29必修第三册 第十三章 电磁感应与电磁波初步 第3-5节

PAGE1PAGE电磁感应与电磁波剖析重难点题型分值重点1.电磁感应现象的分析及产生感应电流条件的归纳2.麦克斯韦电磁场理论的理解选择计算4-10分难点产生感应电流条件的理解产生感应电流的条件◆能够产生感应电流的三个典型的实验（1）闭合电路中的部分导体切割磁感线（2）条形磁铁和线圈发生相对运动（3）改变原线圈中电流，在副线圈中产生感应电流实验1：闭合电路中的部分导体切割磁感线在初中学过，当闭合电路的一部分导体做切割磁感线运动时，电路中会产生感应电流，如图所示。导体棒左右平动、前后平动、上下平动，观察电流表的指针，把观察到的现象记录在表1中。表1导体棒的运动表针的摆动方向导体棒的运动表针的摆动方向向右平动向左向后平动不摆动向左平动向右向上平动不摆动向前平动不摆动向下平动不摆动结论：只有左右平动时，导体棒切割磁感线，才有电流产生；前后平动、上下平动，导体棒都不切割磁感线，没有电流产生。实验2：向线圈中插入磁铁，把磁铁从线圈中拔出（条形磁铁和线圈发生相对运动）如图所示，把磁铁的某一个磁极向线圈中插入，或从线圈中抽出，或静止地放在线圈中。观察电流表的指针，把观察到的现象记录在表2中。表2磁铁的运动表针的摆动方向磁铁的运动表针的摆动方向N极插入线圈向右S极插入线圈向左N极停在线圈中不摆动S极停在线圈中不摆动N极从线圈中抽出向左S极从线圈中抽出向右结论：只有磁铁相对线圈运动时，才有电流产生；磁铁相对线圈静止时，没有电流产生。实验3：改变原线圈中电流，在副线圈中产生感应电流如图所示，线圈A通过滑动变阻器和开关连接到电源上，线圈B的两端与电流表连接，把线圈A装在线圈B的里面，观察以下四项操作中线圈B中是否有电流产生。把观察到的现象记录在表3中。表3操作现象开关闭合瞬间有电流产生开关断开瞬间有电流产生开关闭合时，滑动变阻器的滑片不动无电流产生开关闭合时，迅速移动滑动变阻器的滑片有电流产生结论：只有当线圈A中电流变化时，线圈B中才有电流产生。◆重要结论不论用什么方法，不论何种原因，只要穿过闭合导体回路的磁通量发生变化，闭合导体回路中就有感应电流产生。◆产生感应电流的条件（二者缺一不可）（1）闭合导体回路（2）磁通量发生变化特例：闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动时，也产生感应电流。【注意】1.导体回路闭合、磁通量变化是产生感应电流的两个必要条件，二者缺一不可。2.导体回路中有没有磁通量不是产生感应电流的条件，如果穿过导体回路的磁通量很大但不发生变化，也不会产生感应电流。【说明】磁通量Φ、磁通量的变化量ΔΦ的比较（1）Φ是状态量，是闭合回路在某时刻（某位置）穿过回路的磁感线的条数，当磁场与回路平面垂直时Φ＝BS。（2）ΔΦ是过程量，它表示回路从某一时刻到另一时刻磁通量的改变量，即ΔΦ＝Φ2－Φ1◆引起磁通量变化的原因磁通量发生变化举例B不变，S变ΔΦ＝B·ΔS闭合回路的一部分导线垂直磁感线运动B变，S不变ΔΦ＝ΔB·S线圈与磁体之间发生相对运动B和S都变ΔΦ＝Φ2－Φ1=B2S2-B1S1注意：ΔΦ≠ΔB·ΔSB和S大小都不变，但两者之间的夹角θ变ΔΦ＝BS（sinθ2-sinθ1）线圈在磁场中转动麦克斯韦的电磁场理论1.麦克斯韦电磁场理论的基本观点（1）变化的磁场产生电场麦克斯韦认为，磁场随时间变化快，产生的电场强；磁场随时间的变化不均匀时，产生变化的电场；稳定的磁场周围不产生电场。（2）变化的电场产生磁场麦克斯韦认为，若电场随时间变化快，则产生的磁场强；若电场随时间的变化不均匀，则会产生变化的磁场。稳定的电场周围不产生磁场。2.电磁场如果在空间某区域有周期性变化的电场，那么这个变化的电场在它周围空间产生周期性变化的磁场；这个变化的磁场又在它周围空间产生新的周期性变化的电场……变化的电场和磁场相互联系，形成了不可分割的统一体，这就是电磁场。3.电磁波的产生变化的电场和磁场交替产生而形成的电磁场是由近及远地传播的，这种变化的电磁场在空间的传播称为电磁波。麦克斯韦预言电磁波的速度等于光速。【探究归纳】1.