第6章 第1节 量子论初步（Word教参）-【新课程学案】2025-2026学年高中物理选择性必修第三册（教科版）

本讲义聚焦“量子论初步”核心知识点，从热辐射现象切入，系统梳理黑体及黑体辐射规律（温度升高辐射强度增加、极大值向短波移动），进而引出普朗克能量子假设（E=nhν），构建量子论认知的学习支架。 该资料以任务驱动（如红外测温原理）和典例分析（体温枪黑体辐射规律应用）培养科学思维，结合普朗克事迹渗透科学态度与责任。课中助力教师引导探究，课后通过针对训练和新题目（如紫外线能量计算）帮助学生巩固物理观念，有效查漏补缺。

　第六章　波粒二象性 第1节　量子论初步 [核心素养导学] 物理观念 (1)了解热辐射和黑体辐射。 (2)知道普朗克假设。 科学思维 能够应用普朗克公式进行简单计算。 科学态度与责任 了解量子论的诞生和意义,认识科学理论的发展是无止境的。 一、热辐射　黑体与黑体辐射 1.热辐射:一切物体都在以电磁波的形式向外辐射能量,而且辐射强度随波长如何分布与物体的温度有关。 2.黑体:能够全部吸收外来的电磁波而不发生反射的物体。 3.黑体辐射:黑体向外辐射电磁波的现象。 4.黑体辐射的实验规律(如图所示) (1)随着温度的升高,各种波长的电磁波的辐射能谱密度都有增加。 (2)随着温度的升高,辐射能谱密度的极大值向波长较短的方向移动。 　　　二、量子论的诞生 1.普朗克认为,腔壁是由各种频率振动的带电谐振子组成的,黑体辐射就是谐振子向外辐射的各种电磁波。 2.能量子:谐振子具有的能量是不连续的,只能取一些分立的值,即En=nhν(n=1,2,3,…),最小的一份能量为ε=hν,称为能量子。 3.普朗克常量数值:通常取h=6.63×10-34J·s。 1.科学家约翰·马瑟和乔治·斯穆特由于发现了宇宙微波背景辐射的黑体形式和各向异性而获得诺贝尔物理学奖。他们的出色工作被誉为是宇宙学研究进入精密科学时代的起点。 请对以下说法作出判断: (1)黑体能够完全吸收各种电磁波,但不辐射电磁波。 (×) (2)黑体辐射电磁波的强度按波长分布只与黑体的温度有关。 (√) (3)量子化假说与黑体辐射的实验规律相当符合。 (√) (4)能量子的能量不是任意的,其大小与电磁波的频率成正比。 (√) 2.量子论的诞生,开启了人类认识微观世界的大门,具有划时代的意义。判断下列说法正误: (1)微观粒子的能量只能是能量子的整数倍。 (√) (2)微观粒子辐射和吸收的能量是连续的。 (×) (3)物体的能量都是量子化的。 (×) 新知学习(一)|黑体与黑体辐射 [任务驱动] 　　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过,便可获取他的体温。你知道其中的道理吗? 　　提示:根据热辐射规律可知,人的体温的高低,直接决定了人辐射的红外线的频率和强度。因此通过监测被测者辐射的红外线的情况就知道这个人的体温。 [重点释解] 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,最终不能从小孔射出,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 项目 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的波长等因素有关 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,黑体辐射能谱密度随波长的分布有一个极大值。 (2)随着温度的升高 ①各种波长的辐射能谱密度都有增加; ②辐射能谱密度的极大值向波长较短的方向移动。 [典例体验] [典例]　体温检测所用体温枪的工作原理就是黑体辐射定律。黑体辐射的实验规律如图所示,由图可知下列描述正确的是 (　 ) A.随着温度升高,各种波长的辐射能谱密度都有增加 B.