2027高中物理必修第三册（新教材）第4节　电磁波的发现及应用　第5节　能量量子化

第4节电磁波的发现及应用第5节能量量子化学习目标1．知道麦克斯韦电磁场理论及其在物理学发展史上的意义。2.了解电磁波的基本特点、发现过程及传播规律，知道电磁波与机械波的区别。3.了解什么是热辐射及热辐射的特性，了解黑体与黑体辐射。初步了解微观世界的量子化特征。4.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。5．能根据ε＝hν进行简单计算。基础自主梳理第一部分一、电磁场1．麦克斯韦的观点(1)变化的磁场产生________。(2)变化的电场产生________。2．变化的电场和磁场总是相互联系的，形成一个不可分割的统一的________。电场磁场电磁场二、电磁波1．麦克斯韦预言空间存在电磁波并推算出电磁波的速度等于________，提出了光是以波动形式传播的一种电磁振动。2．________通过实验捕捉到了电磁波，证实了麦克斯韦的电磁场理论。光速赫兹三、电磁波谱1．电磁波的波速c与波长λ、频率f的关系：c＝________。2．电磁波在真空中的速度：c＝________m/s。3．电磁波谱的概念：按电磁波的波长或________大小的顺序把它们排列起来，形成电磁波谱。4．电磁波谱：________、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线。电磁波在生产、生活中有广泛的应用。λf3×108频率无线电波四、电磁波的能量1．电磁波具有________，电磁波是一种物质。2．微波炉加热食物应用了一种电磁波——________，食物中的水分子在微波的作用下热运动加剧，内能增加，温度升高。3．光是一种电磁波——传播着的电磁场，光具有________。能量微波能量五、电磁波通信1．手机接收的互联网信息通过电磁波来传递。2．电磁波携带的信息既可以有线传播，也可以无线传播。六、热辐射1．热辐射：一切物体都在辐射________。2．热辐射规律：温度越高，热辐射中波长较________的成分越强。3．黑体：能够完全吸收入射的各种波长的电磁波而不发生_______的物体。4．黑体辐射：黑体向外辐射电磁波的现象。电磁波短反射七、能量子1．普朗克的能量子假设：振动着的带电微粒的能量只能是某一最小能量值ε的________，这个不可再分的最小的能量值ε叫作能量子。2．能量子大小：ε＝________。ν是电磁波的________，h是__________，h＝6.62607015×10-34J·s。3．爱因斯坦光子假设：光是由一个个不可分割的能量子组成。这些能量子后来被叫作________，光子的能量ε＝hν。整数倍hν频率普朗克常量光子八、能级1．定义：原子量子化的能量值。2．原子处于能量最低的状态时最________，处于较高的能量状态的原子是不稳定的，会自发地向低能级跃迁，放出________。3．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________。4．原子光谱的谱线是一些分立的亮线。稳定光子差深化辨析判断下列说法是否正确(1)变化的电场一定产生变化的磁场。(

)(2)磁场一定可以产生电场，电场也一定可以产生磁场。(

)(3)电磁波在真空和介质中传播速度相同。(

)(4)只有高温物体才能辐射电磁波。(

)(5)微观粒子的能量只能是能量子的整数倍。(

)(6)能量子的能量不是任意的，其大小与电磁波的频率成正比。(

)×√×××√核心知识深度探究第二部分知识点一电磁波的发现及应用1．电磁场理论的核心之一：变化的磁场产生电场如图1所示，在变化的磁场中放一个闭合电路，电路里会产生感应电流，其实质是变化的磁场在它周围产生电场，电路中的自由电荷在电场力作用下做定向运动，形成感应电流，即使在变化的磁场周围没有闭合电路，也同样产生电场。2．电磁场理论的核心之二：变化的电场产生磁场麦克斯韦认为：由电现象和磁现象的相似性和变化的磁场能产生电场的观点猜想，变化的电场就像导线中的电流一样，会在空间产生磁场。如图2所示，根据麦克斯韦电磁场理论可知，在给电容器充电的时候，不仅导体中的电流要产生磁场，而且在电容器两极板间变化着的电场周围也要产生磁场。例1关于电磁场和电磁波的说法正确的是(

)A．电场和磁场总是相互联系的，它们统称为电场B．电磁场由发生的区域向远处的传播形成电磁波C．在电场周围一定产生磁场，磁场周围一定产生电场D．电磁波是一种波，声波也是一种波，理论上它们是同种性质的波动典型例题共研B[解析]变化的电场和变化的磁场相互联系，他们统称为电磁场，A错误；电磁场由发生的区域向远处的传播形成电磁波，B正确；在变化的电场周围一定产生磁场，变化的磁场周围一定产生电场，C错误；电磁波是一种波，声波也是一种波，但声波是机械波，它们是不同种性质的波动，D错误。例2电磁波包含了X射线、红外线、紫外线、无线电波等，按频率由低到高的排列顺序是(

