5能量量子化[學(xué)習(xí)目標(biāo)]1.了解熱輻射和黑體的概念。2.初步了解微觀世界的量子化特征，知道普朗克常量(難點(diǎn))。3.了解原子的能級(jí)結(jié)構(gòu)(重點(diǎn))。一、熱輻射1．熱輻射(1)定義：我們周圍的一切物體都在輻射電磁波。這種輻射與物體的溫度有關(guān)，所以叫作熱輻射。(2)特點(diǎn)：當(dāng)溫度升高時(shí)，熱輻射中波長(zhǎng)較短的電磁波的成分越來(lái)越強(qiáng)。2．黑體定義：能夠完全吸收入射的各種波長(zhǎng)的電磁波而不發(fā)生反射的物體。(2)特點(diǎn)①黑體不反射電磁波，但可以向外輻射電磁波。②黑體輻射電磁波的強(qiáng)度按波長(zhǎng)的分布只與黑體的溫度有關(guān)。說(shuō)明黑體不一定是黑的，只有當(dāng)自身輻射的可見(jiàn)光非常微弱時(shí)看上去才是黑的；有些可看成黑體的物體由于有較強(qiáng)的輻射，看起來(lái)還會(huì)很明亮，如煉鋼爐口上的小孔。例1下列關(guān)于熱輻射和黑體輻射的說(shuō)法不正確的是()A．一切物體都在輻射電磁波B．黑體實(shí)際上是不存在的，只是一種理想情況C．黑體不向外輻射電磁波D．一般物體輻射電磁波的強(qiáng)度與溫度有關(guān)答案C解析一切物體都在輻射電磁波，故A正確，C錯(cuò)誤；黑體是一種理想模型，故B正確；一般物體輻射電磁波的強(qiáng)度與溫度有關(guān)，故D正確。熱輻射特點(diǎn)吸收、反射的特點(diǎn)一般物體輻射電磁波的情況與溫度有關(guān)，與材料的種類、表面狀況有關(guān)既吸收又反射，其能力與材料的種類及入射波的波長(zhǎng)等因素有關(guān)黑體輻射電磁波的強(qiáng)弱按波長(zhǎng)的分布只與黑體的溫度有關(guān)完全吸收各種入射電磁波，不反射針對(duì)訓(xùn)練1很多地方用紅外線熱像儀監(jiān)測(cè)人的體溫，只要被測(cè)者從儀器前走過(guò)，便可知道他的體溫，關(guān)于其原理，下列說(shuō)法正確的是()A．人的體溫會(huì)影響周圍空氣溫度，儀器通過(guò)測(cè)量空氣溫度便可知道人的體溫B．儀器發(fā)出的紅外線遇人反射，反射情況與被測(cè)者的溫度有關(guān)C．被測(cè)者會(huì)輻射紅外線，輻射強(qiáng)度以及按波長(zhǎng)的分布情況與溫度有關(guān)，溫度高時(shí)輻射強(qiáng)且較短波長(zhǎng)的成分強(qiáng)D．被測(cè)者會(huì)輻射紅外線，輻射強(qiáng)度以及按波長(zhǎng)的分布情況與溫度有關(guān)，溫度高時(shí)輻射強(qiáng)且較長(zhǎng)波長(zhǎng)的成分強(qiáng)答案C解析根據(jù)輻射規(guī)律可知，隨著溫度的升高，各種波長(zhǎng)的輻射強(qiáng)度都增加，波長(zhǎng)較短的成分越來(lái)越強(qiáng)，人的體溫的高低，直接決定了輻射的紅外線的頻率和強(qiáng)度，通過(guò)監(jiān)測(cè)被測(cè)者輻射的紅外線的情況，就可知道這個(gè)人的體溫，故選C。二、能量子1．概念：振動(dòng)著的帶電微粒的能量只能是某一最小能量值的整數(shù)倍，這個(gè)最小的能量值ε叫能量子。2．大小：ε＝hν，其中h＝6.63×10－34J·s。3．愛(ài)因斯坦光子說(shuō)：光是由一個(gè)個(gè)不可分割的能量子組成，能量大小為hν，光的能量子稱為光子。說(shuō)明能量的量子化：在微觀世界中能量不能連續(xù)變化，只能取分立值，這種現(xiàn)象叫作能量的量子化。量子化的基本特征就是在某一范圍內(nèi)取值是不連續(xù)的。例2(2023·黃岡中學(xué)高二月考)關(guān)于能量量子化，下列說(shuō)法正確的是()A．