第13.5节 能量量子化（高效培优·讲义）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，从热辐射现象切入，系统梳理黑体及黑体辐射规律，通过普朗克能量子假说（ε=hν）建立能量不连续的量子观念，延伸至爱因斯坦光子说与原子能级概念，构建经典物理到量子理论的学习支架。 该资料以目标导航明确物理观念培养方向，知识导图可视化知识脉络，避坑指南结合对比分析（如普通物体与黑体辐射差异）培养科学思维，真题闯关融入浙江高考题及“九章”量子计算机案例渗透科学态度与责任，课中辅助教师高效授课，课后助力学生通过分层练习查漏补缺。

第13.5节 能量量子化 目录 01 本节导航·目标清单 02 教材精研·内容全解 考点01 能量量子化 03 避坑指南·解题通法 角度01 黑体与黑体辐射 角度02 能量子 04 真题闯关·溯源演练 05 课后三阶·精准练习 目标导航 方法指导 1.了解黑体与黑体辐射的概念，知道黑体辐射规律 2.理解能量子的含义，记住能量子公式ε=hν 3.知道普朗克能量量子化假说的意义 4.初步感受经典物理与量子观念的区别 1.黑体辐射只和温度相关，区分普通物体辐射与黑体辐射 2.能量量子化：能量是一份一份的，不是连续变化 3.h为普朗克常量，是量子理论的基础常量 4.以史实为线索，体会近代物理观念的变革过程 知识导图 考点01 能量量子化 1、热辐射：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 。 特点：温度升高时，热辐射中波长较短的成分越来越强。随着温度的升高，铁块从发热，再到发光，颜色不断发生变化。 2、黑体辐射 （1）黑体：能够 入射的各种波长的电磁波而不发生反射。 （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会是黑的；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）黑体实际上是不存在的，只是一种理想模型。 （4）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。 （5）黑体辐射的实验规律：随着温度的升高，一方面，各种波长的辐射强度都有增加；另一方面，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动，如下图所示： （6）一般物体和黑体的热辐射、反射、吸收的特点：热辐射不一定需要高温，任何温度都能发生热辐射，只是温度低时辐射弱，温度高时辐射强．在一定温度下，不同物体所辐射的光谱的成分有显著不同。 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 3、普朗克能量子概念 （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ν为电磁波的频率，h叫作普朗克常量，实验测得h＝6.63×10－34 J·s。 （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，这种现象叫做能量的量子化。量子化的基本特征就是在某一范围内取值是不连续的，而是分立的。 4、爱因斯坦的光子说 （1）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。 （2）这说明光在发射和吸收时能量是一份一份的。 （3）频率为ν的光子的能量为ε＝hν。 5、能级：原子的能量是 的，量子化的能量值叫 。 （1）原子从高能态向低能态跃迁时 光子，光子的能量等于前后两个能级 。 （2）原子的能级是 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 的亮线。 6、拓展延伸 （1）能级越低，原子越稳定。 （2）除受到高速运动的电子的撞击外，当吸收一定大小的光子的能量(等于跃迁前后的两能级之差)时，原子也能跃迁到高能级。 【深化点拨】 1．黑体的特点 （1）黑体是一种理想化模型，绝对的黑体是不存在的。 （2）黑体不一定是黑色的物质。 2．能量子的特点 （1）微观领域的能量是不连续的，是一份份的。 （2）最小的能量叫作能量子，能量的大小为ɛ=hν。 （3）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。 1．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 2．（多选）下列说法不正确的是（　　） A．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 B．