1、第第5节能量量子化节能量量子化 一、热辐射一、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？是通过什么方式改变人体内能的？ 观图助学观图助学 1.热辐射热辐射 (1)定义：周围的一切物体都在辐射定义：周围的一切物体都在辐射_，这种辐射与，这种辐射与_有关，所以有关，所以 叫热辐射。叫热辐射。 (2)特点：热辐射强度按波长的分布情况随物体的特点：热辐射强度按波长的分布情况随物体的_不同而有所不同。不同而有所不同。 2.黑体黑体 (1)定义：某种物体能够定义：某种物体能够_入射
2、的各种波长的电磁波而不发生入射的各种波长的电磁波而不发生_， 这种物体就叫作黑体。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。有关。 电磁波电磁波物体的温度物体的温度 温度温度 完全吸收完全吸收反射反射 温度温度 思考判断思考判断 (1)热辐射只能产生于高温物体。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。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。温度越高，黑体辐射电磁波的强度越大。() (4)黑体是一种
3、客观存在的物质。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的的 _，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，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地辐射或吸收的，这个不可再分的最小能量值叫作叫作_。 2.能量子大小：能量子大小：h，其中，其中是电磁波的频率，是电磁波的频率，h称为称为_常量。常量。h6.62610 34 Js(一般取 一般取h6.6310 34 Js)。 。 整数倍整数倍 二、能量子二、能量
4、子 一份一份一份一份能量子能量子 普朗克普朗克 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，或者说微观粒子 的能量是的能量是_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，频率为组成的，频率为的光的光 的能量子为的能量子为h，h为普朗克常量。这些能量子后来被叫作为普朗克常量。这些能量子后来被叫作_。 量子化量子化 不连续不连续(分立分立) 能量子能量子 光子光子 思考判断
5、思考判断 (1)微观粒子的能量只能是能量子的整数倍。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。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。这些_的能量值叫作能级。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
6、。这些状态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，会的原子是不稳定的，会_地向能量较低的能级地向能量较低的能级_，放出光子。原子从，放出光子。原子从 高能态向低能态高能态向低能态_时放出的光子的能量，等于前后两个能级时放出的光子的能量，等于前后两个能级_。 量子化量子化 三、能级三、能级 量子化量子化 稳定稳定 自发自发跃迁跃迁 跃迁跃迁之差之差 思考判断思考判断 (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。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
7、光子频率是相同的。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。() 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？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，黑电磁波几乎全部被腔壁吸收，最终不能从空腔射出
8、。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。体实际上是不存在的，只是一种理想模型。 要点要点对热辐射、黑体和黑体辐射的理解对热辐射、黑体和黑体辐射的理解 归纳归纳 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。一些发光的物体(如太阳、白炽灯灯丝如太阳、白炽灯灯丝)也被当作黑体来处理。也被当作黑体来处理。 2.黑体
9、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。只与温度有关。 典型典型例题例题 例例1 近年来军事行动中，士兵都配戴近年来军事行动中，士兵都配戴“红外夜视仪红外夜视仪”，在夜间也能清楚地看清目，在夜间也能清楚地看清目 标，主要是因为标，主要是因为() A.“红外夜视仪红外夜视仪”发射出强大的红外线，照射被视物体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一切高温物体均在不停地辐射红外线 D.红外线属于可
10、见光红外线属于可见光 解析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，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， 采用采用“红外夜视仪红外夜视仪”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。正确。 答案答案B 针对训练针对训练1 (多选多选)下列叙述正确的是下列叙述正确的是() A.一切物体都在辐射电磁波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一般物体辐射电