对麦克斯韦电磁场理论的理解恒定的电场不产生磁场恒定的磁场不产生电场均匀变化的电场在周围空间产生恒定的磁场均匀变化的磁场在周围空间产生恒定的电场不均匀变化的电场在周围空间产生变化的磁场不均匀变化的磁场在周围空间产生变化的电场振荡电场产生同频率的振荡磁场振荡磁场产生同频率的振荡电场2.电场、磁场的变化关系可用下面的框图表示电磁波●电磁波的频率范围很广，包括无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线等，把这些电磁波按波长或频率顺序排列起来，就构成了电磁波谱。●电磁波谱中的各种波在真空中的传播速度均等于光速。●电磁波的波速、波长与频率的关系：c＝λf，λ＝同一种电磁波在不同介质中传播时，频率不变（频率由波源决定），波速、波长发生改变。在介质中的速度都比真空中的速度小。不同电磁波在同一种介质中传播时，传播速度不同，频率越高波速越小，频率越低波速越大。●不同电磁波具有不同的特性。●电磁波具有能量。赫兹通过实验证实了电磁波的存在，这意味着，电磁场是真正的物质存在。电磁波具有能量，电磁波是一种物质。●电磁波通信电信网、广播电视网和互联网逐步整合成为统一的信息通信网络，这些信息都是通过电磁波来传递的。电磁波携带的信息，既可以有线传播，也可以无线传播。【要点归纳】不同电磁波的的特点及应用电磁波谱无线电波红外线可见光紫外线X射线γ射线频率由左向右，频率变化由小到大波长由左向右，波长变化由长到短特性波动性强热效应强感光性强化学作用荧光效应穿透力强穿透力最强主要用途通信、广播、天体物理研究遥控、遥测、加热、红外摄像、红外制导等照明、照相等日光灯、杀毒、防伪、治疗皮肤病等检查、探测、透视、治疗探测、治疗1.如图为研究电磁感应现象的实验装置。下列哪种情况下电流表指针不会偏转（）A.闭合开关的瞬间B.闭合开关后，电路中电流稳定时C.闭合开关后，移动滑动变阻器的滑片时D.闭合开关后，把线圈A从线圈B中拉出时【思路分析】电流表指针是否偏转就要分析回路中是否有感应电流，结合感应电流的产生条件导体回路闭合、磁通量变化两方面进行判断。【答案】B【解析】电流表指针不偏转，说明电流表与B线圈组成的电路中无电流，根据感应电流产生的条件，这里只需要检查B线圈中磁通量是否变化即可。闭合开关时，电路中的电流从无到有，A中的磁场从无到有，故穿过B的磁通量发生变化，电流表中有电流流过；当电路中电流稳定时，穿过B的磁通量不再发生变化，电流表中无电流流过；移动滑动变阻器的滑片时，会造成A中电流大小变化，能引起B的磁通量变化，电流表中有电流流过；把线圈A从线圈B中拉出时，穿过B的磁通量减少，电流表中有电流流过。故只有选项B符合要求。2.根据麦克斯韦的电磁场理论，以下叙述中正确的是（）A.教室中亮着的日光灯周围空间必有磁场和电场B.工作时的电磁打点计时器周围必有磁场和电场C.稳定的电场产生稳定的磁场，稳定的磁场产生稳定的电场D.只要空间某处的电场或磁场发生变化，就会在其周围产生电磁波【思路分析】解题关键点在于理解麦克斯韦电磁场理论，正确判断磁场和电场是否变化，如果变化是均匀变化还是不均匀变化，再进行问题的分析。【答案】AB【解析】教室中亮着的日光灯、工作时的电磁打点计时器中流的电流是交变电流，在其周围产生交变磁场和电场，故选项A、B正确；稳定的电场不会产生磁场，故选项C错误；只有周期性变化的电场和磁场，才能交替产生由发生区域向外传播的电磁波，选项D错误。（多选）如图所示，绕在铁芯上的线圈与电源、滑动变阻器和开关组成闭合电路，在铁芯的右端套有一个表面绝缘的铜环A，下列各种情况中铜环A中有感应电流的是（）A.线圈中通以恒定的电流B.通电过程中，使变阻器的滑片P做匀速移动C.通电过程中，使变阻器的滑片P做加速移动D.将开关突然断开的瞬间【思路分析】电路闭合和磁通量发生变化是产生感应电流的两个条件，二者缺一不可。磁通量发生变化，其主要内涵体现在“变化”上，磁通量很大若没有变化也不会产生感应电流，磁通量虽然是零但是在变化时仍然可以产生感应电流。【答案】BCD【解析】线圈中通以恒定的电流，铜环A中磁通量不变，铜环A中没有感应电流，A错误；变阻器的滑片P做匀速、加速移动时，线圈中电流变化，铜环A中磁通量发生变化，铜环A中有感应电流，B、C正确；将开关突然断开的瞬间，线圈中电流变为零，铜环A中磁通量发生变化，铜环A中有感应电流，D正确。