能量量子化-2025-2026学年高二上学期物理人教版必修第三册

第十三章电磁感应与电磁波初步第5节能量量子化

核心素养学习重点物理观念(1)知道热辐射、了解黑体辐射。(2)知道能量是量子化的，知道能量子的概念。(3)知道能级、能级跃迁、原子发射光谱等概念。理解能量的量子化与能量的连续性存在着根本颠覆性的概念冲突；理解物理学家提出能量量子化理论是对客观世界本质的尊重和近代物理学发展的必然要求，也是当今现代化社会、现代化科技发展的动力源泉和根基。科学思维根据黑体辐射的实验规律，分析黑体辐射的强度与波长的关系。

核心素养学习重点科学探究由黑体辐射实验结论与光的电磁理论的矛盾，探究能量子的概念建立的科学过程。理解能量的量子化与能量的连续性存在着根本颠覆性的概念冲突；理解物理学家提出能量量子化理论是对客观世界本质的尊重和近代物理学发展的必然要求，也是当今现代化社会、现代化科技发展的动力源泉和根基。科学态度与责任(1)根据能量子提出的过程，领会这一科学突破过程中的思想。(2)初步认识量子力学的建立在科技中的重要作用。素养能力提升课后知能作业探究点课堂效果反馈探究点热辐射能量子●新知导学情境：(1)把铁块投进火炉中，刚开始铁块只是发热，并不发光。随着温度的升高，铁块会慢慢变红，开始发光。铁块依次呈现暗红、赤红、橘红等颜色，直至成为黄白色。为什么会有这样的变化呢？(2)如果某种物体能够完全吸收入射的各种波长的电磁波而不发生反射，会怎样？

[提示][提示](1)辐射强度按波长的分布情况随物体的温度而有所不同。常温下我们看到不发光的物体颜色就是物体表面反射光所致。(2)物体看起来是黑色的。●基础梳理一、热辐射1．概念：一切物体都在辐射__________，且辐射与物体的________有关，所以叫热辐射。2．特点：温度升高时，热辐射中波长较______的成分越来越______。3．黑体：能够完全吸收入射的各种波长的__________而不发生反射。电磁波温度短强电磁波二、能量子1．概念：振动着的带电微粒的能量只能是某一最小能量值的__________，这个最小的能量值______叫__________。2．大小：ε＝________，其中h＝6.63×10－34J·s。3．爱因斯坦光子说：光是由一个个不可分割的__________组成，能量大小为________，光的能量子称作________。三、能级1．原子的能量是__________的，量子化的能量值叫________。2．原子从高能态向低能态跃迁时________光子，光子的能量等于前后两个能级________。整数倍ε能量子hν能量子hν光子量子化能级放出之差[判断正误](1)一切物体都在辐射电磁波。(

)(2)一般物体辐射电磁波的情况只与温度有关。(

)(3)黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体温度有关。(

)(4)黑体能够完全吸收入射的各种波长的电磁波。(

)(5)原子的能量是连续的，原子的能量从某一能量值变为另一能量值，可以连续变化。(

)(6)原子从低能级向高能级跃迁时放出光子。(

)(7)原子从高能级向低能级跃迁时放出光子，且光子的能量等于前后两个能级之差。(

)(8)由于能级的存在，原子放出的光子的能量是分立的，所以原子的发射光谱只有一些分立的亮线。(

)答案：(1)√

(2)×

(3)√

(4)√

(5)×

(6)×

(7)√

(8)√●重难解读一、热辐射和黑体辐射1．黑体实际上是不存在的，只是一种理想情况。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；有些可看成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。3．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。4．黑体辐射的实验规律随着温度的升高，一方面，各种波长的辐射强度都有增加；另一方面，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动，如右图所示。二、能量子1．普朗克的能量子概念：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＝6.63×10－34J·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。三、能级1．能级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，其他的状态叫作激发态。2．能级之间的跃迁处于低能级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，处于高能级的原子是不稳定的，会自发地向能量较低的能级跃迁，放出光子。类型一热辐射和黑体辐射典题1：下列说法正确的是(

