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

本讲义聚焦高中物理“能量量子化”核心内容，系统梳理热辐射概念及温度对辐射波长的影响，明确黑体完全吸收电磁波的特性，进而阐述普朗克能量子假说（ε=hν）与爱因斯坦光子说，最终落脚于原子能级量子化及跃迁规律，构建从宏观现象到微观本质的学习支架。 该资料以考点分层呈现知识体系，结合多地月考、期中真题设计典例与变式题（如黑体辐射强度与波长关系分析、能量子概念辨析），助力学生通过科学推理深化物理观念。课中辅助教师引导概念理解，课后学生可借实例巩固知识，有效查漏补缺。

13.5能量量子化 1.理解黑体和热辐射等概念。 2.理解能量子及能级的概念。 考点一　热辐射 1．概念：一切物体都在辐射电磁波，且辐射与物体的温度有关，所以叫热辐射． 2．特点：温度升高时，热辐射中波长较短的成分越来越强． 3．黑体：能够完全吸收入射的各种波长的电磁波而不发生反射． 考点二　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． 考点三 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． 考向1 热辐射和黑体辐射 【典例】（23-24高二下·江苏扬州·月考）关于黑体辐射，下列说法正确的是（　　） A．黑体吸收了绝大部分电磁波 B．黑体辐射规律除与温度有关之外，还与材料及表面状况有关 C．黑体辐射中温度越高，辐射强度极大值向波长较长的方向移动 D．普朗克提出能量子假说完美解释了黑体辐射实验规律 【变式1】（22-23高二下·榆林横山中学·期中）某气体在、两种不同温度下的分子速率分布图像如图甲所示，纵坐标表示各速率区间的分子数占总分子数的百分比，横坐标表示分子的速率；而黑体辐射的实验规律如图乙所示，图乙中画出了、两种不同温度下黑体辐射的强度与波长的关系，下列说法正确的是（　　） A．图甲中>，图乙中> B．图甲中<，图乙中< C．图甲中<，图乙中> D．图甲中>，图乙中< 【变式2】（20-21高二下·苏州大学附属中学·期中）在实验室或工厂的高温炉子上开一小孔，小孔可看作黑体，由小孔的热辐射特性，就可以确定炉内的温度。如图所示，就是黑体的辐射强度与其辐射光波长的关系图像，则下列说法正确的是（　　） A．T1＜T2 B．在同一温度下，波长越短的电磁波辐射强度越大 C．随着温度的升高，黑体的辐射强度都有所降低 D．随着温度的升高，辐射强度的极大值向波长较短方向移动 考向2 能量子 【典例】（25-26高二上·泰州民兴实验中学·学业水平考试）普朗克在1900年将“能量子”引入物理学，开创了物理学的新纪元。在下列宏观概念中，具有“量子化”特征的是（    ） A．人的个数 B．人的质量 C．物体的动能 D．物体的长度 【变式1】（21-22高二上·震泽中学·月考）下列说法正确的是（　　） A．微观粒子的能量变化是连续的 B．电磁波的波长越长，其能量子的能量越高 C．英国物理学家麦克斯韦第一次用实验证实了电磁波的存在 D．空腔壁上开很小的孔，射入孔的电磁波最终不能从空腔射出，这个带小孔的空腔就成了黑体 【变式2】（23-24高二上·陕西榆林·期末）关于下列四幅图的说法中，正确的是（　　） A．图甲中，赫兹引入了能量子这一概念，首次提出了能量量子化的思想 B．图乙中，环形电流周围的磁场分布情况可用左手定则判断 C．图丙中，当线框向右匀速运动时，线框中的磁通量减小，线框中产生感应电流 D．图丁中，频率越大的电磁波在真空中的传播速度越大 一、单选题 1．（25-26高二上·商洛镇安中学·月考）关于电磁波和能量量子化，下列说法中正确的是（　　） A．普朗克认为微观粒子的能量是连续的 B．电磁波是麦克斯韦预言，而赫兹证实了电磁波 C．麦克斯韦认为均匀变化的电场能激发出变化的磁场，空间将产生电磁波 D．在真空中无线电波、红外线、可见光、紫外线的波长依次变短，速度依次变小 2．（23-24高二上·山东青岛·期末）电磁波传播过程中，电场方向，磁场方向，传播方向三者互相垂直，电磁波是电波和磁波二者的总称，有时可直接简称为电波．关于电磁波，下列说法正确的是（    ） A．麦克斯韦首先从理论上预言了电磁波，并用实验证实了电磁波的存在 B．常用的遥控器通过发出微波来遥控电视机 C．电磁波的波长越长，其能量子的能量越低 D．电磁波在真空和介质中传播速度相同 3．（23-24高二上·河南信阳·期末）下列说法中正确的是（    ） A．赫兹通过实验捕捉到了电磁波，证实了麦克斯韦电磁场理论的正确性 B．只要空间某处的电场或磁场发生变化，就会在其周围产生电磁波 C．楞次发现了电流的磁效应，揭示了磁与电的联系 D．普朗克提出量子化理论，认为光本身是由一个个不可分割的能量子组成的 4．（23-24高二上·浙江湖州·期末）下列说法正确的是（    ） A．奥斯特发现了电磁感应现象 B．法拉第提出了分子电流假说 C．麦克斯韦用实验证实了电磁波的存在 D．普朗克提出了能量子的概念 5．（23-24高二上·湖南常德一中·期末）关于黑体辐射，下列说法正确的是（    ） A．温度太低的物体不会辐射电磁波 B．黑体不会辐射电磁波 C．爱因斯坦通过提出的能量子假说，很好地解释了黑体辐射规律 D．黑体辐射的能量是不连续的，只能是某一最小能量值的整数倍 6．对宇宙微波背景辐射的黑体谱形状的研究被誉为是宇宙学研究进入精密科学时代的起点。关于黑体辐射，下列说法正确的是（　　） A．黑体不会辐射电磁波 B．温度低于0℃的物体不会辐射电磁波 C．黑体辐射的能量是不连续的，只能是某一最小能量值的整数倍 D．爱因斯坦提出的能量子假说，能够很好地解释黑体辐射规律 7．（2025·江苏·学考一模）关于物理学史，下列说法正确的是（　　） A．库仑不仅提出了场的概念，而且直观地描绘了场的清晰图像 B．赫兹通过测量证明在真空中，电磁波具有与光相同的速度 C．麦克斯韦第一次用实验证实了电磁波的存在 D．爱因斯坦首先提出当带电微粒辐射或吸收能量时，是以最小能量值为单位一份份地辐射或吸收的，这个不可再分的最小能量值叫做能量子 8．（2023·长沙一中·模拟）如图是物理兴趣小组的同学在某资料上发现的一幅物理图像，该图像未标明坐标轴代表的物理量。于是同学们对该图像进行了讨论，正确的意见是（　　）    A．该图像可能是某种气体在不同温度时的分子速率分布图像，且图线Ⅱ对应的温度较高 B．该图像可能是黑体在不同温度时的辐射强度随波长变化的图像，且图线Ⅰ对应的温度较高 C．该图像可能是某振动系统在不同驱动力作用下受迫振动的振幅随频率变化的图像，且图线Ⅱ对应的驱动力频率较大 D．该图像可能是不同电源的输出功率随负载电阻变化的图像。且图线Ⅰ对应的电源内阻较大 9．（22-23高二下·鞍山一中·期中）下面是教材中的四幅插图，下列说法正确的是（　　） A．由甲图可知当两个相邻的分子间距离大于r0时，随它们之间的距离增大分子力先变小后增大 B．图乙是封闭在容器中的一定质量的理想气体，若温度升高，其内能一定增大 C．从图丙可看出随着温度升高，辐射强度的极大值向频率较小的方向移动 D．