常见易错问题剖析如图所示，ab是水平面上一个圆的直径，在过ab的竖直平面内有一根通电导线ef。已知ef平行于ab，当ef竖直向上平移时，ef中的电流I产生的磁场穿过圆面积的磁通量将（）A.逐渐增大 B.逐渐减小C.始终为零 D.不为零，但保持不变【错解】B【错因分析】ef竖直向上平移，则圆环位置磁感应强度减小，所以穿过圆面的磁通量减小，所以选B。【正确答案】C【解析】利用安培定则判断直线电流产生的磁场，考虑到磁场具有对称性，可以知道，穿入线圈的磁感线的条数与穿出线圈的磁感线条数是相等的，故选C。◆产生感应电流的条件（二者缺一不可）（1）闭合导体回路（2）磁通量发生变化分析是否产生感应电流，关键是要分析穿过闭合线圈的磁通量是否发生变化，而分析磁通量是否有变化，关键要知道磁感线是如何分布的，所以在做这类题时应注意：①熟记条形磁铁和蹄形磁铁内、外磁感线分布的立体形状，它是解决问题的基础。②学会找特殊位置并分析其变化。◆利用磁感线判断磁通量的变化若线圈所包围的磁感线穿过线圈平面的方向相同时，条数增加，磁通量增加。若穿过线圈平面的磁感线方向相反时，某一个方向是多数的磁感线条数增加，则磁通量增加，某一个方向是少数的磁感线条数增加，则磁通量减少。总之，要用穿过线圈磁感线的净条数的增、减判断磁通量的变化，要用多数的磁感线的方向作为线圈所包围的磁场的方向。（答题时间：40分钟）1.下列说法正确的是（）A.磁感应强度B增强，磁通量一定变大B.线圈面积S增大，磁通量一定变大C.只要穿过电路的磁通量不为零，电路中一定产生感应电流D.穿过闭合电路的磁通量增加，电路中产生感应电流2.如图所示，条形磁铁正上方放置一矩形线框，线框平面水平且与条形磁铁平行。则线框由N极端匀速平移到S极端的过程中，线框中的感应电流的情况是（）A.线框中始终无感应电流B.线框中始终有感应电流C.线框中开始有感应电流，当线框运动到磁铁中部时无感应电流，过中部后又有感应电流D.线框中开始无感应电流，当线框运动到磁铁中部时有感应电流，过中部后又无感应电流3.如图所示，有一个100匝的线圈，其横截面是边长L＝0.20m的正方形，放在磁感应强度为B＝0.50T的匀强磁场中，线圈平面与磁场垂直。若将这个线圈横截面的形状由正方形改变成圆形（横截面的周长不变），在这一过程中穿过线圈的磁通量改变了多少？*4.磁通量是研究电磁感应现象的重要物理量，如图所示，通有恒定电流的导线MN与闭合线框共面，第一次将线框由位置1平移到位置2，第二次将线框绕cd边翻转到位置2，设先后两次通过线框的磁通量变化量的大小分别为ΔΦ1和ΔΦ2，则（）A.ΔΦ1>ΔΦ2 B.ΔΦ1＝ΔΦ2C.ΔΦ1<ΔΦ2 D.无法确定*5.（多选）如图所示，空间存在两个磁场，磁感应强度大小均为B，方向相反且垂直纸面，MN、PQ为其边界，OO′为其对称轴。一导线折成边长为l的正方形闭合回路abcd，回路在纸面内以恒定速度v0向右运动，则（）A.当运动到关于OO′对称的位置时穿过回路的磁通量为零B.当运动到关于OO′对称的位置时穿过回路的磁通量向里C.在从左边磁场运动到右边磁场的过程中穿过回路的磁通量一直减少D.在从左边磁场运动到右边磁场的过程中穿过回路的磁通量先减少后增加*6.（多选）如图所示，矩形线圈abcd绕OO′轴在匀强磁场中匀速转动，下列说法中正确的是（）A.线圈从图示位置转过90°的过程中，穿过线圈的磁通量不断减小B.线圈从图示位置转过90°的过程中，穿过线圈的磁通量的变化量为零C.线圈从图示位置转过180°的过程中，穿过线圈的磁通量的变化量为零D.线圈从图示位置转过360°的过程中，穿过线圈的磁通量的变化量为零*7.（多选）在匀强磁场中有两根平行的金属导轨，磁场方向与导轨平面垂直，导轨上有两根可沿导轨平动的导体棒ab、cd，两根导体棒匀速移动的速度大小分别为v1和v2，如图所示，则下列情况可以使回路中产生感应电流的是（）A.ab、cd均向右运动，且v1＝v2B.ab、cd均向右运动，且v1＞v2C.ab、cd均向左运动，且v1＞v2D.ab向右运动，cd向左运动，且v1＝v2*8.如图所示，固定于水平面上的金属框架CDEF处在竖直向下的匀强磁场中，金属棒MN沿框架以速度v向右做匀速运动。