11、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黑体能够完全吸收入射的各种波长的电磁波 解析解析根据热辐射定义知根据热辐射定义知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，磁波的强度按波长的分布只与黑体温度有关，B错误，错误，C正确；根据黑体定义知正
12、确；根据黑体定义知 D正确。正确。 答案答案ACD 探究探究 某激光器能发射波长为某激光器能发射波长为的激光，那么激光能量子的能量可以取任意值吗？是的激光，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，那么每个激光能量子的能量是多 少？如果激光发射功率为少？如果激光发射功率为P，那么每秒钟发射多少个能量子？，那么每秒钟发射多少个能量子？ 要点要点对能量子的理解对能量子的理解 归纳归纳 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。意义：可以非常合理地解释某些电磁波的辐射和吸收的实
13、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。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与入射光的强度 光子的能量即一个光子的能量，其值为光子的能量即一个光子的能量，其值为h(为光子的频率为光子的频率)，可见光子的能量，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 光子能量光子能量h与入射光子数与入射光子数n的乘积，即光强等于的乘积，即光强等于nh。 4.在宏观尺度内研究物体的运动时我们可以认为：物
14、体的运动是连续的，能量变化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。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。 典型典型例题例题 例例2 (多选多选)关于对能量子的认识，下列说法正确的是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振动着的带电微粒的能量只能是某一能量值 B.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能量子与电磁波的频率成正比 D.这一假
15、说与现实世界相矛盾，因而是错误的这一假说与现实世界相矛盾，因而是错误的 解析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，量值的整数倍，A错误，错误，B正确；最小能量值正确；最小能量值h，C正确；能量子假说反映的正确；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。错误。 答案答案BC 例例3 人眼对绿光较为敏感，正常人的眼睛接收到波长为人眼对绿光较为敏感，正常人的眼睛接收到波长为530 nm的绿光时
16、，只要每的绿光时，只要每 秒钟有秒钟有6个绿光的光子射入瞳孔，眼睛就能察觉。普朗克常量为个绿光的光子射入瞳孔，眼睛就能察觉。普朗克常量为6.6310 34 Js， ， 光速为光速为3.0108 m/s，则人眼能察觉到绿光时所接收到的最小功率是，则人眼能察觉到绿光时所接收到的最小功率是() A.2.310 18 W B.3.810 19 W C.7.010 10 W D.1.210 18 W 答案答案A 方法总结方法总结 解决此类题目的关键是熟练掌握解决此类题目的关键是熟练掌握h和和c及及EPtn等关系式。等关系式。 针对训练针对训练2 硅光电池是将光辐射的能量转化为电能。若有硅光电池是将光辐射
17、的能量转化为电能。若有N个波长为个波长为0的光子打在的光子打在 硅光电池极板上，这些光子的总能量为硅光电池极板上，这些光子的总能量为(h为普朗克常量，为普朗克常量，c为真空中的光速为真空中的光速)() 答案答案B 针对训练针对训练3 神光神光“”“”装置是我国规模最大、国际上为数不多的高功率固体激光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系统，利用它可获得能量为2400 J、波长、波长为为0.35 m的紫外激光，已知普朗克常的紫外激光，已知普朗克常 量量h6.6310 34 Js，则该紫外激光所含光子数为多少个？ ，则该紫外激光所含光子数为多少个？(保留保留
18、2位有效数字位有效数字) 答案答案4.21021个个 归纳归纳 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。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，经过一次或几次跃处于激发态
19、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迁到达基态。当原子从能量较高的定态(其能量记为其能量记为Em)跃迁到能量较低的定态跃迁到能量较低的定态( 其能量记为其能量记为En，mn)时，会放出能量为时，会放出能量为h的光子，该光子的能量的光子，该光子的能量hEmEn， 能级差越大，放出光子的频率就越高。能级差越大，放出光子的频率就越高。 要点要点对能级及能级跃迁的理解对能级及能级跃迁的理解 典型典型例题例题 例例4 氢原子基态的能量为氢原子基态的能量为E113.6 eV。大量氢原子处于某一激发态。由这些氢原。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，在原子所在激发态 能量为能量为_eV(保留保留2位有效数字位有效数字)。 解析解析频率最大的光子能量为频率最大的光子能量为0.96E1，即，即En(13.6 eV)0.96(13.6 eV)， 解得解得En0.54 eV。 答案答案0.54