图丁中一只水黾能停在水面上，主要是靠水对水黾的浮力作用 10．（22-23高二下·河北·期中）下列说法正确的是（    ） A．只有高温物体才辐射电磁波 B．微观世界的某些极少数带电微粒的能量变化可以是连续的 C．黑体只是从外界吸收能量，并不向外界辐射能量 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，这个空腔就可以近似为一个黑体 2 学科网（北京）股份有限公司 $ 13.5能量量子化 1.理解黑体和热辐射等概念。 2.理解能量子及能级的概念。 考点一　热辐射 1．概念：一切物体都在辐射电磁波，且辐射与物体的温度有关，所以叫热辐射． 2．特点：温度升高时，热辐射中波长较短的成分越来越强． 3．黑体：能够完全吸收入射的各种波长的电磁波而不发生反射． 考点二　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． 考点三 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． 考向1 热辐射和黑体辐射 【典例】（23-24高二下·江苏扬州·月考）关于黑体辐射，下列说法正确的是（　　） A．黑体吸收了绝大部分电磁波 B．黑体辐射规律除与温度有关之外，还与材料及表面状况有关 C．黑体辐射中温度越高，辐射强度极大值向波长较长的方向移动 D．普朗克提出能量子假说完美解释了黑体辐射实验规律 【答案】D 【详解】A．黑体能够完全吸收入射的各种波长的电磁波而不发生反射，选项A错误； B．根据黑体辐射规律：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，与材料及表面状况无关，故B错误； C．黑体辐射中温度越高，辐射强度极大值向波长较短的方向移动，选项C错误； D．普朗克提出能量子假说完美解释了黑体辐射实验规律，选项D正确。 故选D。 【变式1】（22-23高二下·榆林横山中学·期中）某气体在、两种不同温度下的分子速率分布图像如图甲所示，纵坐标表示各速率区间的分子数占总分子数的百分比，横坐标表示分子的速率；而黑体辐射的实验规律如图乙所示，图乙中画出了、两种不同温度下黑体辐射的强度与波长的关系，下列说法正确的是（　　） A．图甲中>，图乙中> B．图甲中<，图乙中< C．图甲中<，图乙中> D．图甲中>，图乙中< 【答案】C 【详解】由图甲可知，温度为T2的图线中速率大分子占据的比例较大，则说明其对应的平均动能较大，故T2对应的温度较高，故<。由图乙可以看出，随着温度的升高，各种波长的辐射强度都有增加，辐射强度的极大值向波长较短方向移动，所以有>。 故选C。 【变式2】（20-21高二下·苏州大学附属中学·期中）在实验室或工厂的高温炉子上开一小孔，小孔可看作黑体，由小孔的热辐射特性，就可以确定炉内的温度。如图所示，就是黑体的辐射强度与其辐射光波长的关系图像，则下列说法正确的是（　　） A．T1＜T2 B．在同一温度下，波长越短的电磁波辐射强度越大 C．随着温度的升高，黑体的辐射强度都有所降低 D．随着温度的升高，辐射强度的极大值向波长较短方向移动 【答案】D 【详解】A．不同温度的物体向外辐射的电磁波的波长范围是不同的，温度越高向外辐射的能量中，频率小的波越多，所以T1>T2，故A错误； B．由图像可知，同一温度下，辐射强度最大的电磁波波长不是最大的，也不是最小的，而是处在最大与最小波长之间，故B错误； C．由图像可知，黑体的辐射强度随着温度的升高而增大，故C错误； Ｄ．