高中物理人教必修三第13章第4节 能量量子化 讲义

5 能量量子化
1.了解热辐射和黑体的概念.
2.知道能量子的概念，知道普朗克常量.
3.了解能级的概念．
一、热辐射
1．概念：一切物体都在辐射电磁波，且辐射与物体的温度有关，所以叫热辐射．
2．特点：温度升高时，热辐射中波长较短的成分越来越强．
3．黑体：能够完全吸收入射的各种波长的电磁波而不发生反射．
二、能量子
1．概念：振动着的带电微粒的能量只能是某个最小能量值的整数倍，这个最小的能量值ε叫能量子．2．大小：ε＝hν，其中h＝6.63×10－34 J·s.
3．爱因斯坦光子说：光是由一个个不可分割的能量子组成，能量大小为hν，光的能量子称作光子．
三、能级
原子的能量是量子化的，量子化的能量值叫能级．
原子从高能级向低能级跃迁时放出光子，光子的能量等于前后两个能级之差.
一、热辐射能量子
1．普朗克的能量子概念
(1)能量子：普朗克认为微观世界中带电粒子的能量是不连续的，只能是某一最小能量值的整数倍，当带电粒子辐射或吸收能量时，也只能以这个最小能量值为单位一份一份地吸收或辐射，这样的一份最小能量值ε叫作能量子，ε＝hν，其中h叫作普朗克常量，实验测得h＝6.63×10－34 J·s，ν为电磁波的频率．
(2)能量的量子化：在微观世界中能量不能连续变化，只能取分立值，这种现象叫作能量的量子化．量子化的基本特征就是在某一范围内取值是不连续的，即相邻两个值之间有一定距离．
2．爱因斯坦的光子说
光不仅在发射和吸收时能量是一份一份的，而且光本身就是由一个个不可分割的能量子组成的，这些能量子被称为光量子，简称光子．频率为ν的光子的能量为ε＝hν.
二、能级
1．原子的能量是量子化的，量子化的能量值叫能级．
2．原子从高能级向低能级跃迁时放出光子，光子的能量等于前后两个能级之差．
3．放出的光子的能量是分立的，所以原子的发射光谱是一些分立的亮线．
1．在物理学发展的过程中，许多科学家作出了突出贡献，下列说法正确的是（）
A．爱因斯坦提出了能量子假说
B．麦克斯韦最早提出用电场线描述电场
C．赫兹最早用实验证实了电磁波的存在
D．法拉第发现了电流的磁效应
2．以下宏观概念中，哪些是“量子化”的（）
A．物体的质量B．物体所受的力C．导体中的电流D．东北虎的个数
3．已知温度T1>T2，能正确反映黑体辐射规律的图像是（）
A．B．
C．D．
4．关于量子，下列说法中正确的是（）
A．一种高科技材料B．研究微观世界的一个概念
C．运算速度很快的计算机D．计算机运行的一个二进制程序
5．在实验室或工厂的高温炉子上开一小孔，小孔可看作黑体，由小孔的热辐射特性，就可以确定炉内的温度。

如图所示，就是黑体的辐射强度与其辐射光波长的关系图像，则下列说法正确的是（）
A．T1＜T2
B．在同一温度下，波长越短的电磁波辐射强度越大
C．随着温度的升高，黑体的辐射强度都有所降低
D．随着温度的升高，辐射强度的极大值向波长较短方向移动
6．如图所示，A、B是颜色不同且彼此平行的两束单色光，当它们从空气射入水中时都发生折射。

已知B 光折射角大于A光的折射角，于是可以判定（）
A．A光光子能量大B．在水中A的波长较长
C．在水中B的光速小D．B光的频率大
7．17世纪，荷兰物理学家__________提出了光的波动说，但由于__________支持微粒说，因而微粒说长期占着主导地位，19世纪观察到了光的__________、__________现象，波动说才得到了公认，后来又发现了__________，证实光具有粒子性，因而光具有__________．
8．一灯泡的电功率为P，若消耗的电能看成全部以波长为入的光波均匀地向周围辐射，设光在空气的传播速度近似为真空中的光速c，普朗克常量为h．则这种光波光子的能量为_____，在距离灯泡d处垂直于光的传播方向S面积上，单位时间内通过的光子数目为________．
参考答案
1．C
【详解】
A．普朗克提出了能量子假说，故A错误；
B．法拉第最早提出用电场线描述电场，故B错误；
C．麦克斯韦提出了电磁场理论，预言了电磁波的存在，赫兹最早用实验证实了电磁波的存在，故C正确；D．奥斯特相信电和磁之间可能存在着某种联系。

他首先发现了电流的磁效应，突破了人们对电与磁认识的局限性，故D错误；
故选C。

2．D
【详解】
所谓“量子化”，一定是不连续的，是一份一份的，所以D正确；ABC错误；
故选D。

3．B
【详解】
由黑体辐射的规律，随着温度的升高，各种波长的辐射强度都有增加，且辐射强度的极大值向波长较短的方向移动，因T1＞T2，则ACD错误，B正确；
故选B。

4．B
【详解】
量子最早由普朗克于1900年提出，普朗克假设物体发射出电磁辐射能量是一份一份的，其中每一份被他称作能量子，电磁辐射能量是其整数倍，所以量子是表示能量的单元，量子是不可分割的最小的单元，表示微观世界的不连续性，即通常所说的“量子化”，而非高科技材料、计算机或计算机的程序，故B正确，ACD 错误。

故选B。

5．D
【详解】
A．不同温度的物体向外辐射的电磁波的波长范围是不同的，温度越高向外辐射的能量中，频率小的波越多，所以T1>T2，故A错误；
B ．由图像可知，同一温度下，辐射强度最大的电磁波波长不是最大的，也不是最小的，而是处在最大与最小波长之间，故B 错误；
C ．由图像可知，黑体的辐射强度随着温度的升高而增大，故C 错误；
Ｄ．有图可知，随着温度的升高，相同波长的光辐射强度都会增大，同时最大辐射强度向左侧移动，即向波长较短的方向移动，故D 正确。

故选D 。

6．A
【详解】
AD ．B 光折射角大于A 光的折射角，根据折射定律，故B 光的折射率较小，频率小，根据
E h ν=
则A 光光子能量大，D 错误A 正确；
B ．B 光的折射率较小，频率小，波长较长，B 错误；
C ．根据
c v n
=
B 光的折射率要小，则在水中B 的光速大，
C 错误。

故选A 。

7．惠更斯 牛顿 干涉 衍射 光电效应 波粒二象性
【详解】
[1][2][3][4][5][6]17世纪，荷兰物理学家惠更斯提出了光的波动说，但由于牛顿支持微粒说，因而微粒说长期占着主导地位，19世纪观察到了光的干涉、衍射现象，波动说才得到了公认，后来又发现了光电效应，证实光具有粒子性，因而光具有波粒二象性。

8．/hc λ 2/4PS hcd λπ
【详解】
[1]．由c
E hv h λ==得光波子能量c
h λ；
[2]．在距离灯泡d 处垂直于光的传播方向S 面积能量24Pt S d
π⨯，所以单位时间内通过的光子数为22
44PSt
PS d t n hc hcd λππλ
==。