)A．无线电波、红外线、紫外线、X射线B．红外线、无线电波、X射线、紫外线C．X射线、红外线、紫外线、无线电波D．紫外线、无线电波、X射线、红外线[解析]电磁波按波长从长到短为：无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线，波长越长频率越小，所以按频率从低到高排列与按波长从长到短排列相同。A例3电焊作业时，会产生对人体有害的电焊弧光。焊接电弧温度在3000℃时，辐射出大量频率为1.0×1015Hz的电磁波，那么该电磁波的波长是多少？(电磁波在空气中传播速度c＝3×108m/s)[答案]

3×10-7m

麦克斯韦电磁场理论的理解(1)恒定的电场不产生磁场。(2)恒定的磁场不产生电场。(3)均匀变化的磁场在周围空间产生恒定的电场。(4)均匀变化的电场在周围空间产生恒定的磁场。(5)周期性变化的电场产生同频率的周期性变化的磁场。(6)周期性变化的磁场产生同频率的周期性变化的电场。知识点二热辐射和能量量子化1．热辐射(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。(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。(3)热辐射不一定需要高温，任何温度的物体都能发出一定的热辐射，任何物体都在不停地向外辐射红外线，即使是冰块，也在向外辐射红外线，只是温度低时辐射弱，温度高时辐射强。2．能量量子化(1)物体在发射或接收能量的时候，只能从某一状态“飞跃”地过渡到另一状态，而不可能停留在不符合这些能量的任何一个中间状态。(2)在微观世界中能量不能连续变化，只能取分立值。量子化的基本特征就是在某一范围内，取值是不连续的。(3)能量子的能量ε＝hν，其中h是普朗克常量，ν是电磁波的频率。例4

下列说法正确的是(

)①普朗克提出“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”，从而建立了“能量量子化”观点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，这种物体就被称为“黑体”

③我们周围的一切物体都在辐射电磁波，这种辐射与温度无关④爱因斯坦指出：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A．①②

B．①④C．①②④ D．①②③C典型例题共研[解析]

①普朗克提出“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”，从而建立了“能量量子化”观点，该说法正确；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，这种物体就被称为“黑体”，该说法正确；③我们周围的一切物体都在辐射电磁波，这种辐射与温度有关，该说法错误；④爱因斯坦指出：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，该说法正确。例5现在市场上常用来激光打标的是355nm紫外纳秒固体激光器，该激光器单光子能量高，能直接打断某种材料的分子键，使之从材料表面脱离。据此判断，打断该材料分子键需要的能量约为(普朗克常量h＝6.6×10-34J·s，真空光速c＝3×108m/s)(

)A.10-22J B．10-19JC．10-16J D．10-13JB第三部分随堂演练巩固落实AB1．(麦克斯韦电磁场理论)(多选)关于电磁波，下列说法正确的是(

)A．麦克斯韦首先预言了电磁波的存在，赫兹最先用实验证实了电磁波的存在B．周期性变化的电场和磁场可以相互“激发”，形成电磁波C．在真空中，频率越高的电磁波传播速度越大D．利用电磁波传递信号可以实现无线通信，但电磁波不能通过电缆、光缆传输解析：麦克斯韦首先预言了电磁波的存在，赫兹第一次用实验证实了电磁波的存在，故A正确；根据麦克斯韦的电磁场理论可知，周期性变化的电场产生周期性变化的磁场，周期性变化的磁场产生周期性变化的电场，电场和磁场可以相互激发，形成电磁波，故B正确；在真空中，所有电磁波传播速度相同，为光速，故C错误；电磁波可以通过电缆、光缆进行有线传输，故D错误。C2．(电磁波谱和电磁波的应用)我国研制的055新型防空驱逐舰采用“双波段(X波段和S波段)”雷达系统，雷达发射的X波段的频率为8GHz～12GHz，S波段的频率为2GHz～4GHz，下列说法正确的是(

)A．在空气中X波段的传播速度大于S波段的B．在空气中S波段的波长比X波段的更短C．S波段和X波段的频率都比紫外线的小D．X波段能量子的能量比S波段能量子的能量小解析：X波段和S波段均为电磁波，它们在空气中的传播速度相同，故A错误；根据v＝fλ，X波段的频率较大，可知在空气中S波段的波长比X波段的更长，故B错误；S波段和X波段的频率都比紫外线的小，故C正确；能量子的能量与其频率成正比，X波段能量子的能量大于S波段能量子的能量，故D错误。ACD3．(黑体辐射)(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