t＝0时，磁感应强度为B0，此时MN到达的位置使MDEN构成一个边长为l的正方形。为使MN棒中不产生感应电流，从t＝0开始，磁感应强度B应怎样随时间t变化？请推导出这种情况下B与t的关系式。9.（多选）按照麦克斯韦的电磁场理论，以下说法中正确的是（）A.恒定的电场周围产生恒定的磁场，恒定的磁场周围产生恒定的电场B.变化的电场周围产生磁场，变化的磁场周围产生电场C.均匀变化的电场周围产生均匀变化的磁场，均匀变化的磁场周围产生均匀变化的电场D.均匀变化的电场周围产生稳定的磁场，均匀变化的磁场周围产生稳定的电场10.在下图所示的四种磁场情况中能产生恒定的电场的是（）11.（多选）下列说法中正确的是（）A.夏天太阳光把地面晒得发热是因为可见光的热效应在各种电磁波中是最弱的B.医院里用X射线进行人体透视，是因为它是各种电磁波中穿透本领最大的C.科学家关注南极臭氧层空洞是因为它将使气候恶化D.在热学中所说的热辐射就是指红外线辐射*12.（多选）应用麦克斯韦的电磁场理论判断如图所示的表示电场产生磁场（或磁场产生电场）的关系图像中（每个选项中的上图是表示变化的场，下图是表示变化的场产生的另外的场），正确的是（）*13.如图所示是一水平放置的绝缘环形管，管内壁光滑，内有一直径略小于管内径的带正电的小球，开始时小球静止。有一变化的磁场竖直向下穿过管所在的平面，磁感应强度B随时间成正比例增大，设小球的带电量不变，则（）A.顺着磁场方向看，小球受顺时针方向的力，沿顺时针方向运动B.顺着磁场方向看，小球受逆时针方向的力，沿逆时针方向运动C.顺着磁场方向看，小球受顺时针方向的力，沿逆时针方向运动D.小球不受力，不运动14.在电视节目中，我们经常看到主持人与派到热带地区的记者通过同步通信卫星通话，他们之间每一问一答总是迟“半拍”，这是为什么？如果有两个手持卫星电话的人通过同步通信卫星通话，一方讲话，另一方至少要等多长时间才能听到对方的讲话。（已知地球的质量为6.0×1024kg，地球半径为6.4×106m，引力常量为6.67×10－11N·m2·kg－2）

1.【答案】D【解析】磁通量为磁感应强度B与垂直磁场方向的线圈面积S的乘积，磁通量发生变化可能是磁感应强度发生变化，也可能是线圈面积发生变化，还可能是磁场与线圈的夹角发生变化引起的，若磁感应强度和线圈面积同时变化，则磁通量不一定变化，故A、B均错误；电路中有无感应电流产生取决于穿过回路的磁通量是否发生变化，而不是回路中有无磁通量，故选项C错误，D正确。2.【答案】B【解析】根据条形磁铁的磁场分布情况可知，线框在磁铁左端时，磁感线从线框下表面穿入；当运动到磁铁中央时，穿过线框的磁通量为零；当线框在磁铁右端时，磁感线从线框的上表面穿入，所以线框从磁铁上方匀速运动的过程中，穿过线框的磁通量始终发生变化，线框中始终有感应电流，选项B正确。3.【答案】5.5×10－3Wb【解析】线圈横截面是正方形时的面积S1＝L2＝（0.20）2m2＝4.0×10－2m2。穿过线圈的磁通量Φ1＝BS1＝0.50×4.0×10－2Wb＝2.0×10－2Wb。横截面为圆形时，其半径r＝＝。横截面面积S2＝π（）2≈5.1×10－2m2。穿过线圈的磁通量Φ2＝BS2＝0.50×5.1×10－2Wb＝2.55×10－2Wb。所以，磁通量的变化量ΔΦ＝Φ2－Φ1＝（2.55－2.0）×10－2Wb＝5.5×10－3Wb。4.【答案】C【解析】设闭合线框在位置1时穿过闭合线框的磁通量为Φ1，平移到位置2时穿过闭合线框的磁通量为Φ2，导线MN中的电流产生的磁场在位置1处的磁感应强度比在位置2处强，故Φ1>Φ2。将闭合线框从位置1平移到位置2，穿过闭合线框的磁感线方向不变，所以ΔΦ1＝|Φ2－Φ1|＝Φ1－Φ2；将闭合线框从位置1绕cd边翻转到位置2，穿过闭合线框的磁感线反向，所以ΔФ2＝|（－Φ2）－Φ1|＝Φ1＋Φ2（以原来磁感线穿过的方向为正方向，则后来从另一面穿过的方向为负方向），故正确选项为C。5.【答案】AD【解析】正方形闭合回路运动到关于OO′对称的位置时，穿过回路的两个方向相反的磁场面积相等，且磁感应强度大小均为B，故穿过回路的磁通量为零，选项A正确，B错误；正方形闭合回路在从左边磁场运动到右边磁场的过程中，穿过回路的磁通量先减少后增加，选项C错误，D正确。