第13章 5.能量量子化-【赢在微点】轻松课堂2023-2024学年新教材高中物理必修 第三册（人教版）

5.能量量子化 1.了解什么是热辐射及热辐射的特性，了解黑体与黑体辐射。 2.知道普朗克提出的能量子假说，了解光子的概念。 3.了解能级、跃迁、能量量子化的概念。 　　 红外热成像仪是利用红外热成像技术,探测目标物体的红外辐射,并通过光电转换、信号处理等手段,将目标物体的温度分布图像转换成视频图像的设备,在建筑行业、电力行业、制造业、环保行业、医疗行业等有着广泛的应用,可实现精准、高效管理。 红外线是成像仪发出的还是目标物体发出的呢? 为什么使用红外线成像? 知|识|梳|理 一、热辐射 1.热辐射。 (1)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，所以叫作热辐射。 (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，这种物体就叫作黑体。 (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、能量子 1.能量子：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，这个不可再分的最小能量值ε叫作能量子。 2.大小：ε=hν，其中ν是电磁波的频率，h是普朗克常量，h=6.626×10-34 J·s(一般h取6.63×10-34 J·s)。  3.爱因斯坦把能量子假设进行了推广，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，叫作光子。 三、能级 1.能级：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.能级跃迁：原子受到高速运动的粒子撞击或光子照射，从低能级向高能级跃迁，吸收能量；原子从高能级向低能级跃迁，放出光子，光子能量等于两个能级之差，所以光子的能量是分立的。 预|习|自|检 1.判断正误(正确的画“√”，错误的画“×”) (1)黑体一定是黑色的物体。(×) (2)能吸收各种电磁波而不反射电磁波的物体叫黑体。(√) (3)温度越高，黑体辐射电磁波的强度越大。(√) (4)微观粒子的能量只能是能量子的整数倍。(√) (5)电子吸收某种频率条件的光子时会从较低的能量态跃迁到较高的能量态。(√) 2.(多选)关于普朗克“能量量子化”的假设，下列说法正确的是(　　) A.认为带电微粒辐射或吸收能量时，是一份一份的 B.认为能量值是连续的 C.认为微观粒子的能量是量子化的、连续的 D.认为微观粒子的能量是分立的 解析　普朗克的理论认为带电微粒辐射或吸收能量时，是一份一份的，微观粒子的能量是量子化的，是分立的，故A、D两项正确。 答案　AD 探究一 热辐射 一般物体与黑体的比较。 黑　体 一般物体 热辐射 特点 辐射电磁波的强度按波长(或频率)的分布只与黑体的温度有关 辐射电磁波的情况与温度、材料的种类及表面状况有关 吸收及 反射特点 完全吸收各种入射电磁波，不反射 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 【例1】　(多选)下列叙述正确的是(　　) A.一切物体都在辐射电磁波 B.一般物体辐射电磁波的情况只与温度有关 C.黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体温度有关 D.黑体能够完全吸收入射的各种波长的电磁波 解析　根据热辐射定义知A项正确；根据热辐射和黑体辐射的特点知，一般物体辐射电磁波的情况除与温度有关外，还与材料、种类和表面状况有关，而黑体辐射只与黑体温度有关，B项错误，C项正确；根据黑体的定义知，D项正确。 答案　ACD 【针对训练1】　黑体辐射电磁波的波长分布的影响因素是(　　) A.温度 B.材料 C.表面状况 D.以上都正确 解析　黑体辐射电磁波的波长分布只与温度有关，A项正确。 答案　A 探究二 能量子　能级 1.物体在发射或接收能量的时候，只能从某一状态“飞跃”地过渡到另一状态，而不可能停留在不符合这些能量的任何一个中间状态。 2.在宏观尺度内研究物体的运动时我们可以认为：物体的运动是连续的，能量变化是连续的，不必考虑量子化；在研究微观粒子时必须考虑能量量子化。 3.能量子的能量ε=hν，其中h是普朗克常量，ν是电磁波的频率。 4.能级：原子的能量是量子化的，且不连续。 5.能级跃迁：原子从一种状态跃迁到另一种状态时，它辐射(或吸收)一定频率的光子，光子的能量由这两种状态的能量差决定，电子如果从一个轨道到另一个轨道，不是以螺旋线的形状改变其半径大小的，而是从一个轨道上“跳跃”到另一个轨道上。 【例2】　人眼对绿光较为敏感，正常人的眼睛接收到波长为530 nm的绿光时，只要每秒钟有6个绿光的光子射入瞳孔，眼睛就能察觉，普朗克常量为6.63×10-34 J·s，光速为3.0×108 m/s，则人眼能察觉到绿光时所接收到的最小功率是(　　) A.2.3×10-18 W B.3.8×10-19 W C.7.0×10-10 W D.1.2×10-18 W 解析　因只要每秒有6个绿光的光子射入瞳孔，眼睛就能察觉，所以察觉到绿光所接收的最小功率P=，式中E=6ε，又ε=hν=h，可解得P= W≈2.3×10-18 W，A项正确。 答案　A c=λν光的频率能量子的能量每秒内发射能量子的总能量能量子的个数，解决此类题目的关键是熟练掌握ε=hν和c=λν及E=Pt=nε等关系式。 【针对训练2】　(多选)对于带电微粒辐射和吸收能量时的特点，以下说法正确的是(　　) A.以某一个最小能量值一份一份地辐射或吸收 B.辐射和吸收的能量是某一最小值的整数倍 C.吸收的能量可以是连续的 D.辐射和吸收的能量是量子化的 解析　带电微粒辐射或吸收能量时是以最小能量值——能量子ε的整数倍或一份一份地辐射或吸收的，是不连续的，故A、B、D三项正确，C项错误。 答案　ABD 1.已知某种单色光的波长为λ，在真空中光速为c，普朗克常量为h，则电磁波辐射的能量子ε的值为(　　) A.h B. C. D.以上均不正确 解析　由波速公式c=λν可得ν=，由光的能量子公式得ε=hν=h，故A项正确。 答案　A 2.近年来军事行动中，士兵都配带“红外夜视仪”，在夜间也能清楚地看清目标，主要是因为(　　) A.“红外夜视仪”发射出强大的红外线，照射被视物体 B.一切物体均在不停地辐射红外线 C.一切高温物体均在不停地辐射红外线 D.“红外夜视仪”发射出射线，被射物体受到激发而发出红外线 解析　一切物体都在不停地向外辐射红外线，不同物体辐射出来的红外线不同，采用“红外夜视仪”可以清楚地分辨出物体的形状、大小和位置，B项正确。 答案　B 3.(多选)关于对普朗克能量子假说的认识，下列说法正确的是(　　) A.振动着的带电微粒的能量只能是某一能量值ε B.带电微粒辐射或吸收的能量只能是某一最小能量值的整数倍 C.能量子与电磁波的频率成正比 D.这一假说与现实世界相矛盾，因而是错误的 解析　由普朗克能量子假说可知带电微粒辐射或吸收的能量只能是某一最小能量值的整数倍，A项错误，B项正确；最小能量值ε=hν，C项正确；能量子假说反映的是微观世界的特征，不同于宏观世界，并不是与现实世界相矛盾，故D项错误。 答案　BC 　　利用红外测温技术对有热变化表面进行扫描测温，确定其温度分布图像，迅速检测出隐藏的温差，这就是红外热像仪，红外热像仪最先应用于军事上，1911年世界上第一台红外扫描侦察系统被研制出来。以后，红外热成像技术在西方国家陆续用于飞机、坦克、军舰和其他武器上，作为侦察目标的热瞄系统，大大提高了搜索、命中目标的能力。福禄克红外测温仪在民用技术上处于领先地位。但是，怎样使红外测温技术得到广泛应用，目前仍然是一个值得研究的应用课题。 【快乐体验】　很多地方用红外热像仪监测人的体温，只要被测者从仪器前走，便可知道他的体温是多少，关于其原理，下列说法正确的是(　　) A.人的体温会影响周围空气温度，仪器通过测量空气温度便可知道人的体温 B.仪器发出的红外线遇人反射，反射情况与被测者的温度有关 C.被测者会辐射红外线，辐射强度以及按波长的分布情况与温度有关，温度高时辐射强且较短波长的成分强 D.被测者会辐射红外线，辐射强度以及按波长的分布情况与温度有关，温度高时辐射强且较长波长的成分强 解析　根据辐射规律可知，随着温度的升高，各种波长的辐射强度都增加，随着温度的升高，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动，人的体温的高低，直接决定了辐射的红外线的强度随波长的分布，通过监测被测者辐射的红外线的情况，就可知道这个人的体温，故C项正确，A、B、D三项错误。 答案　C 学科网（北京）股份有限公司 $$