随着温度降低,可能部分波长的辐射能谱密度会减小 C.随着温度升高,辐射能谱密度的极大值向频率较小的方向移动 D.随着温度降低,辐射能谱密度的极大值向波长较短的方向移动 [解析]　黑体辐射能谱密度与温度有关,温度越高,黑体辐射能谱密度越大,A正确;由题图可知,随着温度的降低,各种波长的辐射能谱密度都减小,B错误;随着温度的升高,黑体辐射能谱密度的极大值向波长较短的方向移动,即向频率较大的方向移动,反之,随着温度的降低,黑体辐射能谱密度的极大值向波长较长的方向移动,C、D错误。 [答案]　A /方法技巧/ 黑体辐射能谱密度与波长关系图像的特点 　　(1)随着温度的升高,各种波长的辐射能谱密度都有增加。 (2)随着温度的升高,辐射能谱密度的极大值向波长较短的方向移动。 [针对训练] 1.关于黑体辐射,下列说法正确的是 (　 ) A.一切物体只有在吸收电磁波的同时才会辐射电磁波 B.黑体在不断地辐射电磁波,且温度越高最强辐射波的波长越长 C.黑体对于外界过来的电磁波只吸收而不反射,因此肉眼看不到黑体 D.黑体辐射电磁波的能量是不连续的,而是某个能量值的整数倍 解析:选D　自然界的任何物体都向外辐射红外线,温度越高,辐射电磁波的本领越强,故A错误;黑体在不断地辐射电磁波,且温度越高最强辐射波的波长越短,故B错误;黑体对于外界过来的电磁波只吸收而不反射,但黑体辐射光,所以肉眼能看到黑体,故C错误;根据量子化的理论,黑体辐射电磁波的能量是不连续的,只能是某一最小能量值的整数倍,故D正确。 2.在自然界生态系统中,蛇与老鼠等生物通过营养关系构成食物链,在维持生态平衡方面发挥着重要作用。蛇是老鼠的天敌,它通过接收热辐射来发现老鼠的存在。假设老鼠的体温约为37 ℃,它发出的最强的热辐射的波长为λmax,根据热辐射的理论,λmax与辐射源的绝对温度T的关系近似为λmaxT=2.90×10-3 m·K,已知T=t+273 K,则老鼠发出的最强的热辐射的波长为 (　 ) A.7.8×10-5 m　　　　　　 B.9.4×10-6 m C.1.16×10-4 m D.9.7×10-8m 解析:选B　老鼠的体温为37 ℃,热力学温度T=310 K,据λmaxT=2.90×10-3 m·K,可得λmax= m≈9.4×10-6 m,故B项正确。 新知学习(二)|能量子公式和计算 [任务驱动] 　　中国量子科学实验卫星“墨子号”,率先成功实现“千公里级”的星地双向量子纠缠分发,打破了此前国际上保持多年的“百公里级”纪录。那么,量子是谁最早提出来的呢? 提示:普朗克。 [重点释解] 1.普朗克研究黑体辐射,提出了能量子的假设。 2.普朗克设想黑体的能量是某一最小能量hν的整数倍,即En=nhν(n=1,2,3,…)。 3.能量子的能量ε=hν,微观世界中能量不能连续变化,这种现象叫作能量的量子化。 [典例体验] 　　[典例]　能引起人的眼睛视觉效应的最小能量为10-18 J,已知可见光的平均波长为0.6 μm,普朗克常量h=6.63×10-34 J·s,恰能引起人眼的感觉,进入人眼的光子数至少为 (　 ) A.1个 B.3个 C.30个 D.300个 [解析]　每个光子的能量为E0=h,能引起人的眼睛视觉效应的最小能量E为10-18 J,由E=nE0得能引起人眼的感觉,进入人眼的光子数至少为n=== 个=3个。故选B。 [答案]　B [针对训练] 1.(多选)研究弹簧振子的能量与振动原子的能量,下列说法正确的是 (　 ) A.弹簧振子的能量是连续的 B.弹簧振子的能量是量子化的 C.原子的能量是连续的 D.原子的能量是量子化的 解析:选AD　宏观世界的能量是连续的,微观粒子的能量是量子化的,故A、D正确。 2.计算波长为0.122 μm的紫外线的能量子的能量值。 解析:根据ν=和E=hν,E=h=6.63×10-34× J≈1.63×10-18 J。 答案:1.63×10-18 J 　　　　　　　　　　　　　　　　 一、好素材分享——看其他教材如何落实核心素养 ◉物理观念——能量子 1.