)A．只有温度高的物体才会有热辐射B．黑体只是从外界吸收能量，从不向外界辐射能量C．黑体可以看起来很明亮，是因为黑体可以反射电磁波D．一般材料的物体，辐射电磁波的情况除与温度有关外，还与材料的种类和表面情况有关

[思维点拨][思维点拨]本题考查了关于黑体辐射的知识，关键是熟悉黑体辐射的特点，注意掌握黑体辐射的规律是解题的关键。热辐射是物体由于具有温度而辐射电磁波的现象；黑体辐射电磁波的情况只与温度有关，是实际物体的理想化模型；能100%地吸收入射到其表面的电磁辐射，这样的物体称为黑体。答案：D解析：任何物体在任何温度下都存在辐射，温度越高辐射的能量越多，故A错误；能够完全吸收入射的各种波长的电磁波而不发生反射的物体叫作黑体，黑体不反射电磁波，但可以向外辐射电磁波，有些黑体有较强的辐射，看起来也可以很明亮，故B、C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，与构成黑体的材料、形状无关，而一般物体辐射电磁波的情况除与温度有关外，还与材料的种类和表面情况有关，故D正确。

[规律方法][规律方法]热辐射不一定需要高温，任何温度都能发生热辐射，只是温度低时辐射弱，温度高时辐射强。在一定温度下，不同物体所辐射的光谱的成分有显著不同。

热辐射特点吸收、反射的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、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的波长等因素有关黑体辐射电磁波的强弱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，不反射跟踪训练1：下列关于热辐射和黑体辐射的说法不正确的是(

)A．一切物体都在辐射电磁波B．黑体能够完全吸收入射的各种波长的电磁波C．黑体辐射强度的极大值跟温度无关D．一般物体辐射电磁波的强度与温度有关答案：C解析：一切物体都在辐射电磁波，故A正确；黑体能够完全吸收入射的各种波长的电磁波，故B正确；随着温度的升高，黑体辐射强度的极大值向波长较短的方向移动，故C错误；一般物体辐射电磁波的强度与温度有关，故D正确。故选C。类型二能量子典题2：光是一种电磁波，波长分别是650nm、610nm、590nm、550nm的红、橙、黄、绿4种单色光中，能量子最小的是(

)A．红光 B．橙光C．黄光 D．绿光

[思维点拨][思维点拨]本题考查光子能量公式，只要知道公式中各量的含义就可以轻松得出结果。答案：A解析：根据光的能量公式ε＝hν，ν为光的频率，频率越小能量越小。又根据c＝λν，波长越长，频率越小。红、橙、黄、绿4种单色光波长依次减小，则频率依次升高，所以能量最小的是红光，故A正确，B、C、D错误。故选A。

[规律方法][规律方法]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子。频率为ν的光子的能量为ε＝hν。跟踪训练2：(多选)1900年德国物理学家普朗克在研究黑体辐射时提出了一个大胆的假说，即能量子假说，下列说法属于能量子假说内容的是(

)A．物质发射(或吸收)能量时，能量不是连续的，而是一份一份进行的B．能量子假说中将每一份能量单位，称为“能量子”C．能量子假说中的能量子的能量ε＝hν，ν为带电微粒的振动频率，h为普朗克常量D．能量子假说认为能量是连续的，是不可分割的答案：ABC解析：能量子假说认为，物质发射(或吸收)能量时，能量不是连续的，而是一份一份进行的，每一份能量单位，称为“能量子”，能量子的能量ε＝hν，ν为带电微粒的振动频率，h为普朗克常量，故A、B、C符合题意，D不符合题意。故选ABC。类型三能级典题3：(多选)玻尔在他提出的原子模型中所做的假设有(

