第13章 4 第4节 电磁波的发现及应用 第5节 能量量子化（Word教参）-【学霸笔记·同步精讲】2025-2026学年高中物理必修第三册（人教版）

本高中物理讲义聚焦电磁波的发现及应用、能量量子化核心知识点，系统梳理麦克斯韦电磁场理论（变化的电磁场相互激发）、电磁波的预言与证实（麦克斯韦预言、赫兹实验）、电磁波谱及应用，以及黑体辐射、能量子假设（ε=hν）等内容，构建从经典电磁理论到量子化的学习支架。 该资料通过填空、判断、例题解析等多样化形式，助力学生夯实物理观念（电磁场、能量量子化），通过对比电磁波与机械波区别、分析黑体辐射规律培养科学思维，结合激光打标能量计算等实例提升科学探究能力。课中辅助教师高效授课，课后帮助学生回顾知识、查漏补缺。

第4节　电磁波的发现及应用第5节　能量量子化 　 1．知道麦克斯韦电磁场理论及其在物理学发展史上的意义。　2．了解电磁波的基本特点、发现过程及传播规律，知道电磁波与机械波的区别。　3．了解什么是热辐射及热辐射的特性，了解黑体与黑体辐射。初步了解微观世界的量子化特征。　4．根据黑体辐射的实验规律，分析黑体辐射的强度与波长的关系。 5．能根据ε＝hν进行简单计算。 一、电磁场 1．麦克斯韦的观点 (1)变化的磁场产生________。 (2)变化的电场产生________。 2．变化的电场和磁场总是相互联系的，形成一个不可分割的统一的________。 二、电磁波 1．麦克斯韦预言空间存在电磁波并推算出电磁波的速度等于________，提出了光是以波动形式传播的一种电磁振动。 2．________通过实验捕捉到了电磁波，证实了麦克斯韦的电磁场理论。 三、电磁波谱 1．电磁波的波速c与波长λ、频率f的关系：c＝________。 2．电磁波在真空中的速度：c＝________ m/s。 3．电磁波谱的概念：按电磁波的波长或______________大小的顺序把它们排列起来，形成电磁波谱。 4．电磁波谱：________________、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线。电磁波在生产、生活中有广泛的应用。 四、电磁波的能量 1．电磁波具有________，电磁波是一种物质。 2．微波炉加热食物应用了一种电磁波——________，食物中的水分子在微波的作用下热运动加剧，内能增加，温度升高。 3．光是一种电磁波——传播着的电磁场，光具有________。 五、电磁波通信 1．手机接收的互联网信息通过电磁波来传递。 2．电磁波携带的信息既可以有线传播，也可以无线传播。 六、热辐射 1．热辐射：一切物体都在辐射________。 2．热辐射规律：温度越高，热辐射中波长较________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________的物体。 4．黑体辐射：黑体向外辐射电磁波的现象。 七、能量子 1．普朗克的能量子假设：振动着的带电微粒的能量只能是某一最小能量值ε的________，这个不可再分的最小的能量值ε叫作能量子。 2．能量子大小：ε＝________。ν是电磁波的________，h是__________________，h＝6．626 070 15×10－34 J·s。 3．爱因斯坦光子假设：光是由一个个不可分割的能量子组成。这些能量子后来被叫作________，光子的能量ε＝hν。 八、能级 1．定义：原子量子化的能量值。 2．原子处于能量最低的状态时最________，处于较高的能量状态的原子是不稳定的，会自发地向低能级跃迁，放出________。 3．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________。 4．原子光谱的谱线是一些分立的亮线。 判断下列说法是否正确。 (1)变化的电场一定产生变化的磁场。(　　) (2)磁场一定可以产生电场，电场也一定可以产生磁场。(　　) (3)电磁波在真空和介质中传播速度相同。(　　) (4)只有高温物体才能辐射电磁波。(　　) (5)微观粒子的能量只能是能量子的整数倍。(　　) (6)能量子的能量不是任意的，其大小与电磁波的频率成正比。(　　) 提示：(1)×　(2)×　(3)×　(4)×　(5)√　(6)√ [答案自填] 电场　磁场　电磁场　光速　赫兹　λf　3×108　频率　无线电波　能量 微波　能量　电磁波　短　反射　整数倍　hν　频率　普朗克常量　光子　稳定 光子　差 知识点一　电磁波的发现及应用 1．麦克斯韦电磁场理论 (1)电磁场理论的核心之一：变化的磁场产生电场 如图1所示，在变化的磁场中放一个闭合电路，电路里会产生感应电流，其实质是变化的磁场在它周围产生了电场，电路中的自由电荷在电场力作用下做定向运动，形成了感应电流，即使在变化的磁场周围没有闭合电路，也同样可以产生电场。 　　 (2)电磁场理论的核心之二：变化的电场产生磁场 麦克斯韦认为：由电现象和磁现象的相似性和变化的磁场能产生电场的观点猜想，变化的电场就像导线中的电流一样，会在空间产生磁场。如图2所示，根据麦克斯韦电磁场理论可知，在给电容器充电的时候，不仅导体中的电流要产生磁场，而且在电容器两极板间变化着的电场周围也要产生磁场。 2．对麦克斯韦电磁场理论的理解 (1)恒定的电场不产生磁场。 (2)恒定的磁场不产生电场。 (3)均匀变化的磁场在周围空间产生恒定的电场。 (4)均匀变化的电场在周围空间产生恒定的磁场。 (5)周期性变化的电场产生同频率的周期性变化的磁场。 (6)周期性变化的磁场产生同频率的周期性变化的电场。 　(2025·四川成都期末)关于电磁场和电磁波的说法正确的是(　　) A．电场和磁场总是相互联系的，它们统称为电场 B．电磁场由发生的区域向远处的传播形成电磁波 C．在电场周围一定产生磁场，磁场周围一定产生电场 D．