13.5 能量量子化（学生版）-【帮课堂】2022-2023学年高二物理同步精品讲义（人教2019必修第三册）

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13.5 能量量子化

【物理核心素养】

物理观念：体会量子论的建立深化了人们对于物质世界的认识。

科学思维：了解能量子的概念及提出的科学过程，领会这一科学突破过程中科学家的思想。

科学探究：通过了解微观世界中的量子化现象。比较宏观物体和微观粒子的能量变化特点。

科学态度与责任：领略自然界的奇妙与和谐，发展对科学的好奇心与求知欲，乐于探究自然界的奥秘，能

体验探索自然规律的艰辛与喜悦。

【教学重难点】

教学重点：能量量子化的基本概念和创立过程

教学难点：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

知识点一、热辐射和黑体辐射

一、热辐射

1．概念：一切物体都在辐射电磁波，且辐射与物体的温度有关，所以叫热辐射．

2．特点：温度升高时，热辐射中波长较短的成分越来越强．

3．黑体：能够完全吸收入射的各种波长的电磁波而不发生反射．

【特别提醒】

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。

5．一般物体和黑体的热辐射、反射、吸收的特点

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

【经典例题 1】某气体在 T1、T2两种不同温度下的分子速率分布图象如图甲所示，纵坐标 f（v）表示各速

率区间的分子数占总分子数的百分比，横坐标 v表示分子的速率；而黑体辐射的实验规律如图乙所示，图

乙中画出了 T1、T2两种不同温度下黑体辐射的强度与波长的关系。下列说法正确的是（　　）

A．图甲中 T1>T2，图乙中 T1>T2

B．图乙中温度升高，辐射强度的极大值向波长较短方向移动

C．图甲中温度升高，所有分子的速率都增大

D．图乙中黑体辐射电磁波的情况不仅与温度有关，还与材料的种类及表面状况有关

【变式训练 1】．红外线热像仪可以监测人的体温，当被测者从仪器前走过时，便可知道被测者的体温是

多少。关于红外线热像仪测体温的原理，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体温有关

C．被测者会辐射红外线，所辐射红外线的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

较短波长的辐射强度大

D．被测者会辐射红外线，所辐射红外线的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

较长波长的辐射强度大

知识点二、能量子

1．普朗克的能量子概念

(1)能量子：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＝6.63×10－34 J·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．

2．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.

【特别提醒】

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整数倍，这个最小的能量值 ε叫能量子．

2．大小：ε＝hν，其中 h＝6.63×10－34 J·s.

3．爱因斯坦光子说：光是由一个个不可分割的能量子组成，能量大小为 hν，光的能量子称为光子．

【经典例题 2】科学家设想在未来的宇航事业中利用太阳帆来加速星际飞船．设某飞船所在地每秒每单位

面积接收的光子数为 n，光子平均波长为，太阳帆板面积为S，反射率为 100%，光子动量．设太

阳光垂直射到太阳帆板上，飞船总质量为 m，则飞船加速度的表达式为（[[[[）

A．B．C．D．

【变式训练 2】纳米技术现在已经广泛应用到社会生产、生活的各个方面．将激光束的宽度聚光到纳米级

范围内，可以精确地修复人体损坏的器官．糖尿病引起视网膜病变是导致成年人失明的一个重要原因，利

用聚光到纳米级的激光束进行治疗，90%的患者都可以避免失明的严重后果．一台功率为 10W 的氩激光器，

能发出波长的激光，用它“点焊”视网膜，每次“点焊”需要的能量，求：

（1）每次“点焊”视网膜的时间．

（2）在这段时间内发出的激光光子的数量．

知识点三、能级

丹麦物理学家尼尔斯·玻尔提出轨道量子化假设，认为电子只在特定的轨道上绕原子核运动，在这些轨道上

运动时电子不辐射电磁波。电子在不同轨道上运动时，氢原子能量不同，能量与轨道半径有关，轨道半径

越大，能量越大。原子的能量是量子化的，称为能级。原子能量最低的状态称为基态，其余称为激发态。

处于基态的原子最稳定。

当电子从高轨道跃迁到低轨道时，氢原子能量减少，减少的能量以光子形式释放，根据能量守恒，两个轨

道的能量差等于光子的能量，例如 E3-E1=hv.原子的能级取分立值，放出的光子能量也是分立的，原子的发

射光谱只有一些分立的亮线。

1．原子在不同的状态中具有不同的能量，原子的能量是量子化的。这些量子化的能量值叫做能级。

能量最低的状态(离核最近)叫基态，其他的能量状态叫激发态。

2．原子分立谱线

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