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课标要求第5节能量量子化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理论。一、热辐射1．填一填(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。温度较长短电磁波反射波长温度2．判一判(1)物体在常温下也在不断地辐射电磁波。()(2)黑体就是指黑色的物体。()(3)黑体不反射电磁波，却可以向外辐射电磁波。()√×√3．选一选所谓黑体是指能全部吸收入射的电磁波的物体。显然，自然界不存在真正的黑体，但许多物体在某些波段上可近似地看成黑体。如图所示，用不透明的材料制成的带小孔的空腔，可近似地看作黑体。这是利用了()A．控制变量法B．比值法C．类比法D．理想化方法解析：黑体实际上是一种物理模型，把实际物体近似看做黑体，用到的自然是理想化方法，D正确。答案：D二、能量子与能级1．填一填(1)能量子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，h＝6.62607015×10－34J·s。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。hν整数ν量子化hν光子(2)能级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。量子化量子化光子等于分立2．判一判(1)普朗克认为带电微粒的能量是量子化的。()(2)原子处于最低能级时最稳定。()(3)原子发生能级跃迁时要放出光子。()√√×3．选一选已知某种单色光的波长为λ，在真空中光速为c，普朗克常量为h，则电磁波辐射的能量子ε的值为()A．hcλB.hλC.chλD．以上均不正确解析：由波速公式c＝λν可得ν＝cλ，由光的能量子公式ε＝hν得ε＝hcλ，故A正确。答案：A对黑体及黑体辐射的理解[学透用活]1．对黑体的理解(1)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。(2)黑体不一定是黑的，只有当自身辐射的可见光非常微弱时看上去才是黑的；有些可看作黑体的物体由于有较强的辐射，看起来还会很明亮，如炼钢炉口上的小孔。一些发光的物体(如太阳、白炽灯灯丝)也被当作黑体来处理。2．一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3．黑体辐射的实验规律(1)温度一定时，黑体辐射强度随波长的分布有一个极大值。(2)随着温度的升高①各种波长的辐射强度都有增加；②辐射强度的极大值向波长较短的方向移动。如图所示。[典例1][多选]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＞T2B．T1＜T2C．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[解析]一般材料的物体辐射能的多少决定于物体的温度(T)、辐射光的波长、时间的长短和发射的面积，而黑体是指在任何温度下，全部吸收任何波长的辐射的物体，黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与温度有关。实验表明，随着温度的升高，各种波长的辐射强度都有所增加，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动。从题图中可以看出，λ1＜λ2，T1＞T2，正确选项为A、D。[答案]AD[规律方法]熟悉黑体辐射特点是解决问题的关键。随着温度的升高，各种波长的辐射本领都在增加，当黑体温度升高时，辐射强度极大值向短波方向移动。[对点练清]1．下列描绘两种温度下黑体辐射强度与波长关系的图像中，符合黑体辐射实验规律的是()解析：根据黑体辐射的实验规律：随着温度的升高，各种波长的辐射强度都增加，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动，可知选项A正确。答案：A2．下列叙述错误的是()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解析：根据热辐射定义知A、D正确；根据热辐射和黑体辐射的特点知一般材料的物体辐射电磁波的情况除与温度有关外，还与材料种类和表面状况有关，而黑体辐射只与黑体温度有关，B错误，C正确。答案：B3．关于对黑体的认识，下列说法正确的是()A．黑体只吸收电磁波，不反射电磁波，看上去是黑的B．黑体辐射电磁波的强度按波长的分布除与温度有关外，还与材料的种类及表面状况有关C．黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与温度有关，与材料的种类及表面状况无关D．如果在一个空腔壁上开一个很小的孔，射入小孔的电磁波在空腔内表面经多次反射和吸收，最终不能从小孔射出，这个空腔就成了一个黑体解析：黑体自身辐射电磁波，不一定是黑的，故选项A错误；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，故选项B错误，C正确；小孔只吸收电磁波，不反射电磁波，因此是小孔成了一个黑体，而不是空腔，故选项D错误。答案：C对能量子的理解与计算[学透用活]1．每个能量子的能量ε＝hν，其中ν是电磁波的频率；光子的能量ε＝hν，其中ν是光的频率。2．能量子观点与黑体辐射实验的比较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。借助于能量子的假说，普朗克得出黑体辐射的强度按波长分布的公式，与实验符合得很好。3．对能量量子化的理解(1)物体在发射或接收能量的时候，只能从某一状态“飞跃”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。[典例2]人眼对绿光最为敏感，正常人的眼睛接收到波长为530nm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6.63×10－34J·s，光速为3.0×108m/s，则人眼能察觉到绿光时所接收到的最小功率是()A．2.3×10－18WB．3.8×10－19WC．7.0×10－10WD．1.2×10－18W[解析]因每秒有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＝Et，式中E＝6ε，t＝1s，又ε＝hν＝hcλ，可解得P＝6×6.63×10－34×3×108530×10－9×1W＝2.3×10－18W。[答案]A[规律方法]解有关能量子问题的技巧(1)熟练掌握能量子的计算公式：ε＝hν＝hcλ。(2)把握宏观能量E＝Pt与微观能量子的关系：E＝nε。(3)正确建立模型。[对点练清]1．[多选]以下宏观概念中，哪些是“量子化”的()A．物体的带电荷量B．物体的质量C．物体的动量D．学生的个数解析：所谓“量子化”应该是不连续的，是一份一份的，故选A、D。答案：AD2．[多选]关于对普朗克能量子假说的认识，下列说法正确的是()A．振动着的带电微粒的能量只能是某一能量值εB．带电微粒辐射或吸收的能量只能是某一最小能量值的整数倍C．能量子与电磁波的频率成正比D．这一假说与现实世界相矛盾，因而是错误的解析：普朗克能量子假说认为，能量存在某一个最小值，带电微粒辐射或吸收的能量只能是这个最小能量值的整数倍，故A错误，B正确；能量子与电磁波的频率成正比，故C正确；能量子假说反映的是微观世界的特征，不同于宏观世界，并不是与现实世界相矛盾，故D错误。答案：BC3．[多选]对于带电微粒辐射或吸收能量时的特点，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．辐射或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．辐射或吸收的能量是量子化的解析：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A、B、D正确，C错误。答案：ABD