)A．原子处在具有一定能量的定态中，虽然电子做变速运动，但不向外辐射能量B．原子的不同能量状态与电子沿不同的圆形轨道绕核运动相对应，而电子的可能轨道的分布是不连续的C．电子从一个轨道跃迁到另一个轨道时，辐射(或吸收)一定频率的光子D．电子跃迁时辐射的光子的频率等于电子绕核做圆周运动的频率

[思维点拨][思维点拨]本题考查对量子化的认识，量子化在高中要求较低，只需明确量子化的定义即可。答案：ABC解析：玻尔的原子模型提出了三条假设：即轨道假设，定态假设和跃迁假设；可知A、B、C三项都是玻尔提出来的假设，其核心是原子定态概念的引入与能级跃迁学说的提出，也就是“量子化”概念，原子的不同能量状态与电子绕核运动不同的圆轨道相对应，是经典理论与量子化概念的结合。故A、B、C正确；根据玻尔理论，电子跃迁时辐射的光子的频率满足：hν＝Em－En，与电子绕核做圆周运动的频率无关。故D错误。

[规律方法][规律方法](1)能级越低，原子越稳定。(2)除受到高速运动的电子的撞击外，当吸收一定大小的光子的能量(等于跃迁前后的两能级之差)时，原子也能跃迁到高能级。(3)原子的发射光谱①光谱特征如图所示是氦原子的光谱，原子的发射光谱只有一些分立的亮线。②光谱分立的原因原子从高能态向低能态跃迁时放出的光子的能量，等于前后两个能级之差，因为原子的能级是分立的，所以放出的光子的能量也是分立的。跟踪训练3：蛇是老鼠的天敌，它是通过接收热辐射来发现老鼠的。假设老鼠的体温为37℃，它发出的最强的热辐射的波长为λm，根据热辐射理论，λm与辐射源的绝对温度T的关系近似为λm·T＝2.90×

10－3m·K，普朗克常量h＝6.626×10－34J·s。那么老鼠发出最强的热辐射的波长和老鼠发出的这种最强的热辐射每份能量子(又叫作光子)的能量分别是(

)A．7.8×10－5m

1.89×10－20J B．9.4×10－6m

2.11×10－20JC．1.16×10－4m

2.11×10－18J D．9.7×10－8m

1.10×10－20

J答案：B素养能力提升拓展整合•启智培优课堂效果反馈内化知识•对点验收1．下列关于电磁波、能量子和热辐射的说法正确的是(

)A．在真空中，频率越高的电磁波传播速度越大B．麦克斯韦提出变化的电场产生磁场C．频率越高的电磁波传播的能量子的能量越低D．高温物体会发生热辐射，低温物体不会热辐射答案：B解析：真空中，所有电磁波的传播速度都相同，故A错误；变化的电场产生磁场是麦克斯韦提出的，故B正确；由E＝hν，其中h是定值，可得频率越高的电磁波传播的能量子的能量越高，故C错误；高温、低温物体都会发生热辐射，不过是辐射强度不同，故D错误。故选B。2．对宇宙微波背景辐射的黑体谱形状的研究被誉为是宇宙学研究进入精密科学时代的起点。关于黑体辐射，下列说法正确的是(

)A．温度低于0℃的物体不会辐射电磁波B．黑体不会辐射电磁波C．爱因斯坦提出的能量子假说，能够很好地解释黑体辐射规律D．黑体辐射的能量是不连续的，只能是某一最小能量值的整数倍答案：D解析：一切物体都会辐射电磁波，绝对零度的物体才可能没有辐射，温度越高，辐射的电磁波越强，故A错误；黑体是一种理想化模型，黑体能100%地吸收入射到其表面的电磁辐射，并且不会有任何的反射与透射，但是黑体会向外辐射电磁波，故B错误；普朗克借助于能量子假说，完美的解释了黑体辐射规律，故C错误；普朗克假设黑体辐射中的辐射能量是不连续的，只能取能量基本单位的整数倍，从而很好地解释了黑体辐射的实验现象，故