13.5 能量量子化 课件-2025-2026学年高二上学期物理人教版必修第三册

该高中物理课件聚焦“能量量子化”核心知识点，涵盖黑体辐射、能量子概念及能级跃迁。通过“恒星颜色与温度”问题导入，衔接电磁波初步知识，以定义解析、易错辨析和表格对比为学习支架，帮助学生构建知识脉络。 其亮点在于采用问题驱动与生活类比，如用楼梯类比量子化，结合科学探究（黑体辐射实验脉络）和科学思维（能量连续与量子化对比）。通过典型例题和随堂检测强化理解，助力学生建立微观能量观念，也为教师提供结构化教学资源，提升课堂效率。

第十三章　电磁感应与电磁波初步 5. 能量量子化 学 习 目 标 1.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。(科学探究) 2.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。(科学思维) 3.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。(科学态度与责任) 基础落实·必备知识全过关 一、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　　　　　　 ______有关, 叫热辐射。 任何物体在任何温度下均发生热辐射 2.辐射强度按波长的分布情况随物体的温度而有所不同。 3.除了热辐射外,物体表面还会吸收和反射外界射来的电磁波。常温下我们看到的不发光物体的颜色就是反射光所致。 4.黑体:如果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　　　　。黑体虽然不反射电磁波,但是却可以向外辐射电磁波。黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与它的　　　　有关。 是一个理想化模型  所以 温度 黑体　 温度 【要点提示】 黑体不反射电磁波,但向外辐射电磁波。 二、能量子和能级 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　　　　　。例如,可能是ε或2ε、3ε……这个不可再分的最小能量值ε叫作　　　　　。  2.大小:ε=　　　　,其中ν是电磁波的频率,h称为普朗克常量。  3.能量的量子化:普朗克的假设认为,微观粒子的能量是　　　　　　的,或者说微观粒子的能量是　　　　　　的。  4.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,h是普朗克常量,这些能量子叫　　　　。 整数倍 能量子 hν 量子化 不连续(分立) 光子 5.能级 (1)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____　　　　____的。这些量子化的能量值叫作　　　　。通常情况下,原子处于能量最低的状态,这是最　　　　的。气体放电管中的原子受到高速运动的电子的撞击,有可能跃迁到　　　　的能量状态。这些状态的原子是不稳定的,会自发地向　　　　　　　　的能级跃迁,放出　　　　。  (2)原子由高能态向低能态跃迁时放出光子的能量,等于前 由于原子的能级是分立的,所以放出的光子的能量也是　　　　的,因此原子的发射光谱只有一些　　　　　　　　　。 【要点提示】 能量子不是粒子,是最小能量 。 能级 稳定 较高 能量较低 光子 两个能级之差 后　　　　　　　。 分立 分立的亮线 量子 化 情境链接 如图所示,晴朗的夜空繁星闪烁,有的恒星颜色偏红,有的恒星颜色偏蓝。 对于“红星”和“蓝星”,你能判断出哪种恒星的表面温度更高吗?说出你的理由。 提示:“蓝星”　温度越高的恒星热辐射中波长较短的成分越强,颜色越蓝。 教材拓展 阅读教材第125页“能量子”部分内容,举例说明“连续”和“量子化”的区别。 提示:山坡的高度是连续的,楼梯的高度是量子化的,一个人上楼可以一次上一阶、两阶,但他不可能上一阶半定在那里。 易错辨析 (1)温度较低的物体不能辐射红外线。 (　　) (2)黑体一定是黑色的。 (　　) (3)温度越高,热辐射中波长较长的成分越强。 (　　) 提示:我们周围的一切物体都能辐射红外线。 提示:黑体是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,不一定是黑色的物体。 提示:一切物体都在辐射电磁波,温度越高,热辐射中波长较短的成分越强。 × × × (4)微观粒子的能量变化是跳跃式的。 (　　) (5)能量子与电磁波的频率成正比。 (　　) (6)当原子从能量较高的能级跃迁到能量较低的能级时,会放出任意能量的 光子。 (　　) 提示:当原子从能量较高的能级跃迁到能量较低的能级时,放出光子的能量等于前后两个能级之差。 × √ √ 重难探究·能力素养全提升 探究点一　对黑体和黑体辐射的理解 导学探究 煤烟很接近黑体,其吸收率为99%,即投射到煤烟的辐射能量几乎全部被吸收,把一定量的煤烟置于阳光下照射,它的温度是否一直在上升? 提示:不会,因为随着能量不断吸收,还伴随着能量的辐射,最终将趋于平衡。 知识归纳 1.黑体实际上是不存在的,只是一种理想情况。 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。一些发光的物体(如太阳、灯丝)也有时被看作黑体来处理。 3.黑体同其他物体一样也在辐射电磁波,黑体的辐射规律最为简单,黑体辐射强度只与温度有关。 4.一般物体和黑体的热辐射、反射、吸收的特点。 热辐射不一定需要高温,任何温度都能发生热辐射,只是温度低时辐射弱,温度高时辐射强。在一定温度下,不同物体所辐射的光谱的成分有显著不同。 比较项目 热辐射特点 吸收、反射的特点 一般 物体 辐射电磁波的情况与温度有关,与材料的种类、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的波长等因素有关 黑体 辐射电磁波的强弱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 典例剖析 【例1】某军事演习中,士兵佩戴着“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.红外线属于可见光 B 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,不受白天和夜晚的影响,故B正确。 对点演练 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 ACD 解析:根据热辐射定义知A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,而黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体温度有关,B错误,C正确;根据黑体的定义知D正确。 探究点一　对黑体和黑体辐射的理解 导学探究 普朗克的能量量子化的观点与宏观世界中我们对能量的认识有什么不同? 提示:宏观世界中我们认为能量是连续变化的,普朗克的“能量子”观点则认为能量是一份一份的,每一份是一个最小能量单位,即能量不是连续的。宏观世界中我们认为能量是连续变化的是因为每一个能量子的能量都很小,宏观变化中有大量的能量子,就可以看作连续的。而研究微观粒子时,单个的能量子能量就显示出不连续性。 知识归纳 1.普朗克的能量子概念 (1)能量子:普朗克认为微观世界中带电粒子的能量是不连续的,只能是某一最小能量值的整数倍,当带电粒子辐射或吸收能量时,也只能以这个最小能量值为单位一份一份地吸收或辐射,这样的一份最小能量值ε叫作能量子,ε=hν,其中h叫作普朗克常量,实验测得h=6.63×10-34 J·s,ν为电磁波的频率。 (2)能量量子化: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量子化。 2.爱因斯坦的光子说 光不仅在发射和吸收时能量是一份一份的,而且光本身就是由一个个不可分割的能量子组成的,这些能量子被称为光子。频率为ν的光子的能量为ε=hν。 典例剖析 【例2】光是一种电磁波,可见光的波长的大致范围是400~700 nm,求400 nm、700 nm的电磁辐射的能量子的值是多少? 答案:4.97×10-19 J　2.84×10-19 J 解析:根据公式c=λν和ε=hν 400 nm对应的能量子ε1==6.63×10-34× J=4.97×10-19 J 700 nm对应的能量子ε2==6.63×10-34× J=2.84×10-19 J。 对点演练 2.现代医学采用激光“焊接”视网膜技术来治疗近视,所用激光的波长λ=660 nm。已知普朗克常量h=6.63×10-34 J·s,光在真空中的传播速度c=3×108 m/s,则该激光中每个光子的能量为(　　) A.3.0×10-19 J B.1.6×10-19 J C.1.0×10-19 J D.1.0×10-18 J A 解析:由ε=hν=h,代入数据可得每个光子的能量ε=3.0×10-19 J,A正确。 探究点三　能级、能级跃迁 导学探究 玻尔认为,电子只能在一些半径取分立值的轨道上运动,如氢 原子中电子运动轨道的最小半径是0.53×10-10 m,其他的轨道 半径只能是2.12×10-10 m、4.77×10-10 m等,轨道半径不可能 是介于这些值之间的中间值,经典物理学的观点是怎样的? 提示:根据经典理论,随着不断向外辐射能量,电子的能量减少,电子绕原子核运行的轨道半径连续地减小,于是电子将沿着螺旋线的轨道落入原子核。 知识归纳 1.能级:原子的能量是量子化的,这些量子化的能量值叫作能级。 2.原子处于能量最低的状态是最稳定的。 3.原子获得能量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。 4.原子从高能级向低能级跃迁放出的光子的能量等于前后两个能级之差,原子从低能级跃迁到高能级吸收光子的能量也等于前后两个能级之差。 5.由于原子的能级是分立的,所以放出的光子的能量也是分立的,原子的发射光谱只有一些分立的亮线。 典例剖析 【例3】一个氢原子从高能级跃迁到低能级,该氢原子(　　) A.放出光子,能量增加 B.放出光子,能量减少 C.吸收光子,能量增加 D.吸收光子,能量减少 B 解析:氢原子能级越高对应的能量越大,当氢原子从较高能级向较低能级跃迁时放出光子,能量减少,B正确。 对点演练 3.下列叙述正确的是(　　) A.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 B.原子处于能级最高的状态时是最稳定的 C.气体放电管中的原子受到高速运动的电子的撞击只会跃迁到较低的能量状态 D.原子的发射光谱是一些连续的亮线 A 解析:原子的能量是量子化的,这些量子化的能量值叫作能级,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,A正确;通常情况下,原子处于能级最低的状态,这是最稳定的,B错误;气体放电管中的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,C错误;由于原子的等级是分立的,所以放出的光子的能量也是分立的,因此原子的发射光谱只有一些分立的亮线,D错误。 学以致用·随堂检测全达标 1.(热辐射)关于对热辐射的认识,下列说法正确的是(　　) A.热的物体向外辐射电磁波,冷的物体只吸收电磁波 B.一般温度越高,物体辐射的电磁波越强 C.辐射强度按波长的分布情况只与物体的温度有关,与材料种类及表面状况无关 D.常温下我们看到的物体的颜色就是物体辐射电磁波的颜色 B 解析:一切物体都不停地向外辐射电磁波,且一般温度越高,辐射的电磁波越强,A错误,B正确;选项C是黑体辐射的特性,C错误;常温下看到的物体的颜色是反射光的颜色,D错误。 2.(光子)我国的神光“Ⅱ”装置是国际上为数不多的高功率固体激光系统,利用它可获得能量为2 400 J、波长λ为0.35 μm的紫外激光,已知普朗克常量h=6.63×10-34 J·s,则该紫外激光所含光子数为多少?(保留2位有效数字) 答案:4.2×1021 解析:每个激光光子的能量为ε=h,该紫外激光中所含光子数为N==4.2×1021。 $