由图可知，随着温度的升高，相同波长的光辐射强度都会增大，同时最大辐射强度向左侧移动，即向波长较短的方向移动，故D正确。 故选D。 考向2 能量子 【典例】（25-26高二上·泰州民兴实验中学·学业水平考试）普朗克在1900年将“能量子”引入物理学，开创了物理学的新纪元。在下列宏观概念中，具有“量子化”特征的是（    ） A．人的个数 B．人的质量 C．物体的动能 D．物体的长度 【答案】A 【详解】在经典物理学中，对体系物理量变化的最小值没有限制，它们可以任意连续变化，如重力、动能、长度等，但在量子力学中，物理量只能以确定的大小一份一份地进行变化，具体有多大要随体系所处的状态而定。这种物理量只能采取某些分离数值的特征叫作量子化。A正确，BCD错误。 故选A。 【变式1】（21-22高二上·震泽中学·月考）下列说法正确的是（　　） A．微观粒子的能量变化是连续的 B．电磁波的波长越长，其能量子的能量越高 C．英国物理学家麦克斯韦第一次用实验证实了电磁波的存在 D．空腔壁上开很小的孔，射入孔的电磁波最终不能从空腔射出，这个带小孔的空腔就成了黑体 【答案】D 【详解】A．微观粒子的能量变化是不连续的，量子化的，故A错误； B．电磁波的波长越长，频率越小，由公式 可得其能量子的能量越低，故B错误； C．英国物理学家赫兹第一次用实验证实了电磁波的存在，故C错误； D．空腔壁上开很小的孔，射入孔的电磁波最终不能从空腔射出，这个带小孔的空腔就成了黑体，故D正确。 故选D。 【变式2】（23-24高二上·陕西榆林·期末）关于下列四幅图的说法中，正确的是（　　） A．图甲中，赫兹引入了能量子这一概念，首次提出了能量量子化的思想 B．图乙中，环形电流周围的磁场分布情况可用左手定则判断 C．图丙中，当线框向右匀速运动时，线框中的磁通量减小，线框中产生感应电流 D．图丁中，频率越大的电磁波在真空中的传播速度越大 【答案】C 【详解】A．图甲中，普朗克引入了能量子这一概念，首次提出了能量量子化的思想，故A错误； B．图乙中，环形电流周围的磁场分布情况可用安培定则判断，左手定则是用来判断安培力和洛伦兹力的，故B错误； C．根据法拉第电磁感应定律可知，图丙中，当线框向右匀速运动时，线框中的磁通量减小，线框中产生感应电流，故C正确； D．图丁中，电磁波在真空中的传播速度相同，都等于光速，与电磁波的频率无关，故D错误。 故选C。 一、单选题 1．（25-26高二上·商洛镇安中学·月考）关于电磁波和能量量子化，下列说法中正确的是（　　） A．普朗克认为微观粒子的能量是连续的 B．电磁波是麦克斯韦预言，而赫兹证实了电磁波 C．麦克斯韦认为均匀变化的电场能激发出变化的磁场，空间将产生电磁波 D．在真空中无线电波、红外线、可见光、紫外线的波长依次变短，速度依次变小 【答案】B 【详解】A．普朗克在1900年提出能量量子化假说，认为微观粒子的能量是离散的（即，其中为普朗克常数），而非连续的，故A错误； B．麦克斯韦于1865年通过方程组预言电磁波的存在，赫兹在1887年通过实验首次证实电磁波，故B正确； C．麦克斯韦方程组表明，均匀变化的电场产生恒定磁场（因变化率恒定），而恒定磁场不会激发电场，因此无法形成传播的电磁波，故C错误； D．在真空中，所有电磁波（包括无线电波、红外线、可见光、紫外线）的传播速度均为光速，速度相同；但波长从无线电波到紫外线依次变短（无线电波波长最长，紫外线波长最短），故D错误。 故选B。 2．（23-24高二上·山东青岛·期末）电磁波传播过程中，电场方向，磁场方向，传播方向三者互相垂直，电磁波是电波和磁波二者的总称，有时可直接简称为电波．