第6章 1 量子论初步-【优化探究】2025-2026学年新教材高中物理选择性必修第三册同步导学案配套PPT课件（教科版）

1　量子论初步 第六章　波粒二象性 [学习目标]　1.了解黑体和黑体辐射的概念,了解黑体辐射的实验规律(重点)。2.了解能量子的概念。 课时作业 巩固提升 要点1　热辐射、黑体与黑体辐射 要点2　量子论的诞生 内容索引 要点1　热辐射、黑体与黑体辐射 一 4 梳理 必备知识 自主学习 1.热辐射:一切物体都在以　　　　的形式向外辐射能量,而且辐射强度随波长的分布与物体的　　　　有关,这种辐射称为热辐射。  电磁波 温度 2.黑体与黑体辐射 (1)黑体:如果某种物体能够全部吸收外来的　　　　而不发生反射,这种物体就称为　　　 　,简称黑体。  (2)黑体辐射:加热腔体,黑体表面向外辐射电磁波,这就是黑体辐射。 (3)辐射能谱密度:辐射的电磁波在单位　　　　内、单位　　　　(或单位频率)区间内的电磁波的能量叫作辐射能谱密度,单位是J/(m3·nm)或J/(m3·Hz)。  (4)黑体辐射的能谱密度按波长分布的情况只与黑体的　　　　有关。  电磁波 绝对黑体 体积 波长 温度 [思考与讨论] 黑体实际上是不存在的,只是一种理想情况,但如果做一个闭合的空腔,在空腔表面开一个小孔,小孔就可以模拟一个黑体,如图所示。 (1)为什么小孔能够模拟黑体? (2)黑体能否向外辐射电磁波? 提示:(1)从外面射来的电磁波,经小孔射入空腔,要在腔壁上经过多次反射,在多次反射过程中,外面射来的电磁波几乎全部被腔壁吸收,最终不能从空腔射出。小孔只吸收电磁波,不反射电磁波,所以小孔能够模拟黑体。 (2)黑体能够向外辐射电磁波。 1.对黑体的理解 (1)黑体是一个理想化的物理模型。 (2)黑体看上去不一定是黑的,有些可看成黑体的物体由于自身有较强的辐射,看起来还会很明亮。 归纳 关键能力 合作探究 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、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,如图所示。 [典例1]　下列关于热辐射和黑体辐射的说法正确的是(　　) A.只有一部分物体辐射电磁波 B.一般物体辐射电磁波的强度与温度无关 C.黑体不可以向外辐射电磁波 D.黑体能够完全吸收入射的各种波长的电磁波 D [解析]　一切物体都在辐射电磁波,故A错误;实际物体辐射电磁波的情况与温度、表面情况、材料都有关,黑体辐射电磁波的情况只与温度有关,是理想化模型,故B错误;黑体可以向外辐射电磁波,故C错误;能100%吸收入射到其表面的各种波长的电磁波,这样的物体称为黑体,故D正确。 [针对训练] 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除与温度有关外,还与材料的种类及表面状况有关 C.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 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,这个空腔就成了一个黑体 C 解析:黑体自身辐射电磁波,不一定是黑的,A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,B错误,C正确;小孔只吸收电磁波,不反射电磁波,因此小孔成了一个黑体,而不是空腔,D错误。 2.在实验室或工厂的高温炉子上开一小孔,小孔可看作黑体,由小孔的热辐射特性,就可以确定炉内的温度。如图所示,就是黑体的辐射强度与波长的关系图像,则下列说法正确的是(　　) A.T1<T2 B.在同一温度下,波长越短的电磁波,辐射强度越大 C.随着温度的升高,黑体辐射的强度都有所降低 D.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 D 解析:由题图可知,同一温度下,辐射强度最大的电磁波波长不是最大的,也不是最小的,而是处在最大与最小波长之间,故B错误;由题图可知,随着温度的升高各种波长的辐射强度都有所增加,辐射强度的极大值向波长较短的方向移动,从题图中可以看出λ1<λ2,则T1>T2,故A、C错误,D正确。 二 要点2　量子论的诞生 18 1.能量子 普朗克认为,带电谐振子的能量E只能是某一最小能量值hν的　　　　,这个不可再分的最小能量值hν称为能量子。  2.能量子大小 ε=hν,其中ν是谐振动的频率,h称为　　　　常量,h=6.626×10-34 J·s(一般取h=6.63×10-34 J·s)。  3.能量子的意义 标志着　　　　的诞生。  梳理 必备知识 自主学习 整数倍 普朗克 量子论 [思考与讨论] 为了得出同实验相符的黑体辐射公式,普朗克提出了什么样的观点?微观粒子的能量只能是能量子的整数倍吗?光滑水平桌面上匀速运动的小球的动能也是量子化的吗? 提示:普朗克提出了量子化的观点。量子化是微观世界的基本特点,其所有的变化都是不连续的;微观粒子的能量只能是能量子的整数倍,但宏观能量是连续的,运动的小球的动能不是量子化的。 1.量子化的核心思想是“不连续性变化”。 2.由公式ε=hν可以看出能量子与电磁波的频率成正比。根据c=λν、ν=可知ε=h。 3.在宏观尺度内研究物体的能量变化时,我们可以认为:物体的能量变化是连续的,不必考虑量子化,例如物体的动能、重力势能;研究微观粒子时就必须考虑能量量子化,例如,我们学过的氢原子光谱等。 归纳 关键能力 合作探究 [典例2]　(多选)1900年德国物理学家普朗克在研究黑体辐射时提出了一个大胆的假说,即能量子假说,下列说法属于能量子假说内容的是(　 　) A.物质发射(或吸收)能量时,能量不是连续的,而是一份一份进行的 B.能量子假说中将每一份最小能量值,称为“能量子” C.能量子假说中的能量子的能量ε=hν,ν为带电微粒的振动频率,h为普朗克常量 D.能量子假说认为能量是连续的,是不可分割的 ABC [解析]　能量子假说认为,物体发射(或吸收)能量时,能量不是连续的,而是一份一份进行的,每一份最小能量值,称为“能量子”,能量子的能量ε=hν,ν为带电微粒的振动频率,h为普朗克常量,A、B、C正确。 [典例3]　一盏电灯发光功率为100 W,假设它发出的光向四周均匀辐射,光的平均波长λ=6.0×10-7 m,普朗克常量为6.63×10-34 J·s,光速为3× 108 m/s,在距电灯10 m远处,以电灯为球心的球面上,1 m2的面积每秒通过的光子数约(　　) A.2.4×1017个　　　　　　 B.2.4×1016个 C.2.4×1015个 D.2.4×1023个 A [解析]　光是电磁波,辐射能量也是一份一份地进行的,功率为100 W的电灯每秒产生光能E=100 J,设电灯每秒发射的能量子数为n,E=nhν=nh,在以电灯为球心的半径为10 m的球面上,1 m2的面积每秒通过的能量子数为n'==≈2.4×1017个。 [针对训练] 3.下列关于能量量子化说法正确的是(　　) A.玻尔最早提出了能量量子化假说 B.电磁波波长越长,其能量子越大 C.爱因斯坦认为微观粒子能量是连续的 D.频率为ν的光的能量子为hν D 解析:普朗克提出了能量量子化假说,故A错误;由c=λν知,电磁波波长越长,其频率越小,根据ε=hν可知其能量子越小,故B错误;普朗克提出了微观粒子的能量是量子化的观点,认为微观粒子的能量是不连续的,爱因斯坦根据普朗克的能量子假设提出了光子说,故C错误;频率为ν的光的能量子为hν,故D正确。 4.(2023·浙江1月卷)被誉为“中国天眼”的大口径球面射电望远镜已发现660余颗新脉冲星,领先世界。天眼对距地球为L的天体进行观测,其接收光子的横截面半径为R。若天体射向天眼的辐射光子中,有η(η<1)倍被天眼接收,天眼每秒接收到该天体发出的频率为ν的N个光子。普朗克常量为h,则该天体发射频率为ν光子的功率为(　　) A. B. C. D. A 解析:设天体的发射功率为P,则t时间内该天体向外辐射的光子的总能量为E=Pt,以天体为圆心、L为半径的球面面积为S1=4πL2,则地球上单位面积接收到的光子的能量为E0==,又天眼的接收面积为S2=πR2,所以t时间内天眼接收的光子能量为E'=ηE0S2=,又由题意可知t时间内天眼接收的光子能量也可表达为E'=Nhνt,解得P=,A正确,B、C、D错误。 三 课时作业 巩固提升 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1 [A组　基础巩固练] 1.能正确解释黑体辐射实验规律的是(　　) A.能量的连续经典理论 B.普朗克提出的能量量子化理论 C.以上两种理论体系任何一种都能解释 D.牛顿提出的能量微粒说 B 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1 解析:普朗克提出的能量量子化理论可以正确解释黑体辐射的实验规律,故B正确。 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 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1 AD 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1 解析:普朗克的能量量子化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,故选项A、D正确。 3.普朗克在1900年将“能量子”引入物理学,开创了物理学的新纪元。在下列宏观概念中,具有“量子化”特征的是(　　) A.物体的个数　　　　 B.物体所受的重力 C.物体的动能 D.物体的长度 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1 A 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1 解析:依据普朗克量子化观点,能量是不连续的,是一份一份的变化的,属于“不连续的,一份一份”的概念的是A选项,故A正确,B、C、D错误。 4.太阳光含有红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫七种色光,对这七种色光的认识正确的是(　　) A.紫光的波长最长 B.红光的能量子最强 C.七种色光的能量子均相同 D.