《学霸笔记 同步精讲》第13章 电磁感应与电磁波初步 5.能量量子化（课件）高中物理人教版必修三

(共33张PPT)
5.能量量子化
课标定位
1.知道热辐射的概念及规律。
2.了解黑体及黑体辐射特点。
3.了解能量子的概念及其提出的科学过程。
4.了解能级的概念,知道能级跃迁的规律。
素养阐释
1.通过学习热辐射、能量子和能级的概念,培养物理观念。
2.体会能量子提出的过程,培养献身科学的时代精神,形成科学态度与责任。
自主预习·新知导学
合作探究·释疑解惑
课 堂 小 结
随 堂 练 习
自主预习·新知导学
一、热辐射
1.热辐射
(1)概念: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,所以叫热辐射。
(2)特点:辐射强度按波长的分布情况随物体的温度而有所不同。
(3)我们周围的物体都在进行热辐射,为什么我们只能观察到部分物体的热辐射
提示:不同物体辐射的电磁波的波长不同,波长较长的电磁波不能引起人的视觉,波长在某范围内的电磁波才能引起人的视觉。
2.黑体
(1)概念:能够完全吸收入射的各种波长的电磁波而不发生
反射的物体叫作黑体。
(2)黑体辐射特点: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。
(3)黑体就是黑色的物体吗
提示:黑体并不是指黑色的物体,它是指能完全吸收各种波长的电磁波而不发生反射的物体。
二、能量子
1.普朗克的假设: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。例如,可能是ε或2ε、3ε……这个不可再分的最小能量值ε叫作能量子。
2.能量子公式:ε=hν,其中ν是电磁波的频率,h称为普朗克常量, h=6.626×10-34 J·s。
3.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不连续的,这种现象叫能量的量子化。
4.光子:爱因斯坦认为光本身就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hν,这些能量子被称为光子。
5.微观粒子的能量是否同宏观物体的能量一样,具有连续性
提示:微观粒子的能量是分立的,而不是连续的。
三、能级
1.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。由于原子的能级是分立的,所以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分立的亮线。
【思考讨论】
1.判断下列说法的正误。
(1)只有高温物体才能辐射电磁波。(　　)
(2)黑体辐射随温度升高强度变强。(　　)
(3)微观粒子的能量只能是能量子的整数倍。(　　)
(4)氢原子吸收光子可从低能级跃迁到高能级。(　　)
×
√
√
√
2.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 你知道其中的道理吗
提示:根据热辐射规律可知,人的体温的高低直接决定了该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该人的体温。
3.原子由高能量状态跃迁到低能量状态时,放出的光子的能量可以是任意值吗
提示:不可以。因各定态轨道的能量是固定的,跃迁时释放出的光子的能量也是一系列固定值。
合作探究·释疑解惑
知识点一
知识点二
对热辐射的理解
问题引领
如图所示,人在火炉旁边有什么感觉 投入炉中的铁块颜色怎样变化 说明了什么问题
提示:人在火炉旁会感到热,这是由于火炉不断地向外辐射能量。投入炉中的铁块依次呈现暗红、赤红、橘红等颜色,直至成为黄白色,这表明同一物体热辐射的强度与温度有关。
归纳提升
1.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。
2.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。
3.一般物体和黑体的热辐射、吸收、反射的特点:
项目 一般物体 黑体
热辐射的特点 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 辐射电磁波的强弱按波长的分布只与黑体的温度有关
吸收、反射的特点 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 完全吸收各种入射电磁波,不反射
典型例题
【例题1】 (多选)下列叙述正确的是(　　)
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.黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体温度有关
D.黑体能够完全吸收入射的各种波长的电磁波
答案:ACD
解析:我们周围的一切物体都在辐射电磁波,A正确;根据热辐射和黑体辐射的特点知,一般物体辐射电磁波的情况除与温度有关外,还与材料的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,C正确;根据黑体的定义知D正确。
现实生活中不存在理想的黑体,实际的物体都能辐射红外线(电磁波),也都能吸收和反射红外线(电磁波),绝对黑体不存在,因此,黑体是理想化的模型。
【变式训练1】 关于对热辐射的认识,下列说法正确的是
(　　)
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.辐射强度按波长的分布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
答案: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,选项A错误,选项B正确;选项C描述的是黑体辐射的特性,选项C错误;常温下看到的物体的颜色是反射光的颜色,选项D错误。
能量子的理解和ε=hν的应用
问题引领
某激光器能发射波长为λ的激光,那么激光光量子的能量可以取任意值吗 是连续的还是一份一份的 设普朗克常量为h,那么每个激光光量子的能量是多少 如果激光发射功率为P,那么单位时间内发射多少个光量子
归纳提升
1.物体在发射或接收能量的时候,只能从某一状态“飞跃”地过渡到另一状态,而不可能停留在不符合这些能量的任何一个中间状态。
2.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。
3.能量子的能量ε=hν,其中h是普朗克常量,ν是电磁波的频率。
典型例题
【例题2】 人眼对绿光较为敏感,正常人的眼睛接收到波长为530 nm的绿光时,只要每秒钟有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:因只要每秒有6个绿光的光子射入瞳孔,眼睛就能察觉。所以察觉到绿光所接收的最小功率P=,式中E=6ε,又ε=hν=h,可解得P= W=2.3×10-18 W。
1.普朗克能量子假设认为微观粒子的能量是量子化的,或者说微观粒子的能量是分立的。
2.能量子的大小:ε=hν,其中ν是电磁波的频率,h是一个常量,称为普朗克常量,其值为h=6.626×10-34 J·s。
【变式训练2】 (多选)对于带电微粒的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一份一份地辐射或吸收
B.辐射和吸收的能量是某一最小值的整数倍
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:带电微粒辐射或吸收能量时是以最小能量值——能量子ε的整数倍一份一份地辐射或吸收的,是不连续的,故选项A、B、D正确,C错误。
课 堂 小 结
随 堂 练 习
1.(黑体热辐射的特点)影响黑体辐射强度的因素是(　　)
A.只有温度
B.只有波长
C.与波长和温度都有关
D.与波长和温度都无关
答案:C
2.(能量量子化的理解)(多选)关于普朗克“能量量子化”的假设,下列说法正确的是(　　)
A.认为带电微粒辐射或吸收能量时,是一份一份的
B.认为能量值是连续的
C.认为微观粒子的能量是量子化的、连续的
D.认为微观粒子的能量是分立的
答案:AD
解析:普朗克的理论认为带电微粒辐射或吸收能量时,是一份一份的,微观粒子的能量是量子化的,是分立的,A、D正确。
3.(能量子的理解)已知某单色光的波长为λ,真空中光速为c,普朗克常量为h,则电磁波辐射的能量子ε的值为(　　)
A.h B.
C. D.以上均不正确
答案:A
解析:由光速、波长的关系可得出光的频率ν=,从而ε=hν=h,故A正确。
4.(光子数的计算)小灯泡的功率P=1 W,设其发出的光向四周均匀辐射,平均波长λ=10-6 m,求小灯泡每秒辐射的光子数是多少 h=6.63×10-34 J·s。
答案:5×1018
解析:小灯泡每秒发出的能量为E=Pt=1 J
1个光子的能量ε=hν= J=1.989×10-19 J
小灯泡每秒辐射的光子数n==5×1018。