能量子假設(shè)最早是由愛(ài)因斯坦提出來(lái)的B．微觀粒子的能量是不連續(xù)的，只能是某一最小能量值的整數(shù)倍C．電磁波的波長(zhǎng)越長(zhǎng)，其能量子越大D．能量子假說(shuō)與宏觀世界中對(duì)能量的認(rèn)識(shí)相矛盾，因而它一定是錯(cuò)誤的觀點(diǎn)答案B解析能量子假設(shè)最早是由普朗克提出的，故A錯(cuò)誤；微觀粒子的能量是不連續(xù)的，只能是某一最小能量值的整數(shù)倍，故B正確；根據(jù)ε＝hν＝eq\f(hc,λ)可知，電磁波的波長(zhǎng)越長(zhǎng)，其能量子越小，故C錯(cuò)誤；能量子假說(shuō)與宏觀世界中對(duì)能量的認(rèn)識(shí)相矛盾，但它的觀點(diǎn)是正確的，故D錯(cuò)誤。例3(2022·重慶巴蜀中學(xué)高二期中)可見(jiàn)光波長(zhǎng)的大致范圍是400～760nm，則該范圍的電磁波輻射能量子ε最大值(已知普朗克常量h＝6.63×10－34J·s)()A．4.97×10－21J B．2.62×10－19JC．3.11eV D．1.63eV答案C解析根據(jù)公式ε＝hν和ν＝eq\f(c,λ)可知，波長(zhǎng)最短的電磁波輻射能量子ε最大，400nm電磁波輻射的能量子ε＝heq\f(c,λ)＝6.63×10－34×eq\f(3×108,400×10－9)J≈4.97×10－19J≈3.11eV，故C正確。三、能級(jí)1．能級(jí)原子的能量是量子化的，這些量子化的能量值叫作能級(jí)。原子具有確定能量的穩(wěn)定狀態(tài)，稱為定態(tài)。能量最低的狀態(tài)叫作基態(tài)，其他的狀態(tài)叫作激發(fā)態(tài)。2．能級(jí)之間的躍遷處于低能級(jí)的原子受到高速運(yùn)動(dòng)的電子的撞擊，有可能躍遷到較高的能量狀態(tài)，處于高能級(jí)的原子是不穩(wěn)定的，會(huì)自發(fā)地向能量較低的能級(jí)躍遷，放出光子。拓展延伸(1)能級(jí)越低，原子越穩(wěn)定。(2)除受到高速運(yùn)動(dòng)的電子的撞擊外，當(dāng)吸收一定大小的光子的能量(等于躍遷前后的兩能級(jí)之差)時(shí)，原子也能躍遷到高能級(jí)。3．原子的發(fā)射光譜(1)光譜特征如圖所示是氦原子的光譜，原子的發(fā)射光譜只有一些分立的亮線。(2)光譜分立的原因原子從高能態(tài)向低能態(tài)躍遷時(shí)放出的光子的能量，等于前后兩個(gè)能級(jí)之差，因?yàn)樵拥哪芗?jí)是分立的，所以放出的光子的能量也是分立的。例4一個(gè)氫原子從低能級(jí)躍遷到高能級(jí)，該氫原子()A．吸收光子，吸收光子的能量等于兩能級(jí)之差B．吸收光子，能量減少C．放出光子，能量增加D．放出光子，放出光子的能量等于兩能級(jí)之差答案A解析氫原子能級(jí)越高對(duì)應(yīng)的能量越大，當(dāng)氫原子從較低能級(jí)向較高能級(jí)躍遷時(shí)，吸收光子，能量增加，吸收光子的能量等于兩能級(jí)之差，故A正確，B、C、D錯(cuò)誤。針對(duì)訓(xùn)練2(多選)下列說(shuō)法正確的是()A．原子的能量是連續(xù)的，原子的能量從某一能量值變?yōu)榱硪荒芰恐?，可以連續(xù)變化B．原子從低能級(jí)向高能級(jí)躍遷時(shí)放出光子C．原子從高能級(jí)向低能級(jí)躍遷時(shí)放出光子，且光子的能量等于前后兩個(gè)能級(jí)之差D．由于能級(jí)的存在，原子放出的光子的能量是分立的，所以原子的發(fā)射光譜只有一些分立的亮線答案CD解析原子的能量是量子化的，原子從高能級(jí)向低能級(jí)躍遷時(shí)向外放出光子，放出的光子的能量等于前后兩個(gè)能級(jí)之差，由于能級(jí)的分立性，放出的光子的能量也是分立的，所以原子的發(fā)射光譜只有一些分立的亮線，故C、D正確。課時(shí)對(duì)點(diǎn)練考點(diǎn)一熱輻射和黑體輻射1．黑體輻射電磁波的波長(zhǎng)分布的影響因素是()A．溫度 B．材料C．表面狀況 D．以上都正確答案A解析黑體輻射電磁波的強(qiáng)度按波長(zhǎng)的分布只與黑體的溫度有關(guān)，故選項(xiàng)A正確，B、C、D錯(cuò)誤。2．下列說(shuō)法正確的是()A．只有溫度高的物體才會(huì)有熱輻射B．黑體只是從外界吸收能量，從不向外界輻射能量C．黑體可以看起來(lái)很明亮，是因?yàn)楹隗w可以反射電磁波D．一般材料的物體，輻射電磁波的情況除與溫度有關(guān)外，還與材料的種類和表面情況有關(guān)答案D解析任何物體在任何溫度下都存在熱輻射，溫度越高輻射的能力越強(qiáng)，故A錯(cuò)誤；能夠完全吸收入射的各種波長(zhǎng)的電磁波而不發(fā)生反射的物體叫作黑體，黑體不反射電磁波，但可以向外輻射電磁波，有些黑體有較強(qiáng)的輻射，看起來(lái)也可以很明亮，故B、C錯(cuò)誤；黑體輻射電磁波的強(qiáng)度按波長(zhǎng)的分布只與黑體的溫度有關(guān)，與構(gòu)成黑體的材料、形狀無(wú)關(guān)，而一般物體輻射電磁波的情況除與溫度有關(guān)外，還與材料的種類和表面情況有關(guān)，故D正確。3．(多選)下列說(shuō)法正確的是()A．物體在某一溫度下只能輻射某一固定波長(zhǎng)的電磁波B．當(dāng)鐵塊呈現(xiàn)黑色時(shí)，說(shuō)明它的溫度不太高C．當(dāng)鐵塊的溫度較高時(shí)會(huì)呈現(xiàn)赤紅色，說(shuō)明此時(shí)輻射的電磁波中該顏色的光強(qiáng)度最強(qiáng)D．早、晚時(shí)分太陽(yáng)呈現(xiàn)紅色，而中午時(shí)分呈現(xiàn)白色，說(shuō)明中午時(shí)分太陽(yáng)溫度最高答案BC解析物體在某一溫度下能輻射不同波長(zhǎng)的電磁波，A錯(cuò)誤；鐵塊呈現(xiàn)黑色，是由于它的輻射強(qiáng)度的極大值對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)段在紅外部分，甚至波長(zhǎng)更長(zhǎng)，說(shuō)明它的溫度不太高，當(dāng)鐵塊的溫度較高時(shí)鐵塊呈現(xiàn)赤紅色，說(shuō)明此時(shí)輻射的電磁波中該顏色的光強(qiáng)度最強(qiáng)，故B、C正確；太陽(yáng)早、晚時(shí)分呈現(xiàn)紅色，而中午時(shí)分呈現(xiàn)白色，是大氣吸收與反射了部分光的原因，不能說(shuō)明中午時(shí)分太陽(yáng)溫度最高，D錯(cuò)誤。4．紅外體溫計(jì)廣泛應(yīng)用于測(cè)量體溫。下列說(shuō)法正確的是()A．當(dāng)體溫超過(guò)37.3℃時(shí)人體才輻射紅外線B．當(dāng)體溫超過(guò)周圍空氣溫度時(shí)人體才輻射紅外線C．紅外體溫計(jì)是依據(jù)體溫計(jì)發(fā)射紅外線來(lái)測(cè)體溫的D．紅外體溫計(jì)是依據(jù)人體溫度越高，輻射的紅外線強(qiáng)度越大來(lái)測(cè)體溫的答案D解析一切物體都在輻射紅外線，溫度越高，其輻射的紅外線強(qiáng)度越大，此為紅外體溫計(jì)測(cè)量體溫的依據(jù)，D正確。考點(diǎn)二能量子5．普朗克在1900年將“能量子”引入物理學(xué)，開(kāi)創(chuàng)了物理學(xué)的新紀(jì)元。在下列宏觀概念中，具有“量子化”特征的是()A．人的個(gè)數(shù) B．物體所受的重力C．物體的動(dòng)能 D．