电磁波是一种波，声波也是一种波，理论上它们是同种性质的波动 [解析]　变化的电场和变化的磁场相互联系，他们统称为电磁场，A错误；电磁场由发生的区域向远处的传播形成电磁波，B正确；在变化的电场周围一定产生磁场，变化的磁场周围一定产生电场，C错误；电磁波是一种波，声波也是一种波，但声波是机械波，它们是不同种性质的波动，D错误。 [答案]　B 　电磁波包含了X射线、红外线、紫外线、无线电波等，按频率由低到高的排列顺序是(　　) A．无线电波、红外线、紫外线、X射线 B．红外线、无线电波、X射线、紫外线 C．X 射线、红外线、紫外线、无线电波 D．紫外线、无线电波、X射线、红外线 [解析]　电磁波按波长从长到短为：无线电波、红外线、可见光、紫外线、伦琴射线(X射线)、γ射线(伽马射线)，波长越长频率越小，所以按频率从低到高排列与按波长从长到短排列相同。 [答案]　A 　(2025·天津北辰联考)下列关于电磁波的说法正确的是(　　) A．电磁波无法在真空中传播 B．赫兹通过一系列实验，证实了麦克斯韦的电磁场理论 C．只要有电场和磁场，就能产生电磁波 D．电磁波可以携带信息，但是不具有能量 [解析]　电磁波传播不需要介质，所以可以在真空中传播，故A错误；赫兹通过一系列实验，证实了麦克斯韦的电磁场理论，故B正确；周期性变化的电场和磁场，才能产生电磁波，故C错误；电磁波可以携带信息，同时具有能量，故D错误。 [答案]　B 知识点二　能量量子化 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．在微观世界中能量不能连续变化，只能取分立值。量子化的基本特征就是在某一范围内，取值是不连续的。 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。 　下列说法正确的是(　　) ①普朗克提出“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”，从而建立了“能量量子化”观点 ②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，这种物体就被称为“黑体” ③我们周围的一切物体都在辐射电磁波，这种辐射与温度无关 ④爱因斯坦指出：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不可分割的能量子组成的 A．①②　　　　　　 B．①④ C．①②④ D．①②③ [解析]　①普朗克提出“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”，从而建立了“能量量子化”观点，该说法正确；②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，这种物体就被称为“黑体”，该说法正确；③我们周围的一切物体都在辐射电磁波，这种辐射与温度有关，该说法错误；④爱因斯坦指出：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不可分割的能量子组成的，该说法正确。 [答案]　C 　现在市场上常用来激光打标的是355 nm紫外纳秒固体激光器，该激光器单光子能量高，能直接打断某种材料的分子键，使之从材料表面脱离。据此判断，打断该材料分子键需要的能量约为(取普朗克常量h＝6．6×10－34 J·s，真空光速c＝3×108 m/s)(　　) A．10－22 J　　　　　　 B．10－19 J C．10－16 J D．10－13 J [解析]　打断该材料分子键需要的能量为该激光器单光子能量，则该激光的光子能量ε＝hν＝，解得ε≈5．6×10－19 J。 [答案]　B 1．(麦克斯韦电磁场理论)(多选)(2025·浙江温州期中)关于电磁波，下列说法正确的是(　　) A．麦克斯韦首先预言了电磁波的存在，赫兹最先用实验证实了电磁波的存在 B．周期性变化的电场和磁场可以相互“激发”，形成电磁波 C．在真空中，频率越高的电磁波传播速度越大 D．利用电磁波传递信号可以实现无线通信，但电磁波不能通过电缆、光缆传输 解析：选AB。麦克斯韦预言了电磁波的存在，赫兹第一次用实验证实了电磁波的存在，故A正确；根据麦克斯韦的电磁场理论可知，非均匀周期性变化的电场产生非均匀周期性变化的磁场，非均匀周期性变化的磁场产生非均匀周期性变化的电场，电场和磁场可以相互激发，形成电磁波，故B正确；在真空中，所有电磁波传播速度相同，为光速，故C错误；电磁波可以通过电缆、光缆进行有线传输，也可以实现无线传输，故D错误。 2．(电磁波谱和电磁波的应用)我国研制的055新型防空驱逐舰采用“双波段(X波段和S波段)”雷达系统，雷达发射的X波段的频率为8 GHz～12 GHz，S波段的频率为2 GHz～4 GHz，下列说法正确的是(　　) A．在空气中X波段的传播速度大于S波段的 B．在空气中S波段的波长比X波段的更短 C．S波段和X波段的频率都比紫外线的小 D．X波段能量子的能量比S波段能量子的能量小 解析：选C。X波段和S波段均为电磁波，它们在空气中的传播速度相同，故A错误；根据v＝fλ，X波段的频率较大，可知在空气中S波段的波长比X波段的更长，故B错误；S波段和X波段的频率都比紫外线的小，故C正确；能量子的能量与其频率成正比，X波段能量子的能量大于S波段能量子的能量，故D错误。 3．(黑体辐射)(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：选ACD。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；根据黑体定义知，D正确。 4．(对能量子的理解)(多选)对于带电微粒的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：选ABD。带电微粒辐射或吸收能量时是以最小能量值——能量子ε的整数倍一份一份地辐射或吸收的，是不连续的，A、B、D正确，C错误。 学科网（北京）股份有限公司 $