紫光的能量子最强 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1 D 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1 解析:由电磁波谱可知,紫光的波长最短,A错误;由ε=hν可知,光的频率越大光子的能量越强,因七种色光中,紫光的频率最大,则紫光的能量子最强,B、C错误,D正确。 5.对黑体辐射电磁波强度按波长的分布影响因素是(　　) A.温度 B.材料 C.表面状况 D.以上都正确 解析:黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的温度有关,A正确。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1 A 6.关于黑体辐射的实验规律,下列叙述正确的是(　　) A.随着温度的升高,各种波长的辐射强度都有增加 B.随着温度的升高,辐射强度的极大值向波长较长的方向移动 C.黑体辐射的强度与波长无关 D.黑体辐射无任何实验规律 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1 A 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1 解析:黑体辐射的强度与温度有关,温度越高,黑体辐射的强度越大,故A正确;随着温度的升高,黑体辐射强度的极大值向波长较短的方向移动,黑体辐射的强度与波长有关,故B,C错误;黑体辐射有一定的实验规律,故D错误。 7.关于黑体辐射的强度与波长的关系,下列图中正确的是(T1<T2)(　　) 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1 B 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1 解析:黑体辐射的强度与温度有关,温度越高,黑体各种波长的辐射强度就越大,且随着温度的升高,黑体辐射强度的极大值向波长较短的方向移动,故B正确,A、C、D错误。 [B组　综合强化练] 8.两束强度相同的色光,都垂直地照射到物体表面,第一束光在某段时间内打在物体上的光子数与第二束光在相同时间内打到物体表面的光子数之比为5∶4,则这两束光的光子能量和波长之比分别为(　　) A.4∶5,4∶5 B.5∶4,4∶5 C.5∶4,5∶4 D.4∶5,5∶4 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1 D 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1 解析:两束强度相同的色光,都垂直地照射到物体表面,在相同时间内打到物体表面的光子数之比为5∶4,根据E=nE0可得光子能量之比为4∶5,再根据E0=hν=h知,光子能量与波长成反比,所以光子波长之比为5∶4,故D正确。 9.“测温枪”(学名“红外线辐射测温仪”)具有响应快、非接触和操作方便等优点。它是根据黑体辐射规律设计出来的,能将接收到的人体热辐射转换成温度显示。若人体温度升高,则人体热辐射强度I及其极大值对应的波长λ的变化情况是(　　) A.I增大,λ增大　　　　 B.I增大,λ减小 C.I减小,λ增大 D.I减小,λ减小 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1 B 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1 解析:若人体温度升高,则人体的热辐射强度I变大,由ε=hν可知对应的频率变大,由c=λν知对应的波长变小,选项B正确。 10.人眼对绿光最为敏感,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 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1 A 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1 解析:因每秒有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=6× W≈2.3×10-18 W。 [C组　培优选做练] 11.某广播电台的发射功率为10 kW,该电台发射的电磁波在空气中的波长为187.5 m。(普朗克常量h=6.63×10-34 J·s) (1)该电台每秒从天线发射多少个能量子? (2)若四面八方发射的光子视为均匀的,求在离天线2.5 km处,直径为2 m的环状天线每秒接收的光子个数以及接收功率。 答案:(1)9.4×1030　(2)3.76×1023　4×10-4 W 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1 解析:(1)每个能量子的能量ε=hν=≈1.06×10-27 J, 则每秒电台发射的能量子数N=≈9.4×1030。 (2)设环状天线每秒接收能量子数为n个,以电台发射天线为球心,则半径为R的球面积S=4πR2 而环状天线的面积S'=πr2 所以n=N=3.76×1023 接收功率P收=P=4×10-4 W。 $$