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

本高中物理讲义聚焦“能量量子化”核心知识点，系统梳理热辐射、黑体及黑体辐射现象的概念与特点，衔接能量子假说（E=hν）及能量量子化现象，搭建从宏观热辐射规律到微观能量不连续变化的学习支架。 资料通过题型分类（热辐射、能量子）与典例变式题设计，强化概念辨析与应用，体现物理观念中的能量观念、科学思维中的科学推理与模型建构。课中辅助教师引导学生理解量子化本质，课后通过过关验收助力学生查漏补缺，巩固知识。

第十三章 第5节 能量量子化 内 容 导 航 题型1 热辐射、黑体和黑体辐射现象 题型2 能量子与量子化现象 考 点 演 练 题型1 热辐射、黑体和黑体辐射现象 解｜题｜知｜识 1.热量传递的三种基本方式为热传导、热对流和热辐射。 2.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的物体。 3.黑体辐射：黑体向外辐射电磁波的的现象。 4.对黑体的理解 （1）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）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；有些可看作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。一些发光的物体（如太阳、白炽灯的灯丝）也被当作黑体来处理。 5.一般物体与黑体的比较 【典例1】下面说法正确的是（　　） A．只要有电场和磁场，就能产生电磁波 B．黑体辐射电磁波的强度与温度有关 C．电磁波可以携带信息，但是不具有能量 D．光谱中，可见光从红光到紫光波长越来越长 【变式1】下列关于热辐射和黑体辐射的说法正确的是（　　） A．只有一部分物体辐射电磁波 B．一般物体辐射电磁波的强度与温度无关 C．黑体不可以向外辐射电磁波 D．黑体能够完全吸收入射的各种波长的电磁波 【变式2】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．温度低于0℃的物体不会辐射电磁波 B．黑体不会辐射电磁波 C．爱因斯坦提出的能量子假说，能够很好地解释黑体辐射规律 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 【变式3】（多选）下列说法正确的是（　　） A．奥斯特发现电流的磁效应，法拉第发现电磁感应现象 B．麦克斯韦认为变化的磁场产生电场，变化的电场产生磁场，所以只要有变化的电场就能产生电磁波，最终赫兹通过实验捕捉到了电磁波 C．电磁波频率范围很广，无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线和γ射线都是电磁波，红外线可以消毒，紫外线可以用来诊断病情 D．黑体辐射，随着温度的升高，各波长辐射强度都增强，辐射强度的极大值向短波方向移动 题型2 能量子与量子化现象 解｜题｜知｜识 1.能量子假说： 所谓能量子就是能量的最小单元．微观领域里能量的变化总表现为电磁波的辐射与吸收，不同频率的电磁波其能量子的值不同，表达式为：E＝hν 其中，ν是电磁波的频率，h是一个普遍适用的常量，称作普朗克常量．由实验测得h＝6.63×10﹣34J•s． 2．能量的量子化 在微观领域里能量的不连续变化，即只能取分立值的现象，叫做能量的量子化． 量子化现象是微观世界的普遍现象，这与经典理论产生尖锐矛盾．这暴露了经典物理学的局限性（宏观、低速）．从而引发了物理学的革命﹣﹣量子论的建立，使人类对物质的认识由宏观世界进入微观领域． 【典例1】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 【变式1】下列说法正确的是（　　） A．红外遥感技术是利用了红外线穿透本领强的特性 B．无线电波波速在任何情况下都等于真空中的光速 C．普朗克在1900年把能量子引入物理学，破除了“能量连续变化”的传统观念，提出了能量量子化的观点 D．麦克斯韦预言和验证了电磁波的存在 【变式2】能引起人的眼睛视觉效应的最小能量为10﹣18J，已知可见光的平均波长为0.6μm，普朗克常数h＝6.63×10﹣34J•s，恰能引起人眼的感觉，进入人眼的光子数至少为（　　） A．