医院里“γ手术刀”和B超“超声波”都能在真空中传播并能发生干涉、衍射 C．麦克斯韦认为电场周围总能产生磁场，磁场周围总能产生电场，并通过实验证实了电磁波的存在 D．黑体辐射电磁波的强度按波长的分布除了与温度有关外，还与材料的种类及表面状况有关 能量量子化的综合应用及解题步骤 1.黑体与黑体辐射：黑体是能完全吸收所有入射电磁辐射、不反射也不透射的理想物体。其辐射特性仅取决于温度，与材料无关。黑体辐射的实验规律（如维恩位移定律、斯特藩-玻尔兹曼定律）无法用经典电磁理论解释，成为量子论诞生的直接动因。 2.能量量子化：为解释黑体辐射谱，普朗克提出：电磁辐射的能量不是连续的，而是以最小单位“能量子” 的形式发射或吸收，每个能量子的能量为E=hν ，其中h为普朗克常量（6.626×10−34 J），ν为辐射频率。这一假设打破了经典物理“能量连续”的观念，标志着量子物理的开端。 3.能量子的物理意义：能量量子化意味着微观世界能量的“颗粒性”。它不仅解释了黑体辐射，也为后来爱因斯坦解释光电效应（光子说）、玻尔原子模型等奠定了基础。在宏观尺度下，因 h极小，能量子效应可忽略，故经典物理仍适用；但在原子、分子尺度，量子化效应主导物理行为。 角度01 黑体与黑体辐射 1．关于黑体辐射图像如图所示，下列判断正确的是（　　） A．T1>T2>T3>T4 B．T1<T2<T3<T4 C．T1=T2=T3=T4 D．测量某黑体任一波长的光的辐射强度可以得知其温度 2．（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只与温度有关，随着温度的升高，各种波长的辐射强度都增加，辐射强度极大值向波长较长的方向移动 C．普朗克引入能量子的概念，得出黑体辐射的强度按波长分布的公式，与实验符合得非常好，并由此开创了物理学的新纪元 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 3．黑体∶ （1）定义∶某种物体能够____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____。 （2）黑体辐射的特点∶黑体辐射电磁波的强度按____的分布只与黑体的____有关。 角度02 能量子 4．（多选）下列说法正确的是（　　） 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 5．能量的量子化∶在微观世界中能量是_____的，或者说微观粒子的能量是____的。这种现象叫能量的量子化。 【例1】（浙江·高考真题）2020年12月我国科学家在量子计算领域取得了重大成果，构建了一台76个光子100个模式的量子计算机“九章”，它处理“高斯玻色取样”的速度比目前最快的超级计算机“富岳”快一百万亿倍。关于量子，下列说法正确的是（　　） A．是计算机运算的一种程序 B．表示运算速度的一个单位 C．表示微观世界的不连续性观念 D．类似于质子、中子的微观粒子 【深化点拨】 1、考查量子的基本概念，量子代表微观世界能量等物理量的不连续性，不是某种实物粒子。 2、考查量子化思想，微观物理量不能取连续数值，只能取一份一份分立的值。 3、考查概念辨析，区分量子与微观实物粒子，量子不是质子、中子这类具体粒子。 4、考查新情景应用，结合我国量子科技成果，识别量子的物理含义，避开字面带来的错误理解。 【变式1-1】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 【变式1-2】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 【变式1-3】（多选）有关量子理论及相关现象，下列说法中正确的是（　　） A．能量量子化的观点是普朗克首先提出的 B．在光电效应现象中，遏止电压与入射光的频率成正比 C．一群处于激发态的氢原子向基态跃迁时，最多能辐射出6种频率的光子 D．射线、射线、射线都是波长极短的电磁波 ⚡基础速刷 1．下列说法中正确的是（　　） A．在真空中红光的波长比紫光的小 B．玻璃对红光的折射率比对紫光的大 C．在玻璃中红光的传播速度比紫光的大 D．红光光子的能量比紫光光子的能量大 2．下列说法正确的是（　　） A．奥斯特发现了电流的磁效应 B．赫兹提出电磁场理论 C．麦克斯韦发现了“磁生电”现象 D．爱因斯坦认为光的能量是连续的 3．物理学的发展离不开科学家们的贡献，他们的发现和研究成果对生活生产产生了很大的影响。下列符合物理学史的是（　　） A．普朗克在研究黑体辐射问题时提出了光子说 B．奥斯特发现了电磁感应现象，法拉第发现了电流的磁效应 C．通电螺线管的磁场与条形磁铁的磁场相似，安培由此受到启发提出分子电流假说 D．