5. 微观世界的量子化（重难点专练）物理教科版必修第三册

**基本信息** 聚焦微观世界量子化核心概念，通过热辐射、能量子、能级三题型系统构建从现象到假说再到应用的知识逻辑链，强化物理观念与科学思维。 **专项设计** |模块|题量/典例|题型特征|知识逻辑| |----|-----------|----------|----------| |题型01|1典例+3变式|概念理解型选择（辨析热辐射与黑体辐射特点）|热辐射现象→黑体模型构建（理想模型）| |题型02|1典例+3变式|概念理解型选择（能量子假说及光子说应用）|普朗克能量子假说→爱因斯坦光子说发展（量子化思想）| |题型03|1典例+3变式|概念理解型选择（能级跃迁规律辨析）|能级量子化→跃迁规律应用（能量转化）|

3.5 微观世界的量子化（题型突破） 题型01 热辐射的理解 题型02 能量子的理解 题型03 能级的理解 ▌题型01 热辐射的理解 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 1.电荷 自然界中只存在两种电荷：正电荷和负电荷。 物理学中规定：丝绸摩擦过的玻璃棒带正电，毛皮摩擦过的橡胶棒带负电。 物体带电的实质是得失电子：得到电子带负电，失去电子带正电。 2.电荷间的相互作用 同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引。 电荷的分配原则：两个形状、大小相同且带同种电荷的同种导体接触后再分开，二者带等量同种电荷；若两导体原来带异种电荷，则电荷先中和，余下的电荷再平分。 【典例1】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。 【变式训练1】．下列关于在两种不同温度下某一定质量的气体的分子速率分布图像（纵坐标f（v）表示各速率区间的分子数占总分子数的百分比，横坐标v表示分子的速率）和两种不同温度下黑体辐射的强度与波长的关系的图像符合实验规律的是（　　） A． B． C． D． 【答案】C 【详解】AB．两种不同温度下某一定质量的气体的分子速率分布图像与坐标轴围成的面积应相等，且温度较高的气体分子速率大的占比更多，AB错误； CD．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增加，另一方面辐射强度的极大值向波长较短的方向移动，C正确，D错误； 故选C。 【变式训练2】（多选）根据黑体辐射的实验规律，以下判断正确的是（    ） A．在同一温度下，波长越短的电磁波辐射强度越大 B．在同一温度下，辐射强度最大的电磁波波长不是最大的，也不是最小的，而是处在最大波长与最小波长之间 C．温度越高，辐射强度的极大值就越大 D．温度越高，辐射强度最大的电磁波的波长越短 【答案】BCD 【详解】AB．在同一温度下，辐射强度最大的电磁波波长不是最大的，也不是最小的，而是处在最大波长与最小波长之间，故A错误，B正确； C．黑体辐射的强度与温度有关，温度越高，黑体辐射的强度越大，则辐射强度的极大值也就越大，故C正确； D．随着温度的升高，黑体辐射强度的极大值向波长较短的方向移动，故D正确。 故选BCD。 【变式训练3】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。 .▌题型02 能量子的理解 1、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。 2、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。 【例2】下列有关光子的说法不正确的是(　　) A．在空间传播的光是不连续的，而是一份一份的，每一份叫一个光子 B．光子是具有质量、能量和体积的实物微粒 C．光子的能量跟它的频率有关 D．紫光光子的能量比红光光子的能量大 【答案】B 【详解】光是在空间传播的电磁波，是不连续的，是一份一份的能量，每一份叫作一个光子，A正确；光子没有静止质量，也没有具体的体积，B错误；根据E＝hν可知光子的能量与光子的频率有关，紫光的频率大于红光的频率，所以紫光光子的能量比红光光子的能量大，C、D正确． 【变式训练1】下列关于能量量子化说法正确的是（　　） A．爱因斯坦最早提出了能量量子化假说 B．普朗克认为微观粒子能量是连续的 C．频率为v的光的能量子为hv D．电磁波波长越长，其能量子越大 【答案】C 【详解】A．能量子假说是由普朗克最早提出来的，故A错误； B．根据普朗克能量量子化假说，微观粒子能量不连续，故B错误； CD．能量子的能量 所以电磁波波长越长，其能量子越小。故C正确，D错误。 故选C。 【变式训练2】．原子的能量量子化现象是指(     ) A．原子的能量是不可改变的 B．原子的能量与电子的轨道无关 C．原子的能量状态是不连续的 D．原子具有分立的能级 【答案】CD 【详解】玻尔认为，原子中电子轨道是量子化的，且原子的能量也是量子化，即原子的能量状态是不连续的、具有分立的能级，故选项CD正确。 故选CD。 【变式训练3】多)某光源放出波长为500～600 nm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 【详解】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E光子＝， 则每秒钟发射的光子数为 n＝＝，代入数值， 得2.5×1015<n≤3.0×1015，故选B、C.． ▌题型03 能级的理解 能级是原子中电子的能量状态，其能量值不连续（量子化），电子只能在特定能级轨道运动，从高能级向低能级跃迁时释放光子，反之吸收光子，体现了微观粒子能量的量子化特性，是原子结构量子理论的核心概念。 【例3】 多选）下列说法中正确的是（　　） A．原子处于能级最低的状态时，最稳定 B．原子由高能级向低能级跃迁时，放出光子 C．能量量子化成功解释了原子光谱的分立特征 D．原子能吸收任意能量值的光子向高能级跃迁 【答案】ABC 【详解】A．原子在不同的状态中具有不同的能量，能量最低的状态最稳定，A正确； B．原子由高能级向低能级跃迁时，能量减小，放出光子，B正确； C．能量量子化成功解释了原子光谱的分立特征，C正确； D．原子只能吸收等于能级差的光子向高能级跃迁，D错误。 故选ABC。 【变式训练1】光子的发射和吸收过程是（　　） 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原子在始、末两个能级的能量差 B．