高中物理人教版（2019）必修第三册13.5《能量量子化》（共21张ppt）

(共21张PPT)
第十三章　电磁感应与电磁波初步
5.能量量子化
能量
量子
经典
学习目标
1.知道热辐射、黑体、黑体辐射的概念。
2.了解普朗克的能量子假设。
3.了解爱因斯坦光子假设。
4.知道原子能级及能级跃迁理论。
情景引入
把铁块投进火炉中，刚开始铁块只是发热，并不发光。随着温度的升高，铁块会
慢慢变红，开始发光。铁块依次呈现暗红、赤红、橘红等颜色，直至成为黄白色。为什么会有这样的变化呢？
自学感知
梳理教材夯实基础
一、热辐射
1．热辐射的概念：物体具有的与________有关的辐射电磁波的方式。
2．热辐射规律：物体在室温时，热辐射的主要成分是波长________的电磁波，当温度升高时，热辐射中波长较______的成分越来越强。实验表明：辐射强度按波长的分布情况随物体的
______而有所不同。
温度
较长
短
温度
3．黑体：能够完全吸收入射的各种波长的__________而不发生________的物体。
4．黑体辐射规律：黑体虽然不反射电磁波，但是却可以向外辐射电磁波，而且辐射电磁波的强度按________的分布只与它的________有关。
5
.解释：人们很自然地要依据热学和电磁学的知识寻求黑体辐射的理论解释，但是，用_____的电磁理论解释时遇到了严重的困难。
波长
温度
电磁波
反射
经典
自学感知
梳理教材夯实基础
二、能量子
1．定义：振动着的带电微粒的能量只能是某一最小能量值ε的________倍。这个不可再分的最小能量值ε叫做能量子。
2．能量子的大小：ε＝________，其中______是电磁波的频率，h是一个常量，称为普朗克常量。h=____________
3．普朗克认为微观粒子的能量是__________的，是不连续(分立)的。
4．爱因斯坦的光子说：光是由一个个不可分割的能量子组成的，频率为ν的光的能量子为________，这些能量子被叫作________。
整数
hν
ν
量子化
hν
光子
6.63×10-34J·s
三、能级
1．定义：原子的能量是__________的，这些_________的能量值叫作能级。
2．原子的稳定性：原子处于能量最低的状态时最稳定，原子处于能量较高的能量状态时不稳定，会自发地向能量较低的能级跃迁，放出________。
3．能级跃迁规律：原子从高能级态向低能级态跃迁时放出的光子的能量________前后两个能级之差。
量子化
量子化
光子
等于
4．原子的发射光谱的特征：原子的能级是分立的，放出的光子的能量也是分立的，因此，原子的发射光谱只有一些________的亮线。
5
.量子力学的作用：20世纪20年代，
__________建立了，它能够很好地描述__________运动的规律。核能、计算机、智能手机及激光技术等的应用都离不开量子力学。
分立
量子力学
微观粒子
探究一：一般物体与黑体的比较：
探究解惑
注重过程提高能力
热辐射特点
吸收、反射特点
一般
物体
辐射电磁波的情况与温度有关，与材料的种类及表面状况有关
既吸收，又反射，其能力与材料的种类及入射光波长等因素有关
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
完全吸收各种入射电磁波，不反射
【例1】
(多选)下列说法正确的是(
)
A．物体在某一温度下只能辐射某一固定波长的电磁波
B．当铁块呈现黑色时，说明它的温度不太高
C．当铁块的温度较高时会呈现赤红色，说明此时辐射的电磁波中该颜色的光强度最强
D．早、晚时分太阳呈现红色，而中午时分呈现白色，说明中午时分太阳温度最高
答案:BC
解析：物体在某一温度下能辐射不同波长的电磁波，A错误；铁块呈现黑色，是由于它的辐射强度的极大值对应的波长段在红外部分，甚至波长更长，说明它的温度不太高，当铁块的温度较高时铁块呈现赤红色，说明此时辐射的电磁波中该颜色的光强度最强，故B、C正确；太阳早、晚时分呈现红色，而中午时分呈现白色，是大气吸收与反射了部分光的原因，不能说明中午时分太阳温度最高，D错误。
探究解惑
注重过程提高能力
探究二：普朗克的能量子观点与宏观世界中我们对能量的认识有什么不同?
1、宏观世界中我们认为能量可以是任意值,是连续的；
普朗克的“能量子”观点则认为能量是一份一份的,每一份是一个最小能量单位,大小为
ε=hν，即能量不是连续的。
2、宏观世界中我们认为能量是连续的是因为每一个能量子的能量都很小,宏观变化中有大量的能量子,就可以看作是连续的；而研究微观粒子时,单个的能量子能量较大就显示出不连续性。
【例2】光是一种电磁波,可见光的波长的大致范围是400~700
nm,求400
nm、700
nm的电磁辐射的能量子的值是多少?
答案:4.97×10-19
J　2.84×10-19
J
解析:根据公式c=λν和ε=hν,
400
nm对应的能量子ε1==6.63×10-34×
J≈4.97×10-19
J
700
nm对应的能量子ε2==6.63×10-34×
J≈2.84×10-19
J
【例3】人眼对绿光最为敏感，正常人的眼睛接收到波长为530
nm的绿光时，只要每秒有6个绿光的光子射入瞳孔，眼睛就能察觉，普朗克常量为6.63×10－34
J·s，光速为3.0×108
m
/s，则人眼能察觉到绿光时所接收到的最小功率是(
)
A．2.3×10－18
W　　　　
　B．3.8×10－19
W
C．7.0×10－10
W　　
　D．1.2×10－18
W
答案:A
解析：根据ε＝hν和c＝λν及E＝Pt＝nε
每秒有n=6个绿光的光子射入瞳孔，所以察觉到绿光所接收到最小功率为
P＝
＝
W
＝
2.3×10－18
W。
探究三：对能级的理解：
探究解惑
注重过程提高能力
(1)当电子在不同轨道上运动时，原子处于不同的状态，原子在不同的状态中具有不同的能量，即原子的能量是量子化的，这些量子化的能量值叫作能级。
(2)原子获得能量有可能跃迁到较高的能量状态,这些状态的原子是不稳定的,会自发地向能量较低的能级跃迁，同时放出光子,能量减少。
(3)物体在发射或接收能量的时候，只能从某一能级“飞跃”到另一能级，而不可能停留在不符合这些能级的任何一个中间状态。
【例4】(多选)对于带电微粒辐射和吸收能量时的特点，以下说法正确的是(　
　)
A．以某一个最小能量值为单位一份一份地辐射或吸收
B．辐射和吸收的能量是某一最小能量值的整数倍
C．吸收的能量可以是连续的
D．辐射和吸收的能量是量子化的
答案：ABD
解析：根据能量子假设可知，带电微粒辐射和吸收的能量，只能是某一最小能量值的整数倍，A、B正确；带电微粒辐射和吸收的能量不是连续的，而是量子化的，故C错误，D正确。
【例5】一个氢原子从低能级跃迁到高能级,该氢原子(　　)
A.吸收光子,吸收光子的能量等于两能级之差
B.吸收光子,能量减少
C.放出光子,能量增加
D.放出光子,能量减少
答案：A
解析：氢原子能级越高对应的能量越大,当氢原子从较低能级向较高能级跃迁时吸收光子,能量增加,吸收光子的能量等于两能级之差,A正确,B、C、D错误。
课堂小结