第13章 第5节 能量量子化（Word教参）-【优化指导】2023-2024学年新教材高中物理必修第三册（人教版2019）

第5节　能量量子化 物理观念 科学思维 科学探究 科学态度与责任 1.了解黑体辐射和能量子的概念。 2．了解能级、跃迁、能量量子化等概念。 　　了解能量子的概念及其提出的过程，领会这一科学概念的创新性突破中蕴含的伟大科学思想。 　　了解黑体辐射及其研究的历史脉络，感悟以实验为基础的科学探究方法。 　　了解宏观物体和微观粒子的能量变化的特点，体会量子理论的建立极大丰富和深化了人们对物质世界的认识。 [对应学生用书P146] 1．判断下列说法的正误。(对的画“√”，错的画“×”) (1)红外线的显著作用是热作用，温度较低的物体不能辐射红外线。(　　×　　) (2)黑体一定是黑色的。(　　×　　) (3)热辐射只能产生于高温物体。(　　×　　) (4)普朗克量子假说认为微观粒子的能量是不连续的。(　　√　　) (5)当原子从能量较高的能态跃迁到能量较低的能态时，会放出任意能量的光子。(　　×　　) 2．(知识拓展)日光灯发光原理 日光灯灯管内部物质：灯管内含有水银蒸汽和少量惰性气体(氩气)，管壁上涂有荧光物质。当灯管内的惰性气体在高压下电离后，在电场力的作用下形成电流，运动的离子与汞原子碰撞，不断地给汞原子能量，使得汞原子从低能态向高能态跃迁。处于高能态的汞原子不稳定，会自发地再从高能态向低能态(或基态)跃迁，并以光子(紫外线)的形式向外辐射能量，光子再与荧光物质撞击，于是管壁上发出了白光。 一、热辐射 2．热辐射规律：温度越高，热辐射中波长较短的成分越强。 3．黑体：能够完全吸收入射的各种波长的电磁波而不发生反射的物体。 4．黑体辐射的规律：黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与它的温度有关。 二、能量子 1．定义：普朗克认为，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，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，这个不可再分的最小能量值ε叫作能量子。 2．能量子大小：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(一般取h＝6.63×10-34 J·s)。 3．能量的量子化：普朗克的假设认为微观粒子的能量是量子化的，或者说微观粒子的能量是不连续(分立)的。爱因斯坦把能量子假设进行了推广，认为电磁场本身就是不连续的，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。这些能量子后来被叫作光子。 三、能级 1．定义：原子量子化的能量值。 2．原子处于能级最低的状态时最稳定，由高能级向低能级跃迁时放出光子。 3．原子从高能态向低能态跃迁时放出的光子的能量，等于两个能级之差。 4．原子光谱的谱线是一些分立的亮线。 [对应学生用书P147] 探究点一___热辐射和黑体辐射 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。 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 【例1】 下列说法正确的是(　　　　　) A．只有温度高的物体才会有热辐射 B．黑体只是从外界吸收能量，从不向外界辐射能量 C．黑体可以看起来很明亮，是因为黑体可以反射电磁波 D．一般材料的物体，辐射电磁波的情况除与温度有关外，还与材料的种类和表面情况有关 D　解析：任何物体在任何温度下都存在辐射，温度越高辐射的能力越强，A错误；能够完全吸收入射的各种波长的电磁波而不发生反射的物体叫作黑体，黑体不反射电磁波，但可以向外辐射电磁波，有些黑体有较强的辐射，看起来也可以很明亮，B、C错误；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，与构成黑体的材料、形状无关，而一般物体辐射电磁波的情况除与温度有关外，还与材料的种类和表面情况有关，D正确。 [练1] 关于对黑体的认识，下列说法正确的是(　　　　　) A．黑体只吸收电磁波，不反射电磁波，看上去是黑的 B．黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与温度有关，与材料的种类及表面状况无关 C．黑体辐射电磁波的强度按波长的分布除与温度有关外，还与材料的种类及表面状况有关 D．如果在一个空腔壁上开一个很小的孔，射入小孔的电磁波在空腔内表面经多次反射和吸收，最终不能从小孔射出，这个