1.导学案 第十三章 电磁感应与电磁波初步 5.能量量子化（配套word）-【满分思维】2025-2026学年高中物理必修第三册（人教版）教师用书

该高中物理导学案围绕“能量量子化”展开，核心知识点包括热辐射、黑体、能量子及原子能级结构。通过“情境引领”环节以人眼对绿光敏感的实例导入，引导学生从宏观热辐射现象过渡到微观能量量子化特征，搭建从经典物理到量子物理的学习支架。 资料设计“辨析明理”“典例精研”“思维升华”等环节，通过判断正误、实例分析及对比表格帮助学生构建能量观念，结合“情境实践”联系半导体、量子通信等技术应用，培养科学思维与科学探究能力，提升学生对量子化概念的理解及解决实际问题的能力。

5.能量量子化 学习目标 学后评价 1.了解热辐射和黑体的概念。 优秀□　　良好□ 2.初步了解微观世界的量子化特征,知道普朗克常量。 优秀□　　良好□ 3.了解原子的能级结构。 优秀□　　良好□ 学习任务一　热辐射 【新知导学】 1.热辐射 (1)定义:我们周围的一切物体都在辐射电磁波。这种辐射与物体的温度有关,所以叫作热辐射。 (2)特点:当温度升高时,热辐射中波长较短的电磁波的成分越来越强。 2.黑体 (1)定义: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。 (2)特点 ①黑体不反射电磁波,但可以向外辐射电磁波。 ②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。 【辨析明理】 判断下列说法的正误 (1)黑体实际上是不存在的。 (　　) (2)黑体的颜色一定是黑的。 (　　) (3)黑体辐射强度按波长的分布主要与温度有关。 (　　) (4)在一定温度下,不同物体所辐射的光谱的成分有显著不同。 (　　) 提示:(1)√　(2)×　(3)×　(4)√ 【典例精研】 [典例1]很多地方用红外线热像仪监测人的体温,只要被测者从仪器前走过,便可知道他的体温,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】选C。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,波长较短的成分越来越强,人的体温的高低,直接决定了辐射的红外线的频率和强度,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,故选C。 【对点训练】 (多选)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与材料的种类及表面状况无关 C.黑体是一种理想模型 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 【解析】选B、C。黑体能完全地吸收入射到其表面的电磁辐射,并且不会有任何的反射与透射,这样的物体称为黑体,但不一定黑色的,A错误;黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与温度有关,与材料种类及表面状况无关,B正确,黑体实际上是不存在的,只是一种理想情况,C正确;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,最终不能从空腔射出,就相当于吸收了所有电磁波,因此小孔成了一个黑体,故D错误。 【思维升华】 一般物体和黑体的热辐射、反射、吸收的特点 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 学习任务二　能量子、能级 【情境引领】 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,只要所接收到的功率不低于2.3×10-18 W,眼睛就能察觉。 问题1.爱因斯坦从普朗克的能量子说中得到了启发,对于光的认识他提出了什么新的观点? 提示:爱因斯坦从普朗克的能量子说中得到了启发,他提出:光本身就是一个个不可分割的能量子,后来被叫作光子,其能量为:ε=hν。 问题2.已知普朗克常量为6.63×10-34 J·s,光速为3×108 m/s,人眼能察觉到绿光时,每秒至少接收到多少个绿光光子数? 提示:绿光光子能量ε=hν=3.8×10-19 J。 P=2.3×10-18 W,每秒钟最少有n==6个绿光的光子射入瞳孔。 【新知导学】 1.能量子 (1)概念 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叫能量子。 (2)大小 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。 (3)能量量子化 在微观世界中能量不能连续变化,只能取分立值,这种现象叫作能量的量子化。量子化的基本特征就是在某一范围内取值是不连续的。 (4)爱因斯坦光子说 光是由一个个不可分割的能量子组成,能量大小为hν,光的能量子称为光子。 2.能级 (1)概念 原子的能量是量子化的,这些量子化的能量值叫作能级。 (2)能级之间的跃迁 处于低能级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,处于高能级的原子是不稳定的,会自发地向能量较低的能级跃迁,放出光子,光子的能量等于前后两个能级之差。 3.原子的发射光谱 (1)光谱特征 如图所示是氦原子的光谱,原子的发射光谱只有一些分立的亮线。 (2)光谱分立的原因 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,因为原子的能级是分立的,所以放出的光子的能量也是分立的。 【辨析明理】 判断下列说法的正误 (1)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)微观粒子的能量只能是能量子的整数倍。 (　　) (3)量子化的基本特征就是在某一范围内取值是不连续的。 (　　) (4)原子的能量越高越稳定。 (　　) 提示:(1)√　(2)√　(3)√　(4)× 【典例精研】 角度1　能量子和能量量子化的理解 [典例2]关于对能量子的认识,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反比 D.这一假说与现实世界相矛盾,因而是错误的 【解析】选B。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错误,B正确;最小能量值ε=hν,ε与ν成正比,C错误;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,D错误。 【对点训练】 下列关于能量量子化的说法正确的是 (　　) A.爱因斯坦最早提出了能量量子化假说 B.普朗克认为微观粒子能量是连续的 C.频率为ν的光的能量子为hv D.电磁波波长越长,其能量子越大 【解析】选C。能量子假说是由普朗克最早提出来的,A错误;根据普朗克能量量子化假说,微观粒子能量不连续,B错误;能量子的能量ε=hν=h,所以电磁波波长越长,其能量子越小,C正确,D错误。 角度2　能级的理解 [典例3](多选)下列说法中正确的是 (　　) A.原子处于能级最低的状态时,最稳定 B.原子由高能级向低能级跃迁时,吸收光子 C.能量量子化成功解释了原子光谱的分立特征 D.原子能吸收任意能量值的光子向高能级跃迁 【解析】选A、C。原子在不同的状态中具有不同的能量,处于能量最低的状态时最稳定,A正确;原子由高能级向低能级跃迁时,能量减小,放出光子,B错误;能量量子化成功解释了原子光谱的分立特征,C正确;原子只能吸收等于能级差的光子向高能级跃迁,D错误。 【对点训练】 (多选)关于原子的能级,下列说法正确的是 (　　) A.原子从基态跃迁到激发态要放出光子,放出光子的能量等于前后两个能级的能量差 B.原子不能从低能级向高能级跃迁 C.原子吸收能量后可以从低能级跃迁到高能级 D.原子放出光子,放出的光子的能量恒等于前后两个能级的能量差 【解析】选C、D。原子从基态跃迁到激发态要吸收光子,吸收的光子的能量等于前后两个能级的能量差,A错误;原子吸收能量后可以从低能级跃迁到高能级,B错误,C正确;原子放出光子,放出的光子的能量恒等于前后两个能级的能量差值,D正确。 课堂小结 情境实践 答案:①电磁波　②完全　③辐射　④温度　⑤ε=hν　⑥不连续(分立)　⑦能量子　⑧量子化　⑨放出　⑩之差 能量量子化在现代技术中有着广泛应用。例如,在半导体器件中,由于电子在半导体中的能量是量子化的,形成了不同的能级和能带结构,这是半导体具有独特电学性质的基础,也是晶体管、集成电路等现代电子器件得以发展的关键。又如,量子通信利用光子的量子态进行信息传输和处理,具有高度的安全性和保密性。光子的什么特性保证了信息的量子特性? 课堂检测·自我诊断 1.下列有关黑体和热辐射的说法错误的是 (　　) A.黑体的热辐射实际上是电磁辐射 B.有些物体不会向外辐射电磁波 C.黑体不反射电磁波,但可以向外辐射电磁波 D.黑体的温度升高时可以辐射出任何频率的电磁波(包括可见光和不可见光) 【解析】选B。黑体的热辐射实际上是电磁辐射,A正确;一切物体都在向外辐射电磁波,B错误;黑体不反射电磁波,但可以向外辐射电磁波,C正确;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,随着温度升高,可以辐射出任何频率的电磁波,D正确。 2.下列说法中不是体现量子化的是 (　　) A.普朗克认为微观粒子的能量是分立的 B.教室里上课同学的人数 C.任一带电体的电量都是元电荷的整数倍 D.一个宏观的单摆,小球在摆动过程中,受到摩擦阻力作用,能量不断减小的过程 【解析】选D。普朗克认为微观粒子的能量是分立的,体现了量子化,选项A不符合题意;教室里上课同学的人数,人数体现了量子化,选项B不符合题意;任一带电体的电量都是元电荷的整数倍,体现了量子化,选项C不符合题意;能量不断减小的过程是连续的,不能体现量子化,选项D符合题意。 3.一个氢原子从低能级跃迁到高能级,该氢原子 (　　) A.吸收光子,吸收光子的能量等于两能级之差 B.吸收光子,能量减少 C.放出光子,能量增加 D.放出光子,放出光子的能量等于两能级之差 【解析】选A。氢原子能级越高对应的能量越大,当氢原子从较低能级向较高能级跃迁时,吸收光子,能量增加,吸收光子的能量等于两能级之差,A正确,B、C、D错误。 4.航天员在中国空间站进行太空授课,直播通信使用电磁波的波长范围为λ1≤λ≤λ2,则该电磁波中能量子最大值为 (　　) A.hλ2 B. C. D. 【解析】选C。由电磁波能量子公式ε=hν=h可知,电磁波的波长越小,能量越大,因此该电磁波中能量子最大值为εmax=,A、B、D错误,C正确。 - 8 - 学科网（北京）股份有限公司 $