麦克斯韦预言了电磁波的存在，并用实验证明了电磁波的存在 4．（多选）德国物理学家普朗克在研究黑体辐射时提出了一个大胆的假说，即能量子假说，关于能量子假说，下列说法正确的是（     ） A．物质发射（或吸收）能量时，能量不是连续的，而是一份一份进行的 B．能量子假说中将每一份能量单位，称为“能量子” C．能量子假说中的能量子的能量为带电微粒的振动频率，h为普朗克常量 D．能量子假说认为能量是连续的，是不可分割的 5．（多选）下列四幅图分别对应四种说法，其中正确的是（　　） A．图甲为氧气分子在不同温度下的速率分布图像，由图甲可知状态③的温度最高 B．图乙中随着温度的升高，黑体辐射强度的极大值向频率较高的方向移动 C．图丙中，洁净的玻璃板接触水面，要使玻璃板离开水面，拉力必须大于玻璃板受到的重力，其原因是玻璃板受到大气压力作用 D．图丁中，由气体的摩尔体积、摩尔质量和阿伏加德罗常数，可以估算出气体分子的质量和体积 6．根据热辐射理论，物理的热力学温度与其发出的光的最大波长满足维恩公式，其中b的数值约为2.9×10-3，它的单位用国际基本单位表示为_______；若某物体的温度为17℃，则它发出光的最大波长为_______m。 🚀能力跃升 7．关于电磁波，下列说法正确的是（　　） A．麦克斯韦建立了电磁场理论，并捕捉到了电磁波 B．电磁波是客观存在的物质，没有能量 C．电磁波的传播速度一定是3×108m/s D．黑体辐射电磁波的强度按波长的分布仅与它的温度有关 8．我国研制的055新型防空驱逐舰采用“双波段（X波段和S波段）”雷达系统，雷达发射的X波段的频率为8GHz~12GHz，S波段的频率为2GHz~4GHz，下列说法正确的是（　　） A．在空气中X波段的传播速度大于S波段的 B．在空气中S波段的波长比X波段的更短 C．S波段和X波段的频率都比紫外线的小 D．X波段能量子的能量比S波段能量子的能量小 9．下列关于电磁波、能量子和热辐射的说法正确的是（　　） A．在真空中，频率越高的电磁波传播速度越大 B．麦克斯韦提出变化的电场产生磁场 C．频率越高的电磁波传播的能量子的能量越低 D．高温物体会发生热辐射，低温物体不会热辐射 10．（多选）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．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 11．（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（普朗克常量）（　　） A． B． C． D． 12．（1）功率为P的光源向四周发出光子，光速为c，光波的波长为，普朗克常量为h，求每秒发出的光子数． （2）在离光源d处有一挡板挡光，设挡板对光是完全吸收的，且挡板正对光源，求光子在挡板上产生的压强． 🌟思维挑战 13．太阳帆航天器是一种利用太阳光的压力进行太空飞行的航天器，如图所示。在没有空气的宇宙中，太阳光光子会连续撞击太阳帆，使太阳帆获得的动量逐渐增加，从而产生加速度。太阳帆飞船无需燃料，只要有阳光，就会不断获得动力加速飞行。有人设想在探测器上安装有面积极大、反射功率极高的太阳帆，并让它正对太阳。已知太阳光照射太阳帆时每平方米面积上的辐射功率为 P0，探测器和太阳帆的总质量为 m，太阳帆的面积为 s，每个光子的能量为p，此时探测器的加速度大小为（　　） A． B． C． D． 14．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 15．（多选）2021年7月4日，我们在电视中看到航天员汤洪波走出离地面高约为400km的中国空间站，标志着我国空间站航天员首次出舱活动取得圆满成功。航天员出舱的画面是通过电磁波传输到地面接收站，下列关于电磁波的说法正确的是（　　） A．电磁波波长越长，其能量子的能量越小 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．汤洪波出舱活动的画面从空间站传到地面接收站最少需要约0.014s D．赫兹通过实验捕捉到电磁波，并证实了麦克斯韦的电磁场理论 16．（多选）2006年度诺贝尔物理学奖授予了两名美国物理学家，以表彰他们发现了宇宙微波背景辐射的黑体谱形状及其温度在不同方向上的微小变化。他们的出色工作被誉为是宇宙学研究进入精密科学时代的起点。下列与宇宙微波背景辐射黑体谱相关的说法中正确的是（　　） A．微波是指波长在10-3m到10m之间的电磁波 B．微波和声波一样都只能在介质中传播 C．黑体的热辐射实际上是电磁辐射 D．普朗克在研究黑体的热辐射问题中提出了能量子假说 17．太阳光垂直照射到地面上时，地面接收太阳光的功率为1.4kW，其中可见光部分约占45%． （1）假如认为可见光的波长约为，日地间距离，普朗克常量，估算太阳每秒辐射出的可见光光子为多少？ （2）若已知地球的半径，估算地球接收的太阳光的总功率． 2 / 14 学科网（北京）股份有限公司 $ 第13.5节 能量量子化 目录 01 本节导航·目标清单 02 教材精研·内容全解 考点01 能量量子化 03 避坑指南·解题通法 角度01 黑体与黑体辐射 角度02 能量子 04 真题闯关·溯源演练 05 课后三阶·精准练习 目标导航 方法指导 1.了解黑体与黑体辐射的概念，知道黑体辐射规律 2.理解能量子的含义，记住能量子公式ε=hν 3.知道普朗克能量量子化假说的意义 4.初步感受经典物理与量子观念的区别 1.黑体辐射只和温度相关，区分普通物体辐射与黑体辐射 2.能量量子化：能量是一份一份的，不是连续变化 3.h为普朗克常量，是量子理论的基础常量 4.以史实为线索，体会近代物理观念的变革过程 知识导图 考点01 能量量子化 1、热辐射：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。 特点：温度升高时，热辐射中波长较短的成分越来越强。随着温度的升高，铁块从发热，再到发光，颜色不断发生变化。 2、黑体辐射 （1）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。 （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会是黑的；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）黑体实际上是不存在的，只是一种理想模型。 （4）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。 （5）黑体辐射的实验规律：随着温度的升高，一方面，各种波长的辐射强度都有增加；另一方面，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动，如下图所示： （6）一般物体和黑体的热辐射、反射、吸收的特点：热辐射不一定需要高温，任何温度都能发生热辐射，只是温度低时辐射弱，温度高时辐射强．在一定温度下，不同物体所辐射的光谱的成分有显著不同。 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 3、普朗克能量子概念 （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ν为电磁波的频率，h叫作普朗克常量，实验测得h＝6.63×10－34 J·s。 （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，这种现象叫做能量的量子化。量子化的基本特征就是在某一范围内取值是不连续的，而是分立的。 4、爱因斯坦的光子说 （1）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。 （2）这说明光在发射和吸收时能量是一份一份的。 （3）频率为ν的光子的能量为ε＝hν。 5、能级：原子的能量是量子化的，量子化的能量值叫能级。 （1）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。 （2）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。 6、拓展延伸 （1）能级越低，原子越稳定。 （2）除受到高速运动的电子的撞击外，当吸收一定大小的光子的能量(等于跃迁前后的两能级之差)时，原子也能跃迁到高能级。 【深化点拨】 1．黑体的特点 （1）黑体是一种理想化模型，绝对的黑体是不存在的。 （2）黑体不一定是黑色的物质。 2．能量子的特点 （1）微观领域的能量是不连续的，是一份份的。 （2）最小的能量叫作能量子，能量的大小为ɛ=hν。 （3）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。 1．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。 2．（多选）下列说法不正确的是（　　） A．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 B．医院里“γ手术刀”和B超“超声波”都能在真空中传播并能发生干涉、衍射 C．麦克斯韦认为电场周围总能产生磁场，磁场周围总能产生电场，并通过实验证实了电磁波的存在 D．黑体辐射电磁波的强度按波长的分布除了与温度有关外，还与材料的种类及表面状况有关 【答案】BCD 【详解】A．根据热辐射的定义可知，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，故A正确，不符合题意； B．医院里“γ手术刀”是一种γ射线，可以在真空中传播；超声波是一种纵波，超声波的传播需要介质，在真空中不能传播；它们在满足一定条件下均能发生干涉、衍射，故B错误，符合题意； C．麦克斯韦建立了电磁场理论：变化的电场周围产生磁场，变化的磁场周围产生电场；并预言了电磁波的存在，而赫兹用实验证实电磁波存在，故C错误，符合题意； D．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，与材料的种类及其表面状况无关，故D错误，符合题意。 故选BCD。 能量量子化的综合应用及解题步骤 1.黑体与黑体辐射：黑体是能完全吸收所有入射电磁辐射、不反射也不透射的理想物体。其辐射特性仅取决于温度，与材料无关。黑体辐射的实验规律（如维恩位移定律、斯特藩-玻尔兹曼定律）无法用经典电磁理论解释，成为量子论诞生的直接动因。 2.能量量子化：为解释黑体辐射谱，普朗克提出：电磁辐射的能量不是连续的，而是以最小单位“能量子” 的形式发射或吸收，每个能量子的能量为E=hν ，其中h为普朗克常量（6.626×10−34 J），ν为辐射频率。这一假设打破了经典物理“能量连续”的观念，标志着量子物理的开端。 3.能量子的物理意义：能量量子化意味着微观世界能量的“颗粒性”。它不仅解释了黑体辐射，也为后来爱因斯坦解释光电效应（光子说）、玻尔原子模型等奠定了基础。在宏观尺度下，因 h极小，能量子效应可忽略，故经典物理仍适用；但在原子、分子尺度，量子化效应主导物理行为。 角度01 黑体与黑体辐射 1．关于黑体辐射图像如图所示，下列判断正确的是（　　） A．T1>T2>T3>T4 B．T1<T2<T3<T4 C．T1=T2=T3=T4 D．测量某黑体任一波长的光的辐射强度可以得知其温度 【答案】A 【详解】ABC．因随着温度的升高，辐射强度增强，同时辐射强度的极大值向波长较短方向移动，所以T1>T2>T3>T4，A正确，BC错误； D．测量某黑体辐射强度最强的光的波长可以得知其温度，D错误。 故选A。 2．（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只与温度有关，随着温度的升高，各种波长的辐射强度都增加，辐射强度极大值向波长较长的方向移动 C．普朗克引入能量子的概念，得出黑体辐射的强度按波长分布的公式，与实验符合得非常好，并由此开创了物理学的新纪元 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 【答案】CD 【详解】A．能100%地吸收入射到其表面的电磁辐射，这样的物体称为黑体，A错误； B．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，温度升高时，黑体辐射强度的极大值向波长减小的方向移动，B错误； C．普朗克引入能量子的概念得出黑体辐射的强度按波长分布的公式，与实验结果相符，C正确； D．小孔只吸收电磁波，不反射电磁波，因此带小孔的空腔就可以近似为一个绝对黑体，故D正确。 故选CD。 3．黑体∶ （1）定义∶某种物体能够____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____。 （2）黑体辐射的特点∶黑体辐射电磁波的强度按____的分布只与黑体的____有关。 【答案】 完全 黑体 波长 温度 【详解】（1）[1][2]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）[3][4] 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。 角度02 能量子 4．（多选）下列说法正确的是（　　） 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 【答案】ACD 【详解】A．根据热辐射定义可知，一切物体都在辐射电磁波，A正确； B．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； CD．普朗克在研究黑体辐射时最早提出了能量子假说，他认为能量是一份一份的，每一份是一个能量子，黑体辐射本质上是电磁辐射，CD正确。 故选ACD。 5．能量的量子化∶在微观世界中能量是_____的，或者说微观粒子的能量是____的。这种现象叫能量的量子化。 【答案】 量子化 分立 【详解】[1][2] 能量的量子化∶在微观世界中能量是量子化的，或者说微观粒子的能量是分立的。这种现象叫能量的量子化。 【例1】（浙江·高考真题）2020年12月我国科学家在量子计算领域取得了重大成果，构建了一台76个光子100个模式的量子计算机“九章”，它处理“高斯玻色取样”的速度比目前最快的超级计算机“富岳”快一百万亿倍。关于量子，下列说法正确的是（　　） A．是计算机运算的一种程序 B．表示运算速度的一个单位 C．表示微观世界的不连续性观念 D．类似于质子、中子的微观粒子 【答案】C 【详解】量子是不可分割的最小的单元，体现了物质的不连续性，即通常所说的“量子化”。 故选C。 【深化点拨】 1、考查量子的基本概念，量子代表微观世界能量等物理量的不连续性，不是某种实物粒子。 2、考查量子化思想，微观物理量不能取连续数值，只能取一份一份分立的值。 3、考查概念辨析，区分量子与微观实物粒子，量子不是质子、中子这类具体粒子。 4、考查新情景应用，结合我国量子科技成果，识别量子的物理含义，避开字面带来的错误理解。 【变式1-1】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。 【变式1-2】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 【详解】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； 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； 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。 故选C。 【变式1-3】（多选）有关量子理论及相关现象，下列说法中正确的是（　　） A．能量量子化的观点是普朗克首先提出的 B．在光电效应现象中，遏止电压与入射光的频率成正比 C．一群处于激发态的氢原子向基态跃迁时，最多能辐射出6种频率的光子 D．射线、射线、射线都是波长极短的电磁波 【答案】AC 【详解】A．普朗克最早提出能量量子化的观点，故A正确； B．由光电效应方程及遏止电压关系可得 联立可得 即遏止电压随着入射光的频率增大而增大，但不成正比，故B错误； C．一群处于 n=4 激发态的氢原子向基态跃迁时，最多辐射出的光子种类为 故C正确； D．α 射线为氦核流，β 射线为电子流，γ 射线为电磁波，故D错误。 故选AC。 ⚡基础速刷 1．下列说法中正确的是（　　） A．在真空中红光的波长比紫光的小 B．玻璃对红光的折射率比对紫光的大 C．在玻璃中红光的传播速度比紫光的大 D．红光光子的能量比紫光光子的能量大 【答案】C 【详解】A．红光的频率小于紫光的频率，由真空中光的波长与频率的关系，可知，红光的波长大于紫光的波长，故A错误； BC．玻璃对红光的折射率小于对紫光的折射率；由光在介质中的传播速度，可知，在玻璃中红光的传播速度大于紫光的传播速度，故B错误，C正确。 D．红光的频率小于紫光的频率，由光子能量，可知，红光光子的能量小于紫光光子的能量，故D错误。 故选C。 2．下列说法正确的是（　　） A．奥斯特发现了电流的磁效应 B．赫兹提出电磁场理论 C．麦克斯韦发现了“磁生电”现象 D．爱因斯坦认为光的能量是连续的 【答案】A 【详解】A．奥斯特通过实验首次发现电流周围存在磁场（电流的磁效应），故A正确； B．麦克斯韦提出电磁场理论并预言电磁波，赫兹通过实验证实电磁波的存在，故B错误； C．法拉第发现电磁感应现象（“磁生电”），麦克斯韦建立电磁理论体系，故C错误； D．爱因斯坦提出光子说，认为光的能量由不连续的“光子”组成，而非连续分布，故D错误。 故选A。 3．物理学的发展离不开科学家们的贡献，他们的发现和研究成果对生活生产产生了很大的影响。下列符合物理学史的是（　　） A．普朗克在研究黑体辐射问题时提出了光子说 B．奥斯特发现了电磁感应现象，法拉第发现了电流的磁效应 C．通电螺线管的磁场与条形磁铁的磁场相似，安培由此受到启发提出分子电流假说 D．麦克斯韦预言了电磁波的存在，并用实验证明了电磁波的存在 【答案】C 【详解】A．普朗克在研究黑体辐射问题时提出了量子假说，故A错误； B．奥斯特发现了电流的磁效应，法拉第发现了电磁感应现象，故B错误； C．通电螺线管的磁场与条形磁铁的磁场相似，安培由此受到启发提出分子电流假说，故C正确； D．麦克斯韦预言了电磁波的存在，赫兹用实验证明了电磁波的存在，故D错误。 故选C。 4．（多选）德国物理学家普朗克在研究黑体辐射时提出了一个大胆的假说，即能量子假说，关于能量子假说，下列说法正确的是（     ） A．物质发射（或吸收）能量时，能量不是连续的，而是一份一份进行的 B．能量子假说中将每一份能量单位，称为“能量子” C．