黑體輻射的概念，知道光是一種電磁波。(2)了解普朗克的能量子假說和愛因斯坦的光子假說。(3)了解原子能級及能級躍遷理論?？茖W看法與責任通過對本節(jié)的學習，能體會到人類對自然界的相識是不斷發(fā)展的；相識到物理探討是一種對自然現(xiàn)象進行抽象的創(chuàng)建性工作。eq\a\vs4\al(一、光是一種電磁波能量子假說)填一填(1)光是一種電磁波光與電磁波的物理本質(zhì)是一樣的，光是一種電磁波，它通過電場和磁場的相互激發(fā)可以在真空中傳播。物理學家赫茲用試驗證明白電磁波的存在，并且證明白電磁波和光一樣具有反射、折射、干涉和衍射等性質(zhì)。(2)能量子能量的放射和汲取不是連續(xù)的，只能是一份一份的進行。這個不行再分的最小能量值ε叫作能量子。(3)能量子公式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。試驗測得h＝6.63×10－34J·s。eq\a\vs4\al(二、光子假說光的波粒二象性)填一填(1)光電效應定義光照耀在金屬上時，有時會有電子從金屬表面逸出的現(xiàn)象。(2)光電子光電效應中逸出來的電子被稱為光電子。(3)光電效應的試驗規(guī)律用不同頻率的光去照耀陰極時，發(fā)覺光的頻率越高，光電子動能越大，頻率低于某一數(shù)值時，不論光的強度多大，都不能產(chǎn)生光電子。(4)愛因斯坦的光子說①內(nèi)容：光不僅在放射和汲取時能量是一份一份的，而且光本身就是由一個個不行分割的光量子組成的，這些光量子稱為光子。②光子能量：公式為ε＝hν，其中ν指光的頻率。③說明：光照耀到金屬表面上時，能量為hν的光子被電子所汲取，電子把這些能量中的一部分用來脫離金屬表面，另一部分是電子離開金屬表面時的動能。假如光子的能量大于電子脫離金屬表面所需的能量，則電子脫離金屬表面產(chǎn)生光電子，且光的強度越大，光子的數(shù)量越多，則產(chǎn)生的光電子也越多。否則，無論光的強度多大，都無法產(chǎn)生光電子。(5)光的波粒二象性①光既具有波動性，又具有粒子性的性質(zhì)稱為光的波粒二象性。②概率波：概率大的地方落下的光子多，形成亮紋；概率小的地方落下的光子少，形成暗紋。eq\a\vs4\al(三、原子結構的玻爾理論)1．填一填(1)玻爾原子理論的基本假設：電子軌道半徑是量子化的，電子只能在某些特定的軌道上運動；電子在不同軌道上具有不同的能量，這些量子化的能量值稱為能級；只有當電子在不同軌道之間躍遷時，才輻射光子。(2)局限性：勝利的說明白氫原子的穩(wěn)定性和氫原子光譜的分立特征，但是這一理論沒有徹底擺脫經(jīng)典物理學理論的束縛。2．判一判(1)普朗克認為帶電微粒的能量是量子化的。(√)(2)原子處于最低能級時最穩(wěn)定。(√)(3)原子發(fā)生能級躍遷時要放出光子。(×)3．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．heq\f(c,λ)B.eq\f(h,λ)C.eq\f(c,hλ) D．以上均不正確解析：選A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。eq\a\vs4\al(探究一)eq\a\vs4\al(對黑體及黑體輻射的理解)eq\a\vs4\al([問題驅(qū)動])用紅外線熱像儀可以監(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，你能說出這其中的原理嗎？提示：依據(jù)輻射規(guī)律可知，隨著溫度的上升，各種波長的輻射強度都增加；隨著溫度的上升，輻射強度的極大值向波長較短的方向移動。被測者會輻射紅外線，輻射強度以及波長的分布狀況與溫度有關，溫度高時輻射強且較短波長的成分強。人的體溫的凹凸，干脆確定了他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可知道這個人的體溫。[重難釋解]1．對黑體的理解(1)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(nèi)表面會發(fā)生多次反射和汲取，最終不能從空腔射出，這個小孔就成了一個肯定黑體。(2)黑體不肯定是黑的，只有當自身輻射的可見光特別微弱時看上去才是黑的；有些可看作黑體的物體由于有較強的輻射，看起來還會很光明，如煉鋼爐口上的小孔。一些發(fā)光的物體(如太陽、白熾燈燈絲)也被當作黑體來處理。2．一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3．黑體輻射的試驗規(guī)律(1)溫度肯定時，黑體輻射強度隨波長的分布有一個極大值。(2)隨著溫度的上升①各種波長的輻射強度都有增加；②輻射強度的極大值向波長較短的方向移動，如圖所示。