13.5能量量子化-【堂堂清】2023-2024学年高二物理同步易混易错（人教版2019必修第三册）

第十三章 电磁感应与电磁波初步 第五节 能量量子化 [核心素养·明目标] 核心素养 学习目标 物理观念 (1)知道热辐射、了解黑体辐射。 (2)知道能量是量子化的，知道能量子的概念。 (3)知道能级、能级跃迁、原子发射光谱等概念。 科学思维 根据黑体辐射的实验规律，分析黑体辐射的强度与波长的关系。 科学探究 由黑体辐射实验结论与光的电磁理论的矛盾，探究能量子的概念建立的科学过程。 科学态度与责任 (1)根据能量子提出的过程，领会这一科学突破过程中的思想。 (2)初步认识量子力学的建立在科技中的重要作用。 知识点一　热辐射 1.热辐射 (1)定义：我们周围的一切物体都在辐射电磁波，这种辐射与物体的温度有关，所以叫热辐射。 (2)特点：热辐射强度按波长的分布情况随物体的温度而有所不同。 2.黑体 (1)定义：某种物体能够完全吸收入射的各种波长的电磁波而不发生反射，这种物体就是绝对黑体，简称黑体。 (2)黑体辐射特点：黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的温度有关。 二、黑体辐射的实验规律 1.黑体辐射电磁波的强度按波长分布如图所示。 2.黑体辐射的实验规律 (1)温度一定时，黑体辐射强度随波长的分布有一个极大值。 (2)随着温度的升高 ①各种波长的辐射强度都有增加； ②辐射强度的极大值向波长较短的方向移动。 知识点二　能量子 1.普朗克的假设：振动着的带电微粒的能量只能是某一最小能量值ε的整数倍。 2.能量子：这个不可再分的最小能量值ε叫作能量子，当带电微粒辐射或吸收能量时，也是以这个最小能量值为单位一份一份地辐射或吸收的。 3.能量子公式：ε＝hν，其中ν是电磁波的频率，h称为普朗克常量。h＝6.626×10－34 J·s。 4.能量的量子化：在微观世界中能量是量子化的，或者说微观粒子的能量是分立的。 5.光子：光本身就是由一个个不可分割的能量子组成的，频率为ν的光的能量子为hν，这些能量子被叫作光子。 知识点三　能级 1.定义：微观世界中能量取分立值的观念也适用于原子系统，原子的能量是量子化的，这些量子化的能量值叫作能级。 2.特点 (1)能级越低，原子越稳定，原子处于能量最低的状态，是最稳定的。 (2)原子受到高速运动的电子的撞击，有可能跃迁到较高的能量状态。这些状态的原子是不稳定的，会自发地向能量较低的能级跃迁，放出光子。 (3)原子从高能态向低能态跃迁时放出的光子的能量，等于前后两个能级之差，吸收一定大小的光子的能量(等于跃迁前后的两能级之差)时，原子也能跃迁到高能级。 易错易混点1.黑体辐射的规律 易错易混点辨析： 1.对黑体的理解 (1)绝对的黑体实际上是不存在的，但可以用某装置近似地代替。如图所示，如果在一个空腔壁上开一个小孔，那么射入小孔的电磁波在空腔内表面会发生多次反射和吸收，最终不能从空腔射出，这个小孔就成了一个绝对黑体。 (2)黑体不一定是黑的，只有当自身辐射的可见光非常微弱时看上去才是黑的；有些可看作黑体的物体由于有较强的辐射，看起来还会很明亮，如炼钢炉口上的小孔。一些发光的物体(如太阳、白炽灯灯丝)也被当作黑体来处理。 2.一般物体与黑体的比较 热辐射特点 吸收、反射特点 一般 物体 辐射电磁波的情况与温度有关，与材料的种类及表面状况有关 既吸收又反射，其能力与材料的种类及入射波长等因素有关 黑体 辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的温度有关 完全吸收各种入射电磁波，不反射 3.黑体辐射的实验规律 (1)温度一定时，黑体辐射强度随波长的分布有一个极大值。 (2)随着温度的升高 ①各种波长的辐射强度都有增加； ②辐射强度的极大值向波长较短的方向移动。 例1.(多选)下列说法正确的是(　　) A．物体在某一温度下只能辐射某一固定波长的电磁波 B．当铁块呈现黑色时，说明它的温度不太高 C．当铁块的温度较高时会呈现赤红色，说明此时辐射的电磁波中该颜色的光强度最强 D．早、晚时分太阳呈现红色，而中午时分呈现白色，说明中午时分太阳温度最高 解析：物体在某一温度下能辐射不同波长的电磁波，A错误；铁块呈现黑色，是由于它的辐射强度的极大值对应的波长段在红外部分，甚至波长更长，说明它的温度不太高，当铁块的温度较高时铁块呈现赤红色，说明此时辐射的电磁波中该颜色的光强度最强，故B、C正确；太阳早、晚时分呈现红色，而中午时分呈现白色，是大气吸收与反射了部分光的原因，不能说明中午时分太阳温度最高，D错误。 例2.关于黑体及黑体辐射，下列说法正确的是 (　　) A．黑体是真实存在的 B．普朗克引入能量子的概念，得出黑体辐射的强度按波长分布的公式，与实验符合得非常好，并由此开创了物理学的新纪元 C．随着温度升高黑体辐射的各波长的强度有些会增强，有些会减弱 D．黑体辐射无