2022_2023学年新教材高中物理第13章电磁感应与电磁波初步5能量量子化课件新人教版必修第三册（39张PPT）

(共39张PPT)
第十三章　电磁感应与电磁波初步
5．能量量子化
课前预习反馈
课内互动探究
课堂达标检测
目标体系构建
核心素养提升
目标体系构建
1．知道热辐射、黑体辐射的概念。
2．了解普朗克的能量子假设和爱因斯坦的光子假设。
3．了解原子能级及能级跃迁规律。
【学习目标】
【思维脉络】
课前预习反馈
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。
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。
知识点 1
热辐射
温度　
较长　
短　
电磁波　
反射　
波长　
温度　
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。
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_______。
知识点 2
能量子
整数　
hν　
ν　
量子化　
hν　
光子　
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。
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。
知识点 3
能级
量子化　
量子化　
光子　
等于　
分立　
预习自测
『判一判』
(1)只有高温的物体才会热辐射。 (　　)
(2)热辐射的辐射强度按波长的分布情况随温度的变化而有所不同。
(　　)
(3)黑体就是指黑色的物体。 (　　)
(4)普朗克认为带电微粒的能量是量子化的。 (　　)
(5)原子处于最低能级时最稳定。 (　　)
(6)原子发生能级跃迁时要放出光子。 (　　)
×　
√　
×　
√　
√　
×　
A　
『想一想』
很多地方用红外热像仪监测人的体温，只要被测者从仪器前走过，便可知道他的体温是多少，你知道其中的道理吗？
答案：根据热辐射规律可知，人的体温的高低，直接决定了这个人辐射的红外线的频率和强度。通过监测被测者辐射的红外线的情况就知道这个人的体温。
课内互动探究
有经验的炼钢工人，通过观察炼钢炉内的颜色，就可以估计出炉内的大体温度，这是根据什么道理？
提示：热辐射与温度有关。
热辐射
情景导入
探究
一
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。太阳、白炽灯中光的发射就属于热辐射。
(2)特点：热辐射强度按波长的分布情况随物体的温度而有所不同。
要点提炼
2．对黑体的理解
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。
3．一般物体与黑体的比较
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
2020年疫情期间，很多地方用红外线热像仪监测人的体温，只要被测者从仪器前走过，便可知道他的体温是多少，关于其中原理，下列说法正确的是 (　　)
A．人的体温会影响周围空气温度，仪器通过测量空气温度便可知道人的体温
B．仪器发出的红外线遇人反射，反射情况与被测者的温度有关
C．被测者会辐射红外线，辐射强度以及按波长的分布情况与温度有关，温度高时辐射强且较短波长的成分强
D．被测者会辐射红外线，辐射强度以及按波长的分布情况与温度有关，温度高时辐射强且较长波长的成分强
典例1
典例剖析
C　
思路引导：在任何温度下，任何物体都会发射电磁波，其辐射强度按波长的分布情况随物体的温度高低而不同。要理解热辐射的这种特征。
解析：根据辐射规律可知，随着温度的升高，各种波长的辐射强度都增加；随着温度的升高，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动。人的体温的高低，直接决定了这个人辐射的红外线的频率和强度，通过监测被测者辐射的红外线的情况就可知道这个人的体温，C正确。
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
对点训练
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。
由能量量子化假说可知，能量是一份一份的，而不是连续的，在宏观概念中，举一些我们周围不连续的实例。
提示：人的个数，自然数，汽车等。
能量子和能级
情景导入
探究
二
1．能量子
物体热辐射所发出的电磁波是通过内部的带电谐振子向外辐射的，谐振子的能量是不连续的，只能是hν的整数倍，hν称为一个能量子，其中ν是谐振子的振动频率，h是一个常数，称为普朗克常量。
h＝6.63×10－34 J·s
2．量子化现象
在微观世界中物理量分立取值的现象称为量子化现象。
要点提炼
3．能级
(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)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。
(3)在宏观尺度内研究物体的运动时我们可以认为：物体的运动是连续的，能量变化是连续的，不必考虑量子化；在研究微观粒子时必须考虑能量量子化。
(2021·天津市南开中学高二上学期期中)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
典例 2
典例剖析
A　
思路引导：解决此类题目的关键是熟练掌握ε＝hν和c＝λν及E＝Pt＝nε等关系式。
2．“神光Ⅱ装置”是目前我国规模最大的高功率固体激光系统，利用它可获得能量为2 400 J、波长λ＝0.35 μm的紫外激光。已知普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s，则该紫外激光所含光子数为多少？(真空中光速c＝3×108 m/s)
答案：4.23×1021个
对点训练
核心素养提升
1．任何物体在任何温度下都会发生热辐射，这是由于物体中分子、原子受到激发会发射电磁波。
2．热辐射是热能转化为电磁能的过程。
3．除了热辐射外，物体表面还会吸收和反射外界射来的电磁波(如图所示)，除光源外，常温下我们看到的物体的颜色就是反射光的颜色。
理解热辐射的关键点
(2021·云南省云天化中学高二春季开学试题)关于对热辐射认识，下列说法中正确的是 (　　)
A．热的物体向外辐射电磁波，冷的物体只吸收电磁波
B．温度越高，物体辐射的电磁波越强
C．辐射电磁波的情况只与物体的温度有关，与材料种类及表面状况无关
D． 常温下我们看到的物体的颜色就是物体辐射电磁波的颜色
案例
B　
解析：一切物体都不停地向外辐射电磁波，且温度越高，辐射的电磁波越强，A错误，B正确；辐射电磁波的情况与物体的温度有关，与材料种类及表面状况也有关，C错误；常温下看到的物体的颜色是反射光的颜色，D错误。
课堂达标检测
1．(2021·北京市昌平区高二上学期期中)以下宏观概念中，属于“量子化”的是 (　　)
A．物体的长度　 B．物体所受的重力
C．物体的动能　 D．人的个数
解析：人数的数值只能取正整数，不能取分数或小数，因而是不连续的，是量子化的。其他三个物理量在宏观世界中的数值都可以取小数或分数，甚至取无理数也可以，因而是连续的，非量子化的。故只有D正确。
D　
2．(2021·山东省昌乐二中高二上学期检测)近年来军事行动中，士兵都佩戴“红外夜视仪”，在夜间也能清楚地看清目标，主要是因为
(　　)
A．“红外夜视仪”发射出强大的红外线，照射被视物体
B．一切物体均在不停地辐射红外线
C．一切高温物体均在不停地辐射红外线
D．“红外夜视仪”发射出X射线，被照射物体受到激发而发出红外线
B　
解析：一切物体都在不停地向外辐射红外线，不同物体辐射出来的红外线不同，采用“红外夜视仪”可以清楚地分辨出物体的形状、大小和位置，不受白天和夜晚的影响，即可确认出目标从而采取有效的行动。故只有B项正确。
3．(2021·吉林省实验中学高二下学期期末)一盏灯发光功率为100 W，假设它发出的光向四周均匀辐射，光的平均波长6.0×10－7 m，在距电灯10 m远处，以电灯为球心的球面上，1 m2的面积每秒通过的光子(能量子)数约为(普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s，光速c＝3.0×108 m/s)
(　　)
A．2×1015　 B．2×1016
C．2×1017　 D．2×1023
C