原子不能从低能级向高能级跃迁 C．原子吸收光子后从低能级跃迁到高能级，放出光子后从较高能级跃迁到较低能级 D．原子无论是吸收光子还是放出光子，吸收的光子或放出的光子的能量可大于始、末两个能级的能量差值 【答案】C 【详解】AB．原子从低能级向高能级跃迁要吸收光子，放出光子的能量等于原子在始、末两个能级的能量差。故AB错误； C．原子从低能级向高能级跃迁要吸收光子，从高能级自发地向低能级跃迁要放出光子。故C正确； D．不管是吸收光子还是辐射光子，光子的能量总等于两能级之差。故D错误。 故选C。 【变式训练2】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 【答案】CD 【详解】A．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； B．原子吸收能量后可以从低能级跃迁到高能级，故B错误； C．原子吸收能量后可以从低能级向高能级跃迁，故C正确； 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值，故D正确。 【变式训练3】（多选）下列说法中正确的是（　　） A．原子处于能级最低的状态时，最稳定 B．原子由高能级向低能级跃迁时，放出光子 C．能量量子化成功解释了原子光谱的分立特征 D．原子能吸收任意能量值的光子向高能级跃迁 【答案】ABC 【详解】A．原子在不同的状态中具有不同的能量，能量最低的状态最稳定，A正确； B．原子由高能级向低能级跃迁时，能量减小，放出光子，B正确； C．能量量子化成功解释了原子光谱的分立特征，C正确； D．原子只能吸收等于能级差的光子向高能级跃迁，D错误。 故选ABC。 2 / 2 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $ 3.5 微观世界的量子化（题型突破） 题型01 热辐射的理解 题型02 能量子的理解 题型03 能级的理解 ▌题型01 热辐射的理解 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 1.电荷 自然界中只存在两种电荷：正电荷和负电荷。 物理学中规定：丝绸摩擦过的玻璃棒带正电，毛皮摩擦过的橡胶棒带负电。 物体带电的实质是得失电子：得到电子带负电，失去电子带正电。 2.电荷间的相互作用 同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引。 电荷的分配原则：两个形状、大小相同且带同种电荷的同种导体接触后再分开，二者带等量同种电荷；若两导体原来带异种电荷，则电荷先中和，余下的电荷再平分。 【典例1】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 【变式训练1】．下列关于在两种不同温度下某一定质量的气体的分子速率分布图像（纵坐标f（v）表示各速率区间的分子数占总分子数的百分比，横坐标v表示分子的速率）和两种不同温度下黑体辐射的强度与波长的关系的图像符合实验规律的是（　　） A． B． C． D． 【变式训练2】（多选）根据黑体辐射的实验规律，以下判断正确的是（    ） A．在同一温度下，波长越短的电磁波辐射强度越大 B．在同一温度下，辐射强度最大的电磁波波长不是最大的，也不是最小的，而是处在最大波长与最小波长之间 C．温度越高，辐射强度的极大值就越大 D．温度越高，辐射强度最大的电磁波的波长越短 【 【变式训练3】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 .▌题型02 能量子的理解 1、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。 2、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。 【例2】下列有关光子的说法不正确的是(　　) A．在空间传播的光是不连续的，而是一份一份的，每一份叫一个光子 B．光子是具有质量、能量和体积的实物微粒 C．光子的能量跟它的频率有关 D．紫光光子的能量比红光光子的能量大 【变式训练1】下列关于能量量子化说法正确的是（　　） A．爱因斯坦最早提出了能量量子化假说 B．普朗克认为微观粒子能量是连续的 C．频率为v的光的能量子为hv D．电磁波波长越长，其能量子越大 【变式训练2】．原子的能量量子化现象是指(     ) A．原子的能量是不可改变的 B．原子的能量与电子的轨道无关 C．原子的能量状态是不连续的 D．原子具有分立的能级 【变式训练3】多)某光源放出波长为500～600 nm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h＝6.63×10－34 J·s)(　　) A．2.0×1015 B．3.0×1015 C．2.6×1015 D．1.5×1015 ▌题型03 能级的理解 能级是原子中电子的能量状态，其能量值不连续（量子化），电子只能在特定能级轨道运动，从高能级向低能级跃迁时释放光子，反之吸收光子，体现了微观粒子能量的量子化特性，是原子结构量子理论的核心概念。 【例3】 多选）下列说法中正确的是（　　） A．原子处于能级最低的状态时，最稳定 B．原子由高能级向低能级跃迁时，放出光子 C．能量量子化成功解释了原子光谱的分立特征 D．原子能吸收任意能量值的光子向高能级跃迁 【变式训练1】光子的发射和吸收过程是（　　） 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原子在始、末两个能级的能量差 B．原子不能从低能级向高能级跃迁 C．原子吸收光子后从低能级跃迁到高能级，放出光子后从较高能级跃迁到较低能级 D．原子无论是吸收光子还是放出光子，吸收的光子或放出的光子的能量可大于始、末两个能级的能量差值 【变式训练2】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 【变式训练3】（多选）下列说法中正确的是（　　） A．原子处于能级最低的状态时，最稳定 B．原子由高能级向低能级跃迁时，放出光子 C．能量量子化成功解释了原子光谱的分立特征 D．原子能吸收任意能量值的光子向高能级跃迁 2 / 2 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $