13.5 能量量子化（重难点专练）人教版物理必修第三册

**基本信息** 聚焦能量量子化核心概念，以热辐射、能量子、能级为模块，通过概念辨析与变式训练构建从现象到理论的逻辑体系，培养能量观念与科学推理能力。 **专项设计** |模块|题量/典例|题型特征|知识逻辑| |----|-----------|----------|----------| |热辐射|1例题+3变式|考查黑体辐射特点、温度对辐射的影响，结合图像分析|从热辐射现象引入黑体模型，建立温度与辐射波长的关联| |能量子|1例题+3变式|辨析能量量子化假说、普朗克常量应用，关联电磁波性质|以能量子假说解释黑体辐射规律，明确能量不连续的微观本质| |能级|1例题+3变式|围绕能级跃迁条件、光谱分立特征，结合光子能量计算|基于能量量子化推导原子能级模型，解释发射光谱分立现象|

13.5 能量量子化（题型突破） 题型01热辐射 题型02能量子 题型03能级 ▌题型01热辐射 1．热辐射 (1)定义：我们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，所以叫作热辐射。 (2)特点：当温度升高时，热辐射中波长较短的电磁波的成分越来越强。 2．黑体 定义：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。 (2)特点 ①黑体不反射电磁波，但可以向外辐射电磁波。 ②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。 说明：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。 例题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1-1、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。 变式1-2、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．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。 变式1-3、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。 ▌题型02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，这个不可再分的最小的能量值ε叫作能量子。 2．大小：ε＝hν，其中普朗克常量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，频率为ν的光的能量子为hν，光的能量子称为光子。 说明：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。 例题2、（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。 变式2-1、下列说法正确的是（　　） A．普朗克认为微观粒子的能量是不连续的 B．赫兹预言了电磁波的存在，并首次在实验室证实了电磁波的存在 C．电磁波跟声波一样，只能在介质中传播 D．法拉第发现了电流的磁效应，首次揭示了电与磁的联系 【答案】A 【详解】A．普朗克提出能量量子化理论，认为微观粒子的能量是离散的、不连续的，故A正确； B．麦克斯韦预言了电磁波的存在，赫兹首次在实验室证实了电磁波的存在，故B错误； C．电磁波是电磁场的传播，可在真空中传播（如光在太空中的传播），而声波是机械波，需介质才能传播，故C错误； D．奥斯特发现了电流的磁效应（通电导线周围产生磁场），首次揭示了电与磁的联系；法拉第发现了电磁感应现象（变化的磁场产生电流），故D错误。 故选A。 变式2-2、关于电磁波、能量量子化、电磁感应现象，下列说法正确的是（　　） A．麦克斯韦预言并证实了电磁波的存在 B．电磁波是一种客观存在的物质 C．普朗克认为微观粒子的能量是连续的 D．奥斯特通过实验发现了“磁生电”是一种在变化、运动的过程中才能出现的现象 【答案】B 【详解】A．麦克斯韦预言了电磁波的存在，证实电磁波存在的人时赫兹，故A错误； B．电磁波具有能量，是一种物质，赫兹最早通过实验证明了电磁波的存在，故B正确； C．普朗克首先提出微观粒子的能量是量子化的，不是连续的，故C错误； D．法拉第通过实验发现了“磁生电”是一种在变化、运动的过程中才能出现的现象，故D错误。 故选B。 变式2-3、下列说法正确的是（　　） 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 B．只有温度高的物体才会有热辐射 C．电磁波是一种物质，不能在真空中传播 D．一个物体所具有的能量是非量子化的，可以是一个任意值 【答案】A 【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，A正确； B．任何物体都会有热辐射，B错误； C．电磁波是一种物质，能在真空中传播，C错误； D．一个物体所具有的能量是量子化的，是一个非连续值，D错误； 故选A。 ▌题型03能级 1．能级 原子的能量是量子化的，这些量子化的能量值叫作能级。 原子具有确定能量的稳定状态，称为定态。能量最低的状态叫作基态，其他的状态叫作激发态。 2．能级之间的跃迁 处于低能级的原子受到高速运动的电子的撞击，有可能跃迁到较高的能量状态，处于高能级的原子是不稳定的，会自发地向能量较低的能级跃迁，放出光子。 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。 3．原子的发射光谱 (1)光谱特征 如图所示是氦原子的光谱，原子的发射光谱只有一些分立的亮线。 (2)光谱分立的原因 原子从高能态向低能态跃迁时放出的光子的能量，等于前后两个能级之差，因为原子的能级是分立的，所以放出的光子的能量也是分立的。 例题3、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吸收光子，且吸收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】D 【详解】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。 故选D。 变式3-1、（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3-2、能引起人的眼睛视觉效应的最小能量为10-18 J，已知可见光的平均波长为0.6 μm，普朗克常数h=6.63×10-34 J·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 【详解】每个光子的能量为E0=hγ＝h，能引起人的眼睛视觉效应的最小能量E=10-18J，由E=nE0得能引起人眼的感觉，进入人眼的光子数至少，故B正确，ACD错误； 变式3-3、（多选）人眼对绿光最为敏感，如果每秒有个绿光的光子射入瞳孔，眼睛就能察觉。现有一个光源以功率均匀地向各个方向发射波长为的绿光，假设瞳孔在暗处的直径为，且不计空气对光的吸收。（普朗克常量，真空中光速），则（　　） A．光源单位时间内产生的光子数 B．光源单位时间内产生的光子数 C．眼睛最远在距离能够看到这个光源 D．眼睛最远在距离能够看到这个光源 【答案】AC 【详解】AB．光源单位时间内产生的光子数为，故A正确，B错误； CD．根据光子数密度公式 解得 ，故C正确，D错误。 故选AC。 2 / 2 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $ 13.5 能量量子化（题型突破） 题型01热辐射 题型02能量子 题型03能级 ▌题型01热辐射 1．热辐射 (1)定义：我们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，所以叫作热辐射。 (2)特点：当温度升高时，热辐射中波长较短的电磁波的成分越来越强。 2．黑体 定义：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。 (2)特点 ①黑体不反射电磁波，但可以向外辐射电磁波。 ②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。 说明：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。 例题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1-1、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 变式1-2、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．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 变式1-3、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< ▌题型02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，这个不可再分的最小的能量值ε叫作能量子。 2．大小：ε＝hν，其中普朗克常量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，频率为ν的光的能量子为hν，光的能量子称为光子。 说明：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。 例题2、（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 变式2-1、下列说法正确的是（　　） A．普朗克认为微观粒子的能量是不连续的 B．赫兹预言了电磁波的存在，并首次在实验室证实了电磁波的存在 C．电磁波跟声波一样，只能在介质中传播 D．法拉第发现了电流的磁效应，首次揭示了电与磁的联系 变式2-2、关于电磁波、能量量子化、电磁感应现象，下列说法正确的是（　　） A．麦克斯韦预言并证实了电磁波的存在 B．电磁波是一种客观存在的物质 C．普朗克认为微观粒子的能量是连续的 D．奥斯特通过实验发现了“磁生电”是一种在变化、运动的过程中才能出现的现象 变式2-3、下列说法正确的是（　　） 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 B．只有温度高的物体才会有热辐射 C．电磁波是一种物质，不能在真空中传播 D．一个物体所具有的能量是非量子化的，可以是一个任意值 ▌题型03能级 1．能级 原子的能量是量子化的，这些量子化的能量值叫作能级。 原子具有确定能量的稳定状态，称为定态。能量最低的状态叫作基态，其他的状态叫作激发态。 2．能级之间的跃迁 处于低能级的原子受到高速运动的电子的撞击，有可能跃迁到较高的能量状态，处于高能级的原子是不稳定的，会自发地向能量较低的能级跃迁，放出光子。 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。 3．原子的发射光谱 (1)光谱特征 如图所示是氦原子的光谱，原子的发射光谱只有一些分立的亮线。 (2)光谱分立的原因 原子从高能态向低能态跃迁时放出的光子的能量，等于前后两个能级之差，因为原子的能级是分立的，所以放出的光子的能量也是分立的。 例题3、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吸收光子，且吸收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 变式3-1、（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3-2、能引起人的眼睛视觉效应的最小能量为10-18 J，已知可见光的平均波长为0.6 μm，普朗克常数h=6.63×10-34 J·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3-3、（多选）人眼对绿光最为敏感，如果每秒有个绿光的光子射入瞳孔，眼睛就能察觉。现有一个光源以功率均匀地向各个方向发射波长为的绿光，假设瞳孔在暗处的直径为，且不计空气对光的吸收。（普朗克常量，真空中光速），则（　　） A．光源单位时间内产生的光子数 B．光源单位时间内产生的光子数 C．眼睛最远在距离能够看到这个光源 D．眼睛最远在距离能够看到这个光源 2 / 2 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $