2022-2023年人教版(2019)新教材高中物理必修3 第13章电磁感应与电磁波初步13.5能量量子化(1)课件

第5节　能量量子化知识点一　热辐射晒太阳使身体变暖,是通过什么方式改变人体内能的？冬天在火炉旁烤手是通过什么方式改变人体内能的？[观图助学]1.热辐射(1)定义：周围的一切物体都在辐射________,这种辐射与____________有关,所以叫热辐射.(2)特点：热辐射强度按波长的分布情况随物体的________不同而有所不同.2.黑体(1)定义：某种物体能够____________入射的各种波长的电磁波而不发生_______,这种物体就叫作黑体.(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_______有关.电磁波物体的温度温度完全吸收反射温度[思考判断](1)热辐射只能产生于高温物体.()(2)能吸收各种电磁波而不反射电磁波的物体叫黑体.()(3)温度越高,黑体辐射电磁波的强度越大.()(4)黑体是一种客观存在的物质.()×√√×1.定义：普朗克认为,振动着的带电微粒的能量只能是某一最小能量值ε的________,当带电微粒辐射或吸收能量时,也是以这个最小能量值为单位____________地辐射或吸收的,这个不可再分的最小能量值ε叫作________.2.能量子大小：ε＝hν,其中ν是电磁波的频率,h称为________常量.h＝6.626×10－34J·s(一般取h＝6.63×10－34J·s).整数倍知识点二　能量子一份一份能量子普朗克3.能量的量子化：普朗克的假设认为微观粒子的能量是________的,或者说微观粒子的能量是________________的.爱因斯坦把能量子假设进行了推广,认为电磁场本身就是不连续的,光本身就是由一个个不可分割的________组成的,频率为ν的光的能量子为hν,h为普朗克常量.这些能量子后来被叫作________.量子化不连续(分立)能量子光子[思考判断](1)微观粒子的能量只能是能量子的整数倍.()(2)能量子的能量不是任意的,其大小与电磁波的频率成正比.()√√1.能级：微观世界中能量取分立值的观念也适用于原子系统,原子的能量是________的.这些________的能量值叫作能级.2.能级跃迁：通常情况下,原子处于能量最低的状态,这是最________的.气体放电管中的原子受到高速运动的电子的撞击,有可能跃迁到较高的能量状态.这些状态的原子是不稳定的,会________地向能量较低的能级________,放出光子.原子从高能态向低能态________时放出的光子的能量,等于前后两个能级________.量子化知识点三　能　级量子化稳定自发跃迁跃迁之差[思考判断](1)处于基态的原子是不稳定的,会自发地向其他能级跃迁,放出光子.()(2)不同的原子具有相同的能级,原子跃迁时辐射的光子频率是相同的.()××[观察探究]如图所示,一个闭合的空腔,在空腔表面开一个小孔,小孔就可以模拟一个黑体,观察从外面射来的电磁波的传播情况,思考：什么是黑体？答案经小孔射入空腔,要在腔壁上经过多次反射,在多次反射过程中,外面射来的电磁波几乎全部被腔壁吸收,最终不能从空腔射出.这个闭合的空腔类似于黑体,黑体实际上是不存在的,只是一种理想模型.核心要点对热辐射、黑体和黑体辐射的理解[探究归纳]1.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.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.[试题案例][例1]近年来军事行动中,士兵都配戴“红外夜视仪”,在夜间也能清楚地看清目标,主要是因为()A.“红外夜视仪”发射出强大的红外线,照射被视物体B.一切物体均在不停地辐射红外线C.一切高温物体均在不停地辐射红外线D.红外线属于可见光解析一切物体都在不停地向外辐射红外线,不同物体辐射出来的红外线不同,采用“红外夜视仪”可以清楚地分辨出物体的形状、大小和位置,不受白天和夜晚的影响,即可确认出目标从而采取有效的行动.故只有B正确.答案B[针对训练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解析根据热辐射定义知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,还与材料种类和表面状况有关,而黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体温度有关,B错误,C正确；根据黑体定义知D正确.答案ACD[观察探究]某激光器能发射波长为λ的激光,那么激光能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,那么每个激光能量子的能量是多少？如果激光发射功率为P,那么每秒钟发射多少个能量子？核心要点对能量子的理解[探究归纳]1.意义：可以非常合理地解释某些电磁波的辐射和吸收的实验现象.2.量子化现象：在微观世界中物理量分立取值的现象称为量子化现象.3.光子的能量与入射光的强度光子的能量即一个光子的能量,其值为ε＝hν(ν为光子的频率),可见光子的能量由光的频率决定.入射光的强度指单位时间内照射到单位面积上的总能量,等于光子能量hν与入射光子数n的乘积,即光强等于nhν.4.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.[试题案例][例2](多选)关于对能量子的认识,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,因而是错误的解析由普朗克能量子假说可知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,A错误,B正确；最小能量值ε＝hν,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BC[例3]人眼对绿光较为敏感,正常人的眼睛接收到波长为530nm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6.63×10－34J·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答案A方法总结解决此类题目的关键是熟练掌握ε＝hν和c＝λν及E＝Pt＝nε等关系式.[针对训练2]硅光电池是将光辐射的能量转化为电能.若有N个波长为λ0的光子打在硅光电池极板上,这些光子的总能量为(h为普朗克常量,c为真空中的光速)()答案B[针对训练3]神光“Ⅱ”装置是我国规模最大、国际上为数不多的高功率固体激光系统,利用它可获得能量为2400J、波长λ为0.35μm的紫外激光,已知普朗克常量h＝6.63×10－34J·s,则该紫外激光所含光子数为多少个？(保留2位有效数字)答案4.2×1021个[要点归纳]1.当电子在不同轨道上运动时,原子处于不同的状态,原子在不同的状态中具有不同的能量,即原子的能量是量子化的,这些量子化的能量值叫作能级,原子具有确定能量的稳定状态,称为定态.能量最低的状态叫作基态,其他的能量状态叫作激发态.2.处于激发态的原子是不稳定的,它会自发地向较低能级跃迁,经过一次或几次跃迁到达基态.当原子从能量较高的定态(其能量记为Em)跃迁到能量较低的定态(其能量记为En,m>n)时,会放出能量为hν的光子,该光子的能量hν＝Em－En,能级差越大,放出光子的频率就越高.核心要点对能级及能级跃迁的理解[试题案例][例4]氢原子基态的能量为E1＝－13.6eV.大量氢原子处于某一激发态.由这些氢原子可能发出的所有的光子中,频率最大的光子能量为－0.96E1,在原子所在激发态能量为________eV(保留2位有效数字).解析频率最大的光子能量为－0.96E1,即En－(－13.6eV)＝－0.96×(－13.6eV),解得En＝－0.54eV.答案－0.54