[多選]在試驗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，就是黑體的輻射強度與其輻射光波長的關系圖像，則下列說法正確的是()A．T1＞T2B．T1＜T2C．隨著溫度的上升，黑體的輻射強度都有所降低D．隨著溫度的上升，輻射強度的極大值向波長較短方向移動[解析]一般材料的物體輻射能的多少取決于物體的溫度(T)、輻射光的波長、時間的長短和放射的面積，而黑體是指在任何溫度下，能夠完全汲取入射的任何波長的電磁波而不發(fā)生反射，黑體輻射電磁波的強度按波長的分布只與溫度有關。試驗表明，隨著溫度的上升，各種波長的輻射強度都有所增加，輻射強度的極大值向波長較短的方向移動。從題圖中可以看出，λ1＜λ2，T1＞T2，正確選項為A、D。[答案]AD熟識黑體輻射特點是解決問題的關鍵。隨著溫度的上升，各種波長的輻射強度都在增加，當黑體溫度上升時，輻射強度極大值向短波方向移動。[素養(yǎng)訓練]1．下列描繪兩種溫度下黑體輻射強度與波長關系的圖像中，符合黑體輻射試驗規(guī)律的是()解析：選A依據(jù)黑體輻射的試驗規(guī)律：隨著溫度的上升，各種波長的輻射強度都增加，輻射強度的極大值向波長較短的方向移動，可知選項A正確。2．下列敘述錯誤的是()A．一切物體都在輻射電磁波B．一般物體輻射電磁波的狀況只與溫度有關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D．黑體能夠完全汲取入射的各種波長的電磁波解析：選B依據(jù)熱輻射定義知A、D正確；依據(jù)熱輻射和黑體輻射的特點知一般材料的物體輻射電磁波的狀況除與溫度有關外，還與材料種類和表面狀況有關，而黑體輻射只與黑體溫度有關，B錯誤，C正確。3．關于對黑體的相識，下列說法正確的是()A．黑體只汲取電磁波，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外，還與材料的種類及表面狀況有關C．黑體輻射電磁波的強度按波長的分布只與溫度有關，與材料的種類及表面狀況無關D．假如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)多次反射和汲取，最終不能從小孔射出，這個空腔就成了一個黑體解析：選C黑體自身輻射電磁波，不肯定是黑的，故選項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，故選項B錯誤，C正確；小孔只汲取電磁波，不反射電磁波，因此是小孔成了一個黑體，而不是空腔，故選項D錯誤。eq\a\vs4\al(探究二)eq\a\vs4\al(對能量子的理解與計算)[重難釋解]1．每個能量子的能量ε＝hν，其中ν是電磁波的頻率；光子的能量ε＝hν，其中ν是光的頻率。2．能量子觀點與黑體輻射試驗的比較普朗克能量子假設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，與試驗符合得很好。3．對能量量子化的理解(1)物體在放射或接收能量的時候，只能從某一狀態(tài)“飛躍”到另一狀態(tài)，而不行能停留在不符合這些能量的任何一個中間狀態(tài)。(2)在宏觀尺度內(nèi)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。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[解析]因每秒有6個綠光的光子射入瞳孔，眼睛就能察覺，所以察覺到綠光所接收的最小功率P＝eq\f(E,t)，式中E＝6ε，t＝1s，又ε＝hν＝heq\f(c,λ)，可解得P＝eq\f(6×6.63×10－34×3×108,530×10－9×1)W≈2.3×10－18W。[答案]A解有關能量子問題的技巧(1)嫻熟駕馭能量子的計算公式：ε＝hν＝eq\f(hc,λ)。(2)把握宏觀能量E＝Pt與微觀能量子的關系：E＝nε。(3)正確建立模型。[素養(yǎng)訓練]1．[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．學生的個數(shù)解析：選AD所謂“量子化”應當是不連續(xù)的，是一份一份的，故選A、D。2．[多選]關于對普朗克能量子假說的相識，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．帶電微粒輻射或汲取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)實世界相沖突，因而是錯誤的解析：選BC普朗克能量子假說認為，能量存在某一個最小值，帶電微粒輻射或汲取的能量只能是這個最小能量值的整數(shù)倍，故A錯誤，B正確；能量子與電磁波的頻率成正比，故C正確；能量子