1个 B．3个 C．30个 D．300个 【变式3】关于电磁感应现象、电磁波、能量量子化，下列说法正确的是（　　） A．闭合电路的部分导体在磁场中运动时，电路中一定会产生感应电流 B．电磁波可以通过电缆、光缆进行有线传播，也可以不需要介质进行无线传播 C．发电机是将电能转化为机械能的装置，是根据电磁感应原理制成的 D．爱因斯坦为了解释黑体辐射现象，第一次提出了能量量子化理论 过 关 验 收 1．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 学科网（北京）股份有限公司 $ 第十三章 第5节 能量量子化 内 容 导 航 题型1 热辐射、黑体和黑体辐射现象 题型2 能量子与量子化现象 考 点 演 练 题型1 热辐射、黑体和黑体辐射现象 解｜题｜知｜识 1.热量传递的三种基本方式为热传导、热对流和热辐射。 2.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的物体。 3.黑体辐射：黑体向外辐射电磁波的的现象。 4.对黑体的理解 （1）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）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；有些可看作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。一些发光的物体（如太阳、白炽灯的灯丝）也被当作黑体来处理。 5.一般物体与黑体的比较 【典例1】下面说法正确的是（　　） A．只要有电场和磁场，就能产生电磁波 B．黑体辐射电磁波的强度与温度有关 C．电磁波可以携带信息，但是不具有能量 D．光谱中，可见光从红光到紫光波长越来越长 【答案】B 【解答】解：A.周期性变化的电场和磁场，才能产生电磁波，故A错误； B.普朗克等对黑体辐射研究发现黑体辐射的电磁波的强度按波长分布只与温度有关，一般物体的热辐射除与温度有关外，还与材料的种类及表面状况有关，故B正确； C.电磁波可以携带信息，也具有能量，故C错误； D.光谱中，可见光从红光到紫光波长越来越短，故D错误。 故选：B。 【变式1】下列关于热辐射和黑体辐射的说法正确的是（　　） A．只有一部分物体辐射电磁波 B．一般物体辐射电磁波的强度与温度无关 C．黑体不可以向外辐射电磁波 D．黑体能够完全吸收入射的各种波长的电磁波 【答案】D 【解答】解： A.一切物体都在辐射电磁波，故A错误； B.实际物体辐射电磁波的情况与温度、表面情况、材料都有关，黑体辐射电磁波的情况只与温度有关，是理想化模型，故B错误； C.黑体可以向外辐射电磁波，故C错误； D.能100%吸收入射到其表面的各种波长的电磁波，这样的物体称为黑体，故D正确。 故选：D。 【变式2】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．温度低于0℃的物体不会辐射电磁波 B．黑体不会辐射电磁波 C．爱因斯坦提出的能量子假说，能够很好地解释黑体辐射规律 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 【解答】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。 【变式3】（多选）下列说法正确的是（　　） A．奥斯特发现电流的磁效应，法拉第发现电磁感应现象 B．麦克斯韦认为变化的磁场产生电场，变化的电场产生磁场，所以只要有变化的电场就能产生电磁波，最终赫兹通过实验捕捉到了电磁波 C．电磁波频率范围很广，无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线和γ射线都是电磁波，红外线可以消毒，紫外线可以用来诊断病情 D．黑体辐射，随着温度的升高，各波长辐射强度都增强，辐射强度的极大值向短波方向移动 【答案】AD 【解答】解：A.奥斯特发现了电流的磁效应，揭示了电与磁的联系；法拉第发现了电磁感应现象，进一步揭示了磁与电的联系，故A正确； B.麦克斯韦提出电磁场理论，认为变化的磁场产生电场，变化的电场产生磁场，但只有非均匀变化的电场才能产生变化的磁场，进而形成电磁波，均匀变化的电场只能产生稳定的磁场，无法形成电磁波；赫兹通过实验验证了电磁波的存在，故B错误； C.红外线的主要作用是热效应，紫外线可以消毒；X射线（而非紫外线）可用于医学诊断病情，故C错误； D.根据黑体辐射规律，随着温度升高，黑体对各波长的辐射强度都增强，且辐射强度的极大值向短波方向移动，故D正确。 故选：AD。 题型2 能量子与量子化现象 解｜题｜知｜识 1.能量子假说： 所谓能量子就是能量的最小单元．微观领域里能量的变化总表现为电磁波的辐射与吸收，不同频率的电磁波其能量子的值不同，表达式为：E＝hν 其中，ν是电磁波的频率，h是一个普遍适用的常量，称作普朗克常量．由实验测得h＝6.63×10﹣34J•s． 2．能量的量子化 在微观领域里能量的不连续变化，即只能取分立值的现象，叫做能量的量子化． 量子化现象是微观世界的普遍现象，这与经典理论产生尖锐矛盾．这暴露了经典物理学的局限性（宏观、低速）．从而引发了物理学的革命﹣﹣量子论的建立，使人类对物质的认识由宏观世界进入微观领域． 【典例1】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 【答案】A 【解答】解：每个光子的能量为：， 设每秒钟激光器发出的光子数是n， 则：Pt＝nE，t＝1s，即：P，得：n；故A正确，BCD错误； 故选：A。 【变式1】下列说法正确的是（　　） A．红外遥感技术是利用了红外线穿透本领强的特性 B．无线电波波速在任何情况下都等于真空中的光速 C．普朗克在1900年把能量子引入物理学，破除了“能量连续变化”的传统观念，提出了能量量子化的观点 D．麦克斯韦预言和验证了电磁波的存在 【答案】C 【解答】解：A．遥感技术是利用红外线探测器接收物体发出的红外线，探知被测物体的特征，故A错误； B．无线电波是一种电磁波，电磁波只有真空中速度才等于真空中的光速，故B错误； C．普朗克在1900年把能量子引入物理学，破除了“能量连续变化”的传统观念，故C正确； D．麦克斯韦建立了电磁场理论，预言了电磁波的存在，赫兹用实验证实电磁波存在，故D错误。 故选：C。 【变式2】能引起人的眼睛视觉效应的最小能量为10﹣18J，已知可见光的平均波长为0.6μm，普朗克常数h＝6.63×10﹣34J•s，恰能引起人眼的感觉，进入人眼的光子数至少为（　　） A．1个 B．3个 C．30个 D．300个 【答案】B 【解答】解：每个光子的能量为E0＝h，能引起人的眼睛视觉效应的最小能量E＝为10﹣18J，由E＝nE0得 能引起人眼的感觉，进入人眼的光子数至少n个＝3个，故B正确，ACD错误； 故选：B。 【变式3】关于电磁感应现象、电磁波、能量量子化，下列说法正确的是（　　） A．闭合电路的部分导体在磁场中运动时，电路中一定会产生感应电流 B．电磁波可以通过电缆、光缆进行有线传播，也可以不需要介质进行无线传播 C．发电机是将电能转化为机械能的装置，是根据电磁感应原理制成的 D．爱因斯坦为了解释黑体辐射现象，第一次提出了能量量子化理论 【答案】B 【解答】解：A．当部分导体运动方向与磁场方向平行时，没有产生感应电动势，此时，感应电流为0，所以闭合电路的部分导体在磁场中运动时，电路中不一定会产生感应电流，故A错误； B．电磁波本质是电磁场在空间的传播，可以通过电缆、光缆进行有线传播，也可以不需要介质进行无线传播，故B正确； C．发电机是将机械能转化为电能的装置，是根据电磁感应原理制成的，故C错误； D．普朗克为了解释黑体辐射现象，第一次提出了能量量子化理论，故D错误。 故选：B。 过 关 验 收 1．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 【答案】C 【解答】解：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； 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； 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，故C正确，ABD错误。 故选：C。 学科网（北京）股份有限公司 $