关于电磁波，下列说法正确的是（    ） A．麦克斯韦首先从理论上预言了电磁波，并用实验证实了电磁波的存在 B．常用的遥控器通过发出微波来遥控电视机 C．电磁波的波长越长，其能量子的能量越低 D．电磁波在真空和介质中传播速度相同 【答案】C 【详解】A．麦克斯韦首先从理论上预言了电磁波，赫兹用实验证实了电磁波的存在，故Ａ错误； B．遥控器通过发出红外线脉冲信号遥控电视机，因红外线波长较长，容易发生衍射现象，故Ｂ错误； C．电磁波的波长越长，频率越小，根据，则其能量子的能量越低，故Ｃ正确； D．电磁波在真空中的传播速度大于在介质中传播速度，故Ｄ错误。 故选Ｃ。 3．（23-24高二上·河南信阳·期末）下列说法中正确的是（    ） A．赫兹通过实验捕捉到了电磁波，证实了麦克斯韦电磁场理论的正确性 B．只要空间某处的电场或磁场发生变化，就会在其周围产生电磁波 C．楞次发现了电流的磁效应，揭示了磁与电的联系 D．普朗克提出量子化理论，认为光本身是由一个个不可分割的能量子组成的 【答案】A 【详解】A．赫兹通过实验捕捉到了电磁波，证实了麦克斯韦电磁场理论的正确性，选项A正确； B．只有当空间某处的电场或磁场发生周期性变化，才会在其周围产生电磁波，选项B错误； C．奥斯特发现了电流的磁效应，揭示了磁与电的联系，选项C错误； D．普朗克提出量子化理论，爱因斯坦认为光本身是由一个个不可分割的能量子组成的，选项D错误。 故选A。 4．（23-24高二上·浙江湖州·期末）下列说法正确的是（    ） A．奥斯特发现了电磁感应现象 B．法拉第提出了分子电流假说 C．麦克斯韦用实验证实了电磁波的存在 D．普朗克提出了能量子的概念 【答案】D 【详解】A．奥斯特发现了电流的磁效应，选项A错误； B．安培提出了分子电流假说，选项B错误； C．麦克斯韦预言了电磁波，赫兹用实验证实了电磁波的存在，选项C错误； D．普朗克提出了能量子的概念，选项D正确。 故选D。 5．（23-24高二上·湖南常德一中·期末）关于黑体辐射，下列说法正确的是（    ） A．温度太低的物体不会辐射电磁波 B．黑体不会辐射电磁波 C．爱因斯坦通过提出的能量子假说，很好地解释了黑体辐射规律 D．黑体辐射的能量是不连续的，只能是某一最小能量值的整数倍 【答案】D 【详解】AB．理想黑体可以吸收所有照射到它表面的电磁辐射，并将这些辐射转化为热辐射；一切物体都会辐射电磁波，故AB错误； CD．普朗克在研究黑体辐射时最早提出了能量子假说，能够很好地解释黑体辐射规律，他认为黑体辐射的能量是不连续的，只能是某一最小能量值的整数倍，故C错误，D正确。 故选D。 6．对宇宙微波背景辐射的黑体谱形状的研究被誉为是宇宙学研究进入精密科学时代的起点。关于黑体辐射，下列说法正确的是（　　） A．黑体不会辐射电磁波 B．温度低于0℃的物体不会辐射电磁波 C．黑体辐射的能量是不连续的，只能是某一最小能量值的整数倍 D．爱因斯坦提出的能量子假说，能够很好地解释黑体辐射规律 【答案】C 【详解】AB．一切物体都会辐射电磁波，绝对零度的物体才可能没有辐射，温度越高，辐射的电磁波越强，AB错误； CD．普朗克假设黑体辐射中的辐射能量是不连续的，只能取能量基本单位的整数倍，从而很好地解释了黑体辐射的实验现象，C正确，D错误。 故选C。 7．（2025·江苏·学考一模）关于物理学史，下列说法正确的是（　　） A．库仑不仅提出了场的概念，而且直观地描绘了场的清晰图像 B．赫兹通过测量证明在真空中，电磁波具有与光相同的速度 C．麦克斯韦第一次用实验证实了电磁波的存在 D．