(选自人教版教材课后练习)可见光波长的大致范围是400~760 nm。400 nm、760 nm电磁辐射的能量子ε的值是多少? 解析:根据ε=hν,ν=,可得ε=h 400 nm电磁辐射的能量子ε1=h=6.63×10-34× J≈4.97×10-19 J 760 nm电磁辐射的能量子ε2=h=6.63×10-34× J≈2.62×10-19 J。 答案:4.97×10-19 J　2.62×10-19 J ◉科学态度与责任——普朗克 2.(选自人教版教材科学漫步节选)普朗克1858年生于德国基尔。他在慕尼黑大学学习时选择物理作为学习的专业。当时一位物理学教授对他说,物理学中重要的事情都已经被别人发现完了,因此这门学科没有广阔的前景。普朗克没有因此而打退堂鼓。他觉得,自己学习物理,主要是为了了解自然界的基本规律,并不奢望作出重要的新发现。后来,他曾讲道:“外部世界是某种独立于人的东西,是某种绝对的东西,探索适用于这一绝对本体的定律,在我看来是一生最崇高的追求。” 普朗克在物理学方面最重要的成就,毫无疑问就是他在1900年创立的黑体辐射理论。在此之前,他已经在黑体辐射问题方面进行了6年左右的研究,并历经曲折。普朗克1900年的划时代突破,正是建立在他从大学时代开始多年的严格专业训练和辛勤研究的基础之上的。 普朗克曾努力把自己提出的能量子假说纳入已有的经典物理学的框架,但后来物理学的发展表明,能量量子化和经典物理并不相容,它是原子、分子等微观系统所遵循的独有的物理规律——量子规律的体现。普朗克的发现,正是人们在认识这一全新规律的道路上迈出的第一步。 回顾普朗克的一生,不难看出,正是他中学毕业时遵从自己的好奇心和兴趣而作出的专业选择,成就了他后来事业上的辉煌。1918年,在普朗克60岁生日的庆祝会上,爱因斯坦发表了题为《探索的动机》的著名演讲。他认为,科学工作者大体可以分为三类:第一类人从事科研是为了挑战自己的智力;第二类是出于纯粹的功利目的;而第三类则是为了探寻自然界的客观规律。第三类科学工作者“把世界体系及其构成作为感情生活的支点,以便由此找到他在个人经验的狭小范围内所不能找到的宁静和安定”。在爱因斯坦看来,虽然前两类人中包含很多成果卓著的科学家,但第三类才是科学家队伍中的中坚和灵魂,离开了他们,科学的殿堂就无法存在。普朗克就属于这一类科学家。 二、新题目精选——品立意深处所蕴含的核心价值 1.红外线测温仪不同于接触式测温仪,便捷、精确、安全是使用红外线测温仪最重要的优点。下列有关说法中正确的是 (　 ) A.测温仪应用的是红外线温度传感器 B.玻尔提出“热辐射是一份一份的,不连续的” C.测温仪利用了爱因斯坦提出的黑体辐射理论 D.红外线遥感器是利用了红外线的热效应,红外线的波长比紫外线的波长短 解析:选A　红外线测温仪应用的是红外线温度传感器,故A项正确;普朗克提出“热辐射是一份一份的,不连续的”,故B项错误;普朗克提出了黑体辐射理论,故C项错误;红外线遥感器是利用了红外线波长较长容易发生衍射的特点,红外线的波长比紫外线的波长长,故D项错误。 2.一点光源以113 W的功率向周围所有方向均匀地辐射波长约为6×10- 7 m的光,在离点光源距离为R处每秒垂直通过每平方米的光子数为3×1014个。普朗克常量为h=6.63×10-34J·s。R约为 (　 ) A.1×102 m　　　　　 B.3×102 m C.6×102 m D.9×102 m 解析:选B　一个光子的能量为E=hν,ν为光的频率,光的波长与频率关系为c=λν。光源每秒发出的光子的个数为n==,P为光源的功率,光子以球面波的形式传播,那么以光源为原点的球面上的光子数相同,距光源的距离为R处每秒垂直通过每平方米的光子数为3 × 1014个,那么此处的球面的表面积为S=4πR2,则=3×1014,联立以上各式解得R≈3×102 m。 学科网（北京）股份有限公司 $