物體的長(zhǎng)度答案A解析依據(jù)普朗克量子化觀點(diǎn)，能量是不連續(xù)的，是一份一份地變化的，屬于“不連續(xù)的，一份一份”的概念的是人的個(gè)數(shù)，故A正確，B、C、D錯(cuò)誤。6．下列有關(guān)光子的說(shuō)法不正確的是()A．在空間傳播的光不是連續(xù)的，而是一份一份的，每一份叫一個(gè)光子B．光子是具有質(zhì)量、能量和體積的實(shí)物微粒C．光子的能量跟它的頻率有關(guān)D．紫光光子的能量比紅光光子的能量大答案B解析光是在空間傳播的電磁波，是不連續(xù)的，是一份一份的能量，每一份叫作一個(gè)光子，A正確；光子沒(méi)有靜止質(zhì)量，也沒(méi)有具體的體積，B錯(cuò)誤；根據(jù)ε＝hν可知光子的能量與光子的頻率有關(guān)，紫光的頻率大于紅光的頻率，所以紫光光子的能量比紅光光子的能量大，C、D正確。7．(多選)對(duì)于帶電微粒的輻射和吸收能量時(shí)的特點(diǎn)，下列說(shuō)法正確的是()A．以某一個(gè)最小能量值一份一份地輻射或吸收B．輻射和吸收的能量是某一最小值的整數(shù)倍C．吸收的能量可以是連續(xù)的D．輻射和吸收的能量是量子化的答案ABD解析帶電微粒輻射和吸收能量時(shí)是以最小能量值——能量子ε的整數(shù)倍一份一份地輻射或吸收的，是不連續(xù)的，故A、B、D正確，C錯(cuò)誤。8．某激光器能發(fā)射波長(zhǎng)為λ的激光，發(fā)射功率為P，c表示光速，h為普朗克常量，則激光器每分鐘發(fā)射的光子數(shù)為()A.eq\f(λP,hc)B.eq\f(hP,λc)C.eq\f(60λP,hc)D.eq\f(60hP,λc)答案C解析每個(gè)光子的能量ε＝hν＝heq\f(c,λ)，激光器在每分鐘內(nèi)發(fā)出的能量E＝W＝60P，故激光器每分鐘發(fā)射的光子數(shù)為n＝eq\f(E,ε)＝eq\f(60P,h\f(c,λ))＝eq\f(60Pλ,hc)，C正確?？键c(diǎn)三能級(jí)9．一個(gè)氫原子從較高能級(jí)躍遷到較低能級(jí)。該氫原子()A．放出光子，能量增加 B．放出光子，能量減少C．吸收光子，能量增加 D．吸收光子，能量減少答案B解析由原子的能級(jí)躍遷規(guī)律知，氫原子從高能級(jí)躍遷到低能級(jí)時(shí)，輻射一定頻率的光子，氫原子能量減少，光子的能量由這兩個(gè)能級(jí)的能量差決定，故選B。10．(多選)(2023·銀川一中期中)下列關(guān)于氦原子光譜和能級(jí)的說(shuō)法正確的是()A．氦原子光譜中的亮線是由于氦原子從高能級(jí)向低能級(jí)躍遷時(shí)釋放出光子形成的B．氦原子光譜不是連續(xù)的，是一些分立的亮線，說(shuō)明了氦原子的能級(jí)是量子化的C．原子能量越高原子越穩(wěn)定D．氦原子從高能級(jí)向低能級(jí)躍遷會(huì)放出光子，光子能量等于兩個(gè)能級(jí)之差答案ABD11．(2022·天津市南開(kāi)中學(xué)期中)人眼對(duì)綠光最為敏感，正常人的眼睛接收到波長(zhǎng)為530nm的綠光時(shí)，只要每秒有6個(gè)綠光的光子射入瞳孔，眼睛就能察覺(jué)。普朗克常量為6.63×10－34J·s，光速為3.0×108m/s，則人眼能察覺(jué)到綠光時(shí)所接收到的最小功率是()A．2.3×10－18W B．3.8×10－19WC．7.0×10－10W D．1.2×10－18W答案A解析由題意可知人眼能察覺(jué)到綠光所接收到的最小功率P＝eq\f(E,t)，式中E＝6ε，又因?yàn)棣牛絟ν＝heq\f(c,λ)，解得P＝eq\f(6hc,λt)＝eq\f(6×6.63×10－34×3×108,530×10－9×1)W≈2.3×10－18W，故選A。12．人眼對(duì)綠光最為敏感，如果每秒有N個(gè)波長(zhǎng)為λ的綠光的光子射入瞳孔，眼睛就能察覺(jué)，現(xiàn)有一