爱因斯坦首先提出当带电微粒辐射或吸收能量时，是以最小能量值为单位一份份地辐射或吸收的，这个不可再分的最小能量值叫做能量子 【答案】B 【详解】A．法拉第提出了场的概念，不是库仑，故选项A错误； B．赫兹用实验证明了电磁波的存在，且证实了光确实是一种电磁波，具有和光相同的速度。故选项B正确； C．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。故选项C错误； D．普朗克首先提出当带电微粒辐射或吸收能量时，是以最小能量值为单位一份份地辐射或吸收的，这个不可再分的最小能量值叫做能量。故选项D错误。 故选B。 8．（2023·长沙一中·模拟）如图是物理兴趣小组的同学在某资料上发现的一幅物理图像，该图像未标明坐标轴代表的物理量。于是同学们对该图像进行了讨论，正确的意见是（　　）    A．该图像可能是某种气体在不同温度时的分子速率分布图像，且图线Ⅱ对应的温度较高 B．该图像可能是黑体在不同温度时的辐射强度随波长变化的图像，且图线Ⅰ对应的温度较高 C．该图像可能是某振动系统在不同驱动力作用下受迫振动的振幅随频率变化的图像，且图线Ⅱ对应的驱动力频率较大 D．该图像可能是不同电源的输出功率随负载电阻变化的图像。且图线Ⅰ对应的电源内阻较大 【答案】A 【详解】A．如图所示的可能是某种气体在不同温度时的分子速率分布图像，且图线Ⅱ对应的温度较高，故A正确； B．温度升高时，黑体辐射各种波长的辐射强度都增加，不同温度对应的曲线不相交，B错误； C．同一振动系统在不同驱动力作用下的共振曲线峰值对应的频率相同，且不会经过坐标原点，故C错误； D．当负载电阻等于电源内阻时电源的输出功率最大，如果图像是不同电源的输出功率随负载电阻变化的图像，则图线Ⅱ对应的电源内阻较大，故D错误。 故选A。 9．（22-23高二下·鞍山一中·期中）下面是教材中的四幅插图，下列说法正确的是（　　） A．由甲图可知当两个相邻的分子间距离大于r0时，随它们之间的距离增大分子力先变小后增大 B．图乙是封闭在容器中的一定质量的理想气体，若温度升高，其内能一定增大 C．从图丙可看出随着温度升高，辐射强度的极大值向频率较小的方向移动 D．图丁中一只水黾能停在水面上，主要是靠水对水黾的浮力作用 【答案】B 【详解】A．由甲图可知，当两个相邻的分子间距离大于r0时，分子力表现为引力，分子力随它们之间的距离增大先增大后减小，故A错误； B．图乙是封闭在容器中的一定质量的理想气体，若温度升高，其内能一定增大，故B正确； C．从图丙可看出随着温度升高，辐射强度的极大值向波长较小的方向移动，即向频率较大的方向移动，故C错误； D．图丁中一只水黾能停在水面上，主要是因为水的表面张力的原因，故D错误。 故选B。 10．（22-23高二下·河北·期中）下列说法正确的是（    ） A．只有高温物体才辐射电磁波 B．微观世界的某些极少数带电微粒的能量变化可以是连续的 C．黑体只是从外界吸收能量，并不向外界辐射能量 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，这个空腔就可以近似为一个黑体 【答案】D 【详解】A．所有物体都辐射电磁波，A错误； B．微观粒子的能量变化都是量子化的，B错误； C．黑体从外界吸收能量，不反射电磁波，但是向外界辐射电磁波，C错误， 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，这个空腔就可以近似为一个黑体，D正确。 故选D。 2 学科网（北京）股份有限公司 $