能量子假说中的能量子的能量为带电微粒的振动频率，h为普朗克常量 D．能量子假说认为能量是连续的，是不可分割的 【答案】ABC 【详解】AD．能量子假说认为物质发射或吸收能量时，能量交换不是连续的，而是一份一份地进行，故A正确，D错误。 B．物质发射或吸收的每一份最小能量单位称为“能量子”，故B正确； C．能量子的能量为，其中为带电微粒的振动频率，为普朗克常量，故C正确； 故选ABC。 5．（多选）下列四幅图分别对应四种说法，其中正确的是（　　） A．图甲为氧气分子在不同温度下的速率分布图像，由图甲可知状态③的温度最高 B．图乙中随着温度的升高，黑体辐射强度的极大值向频率较高的方向移动 C．图丙中，洁净的玻璃板接触水面，要使玻璃板离开水面，拉力必须大于玻璃板受到的重力，其原因是玻璃板受到大气压力作用 D．图丁中，由气体的摩尔体积、摩尔质量和阿伏加德罗常数，可以估算出气体分子的质量和体积 【答案】AB 【详解】A．图甲为氧气分子在不同温度下的速率分布图像，温度越高，速率大的分子占比越大，因为③的“腰粗”，则状态③的温度比状态①、②高，故A正确； B．图乙中随着温度的升高，黑体辐射强度的极大值向波长较短，频率较高的方向移动，选项B正确； C．图丙中，洁净的玻璃板接触水面，要使玻璃板离开水面，拉力必须大于玻璃板受到的重力，其原因是玻璃板受到水分子的引力的作用，选项C错误； D．图丁中，用气体的摩尔质量除以阿伏加德罗常数可得气体分子的质量；用气体的摩尔体积除以阿伏加德罗常数可得一个气体分子运动占据的空间的体积，不可以估算出气体分子的体积，选项D错误。 故选AB。 6．根据热辐射理论，物理的热力学温度与其发出的光的最大波长满足维恩公式，其中b的数值约为2.9×10-3，它的单位用国际基本单位表示为_______；若某物体的温度为17℃，则它发出光的最大波长为_______m。 【答案】 1.0×10-5 【详解】[1]热力学温度的国际基本单位单位是K，波长的国际基本单位单位是m，则b的国际基本单位表示为。 [2] 最大波长为 🚀能力跃升 7．关于电磁波，下列说法正确的是（　　） A．麦克斯韦建立了电磁场理论，并捕捉到了电磁波 B．电磁波是客观存在的物质，没有能量 C．电磁波的传播速度一定是3×108m/s D．黑体辐射电磁波的强度按波长的分布仅与它的温度有关 【答案】D 【详解】A．麦克斯韦建立了经典的电磁场理论，预言了电磁波的存在，是赫兹首先捕捉到了电磁波，故A错误； B．可以用仪器探测到电磁波的存在，说明电磁波是一种客观真实存在的物质；生活中常常用微波炉来加热食物，说明电磁波具有能量，故B错误； C．电磁波在真空中的传播速度是3×108m/s，电磁波在介质中的传播速度小于电磁波在真空中的传播速度，故C错误； D．黑体辐射电磁波的强度按波长的分布仅与它的温度有关，故D正确。 故选D。 8．我国研制的055新型防空驱逐舰采用“双波段（X波段和S波段）”雷达系统，雷达发射的X波段的频率为8GHz~12GHz，S波段的频率为2GHz~4GHz，下列说法正确的是（　　） A．在空气中X波段的传播速度大于S波段的 B．在空气中S波段的波长比X波段的更短 C．S波段和X波段的频率都比紫外线的小 D．X波段能量子的能量比S波段能量子的能量小 【答案】C 【详解】A．X波段和S波段均为电磁波，它们在空气中的传播速度相同，故A错误； B．根据 X波段的频率较大，可知在空气中S波段的波长比X波段的更长，故B错误； C．S波段和X波段的频率都比紫外线的小，故C正确； D．能量子的能量与其频率成正比，X波段能量子的能量大于S波段能量子的能量，故D错误。 故选C。 9．下列关于电磁波、能量子和热辐射的说法正确的是（　　） A．在真空中，频率越高的电磁波传播速度越大 B．麦克斯韦提出变化的电场产生磁场 C．频率越高的电磁波传播的能量子的能量越低 D．高温物体会发生热辐射，低温物体不会热辐射 【答案】B 【详解】A．真空中，所有电磁波的传播速度都相同，故A错误； B．变化的电场产生磁场是麦克斯韦提出的，故B正确； C．由 其中是定值，可得频率越高的电磁波传播的能量子的能量越高，故C错误； D．高温低温物体都会发生热辐射，不过是辐射强度不同。故D错误。 故选B。 10．（多选）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．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 【答案】BD 【详解】A．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，例如，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，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正确。 故选BD。 11．（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（普朗克常量）（　　） A． B． C． D． 【答案】BC 【详解】每秒内该光源发光的能量 而波长为λ的光子的能量为 则每秒钟发射的光子数为 代入数值得 故BC正确。 故选BC。 12．（1）功率为P的光源向四周发出光子，光速为c，光波的波长为，普朗克常量为h，求每秒发出的光子数． （2）在离光源d处有一挡板挡光，设挡板对光是完全吸收的，且挡板正对光源，求光子在挡板上产生的压强． 【详解】（1）单个光子的能量为 光源每秒辐射的能量为P，故每秒发出的光子数为 （2）光源发出的光子均匀分布在以光源为中心的球面上，以d为半径作一个球面，则单位时间内照到挡板单位面积上的光子数为 单个光子的动量为 光压等于单位时间照到挡板单位面积上的光子动量的变化量，而挡板对光是完全吸收的，所以光子在挡板上产生的压强为 🌟思维挑战 13．太阳帆航天器是一种利用太阳光的压力进行太空飞行的航天器，如图所示。在没有空气的宇宙中，太阳光光子会连续撞击太阳帆，使太阳帆获得的动量逐渐增加，从而产生加速度。太阳帆飞船无需燃料，只要有阳光，就会不断获得动力加速飞行。有人设想在探测器上安装有面积极大、反射功率极高的太阳帆，并让它正对太阳。已知太阳光照射太阳帆时每平方米面积上的辐射功率为 P0，探测器和太阳帆的总质量为 m，太阳帆的面积为 s，每个光子的能量为p，此时探测器的加速度大小为（　　） A． B． C． D． 【答案】A 【详解】每秒光照射到帆面上的能量 E=P0s 光子的平均能量 ε=hf 光子的频率 每秒射到帆面上的光子数 联立可得 每个光子的动量 光射到帆面被反弹，由动量定理得 Ft=2Ntp 对飞船，由牛顿第二定律得 F=ma 联立解得 故A正确，BCD错误。 14．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。 15．（多选）2021年7月4日，我们在电视中看到航天员汤洪波走出离地面高约为400km的中国空间站，标志着我国空间站航天员首次出舱活动取得圆满成功。航天员出舱的画面是通过电磁波传输到地面接收站，下列关于电磁波的说法正确的是（　　） A．电磁波波长越长，其能量子的能量越小 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．汤洪波出舱活动的画面从空间站传到地面接收站最少需要约0.014s D．赫兹通过实验捕捉到电磁波，并证实了麦克斯韦的电磁场理论 【答案】AD 【详解】A．电磁波的能量子为 则电磁波波长越长，其能量子的能量越小，故A正确； B．根据麦克斯韦的电磁场理论可知，非均匀变化的磁场或电场，其周围产生电磁波，故B错误； C．电磁波在真空中或空气中传播的速度v=3.0×108m/s，空间站到地球表面的距离 电磁波从空间站传播到地面的时间为 故C错误； D．麦克斯韦预言了电磁场理论，1886年，赫兹通过实验捕捉到电磁波，从而证明了电磁波的存在，故D正确； 故选AD。 16．（多选）2006年度诺贝尔物理学奖授予了两名美国物理学家，以表彰他们发现了宇宙微波背景辐射的黑体谱形状及其温度在不同方向上的微小变化。他们的出色工作被誉为是宇宙学研究进入精密科学时代的起点。下列与宇宙微波背景辐射黑体谱相关的说法中正确的是（　　） A．微波是指波长在10-3m到10m之间的电磁波 B．微波和声波一样都只能在介质中传播 C．黑体的热辐射实际上是电磁辐射 D．普朗克在研究黑体的热辐射问题中提出了能量子假说 【答案】ACD 【详解】微波是电磁波中按波长分类波长较小的一种，微波是指波长在到之间的电磁波，故A正确．电磁波的传播不需要介质，故B错误，C正确．普朗克在研究黑体的热辐射问题中提出了能量子假说，故D正确． 17．太阳光垂直照射到地面上时，地面接收太阳光的功率为1.4kW，其中可见光部分约占45%． （1）假如认为可见光的波长约为，日地间距离，普朗克常量，估算太阳每秒辐射出的可见光光子为多少？ （2）若已知地球的半径，估算地球接收的太阳光的总功率． 【详解】(1)设地面上垂直于阳光的面积上每秒钟接收的可见光光子数为n，则有 设想一个以太阳为球心、以日地间距离为半径的大球面包围着太阳，大球面接收的光子数即等于太阳辐射的全部光子数，则所求可见光光子数 联立得 个． (2)地球背着太阳的半个球面没有接收太阳光，地球向阳的半个球面面积也不都与太阳光垂直．接收太阳光辐射且与阳光垂直的有效面积是以地球半径为半径的圆平面的面积，则地球接收太阳光的总功率P，则有 2 / 14 学科网（北京）股份有限公司 $