13.5 能量量子化 导学案-2026-2027学年高二上学期物理人教版必修第三册

该高中物理导学案聚焦能量量子化主题，涵盖热辐射、黑体、能量子及原子能级等核心知识点。通过从宏观热辐射现象切入，结合黑体理想模型过渡到微观能量量子化假说，再延伸至原子能级跃迁规律，构建起从经典物理到量子理论的认知支架。 资料以疑难点解析突破概念理解障碍，通过多选与计算类典例深化能量子公式应用，配套能力自测强化知识迁移。其设计注重物理观念的提炼，如能量量子化与能级的结构化认知，同时通过模型建构（黑体）和科学推理（光子数计算）培养学生科学思维，助力学生从宏观到微观建立量子化认知框架。

第5节 能量量子化 学案 学习目标： 1.知道热辐射和黑体的概念 2.初步了解微观世界的量子化特征，知道普朗克常量. 3.知道原子的能级结构． 知识梳理： 一、热辐射 1.热辐射 (1)定义：周围的一切物体都在辐射电磁波，这种辐射与物体的温度有关，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不同而有所不同。 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，这种物体就叫作黑体。 (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．概念：振动着的带电微粒的能量只能是某一最小能量值的整数倍，这个最小的能量值ε叫能量子． 2．大小：ε＝hν，其中h＝6.63×10－34 J·s. 3．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． 三、能级 1．原子的能量是量子化的，量子化的能量值叫能级． 2．原子从高能态向低能态跃迁时放出光子，光子的能量等于前后两个能级之差． 3．原子的能级是分立的，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． 疑、难点理解： 一、热辐射和黑体辐射 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；有些可看成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． 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 典例1： (多选)下列说法正确的是(　　) A.只有温度高的物体才会有热辐射 B.黑体只是从外界吸收能量，从不向外界辐射能量 C.黑体可以看起来很明亮，是因为黑体可以有较强的辐射 D.一般材料的物体，辐射电磁波的情况除与温度有关外，还与材料的种类和表面情况有关 答案　CD解析　任何物体在任何温度下都存在辐射，温度越高辐射的能力越强，A错误；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叫作黑体，黑体不反射电磁波，但可以向外辐射电磁波，有些黑体有较强的辐射，看起来也可以很明亮，B错误，C正确；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，与构成黑体的材料、形状无关，而一般物体辐射电磁波的情况除与温度有关外，还与材料的种类和表面情况有关，D正确。 二、能量子 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)能量的量子化：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． 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2：(多选)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正比 D.这一假说与现实世界相矛盾，因而是错误的 答案　BC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；最小能量值ε＝hν，C正确；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，故D错误。 典例3：(多选)某光源放出波长在500～600 nm之间的各种光子，若已知该光源的发光功率为1 mW，则它每秒钟发射的光子数可能是(普朗克量h＝6.63× 10－34 J·s)(　　) A.2.0×1015 B.3.0×1015 C.2.6×1015 D.1.5×1015 答案　BC解析　每秒内该光源发光的能量E光源＝Pt＝1×10－3 J，而波长为λ的光子的能量为ε＝hν＝，则每秒钟发射的光子数为n＝＝，代入数值得2.5×1015≤n≤3.0×1015，故B、C正确。 三、能级 1．原子的能量是量子化的，量子化的能量值叫能级． 2．原子从高能态向低能态跃迁时放出光子，光子的能量等于前后两个能级之差． 3．放出的光子的能量是分立的，所以原子的发射光谱是一些分立的亮线． 典例4：(多选)下列说法正确的是(　　) A.原子的能量是连续的，原子的能量从某一能量值变为另一能量值，可以连续 变化 B.原子从低能级向高能级跃迁时放出光子 C.原子从高能级向低能级跃迁时放出光子，且光子的能量等于前后两个能级之差 D.由于能级的存在，原子放出的光子的能量是分立的，所以原子的光谱只有一些分立的亮线 答案　CD解析　原子的能量是量子化的，原子从高能级会自发地向低能级跃迁，向外放出光子。光子的能量hν＝E初－E末，由于能级的分立性，放出的光子的能量也是分立的。 能力自测： 1.关于对热辐射的认识，下列说法中正确的是(　　) 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，物体辐射电磁波的能力越强 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 2.(多选)关于“能量量子化”，下列说法正确的是(　　) A.认为带电微粒辐射或吸收能量时，是一份一份的 B.认为能量值是连续的 C.认为微观粒子的能量是量子化的、连续的 D.认为微观粒子的能量是分立的 3.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子数为(　　) A. B. C. D.λPhc 4.神光“Ⅱ”装置是我国规模最大的高功率固体激光系统，利用它可以获得能量为2 400 J、波长λ＝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？ 参考答案： 1.答案　B解析　一切物体都不停地向外辐射电磁波，且温度越高，辐射电磁波的能力越强，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，故B正确，A、C、D错误。 2.答案　AD解析　普朗克的理论认为带电微粒辐射或吸收能量时，是一份一份的，微观粒子的能量是量子化的，是分立的，故A、D正确，B、C错误。 3.答案　A解析　每个光子的能量ε＝hν＝，每秒钟发射的激光的总能量为P，则n＝＝。 4.答案　4.23×1021(个) 解析　紫外激光的波长已知，由此可求得紫外激光能量子的值，再根据紫外激光发射的总能量为2 400 J，即可求得紫外激光所含光子数。 紫外激光能量子的值为ε＝＝ J＝5.68×10－19 J。则该紫外激光所含光子数n＝＝(个)＝4.23×1021(个)。 学科网（北京）股份有限公司 $