2024-2025學(xué)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(diǎn)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。科學(xué)看法與責(zé)任通過對本節(jié)的學(xué)習(xí)，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(jìn)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(xué)家赫茲用試驗(yàn)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(jìn)行。這個(gè)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(gè)常量，稱為普朗克常量。試驗(yàn)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(yīng)定義光照耀在金屬上時(shí)，有時(shí)會有電子從金屬表面逸出的現(xiàn)象。(2)光電子光電效應(yīng)中逸出來的電子被稱為光電子。(3)光電效應(yīng)的試驗(yàn)規(guī)律用不同頻率的光去照耀陰極時(shí)，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(shí)，不論光的強(qiáng)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(shí)能量是一份一份的，而且光本身就是由一個(gè)個(gè)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(shí)，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(shí)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(qiáng)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(qiáng)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(jié)構(gòu)的玻爾理論)1．填一填(1)玻爾原子理論的基本假設(shè)：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(yùn)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(dāng)電子在不同軌道之間躍遷時(shí)，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(xué)理論的束縛。2．判一判(1)普朗克認(rèn)為帶電微粒的能量是量子化的。(√)(2)原子處于最低能級時(shí)最穩(wěn)定。(√)(3)原子發(fā)生能級躍遷時(shí)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(qiáng)度都增加；隨著溫度的上升，輻射強(qiáng)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(qiáng)度以及波長的分布狀況與溫度有關(guān)，溫度高時(shí)輻射強(qiáng)且較短波長的成分強(qiáng)。人的體溫的凹凸，干脆確定了他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可知道這個(gè)人的體溫。[重難釋解]1．對黑體的理解(1)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。(2)黑體不肯定是黑的，只有當(dāng)自身輻射的可見光特別微弱時(shí)看上去才是黑的；有些可看作黑體的物體由于有較強(qiáng)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(dāng)作黑體來處理。2．一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3．黑體輻射的試驗(yàn)規(guī)律(1)溫度肯定時(shí)，黑體輻射強(qiáng)度隨波長的分布有一個(gè)極大值。(2)隨著溫度的上升①各種波長的輻射強(qiáng)度都有增加；②輻射強(qiáng)度的極大值向波長較短的方向移動，如圖所示。[多選]在試驗(yàn)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(qiáng)度與其輻射光波長的關(guān)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(qiáng)度都有所降低D．隨著溫度的上升，輻射強(qiáng)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(shí)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(qiáng)度按波長的分布只與溫度有關(guān)。試驗(yàn)表明，隨著溫度的上升，各種波長的輻射強(qiáng)度都有所增加，輻射強(qiáng)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(xiàng)為A、D。[答案]AD熟識黑體輻射特點(diǎn)是解決問題的關(guān)鍵。隨著溫度的上升，各種波長的輻射強(qiáng)度都在增加，當(dāng)黑體溫度上升時(shí)，輻射強(qiáng)度極大值向短波方向移動。[素養(yǎng)訓(xùn)練]1．下列描繪兩種溫度下黑體輻射強(qiáng)度與波長關(guān)系的圖像中，符合黑體輻射試驗(yàn)規(guī)律的是()解析：選A依據(jù)黑體輻射的試驗(yàn)規(guī)律：隨著溫度的上升，各種波長的輻射強(qiáng)度都增加，輻射強(qiáng)度的極大值向波長較短的方向移動，可知選項(xiàng)A正確。2．下列敘述錯(cuò)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(guān)C．黑體輻射電磁波的強(qiáng)度按波長的分布只與黑體溫度有關(guān)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(diǎn)知一般材料的物體輻射電磁波的狀況除與溫度有關(guān)外，還與材料種類和表面狀況有關(guān)，而黑體輻射只與黑體溫度有關(guān)，B錯(cuò)誤，C正確。3．關(guān)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(qiáng)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(qiáng)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．假如在一個(gè)空腔壁上開一個(gè)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(gè)空腔就成了一個(gè)黑體解析：選C黑體自身輻射電磁波，不肯定是黑的，故選項(xiàng)A錯(cuò)誤；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)，故選項(xiàng)B錯(cuò)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(gè)黑體，而不是空腔，故選項(xiàng)D錯(cuò)誤。eq\a\vs4\al(探究二)eq\a\vs4\al(對能量子的理解與計(jì)算)[重難釋解]1．每個(gè)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(diǎn)與黑體輻射試驗(yàn)的比較普朗克能量子假設(shè)認(rèn)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(qiáng)度按波長分布的公式，與試驗(yàn)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(shí)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(gè)中間狀態(tài)。(2)在宏觀尺度內(nèi)探討物體的運(yùn)動時(shí)我們可以認(rèn)為：物體的運(yùn)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(shí)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(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[解析]因每秒有6個(gè)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(guān)能量子問題的技巧(1)嫻熟駕馭能量子的計(jì)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(guān)系：E＝nε。(3)正確建立模型。[素養(yǎng)訓(xùn)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(xué)生的個(gè)數(shù)解析：選AD所謂“量子化”應(yīng)當(dāng)是不連續(xù)的，是一份一份的，故選A、D。2．[多選]關(guān)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(shí)世界相沖突，因而是錯(cuò)誤的解析：選BC普朗克能量子假說認(rèn)為，能量存在某一個(gè)最小值，帶電微粒輻射或汲取的能量只能是這個(gè)最小能量值的整數(shù)倍，故A錯(cuò)誤，B正確；能量子與電磁波的頻率成正比，故C正確；能量子