6.【答案】AD【解析】由磁通量变化公式ΔΦ＝Φ2－Φ1计算，因此只要能正确地表示出始、末位置的磁通量，就能准确写出磁通量的变化量，开始时，Φ1＝BS，转过90°时，Φ2＝0，A正确，B错误；线圈从图示位置转过180°时，Φ2＝－BS，ΔΦ＝－2BS，C错误；线圈转过360°时，Φ2＝BS，故ΔΦ＝0，D正确。7.【答案】BCD【解析】ab、cd均向右运动，当v1＝v2时，闭合回路的磁通量不变，故无感应电流产生，A项错误；B、D两项所述情况，闭合回路的磁通量增加，C项所述情况，闭合回路的磁通量减少，均有感应电流产生，故B、C、D正确。8.【答案】B＝【解析】要使MN棒中不产生感应电流，应使穿过线圈平面的磁通量不发生变化，在t＝0时刻，穿过线圈平面的磁通量Φ1＝B0S＝B0l2设t时刻的磁感应强度为B，此时磁通量为Φ2＝Bl（l＋vt）由Φ1＝Φ2，得B＝。9.【答案】BD【解析】麦克斯韦电磁场理论的核心内容是：变化的电场产生磁场；变化的磁场产生电场，对此理论全面正确理解为：不变化的电场周围不产生磁场；变化的电场可以产生变化的磁场，也可产生不变化的磁场；均匀变化的电场产生稳定的磁场；周期性变化的电场产生同频率的周期性变化的磁场，由变化的磁场产生电场的规律与上相似，由此可知，选项B、D正确，A、C错误。10.【答案】C【解析】A中磁场不变，则不会产生电场，故A错误；B中磁场方向变化，而大小不变，则不会产生恒定的电场，故B错误；C中磁场随时间均匀变化，则会产生恒定的电场，故C正确；D中磁场随时间做非均匀变化，则会产生非均匀变化的电场，故D错误。11.【答案】CD【解析】热效应最强的是红外线，热辐射即红外线辐射，A错误，D正确；穿透本领最强的是γ射线，B错误；臭氧层可吸收、阻挡过强的紫外线，使地球上的动植物免受过强紫外线的伤害，另外臭氧层空洞可引起气候恶化，C正确。12.【答案】BC【解析】A图中的上图磁场是稳定的，由麦克斯韦的电磁场理论可知，其周围空间不会产生电场，A图中的下图是错误的；B图中的上图是均匀变化的电场，应该产生稳定的磁场，下图的磁场是稳定的，所以B图正确；C图中的上图是周期性变化的磁场，它能产生同频率的周期性变化的电场，C图是正确的；D图的上图是周期性变化的电场，在其周围空间产生周期性变化的磁场，故D图错误。13.【答案】B【解析】因为绝缘环形管面内有均匀增大的磁场，在其周围会产生稳定的涡旋电场，对带电小球做功。由楞次定律判断电场方向为逆时针方向。在电场力作用下，带正电小球沿逆时针方向运动，故B正确。14.【答案】电磁波传递信息需要时间0.24s【解析】主持人与记者之间通话的不合拍是因为电磁波是以有限的速度在空中传播的，利用电磁波传递信息是需要时间的，设同步卫星高度为H，由万有引力提供卫星做圆周运动的向心力，即，H＝－R＝3.6×107m，则一方讲话，另一方听到对方的讲话所需的最少时间是t＝＝0.24s。

能量量子化重难点题型分值重点能量量子化的理解选择计算4-6分难点能级及定态的理解热辐射黑体辐射1.热辐射（1）定义：周围的一切物体都在辐射电磁波，这种辐射与物体的温度有关，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温度不同而有所不同。2.黑体（1）定义：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，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温度有关。【注意】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自身有较强的辐射，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.黑体虽然不反射电磁波，但却同其他物体一样也在向外辐射电磁波，黑体的辐射规律最为简单，黑体辐射强度只与温度有关。能量子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的整数倍，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一份一份地辐射或吸收的，这个不可再分的最小能量值ε叫作能量子。2.能量子大小ε＝hν其中ν是电磁波的频率，h称为普朗克常量。h＝6.626×10－34J·s（一般取h＝6.63×10－34J·s）3.能量的量子化普朗克的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不连续（分立）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能量子组成的，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光子。【注意】1.能量量子化的意义：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。能级能级跃迁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，原子的能量是量子化的。这些量子化的能量值叫作能级。2.能级跃迁通常情况下，原子处于能量最低的状态，这是最稳定的。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，会自发地向能量较低的能级跃迁，放出光子。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。【注意】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。1.（多选）黑体辐射的实验规律如图所示，由图可知（）A.随温度升高，各种波长的辐射强度都增加B.随温度降低，各种波长的辐射强度都增加C.随温度升高，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动D.随温度降低，辐射强度的极大值向波长较长的方向移动【思路分析】解决这一类问题的关键在于，正确认识辐射强度按波长的分布情况随物体的温度而有所不同。当温度升高时，热辐射中波长较短的成分越来越强。【答案】ACD【解析】由题图可知，随温度升高，各种波长的辐射强度都增加，且辐射强度的极大值向波长较短的方向移动，当温度降低时，上述变化都将反过来，故A、C、D对，B错误。2.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.2.3×10－18W B.3.8×10－19WC.7.0×10－10W D.1.2×10－18W【思路分析】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。【答案】A【解析】因为只要每秒有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＝，式中E＝6ε，又ε＝hν＝h，可解得：P＝W≈2.3×10－18W红宝石激光器发射的激光是不连续的一道道的闪光，每道闪光称为一个脉冲。现有一红宝石激光器，发射功率为P＝1.0×106W，所发射的光脉冲持续时间Δt＝1.0×10－11s，波长为693.4nm（1nm＝10－9m），求：（1）每个光脉冲的长度；（2）每个光脉冲含有的光子数。（已知h＝6.63×10－34J·s，结果保留2位有效数字）【思路分析】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。【答案】（1）3.0×10－3m（2）3.5×1013个【解析】（1）光脉冲的长度即光在一个脉冲时间内传播的距离，根据s＝ct可知每个光脉冲的长度：s＝cΔt＝3×108×1.0×10－11m＝3.0×10－3m。（2）根据E＝Pt可知每个光脉冲含有的能量：E＝1.0×106×1.0×10－11J＝10－5J而每个光子的能量ε＝hν＝h故每个光脉冲含有的光子数n＝≈3.5×1013个。常见易错问题剖析关于对热辐射的认识，下列说法中正确的是（）A.热的物体向外辐射电磁波，冷的物体只吸收电磁波B.温度越高，物体辐射的电磁波越强C.辐射强度按波长的分布情况只与物体的温度有关，与材料种类及表面状况无关D.