高中同步學(xué)案優(yōu)化設(shè)計GAOZHONGTONGBUXUEANYOUHAUSHEJI5.能量量子化第十三章內(nèi)容索引0102課前篇自主預(yù)習(xí)課堂篇探究學(xué)習(xí)學(xué)習(xí)目標(biāo)1.了解黑體輻射及其研究的歷史脈絡(luò),感悟以實驗為基礎(chǔ)的科學(xué)探究方法。(科學(xué)探究)2.了解能量子的概念及其提出的過程,領(lǐng)會這一科學(xué)概念的創(chuàng)新性突破中蘊含的偉大科學(xué)思想。(科學(xué)思維)3.了解宏觀物體和微觀粒子的能量變化的特點,體會量子理論的建立極大豐富和深化了人們對物質(zhì)世界的認(rèn)識。(科學(xué)態(tài)度與責(zé)任)思維導(dǎo)圖課前篇自主預(yù)習(xí)【必備知識】一、熱輻射想一想紅外體溫計具有方便快捷的特點,那么,這種體溫計是根據(jù)什么制成的呢?提示將被測物體發(fā)射的紅外線具有的輻射能轉(zhuǎn)變成電信號。紅外線輻射能量的大小與物體本身的溫度是相關(guān)聯(lián)的,根據(jù)轉(zhuǎn)變成電信號大小,就可以確定物體的溫度。1.熱輻射: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),所以叫熱輻射。2.輻射強度按波長的分布情況隨物體的溫度而有所不同。當(dāng)溫度升高時,熱輻射中波長較短的成分越來越強。3.除了熱輻射外,物體表面還會吸收和反射外界射來的電磁波。常溫下我們看到的不發(fā)光物體的顏色就是反射光所致。4.黑體:如果某種物體能夠完全吸收入射的各種波長的電磁波而不發(fā)生反射,這種物體就叫作黑體。黑體雖然不反射電磁波,但是可以向外輻射電磁波。黑體輻射電磁波的強度按波長的分布只與它的溫度有關(guān)。二、能量子1.定義:普朗克認(rèn)為,振動著的帶電微粒的能量只能是某一最小能量值ε的整數(shù)倍。例如,可能是ε或2ε、3ε……這個不可再分的最小能量值ε叫作能量子。2.能量子大小:ε=hν,其中ν是電磁波的頻率,h稱為普朗克常量。3.能量的量子化:普朗克的假設(shè)認(rèn)為,微觀粒子的能量是量子化的,或者說微觀粒子的能量是不連續(xù)(分立)的。4.光子:光本身就是由一個個不可分割的能量子組成的,頻率為ν的光的能量子為hν,h是普朗克常量,這些能量子叫光子。三、能級1.微觀世界中能量取分立值的觀念也適用于原子系統(tǒng),原子的能量是量子化的,這些量子化的能量值叫作能級。通常情況下,原子處于能量最低的狀態(tài),這是最穩(wěn)定的。氣體放電管中的原子受到高速運動的電子的撞擊,有可能躍遷到較高的能量狀態(tài)。這些狀態(tài)的原子是不穩(wěn)定的,會自發(fā)地向能量較低的能級躍遷,放出光子。2.原子由高能態(tài)向低能態(tài)躍遷時放出光子的能量,等于前后兩個能級之差。由于原子的能級是分立的,所以放出的光子的能量也是分立的,因此原子的發(fā)射光譜只有一些分立的亮線?！咀晕覚z測】1.正誤判斷,判斷結(jié)果為錯誤的小題說明原因。(1)溫度較低的物體不能輻射紅外線。(

)答案×解析我們周圍的一切物體都能進(jìn)行輻射。(2)黑體一定是黑色的。(

)答案×解析黑體是能夠完全吸收入射的各種波長的電磁波而不發(fā)生反射的物體,不一定是黑色的物體。(3)溫度越高,熱輻射中波長較長的成分越強。(

)答案×解析一切物體都在輻射電磁波,溫度越高,熱輻射中波長較短的成分越強。(4)當(dāng)原子從能量較高的能級躍遷到能量較低的能級時,會放出任意能量的光子。(

)答案×解析當(dāng)原子從能量較高的能級躍遷到能量較低的能級時,放出光子的能量等于前后兩個能級之差。2.光子的能量與其(

)A.頻率成正比

B.波長成正比C.速度成正比

D.速度平方成正比答案A解析根據(jù)光子的能量的公式,可知光子的能量與其頻率成正比,與波長成反比,與速度無關(guān),故A正確。課堂篇探究學(xué)習(xí)探究一對黑體和黑體輻射的理解【情境導(dǎo)引】煤煙很接近黑體,其吸收率為99%,即投射到煤煙的輻射能量幾乎全部被吸收,把一定量的煤煙置于陽光下照射,它的溫度是否一直在上升?要點提示不會,因為隨著能量不斷吸收,還伴隨著能量的輻射,最終將趨于平衡?！局R歸納】1.黑體實際上是不存在的,只是一種理想情況。2.黑體不一定是黑的,只有當(dāng)自身輻射的可見光非常微弱時看上去才是黑的;有些可看作黑體的物體由于有較強的輻射,看起來還會很明亮。一些發(fā)光的物體(如太陽、白熾燈燈絲)也有時被看作黑體來處理。3.黑體同其他物體一樣也在輻射電磁波,黑體的輻射規(guī)律最為簡單,黑體輻射強度只與溫度有關(guān)。4.一般物體和黑體的熱輻射、反射、吸收的特點。熱輻射不一定需要高溫,任何溫度都能發(fā)生熱輻射,只是溫度低時輻射弱,溫度高時輻射強。在一定溫度下,不同物體所輻射的光譜的成分有顯著不同。比較項目熱輻射特點吸收、反射的特點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等因素有關(guān)黑體輻射電磁波的強弱按波長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【典例示范】例1某軍事演習(xí)中,士兵佩戴著“紅外夜視儀”,在夜間也能清楚地看清目標(biāo),主要是因為(

)A.“紅外夜視儀”發(fā)射出強大的紅外線,照射被視物體B.一切物體均在不停地輻射紅外線C.一切高溫物體均在不停地輻射紅外線D.紅外線屬于可見光答案B解析一切物體都在不停地向外輻射紅外線,不同物體輻射出來的紅外線不同,采用“紅外夜視儀”可以清楚地分辨出物體的形狀、大小和位置,不受白天和夜晚的影響,故B正確。變式訓(xùn)練1(多選)下列敘述正確的是(

)A.一切物體都在輻射電磁波B.一般物體輻射電磁波的情況只與溫度有關(guān)C.黑體輻射電磁波的強度按波長的分布只與黑體溫度有關(guān)D.黑體能夠完全吸收入射的各種波長的電磁波答案ACD解析根據(jù)熱輻射定義知A正確;根據(jù)熱輻射和黑體輻射的特點知一般物體輻射電磁波的情況除與溫度有關(guān)外,還與材料種類和表面狀況有關(guān),而黑體輻射電磁波的強度按波長的分布只與黑體溫度有關(guān),B錯誤,C正確;根據(jù)黑體的定義知D正確。探究二能量子【情境導(dǎo)引】普朗克的能量量子化的觀點與宏觀世界中我們對能量的認(rèn)識有什么不同?要點提示宏觀世界中我們認(rèn)為能量是連續(xù)變化的,普朗克的“能量子”觀點則認(rèn)為能量是一份一份的,每一份是一個最小能量單位,即能量不是連續(xù)的。宏觀世界中我們認(rèn)為能量是連續(xù)變化的是因為每一個能量子的能量都很小,宏觀變化中有大量的能量子,就可以看作連續(xù)的。而研究微觀粒子時,單個的能量子能量就顯示出不連續(xù)性?！局R歸納】1.普朗克的量子化假設(shè)(1)能量子振動著的帶電微粒的能量只能是最小能量值ε的整數(shù)倍。例如,可能是ε或2ε、3ε……當(dāng)帶電微粒輻射或吸收能量時,也是以這個最小能量值為單位一份一份地輻射或吸收,這個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是電磁波的頻率,h稱為普朗克常量。h=6.62607015×10-34J·s(一般取h=6.63×10-34J·s)。(3)能量量子化: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)象叫能量量子化。2.在宏觀尺度內(nèi)研究物體的運動時我們可以認(rèn)為物體的運動是連續(xù)的,能量變化是連續(xù)的,不必考慮量子化;在研究微觀粒子時必須考慮量子化。【典例示范】例2光是一種電磁波,可見光的波長的大致范圍是400~700nm,求400nm、700nm的電磁輻射的能量子的值是多少?答案4.97×10-19J

2.84×10-19J解析根據(jù)公式c=λν和ε=hν變式訓(xùn)練2(多選)關(guān)于對普朗克能量子假說的認(rèn)識,下列說法正確的是(

)A.振動著的帶電微粒的能量只能是某一能量值εB.帶電微粒輻射或吸收的能量只能是某一最小能量值的整數(shù)倍C.能量子與電磁波的頻率成正比D.能量子假說與現(xiàn)實世界相矛盾,因而是錯誤的答案BC解析普朗克能量子假說認(rèn)為,能量存在某一個最小值,帶電微粒輻射或吸收的能量只能是這個最小能量值的整數(shù)倍,故A錯誤,B正確;能量子與電磁波的頻率成正比,故C正確;能量子假說反映的是微觀世界的特征,不同于宏觀世界,并不是與現(xiàn)實世界相矛盾,故D錯誤。探究三能級、能級躍遷【情境導(dǎo)引】玻爾認(rèn)為,電子只能在一些半徑取分立值的軌道上運動,如氫原子中電子運動軌道的最小半徑是0.53×10-10m,其他的軌道半徑只能是2.12×10-10m、4.77×10-10m等,軌道半徑不可能是介于這些值之間的中間值,經(jīng)典物理學(xué)的觀點是怎樣的?要點提示根據(jù)經(jīng)典理論,隨著不斷向外輻射能量,電子的能量減少,電子繞原子核運行的軌道半徑連續(xù)地減小,于是電子將沿著螺旋線的軌道落入原子核?！局R歸納】1.能級:微觀世界的能量取分立值的觀念也適用于原子系統(tǒng),原子的能量是量子化的,這些量子化的能量值叫作能級。2.原子處于能量最低的狀態(tài)是最穩(wěn)定的。3.原子獲得能量有可能躍遷到較高的能量狀態(tài),這些狀態(tài)的原子是不穩(wěn)定的,會自發(fā)地向能量較低的能級躍遷。4.原子從高能級向低能級躍遷放出的光子的能量等于前后兩個能級之差,原子從低能級躍遷到高能級吸收光子的能量也等于前后兩個能級之差。5.由于原子的能級是分立的,所以放出的光子的能量也是分立的,原子的發(fā)射光譜只有一些分立的亮線?！镜淅痉丁坷?一個氫原子從高能級躍遷到低能級,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解析氫原子能級越高對應(yīng)的能量越大,當(dāng)氫原子從較高能級向較低能級躍遷時放出光子,能量減少,B正確,A、C、D錯誤。變式訓(xùn)練3下列敘述正確的是(

)A.原子從高能態(tài)向低能態(tài)躍遷時放出的光子的能量等于前后兩個能級之差B.原子處于能級最高的狀態(tài)時是最穩(wěn)定的C.氣體放電管中的原子受到高速運動的電子的撞擊只會躍遷到較低的能量狀態(tài)D.原子的發(fā)射光譜是一些連續(xù)的亮線答案A解析原子的能量是量子化的,這些量子化的能量值叫作能級,原子從高能態(tài)向低能態(tài)躍遷時放出的光子的能量,等于前后兩個能級之差,選項A正確;通常情況下,原子處于能級最低的狀態(tài),這是最穩(wěn)定的,選項B錯誤;氣體放電管中的原子受到高速運動的電子的撞擊,有可能躍遷到較高的能量狀態(tài),這些狀態(tài)的原子是不穩(wěn)定的,會自發(fā)地向能量較低的能級躍遷放出光子,選項C錯誤;由于原子的等級是分立的,所以放出的光子的能量也是分立的,因此原子的發(fā)射光譜只有一些分立的亮線,選項D錯誤。

隨堂訓(xùn)練1.關(guān)于對熱輻射的認(rèn)識,下列說法正確的是(

)A.熱的物體向外輻射電磁波,冷的物體只吸收電磁波B.一般溫度越高,物體輻射的電磁波越強C.輻射強度按波長的分布情況只與物體的溫度有關(guān),與材料種類及表面狀況無關(guān)D.常溫下我們看到的物體的顏色就是物體輻射電磁波的顏色答案B解析一