第13章 5 能量量子化（配套Word）-【精讲精练】2026-2027学年高中物理必修第三册教师用书（人教版）

本讲义聚焦“能量量子化”核心知识点，系统梳理热辐射、黑体及黑体辐射概念，衔接普朗克能量子假说、爱因斯坦光子说，最终延伸至原子能级及跃迁规律，构建从宏观现象到微观量子化理论的学习支架。 该资料通过空腔小孔黑体模型建构、能量子公式ε=hν科学推理等设计，深化物理观念与科学思维。课中助力教师引导探究，课后练习题结合实例（如绿光光子功率计算），帮助学生查漏补缺，强化知识应用能力。

5　能量量子化 [学业要求与核心素养] 1．知道热辐射、黑体和黑体辐射的概念。 2．知道普朗克提出的能量子假说。了解爱因斯坦的光子说。 3．了解能级的概念。 [对应学生用书P143] 一、热辐射与黑体 1．热辐射 (1)定义：周围的一切物体都在辐射__电磁波__，这种辐射与__物体温度__有关，所以叫热辐射。 (2)特点：热辐射强度按波长的分布情况随物体的__温度__而有所不同。 2．黑体 (1)定义：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__。这种物体就是绝对黑体，简称黑体。 (2)黑体辐射特点：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。 二、能量子 1．定义 普朗克认为，带电微粒辐射或吸收能量时，只能是辐射或吸收某个最小能量值的__整数倍__。这个不可再分的最小能量值ε叫作能量子。 2．大小 ε＝hν，其中ν是__电磁波的频率__，h是__普朗克常量__，数值h＝__6.626×10－34_J·s__(一般h取6.63×10－34 J·s)。 3．光子 爱因斯坦认为光本身就是由一个一个不可分割的__能量子__组成的，频率为ν的光的能量为__hν__。这些能量子被称__光子__。 三、能级 1．能级 在原子系统内，__量子化__的原子的能量值叫作能级。 2．能级跃迁 原子在高能级状态下会自发地放出__光子__，转入较低能级状态，这个过程叫能级跃迁。 3．原子的发射光谱是一些分立的__亮线__。 (1)黑体一定是黑色的物体。(　　) (2)能吸收各种电磁波而不反射电磁波的物体叫黑体。(　　) (3)温度越高，黑体辐射电磁波的强度越大。(　　) (4)能量子的能量不是任意的，其大小与带电微粒的振动频率成正比。(　　) 答案　(1)×　(2)√　(3)√　(4)√ [对应学生用书P144] 探究点一　黑体与黑体辐射 1．对黑体的理解 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，最终不能从空腔射出，这个小孔就成了一个绝对黑体。 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．用经典的电磁理论解释黑体辐射的实验规律时遇到了严重的困难。 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 [解析]　黑体自身辐射电磁波，不一定是黑的，故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，故B错误，C正确；小孔只吸收电磁波，不反射电磁波，因此是小孔成了一个黑体，而不是空腔，故D错误。 [答案]　C 探究点二　能量子 1．普朗克的量子化假设 (1)能量子。 (2)能量子公式：ε＝hν。 (3)能量的量子化。 2．光子 爱因斯坦认为光既然是电磁波，也是不连续的，是一份份的，每一份就是一个光子。 人眼对绿光较为敏感，正常人的眼睛接收到波长为530 nm的绿光时，只要每秒钟有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3×108 m/s，则人眼能察觉到绿光时所接收到的最小功率约是(　　) A．2.3×10－18 W B．3.8×10－19 W C．7.0×10－10 W D．1.2×10－18 W [解析]　察觉到绿光所接收的最小功率P＝，因只要每秒有6个绿光的光子射入瞳孔，眼睛就能察觉，所以式中E＝6ε，又ε＝hν＝h，可解得P＝ W≈2.3×10－18 W。 [答案]　A 解决此类题目的关键是熟练掌握ε＝hν和c＝λν及E＝nε＝Pt等公式。 某装置是高功率固体激光系统，利用它可获得能量为2400 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，光速c＝3.0×108 m/s，则该紫外激光所含光子数为多少个？(结果保留2位有效数字) 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＝＝个≈4.2×1021个。 答案　4.2×1021个 探究点三　能级 1．原子能量是量子化的 (1)能级：量子化的原子的能量值叫作能级。 (2)能级不同，原子的能量状态不同，原子能量最低的状态叫基态，较高的能量状态叫激发态。 (3)能级跃迁 原子从一个能级(设能量为Em)跃迁到另一个能级(设能量为En)时，它辐射(或吸收)一定频率的光子，光子的能量由这两种定态的能量差决定，高能级Em低能级En。 可见，电子如果从一个轨道到另一个轨道，不是以螺旋线的形式改变半径大小的，而是从一个轨道上“跳跃”到另一个轨道上，玻尔将这种现象叫作电子的跃迁。 2．原子发射光谱亮线的不连续性 原子从高能级向低能级跃迁时放出的光子的能量等于前后两个能级之差，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，因此原子的发射光谱只有一些分立的亮线。 (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]　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，故A错误；原子吸收能量后可以从低能级跃迁到高能级，故B错误；原子吸收能量后可以从低能级向高能级跃迁，故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，故D正确。 [答案]　CD [对应学生用书P146] 1．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．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 解析　一切物体都不停地向外辐射电磁波，且温度越高，辐射的电磁波越强，对于一般材料的物体，辐射强度按波长的分布除与物体的温度有关外，还与材料的种类和表面状况有关；常温下看到的物体的颜色是反射光的颜色。 答案　B 2．(多选)关于对普朗克能量子假说的认识，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正比 D．这一假说与现实世界相矛盾，因而是错误的 解析　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；能量子ε＝hν，与电磁波的频率ν成正比，C正确。 答案　BC 3．黑体辐射电磁波的波长分布的影响因素是(　　) 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。 答案　A 4．(多选)下列与宇宙微波背景辐射黑体谱相关的说法正确的是(　　) 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．黑体的热辐射实质上是电磁辐射 D．普朗克在研究黑体的热辐射问题中提出了能量子假说 解析　根据热辐射的定义知，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，而黑体辐射只与黑体的温度有关，B错误；普朗克在研究黑体辐射时最早提出了能量子假说，他认为辐射或吸收的能量是一份一份的，每一份是一个能量子，黑体辐射实质上是电磁辐射，故C、D正确。 答案　ACD 5．某激光器能发射波长为λ的激光，发射功率为P，c表示光速，h为普朗克常量，则激光器每秒发射的光量子数为(　　) A． B． C． D．λPch 解析　一个光子能量ε＝hν＝，每秒发出的光子数为N＝＝。 答案　A 学科网（北京）股份有限公司 $