常温下我们看到的物体的颜色就是物体辐射电磁波的颜色【错解】BCD【错因分析】认为热辐射的强度按波长的分布情况只与温度有关，造成错误的原因是混淆了热辐射与黑体辐射，黑体辐射强度随波长的分布只与温度有关，而热辐射强度随波长的分布不但与温度有关，还与材料种类及表面状况有关。【正确答案】BD【解析】所有物体均向外辐射电磁波，A错，热辐射强度与材料种类及表面状况有关，C错。本节课重点学习了黑体辐射、能量量子化、能级三部分知识，是我们后续学习量子力学初步的基础，通过学习我们需要明确：1.黑体实际上是不存在的，只是一种理想情况。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）也有时被看作黑体来处理。2.能量量子化：在微观世界中能量不能连续变化，只能取分立值，这种现象叫能量量子化。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量子化。3.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。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。（答题时间：40分钟）1.对黑体辐射电磁波的波长分布的影响因素是（）A.温度 B.材料C.表面状况 D.以上都正确2.能正确解释黑体辐射实验规律的是（）A.能量的连续经典理论B.普朗克提出的能量量子化理论C.以上两种理论体系任何一种都能解释D.牛顿提出的能量微粒说3.“新冠肺炎”期间，很多地方用红外线热像仪监测人的体温，只要被测者从仪器前走过，便可知道他的体温是多少，关于其中原理，下列说法正确的是（）A.人的体温会影响周围空气温度，仪器通过测量空气温度便可知道人的体温B.仪器发出的红外线遇人反射，反射情况与被测者的温度有关C.被测者会辐射红外线，辐射强度以及按波长的分布情况与温度有关，温度高时辐射强且较短波长的成分强D.被测者会辐射红外线，辐射强度以及按波长的分布情况与温度有关，温度高时辐射强且较长波长的成分强4.普朗克在1900年将“能量子”引入物理学，开创了物理学的新纪元。在下列宏观概念中，具有“量子化”特征的是（）A.人的个数 B.物体所受的重力C.物体的动能 D.物体的长度*5.某激光器能发射波长为λ的激光，发射功率为P，c表示光速，h为普朗克常量，则激光器每秒发射的光量子数为（）A. B. C. D.Phc6.（多选）对于带电微粒辐射和吸收能量时的特点，以下说法正确的是（）A.以某一个最小能量值为单位一份一份地辐射或吸收B.辐射和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.辐射和吸收的能量是量子化的*7.（多选）光子的发射和吸收过程是（）A.原子从基态跃迁到激发态要放出光子，放出光子的能量等于原子在始、末两个能级的能量差B.原子不能从低能级向高能级跃迁C.原子吸收光子后从低能级跃迁到高能级，放出光子后从较高能级跃迁到较低能级D.原子无论是吸收光子还是放出光子，吸收的光子或放出的光子的能量恒等于始、末两个能级的能量差值8.能引起人的眼睛视觉效应的最小能量为10－18J，已知可见光的平均波长为0.6μm，普朗克常量h＝6.63×10－34J·s，恰能引起人眼的感觉，进入人眼的光子数至少为（）A.1个 B.3个 C.30个 D.300个9.（多选）黑体辐射的实验规律如图所示，由图可知（）A.随温度升高，各种波长的辐射强度都增加B.随温度降低，各种波长的辐射强度都增加C.随温度升高，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动D.随温度降低，辐射强度的极大值向波长较长的方向移动*10.在自然界生态系统中，蛇与老鼠和其他生物通过营养关系构成食物链，在维持生态平衡方面发挥着重要作用。蛇是老鼠的天敌，它是通过接收热辐射来发现老鼠的。假设老鼠的体温约37℃，它发出的最强的热辐射的波长为λmin。根据热辐射理论，λmin与辐射源的绝对温度T的关系近似为Tλmin＝2.90×10－3m·K，则老鼠发出的最强的热辐射的波长为（）A.7.8×10－5m B.9.4×10－6mC.1.16×10－4m D.9.